(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に出口開口を有するとともに入口開口を有する弁本体と、各出口開口を開閉する弁体を備えた２個のプランジャと、該両プランジャ間に配置した永久磁石を貫通する中央貫通孔を通して縮設したプランジャばねと、前記弁本体外側の各プランジャの周囲に配置したコイルと、該各コイルへの通電を切り替えるスイッチ回路とからなる二方切替電磁弁において、前記両プランジャのストロークを制限する移動可能なストッパを前記永久磁石の中央貫通孔を通して配置してなることを特徴とする二方切替制御弁。
【請求項２】
前記ストッパは、該ストッパの端部とプランジャの端面との間に、片側のプランジャのストローク分よりわずかに短い遊隙を有するように設定してなる請求項１記載の二方切替電磁弁。
【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・冷蔵システムにおいて冷媒の流路を切り替えるために使用する二方切替制御弁に関し、特に、家庭用冷蔵庫や自動販売機等の少容量の冷凍・冷蔵システムで、膨張器をキャピラリチューブや固定オリフイスとするシステムにおいて、冷媒サイクルに相応して循環冷媒量を調整するため、二つの膨張器を選択することができる冷媒回路用二方切替制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用冷蔵庫や自動販売機等の少容量の冷凍・冷蔵システムにおいて、膨張器としてキャピラリチューブや固定オリフイスを用いたものにおいては、蒸発器負荷やシステム負荷量に相応した冷媒循環流量はある程度調整することはできるが、制御機能はほとんど備えていないため、近年採用されつつある圧縮器や蒸発器用フアンのインバータ化に対応することができず、また、省エネ運転に対応することができないため、これらに対応することができる装置の開発が望まれている。
【０００３】
そのため、冷媒循環回路中に少容量の膨張弁を設け、蒸発器出口温度を検出して温度伝達媒体により直接膨張弁を制御する温度膨張弁や、あるいは電動式リニア膨張弁を用いて電気的に弁開度を制御することが提案されている。しかしながら、上記のような少容量の冷凍・冷蔵システムにおいては、微少流量の冷媒を制御する必要があるため、膨張弁の弁部の加工精度を著しく高度なものとする必要があり、コスト高となるほか、生産性が悪くなる欠点がある。また、微少流量を制御することは微少開度にて動作することから、ごみや異物のつまりが発生し易く、信頼性が著しく低下する欠点もある。
【０００４】
したがって、キャピラリチューブを用いた冷媒回路において、負荷に対応するシステムとしては、最も簡素化したシステムとして、たとえば図８（イ）に示すように、あらかじめ決められたキャピラリチューブＣＴ0 を備え、差圧△Ｐｘを発生するようにしている冷媒回路に対して、図８（ロ）に示すように、そのキャピラリチューブＣＴ0 に対して直列に差圧△Ｐｃ発生用のキャピラリチューブＣＴ1 を追加接続し、この追加接続するキャピラリチューブＣＴ1 を任意に選択することにより対応することも考えられる。しかしながら、この方式では、キャピラリチューブの特性を変更するために差圧発生用のキャピラリチューブＣＴ1 を追加接続する作業が必要となり、上記のように圧縮機や蒸発器用フアンのインバータ化に対応するような制御性は実質的には有していないので使用することはできない。
【０００５】
この点を改良する手段として、たとえば図８（ハ）に示すように、特性の異なる第１キャピラリチューブＣＴ1 と第２キャピラリチューブＣＴ2 を併設し、その各々に電磁弁Ｖ1 とＶ2 を設け、片方の電磁弁に通電させることにより、キャピラリチューブを選択使用することも提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような特性の異なる第１キャピラリチューブと第２キャピラリチューブを併設し、その各々に電磁弁を設け、片方の電磁弁に通電しておくことにより、キャピラリチューブを選択使用する方式においては、キャピラリチューブの信頼性を確保でき長所を有する。しかしながら、使用する電磁弁の数が増加することによりコストが上昇し、更に、片方の電磁弁を常時通電しているため、消費電力が増加し省エネに反する結果となる。
