JP2000310461A - 温度式膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感温棒１７に断熱層３３を被せ、蒸発器５の
出口冷媒から感温棒１７への温度伝達を遅延させてハン
チングを防ぐ技術が知られているが、可変容量型圧縮機
１を採用する場合では、容量変化が大きく、ハンチング
する場合がある。 【解決手段】 感温棒１７におけるダイヤフラム１９と
の接触面に凹凸を設け、感温棒１７におけるダイヤフラ
ム１９との間に部分的な断熱空間Ｓを設けた。この断熱
空間Ｓによって、感温棒１７からダイヤフラム１９への
熱の伝達が遅延される。一方、感温棒１７に断熱層３３
を被せて蒸発器５の出口冷媒から感温棒１７への温度伝
達を遅延させる。このように、断熱層３３と断熱空間Ｓ
との両方による遅延効果により、可変容量型圧縮機１を
採用する場合でもハンチング現象の発生を抑えることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸発器を通過した
冷媒の温度に基づいて弁開度を調節する温度式膨張弁に
関するもので、特にハンチング防止に関する技術であ
る。

【０００２】

【従来の技術】温度式膨張弁は、蒸発器の熱負荷変動に
対応して蒸発器出口での冷媒の過熱度を所定値に維持す
るために、蒸発器出口の冷媒温度を感知して弁開度を変
化させて、サイクル冷媒流量を調節している。ところ
で、自動車用空調装置等においては、圧縮機の駆動源を
兼ねる車両用エンジンの回転数の変動や、起動初期のよ
うに冷凍サイクルが安定していない状態等では、蒸発器
出口の冷媒の温度変化が大きく、弁の開閉を頻繁に繰り
返すハンチング現象を起こす場合がある。このハンチン
グ現象が発生すると、車室内に吹き出される空調風の温
度が大きく変化し、乗員に不快感を与えてしまう。

【０００３】この不具合を防ぐ手段として、特開平１０
−７３３４４号公報に開示された技術が知られている。
この技術は、感温棒における蒸発器出口通路を通過する
冷媒の温度を感知する部分に樹脂カバー等の断熱層を被
せ、冷媒から感温棒への温度の伝達を遅らせ、応答性を
鈍くしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、冷凍サイクルに
可変容量型圧縮機を採用する場合がある。この可変容量
型圧縮機は容量変動が大きいため、感温棒に断熱層を被
せたものであっても、ハンチング現象が発生する不具合
が生じる。また、容量変動のない固定容量型圧縮機を冷
凍サイクルに搭載する場合、感温棒に断熱層を被せたも
のはハンチング対策に対して大きな効果が得られるが、
断熱層を別途作成して感温棒に被せるコストが必要にな
るため、大きなコストアップになってしまう。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、断熱層を廃止してコストを抑え
る、あるいは感温棒に断熱層を被せてもハンチング現象
を起こすようなものであっても、ハンチング現象を防ぐ
ことのできる温度式膨張弁の提供にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔請求項１の手段〕感温
棒とダイヤフラムとの接触面に部分的な断熱空間を設け
たため、感温棒からダイヤフラムへの温度伝達が遅延さ
れ、結果的に圧力室の圧力変化が遅延され、圧力室の圧
力変化による弁開度調節の応答性が鈍くなる。このた
め、従来、ハンチングを防ぐ目的で用いていた高価な断
熱層が廃止でき、温度式膨張弁のコストを抑えることが
できる。

【０００７】〔請求項２の手段〕冷凍サイクルに可変容
量型圧縮機を採用する場合など、感温棒に断熱層を被せ
てもハンチング現象が起きる場合であっても、感温棒と
ダイヤフラムとの接触面に部分的な断熱空間を設けて、
ダイヤフラムから圧力室への温度の伝達を遅延させるこ
とによって、ハンチング現象を防ぐことができる。つま
り、感温棒に断熱層を被せることによる遅延効果と、感
温棒とダイヤフラムとの接触面に部分的な断熱空間を設
けることによる遅延効果とにより、可変容量型圧縮機を
採用する場合などのようにハンチング現象が起こり易い
条件下でも、ハンチング現象を防ぐことができる。

