JPH0345872A - サーボ制御膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、揮発性流体用のサーボ制御膨張弁に関するも
のであり、さらに詳細には、制御パイロットバルブ機構
により、流体が圧力媒体として用いられるサーボ機構を
介して、動作可能な主弁を備えた冷凍装置の蒸発器にお
ける冷媒を電気的に制御して注入する際に使用されるサ
ーボ制御膨張弁に関するものである。

先行技術 西独特許第２７４９２５０号は、液相および気相を有す
る媒体が収容するチャンバを画するダイアフラムを介し
て、制御されるパイロット弁を備えた膨張弁を開示して
いる。この媒体は、液体内で、電気ヒータにより加熱さ
れ、スプリング力に抗して、パイロット弁を開く制御圧
力に達する。

パイロット弁が開くと、液状冷媒は、膨張弁の人口から
、主弁の閉止部材を動作させるサーボピストンによって
画された作動チャンバ内のスロットルオリフィスを通っ
て流れ、そこから、サーボピストン内のスロットルオリ
フィスおよびパイロット弁オリフィスを通って、蒸発器
に流れる。したがって、冷媒により生成されたサーボピ
ストンを横切る異なった圧力が、サーボピストンの位置
、したがって、主弁の閉止部材の位置、すなわち、主弁
の開度を決定する。

ある状態の下では、作動チャンバ内で、冷媒の蒸発が生
じ得る。冷媒蒸気の圧縮性により、サーボピストンが振
動し、主弁の閉止部材も、これに応じて、振動する。こ
の問題は、冷媒の温度が、沸点に近いと、冷媒蒸気が、
サーボピストンを横切るように形成され、サーボピスト
ン内のスロットルオリフィスにより圧力降下が生じ、サ
ーボピストンは、どちらに動いても、蒸気クツションに
衡突するため、さらに悪化する。

発明の目的 本発明は、振動を防止することのできるサーボ制御膨張
弁を提供することを目的とするものである。

発明の構成および作用 本発明のかかる目的は、揮発性流体用のサーボ制御膨張
弁であって、とくに、制御パイロットバルブ機構により
、流体が圧力媒体として用いられるサーボ機構を介して
、動作可能な主弁を備えた冷凍装置の蒸発器における冷
媒を電気的に制御して注入する際に使用されるサーボ制
御膨張弁において、サーボ機構を、主弁の出口側に、熱
的に接続することによって達成される。

膨張によって、主弁の出口側に、低温部が生ずる。この
低温部は、サーボ機構内の流体を冷却し、蒸気が生成す
ることなく、流体が液体状態に維持される。圧力生成は
、したがって、制御は、非圧縮性のこの液体を通じての
み生ずる。これによって、大幅に、主弁の閉止部材の振
動を抑制することが可能になる。

好ましい実施態様においては、サーボ機構は、主弁の下
流側のチャンバ内に設けられる。このチャンバを、主弁
を通過した流体が横切っている。

主弁の出口側、すなわち、主弁の下流側に、入口側より
低温が生ずるので、同様に、チャンバ内に低温が生じ、
これにより、サーボ機構が冷却される。

好ましい実施態様においては、サーボ機構は、サーボシ
リンダと、サーボシリンダ内に設けられ、主弁の弁エレ
メントに結合され、パイロット弁機構により制御可能な
圧力を受ける作動チャンバを画するピストンとを備えて
いる。他の好ましい実施態様においては、サーボ機構は
、主弁の弁エレメントに結合され、パイロット弁機構に
より制御可能な圧力を受ける作動チャンバを画するダイ
アフラムを備えている。ここに、ダイアフラムは、作動
チャンバの変形可能な仕切り壁を意味している。したが
って、作動チャンバは、また、ベローズによって、仕切
られていてもよい。サーボ機構は、主弁の出口側に、す
なわち、低温側に、熱的に結合されているので、作動チ
ャンバは、外部から冷却される。したがって、作動チャ
ンバ内に、蒸気が生成することはなく、振動も防止され
る。

好ましくは、パイロット弁機構は、膨張弁の入口と出口
の間に、直列に、固定スロットルと制御可能な可変スロ
ットルとを有し、この２つのスロットルの間から、パイ
ロット弁機構により制御可能な圧力が得られる。一つの
実施態様においては、可変スロットルは、固定スロット
ルの上流側に設けられ、他の実施態様においては、固定
スロットルは、可変スロットルの上流側に設けられる。

