JP2002031437A

JP2002031437A - 膨張弁

Info

Publication number: JP2002031437A
Application number: JP2000213925A
Authority: JP
Inventors: Kuniharu Baba; 邦春馬場; Takeyasu Nishiyama; 武泰西山; Satoshi Hayakawa; 聡士早川; Nobuo Ichimura; 信雄市村; Kiyoaki Fukano; 清明深野
Original assignee: TGK Co Ltd; Calsonic Kansei Corp
Current assignee: TGK Co Ltd; Marelli Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】気液混合の冷媒が供給されたときに異音とし
て聴感される断続的な流動音の発生を抑え、かつ流動音
の音圧を小さくした膨張弁を提供することを目的とす
る。【解決手段】ダイヤフラム１９と弁部１５との間に配
置したシャフト１４を細くして縮径部１４ａとし、その
縮径部１４ａのシャフト径Φ１とポート部２３のポート
部径Φ２との比が０．６以下となるように構成した。こ
れにより、ポート出口２５の直前の通路が十分に広くな
り、気液混合の冷媒が供給されたときには、ポート出口
２５の全周にわたって気液が十分に混合された媒体とな
り、冷媒は安定した流れとなる。流動音変動幅が小さい
ため、異音発生が防止され、また媒体の流れが安定して
いるため、流動音自体の音圧も低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は膨張弁に関し、特に
カーエアコンなどの冷凍サイクルの中で高温・高圧の液
冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の気液混合冷媒にする
とともにエバポレータ出口での冷媒の状態が所定の過熱
度になるように冷媒流量を制御する膨張弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】カーエアコンの冷凍サイクルで使用され
る膨張弁は、車室内に設置されるエバポレータの冷媒出
入口の配管に接続されるとともに、エンジンルーム内に
あるコンプレッサおよびコンデンサへの配管に接続さ
れ、エバポレータケース内に配置される。

【０００３】図７は従来の膨張弁の一構造例を示す断面
図、図８は膨張弁の要部を拡大した説明図である。これ
らの図に示した膨張弁１０は、その本体ブロック１１
に、図示されていないコンプレッサ、コンデンサにつな
がる高圧冷媒配管が接続される高圧冷媒入口１２と、図
示されていないエバポレータに接続される冷媒出口１３
とが直角方向に向きを変えて形成されている。

【０００４】高圧冷媒入口１２と冷媒出口１３との間の
冷媒流路の途中には、冷媒出口１３の軸線方向に往復動
自在にシャフト１４が配置されている。そのシャフト１
４の端部には、流路面積を可変するテーパ状の弁部１５
が一体に形成されている。この弁部１５は、スプリング
受け１６との間に配置されたスプリング１７によって閉
弁方向へ付勢されている。

【０００５】弁部１５およびシャフト１４を間に挟んで
冷媒出口１３と逆側の端部には、ダイヤフラム室１８が
形成されている。ダイヤフラム室１８は、可撓性薄膜か
らなるダイヤフラム１９によって仕切られており、その
外側の部屋は、配管２０によって、エバポレータの出口
の温度を検知して圧力に変換する図示しない感温管に接
続され、内側の部屋は、均圧管を構成する連通孔２１に
よって冷媒出口１３側の冷媒流路に連通されている。し
たがって、ダイヤフラム１９は、ダイヤフラム室１８の
感温管に連通する部屋の圧力と冷媒出口１３側の冷媒流
路に連通する部屋の圧力との差圧によって変位する。

【０００６】このように構成された膨張弁１０において
は、高圧冷媒入口１２から送り込まれた高圧の液冷媒
が、シャフト１４とそれが介挿配置されているポート部
２３の内壁との間に形成された狭い通路およびポート部
２３と弁部１５との間のポート出口２５を通過すること
によって断熱膨張しながら冷媒出口１３よりエバポレー
タに送り込まれるが、そのときダイヤフラム室１８内の
圧力に対応して弁部１５が変位することにより高圧の液
冷媒の流量が制御される。