【０００７】
したがって、本発明は、簡単な構造で消費電力が少なく、長期間確実に作動する二方切替電磁弁を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、両端に出口開口を有するとともに入口開口を有する弁本体と、各出口開口を開閉する弁体を備えた２個のプランジャと、該両プランジャ間に配置した永久磁石を貫通する中央貫通孔を通して縮設したプランジャばねと、前記弁本体外側の各プランジャの周囲に配置したコイルと、該各コイルへの通電を切り替えるスイッチ回路とからなる二方切替電磁弁において、前記両プランジャのストロークを制限する移動可能なストッパを前記永久磁石の中央貫通孔を通して配置してなる二方切替制御弁を構成したものである。
【０００９】
本発明は上記のように構成したので、両コイルに通電していないときに両プランジャ間に配設したプランジャばねにより、両プランジャが相互に離れる方向に付勢され、各プランジャの弁体が、各々対向する出口開口を閉鎖している状態においては、入口開口側の冷媒は両出口開口から出ることはなく、閉鎖状態となっている。この状態からスイッチ回路により片側のコイルに対し、通電したときにプランジャの着磁により永久磁石と引き合う方向に一時的に通電すると、通電されたコイルに対向するプランジャは着磁され、永久磁石と引き合うようになるため高速で移動し、片側の出口開口を開放する。プランジャは永久磁石に吸引保持されるので、コイルへの通電を切っても、プランジャの弁体は、この出口開口を開放する作動を継続する。このとき、他側のプランジャは作動することはなく、弁体は他側の出口開口を閉鎖している。
【００１０】
この状態から他側のコイルに対し、通電したときにプランジャの着磁により永久磁石と引き合う方向に一時的に通電すると、通電されたコイルに対向するプランジャは着磁され、永久磁石と引き合うようになるため高速で他側の出口開口を開放する方向に移動する。このとき、移動するプランジャにより両プランジャ間に縮設されたプランジャばねの圧縮力と、両プランジャ間にストッパが配設され、そのストッパの移動により、前記のように出口開口を開放していた片側の弁体を備えたプランジャは、永久磁石の吸引力に抗して出口開口を閉鎖する方向に移動し、この出口開口を閉鎖することにより、入口開口からの流体は他の出口開口側に切り替えられる。出口開口を開放した側のプランジャは永久磁石に吸引保持されるので、前記と同様に、コイルへの通電を切っても、プランジャの弁体はこの出口開口を開放する作動を継続する。
【００１１】
更に、弁体の開閉状体がいかなる状態にあっても、両コイルに対し、通電したときにプランジャの着磁により永久磁石と反発する方向に一時的に通電すると、両プランジャともに永久磁石から離れ、後はプランジャばねの反発力によって両プランジャはその弁体で出口開口を閉鎖する方向に移動し、両出口開口が閉鎖されるので、この弁の上流側と下流側は遮断状体を保持する。この状態は両コイルへの通電を遮断しても維持される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１は、本発明の二方向切替制御弁が適用される例としての、家庭用冷蔵庫や自動販売機等の少容量の冷凍・冷蔵システムにおいて、膨張器としてキャピラリチューブを用いたシステムを示し、このキャピラリチューブはＣＴ1 とＣＴ2 の２個が併設されている。両キャピラリチューブの上流側には、本発明の二方向切替制御弁１が設けられ、この二方向切替制御弁１の入口開口２は、凝縮器３の出口側に設けたレシーバドライヤー４の出口側に連通している。
【００１３】
各キャピラリチューブＣＴ1 とＣＴ2 の出口は連通して蒸発器５の入口管路に接続され、蒸発器５からの冷媒は圧縮機６で圧縮され、高温高圧となった冷媒は凝縮器３で凝縮液化し、再び前記のように循環する。このようなキャピラリチューブの接続と二方切替制御弁の接続状体は、前記図８においては、（ニ）として従来のシステムと比較して示している。