制御弁により形成することのできる可変スロットルの開
度を変えることによって、圧力を、入口圧力と出口圧力
の間の広い範囲の値に設定することができる。

他の好ましい実施態様においては、パイロット弁機構は
、膨張弁の人口と出口の間に、直列に、２つの制御可能
な可変スロットルを有しており、この２つのスロットル
の間から、パイロット弁機構により制御可能な圧力が得
られる。この実施態様では、パイロット弁機構は、高価
にはなるが、パイロット弁機構により生成される制御圧
力は、実際に、膨張弁の人口圧力と出口圧力の間のすべ
ての値に設定することが可能になる。

さらに他の好ましい実施態様においては、パイロット弁
機構は、膨張弁の入口ならびに出口およびサーボ機構の
作動チャンバに連通する制御可能な三方弁によって構成
される。したがって、人口は、三方弁の１つの出口が接
続される膨張弁の出口よりも高温部が存在する膨張弁の
前の冷媒などの流体に連通ずる。三方弁の第２の出口は
、サーボ機構の作動チャンバに接続されている。したが
って、三方弁の望ましい温度の影響により、作動チャン
バに連なる出口の絞り効果のため、蒸気は実質的に発生
しない。

パイロット弁機構が、電気的に制御可能であることが好
ましい。このため、可変スロットルは、電気的に、ある
いは、電磁気的に作動可能な弁によって形成されてもよ
い。同様に、三方弁も、その人口または出口に、１つま
たは２つの電気的に作動可能な弁を有していてもよい。

絞り効果を実現するために、弁は、サイクルをもって、
開き、閉じるようにされてもよい。直接的な電気制御は
、迅速であり、公知の制御手段を用いて、容易に実現す
ることができる。

好ましくは、チャンバおよび主弁の出口は、金属ハウジ
ング内に設けられる。主弁の出口側に低温部があり、金
属は、良好な伝熱材料であるから、このように構成する
ことにより、チャンバを、出口側の流体によって、直接
冷却することが可能になる。もちろん、主弁の入口は、
ある程度、ハウジング内に、開いていなければならない
。しかしながら、適当な導管システムにより、出口によ
る温度の影響の方が大きくなるようにすることができる
。

ハウジング内のパイロット弁機構が、チャンバを画する
ハウジングの部分に、配置されていることが望ましい。

これによって、パイロット弁機構を、そのまわりの流体
によってだけでなく、金属ハウジングを流れる冷たい流
れによって、冷却することができる。

実施例 以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例につき、詳
細に説明を加える。

第１図は、本発明の実施例に係る膨張弁の略断面図であ
る。

第１図において、膨張弁２０は、分岐路３により、ブリ
ッジされた主弁２１によって分離された揮発性液体のた
めの人口接続Ｂ１と出口接続Ｂ２とを備えている。分岐
路３は、入口接続部１から分岐した分岐路人口４を備え
、液体が、分岐路３０分岐路出口５を経て、出口接続部
２に流れることができるようになっている。

第３図および第４図に示されるように、パイロット弁機
構は、種々に構成することができる。２つのスロットル
点が、分岐路人口４と分岐路出口５との間に、直列に設
けられている。第３図（ａ）においては、固定スロット
ル７と、たとえば、磁気弁により形成し得る調整可能な
可変スロットル８を備えている。これら２つのスロット
ル７．８の間の制御圧力出口１２において、制御圧力Ｐ
ｓが得られる。この圧力値は、分岐路人口４における凝
縮器圧力Ｐｋと、分岐路出口５における蒸発器圧力ｐｖ
の間で、調整可能である。可変スロットル８が閉じたと
きには、制御圧力Ｐｓは、分岐路入口４の入口における
圧力と等しく、他方、可変スロットル８が完全に開いた
ときには、制御圧力出口１２における制御圧力Ｐｓは、
流れる流体の量によって決まる。

第３図（ｂ）においては、固定スロットル７′　と可変
スロットル８゛の順序が反対になっている。すなわち、
分岐路人口４の背後には、まず、可変スロットル８′が
設けられ、その下流側に、固定スロットル７°が設けら
れている。可変スロットル８′が閉じたときには、制御
圧力出口１２において、蒸発器圧力ｐｖが得られ、他方
、可変スロットル８′が開かれたときは、制御圧力出口
１２における制御圧力Ｐｓは、流れる流体の量によって
決まる。

