JP5550601B2

JP5550601B2 - 温度膨張弁

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Publication number: JP5550601B2
Application number: JP2011099336A
Authority: JP
Inventors: 裕正高田; 忠顕池田; 直登別所
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: JP2012229886A; KR20120121829A; CN102759234A; CN102759234B; KR101352205B1

Description

本発明は、冷凍サイクルにおいて蒸発器の出口側温度に感応して弁開度を自動調整して、冷凍サイクルの過熱度を制御するために用いる温度膨張弁に関する。

従来、温度膨張弁として、例えば特開平５−３４０４７９号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この特許文献１の温度膨張弁は、蒸発器の出口側配管の温度を感知する感温筒を備え、この感温筒の圧力をダイヤフラム装置に及ぼしている。この温度膨張弁の凝縮器側の一次側配管からの冷媒を弁ポートを介して二次側配管に流出させるとき、この弁ポートの開度を弁体によって制御する。

ダイヤフラム装置は、ダイヤフラムによって受圧室と均圧室とを区画し、受圧室に対して感温筒を連通している。また、常時閉方向に付勢された弁体に対してロッドを突き当て、このロッドを当金を介してダイヤフラムに連結している。ロッドはブッシュに支持されており、均圧室に対する一次圧力の影響を防止するために、ブッシュとロッドとの隙間を、スプリングで押圧されるパッキンによりシールするようにしている。

特開平５−３４０４７９号公報

特許文献１のように、ブッシュとロッドの隙間をパッキンとスプリングでシールする構造では、中能力から大能力の冷凍サイクルに用いられる温度膨張弁に適用するには改良の余地がある。すなわち、ロッドに作用する一次圧の影響をなくす為にはロッドの軸径を弁口径と同等にする必要があり、中能力品以上の場合、弁口径が大きくなるためロッドの軸径も大きくなってしまう。このため、一次圧力と蒸発圧力との差圧に打ち勝つような大きな荷重のバネ（スプリング）が必要となり、バネの線径も太くなり、弁ハウジングを大型化する必要があった。このため、中能力以上の冷凍サイクルでは、弁ハウジングの過度な大型化を避けるため、一次圧力の影響を受けやすい構造であるか、上記のような従来の構造で一次圧力の影響をなくすため、別途、均圧流路を設けるなど、構造が複雑になってしまい高コスト化していた。

本発明は、大能力の冷凍サイクルに用いることができ、簡単な構造で圧力バランスの崩れない、一次圧力の変動に対しても過熱度設定値の変動の少ない温度膨張弁を提供することを課題とする。

請求項１の温度膨張弁は、冷凍サイクルの凝縮器と蒸発器との間に配管接続され、前記蒸発器の出口側配管に設けられる感温筒からの圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との差圧に応じて、前記凝縮器側の一次配管から前記蒸発器側の二次配管に冷媒を流す弁ポートの開度を制御するダイヤフラム装置を備えた温度膨張弁であって、前記一次配管に接続される第１ポートと前記二次配管に接続される第２ポートとが前記弁ポートを挟んで形成され、前記第１ポートが側部に開口されるガイド孔であって前記弁ポート側を一端にして該弁ポートの中心軸を軸線とする円筒状のガイド孔が形成され、前記蒸発器の出口側配管に連通される均圧路が形成された弁ハウジングと、前記ガイド孔内に前記軸線方向に移動自在に収容され、前記弁ポートに対して前記第２ポート側に位置して前記弁ポートを開閉する弁部と、前記ガイド孔に嵌挿される円柱状のニードル部とを有し、前記ニードル部の前記弁部と反対側が前記ダイヤフラム装置のダイヤフラムに連結される弁体と、前記弁体を前記ダイヤフラム側に付勢する過熱度設定部と、前記弁体のニードル部に設けられて前記ガイド孔の内周面に接触する板状のパッキンと該パッキンを前記ガイド孔の内周面側に付勢する板ばねとからなるシール部材と、を備え、前記ダイヤフラム装置は、前記弁ハウジングの前記ガイド孔の端部に取り付けられるとともに、前記均圧路を介して前記蒸発器の出口側配管の前記蒸発圧力が導入される均圧室を有し、前記シール部材の前記パッキンは当該温度膨張弁への組み付け前の部品の状態では平板状であり、前記シール部材を前記ニードル部に取り付けて前記ガイド孔に組み付けることで、前記パッキンが、前記ニードル部回りに環状に形成されるとともに、該パッキンが、その外周端を軸線方向に対して前記弁ポート側に屈曲変形してなるリム部を形成し、前記板バネの弾性力により前記パッキンの前記リム部を前記ガイド孔の内周面に押圧することで、該シール部材により前記均圧室と前記第１ポート間を封止するようにしたことを特徴とする。

