(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイクルに組み込まれる制御弁であって、
作用する圧力に応動するダイアフラムと、このダイアフラムにより軸方向に昇降駆動される弁体と、前記ダイアフラムによりその下面開口部が封鎖されて密閉空間を形成する冷媒封入ケースと、前記弁体が嵌挿される弁ホルダと、を備え、
前記ダイアフラムは、圧力応動面部と、前記圧力応動面部の中央に設けられ、前記弁体の上端部が挿入されて溶接等により接合される短円筒状立上部と、前記圧力応動面部の外周に前記短円筒状立上部の高さよりも長く略垂直下方に向けて折曲連設された筒状外周部と、を有しており、
前記短円筒状立上部にはＬ形断面を有した補強リングが外嵌固定されており、
前記補強リングのＬ形断面は、前記短円筒状立上部に外嵌される部分の高さ寸法よりも前記圧力応動面部に対接する部分の横寸法のほうが長い形状であり、
前記補強リングにおける前記圧力応動面部に対接する側の外周端縁角部にアール形状等の丸みが付けられており、
前記圧力応動面部の外周端部と前記筒状外周部とは、前記冷媒封入ケースの下端円形開口部と前記弁ホルダの上辺を形成するダイアフラムサポート部とに挟まれるようにして封着されることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記ダイアフラムを挟んで前記密閉空間の反対側には、冷媒が導入される冷媒導入室と前記ダイアフラムの圧力作用面とを連通し、前記冷媒導入室の圧力を導く導圧通路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記弁体が嵌挿された前記弁ホルダの外周と螺合するホルダ受け部と、前記ホルダ受け部を有する弁受け具と、ケース本体と、を備え、
前記弁受け具は、前記ケース本体に螺着されることを特徴とする請求項１または２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記補強リングと前記ダイアフラムとの間に前記補強リングより大なる外径を有するワッシャが介挿されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御弁。
【請求項５】
前記密閉空間の内部に冷媒ガスと不凝縮ガスとを封入したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作用する圧力に応動するダイアフラムと、このダイアフラムにより軸方向に昇降駆動される弁体と、を備えたダイアフラム駆動式の制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のダイアフラム駆動式の制御弁の従来例を図５に示す。図示例の制御弁１０’は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１００’に組み込まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記制御弁１０’においては、図６に示すように、ダイアフラム３５の短円筒状立上部３５ａに弁体４０の上端円筒部４１が挿入されてその上端が溶接（溶接部４９）により接合されており、ダイアフラム３５の圧力応動面部３５ｂは、前記密閉空間３０Ｓの圧力に応じて、前記弁体４０を伴って上下動（膜振動）するようになっているので、特に、前記ダイアフラム３５の短円筒状立上部３５ａ及び圧力応動面部３５ｂにおける前記弁体４０の鍔状部４２上に乗せられている、前記短円筒状立上部３５ａ近くの内周部からなる断面Ｌ形内周部３５Ｌに変形応力が作用しやすく、該断面Ｌ形内周部３５Ｌ部分及び溶接部分が、変形、破損するおそれがあった。
【０００４】
そこで、前記変形、破損を防止すべく、図７に示される如くに、前記短円筒状立上部３５ａにＬ形断面を有する補強リング３６’を外嵌してその上端を前記短円筒状立上部３５ａ及び弁体４０の上端円筒部４１と共に溶接（溶接部４９）して固定することが考えられている。
【０００５】
しかしながら、前記のように補強リング３６’を短円筒状立上部３５ａに外嵌固定した場合には、前記断面Ｌ形内周部３５Ｌ部分の変形、破損をある程度は防止できるものの、今度は、ダイアフラム３５の圧力応動面部３５ｂが上下動することによって、前記補強リング３６’における前記圧力応動面部３５ｂに対接する側の外周端縁角部３６ａ’に前記圧力応動面部３５ｂの対応部分が直接干渉し、該部分に応力が集中して、損傷、破損するおそれがあり、ダイアフラムの耐久性が損なわれるという問題があった。
