(57)【要約】【課題】座弁の持つ騒音問題と、スプール弁の持つ漏れ問題とを十分に解消する。【解決手段】流入部３４と流出部３６との間で膨張弁２４を通る通流量を絞るか、または遮断する、弁室５０内で軸方向に移動可能な中空円筒状の弁スプール５２の一方の端部が端面壁６０により閉鎖されており、弁スプールの周面が、流入孔４２と協働する制御孔５４を有しており、弁スプールの開いた方の端面側に弁ヘッド６４が設けられており、該弁ヘッドが弁ステム６２を介して弁スプール５２に結合されており、さらに弁ヘッドが弁座４６に向けられており、該弁座が、弁ハウジング３８の流出開口４４を取り囲んでおり、ただし制御孔５４は軸方向で弁ヘッド６４に対して相対的に、弁ヘッド６４が弁座４６に載着する前に流入孔４２が既に閉鎖されているように配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張弁（２４）であって、弁ハウジング（３８）に設けられた弁室（５０）内で軸方向に移動可能な絞り体（５２）が設けられており、該絞り体（５２）がアクチュエータ（６６）によって弁ばね（５６）の力に抗して運転パラメータおよび周辺パラメータに関連して調節され得ることにより、前記絞り体（５２）が流入部（３４）と流出部（３６）との間で当該膨張弁（２４）を通る通流量を絞るか、または遮断するようになっている形式のものにおいて、前記絞り体（５２）が中空円筒状の弁スプール（５２）であり、該弁スプール（５２）の一方の端部が端面壁（６０）により閉鎖されており、前記弁スプール（５２）の周面が少なくとも１つの制御孔（５４）を有しており、該制御孔（５４）が、弁ハウジング（３８）に設けられた少なくとも１つの流入孔（４２）と協働するようになっており、前記弁スプール（５２）の開いた方の端面側に皿形の弁ヘッド（６４）が設けられており、該弁ヘッド（６４）が弁ステム（６２）を介して前記弁スプール（５２）に結合されており、さらに前記弁ヘッド（６４）が弁座（４６）に向けられており、該弁座（４６）が、弁ハウジング（３８）に設けられた流出開口（４４）を取り囲んでおり、ただし前記制御孔（５４）は軸方向で前記弁ヘッド（６４）に対して相対的に、前記弁ヘッド（６４）が前記弁座（４６）に載着する前に前記流入孔（４２）が既に閉鎖されているように配置されていることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記弁座（４６）が、弾性的なエレメントにより形成されている、請求項１記載の膨張弁。
【請求項３】
アクチュエータ（６６）が電磁石（６８，７０）であり、該電磁石（６８，７０）のアーマチュア（７０）がアーマチュアプランジャ（７２）を介して前記弁スプール（５２）もしくは前記弁ステム（６２）に作用する、請求項１または２記載の膨張弁。
【請求項４】
前記弁スプール（５２）の端面壁（６０）に補償孔（５８）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の膨張弁。
【請求項５】
弁ハウジング（３８）内に、アクチュエータ（６６）寄りの側で第２の弁室（７４）が設けられており、該第２の弁室（７４）が接続開口（８０）を介して第１の弁室（５０）に接続されており、該接続開口（８０）が前記流出開口（４４）と同時に、皿形の第２の弁ヘッド（７８）によって閉鎖されるようになっており、該第２の弁ヘッド（７８）が第１の弁ヘッド（６４）に結合されていて、閉鎖された状態で第１の弁ヘッド（６４）と同じ有効面積を有しており、さらに前記流出部（３６）が接続管路（８２）を介して第２の弁室（７４）に接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張弁であって、弁ハウジングに設けられた弁室内で軸方向に移動可能な絞り体が設けられており、該絞り体がアクチュエータによって弁ばねの力に抗して運転パラメータおよび周辺パラメータに関連して調節され得ることにより、前記絞り体が流入部と流出部との間で当該膨張弁を通る通流量を絞るか、または遮断するようになっている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許出願公開第０９４５２９１号明細書に基づき、自動車の有効室の暖房および冷房のための装置および方法が公知である。冷媒は暖房運転時ではコンプレッサにより圧縮されて、３ポート２位置弁を介して室内熱交換器へ流入し、この室内熱交換器において冷媒は、圧縮により形成された熱の一部を、低温の車両室内空気へ引き渡す。室内熱交換器から冷媒は膨張装置へ流入し、この膨張装置において冷媒は、後続配置されたエバポレータ（蒸発器）において周辺空気から熱を吸収し得るようになる程度にまで冷却される。膨張装置は少なくとも１つの膨張弁を有している。