JP2006316852A - パイロット作動式電磁弁およびこれを用いた熱交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のパイロット作動式電磁弁は、耐久性および信頼性に問題があった。
【解決手段】 弁本体２１に収容されて第１弁室２２ａと第２弁室２２ｂ側とに仕切り、第１弁室２２ａに臨む弁座２６に当接し得る弁体３６と、第２弁室２２ｂとタンク室２２ｃとに仕切るピストン２３と、このピストン２３と弁体３６との間隔が拡がるように付勢する圧縮ばね４２と、弁体３６に形成されて第１弁室２２ａと第２弁室２２ｂとを連通する第１の絞り通路３７と、ピストン２３に形成されて第２弁室２２ｂとタンク室２２ｃとを連通する第２の絞り通路４１と、弁体３６が弁座２６に当接した状態において弁体３６とピストン２３との間に形成される隙間を規定する段差部２４と、段差部２４に向けてピストン２３を付勢するベローズ３８と、出口ポート２７と第２弁室２２ｂとに連通するパイロット流路３０を開閉するパイロット弁３１とを具える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、弁体の開弁動作を比較的緩慢に行い得るパイロット作動式電磁弁およびこれを組み込んだ熱交換システムに関する。

冷凍サイクルを有する熱交換システムとして、例えば冷蔵庫などにおいては気相状態の冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を冷却して液化させる凝縮器と、液化した冷媒の圧力を低下させる膨張弁と、液状の低温冷媒を気化させて圧縮機に戻す蒸発器とが冷媒の循環経路内に組み込まれている。このような冷凍サイクルにおいては、圧縮機が停止状態にある時、冷媒は高温高圧の凝縮器側から膨張弁を介して温度および圧力の低い蒸発器側に流入して凝縮液化し、これが再起動した圧縮機内に引き込まれるため、圧縮機が損傷を受けてしまう問題がある。このため、圧縮機の運転停止中に冷媒が凝縮器側から膨張弁を介して蒸発器側に流入しないように、冷媒の循環系路を閉鎖し得る電磁弁を凝縮器と膨張弁との間の循環経路内に組み込んだものが一般的となっている。この場合、冷却対象領域が目標設定温度よりも低下した時、電磁弁を駆動して循環系路を塞ぎ、この状態のまま圧縮機を作動させて蒸発器内の冷媒を凝縮器に回収し、蒸発器内の冷媒の圧力が所定圧力まで低下した時点で圧縮機の運転を停止させるようにしている。また、冷却対象領域が目標設定温度よりも上昇すると、電磁弁が開弁状態に切り換わって蒸発器への冷媒の供給が行われ、これに伴って蒸発器内の冷媒の圧力が上昇するため、圧縮機が起動して冷媒が循環系路内を循環するようになっている。

冷却対象領域の温度に応じて冷媒の循環経路を開閉する電磁弁を組み込んだ熱交換システムにおいては、電磁弁が閉弁状態から開弁状態に切り換わった時に高圧の冷媒が膨張弁側に供給される。この結果、膨張弁に衝撃的な圧力が作用していわゆる水撃現象により膨張弁が破損してしまう可能性がある。そこで、特許文献１や特許文献２に示すような電磁弁が提案されている。

特開平１０−３１８４２５号公報 特開平１１−３４４１４５号公報

特許文献１に開示されたパイロット式電磁弁は、リップシール構造を取っているためにリップシール部分の漏れが経時的に大きくなり、その耐久性に問題があった。また、このパイロット式電磁弁はピストンと弁体とが一体となっているため、パイロット弁を駆動してから、実際に弁体が開き始めるまでに時間が掛かり、その応答性に改善すべき点があった。

特許文献２に開示されたパイロット電磁弁も、特許文献１のパイロット式電磁弁と同様に、冷凍サイクルにおける電磁弁の急激な開閉で発生するリキッドハンマー現象による膨張弁の破損を回避するための構造を採用しているものの、全閉状態から全開状態まで弁体を変位させるのに要する時間が比較的短く、膨張弁に対する衝撃緩和能力がそれほど優れているものとは言えなかった。

