ソレノイドバルブはどのように動作するのですか?コイル、プランジャー、オリフィス、トラブルシューティングの説明

ほとんどのソレノイド バルブ コールバックは、理論ではなく症状から始まります。ウォークインクーラーは一晩中作動しますが、設定値に到達しません。ヒートポンプは間違った瞬間に逆転します。製氷機は停止後に蒸発器を浸水させます。次に技術者がコイルを引き抜き、ドライバーでプランジャーを押すと、バルブが依然として手で自由に動くことがわかります。このような場合、故障は機械的ではなく、電気的またはシステム側にあります。コイル、プランジャー、オリフィスがそれぞれ何をするのか、またその順序を知ることで、長い診断コールが短いものに変わります。

ソレノイドバルブの仕組み: 簡単な答え

ソレノイドバルブは電気的に作動する遮断装置です。電流は銅の巻線を通過し、巻線は磁場を生成し、その磁場が可動鉄プランジャーをリターン スプリングに向かって引っ張ります。プランジャーにはシールが付いており、オリフィスと呼ばれる小さな開口部から持ち上げて流れを許可したり、オリフィスを押し下げて流れを止めたりします。電流を遮断すると、スプリングがシールを静止位置に戻します。バルブの他のすべての部分は、プランジャーをガイドし、流路をシールし、正しいポートに流れを流すなど、その 1 つの動きをサポートするために存在します。

バルブの内部: 役割を果たす 3 つのアセンブリ

ソレノイド バルブは、上部に小さなシリンダーがボルトで固定された本体のように見えますが、3 つの別々のアセンブリを積み重ねたように動作します。それぞれが独自の方法で失敗し、その症状は通常、罪を犯したアセンブリを示しています。

作業手順のステップバイステップ

1. 静止状態では、リターン スプリングがシールをオリフィスに保持します。常閉バルブでは、これは、たとえ入口ポートにフルライン圧力がかかっていたとしても、流れがないことを意味します。これは、ほとんどの冷凍および燃料用途にとって安全な状態です。
2. コントローラは、通常リレー、サーモスタット、またはデフロストボードを介してコイル端子に電圧を印加します。
3. 巻線を流れる電流により、数十ミリ秒以内にガイド チューブ内に磁場が形成されます。
4. プランジャーにかかる磁力は、バネ力にシールを閉じた状態を保持する流体圧力を加えたものを超えるまで増加し、プランジャーが上昇します。
5. シールがオリフィスから外れます。流体またはガスは入口ポートから出口ポートまで通過し、流量はオリフィスの直径とバルブ前後の圧力差によって設定されます。
6. 電力が遮断されると、フィールドが崩壊し、スプリングがプランジャーを押し下げて、シールがオリフィスを再び閉じます。

コイルが熱くなる理由: 突入電流、保持電流、デューティ サイクル

プランジャーがまだ固定されている状態では、磁気回路には大きなエアギャップがあるため、プランジャーを引き込むには強い磁場が必要です。これが突入フェーズであり、数分の 1 秒の間に定格電流の数倍の電流が流れます。プランジャーが引き込まれると、エアギャップが閉じ、より少ない電流で同じ保持力を維持できます。定格 10 ワットのコイルは、通電の瞬間に 40 ボルト アンペアに相当する電力を消費する可能性があります。これは、多くの技術者を混乱させる欠陥の説明です。コイルは正確な抵抗を測定できても過熱するのは、完全に固定されないプランジャーがバルブを突入状態に保ち、巻線を加熱するためです。デューティサイクル定格についても説明します。バルブを何時間も開いたままにする必要がある場合は、連続使用用に設計されたコイルが必要ですが、一部の短パルス設計は断続的な使用のみを目的としています。

ノーマルクローズ、ノーマルオープン、多方向設計

通常閉

電力が供給されていない状態では、流れがブロックされます。停電によりシステムの低圧側が浸水するのではなく、流れが停止するため、液体ラインの負荷にはこれが一般的な選択です。

ノーマルオープン

流れは電力が加えられていない状態で通過し、コイルが通電されると停止します。これらのバルブは、制御回路が停止したときに冷却水または通気ラインを開いたままにしておく必要がある場合に使用されます。

2ウェイと3ウェイ

二方バルブには入口と出口があり、1 つの経路を単に開閉します。三方バルブには 3 つのポートがあり、あるポートから別のポートに流れを変えることができ、シリンダー制御、サンプル切り替え、一部の高温ガスバイパス構成に適しています。ポート構成はコイル電圧と同じくらい重要です。これは、2 方バルブとして取り付けられた 3 方バルブは、どんなに適切に配線されていても 1 つの位置で漏れが発生するためです。