【０００７】ところで、エアコンの起動時やアイドリン
グ時などのコンプレッサの低回転時に入口冷媒のサブク
ールが十分取れない不安定な状態の場合、この膨張弁１
０には、液体分に気泡分が混入した気液混合の冷媒が流
入する。図８に示したように、高圧冷媒入口１２から気
液混合の冷媒が流入すると、この気液混合の冷媒は、ポ
ート部２３内にて、まず、シャフト１４によって流れが
２つに分かれてシャフト１４とポート部２３の内壁との
間に形成された狭い通路を通り、次いで流れ方向が冷媒
出口１３の方へ９０度変えられ、さらにポート部２３と
弁部１５との間のポート出口２５を通過することにな
る。ここで、気泡分２２については、高圧冷媒入口１２
から見てシャフト１４の裏側の通路２６まで回り込んで
ポート出口２５の方へ流れていくが、液体分２４につい
ては、通路が狭いことと裏側の通路２６まで距離がある
ため、裏側の通路２６まで回り込んでからポート出口２
５を通るという流れになりにくい。したがって、ポート
出口２５を通過する気液混合の冷媒は、高圧冷媒入口１
２に近い通路を液体分２４が多く流れ、高圧冷媒入口１
２から遠い通路２６を気泡分２２が多く流れることにな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の膨張弁では、冷
媒が気液混合状態にある場合、高圧冷媒入口１２からポ
ート部へ流入した冷媒は、シャフト１４との間の狭い通
路を通るため、ポート出口では、液体分および気泡分が
整然とした形では流れていかない。気液混合冷媒が狭い
通路を通ってポート出口より流出する際に流動音が発生
するが、気泡分と液体分とが不規則に流れることによっ
てその流動音の変動幅が大きくなり、この断続的な流動
音が不快な異音として聴感されるといった問題点があっ
た。また、狭い通路を冷媒が流れることによって、流動
音自体の音圧も大きいという問題点があった。

【０００９】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、気液混合の冷媒が供給されたとしても、流動
音が断続的に発生することにより聴感される異音の発生
を抑え、かつ流動音の音圧を小さくした膨張弁を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では上記問題を解
決するために、冷媒の温度および圧力に感応するダイヤ
フラムと、冷媒の流量を制御する弁部と、差圧による前
記ダイヤフラムの変位を前記弁部へ伝えるシャフトとを
備えた膨張弁において、前記シャフトのシャフト径と高
圧冷媒入口に連通されて前記弁部に通じるポート部のポ
ート部径との比を０．６以下に設定したことを特徴とす
る膨張弁が提供される。

【００１１】このような膨張弁によれば、シャフト径と
ポート部径との比を０．６以下としたことにより、冷媒
が流入されて弁部へ向かうポート部内の通路が広くな
る。この通路に気液混合の冷媒が流入すると、液体分と
気泡分とが均一に混合し、シャフトの全周にわたって気
液混合の冷媒が一定流量でポート部のポート出口より流
出するようになる。これにより、膨張弁から発生する流
動音は変動の少ないほぼ一定の音になるため、異音とし
て聴感されることがなくなる。また、弁部へ向かう通路
が広いために、流動音自体の音圧を低減することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１は本発明による膨張弁
の構造例を示す断面図、図２は膨張弁の要部を拡大した
説明図である。

【００１３】これらの図において、膨張弁１０は、その
本体ブロック１１に、高圧冷媒入口１２と、冷媒出口１
３とが直角方向に向きを変えて形成されている。ここ
で、高圧冷媒入口１２は図示されていないコンプレッ
サ、コンデンサ、そしてレシーバからの高圧冷媒配管が
接続され、冷媒出口１３には図示されていないエバポレ
ータが接続される。