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許第１０１２５７８９号明細書に基づき、膨張弁を備えた弁装置が公知である。この膨張弁には高圧側で冷媒が流入し、低圧側ではこの膨張弁から冷媒が流出する。高圧側から低圧側への通流量は絞り体によって制御される。この絞り体はハウジング固定の弁座と協働し、かつ作動装置によって軸方向に移動可能である。操作ユニットを備えた膨張弁は極めて複雑に形成されていて、大きな手間がかかる。弁が完全に閉鎖された状態における座弁の高いシール性は有利である。これによって原理的には、最小の容積流においてなお規定された高圧を入力制御することも可能となる。遮断機能は、たとえば安全上の理由から望ましいとされており、これにより、管路破断時に膨張弁の下流側で過度に大量の冷媒が流出してしまうことが回避される。しかし、特に振動時に絞り体が弁座に衝突すると、座弁はしばしば不都合な騒音を発生させる。
【０００４】
さらに、騒音の少ない運転を有するスプール弁が知られている。しかし、スプール弁は一般に完全に密には閉鎖されない。なぜならば、とりわけ冷媒として二酸化炭素が使用されるエアコンディショナにおいて発生するような特に高い圧力差において、弁スプールとハウジングとの間の運動ギャップを介して冷媒が流出してしまうからである。この冷媒体積流量はエアコンディショナの運転のためには大き過ぎてしまう。さらに、このような漏れに基づき、低い圧力では、エアコンディショナを効率および出力に関して好都合な運転領域において運転するために十分な圧力を形成することができなくなる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０９４５２９１号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許第１０１２５７８９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の膨張弁を改良して、座弁の持つ騒音問題と、スプール弁の持つ漏れ問題とが十分に解消されるような膨張弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために本発明の構成では、前記絞り体が中空円筒状の弁スプールであり、該弁スプールの一方の端部が端面壁により閉鎖されており、前記弁スプールの周面が少なくとも１つの制御孔を有しており、該制御孔が、弁ハウジングに設けられた少なくとも１つの流入孔と協働するようになっており、前記弁スプールの開いた方の端面側に皿形の弁ヘッドが設けられており、該弁ヘッドが弁ステムを介して前記弁スプールに結合されており、さらに前記弁ヘッドが弁座に向けられており、該弁座が、弁ハウジングに設けられた流出開口を取り囲んでおり、ただし前記制御孔は軸方向で前記弁ヘッドに対して相対的に、前記弁ヘッドが前記弁座に載着する前に前記流入孔が既に閉鎖されているように配置されているようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スプール弁と座弁とを組み合わせることにより、膨張弁を一方では密に閉鎖し、他方では弁スプールによって比例的な開放のために使用することが可能となる。この場合、皿形の弁ヘッドと弁スプールとは、同じアクチュエータによって同時に操作される。アクチュエータが作動させられていない状態で膨張弁を開放しておきたいのか、または閉鎖しておきたいのかに応じて、弁ばねは弁スプールを、ひいてはそれと同時に弁ヘッドを開放方向または閉鎖方向に負荷することができる。重要となるのは、弁ばねと駆動装置とが、弁ヘッドにおける圧力差に基づいた力を克服し得るように弁ばねと駆動装置とが設計されかつ互いに調和されていることである。さらに、弁ヘッドが閉鎖する前に、弁スプールが既に閉鎖されていることが望ましい。この場合、流入孔に対する弁スプールの十分に大きなオーバラップが配慮されなければならない。これにより、振動および騒音を回避することができる。なぜならば、弁スプールに存在する、ほとんど閉鎖された環状ギャップに基づき、弁ヘッドを取り囲む流れはもはやほとんど存在しなくなり、したがって弁ヘッドにおいて、もはや騒音は形成されなくなるからである。弁ヘッドはほぼ騒音なしに弁座に載着する。
【０００８】
弁座のシール面としては、たとえば円形ゴムリング（Ｏリング）、金属製パッキン等のようなシール技術を種々のバリエーションで使用することができる。騒音特性に関しては、弁座が弾性的なエレメントによって形成されていると有利である。
【０００９】
さらに、本発明の有利な構成では、アクチュエータが電磁石であり、該電磁石のアーマチュアがアーマチュアプランジャを介して前記弁スプールもしくは前記弁ステムに作用するようになっている。電磁石はパルス幅変調された信号により制御され得ると有利である。この信号は特定の信号領域において弁スプールを比例弁として運動させ、その他の信号領域においては膨張弁の閉鎖を生ぜしめる。特定の閉鎖度が超えられると、弁スプールと弁ヘッドとは弁座における圧力差により自動的に閉鎖される。