請求項２の温度膨張弁は、請求項１に記載の温度膨張弁であって、前記ニードル部の外径が前記弁ポートの内径と同寸法であることを特徴とする。

請求項３の温度膨張弁は、請求項１または２に記載の温度膨張弁であって、前記シール部材の前記パッキンが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）素材であることを特徴とする。

請求項１の温度膨張弁によれば、ダイヤフラム装置に連結する弁体のニードル部をガイド孔内に嵌挿するようにした温度膨張弁において、弁体のニードル部回りに環状に形成したパッキンにより、その外周端を軸線方向に対して弁ポート側に屈曲変形してなるリム部を形成し、板バネの弾性力によりこのリム部をガイド孔の内周面に押圧することで、ダイヤフラム装置側の均圧室と一次圧力側の第１ポート間を封止するようにしたので、簡単な構造で圧力バランスの崩れない、一次圧力の変動に対しても過熱度設定値の変動を少なくすることができる。

請求項２の温度膨張弁によれば、請求項１の効果に加えて、弁体のニードル部の外径と弁ポートの内径とを同寸法としたので、一次圧力の変動が弁体に与える影響を低減することができる。

請求項３の温度膨張弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、パッキンをポリテトラフルオロエチレン素材としたので、過熱度制御時のヒステリシスを押さえることができる。

本発明の実施形態の温度膨張弁の縦断面図である。本発明の実施形態の温度膨張弁の要部拡大断面図である。本発明の実施形態の実施形態の温度膨張弁のパッキン及び板バネの組み付け前の状態を示す図である。本発明の実施形態の温度膨張弁のパッキン及び板バネの組み付け状態の形状を示す図である。本発明の実施形態の温度膨張弁を適用した冷凍サイクルの要部を示す図である。

次に、本発明の温度膨張弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の温度膨張弁の縦断面図、図２は実施形態の温度膨張弁の要部拡大断面図、図３は実施形態の温度膨張弁のシール用パッキン及び板バネの組み付け前の状態を示す図、図４は実施形態の温度膨張弁のシール用パッキン及び板バネの組み付け状態を示す図、図５は実施形態の温度膨張弁を適用した冷凍サイクルの要部を示す図である。

図５において、１０は実施形態の温度膨張弁、２０は圧縮機、３０は凝縮器、４０は蒸発器であり、これらは配管で環状に接続することにより冷凍サイクルを構成している。温度膨張弁１０の一次側継手管１ａは凝縮器３０側の一次配管ａに接続され、二次側継手管１ｂは蒸発器４０側の二次配管ｂに接続されて、均圧管１ｃは蒸発器４０の出口側配管ｃに接続されている。圧縮機２０は冷媒を圧縮し、圧縮された冷媒は凝縮器３０で凝縮液化され、一次側継手管１ａを通して温度膨張弁１０に流入される。温度膨張弁１０は流入される冷媒を減圧（膨張）して二次側継手管１ｂから蒸発器４０に流入させる。そして、蒸発器４０は冷媒を蒸発気化し、圧縮機２０に循環させる。蒸発器４０の出口側配管ｃには温度膨張弁１０の感温筒１０Ａが取り付けられている。この感温筒１０Ａには、例えば冷凍サイクルの冷媒と同じガス（及び液）が封入されており、この感温筒１０Ａはキャピラリチューブ１０Ｂにより温度膨張弁１０のダイヤフラム装置２に連結されている。