【０００６】
特に、図５に示すように冷凍サイクルに用いられる場合には、ダイヤフラム３５の圧力面（下面）の圧力の方が高い圧力で弁体４０が開弁するよう設定されると、更に損傷や破損が生じやすくなる。
【０００７】
また、各部の寸法誤差、組立誤差等の累積や溶接部（４９、３９）における歪等により、ダイアフラム３５に対して弁体４０が多少は傾斜することが避けられないが、このようにダイアフラム３５に対して弁体４０が傾斜した状態で昇降せしめられると、前記と同様に、前記補強リング３６’における前記圧力応動面部３５ｂに対接する側の外周端縁角部３６ａ’に対する、前記圧力応動面部３５ｂの対応部分の当たり度合いが大きくなり、該部分に応力が集中して、損傷、破損するおそれがあり、この場合もダイアフラムの耐久性が損なわれる。
【０００８】
本発明は、上述した如くの問題を解消すべくなされたもので、その目的とするところは、ダイアフラムの損傷、破損を効果的に防止できて、耐久性を向上させることのできる制御弁を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る制御弁は、二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイクルに組み込まれる制御弁であり、作用する圧力に応動するダイアフラムと、このダイアフラムにより軸方向に昇降駆動される弁体と、ダイアフラムによりその下面開口部が封鎖されて密閉空間を形成する冷媒封入ケースと、弁体が嵌挿される弁ホルダと、を備え、ダイアフラムは、圧力応動面部と、圧力応動面部の中央に設けられ、弁体の上端部が挿入されて溶接等により接合される短円筒状立上部と、圧力応動面部の外周に前記短円筒状立上部の高さよりも長く略垂直下方に向けて折曲連設された筒状外周部と、を有しており、短円筒状立上部にはＬ形断面を有した補強リングが外嵌固定されている。
【００１０】
そして、上記補強リングのＬ形断面は、前記短円筒状立上部に外嵌される部分の高さ寸法よりも前記圧力応動面部に対接する部分の横寸法のほうが長い形状であり、上記補強リングにおける上記圧力応動面部に対接する側の外周端縁角部に、アール形状等の丸みが付けられており、前記圧力応動面部の外周端部と前記筒状外周部とは、前記冷媒封入ケースの下端円形開口部と前記弁ホルダの上辺を形成するダイアフラムサポート部とに挟まれるようにして封着されることを特徴としている。
【００１１】
このように、補強リングの外周端縁角部にアール形状等の丸みが付けられていることにより、ダイアフラムの圧力応動面部が上下動することによって、前記補強リングにおける、前記丸みが付けられている外周端縁角部に前記圧力応動面部の対応部分が当たっても、その当たりが和らげられ、該部分に応力が集中しなくなる。そのため、ダイアフラムの損傷、破損が効果的に防がれ、その耐久性が向上する。
【００１２】
本発明の制御弁の他の態様では、上記ダイアフラムを挟んで上記密閉空間の反対側には、冷媒が導入される冷媒導入室とダイアフラムの圧力作用面とを連通し、冷媒導入室の圧力を導く導圧通路を備えている。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様では、上記弁体が嵌挿された上記弁ホルダの外周と螺合するホルダ受け部と、ホルダ受け部を有する弁受け具と、ケース本体と、を備え、弁受け具は、前記ケース本体に螺着される。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様では、上記補強リングと前記ダイアフラムとの間に前記補強リングより大なる外径を有するワッシャが介挿されている。
【００１５】
このようにワッシャを介挿することによって、補強リングにおける圧力応動面部に対接する側の外周端縁角部に圧力応動面部の対応部分が直接干渉するのが防止されるとともに、ワッシャがクッション材のように機能するので、ダイアフラムの対応部分への応力集中が緩和され、ダイアフラムの損傷、破損がより効果的に防がれ、耐久性が一層向上する。
【００１６】
