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発明の名称 二段式電動膨張弁
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−153236(P2001−153236A)
公開日 平成13年6月8日(2001.6.8)
出願番号 特願平11−336677
出願日 平成11年11月26日(1999.11.26)
代理人 【識別番号】100096275
【弁理士】
【氏名又は名称】草野 浩一
【テーマコード(参考)】
3H052
3H062
【Fターム(参考)】
3H052 AA01 BA25 CA13 CD01 CD02 DA02 DA03 EA11 EA16 
3H062 AA02 AA15 BB30 CC02 DD01 DD11 EE06 HH04 HH08 HH09
発明者 南澤 英樹
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 ローターに固定されるシャフトと、該シャフトに形成された雄ネジと、一端部にニードル弁を備え他端部に前記雄ネジに螺合する雌ネジが形成された弁体と、該弁体にストッパーを介して上下方向に移動可能に取り付けられるとともに前記ニードル弁が当接可能な第1弁座を備えた主弁と、該主弁が当接可能な第2弁座を設けられるとともに前記弁体の回転を止めながら前記弁体をその軸線方向に往復動可能に案内するガイド部を備えた弁本体とを備え、前記シャフトが、前記ローターを覆うケースの頂壁側に形成された支持部によりその上端部を回転可能に支持されるとともに前記弁本体に固定された軸受部材によりその下端部を回転可能に支持されていることを特徴とする二段式電動膨張弁。
【請求項2】 前記ケースが、底部が開放された薄板製の円筒体から形成され、前記ケースの外周には、コイルを捲回したステータが固着されている請求項1に記載の二段式電動膨張弁。
【請求項3】 前記弁本体には一次継手と二次継手とが設けられ、該一次継手と二次継手との間に弁室が形成され、該弁室に前記主弁の下縁部が当接する第二弁座が形成されている二段式電動膨張弁。
【請求項4】 前記弁室の横方向に、除湿時における冷媒流入口としての前記二次継手が取り付けられて前記主弁の上面に常に一次側圧力がかかるように構成されている請求項3に記載の二段式電動膨張弁。
【請求項5】 前記主弁は内部に中空部を有する円筒体からなり、その外周に第一および第二の2本の溝が上下方向に離れて形成され、該各溝は、いずれも上下方向に幅を有するとともに、上方に位置する前記第一の溝には円弧状部を有する薄板製のストッパーが側方から挿入されるようになっている請求項1に記載の二段式電動膨張弁。
【請求項6】前記弁体の下端部の近傍に第三の溝が形成されており、組み立て時、前記主弁の第一の溝に挿入された前記ストッパーが、その円弧部を前記第三の溝に上下動可能に挿入されるようになっている請求項1に記載の二段式電動膨張弁。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍空調装置の冷媒回路における流量制御、特に、熱リサイクル方式の除湿機能を有する冷媒回路における冷媒の流量制御などに好適な二段式電動膨張弁に関する。
【0002】
【従来の技術】冷暖房装置は、冷媒の流通方向を逆転することにより、冷暖房の切り替えを行っているが、特に、冷暖房装置で除湿をも行なおうとすると、室内側熱交換器を冷却用と再加熱用との2個に分割し、それらの間に膨張器を設ける冷媒回路を構成する必要がある。
【0003】かかる冷媒回路の1例として、図10に示すようなもの(特許第1948186号;特公平6−65915号)が従来提案されている。この回路では、室外側熱交換器cと室内側熱交換器bとの間に、可逆流通性を有する膨張弁fが設けられ、2個に分割された室内側熱交換器a,b間にキャピラリーチューブhと二方電磁弁gとが並列に設けられている。