バルブが回路内で動作するかどうかを決定するもの

• オリフィス サイズと流量係数: 通常、1 つのボディ サイズに複数のオリフィス直径が用意されており、流量は直径とともに急激に増加します。
• 最小圧力差: パイロット操作バルブを開くには、バルブ全体に圧力差が必要です。この図より下では、コイルが通電されていても閉じたままになります。
• 最大圧力差: それを超えると、バルブが確実に開かないか、流れに逆らって閉じない可能性があります。
• 流れの方向: ほとんどの設計は流れを遮断するため、逆に取り付けると閉じたときにシートを越えて漏れます。
• シールの材質: 冷媒、オイル、グリコールの混合物にはそれぞれ異なるエラストマーが必要であり、膨張したシールがガイド チューブを引きずります。
• コイルの電圧、周波数、およびデューティ サイクル: 24 V DC コイル、110 V AC コイル、および 220 V AC コイルには互換性がなく、AC バージョンは電源周波数によって異なります。

冷凍作業における作業に合わせたバルブの選定

冷凍では、ソレノイドバルブは通常、液体ラインソレノイドです。ポンプダウンサイクルでは、温度が上昇するとサーモスタットがバルブを開き、コンプレッサーが低圧側をポンプダウン設定まで引き下げ、低圧スイッチがコンプレッサーを停止します。バルブが弁座を越えて漏れると、低圧側が下がらず、コンプレッサーのサイクルが短くなり、機械は一晩中低圧制御で動作します。

直動式バルブは、利用可能な圧力差が小さい小規模システムに適していますが、パイロット操作式バルブは、直動式コイルが大きすぎて温度が高すぎる場合に、より大きなラインサイズを処理します。ここでも冷媒の選択が重要です。R134a で良好に機能する設計には、R32 またははるかに高い圧力で動作する CO2 システムでは異なるオリフィスとシールコンパウンドが必要になる場合があります。

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バルブ ファミリは通常、同じ動作原理に基づいて構築され、ポート サイズ、オリフィス、接続スタイルによって調整されるため、1 つのライン サイズに適合する仕様は、1 つ上のサイズまたは 1 つ下のサイズに直接相当することがよくあります。

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数分でわかる障害モード

• コイルの故障: 巻線の断線、巻線の短絡、または絶縁層の焼け。抵抗を測定し、コイルに刻印された値と比較します。
• プランジャーの固着: 腐食、スラッジ、または膨張したシールがプランジャーをガイド チューブ内で押し込むため、バルブが移動せずにうなり音を立てます。
• シートの漏れ: 銅のチップ、ろう付けフラックス、またはスケールがシールを通過してシールに傷を付け、永久的な漏れ経路を残します。
• オリフィス内の氷: 回路内の水分が制限部で凍結し、バルブが再び温まるまで流れをブロックします。
• 電源のコイルが間違っています。DC 電源またはその逆の AC コイルは、一度通電してもすぐに故障します。

注文する前に: 実践的なチェックリスト

1. 古い本体に示されているラインのサイズ、接続タイプ、流れの方向を記録します。
2. 流体、通常の使用温度、コイル周囲の周囲温度に注意してください。
3. ACまたはDCのコイル電圧とACコイルの供給周波数を確認してください。
4. 回路にノーマルクローズ機能とノーマルオープン機能のどちらが必要かを決定します。
5. システムが供給できる最小および最大圧力差を確認してください。
6. バルブを何時間も開いた状態に保つには連続デューティ コイルが必要であるため、デューティ サイクルを確認してください。

これら 6 つの数字をサプライヤーに持参すると、選択は推測ゲームではなく短い会話になります。より大きなカタログでは、同じ分野がより詳細にカバーされており、完全なカタログが掲載されています。 製品パンフレット 通常、これは、範囲全体の容量を比較する最も速い方法です。

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ソレノイド バルブは、限られた可動部品を備えた単純な機械であり、だからこそ診断が可能です。コイルは電流を運動に変え、プランジャーは運動を状態変化に変え、シールは流れが止まるかどうかを決定します。システムが誤動作した場合、これら 3 つのリンクを順番にテストすると数分かかり、問題がバルブにあるのか、コントローラーにあるのか、それともさらに先のどこかにあるのかがわかります。