本発明の更に他の態様では、前記ダイアフラムの圧力作用面の反対側に密閉空間を形成し、この密閉空間の内部に冷媒ガスと不凝縮ガスとを封入する。
【００１７】
これにより、不凝縮ガスの圧力分密閉空間内の圧力が嵩上げされ、ダイヤフラム差圧が小さい状態でも開弁できるので、ダイヤフラムの応力集中が緩和される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る制御弁の第１実施形態が組み込まれた蒸気圧縮式冷凍サイクル１００を示している。この冷凍サイクル１００は、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を冷媒としており、冷媒を圧縮する圧縮機２００、該圧縮機２００により圧縮された冷媒を冷却する放熱器（ガスクーラ）３００、冷媒を蒸発させる蒸発器４００、アキュームレータ５００、前記蒸発器４００の出口側の冷媒（アキュームレータ５００からの気相冷媒）と前記放熱器３００の出口側の冷媒（前記制御弁１０からの冷媒）とで熱交換する熱交換機６００、及び、前記放熱器３００と前記蒸発器４００との間に配置された制御弁１０を備えて構成されている。
【００２０】
前記制御弁１０は、弁本体１２’とそれを収容する弁ケース１５とからなっていて、前記弁ケース１５は、ケース本体１６とこの上部に螺着された蓋体１７とで構成されており、その上部（蓋体１７）には、前記放熱器３００からの冷媒が導入される冷媒入口２１及び冷媒導入室２７が設けられ、その周側部には、前記冷媒導入室２７からの冷媒を前記熱交換器６００に導出する導出口２２及び前記熱交換器６００において熱交換された冷媒が導入される導入口２３が設けられている。また、前記導入口２３に導入された冷媒は、前記弁本体１２に備えられる弁体４０（後述）により開閉される弁口（絞り部）５５を有する冷媒通路２８を通じて、前記ケース本体１６の下端部に設けられた冷媒出口２４に導かれ、この冷媒出口２４から前記蒸発器４００に導かれるようになっている。
【００２１】
一方、前記弁本体１２は、前記冷媒導入室２７に配置された断面概略凸状の下面が開口した冷媒封入ケース３１を主構成部材とする感温部３０を有している。この感温部３０は、前記冷媒封入ケース３１の下面開口が後述するダイアフラム３５、弁体４０、弁ホルダ３３等により封鎖されており、その内部密閉空間３０Ｓには、封入管３２を介して冷媒（ＣＯ2 ）が、その温度が０°Ｃでの飽和液密度から臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で封入されており、前記冷媒導入室２７に導入された冷媒の温度に応じて前記密閉空間３０Ｓの圧力、つまり、前記ダイアフラム３５に作用する圧力が変化するようになっている。また、前記ダイアフラム３５を挟んで前記密閉空間３０Ｓの反対側には、導圧通路５６を通じて前記冷媒導入室２７の圧力が導かれている。
【００２２】
前記ダイアフラム３５は、図２に拡大図示されている（上下動位置が半断面ずつ示されている）ように、前記密閉空間３０Ｓの圧力に応動する、凹部３５ｃ付きの圧力応動面部３５ｂを有し、この圧力応動面部３５ｂの中央に、弁体４０の上端円筒部４１が挿入されてその上端が溶接（溶接部４９）により接合される短円筒状立上部３５ａが設けられている。また、前記圧力応動面部３５ｂにおける前記短円筒状立上部３５ａに連なる内周部（中央付近）は、前記弁体４０の前記上端円筒部４１の下方外周に突設された鍔状部４２に乗せられており、また、該圧力応動面部３５ｂの外周には、筒状外周部３５ｄが略垂直下方に向けて折曲連設されており、断面倒立Ｌ字状に連なる前記圧力応動面部３５ｂの外周端部と前記円筒状外周部３５ｄとは、前記冷媒封入ケース３１の下端円形開口部と概略Ｔ字状断面を有する弁ホルダ３３の上辺を形成するダイアフラムサポート部３３ａとに挟まれようにして封着され、それら三者の下端部が溶接（溶接部３９）により密封接合されている。
【００２３】
前記弁体４０は、上から順に、上端円筒部４１、鍔状部４２、大径弁軸部４３、円錐面部４４、小径弁軸部４５、及び、雄ねじ部４６で構成されている。
【００２４】
前記弁ホルダ３３は、前記ダイアフラムサポート部３３ａの中央下側に、前記弁体４０の大径部４３が嵌挿される弁サポート部３３ｂが連設されており、この弁サポート部３３ｂの外周が前記ケース本体１６の内部中央に螺着された段付き円筒状の弁受け具５０のホルダ受け部５２に螺合せしめられている。