【0004】そして、通常の冷房または暖房時には、電磁弁gを開いて室内側熱交換器a,bを共に冷却または加熱用とし、除湿時には電磁弁gを閉じて室内側熱交換器aを冷却用にまた室内側熱交換器bを加熱用として用いるようになっている。符号dはコンプレッサーを、またeは四方弁を示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような、従来の冷暖房装置においては、電磁弁gとしては、冷房または暖房時に冷媒の流通を妨げないために、大型のものが必要であり、また、膨張器としてキャピラリーチューブhを用いていることから、除湿時に室温の制御が出来ず、除湿時に室温の制御を行うためには、キャピラリーチューブに代えて少ない流量の多段制御または連続制御ができる弁、たとえば電動式膨張弁を用いる必要がある。さらに、この従来例の電磁弁gは、パッキンと均圧手段とを必要とするため、構造が複雑となり、コスト面あるいはメンテナンス面で不利である等の不都合がある。
【0006】上記の不都合な点を解消したものとして、特許第2516626号のような二段式減圧弁が提案されている。ところが、この二段式減圧弁は、パイロット式のため、主弁とシリンダ部とのクリアランスを一定に保つ機械加工精度が必要なため、製作コストが高くなると言う不都合がある。
【0007】本発明は、上記のような形式の冷暖房装置において、除湿用の膨張弁の上記の不都合を解消しようとするもので、コンパクトでありながら、膨張弁として大口径のものを用いて除湿時における大量の冷媒の流通を可能とし、弁の開閉に均圧方式やパイロット方式を採用しないことによって膨張弁のコンパクト化を図りながら、しかも除湿時にも室温調節の可能な膨張弁を提供するものである。
【0008】そのため、本発明は、膨張弁を、ストロークの割に弁開度の小さなニードル弁とストロークの割に弁開度の大きな押圧弁式の主弁とで二段式膨張弁で構成した点を特徴としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決するために、ローターに固定されるシャフトと、該シャフトに形成された雄ネジと、一端部にニードル弁を備え他端部に前記雄ネジに螺合する雌ネジが形成された弁体と、該弁体にストッパーを介して上下方向に移動可能に取り付けられるとともに前記ニードル弁が当接可能な第1弁座を備えた主弁と、該主弁が当接可能な第2弁座を設けられるとともに前記弁体の回転を止めながら該弁体をその軸線方向に往復動可能に案内するガイド部を備えた弁本体とを備えた二段式電動膨張弁において、前記シャフトを、前記ローターを覆うケースの頂壁側に形成された支持部によりその上端部を回転可能に支持させるとともに前記弁本体に固定された軸受部材によりその下端部を回転可能に支持させたものである。
【0010】また、前記上記ケースを底部を開放された薄板製の円筒体から形成し、該ケースの外周に、コイルを捲回したステータを固着して課題解決の第2の手段としている。
【0011】さらに、前記弁本体に一次継手と二次継手とを設け、該一次継手と二次継手との間に弁室を形成し、該弁室に上記主弁の下縁部が当接する第二弁座を形成して課題解決の第3の手段としている。
【0012】また、弁室の横方向に、除湿時における冷媒流入口としての上記二次継手を取り付けて上記主弁の上面に常に一次側圧力がかかるように構成して課題解決の第4の手段としている。
【0013】さらにまた、前記主弁を内部に中空部を有する円筒体で形成し、その外周に、上下方向に幅を有する第一および第二の2本の溝を上下方向に離して形成し、上方に位置する上記第一の溝に円弧状部を有する薄板製のストッパーを、上記第三の溝内で上下動可能となるように前記第一の溝にその側方から挿入して課題解決の第5の手段としている。
【0014】さらに、組み立て時、前記主弁の第一の溝に挿入された上記ストッパーの円弧部を、上記弁体の下端部の近傍に形成された第三の溝に挿入できるようにして課題解決の第6の手段としている。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。