本発明の目的は、開弁時に弁体の開弁動作が比較的緩慢に行われるように配慮したパイロット作動式電磁弁およびこれを用いた熱交換システムを提供することにある。

本発明の第１の形態は、入口ポートおよび出口ポートが形成され、さらにこれら入口ポートおよび出口ポートに連通するキャビティが内側に形成された弁本体と、前記キャビティ内に往復動可能に収容されて前記キャビティを前記入口ポートおよび出口ポートが連通する第１弁室と第２弁室側とに仕切り、前記第１弁室に臨むように前記出口ポートに形成された弁座に当接し得る弁体と、この弁体に形成されて前記第１弁室と前記第２弁室とを連通する第１の絞り通路と、前記弁体との対向方向に沿って往復動可能に前記第２弁室側に取り付けられ、この第２弁室側を第２弁室とタンク室とに仕切るピストンと、このピストンと前記弁体との間に介装されてこれらの間隔が拡がるように付勢する第１のばね部材と、前記ピストンに形成されて前記第２弁室と前記タンク室とを連通する第２の絞り通路と、前記キャビティに形成され、前記弁体が前記弁座に当接した状態においてこの弁体と前記ピストンとの間に形成される隙間を規定するストッパと、このストッパに向けて前記ピストンを付勢する第２のばね部材と、前記弁本体に形成されて前記出口ポートと前記第２弁室とを連通するパイロット流路と、前記パイロット流路を開閉するためのパイロット弁とを具えたことを特徴とするパイロット作動式電磁弁にある。

本発明のパイロット作動式電磁弁において、パイロット弁がパイロット流路を塞いだ状態では、第１のばね部材のばね力によって弁体が弁座に当接して入口ポートと出口ポートとが非連通状態となる。この状態においては、第２のばね部材のばね力によりピストンがストッパに当接し、弁体とピストンとの間に隙間が形成される。

この状態からパイロット弁を駆動してパイロット流路を開くと、第２弁室内の流体がパイロット流路から出口ポートに流出するため、第１弁室内の流体の圧力が第１のばね部材のばね力に打ち勝って弁体がピストンに当接するまで変位する。この結果、弁座と弁体との間に形成される僅かな隙間を介して流体が入口ポートから出口ポートへと流れ始める。さらに、第１弁室内の流体と第２弁室内の流体との差圧により、タンク室内の流体が第２の絞り通路から第２弁室内に押し出され、ここからパイロット流路を通って出口ポートに流出するため、ピストンも弁座から離れる方向に弁体と共に比較的緩慢に移動する。この結果、弁座から弁体が離れるに従って出口ポートから流出する流体の量が次第に増大することとなる。

この状態から再びパイロット弁を駆動してパイロット流路を塞ぐと、第１弁室から第１の絞り通路を通って第２弁室内に流体が充填され始め、第１のばね部材のばね力によってまず弁体が弁座に当接し、入口ポートと出口ポートとが再び非連通状態となる。次いでタンク室内および第２弁室内の圧力が等しくなるため、第２のばね部材のばね力によって、ピストンがストッパに当接するまで第２弁室内の流体が第２の絞り通路を介してタンク室内に押し込まれる。

本発明の第１の形態のパイロット作動式電磁弁において、弁本体に装着されてピストンとの間にタンク室を画成するカバーをさらに具えることができる。

第２のばね部材は、一端側がピストンに接合されると共に他端側が弁本体に接合されたベローズであってよい。この場合、ストッパから離れる方向へのピストンの移動を規制する第２のストッパをさらに具えることができる。ベローズとピストンおよび弁本体との接合は、レーザー溶接やリングプロジェクション溶接あるいははんだ付けなど、流体に対して確実にシール可能な接合方法であればよい。

ピストンを流体透過性の多孔質材、例えば金属製の金網を積層したものや連続発泡金属にて形成し、この多孔質材自体の流体透過性を第２の絞り通路として利用することも可能である。同様な観点から、弁体に形成される第１の絞り通路を多孔質材にて形成するようにしてもよい。

弁体の往復動方向とパイロット流路を開閉するパイロット弁の弁体の往復動方向とを交差させることができる。

本発明の第２の形態は、気相状態の冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された気相状態の冷媒を液化させる凝縮器と、この凝縮器によって液化した冷媒の圧力を低下させる膨張弁と、この膨張弁を通過した液相の冷媒を気化させる蒸発器と、これら圧縮機，凝縮器，膨張弁，蒸発器を順に通る冷媒の循環通路と、凝縮器と前記膨張弁とをつなぐ前記循環通路の途中に組み込まれる本発明の第１の形態によるパイロット作動式電磁弁とを具え、このパイロット作動式電磁弁の入口ポートが前記凝縮器側の前記循環通路に連通すると共に出口ポートが前記膨張弁に続く前記循環通路に連通していることを特徴とする熱交換システムにある。