図１に示すように、温度膨張弁１０は、金属製の弁ハウジング１を有し、弁ハウジング１には、前記一次配管ａに接続される第１ポート１１と前記二次配管ｂに接続される第２ポート１２が形成され、第１ポート１１と第２ポート１２との間に弁ポート１３が形成されている。また、弁ハウジング１には、第１ポート１１が側部に開口されるガイド孔１４が形成されている。このガイド孔１４は、弁ポート１３側を一端にして弁ポート１３の中心軸を軸線Ｌとする円筒状の形状をしており、弁ポート１３と反対側は開口している。また、弁ハウジング１には、蒸発器４０の出口側配管ｃに連通される均圧路２２ｂが形成されている。さらに、弁ポート１３の下部には軸線Ｌを軸とする略円筒形状の取付け孔１６が形成されている。第１ポート１１には一次側継手管１ａが、第２ポート１２には二次側継手管１ｂが、均圧路２２ｂには均圧管１ｃがそれぞれ取り付けられている。

弁ハウジング１のガイド孔１４内には弁体１５が配設されている。弁体１５は、弁ポート１３に対して第２ポート１２側に位置する弁部１５ａと、ガイド孔１４の内周面に対してクリアランスを有し、ガイド孔１４内に嵌挿される円柱状のニードル部１５ｂとを有している。これにより、弁体１５はガイド孔１４内に軸線Ｌ方向に移動自在に収容され、軸線Ｌ方向の移動により弁部１５ａが弁ポート１３を開閉する。また、ニードル部１５ｂの弁部１５ａと反対側の端部には、当金１７が装着され、弁体１５は当金１７を介してダイヤフラム装置２のダイヤフラム２３に連結されている。

弁ポート１３の下部の取付け孔１６には過熱度設定部３が取り付けられている。この過熱度設定部３は、外周に雄ねじを有する調整スピンドル３１と、調整スピンドル３１の中孔内に配設された調整ばね３２と、調整ばね３２の端部に配設されたリテーナ３３とを備えている。調整スピンドル３１は、雄ねじを取付け孔１６の下部に形成された雌ねじに螺合されている。なお、調整スピンドル３１はＯリングが取り付けられており、弁ポート１３と取付け孔１６との間の気密性が保たれる。リテーナ３３は、弁部１５ａの下部に形成されたボス部１５ａ１に嵌合されている。そして、調整ばね３２のばね力により、弁体１５は弁ポート１３を閉じる弁閉方向、すなわちダイヤフラム２３側に付勢されている。なお、調整スピンドル３１を回すことにより、調整ばね３２による弁体１５への付勢力が調整される。また、取付け孔１６には、調整スピンドル３１の脱落を防止する止め輪２５が取り付けられている。

取付け孔１６の下端部の開口周辺にはリング状の凹部１６１が形成され、さらにこの凹部１６１よりも軸線Ｌ方向の内側周囲には雌ねじ１６２が形成されている。凹部１６１内には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のリング状の封止部材４が配設されており、取付け孔１６の下端部内には蓋部材５が、その雄ねじを雌ねじに螺合することにより取り付けられている。なお、封止部材４の厚みは、取り付け前の部品としては凹部１６１の深さより厚く形成されており、蓋部材５を螺合することにより、封止部材４は僅かに押しつぶされて塑性変形し、凹部１６１内に固着される。

弁ハウジング１の上部にはダイヤフラム装置２が取り付けられている。ダイヤフラム装置２は、上蓋２１と下蓋２２によりケース体を構成しており、下蓋２２の下部を弁ハウジング１の上端に螺合することにより、このダイヤフラム装置２はガイド孔１４の端部に取り付けられている。また、上蓋２１と下蓋２２の間にはダイヤフラム２３を備えており、上蓋２１と下蓋２２とからなるケース体内部は、このダイヤフラム２３によって受圧室２１ａと均圧室２２ａとして区画されている。均圧室２２ａは、弁ハウジング１の前記均圧路２２ｂを介して蒸発器４０の出口側配管ｃに導通され、この均圧室２２ａには出口側配管ｃの蒸発圧力が導入される。

受圧室２１ａは、キャピラリチューブ１０Ｂによって感温筒１０Ａと接続されている。これにより、受圧室２１ａの内圧は、感温筒１０Ａによる感知温度に応じて変化する。そして、ダイヤフラム２３は、受圧室２１ａと均圧室２２ａの圧力差に応じて変位し、この変位は、当金１７によって弁体１５に伝達される。