【００２５】
前記弁受け具５０は、前記ホルダ受け部５２の下方に、前記弁体４０の小径弁軸部４５が挿通せしめられて、その上方に位置する円錐面部４４により開閉される弁口（絞り部）５５が形成された弁座壁５３と、前記ケース本体１６の内部中央に螺着された雄ねじ部からなる組み付け部５４と、が連設されている。
【００２６】
また、前記弁体４０の下端雄ねじ部４６には、調節ナット部材６５が螺合せしめられており、この調節ナット部材６５と前記弁座壁５３との間には、前記弁体４０を下降させる方向に付勢すべく、コイルばね６０が縮装されている。なお、前記調節ナット部材６５とコイルばね６０の下端との間にはばね受け６２が挿入されている。
【００２７】
したがって、かかる構成とされた制御弁１０において、弁体４０は、前記ダイアフラム３５に作用する前記密閉空間３０Ｓ内外の差圧と前記コイルばね６０の下向きの付勢力との合力に応じて昇降せしめられ、該弁体４０が上昇せしめられるときは、前記弁口５５が開かれる（開度が増大する）方向に変化して、前記冷媒出口２４から前記蒸発器４００に導かれる冷媒量が増大し、前記弁体４０が下降せしめられるときは、前記弁口５５が閉じられる（開度が減少する）方向に変化して、前記冷媒出口２４から前記蒸発器４００に導かれる冷媒量が減少せしめられ、この弁体４０の昇降動作によって、前記放熱器３００から前記蒸発器４００に導かれる冷媒の流量及び圧力が制御されることになる。
【００２８】
本実施形態の制御弁１０では、ダイアフラム３５周辺部を拡大して示す図２を参照すればよくわかるように、前記ダイアフラム３５の断面Ｌ形内周部３５Ｌの変形、破損を防止すべく、前記ダイアフラム３５の短円筒状立上部３５ａにＬ形断面を有する補強リング３６を外嵌してその上端を前記短円筒状立上部３５ａ及び弁体４０の上端円筒部４１と共に溶接（溶接部４９）して接合固定している。
【００２９】
そして、前記補強リング３６における前記ダイアフラム３５の圧力応動面部３５ｂに対接する側（下面側）の外周端縁角部３６ａに、アール形状等の丸みが付けられている。この丸みは、例えば、前記補強リング３６のプレス成形による製造時に同時に形成されたものである。
【００３０】
このように、補強リング３６の外周端縁角部３６ａにアール形状等の丸みが付けられていることにより、ダイアフラム３５の圧力応動面部３５ｂが上下動することによって、前記補強リング３６における前記丸みが付けられている外周端縁角部３６ａに前記圧力応動面部３５ｂの対応部分が当たっても、その当たりが和らげられ、該部分に応力が集中しなくなる。そのため、ダイアフラムの損傷、破損が効果的に防がれ、その耐久性が向上する。
【００３１】
また、本例では、ダイヤフラム３５の圧力作用面（下面）とは反対側に密閉空間３０Ｓが設けられており、この密閉空間３０Ｓ内にはＣＯ２冷媒に加えて窒素ガス等の不凝縮ガスが封入されている。窒素ガスの分圧は０．５〜１．５ＭＰａ程度となっており、従って、この窒素ガスの分圧分密閉空間内の圧力は嵩上げ去れている。
【００３２】
そのため、ダイヤフラム３５の差圧が小さい状態でも、開弁することができ、ダイヤフラム３５の応力集中が緩和できる。これによっても、耐久性の一層の向上が図れる。
【００３３】
図３は、本発明に係る第２実施形態の制御弁１０のダイアフラム３５周辺部を拡大して示す。本実施形態では、前記補強リング３６と前記ダイアフラム３５との間に、前記補強リング３６より大なる外径を有するワッシャ３７が介挿されている。
【００３４】
このようにワッシャ３７を介挿することによって、前記補強リング３６における前記圧力応動面部３５ｂに対接する側の外周端縁角部３６ａに前記圧力応動面部３５ｂの対応部分が直接干渉するのが防止されるとともに、前記ワッシャ３７がクッション材のように機能するので、ダイアフラム３５の対応部分への応力集中が緩和され、ダイアフラム３５の損傷、破損がより効果的に防がれ、耐久性が一層向上する。
【００３５】