【０００８】〔請求項３の手段〕部分的な断熱空間を形
成するために感温棒のダイヤフラム接触面に設けられる
凹凸は、感温棒の鍛造時に同時に形成したり、切削によ
って形成できるため、安価に作成できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。 〔第１実施形態〕この第１実施形態は、容量変化の大き
い可変容量型圧縮機を搭載する冷凍サイクルを示すもの
で、温度式膨張弁にはハンチング対策として、感温棒に
断熱層を被せる手段、および感温棒とダイヤフラムとの
接触面に部分的な断熱空間を設ける手段の両方を用いた
ものである。

【００１０】車両用の冷凍サイクルは、図１に示すよう
に、圧縮機１、凝縮器２、レシーバ３、温度式膨張弁
４、蒸発器５から構成されるものである。圧縮機１は、
車両走行用エンジンによって駆動されて、冷媒の圧縮、
吐出を行うものであり、この第１実施形態では、容量変
化の大きい可変容量型圧縮機１が用いられている。凝縮
器２は、圧縮機１の吐出したガス冷媒を外気によって冷
却して液化凝縮するものである。レシーバ３は、凝縮器
２を通過した冷媒を気液分離し、液冷媒を温度式膨張弁
４に供給するものである。温度式膨張弁４は、レシーバ
３から供給された冷媒を断熱膨張して霧状にするもの
で、この詳細は後述する。蒸発器５は車室内へ吹き出さ
れる空気によって霧状冷媒を蒸発させるもので、車室内
へ吹き出される空気は蒸発潜熱が奪われて冷却される。
蒸発器５でガス化した冷媒は、圧縮機１に戻され、上記
サイクルを繰り返す。

【００１１】温度式膨張弁４は、蒸発器５を通過した冷
媒の過熱度が予め設定した所定値となるように弁開度を
調節して、冷媒流量を調節するものである。この温度式
膨張弁４は、本体ケース６を備える。この本体ケース６
は、アルミニウム等の金属で略直方体形状に成型されて
いる。この本体ケース６の下部右側には、レシーバ３か
らの液冷媒が流入する冷媒入口７が開口している。

【００１２】この冷媒入口７は、本体ケース６の下方中
央部に形成された弁体収容室８に連通しており、この弁
体収容室８内には、球状の弁体９、この弁体９を支持す
る弁支持部材１０が収容されている。冷媒入口７および
弁体収容室８よりなる液冷媒流入通路の下流側には、液
冷媒を減圧する絞り通路１１が形成されている。この絞
り通路１１は、上述の弁体９によって開度調節されるよ
うになっている。

【００１３】弁体９は、圧縮コイルバネ１２によって絞
り通路１１を塞ぐ方向に付勢されており、絞り通路１１
の弁体９当接面は円錐状の弁座面１３が形成されてい
る。絞り通路１１の内部には、中心部を貫通して弁棒１
４が配置されており、この弁棒１４は上方から弁体９に
当接している。絞り通路１１の下流側には、冷媒流出通
路１５が形成されており、この冷媒流出通路１５は蒸発
器５の冷媒入口７と接続される。

【００１４】本体ケース６の上側には、蒸発器５で蒸発
したガス冷媒が流れる蒸発器出口通路１６が形成されて
いる。この蒸発器出口通路１６は、入口側（図１左側）
が蒸発器５の冷媒出口に接続され、出口側が圧縮機１の
吸入側に接続される。本体ケース６の略中央には、上方
から下方に向けて感温棒１７が差し込まれている。この
感温棒１７は、本体ケース６に対して摺動可能に配置さ
れたもので、下部の弁棒１４を介して弁体９のリフト量
を調節可能に設けられている。