第３図（Ｃ）においては、スロットル９．１０は、とも
に、可変スロットルとなっている。したがって、制御圧
力出口１２における圧力が、分岐路人口４における凝縮
器圧力Ｐｋおよび分岐路出口５における蒸発器圧力Ｐｖ
になるように制御することが可能になる。２つのスロッ
トル９．１０は、たとえば、電気的に動作可能な弁によ
り構成することができ、独立して、動作させることがで
きる。

第３図（ｄ）は、パイロット弁機構が、実質的に、三方
弁１１から構成された例を示している。この三方弁１１
は、いかに構成するかにより、第３図（ａ）ないしくＣ
）の弁に対応するように、機能させることができる。ま
た、その入口において、圧力降下を生じさせることなく
、入口圧力を、制御圧力出口１２および分岐路出口５に
分けることが可能である。

第４図は、第３図（ａ）ないしくｄ）に示されたパイロ
ット弁機構を包括的に示しており、制御圧力出口１２に
おける制御圧力Ｐｓは、たとえば、１つの制御人口１３
の信号によって、電気的な接続によって、分岐路人口４
における圧力Ｐｋおよび分岐路出口５における圧力Ｐｖ
の間の値にセットされている。

第１図および第２図において、パイロット弁機構は、第
４図の表示方法にしたがって、描かれている。

膨張弁２０の主弁２１は、そのハウジング３４内に、弁
座２２を備え、弁座２２に対して可動な閉止部材２３が
設けられている。閉止部材２３が弁座２２の位置にある
ときは、主弁２１は閉じられる。閉止部材２３の動きは
、サーボ機構２４により、タペット２５を介して、制御
されている。

第１図に示されるサーボ機構２４は、作動チャンバ２７
を画するベローズ２６を備えている。ベローズ２６は、
ハウジング３４に固定された当接部材３８に支持された
スプリング２８のスプリング力により圧縮されている。

したがって、閉止部材２３は、主弁２１の開放位置に移
動可能となっている。作動チャンバ２７には、パイロッ
ト弁機構６の制御圧力出口１２から制御圧力Ｐｓが加え
られており、この制御圧力Ｐｓは、スプリング２８のス
プリング力に抗して、主弁２１を閉止位置に移行させる
ことを可能にしている。サーボ機構２４は、主弁２１の
出口側に位置したチャンバ３３内に設けられており、し
たがって、膨張し、冷却された液体が、横切っている。

チャンバ３３は、出口接続部２と直接に連通している。

これにより、主弁２１を通過した流体は、サーボ機構２
４のまわりを流れ、出口接続部２を経て、膨張弁２０が
流出するように構成されている。主弁２１の出口側、す
なわち、チャンバ３３内の流体は、入口接続Ｂ１におけ
るより、その温度が低いため、パイロット弁機構６を介
して、流体により満たされている作動チャンバ２７内に
おいて、蒸気が生成することを防止することができる。

作動チャンバ２７内の流体は、外部冷却により、チャン
バ３３内の流体と実質的に同じ温度に保持されている。

この温度においては、流体は、液相状態になっている。

液体は、非圧縮性であるので、閉止部材２３の振動とし
て、妨げとして認識され得る振動の発生を防止すること
ができる。

ハウジング３４が金属によって形成されていると、サー
ボ機構２４と膨張弁２０の出口側の冷却流体との熱的な
カップリングがより良好になる。

サーボ機構２４は、金属ハウジング３４に取り付けられ
る。金属は、良好な伝熱材料であるから、ハウジング３
４も、そしてサーボ機構２４も、熱を保持することがで
きず、熱が、直ちに、放熱されることは明らかであろう
。当然、比較的暖かい流体が、入口接続部材３５を経て
、膨張弁２０に供給されなくてはならない。したがって
、入口接続部材３５は、たとえば、図示しない断熱材に
より、ハウジング３４から、熱的に遮断されていなけれ
ばならない。他方、出口接続Ｎ５２を形成する出口接続
部材３６は、膨張弁２０の出口側の流体により冷却され
ているから、金属ハウジング３４の一部により形成して
もよい。構造的な観点からは、金属ハウジング３４が、
膨張弁２０の出口側の冷却流体と、入口側の比較的暖か
い流体より、大きな領域で、接触するように、導管シス
テムを形成することができる。これによって、冷却効果
を、チャンバ３３を介してだけでなく、金属ハウジング
３４を介して、サーボ機構２４に及ぼすことができる。