図４は、本発明に係る第３実施形態の制御弁１０のダイアフラム３５及び弁体４０の上部の周辺部を拡大して示す。本実施形態では、前記弁体４０が、前記ダイアフラム３５に固定されたダイアフラム受け部４０Ａ（上部大径弁軸部４３Ａ）と、弁口５５を開閉する弁軸部４０Ｂ（下部大径弁軸部４３Ｂ）と、に分割されていて、前記ダイアフラム受け部４０Ａと前記弁軸部４０Ｂとが自在継手４７で接続されている。自在継手４７は、前記弁軸部４０Ｂに設けられた球状部４７ａ、前記ダイアフラム受け部４０Ａに設けられた、前記球状部４７ａが摺動可能に嵌合せしめられた嵌合穴４７ｂ、及び前記球状部４７の外周面に当接せしめられた抜け止め用の環状かしめ部４７ｃからなっている。
【００３６】
このようにダイアフラム受け部４０Ａと前記弁軸部４０Ｂとが自在継手４７で接続されていることにより、ダイアフラム３５に対して弁体４０が傾斜した状態で昇降せしめられても、弁体４０の傾斜が前記自在継手４７で吸収されるので、ダイアフラム３５への応力集中が緩和され、その損傷、破損がより効果的に防がれ、耐久性が一層向上する。
【００３７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、前記した実施形態に示される如くの、冷凍サイクルに組み込まれる圧力制御弁にのみ適用される訳ではなく、他の種々のダイアフラム駆動式の制御弁にも同様に適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る制御弁は、補強リングの外周端縁角部にアール形状等の丸みが付けられているので、ダイアフラムの圧力応動面部が上下動することによって、前記補強リングにおける、前記丸みが付けられている外周端縁角部に前記圧力応動面部の対応部分が当たっても、その当たりが和らげられ、該部分に応力が集中しなくなり、その結果、ダイアフラムの損傷、破損が効果的に防がれ、その耐久性が向上する。
【００３９】
また、前記補強リングと前記ダイアフラムとの間に、前記補強リングより大なる外径を有するワッシャを介挿することにより、前記補強リングにおける前記圧力応動面部に対接する側の外周端縁角部に前記圧力応動面部の対応部分が直接干渉するのが防止されるとともに、前記ワッシャがクッション材のように機能するので、ダイアフラムの対応部分への応力集中が緩和され、ダイアフラムの損傷、破損がより効果的に防がれ、耐久性が一層向上する。
【００４０】
さらに、弁体を、ダイアフラムに固定されたダイアフラム受け部と、弁口を開閉する弁軸部と、に分割構成し、前記ダイアフラム受け部と前記弁軸部とを自在継手で接続するようにしたことにより、ダイアフラムに対して弁体が傾斜した状態で昇降せしめられても、弁体の傾斜が前記自在継手で吸収されるので、ダイアフラムへの応力集中が緩和され、その損傷、破損がより効果的に防がれ、耐久性が一層向上する。
【００４１】
さらに、ダイアフラムの圧力作用面の反対側に密閉空間を形成し、この密閉空間の内部に冷媒ガスと不凝縮ガスとを封入したことにより、不凝縮ガスの圧力分密閉空間内の圧力が嵩上げされ、ダイヤフラム差圧が小さい状態でも開弁できるので、ダイヤフラムの応力集中を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の制御弁が組み込まれた冷凍サイクルを示す全体概略構成図。
【図２】図１に示される制御弁のダイアフラム周辺部を拡大して示す断面図。
【図３】第２実施形態の制御弁のダイアフラム周辺部を拡大して示す断面図。
【図４】第３実施形態の制御弁のダイアフラム及び弁体の上部周辺部を拡大して示す断面図。
【図５】従来の制御弁の一例が組み込まれた冷凍サイクルを示す全体概略構成図。
【図６】図５に示される制御弁のダイアフラム周辺部を拡大して示す断面図。
【図７】従来の制御弁の他の例のダイアフラム周辺部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１０  制御弁
１２  弁本体
３０  感温部
３０Ｓ  密閉空間
３５  ダイアフラム
３５ａ  短円筒状立上部
３５ｂ  圧力応動面部
３６  補強リング
３７  ワッシャ
４０  弁体
４０Ａ  ダイアフラム受け部
４０Ｂ  弁軸部
４７  自在継手
【図１】
0003890810.tif 000002
【図２】
0003890810.tif 000003
【図３】
0003890810.tif 000004
【図４】
0003890810.tif 000005
【図５】
0003890810.tif 000006
【図６】
0003890810.tif 000007
【図７】
0003890810.tif 000008