【００１５】この感温棒１７は、アルミニウム等の熱伝
導の良好な金属よりなり、蒸発器出口通路１６に貫通配
置されて蒸発器出口通路１６を通過する冷媒の温度が伝
わる小径軸部１８と、この小径軸部１８の上に配置さ
れ、後述するダイヤフラム１９に当接する円板状のダイ
ヤフラムストッパ部２０とを一体に設けたものである。

【００１６】小径軸部１８の下側の外周溝部２１にはシ
ール用のＯリング２２が配置されており、本体ケース６
の孔部２３に対して感温棒１７が気密に且つ摺動可能と
されている。また、感温棒１７の下端は、上述の弁棒１
４に当接しており、感温棒１７の上下に応じて弁体９の
リフト量が調節される。ダイヤフラムストッパ部２０
は、上端から外径を拡大した形状に設けられている。

【００１７】感温棒１７の上部のダイヤフラムストッパ
部２０は、本体ケース６の上方に配置されたダイヤフラ
ム１９に当接している。従って、ダイヤフラム１９が上
下すると、この変移に応じて感温棒１７、弁棒１４を介
して弁体９も変移するようになっている。ダイヤフラム
１９の外周縁部は、上下のケース部材２４、２５の間に
挟持されている。上下のケース部材２４、２５は、ステ
ンレス等の金属材で構成され、溶接等によって接合され
ている。下側のケース部材２５は、本体ケース６にネジ
止め固定されており、下側のケース部材２５と本体ケー
ス６との間に介在されたパッキング（図示しない）によ
って気密保持されている。

【００１８】上下のケース部材２４、２５の内部は、ダ
イヤフラム１９によって、上側の圧力室２６と、下側の
作動室２７とに仕切られている。圧力室２６の内部は密
閉空間であり、温度によって圧力が決定される物質（例
えば、冷凍サイクルに用いられる同種の冷媒であるＨＦ
Ｃ−１３４ａ、ＨＣＦＣ１２４、ＨＦＣ−６００ａ、あ
るいは例えば窒素等の不活性ガスなど）が封入されてい
る。

【００１９】ダイヤフラム１９は、弾性に富み、強靱な
材質にて形成することが好ましく、例えばステンレス板
からなる。一方、下側の作動室２７は、ダイヤフラムス
トッパ部２０の周囲の隙間、この隙間の下方に形成され
る圧力導入用の空間２８および環状連通路２９を通って
蒸発器出口通路１６に連通しており、この蒸発器出口通
路１６の冷媒圧力がダイヤフラム１９の下側の作動室２
７に導入される。すなわち、この作動室２７は、蒸発器
出口通路１６の冷媒圧力とほぼ同一になる。

【００２０】本体ケース６の下部には、外部に開口した
ネジ穴３０が設けられており、このネジ穴３０には、圧
縮コイルバネ１２による弁体９の付勢力を調節する調節
ナット３１がネジ止めされている。ネジ穴３０と調節ナ
ット３１の間には、シール用のＯリング３２が配置さ
れ、ネジ穴３０と調節ナット３１との間の気密を保って
いる。

【００２１】次に、ハンチング現象を防止するための構
造を説明する。この実施形態では、上述したように、容
量変動の大きい可変容量型圧縮機１を採用するため、感
温棒１７に断熱層３３を被せる手段と、感温棒１７とダ
イヤフラム１９との接触面に部分的な断熱空間Ｓを設け
る手段とを採用する。

【００２２】断熱層３３は、感温棒１７の外周面に装着
固定されたもので、感温棒１７を構成するアルミニウム
よりも熱伝導率が十分低い材料（例えば、樹脂）にて形
成され、感温棒１７の外周面に圧入固定されたものであ
る。ここで、断熱層３３を構成する樹脂としては、冷媒
の流れる雰囲気中で使用されることを考慮して、耐冷媒
性、耐油性、耐寒性等に優れ、かつある程度の弾性を有
する樹脂が好ましく、具体的にはポリアセタール、ナイ
ロン等が好適である。