本実施例においては、ベローズにより、サーボ機構２４
が描かれているが、作動チャンバは、たとえば、端部が
、ダイアフラムによって閉じられたシリンダなどの固体
により、覆われていてもよい。主弁２１の閉止部材２３
は、ダイアフラムにより生成されたわずかな動きのみを
実現するものでなければならない。

第２図は、本発明の他の実施例に係る膨張弁の略断面図
である。第■図と同じ部分については、同じ符号が付け
られている。サーボ機構２４′　は、作動チャンバ３７
を、ピストン３０とともに画すシリンダ２９を備えてい
る。ピストン３０は、閉止部材２３のタペット２５に結
合されている。ピストン３０は、シリンダに対して固定
された当接部材３２により支持されるスプリング３１の
スプリング力に抗して、作用するように構成されている
。サーボ機構２４“の作動チャンバ３７は、パイロット
弁機構６の制御圧力出口１２と連通している。分岐路人
口４からパイロット弁機構６に流れ込んだ流体は、分岐
路出口５に流れ込み、°また制御圧力出口１２を経て、
作動チャンバ３７に流れ込む。この流体は、液相状態に
あるが、その沸点近傍にある。したがって、パイロット
弁機構６の絞り効果によって、気化する。しかし、シリ
ンダ２９が、より冷たい流体が横切るチャンバ３３内に
配置されているため、作動チャンバ３７内の流体もまた
、冷却され、その温度は、沸点よりはるかに低下させら
れる。したがって、蒸気が生成する危険が除去され、作
動チャンバ３７内は、液相状態の流体により満たされ、
振動、の発生が防止される。

第５図は、上述のサーボ制御膨張弁の機能を示す圧力−
エンタルピー曲線である。曲線Ｅは、液体が、沸点にあ
るときの圧力とエンタルピーの関係を示すものである。

曲線Ｅの下方では、冷媒は、飽和蒸気の状態にある。矢
印Ａに沿って、飽和冷媒蒸気の圧縮が、圧力Ｐｖからよ
り高い圧力Ｐｋへ生ずる。一定圧力Ｐｋにおいて、凝縮
が、矢印Ｂに沿って、点■まで、生ずる。点Ｉは、凝縮
器の出口での、したがって、膨張弁２０の人口１での冷
媒の状態を示している。点Ｉから、膨張弁２０は、矢印
Ｃに沿って、点りまで、冷媒を膨張させる。

このとき、圧力は、凝縮器圧力Ｐｋから蒸発器圧力Ｐｖ
にまで低下する。エンタルピーも、これに応じて、減少
する。点Ｉｖは、圧力Ｐｓのサーボ機構２４．２４′内
の冷媒の状態を示し、エンタルピーは、点Ｖに対応して
いる。この点は、冷媒の液相と気相の間の限界より上に
あるので、サーボ機構２４．２４°内の冷媒は、つねに
液相状態にある。点Ｖの後の一定圧力Ｐｖで、蒸発器内
において、周囲から熱を吸収して、矢印りに沿って、加
熱が生じ、サイクルが完了する。サーボ機構２４．２４
″内の冷媒が、冷却状態に維持されれば、蒸気の生成が
確実に抑制され、「しっかりした」調節システムが得ら
れることは明らかであろう。

パイロット弁機構６により、２つのスロットル点間にセ
ットされる圧力Ｐｓは、次式によって決定される。

Ｐｓ＝Ｐｖ＋　（スプリング力）／（ベローズ面積）出
口５に隣接したスロットル点、すなわち、スロットル点
６．７°あるいは１０においては、流体は、点ｒＶ　（
Ｐｓ）から点Ｖ　（Ｐｖ）に絞られる。これは、サーボ
機構２４．２４°　とこれに対応する導管およびベロー
ズ２６またはシリンダ２９が、低温に熱的に結合されて
いるため、蒸気が生成することなく生ずる。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請求
の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能で
あり、それらも本発明の範囲内に包含されるものである
ことはいうまでもない。