すなわち、この温度膨張弁１０は、蒸発器４０の出口側配管ｃの感知温度が高くなると弁体部１５ａが弁ポート１３を開くように作用し、出口側配管ｃの感知温度が低くなると弁ポート１３を閉じるように作用する。また、蒸発器４０における蒸発圧力が低くなると弁体部１５ａが弁ポート１３を開くように作用し、蒸発圧力が高くなると弁体部１５ａが弁ポート１３を閉じるように作用する。このようにして、感温筒１０Ａの感知温度と蒸発圧力との差圧に応じて、凝縮器側の一次配管ａから蒸発器側の二次配管ｂに冷媒を流す弁ポート１３の開度を制御し、冷凍サイクルの過熱度制御を行う。

図２に示すように、弁体１５のニードル部１５ｂの端部には、それぞれ円柱状の大径ボス部１５ｂ１、中径ボス部１５ｂ２及び小径ボス部１５ｂ３が形成されている。小径ボス部１５ｂ３が当金１７の中央孔１７ａに嵌合することにより当金１７がニードル部１５ｂの端部に装着されている。

ニードル部１５ｂの中径ボス部１５ｂ２の周囲にはシール部材６が設けられている。シール部材６はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）素材の円盤状（ドーナツ盤状）のパッキン６１と、金属素材の円盤状（ドーナツ盤状）の板バネ６２とで構成されており、パッキン６１と板バネ６２は、板バネ６２を大径ボス部１５ｂ１側にして中径ボス部１５ｂ２に嵌め込まれている。

図３(A) に示すように、パッキン６１は組み付け前の部品の状態では平板状である。また、板バネ６２は、外周部が凹凸歯形状をしており多数の凸歯形状部６２ａを有している。この板バネ６２は図３(B) に示すように組み付け前の部品の状態では、凸歯形状部６２ａの部分が僅かに屈曲した状態である。

ニードル部１５ｂの中径ボス部１５ｂ２には押え部材７が嵌合されている。押え部材７の大径ボス１５ｂ１側の端面には、リング状の突条７ａが形成されている。また、大径ボス部１５ｂ１の端面には、上記突条７ａに対向する位置に円状の凹部１５ｂ１−１が形成されている。そして、押え部材７の突条７ａをパッキン６１に押し当てた状態で、押え部材７の当金１７側端部とニードル部１５ｂの中径ボス１５ｂ２の端部とを溶接し、押え部材７がニードル部１５ｂに固着されている。このように、シール部材６のパッキン６１は、ニードル部１５ｂ回りに環状に形成されている。

上記のようにシール部材６をニードル部１５ｂに取り付けた状態で、これらのアセンブリをガイド孔１４内に嵌挿した組み付け状態では、図４に示すように、パッキン６１は、その外周端をパッキン６１の軸線Ｌ方向に対して弁ポート１３側に屈曲変形してなるリム部６１ａを形成している。また、板バネ６２は外周の凸歯形状部６２ａの部分がパッキン６１のリム部６１の内側で屈曲した状態となる。そして、板バネ６２はその凸歯形状部６２ａの弾性力により、リム部６１ａをガイド孔１４の内周面に押圧している。したがって、ニードル部１５ｂとガイド孔１４の内周面との間にクリアランスがあるが、均圧室２２ａと第１ポート１ａ間はシール部材６のパッキン６１により完全に封止される。このように、シール部材６により、均圧管１ｃに導入される蒸発圧力と第１ポート１１の一次圧力との差圧に対して、均圧室２２ａと第１ポート１ａ間で高いシール性が得られる。また、一次圧力が高くなっても、その圧力はパッキン６１のリム部６１ａをガイド孔１４の内周面側に押すように作用するので、高いシール性を保持できる。

なお、板バネ６２の多数の凸歯形状部６２ａは、パッキン６１のリム部６１ａの内側から離間した位置で押圧するので、リム部６１ａが多角形形状とならないようにするためには、パッキン６１は肉厚が０．３mm〜０．５mm程度が適している。なお、この厚みでポリ
テトラフルオロエチレン素材のパッキンを使用しているので、過熱度制御時のヒステリシスを、最大差圧が３．０ＭＰａでも２℃以下に保つことができた。