【００２３】断熱層３３は、薄肉円筒部３３ａ、厚肉円
筒部３３ｂおよび厚肉円板部３３ｃから構成されてい
る。薄肉円筒部３３ａは、感温棒１７の小径軸部１８の
うち、蒸発器出口通路１６内に配置される部分を覆うも
のである。これによって、感温棒１７の小径軸部１８が
直接的に蒸発器出口通路１６内に露出する場合に比較し
て、薄肉円筒部３３ａが介在することにより、蒸発器５
から排出された冷媒の温度を感温棒１７に伝える応答性
を遅らせることができる。

【００２４】また、厚肉円筒部３３ｂは、感温棒１７の
小径軸部１８のうち、圧力導入用の空間２８および環状
連通路２９の内側の部分を覆うものであり、厚肉円板部
３３ｃは、ダイヤフラムストッパ部２０の下面を覆うも
のである。これによって、圧力導入用の空間２８の内部
に液冷媒が滞留した場合であっても、この滞留液冷媒に
より感温棒１７が過度に冷却される不具合を阻止でき
る。

【００２５】感温棒１７とダイヤフラム１９との接触面
に部分的な断熱空間Ｓを形成する手段として、この実施
形態では、ダイヤフラム１９と接触する感温棒１７の接
触面に凹凸３４を設け、その窪み内に断熱空間Ｓを形成
した。具体的には、ダイヤフラムストッパ部２０の上面
（ダイヤフラム１９との接触面）に、図２（ａ）に示す
ように、多数の凹凸３４を設けたものである。

【００２６】この凹凸３４の一例は、図２（ｂ）〜
（ｄ）に示すように、格子状に設けても良いし、ストラ
イプ状に設けても良いし、多重円状や螺旋状に設けても
良い。このような凹凸３４は、感温棒１７の鍛造時に同
時に形成しても良いし、切削によって形成しても良い。
このように、凹凸３４を、感温棒１７の鍛造時に同時に
形成したり、切削によって形成することによって、上記
断熱空間Ｓを安価に作成できる。

【００２７】上記のように、感温棒１７とダイヤフラム
１９との接触面に部分的な断熱空間Ｓを設けることによ
って、感温棒１７からダイヤフラム１９への温度伝達が
遅延され、圧力室２６の圧力変化が遅くなり、圧力室２
６の圧力変化による弁開度調節の応答性が鈍くなる。な
お、感温棒１７からダイヤフラム１９への温度伝達の遅
延速度は、凹凸３４の形状や量を調節することにより実
施できる。つまり、断熱空間Ｓの総容積や感温棒１７と
ダイヤフラム１９との接触面積を調節することにより、
感温棒１７からダイヤフラム１９への温度伝達の遅延速
度が調節できる。

【００２８】次に、上記構成における作動を説明する。
圧縮機１が作動し、冷凍サイクル内に冷媒が循環してい
ると、蒸発器出口通路１６内を通過する冷媒の温度が、
感温棒１７、ダイヤフラム１９を介して圧力室２６に伝
わるので、圧力室２６の圧力は蒸発器５から排出された
冷媒の温度に対応した圧力となる。一方、ダイヤフラム
１９の下側の作動室２７は蒸発器出口通路１６内の冷媒
圧力となる。

【００２９】従って、圧力室２６と作動室２７の圧力
差、および圧縮コイルバネ１２の付勢力とのバランス
で、弁体９が変移することになる。そして、この弁体９
の変移により絞り通路１１の開度が調節され、冷媒流量
が自動調節される。この冷媒の自動調節作用により、蒸
発器５を通過したガス冷媒の過熱度が所定値に維持され
る。ここで、蒸発器５を通過したガス冷媒の過熱度は、
圧縮コイルバネ１２の取付荷重を変えることにより調節
できる。