本発明においては、圧縮機によって気相状態の冷媒が圧縮され、この圧縮された冷媒が凝縮器によって液化され、ここで第１の熱交換が外部との間でなされる。液相となった冷媒はその圧力が膨張弁によって下げられ、蒸発器によって再び気化され、ここで第２の熱交換が外部との間でなされる。パイロット作動式電磁弁のパイロット弁がそのパイロット流路を塞いだ状態では、凝縮器と膨張弁との間の循環通路が塞がれた状態となっており、この状態からパイロット弁がそのパイロット流路を開くと、弁体が最初に僅かに移動して入口ポートから出口ポートへと高圧の冷媒が膨張弁側へ少しずつ流れ、その後、弁体が弁座から完全に離れて入口ポートと出口ポートとが最大の連通状態となる。

本発明のパイロット作動式電磁弁によると、入口ポートおよび出口ポートが形成され、さらにこれら入口ポートおよび出口ポートに連通するキャビティが内側に形成された弁本体と、キャビティ内に往復動可能に収容されてキャビティを入口ポートおよび出口ポートが連通する第１弁室と第２弁室側とに仕切り、第１弁室に臨むように出口ポートに形成された弁座に当接し得る弁体と、この弁体に形成されて第１弁室と第２弁室とを連通する第１の絞り通路と、弁体との対向方向に沿って往復動可能に第２弁室側に取り付けられ、この第２弁室側を第２弁室とタンク室とに仕切るピストンと、このピストンと弁体との間に介装されてこれらの間隔が拡がるように付勢する第１のばね部材と、ピストンに形成されて第２弁室とタンク室とを連通する第２の絞り通路と、キャビティに形成され、弁体が弁座に当接した状態においてこの弁体とピストンとの間に形成される隙間を規定するストッパと、このストッパに向けてピストンを付勢する第２のばね部材と、弁本体に形成されて出口ポートと第２弁室とを連通するパイロット流路と、パイロット流路を開閉するためのパイロット弁とを具えているので、このパイロット弁によってパイロット流路を開放した場合、弁体がピストンに当接して弁座から弁体が僅かに離れた後、タンク室内の流体が第２の絞り通路を介して第２弁室からパイロット流路を通って出口ポート側に排出されながら弁体がピストンと共に弁座から離れる方向に移動することとなるため、流体を比較的緩慢に出口ポートから流出させることができる。この結果、弁体の開弁動作による出口ポート側の流体の圧力上昇が２段階にて比較的緩慢に起こるため、出口ポートの下流側に接続する流体機器の損傷を未然に防止することができる。

ピストンとの間にタンク室を画成するカバーを弁本体に装着した場合、大きさの異なるカバーを使用することによってタンク室の内容積を変更することができ、ピストンに形成される第２の絞り通路の寸法形状を変更することと相俟って、弁体の開弁移動速度を任意に設定することが可能である。徐動時間の必要のない場合は削除してしまうことも可能である。

一端側がピストンに接合されると共に他端側が弁本体に接合されたベローズを第２のばね部材として用いた場合、ピストンと弁本体との間のシール機構と第２のばね部材とを兼用させることができるため、その部品点数を削減することが可能である。特に、ストッパから離れる方向へのピストンの移動を規制する第２のストッパをさらに具えた場合、圧縮変形に伴うベローズの破損を未然に防止することができる。

ピストンを流体透過性の多孔質材にて形成し、この多孔質材自体の流体透過性を第２の絞り通路として利用した場合、第２の絞り通路を機械加工する必要がなくなり、加工工数を削減させることができる。

弁体の往復動方向とパイロット流路を開閉するパイロット弁の弁体の往復動方向とを交差させた場合、パイロット弁とタンク室との干渉を避けることができるため、タンクの容積や形状を任意に設定することが可能となり、弁体の開弁移動速度をより自由に設定することができる。