また、実施形態では、弁体１５のニードル部１５ｂの外径が弁ポート１３の内径と同程度の寸法となっているので、一次圧力が変動しても弁体１５に係る圧力による力が弁部１５ａ側とニードル部１５ｂ側とで相殺され、一次圧力の変動が弁体１５に影響しない。このように、シール部材６でシールする簡単な構造となっているので、弁ポート１３を流れる冷媒の流量を大きくする大能力の冷凍サイクルにおいてもニードル部１５ｂの外径をその弁ポート１３の内径と同等に大きくできる。したがって、一次圧力の変動に対して、過熱度の設定値変動を少なくすることができる。

このように、弁ポート１３の内径とニードル部１５ｂの外径を同一にして、大能力の冷凍サイクルに対応できるとともに、従来のように大型のバネが不要となり、小型・軽量化を図ることができる。

例えば、従来はＲ２２を冷媒とした時に３０ｋＷ前後の能力が限界であったが、弁ハウジングが従来と同一（共通）でも２０ｋＷ〜５０ｋＷの能力に適用することができる。

１弁ハウジング
１１第１ポート
１２第２ポート
１３弁ポート
１４ガイド孔
１５弁体
１５ａ弁部
１５ｂニードル部
２ダイヤフラム装置
２１上蓋
２１ａ受圧室
２２下蓋
２２ａ均圧室
３過熱度設定部
６シール部材
６１パッキン
６１ａリム部
６２板バネ
６２ａ凸歯形状部
７押え部材
１０温度膨張弁
１０Ａ感温筒
２０圧縮機
３０凝縮器
４０蒸発器

Claims

冷凍サイクルの凝縮器と蒸発器との間に配管接続され、前記蒸発器の出口側配管に設けられる感温筒からの圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との差圧に応じて、前記凝縮器側の一次配管から前記蒸発器側の二次配管に冷媒を流す弁ポートの開度を制御するダイヤフラム装置を備えた温度膨張弁であって、
前記一次配管に接続される第１ポートと前記二次配管に接続される第２ポートとが前記弁ポートを挟んで形成され、前記第１ポートが側部に開口されるガイド孔であって前記弁ポート側を一端にして該弁ポートの中心軸を軸線とする円筒状のガイド孔が形成され、前記蒸発器の出口側配管に連通される均圧路が形成された弁ハウジングと、
前記ガイド孔内に前記軸線方向に移動自在に収容され、前記弁ポートに対して前記第２ポート側に位置して前記弁ポートを開閉する弁部と、前記ガイド孔に嵌挿される円柱状のニードル部とを有し、前記ニードル部の前記弁部と反対側が前記ダイヤフラム装置のダイヤフラムに連結される弁体と、
前記弁体を前記ダイヤフラム側に付勢する過熱度設定部と、
前記弁体のニードル部に設けられて前記ガイド孔の内周面に接触する板状のパッキンと該パッキンを前記ガイド孔の内周面側に付勢する板ばねとからなるシール部材と、
を備え、
前記ダイヤフラム装置は、前記弁ハウジングの前記ガイド孔の端部に取り付けられるとともに、前記均圧路を介して前記蒸発器の出口側配管の前記蒸発圧力が導入される均圧室を有し、
前記シール部材の前記パッキンは当該温度膨張弁への組み付け前の部品の状態では平板状であり、前記シール部材を前記ニードル部に取り付けて前記ガイド孔に組み付けることで、前記パッキンが、前記ニードル部回りに環状に形成されるとともに、該パッキンが、その外周端を軸線方向に対して前記弁ポート側に屈曲変形してなるリム部を形成し、前記板バネの弾性力により前記パッキンの前記リム部を前記ガイド孔の内周面に押圧することで、該シール部材により前記均圧室と前記第１ポート間を封止するようにしたことを特徴とする温度膨張弁。
前記ニードル部の外径が前記弁ポートの内径と同寸法であることを特徴とする請求項１に記載の温度膨張弁。
前記シール部材の前記パッキンが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）素材であることを特徴とする請求項１または２に記載の温度膨張弁。