【0016】この二段式電動膨張弁10は、例えば、図1に示す冷暖房装置の第1室内側熱交換器02a(除湿時冷却器として作動)と第2室内側熱交換器02b(除湿時加熱器として作動)との間に設けられるものであって、コンプレッサー03、四方弁04、室外側熱交換器05および電子膨張弁06とともに、ヒ−トポンプ式冷凍回路を構成している。なほ、第1室内側熱交換器02aと第2室内側熱交換器02bおよび二段式電動膨張弁10は室内に設置され、コンプレッサ−03、四方弁04、室外側熱交換器05および電子膨張弁06は室外に設置されていて冷暖房装置を構成している。
【0017】二段式電動膨張弁10は、図2〜8に示すように、弁本体14を備えるとともに、弁本体14には一次継手16と二次継手17とが設けられている。一次継手16と二次継手17との間に弁室19が形成され、弁室19には主弁15の下縁部が当接する第二弁座19aが形成されている。
【0018】主弁15は、図4に示すように、内部に中空部を有する円筒体からなり、その外周に2本の溝21、22が、上下方向に離れて形成されている。溝21,22は、いずれも上下方向に幅を有するとともに、溝21には円弧状部を有する薄板製のストッパー13が側方から上下動可能に挿入されるようになっている。
【0019】弁本体14の上方に、ケース5が取り付けられている。このケース5は底部を開放された薄板製の円筒体からなり、その内部にマグネット製のローター3が回転可能に配設されている。ローター3とケース5の天板部との間にはコイルバネ2が介装されていて、シャフト4の振動吸収が行われる構成になっている。符号1はバネ受けを示しており、このバネ受け1は、ケース1の頂壁部中心を外側に突出して形成された凹部5aにその先端突出部を回転可能に支持されている。ケース5の底部と弁主体14との間の隙間は蓋9により封鎖されて、ケース5内は気密状態になっている。更に、ケース5の外周には、コイル20aを捲回したステータ20が固着されている。
【0020】ローター3の中心部に雄ネジ4aを備えたシャフト4が取り付けられている。シャフト4はその上端部を支持部としてのバネ受け1に回転可能に支持され、その下端部を軸受8に回転可能に支持されている。この軸受8は弁体6に固定されている。
【0021】符号6は弁体を示しており、この弁体6は内部に中空部を有する円筒体からなり、中空部上方に、雄ネジ4aに螺合する雌ネジ7が取り付けられている。また中空部下方に、ニードル12が取り付けられている。さらに、弁体6の回転を止めながら同弁体6をその軸線方向に往復動可能に案内するガイド部24が弁本体14に設けられている。
【0022】ニードル12は上記主弁15の中空部内部に上下動可能に配設され、主弁15の底部中央に形成された第一弁座15aに対して進退可能となっている。符号18はシャフト4のストッパーとしての板バネを、符号11はスプリングピンを示している。
【0023】弁体6の下端部の近傍に、溝23が形成されており、組み立て時、溝21に挿入されたストッパー13は、その円弧部13aがこの溝23に挿入される。この状態が図2、3、7、8に示されている。
【0024】上記の構成において、この実施形態の二段式電動膨張弁は以下のように作動する。なお、この二段式電動膨張弁10は冷凍サイクルが除湿運転モ−ドにある時に、除湿をしながら室温調節を行うよう作動するもので、このとき、電子膨張弁06は全開状態にセットされている。また、冷・暖房運転モ−ド時には、この二段式電動膨張弁10は全開状態にセットされる。
【0025】図2、図7は、この二段式電動膨張弁10の弁閉状態を示している。この状態時にコイル20aに弁開方向のパルスが通電されると、そのパルス数に応じてローター3が回転する。ローター3にはシャフト4が取り付けられているため、ローター3の回転とともにシャフト4も回転する。シャフト4が回転すると、シャフト4の雄ネジ4aも回転し、雄ネジ4aに螺合するナット7が、上昇しはじめる。