本発明の第２の形態の熱交換システムによると、気相状態の冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された気相状態の冷媒を液化させる凝縮器と、この凝縮器によって液化した冷媒の圧力を低下させる膨張弁と、この膨張弁を通過した液相の冷媒を気化させる蒸発器と、これら圧縮機，凝縮器，膨張弁，蒸発器を順に通る冷媒の循環通路と、凝縮器と膨張弁とをつなぐ循環通路の途中に組み込まれる本発明の第１の形態によるパイロット作動式電磁弁とを具え、このパイロット作動式電磁弁の入口ポートを凝縮器側の循環通路に連通させると共に出口ポートを膨張弁に続く循環通路に連通させたので、パイロット作動式電磁弁の開弁動作に伴って発生する冷媒の圧力変化を緩慢に行うことができ、冷媒圧力の衝撃的な変化に伴って発生し得るパイロット作動式電磁弁の下流側に配された膨張弁の損傷を未然に防止することかできる。

本発明による熱交換システムを空気調和装置に応用した一実施形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。

本実施形態における空気調和装置の概念を図１に示す。本実施形態における空気調和装置１０は、気相の冷媒を高圧に圧縮する圧縮機１１と、この圧縮機１１に冷媒供給管１２を介して連通する室外熱交換器１３と、室外熱交換器１３に冷媒循環配管１４を介して連通し、さらに冷媒戻し管１５を介して圧縮機１１に連通する室内熱交換器１６と、室内熱交換器１６と室外熱交換器１３とを接続する冷媒循環配管１４の途中に組み込まれる膨張弁１７と、この膨張弁１７と室外熱交換器１３との間の冷媒循環配管１４の途中に組み込まれるパイロット作動式電磁弁１８とを具えている。また、本発明における凝縮器としての室外熱交換器１３には、高温となった冷媒を冷却するための冷却ファン１９が付設され、本発明における蒸発器としての室内熱交換器１６には、室内の空気をこの室内熱交換器１６に導いて再び室内に送り出すための循環送風ファン２０が付設されている。さらに、図示しない温度センサや圧力スイッチからの検出信号や操作スイッチからの指令に基づき、これら圧縮機１１，室外熱交換器１３，室内熱交換器１６，膨張弁１７，パイロット作動式電磁弁１８の作動を制御する図示しない制御装置なども具えている。

圧縮機１１は、室内熱交換器１６が配される室内温度に基づいて駆動および停止が制御されるが、直接的には室内熱交換器１６内の冷媒の圧力に応じて駆動および停止するようになっている。

膨張弁１７は、ここを通過する冷媒の相変化をもたらすことなく断熱膨張させて低温低圧の状態に変える弁開度可変位置と、冷媒に対して何ら作用せずにこれを単に通過させるだけの開弁位置とを有する。

パイロット作動式電磁弁１８は、室内温度が予め設定された温度よりも低下した場合、閉弁状態となって冷媒循環配管１４を閉塞し、室外熱交換器１３から膨張弁１７を介して室内熱交換器１６側への冷媒の流動を阻止する。この状態において圧縮機１１は運転を継続し、室内熱交換器１６内の冷媒を室外熱交換器１３に回収し、このようにして室内熱交換器１６内の圧力が所定圧力まで低下した場合に圧縮機１１が停止するようになっている。一方、室内温度が予め設定された温度よりも上昇した場合、パイロット作動式電磁弁１８が開弁状態となって室外熱交換器１３から室内熱交換器１６への冷媒の循環供給が行われ、これによって室内熱交換器１６内の圧力が上昇する結果、圧縮機１１が起動して図１中、矢印方向に冷媒が循環し、室内熱交換器１６を通過する低温低圧の冷媒と室内空気との間で熱交換が行われ、室内を冷房するようになっている。

このように、圧縮機１１が停止状態の場合には、パイロット作動式電磁弁１８が閉弁状態となって冷媒は温度および圧力の低い室内熱交換器１６側へは流入せず、冷媒が室内熱交換器１６にて凝縮液化し、圧縮機１１がその再起動時に損傷を受けるような不具合を防止することができる。また、本実施形態においてはパイロット作動式電磁弁１８の開弁動作に伴って、このパイロット作動式電磁弁１８よりも上流側に介在する高圧冷媒が膨張弁１７に対して衝撃圧となって作用しないように、パイロット作動式電磁弁１８の開弁動作が比較的緩慢に行われる。