発明の効果 本発明によれば、振動を防止することのできるサーボ制
御膨張弁を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る膨張弁の略断面図であ
る。第２図は、本発明の他の実施例に係る膨張弁の略断
面図である。第３図は、パイロット弁機構の冷を示す図
面であり、第４図は、これらを包括的に表した図面であ
る。第５図は、圧力とエンタルピーとの関係を示すグラ
フである。 １・・・入口接続部、　　　　２・・・出口接続部、３
・・・分岐路、　　　　　４・・・分岐路入口、５・・
・分岐路出口、 ６・・・パイロット弁機構、 １２・・・制御圧力出口、 ２０・・・膨張弁、　　　　２１・・・主弁、２３・・
・閉止部材、 ２４．２４′・・・サーボ機構、 ２６・・・ベローズ、 ２７．３７・・・作動チャンバ、 ２８．３１・・・スプリング、 ２９・・・シリンダ、　　　　３ｏ・・・ピストン、３
３・・・チャンバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）揮発性流体用のサーボ制御膨張弁であって、とく
   に、制御パイロットバルブ機構により、流体が圧力媒体
   として用いられるサーボ機構を介して、動作可能な主弁
   を備えた冷凍装置の蒸発器における冷媒を電気的に制御
   して注入する際に使用されるサーボ制御膨張弁において
   、サーボ機構（２４、２４’）が、主弁（２１）の出口
   側（２）に、熱的に接続されたことを特徴とするサーボ
   制御膨張弁。 （２）前記サーボ機構（２４、２４’）が、主弁（２１
   ）の下流側のチャンバ（３３）内に設けられたことを特
   徴とする請求項（１）に記載のサーボ制御膨張弁。 （３）前記サーボ機構（２４’）が、サーボシリンダ（
   ２９）と、該サーボシリンダ内に設けられ、主弁（２１
   ）の弁エレメント（２３）に結合され、パイロット弁機
   構（６）により制御可能な圧力を受ける作動チャンバ（
   ３７）を画するピストン（３０）とを備えていることを
   特徴とする請求項（１）または（２）に記載のサーボ制
   御膨張弁。 （４）前記サーボ機構（２４）が、主弁（２１）の弁エ
   レメント（２３）に結合され、パイロット弁機構（６）
   により制御可能な圧力を受ける作動チャンバ（３７）を
   画するダイアフラム（２６）を備えていることを特徴と
   する請求項（１）または２に記載のサーボ制御膨張弁。 （２）前記パイロット弁機構（６）が、膨張弁（２１）
   の入口（１）と出口（２）の間に、直列に、固定スロッ
   トル（７、７’）と制御可能な可変スロットル（８、８
   ’）とを有し、この２つのスロットルの間から、前記パ
   イロット弁機構（６）により制御可能な圧力（Ｐｓ）が
   得られるように構成されたことを特徴とする請求項（１
   ）ないし（４）のいずれか１項に記載のサーボ制御膨張
   弁。 （６）前記パイロット弁機構（６）が、膨張弁（２１）
   の入口（１）と出口（２）の間に、直列に、２つの制御
   可能な可変スロットル（９、１０）とを有し、この２つ
   のスロットルの間から、前記パイロット弁機構（６）に
   より制御可能な圧力（Ｐｓ）が得られるように構成され
   たことを特徴とする請求項（１）ないし（４）のいずれ
   か１項に記載のサーボ制御膨張弁。 （７）前記パイロット弁機構（６）が、膨張弁（２１）
   の入口（１）ならびに出口（２）および前記サーボ機構
   （２４、２４’）の作動チャンバ（２７、３７）と連通
   する制御可能な三方弁よりなることを特徴とする請求項
   （１）ないし（４）のいずれか１項に記載のサーボ制御
   膨張弁。 （８）前記パイロット弁機構（６）が、電気的に制御可
   能であることを特徴とする請求項（５）ないし（７）に
   記載のサーボ制御膨張弁。 （９）前記チャンバ（３３）および前記膨張弁（２１）
   の出口（２）が、金属ハウジング（３４）内に配置され
   たことを特徴とする請求項（２）ないし（８）のいずれ
   か１項に記載のサーボ制御膨張弁。 （１０）前記ハウジング（３４）内の前記パイロット弁
   機構（６）が、前記チャンバを画するハウジングの部分
   に配置されたことを特徴とする請求項（９）に記載のサ
   ーボ制御膨張弁。