【0026】これにより、ナット7と一体の弁体6が、ニードル弁12と共に上昇しはじめる。ニードル弁12の上昇量はパルス数に比例する。このとき、ストッパ13は弁体6の鍔6aの上面に乗ってニードル弁12と共に上昇するが、弁体6の鍔6a上のストッパ13が主弁15の溝21の上面に当接するまで、主弁15は動かないので、主弁15は、その自重で閉鎖状態を保持する。この運転モ−ド時の冷媒流量特性は、図9の直線Aに示す通りであって、繊細な冷媒流量制御が可能となる。
【0027】継続してコイル20aへのパルスが通電されると、ニードル弁12はさらにパルス量に応じ上昇し、鍔6a上のストッパ13が主弁15の溝21の上面に当接すると主弁15はストッパ13により持ち上げられ始め、それ以後はコイル20aへのパルス数に比例して上昇し開弁する。
【0028】主弁15の口径はニードル弁12の口径よりも遙に大きいので、主弁15が開弁モ−ドになると、1パルス毎の冷媒流量の変化は大きく、少ないパルス数(短時間)で大量の冷媒を流すことができる。このとき、冷媒は、二次継手17から一次継手16へ(横→下)と流れ、主弁15の上面には溝22を介して常に一次側の圧力がかかり、均圧作用が行われる。図9の直線Bはこの作動モ−ドの時の流量特性を示している。また、図3、図8は主弁15の全開状態を示している。
【0029】主弁15が全開した後は、ニードル弁12すなはち主弁15がさらに上昇しても冷媒流量は変化しない。図9の直線Cはこの作動モ−ドの時の流量特性を示している。
【0030】弁開から弁閉への作動は次の通りである。コイル20aに閉弁方向のパルスが通電されると、ローター3が逆回転し、最初にニードル弁12が下降しはじめる。これに伴って、ストッパ13と主弁15はそれらの自重によりニードル弁12と一体で下降しはじめる。そして、主弁15が、まず弁座19aに着座する。さらにニードル弁12が下降すると、ストッパ13は鍔15aの上面に乗ったままで下降し、やがてストッパ13は溝21の上面に下側から当接することになる。
【0031】その後もニードル弁12の下降は続き、最終には、ニードル弁12が第一弁座15aに着座して、弁閉鎖が完了する。弁閉鎖を示す図7の矢Dが弁閉鎖時のストッパ13の位置を示している。
【0032】次に、この実施形態の二段式電動膨張弁の組み立てについて説明すると、図4において、弁体6を矢印X方向に移動して主弁15の中に通してから、ニードル弁12を主弁15に形成された第一弁座15aに着座させる。ついで、溝23と溝21とが重なる状態にして、ストッパ13を両溝23,21に側方から挿入して、二段式電動膨張弁の組み立ては完了する。
【0033】上記のように、此の実施形態の二段式電動膨張弁10では、除湿時においても室温の調節を行うことができ、また、主弁15として大口径のものを使用することが出来るため、膨張弁全開時、即ち通常の冷・暖房運転時に最大冷媒の流量を確保することができ、かつ低圧損失を抑制することができる。
【0034】さらに、ニードル弁12と主弁15の2つの弁を、ローター3、ステータ20、コイル20aなどの1つのアクチュエ−タで作動させることができるため、二段式電動膨張弁10全体をコンパクト化でき、かつコンパクトでありながら、大口径の主弁15を設けることができる。
【0035】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
(1)除湿時においても室温の調節を行うことができる。
(2)主弁として大口径のものを使用することが出来るため、膨張弁全開時に最大冷媒の流量を確保することができ、かつ、低圧損失を抑制することができる。
(3)ニードル弁と主弁の2つの弁を、1つのアクチュエ−タで作動させることができるため、二段式電動膨張弁全体をコンパクト化できる。
(4)弁室の横方向に、除湿時における冷媒流入口としての上記二次継手を取り付けて、上記主弁の上面に常に一次側圧力がかかるように構成したため、均圧手段(均圧通路)を必要とせず、その結果、膨張弁全体のコンパクト化が可能となる。




 

 


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