このような本実施形態におけるパイロット作動式電磁弁１８の断面構造を図２に示し、その主要部を抽出拡大して図３〜図５にそれぞれ示す。すなわち、本実施形態におけるパイロット作動式電磁弁１８は、非通電時に閉弁状態となる、いわゆるノーマルクローズタイプの電磁駆動式のものであり、その筒状をなす弁本体２１には、第１弁室２２ａ，第２弁室２２ｂ，タンク室２２ｃを第１の方向（図２中、上下方向）に沿って画成するためのキャビティがその内側に形成されている。本実施形態におけるキャビティは、第１の方向に沿って延在して第１弁室２２ａの周側壁を画成する小径部分と、第１の方向に沿って延在して後述するピストン２３を収容するための大径部分と、これらの間に画成される段差部２４とを有する。

また、この弁本体２１には、第１の方向と交差する第２の方向（図２中、左右方向）に延在して第１弁室２２ａに連通する入口ポート２５と、第１の方向に延在し、第１弁室２２ａに臨む弁座２６を有する出口ポート２７とが形成されている。これら入口および出口ポート２５，２７には、上述した冷媒循環配管１４に連結される配管継手２８，２９がそれぞれ嵌着され、入口ポート２５が室外熱交換器１３側に連通し、出口ポート２７が膨張弁１７側に連通した状態となっている。

段差部２４の一部に一端が開口し、他端が出口ポート２７に開口するようにキャビティの小径部分に沿って弁本体２１に形成されたパイロット流路３０は、弁本体２１の出口ポート２７の側方に取り付けられたパイロット弁３１によってその開閉が制御されるようになっている。本実施形態におけるパイロット弁３１はノーマルクローズタイプの電磁弁であり、電流がオン／オフされるコイル３２と、パイロット流路３０を開閉するためのボール３３を先端に装着したプランジャ３４と、このプランジャ３４のボール３３がパイロット流路３０を塞ぐように、プランジャ３４をパイロット流路３０側に付勢する圧縮ばね３５とを有する。従って、パイロット弁３１のコイル３２に通電することにより、圧縮ばね３５のばね力に抗してボール３３がパイロット流路３０から離れるようにプランジャ３４が励磁され、これによりパイロット流路３０が開放状態となる。

パイロット流路３０を開閉するパイロット弁３１の構成に関しては、本実施形態以外の任意のものを適宜採用することが可能である。

キャビティの小径部分には、出口ポート２７の弁座２６に当接し得る先端部を有する弁体３６が第１の方向に沿って摺動自在に嵌合され、このキャビティの小径部分を第１弁室２２ａと第２弁室２２ｂ側とを仕切っている。先端部がキャビティの小径部分よりも小径となった本実施形態における弁体３６には、弁座２６と反対側に突出してキャビティの小径部分に対して摺接する円筒部３６ａと、弁体３６の先端部を半径方向に横切るように形成されて両端が第１弁室２２ａに開口する連通路３６ｂと、一端がこの連通路３６ｂに開口すると共に他端が円筒部３６ａの内側、つまり第２弁室２２ｂ側に開口する第１の絞り通路３７とが形成されている。この弁体３６の先端部が弁座２６を完全に閉止した図２に示す状態において、円筒部３６ａの先端と段差部２４との間には所定間隔の隙間が形成されるように、円筒部３６ａの突出長が設定されている。この所定間隔の隙間は、弁体３６の第１段目のリフト量に対応する。

第１の方向に沿って往復動自在にキャビティの大径部分に収容されるピストン２３には、第１の方向に沿って延在するベローズ３８の一方の開口端部がろう付けなどにより接合され、円筒状をなすこのベローズ３８の他方の開口端部も同様に、出口ポート２７と反対側の弁本体２１の端部に装着された環状の案内ブラケット３９の外縁部にろう付けなどにより接合されている。この案内ブラケット３９は、キャビティの大径部分の開口端を塞ぐカップ形断面のカバー４０と共に出口ポート２７と反対側の弁本体２１の端部にろう付けなどにより一体的に接合されている。従って、ピストン２３およびベローズ３８は、弁体３６との間に第２弁室２２ｂを画成すると共にカバー４０との間にタンク室２２ｃを画成し、これら第２弁室２２ｂとタンク室２２ｃとを連通する第２の絞り通路４１がピストン２３の中央部に形成されている。本実施形態におけるベローズ３８は、第１の方向に沿って伸縮可能であり、ピストン２３をキャビティの段差部２４、つまり本発明におけるストッパに押し当てるような付勢力を有する本発明の第２のばね部材としても機能する。案内ブラケット３９には、キャビティの大径部分の周側壁との間にベローズ３８を挟み込むようにピストン２３側に突出する円筒状の第２ストッパ３９ａが形成されており、段差部２４からピストン２３が離れる方向、つまりベローズ３８が収縮する方向へのピストン２３の変位を規制し得るようになっている。これにより、ピストン２３は段差部２４と第２ストッパ３９ａとの間を変位し、このピストン２３のストロークが弁体３６の第２段階のリフト量に対応する。