【００３０】ところで、圧縮機１の駆動源を兼ねる車両
走行用エンジンの回転数変動、蒸発器５の熱負荷の急激
な変動、および可変容量型である圧縮機１の容量変化に
伴なって、蒸発器５を通過したガス冷媒の温度を感知す
る感温棒１７の温度低下→絞り通路１１の開度減少→こ
れに伴う温度上昇→絞り通路１１の開度増加を繰り返す
ハンチング現象が発生する場合がある。

【００３１】この第１実施形態によると、感温棒１７の
小径軸部１８のうち、蒸発器出口通路１６内に配置され
る部分が断熱層３３の薄肉円筒部３３ａで覆われている
ため、感温棒１７の小径軸部１８が直接的に蒸発器出口
通路１６内に露出する場合に比較して、蒸発器５から排
出された冷媒の温度を感温棒１７に伝える応答性を遅ら
せることができる。また、感温棒１７とダイヤフラム１
９との接触面に部分的な断熱空間Ｓを設けたため、断熱
空間Ｓを設けない場合に比較して、感温棒１７に伝えら
れた温度をダイヤフラム１９に伝える応答性を遅らせる
ことができる。このように、冷凍サイクルに可変容量型
圧縮機１を採用する場合であっても、断熱層３３と断熱
空間Ｓとの両方の遅延効果によって、ハンチング現象を
防ぐことができる。

【００３２】〔第２実施形態〕この第２実施形態は、圧
縮機１として容量が固定された固定容量型を搭載する冷
凍サイクルに搭載される温度式膨張弁４を示すものであ
り、上記の第１実施形態で示した断熱層３３を廃止し、
感温棒１７とダイヤフラム１９との接触面に部分的に設
けた断熱空間Ｓのみによって、圧力室２６の圧力変化の
応答性を遅延さるものである。このように、高価な断熱
層３３が廃止できるため、温度式膨張弁４のコストを抑
えることができる。

【００３３】〔他の実施形態〕上記で示した２つの実施
形態では、感温棒１７とダイヤフラム１９との接触面に
部分的な断熱空間Ｓを形成する手段として、感温棒１７
のダイヤフラム１９接触面に凹凸３４を設けた例を示し
たが、ダイヤフラム１９に例えばプレス加工によって凹
凸３４を設け、感温棒１７とダイヤフラム１９との接触
面に部分的な断熱空間Ｓを形成しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】温度式膨張弁の断面構造を含む冷凍サイクル図
である（第１実施形態）。

【図２】感温棒の断面および上視図である（第１実施形
態）。

【図３】温度式膨張弁の断面構造を含む冷凍サイクル図
である（第２実施形態）。

【図４】感温棒の断面および上視図である（第２実施形
態）。

【符号の説明】

４ 温度式膨張弁 ５ 蒸発器 １７ 感温棒 １９ ダイヤフラム ２６ 圧力室 ３３ 断熱層 ３４ 凹凸 Ｓ 断熱空間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発器から排出された冷媒の温度を感知す
   る感温棒と、この感温棒に伝えられた熱がダイヤフラム
   を介して伝えられる圧力室とを備え、この圧力室の容積
   変化に基づいて弁開度を調節する温度式膨張弁であっ
   て、 前記感温棒と前記ダイヤフラムとの接触面には、部分的
   な断熱空間が設けられたことを特徴とする温度式膨張
   弁。
2. 【請求項２】蒸発器から排出された冷媒の温度を感知す
   る感温棒と、この感温棒に伝えられた熱がダイヤフラム
   を介して伝えられる圧力室とを備え、この圧力室の容積
   変化に基づいて弁開度を調節する温度式膨張弁であっ
   て、 前記感温棒は、前記蒸発器から排出された冷媒の温度を
   感知する部分に、断熱層が被せられるとともに、 前記感温棒と前記ダイヤフラムとの接触面には、部分的
   な断熱空間が設けられたことを特徴とする温度式膨張
   弁。
3. 【請求項３】前記部分的な断熱空間は、前記感温棒の前
   記ダイヤフラムとの接触面に形成された凹凸によって設
   けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載
   の温度式膨張弁。