【００１０】
弁スプールの軸方向の運動により、弁ハウジングとピストンスプールの端面壁との間に封入されている容積が変化する。端面壁の両側の圧力が補償され得るようにするために、この端面壁には補償孔が設けられている。
【００１１】
弁ヘッドの閉鎖範囲では、この弁ヘッドに一方では高圧側の圧力が作用し、他方では低圧側の圧力が作用する。電磁石の所要の作動力を小さく保持するためには、弁ヘッドと弁スプールとに作用する圧力を少なくとも部分的に補償することが有利である。このためには、弁ハウジング内に、アクチュエータ寄りの側で第２の弁室が設けられている。この第２の弁室は接続開口を介して第１の弁室に接続されている。この接続開口は流出開口と同時に第２の弁ヘッドによって閉鎖される。この第２の弁ヘッドは閉鎖された状態で、第１の弁ヘッドと同じ有効面積を有している。第２の弁室と膨張弁の流出部との間の接続管路の働きにより、第１の弁ヘッドに作用する定圧側の圧力は、逆方向で第２の弁ヘッドに作用し、これにより相殺される。閉鎖された状態で両弁ヘッドが同じ有効面積を有している限り、同じく、第１の弁室内部で両弁ヘッドに作用する圧力も互いに相殺される。有効面積が互いに異なっていると、面積差に相当する合成力が一方の方向または他方の方向へ生ぜしめられる。
【００１２】
本発明のその他の利点は以下の実施例の説明から明らかになる。図面には本発明の実施例が図示されている。図面、発明の詳細な説明および特許請求の範囲には、多数の特徴が組み合わされた形で含まれている。当業者であれば、これらの特徴を有利には個々に考察して、別の有利な組合せを形成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１４】
空調設備もしくはエアコンディショナ１０では、コンプレッサ（圧縮機）１２が矢印１４の方向で冷媒を搬送し、そしてこのときに冷媒の圧力および温度を増大させる。この冷媒はオイルセパレータ３２を介してガスクーラ１６に流入し、このガスクーラ１６内では冷媒が、圧縮時に発生した熱の一部を周辺環境へ放出する。この場合、ブロワ２０が空気流１８を空気側でガスクーラ１６に通して搬送する。その後に、この冷媒は内部熱交換器２２を通流し、この内部熱交換器２２では、コンプレッサ１２に戻る冷たい冷媒に熱が伝達される。冷却された冷媒は流入部３４を介して膨張弁２４に流入する。この膨張弁２４では、膨張によって冷媒からさらに熱が取り出される。膨張弁２４の流出部３６はエバポレータ（蒸発器）２６に接続されている。このエバポレータ２６内では、冷媒が周辺環境から熱を吸収する。このためには、別のブロワ２８が空気流３０を空気側でエバポレータ２６を通じて搬送する。エバポレータ２６から冷媒は内部熱交換器２２を介してコンプレッサ１２の吸込側に戻り、これによりこの冷凍回路は閉じられている。
【００１５】
図２に示した膨張弁２４は弁ハウジング３８を有している。この弁ハウジング３８はその周面に設けられた少なくとも１つの流入部３４と、カバー４０に設けられた流出部３６とを有している。カバー４０は弁ハウジング３８内に設けられた円筒状の弁室５０を閉鎖している。弁室５０内には、中空円筒状の弁スプール５２が支承されている。この弁スプール５２の周面は少なくとも１つの制御孔５４を有している。この制御孔５４は弁ハウジング３８に設けられた流入孔４２と協働して、膨張弁２４を通る通流量を制御する。弁スプール５２の一方の端面側は端面壁６０によって閉鎖されており、この端面壁６０には圧力補償孔５８が設けられている。弁スプール５２は弁ばね５６によって開放方向に負荷されており、この場合、弁ばね５６は一方ではカバー４０に、他方では端面壁６０にそれぞれ支持されている。膨張弁２４の開放された状態では、流入部３４が流入孔４２と制御孔５４とによって完全に開放されている。
【００１６】
弁スプール５２の開いた端面側には、皿形の弁ヘッド６４が設けられている。この弁ヘッド６４は弁ステム６２によって弁スプール５２に結合されている。この弁ヘッド６４はカバー４０に設けられた流出孔４４に向けられており、この流出孔４４は流出部３６に通じている。弁室５０の側でカバー４０には環状溝４８が設けられており、この環状溝４８は流出孔４４を取り囲んでいる。さらに環状溝４８内には、円形ゴムリング（Ｏリング）が嵌め込まれている。
【００１７】