【００１４】
このようなシステムで用いられる本発明の二方切替制御弁１は、図２に示すように、図中下端部に第１出口開口１０を形成した弁本体１１には、この開口１０に連通して前記２個のキャピラリチューブの片側である第１キャピラリチューブＣＴ1 と連通する第１出口継手１２を固定している。また、弁本体には弁本体内の弁室１３に連通するように、弁本体の側部に形成した入口開口２に対して入口継手１４を固定している。弁本体１１の上部には、弁本体の一部として上方に延びる筒状の非磁性体からなるシリンダ１５を固定しており、このシリンダ１５の上端部には弁孔部材１６が固定され、この弁孔部材１６及びシリンダ１５の端部を覆うようにカバー１７が固定されている。弁孔部材１６には第２出口開口１８が形成され、出口開口１８の周囲には止めナット２０が螺合し、カバー１７を固定している。出口開口１８には第２キャピラリチューブＣＴ2 と連通する第２出口継手２１を固定している。
【００１５】
シリンダ１５内には、図中上下方向に第１プランジャ２２と第２プランジャ２３が摺動自在に収納され、第１プランジャ２２の下端には第１出口開口１０を開閉する第１弁体２４を備え、第２プランジャ２３の上端には、第２出口開口１８を開閉する第２弁体２５を備えている。各プランジャ２２，２３の側面には、上下方向に連通する連通溝２６が形成され、入口開口２からの冷媒を第２出口開口１８に導くようにしている。各プランジャ２２，２３の対向する底部にはばね収納溝２７を備え、両ばね収納溝２７間にプランジャばね２８を縮設している。また、この両プランジャ２２，２３の対向する底面間には、永久磁石３０がシリンダ１５内の第１コイル３４と第２コイル３５との中心位置に固定されており、その極性は図示するように、下方の面がＮ極、上方の面がＳ極になるように設定している。この永久磁石３０の中央には貫通孔３１が形成され、この中に前記プランジャばね２８が貫通しているとともに、プランジャばね２８を取り囲むように円筒状のストッパ３２を摺動自在に設けている。このストッパ３２は、ストッパ３２の端部といずれかのプランジャの端面との間に、片側のプランジャのストローク分の遊隙よりわずかに長くなるように設定している。
【００１６】
シリンダ１５の周囲には、前記シリンダの内部に固定した永久磁石３０の上下方向の中心と一致するように中板３３が固定され、この中板３３の下方には第１コイル３４が、また上方には第２コイル３５が固定され、その周囲は外函３６によって覆われている。第１コイルの下側の巻線３７は第１スイッチ３８の第１端子Ａに、第１コイル３４の上側巻線４０及び第２コイルの下側巻線４１は共通の第２スイッチ４２の第１端子Ａに接続され、第２コイル３５の上側巻線４３は第３スイッチ４４の第１端子Ａに接続されている。
【００１７】
第１スイッチ３８の第２端子Ｂ、第２スイッチ４２の第２端子Ｂ、及び第３スイッチ４４の第３端子Ｃは線Ｐにより電源のプラス極側に接続され、第１スイッチ３８の第３端子Ｃ、第２スイッチ４２の第３端子Ｃ及び第３スイッチ４４の第２端子Ｂは線Ｍにより電源のマイナス極側に接続されている。図２に示す状態では、第１スイッチ３８の第１端子Ａと第２端子Ｂが接続され、第２スイッチ４２の第１端子Ａと第２端子Ｂが接続され、第３スイッチ４４の第１端子Ａと第３端子Ｃが接続される結果、第１コイル３４及び第２コイル３５とも下側巻線と上側巻線ともに＋電極と接続されるため、各コイルは通電されず、各プランジャはプランジャばね２８により互いに離反する方向に付勢され、両プランジャの弁体により第１出口及び第２出口が閉鎖されている。それにより、図１の冷媒回路において、圧縮機出口側と圧縮機入口側の管路がシールされ、このような状態においては、冷凍システムが非作動時に、コイルに電流を供給することなしに両管路は遮断状態が保持され、圧縮冷媒が保持されるため、次に冷凍システムを作動するときにこの圧縮冷媒の存在により直ちに冷凍システムが立ち上がる。その結果、エネルギー消費の少ない効率の良い、しかも直ちに冷凍システムを立ち上げることが可能なシステムとすることができる。
【００１８】