本実施形態では、ベローズ３８を用いてピストン２３と弁本体２１のキャビティの大径部分とをシールするようにしたが、ピストン２３の外周面を摺動自在にキャビティの大径部分の周側壁に嵌合させ、このピストン２３と案内ブラケット３９との間に圧縮ばねを組み込むようにしてもよい。

前記弁体３６とピストン２３との間には、これらの間隔が拡がるように付勢する圧縮ばね４２が本発明における第１のばね部材として介装され、この圧縮ばね４２は円筒部３６ａの内側に収容された状態となっている。また、キャビティの段差部２４には、パイロット流路３０の一端から径方向内側に延在してキャビティの小径部分に連通する連通溝２４ａが形成され、ピストン２３が段差部２４に当接した状態においてもパイロット流路３０が第２弁室２２ｂ内に連通するようになっている。同様に、弁体３６の円筒部３６ａの先端がピストン２３に当接した状態において、この連通溝２４ａを介してパイロット流路３０と弁体３６の円筒部３６ａ内の第２弁室２２ｂとが連通するように、弁体３６の円筒部３６ａの先端部分には放射状の切欠４３が形成され、さらに外周面側に面取りを施してキャビティの小径部分の周側壁との間に環状の隙間を形成している。

このような構成となっているため、パイロット弁３１のコイル３２が非通電状態の場合、プランジャ３４のボール３３は圧縮ばね３５のばね力によってパイロット流路３０を閉鎖した状態となる。このため、入口ポート２５から第１弁室２２ａ内に流入する冷媒は、連通路３６ｂから第１の絞り通路３７を介して第２弁室２２ｂ側にも供給され、最終的に第１弁室２２ａ，第２弁室２２ｂ，タンク室２２ｃ内の冷媒の圧力が等しくなる。この結果、弁体３６の先端部が圧縮ばね４２のばね力により弁座２６に押し当たって出口ポート２７が塞がれ、ピストン２３がベローズ３８のばね力によって段差部２４に押し当たる図２に示すような状態に保持される。この状態では、入口ポート２５側から出口ポート２７側への冷媒の流れが遮断され、室外熱交換器１３と膨張弁１７との間の冷媒循環配管１４が閉鎖されている。

この状態からパイロット弁３１のコイル３２に通電すると、パイロット流路３０からボール３３が離れるようにプランジャ３４が励磁され、パイロット流路３０が開放されて第２弁室２２ｂ内の圧力を連通溝２４ａからパイロット流路３０を介して出口ポート２７側に逃がすことが可能となる。このため、第１弁室２２ａ内の冷媒の圧力が圧縮ばね４２のばね力に打ち勝って弁体３６の円筒部３６ａの先端がピストン２３に当接する第１段階まで弁体３６がリフトし、第２弁室２２ｂ内の冷媒の一部が円筒部３６ａの先端の切欠４３および連通溝２４ａを介してパイロット流路３０から出口ポート２７へと流出する。これによって、弁座２６と弁体３６の先端部との間に僅かな隙間が形成され、ここから冷媒が出口ポート２７へと流れ出す図３に示すような状態に切り換わる。