電磁石の形のアクチュエータ６６により、弁スプール５２と弁ヘッド６４とは同時に移動調節される。アクチュエータ６６はアーマチュア７０を有しており、このアーマチュア７０は電磁コイル６８の磁界により移動させられて、アーマチュアプランジャ７２を介して弁スプール５２もしくは弁ステム６２に作用する。アーマチュアプランジャ７２は弁スプール５２または弁ステム６２に固く結合されていてよいか、またはこれらの構成部分にルーズに接触していてもよい。その場合、弁ばね５６がこれらの構成部分の間の接触を生ぜしめる。
【００１８】
電磁コイル６８は制御ユニット（図示しない）によって、有利にはパルス幅変調された信号により制御されて、弁スプール５２を弁ヘッド６４と共に弁特性線８８（図５）に相応して移動させる。このときに、流入部３４はまず流入孔４２と制御孔５４とで絞られ、この場合、流入部３４は、弁スプール５２が流入孔４２を覆い隠し、弁スプール５２と弁ハウジング３８との間の運動ギャップを介して最小容積流だけしか流出部３６に到達しなくなるまで絞られる。この段階の間、電磁コイル６８は、弁ストロークｈと信号量Ｓ（％）との関係を示す弁特性線８８が比例範囲８４と、この比例範囲８４に移行範囲を介して続いた閉鎖範囲８６とを有するように制御される。閉鎖範囲８６では、弁ヘッド６４が弁座もしくは円形ゴムリング４６に接触し、そして弁ばね５６と、アクチュエータ６６と、流入部３４と流出部３６との間の圧力差とからの合成力により、この弁座に保持される。膨張弁２４はこの状態で密に閉鎖されている。この膨張弁２４は、弁座への弁ヘッド６４の載着時に騒音を発生させない。なぜならば、通流量が極めて小さく、したがって振動が回避されるからである。さらに、円形ゴムリング４６の弾性材料が、弁ヘッド６４の載着運動を緩衝する。弁スプール５２の軸方向運動時では、端面壁６０と弁ハウジング３８との間に封入された容積が変化する。補償孔５８を介して、相応する量補償および圧力補償が行われる。
【００１９】
図２に示した構成は、無電流状態の電磁コイル６８において開放されている膨張弁を示している。それに対して、図４に示した構成では、無電流状態の電磁コイル６８において膨張弁２４が閉鎖されている。この場合には、弁スプール５２を弁ヘッド６４と共に弁ばね５６の力に抗して開放するために、アクチュエータ６６が作動されなければならない。
【００２０】
図３に示した変化実施例は、アクチュエータ側に位置する第２の弁室７４が設けられている点で、図２に示した実施例とは異なっている。第２の弁室７４は接続開口８０を介して第１の弁室５０に接続されている。接続開口８０はアクチュエータ側で弁座７６によって取り囲まれる。この弁座７６は弁座４６と同様に形成されていてよく、皿形の弁ヘッド７８と協働する。この弁ヘッド７８は第１の弁ヘッド６４と結合されているので、第１の弁ヘッド６４が流出孔４４を閉鎖すると同時に弁ヘッド７８は接続開口８０を閉鎖する。弁ヘッド６４の有効面積と弁ヘッド７８の有効面積とは等しいので、両弁ヘッド６４，７８に作用する押圧力は互いに相殺される。外部から両弁ヘッド６４，７８に作用する押圧力も互いに相殺されるようにするためには、流出部３６の低圧側が接続管路８２によって第２の弁室７４に接続されている。弁スプール５２もしくは弁ヘッド６４，７８における圧力補償に基づき、小さな作動力しか生ぜしめられないので、電磁石６６を小さく設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による膨張弁を備えたエアコンディショナを示す概略的な回路図である。
【００２２】
【図２】本発明による膨張弁の縦断面図である。
【００２３】
【図３】図２に示した実施例に対する変化実施例を示す縦断面図である。
【００２４】
【図４】図２に示した実施例に対する別の変化実施例を示す縦断面図である。
【００２５】
【図５】本発明による膨張弁の弁特性線を示す線図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  エアコンディショナ
１２  コンプレッサ
１６  ガスクーラ
１８  空気流
２０  ブロワ
２２  内部熱交換器
２４  膨張弁
２６  エバポレータ
２８  ブロワ
３０  空気流
３２  オイルセパレータ
３４  流入部
３６  流出部
３８  弁ハウジング
４０  カバー
４２  流入孔
４４  流出孔
４６  円形ゴムリング
４８  環状溝
５０  弁室
５２  弁スプール
５４  制御孔
５６  弁ばね
５８  圧力補償孔
６０  端面壁
６２  弁ステム
６４  弁ヘッド
６６  アクチュエータ
６８  電磁コイル
７０  アーマチュア
７２  アーマチュアプランジャ
７４  第２の弁室
７６  弁座
７８  弁ヘッド
８０  接続開口
８２  接続管路
８４  比例範囲
８６  閉鎖範囲
８８  弁特性線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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