このようなスイッチの切替状態から、図３に示すように、第１スイッチ３８のみ第２端子Ｂから第３端子Ｃにｔ1 からｔ2 までの△ｔの間切り替えると、第１コイル３４の下側巻線３７がマイナスに、上側巻線４０がプラス側に通電されるので、第１プランジャ２２は下側がＮ極に、上側がＳ極となり、永久磁石と引き合う磁極配列となるので、第１プランジャ２２は永久磁石３０に引き上げられ、第１弁体２４は第１出口開口１０を開放する。このとき、第１プランジャ２２が永久磁石３０の面に当接する前に、ストッパ３２の長さが各プランジャのストローク分よりわずかに長く設定しているので、ストッパ３２の上側の端部が、第２プランジャ２３の端面に当接して停止した状態において、第１プランジャ２２の端部がストッパ３２の下側の端部に当接するので、第１プランジャ２２が永久磁石３０に衝突することがなく、騒音を発生することがない。この状態から上記時間ｔ2 において第１スイッチ３８が第３端子側Ｃから第２端子側Ｂに戻され、第１コイル３４の下側巻線３７も上側巻線４０もともにプラス極に接続される結果、通電されない状態となっても、永久磁石３０は第１プランジャ２２を吸引保持しているので、この第１出口開口１０を開放し、第１キャピラリチューブＣＴ1 を使用する状態を維持する、いわゆるラッチ作用をなす。
【００１９】
一方、図２に示す状態から、図４に示すように、第３スイッチ４４のみ第３端子Ｃから第２端子Ｂにｔ１ からｔ２ までの△ｔの間切り替えると、第２コイル３５の下側巻線４１がプラスに、上側巻線４３がマイナス側に通電されるので、第２プランジャ２３は下側がＮ極に、上側がＳ極となり、永久磁石と引き合う磁極配列となるので、第２プランジャ２３は永久磁石３０に引き下げられ、第２弁体２５は第２出口開口１８を開放する。この場合も、ストッパ３２がプランジャと永久磁石の直接当接防止作用をなし、騒音を減少することができる。この状態から上記時間ｔ２ において第３スイッチ４４が第２端子側Ｂから第３端子側Ｃに戻され、第２コイル３５の下側巻線４１も上側巻線４３もともにプラス極に接続される結果、通電されない状態となっても、永久磁石３０は第２プランジャ２３を吸引保持しているので、この第２出口開口１８を開放し、第２キャピラリチューブＣＴ２ を使用する状態を維持する。
【００２０】
上記図３に示す第１キャピラリチューブＣＴ1 を使用している状態を継続しているときに、冷凍システムの負荷等の変化により第２キャピラリチューブＣＴ2 を使用することが適切となったときには、第１乃至第３スイッチのすべてがプラス側に接続されている状態から、図４に示すように、第３スイッチ４４のみ第３端子Ｃから第２端子Ｂにｔ1 からｔ2 までの△ｔの間切り替えると、前記と同様に作動し、第２プランジャ２３は永久磁石３０に引き下げられ、第２弁体２５は第２出口開口１８を開放することとなるが、このとき、第１プランジャ２２と第２プランジャ２３間に設けられたストッパ３２が第１プランジャ２２を強制的に押し下げ、第１プランジャ２２は永久磁石３０から切り離されて下方に移動する。その結果、第２プランジャ２３が永久磁石３０に吸引保持されている状態では、第１プランジャ２２はその力で第１弁体２４を第１出口開口１０に押しつけて閉鎖する。この状態から上記時間ｔ2 において第３スイッチ４４が第２端子側Ｂから第３端子側Ｃに戻され、第２コイル３５の下側巻線４１も上側巻線４３もともにプラス極に接続される結果、通電されない状態となっても、永久磁石３０は第２プランジャ２３を吸引保持しているので、この第２出口開口１８を開放し、第２キャピラリチューブＣＴ2 を使用するとともに、ストッパ３２により第１出口開口を閉鎖する状態を維持する。
【００２１】