タンク室２２ｃは第２の絞り通路４１を介して第２弁室２２ｂに連通しているため、上述した図３に示す状態においては、タンク室２２ｃ内の冷媒の圧力も次第に低下する。そして、タンク室２２ｃ内の圧力が第２弁室２２ｂの圧力とほぼ等しくなると、第１弁室２２ａの圧力が圧縮ばね４２およびベローズ３８のばね力に打ち勝ってピストン２３が第２ストッパ３９ａに当接する第２段階まで弁体３６がピストン２３と共にリフトする。これにより、タンク室２２ｃ内の冷媒の一部が円筒部３６ａの先端の切欠４３および連通溝２４ａを介してパイロット流路３０から出口ポート２７へと流出する結果、弁座２６と弁体３６の先端部との間に大きな隙間が形成され、ここから冷媒が出口ポート２７へと大量に流れ出す図４に示すような状態となる。この場合、弁体３６の移動速度は、タンク室２２ｃ内から第２弁室２２ｂへと押し出される冷媒の流出速度にほぼ依存した緩慢な状態となり、このパイロット作動式電磁弁１８の開弁操作により弁体３６が弁座２６から離脱し始めてから比較的穏やかに冷媒が膨張弁１７へと流れ込むこととなる。この結果、膨張弁１７に作用する冷媒の圧力の上昇割合が緩慢となり、パイロット作動式電磁弁１８の開弁操作に伴う膨張弁１７の損傷事故などを未然に防止することができる。

この状態からパイロット弁３１のコイル３２を非通電状態に戻した場合、プランジャ３４のボール３３が圧縮ばね３５のばね力によってパイロット流路３０を閉鎖した状態となり、第１弁室２２ａ内の冷媒が連通路３６ｂから第１の絞り通路３７を介して第２の弁室内に供給され始める。そして、第２弁室２２ｂ内の圧力が第１弁室２２ａ内の圧力とほぼ等しくなると、圧縮ばね３５のばね力によって弁体３６が弁座２６側に押し戻され、弁座２６に弁体３６の先端部が押し当たって出口ポート２７が再び塞がれた図５に示す状態となる。さらに、この状態から第２弁室２２ｂ内の冷媒が第２の絞り通路４１を通ってタンク室２２ｃに供給され、最終的にベローズ３８のばね力によってピストン２３が段差部２４に押し当てられ、図２に示す状態に戻る。

上述したパイロット作動式電磁弁１８の開弁操作に伴う弁体３６のリフト量の経時的変化を図６に模式的に示す。弁体３６が第１段階のリフトに要する時間Ｔ₁は、主として第１の絞り通路３７の通路断面積に依存する。また、弁体３６が第１段階のリフトを行ってから第２段階のリフトが始まるまでの時間(Ｔ₂−Ｔ₁)および弁体３６が第２段階のリフトに要する時間(Ｔ₃−Ｔ₂)は、タンク室２２ｃの容量および／または第２の絞り通路４１の通路断面積に依存する。本実施形態では、弁体３６およびピストン２３の往復動方向をパイロット弁３１のプランジャ３４の往復動方向に対して直交する第１の方向に沿って行うようにしているため、パイロット弁３１のコイル３２とカバー４０との機械的干渉を完全に回避することができるため、任意の容積を持つカバー４０を弁本体２１に接合することが可能である。これにより、タンク室２２ｃの容量、つまりカバー４０の大きさを自由に変更することが可能であり、第２の絞り通路４１の内径の変更と相俟って開弁時における弁体３６の開弁速度を任意に調整することができる。タンク室２２ｃの容量と図４に示す弁体３６の全開状態までに要する開弁時間との関係を模式的に図７に示すが、これは第２の絞り通路４１の内径を０.５mmに設定した場合であり、タンク室２２ｃの容量を大きくするほど、その開弁時間を長く設定できることが理解されよう。

本発明による熱交換システムを空気調和装置に応用した一実施形態の概念図である。 図１に示した空気調和装置に組み込まれる本発明によるパイロット作動式電磁弁の一実施形態の構造を表す縦断面図であり、パイロット弁がパイロット流路を塞いでいる状態を示している。 図２に示したパイロット作動式電磁弁の主要部の拡大断面図であり、図２の状態からパイロット弁がパイロット流路を開いた直後の状態を示している。 図２に示したパイロット作動式電磁弁の主要部の拡大断面図であり、図３の状態からさらに弁体およびピストンが移動した状態を示している。 図２に示したパイロット作動式電磁弁の主要部の拡大断面図であり、図４の状態からパイロット弁がパイロット流路を塞いだ直後の状態を示している。 図２の状態からパイロット弁がパイロット流路を開いて図４の状態へと移行する際の弁体のリフト量の経時的変化を模式的に表すグラフである。 図２に示すパイロット作動式電磁弁のタンク室の容量を変更した場合における図２の全閉状態から図４の全開状態に至る開弁時間の変化を模式的に表すグラフである。