また、図４に示す第２キャピラリチューブＣＴ2 を使用している状態を継続しているときに、冷凍システムの負荷等の変化により第１キャピラリチューブＣＴ1 を使用することが適切となったときには、第１乃至第３スイッチのすべてがプラス側に接続されている状態から、図３に示すように、第１スイッチ３８のみ第２端子Ｂから第３端子Ｃにｔ1 からｔ2 までの△ｔの間切り替えると、前記と同様に作動し、第１プランジャ２２は永久磁石３０に引き上げられ、第１弁体２４は第１出口開口１０を開放することとなるが、このとき、第１プランジャ２２と第２プランジャ２３間に設けられたストッパ３２が第２プランジャ２３を強制的に押し上げ、第２プランジャ２３は永久磁石３０から切り離されて上方に移動する。その結果、第１プランジャ２２が永久磁石３０に吸引保持されている状態では第２プランジャ２３は、その力で第２弁体２５を第２出口開口１８に押しつけて閉鎖する。この状態から上記時間ｔ2 において第１スイッチ３８が第３端子Ｃから第２端子側Ｂに戻され、第１コイル３４の下側巻線３７も上側巻線４０もともにプラス極に接続される結果、通電されない状態となっても、永久磁石３０は第１プランジャ２２を吸引保持しているので、この第１出口開口１０を開放し、第１キャピラリチューブＣＴ1 を使用するとともに、ストッパ３２により第２出口開口１８を閉鎖する状態を維持する。
【００２２】
更に、上記図３または図４に示す運転状態を継続し、すべてのスイッチがプラス側に接続されている状態から、図５に示すように、ｔ1 からｔ2 までの△ｔの間、第２スイッチ４２のみマイナス側に切り替えると、第１プランジャ２２と第２プランジャ２３はともに永久磁石３０と反発する磁極に励磁されるので、第１プランジャ２２の第１弁体２４は第１出口開口１０を閉鎖し、第２プランジャ２３の第２弁体２５は第２出口開口１８を閉鎖する。
【００２３】
上記実施例においては、ストッパ３２の長さを、ストッパ３２の端部といずれかのプランジャの端面との間に、片側のプランジャのストローク分のより幾分長い長さに設定したものであるが、このストッパ３２の長さを短くするかあるいはなくすことにより、図６に示すように、第２スイッチ４２をプラス側に、他のすべてのスイッチをマイナス側に通電切り替えすると、各プランジャはともに永久磁石に吸引されるように励磁され、引きつけられるので、第１出口開口及び第２出口開口ともに開放され、この状態から第２スイッチをマイナス側に切替、あるいは第１スイッチ及び第３スイッチをプラス側に切り替えると、各コイルは通電されない状態となり、各弁は開放状体を維持する。従って、この状態では第１キャピラリチューブＣＴ１及び第２キャピラリチューブＣＴ2 が並列接続されて運転され、膨張器の第３の態様を得ることとができる。
【００２５】
また、上記実施例では、キャピラリチューブを用いた冷凍回路について述べたが、キャピラリチューブのほかに固定オリフイス等を用いた冷凍システムに用いることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、コイルを２個設けることにより確実な弁作動を行うことができ、また、コイルは瞬時通電のみを考慮するだけでよいので小型のものとすることができる。更に、瞬時通電のみで所定の状態を維持するラッチ作用を行うので消費電力を少なくすることができる。また、上記二方弁の開閉により、冷媒回路の高圧側と低圧側を遮断する回路を構成することができるので、停止時間の延長と起動時等に省エネルギー効果を奏することができる。
【００２７】
両プランジャ間にプランジャのストロークを制限するストッパを配置してなるものであるから、一方の弁が開き他方の弁が閉じている一方弁開の保護効果を有するので、電磁弁特有の弁閉時の衝撃音を低減することができる。このように、簡単な構造で消費電力が少なく、長期間確実に作動する二方切替制御弁とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二方切替制御弁を適用する冷凍回路図である。
【図２】本発明の実施例の第１の作動態様を示す断面図である。
【図３】同第２の作動態様を示す断面図である。
【図４】同第３の作動態様を示す断面図である。
【図５】同第４の作動態様を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例の断面図である。
【図７】キャピラリチューブの接続態様を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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