符号の説明

１０ 空気調和装置
１１ 圧縮機
１２ 冷媒供給管
１３ 室外熱交換器
１４ 冷媒循環配管
１５ 冷媒戻し管
１６ 室内熱交換器
１７ 膨張弁
１８ パイロット作動式電磁弁
１９ 冷却ファン
２０ 循環送風ファン
２１ 弁本体
２２ａ 第１弁室
２２ｂ 第２弁室
２２ｃ タンク室
２３ ピストン
２４ 段差部
２４ａ 連通溝
２５ 入口ポート
２６ 弁座
２７ 出口ポート
２８，２９ 配管継手
３０ パイロット流路
３１ パイロット弁
３２ コイル
３３ ボール
３４ プランジャ
３５ 圧縮ばね
３６ 弁体
３６ａ 円筒部
３６ｂ 連通路
３７ 第１の絞り通路
３８ ベローズ
３９ 案内ブラケット
３９ａ 第２ストッパ
４０ カバー
４１ 第２の絞り通路
４２ 圧縮ばね
４３ 切欠
Ｔ₁ 第１段階のリフトの終了時間
Ｔ₂ 第２段階のリフトの開始時間
Ｔ₃ 第２段階のリフトの終了時間

Claims (7)

1. 入口ポートおよび出口ポートが形成され、さらにこれら入口ポートおよび出口ポートに連通するキャビティが内側に形成された弁本体と、
   前記キャビティ内に往復動可能に収容されて前記キャビティを前記入口ポートおよび出口ポートが連通する第１弁室と第２弁室側とに仕切り、前記第１弁室に臨むように前記出口ポートに形成された弁座に当接し得る弁体と、
   この弁体に形成されて前記第１弁室と前記第２弁室とを連通する第１の絞り通路と、
   前記弁体との対向方向に沿って往復動可能に前記第２弁室側に取り付けられ、この第２弁室側を第２弁室とタンク室とに仕切るピストンと、
   このピストンと前記弁体との間に介装されてこれらの間隔が拡がるように付勢する第１のばね部材と、
   前記ピストンに形成されて前記第２弁室と前記タンク室とを連通する第２の絞り通路と、
   前記キャビティに形成され、前記弁体が前記弁座に当接した状態においてこの弁体と前記ピストンとの間に形成される隙間を規定するストッパと、
   このストッパに向けて前記ピストンを付勢する第２のばね部材と、
   前記弁本体に形成されて前記出口ポートと前記第２弁室とを連通するパイロット流路と、
   前記パイロット流路を開閉するためのパイロット弁と
   を具えたことを特徴とするパイロット作動式電磁弁。
2. 前記弁本体に装着されて前記ピストンとの間に前記タンク室を画成するカバーをさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載のパイロット作動式電磁弁。
3. 前記第２のばね部材は、一端側が前記ピストンに接合されると共に他端側が前記弁本体に接合されたベローズであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパイロット作動式電磁弁。
4. 前記ストッパから離れる方向への前記ピストンの移動を規制する第２のストッパをさらに具えたことを特徴とする請求項３に記載のパイロット作動式電磁弁。
5. 前記ピストンが流体透過性の多孔質材にて形成され、前記第２の絞り通路がこの多孔質材自体の流体透過性を利用していることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のパイロット作動式電磁弁。
6. 前記弁体の往復動方向と前記パイロット流路を開閉する前記パイロット弁の弁体の往復動方向とが交差していることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のパイロット作動式電磁弁。
7. 気相状態の冷媒を圧縮する圧縮機と、
   この圧縮機によって圧縮された気相状態の冷媒を液化させる凝縮器と、
   この凝縮器によって液化した冷媒の圧力を低下させる膨張弁と、
   この膨張弁を通過した液相の冷媒を気化させる蒸発器と、
   これら圧縮機，凝縮器，膨張弁，蒸発器を順に通る冷媒の循環通路と、
   凝縮器と前記膨張弁とをつなぐ前記循環通路の途中に組み込まれる請求項１から請求項６の何れかに記載のパイロット作動式電磁弁と
   を具え、このパイロット作動式電磁弁の入口ポートが前記凝縮器側の前記循環通路に連通すると共に出口ポートが前記膨張弁に続く前記循環通路に連通していることを特徴とする熱交換システム。

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