【００１４】本体ブロック１１は、その冷媒出口１３の
軸線上にポート部２３が形成され、その中に軸線方向に
往復動可能なシャフト１４が介挿配置されている。この
シャフト１４の冷媒出口１３の端部には、ポート出口２
５の流路面積を可変するテーパ状の弁部１５が一体に形
成されている。

【００１５】また、シャフト１４は、ポート部２３に位
置する部分の径を小さくした縮径部１４ａを有してい
る。これにより、高圧冷媒入口１２からポート部２３に
導入される冷媒の流路面積を大きくなるようにしてい
る。そして、このシャフト１４における縮径部１４ａ
は、そのシャフト径Φ１と、ポート部２３のポート部径
Φ２との比が、たとえば

【００１６】

【数１】Φ１／Φ２≦０．６・・・（１）となるように設定される。ポート部２３における冷媒の
流路面積を大きくするには、シャフト径Φ１とポート部
径Φ２との比は小さいほどよい。ポート部２３は寸法的
な制約からポート部径Φ２を大きくできないため、シャ
フト１４のシャフト径Φ１を細くする必要がある。しか
し、強度の面から、シャフト径Φ１をあまり細くするこ
とはできないので、好ましくはΦ１／Φ２＝０．４がよ
い。

【００１７】弁部１５と冷媒出口１３の通路内に配置さ
れたスプリング受け１６との間には、スプリング１７が
配置されており、弁部１５を常時その閉弁方向へ付勢し
ている。

【００１８】弁部１５およびシャフト１４を間に挟んで
冷媒出口１３と逆側の端部には、ダイヤフラム室１８が
形成されている。このダイヤフラム室１８は、可撓性薄
膜からなるダイヤフラム１９によって仕切られており、
その外側の部屋は、配管２０によってエバポレータ出口
の冷媒の温度を圧力に変換する図示しない感温管に接続
され、内側の部屋は、均圧管を構成する連通孔２１によ
って冷媒出口１３側の冷媒流路に連通されている。これ
により、ダイヤフラム１９は、ダイヤフラム室１８の感
温管に連通する部屋の圧力と冷媒出口１３側の冷媒流路
に連通する部屋の圧力との差圧によって変位し、エバポ
レータの出口での冷媒の状態が所定の過熱度になるよう
に冷媒の流量を制御する。

【００１９】このように構成された膨張弁１０において
は、高圧冷媒入口１２からポート部２３に高圧冷媒が送
り込まれると、その冷媒は、シャフト１４の縮径部１４
ａとの間の通路に導入され、そこから弁部１５との間の
ポート出口２５を通過することにより断熱膨張しながら
冷媒出口１３を介してエバポレータに送り込まれる。そ
のときダイヤフラム室１８内の圧力に対応して弁部１５
の弁開度が変化し、高圧冷媒の流量が制御される。

【００２０】また、エアコンの起動時やアイドリング時
などのコンプレッサの低回転時などのように、高圧冷媒
入口１２から気泡分２２と液体分２４とが混じった気液
混合の冷媒が流入する場合には、図２に示したように、
その気液混合の冷媒はシャフト１４の全周に回り込み、
気泡分２２と液体分２４とがほぼ均等に混合された状態
になる。

【００２１】この状態で、弁部１５が開いて気液混合の
冷媒がポート出口２５から冷媒出口１３の側へ流出する
とき、ポート出口２５の全周にわたって、ほぼ一定の流
れになる。このため、ポート出口２５を通過する冷媒の
流動音も、変動せずに安定した流動音となる。また、冷
媒がスムーズに流れるため、流動音の音圧を低減するこ
とができる。

【００２２】図３はシャフト径／ポート部径比と流動音
変動幅との関係を示す図である。この図において、横軸
はシャフト径／ポート部径比を表し、縦軸は流動音変動
幅を表している。この図から明らかなように、シャフト
径とポート部径との比をパラメータとし、流動音変動幅
を調査した結果、シャフト径／ポート部径比と流動音変
動幅とに相関があることが分かった。

【００２３】流動音は、それが変動せずに一定音で発生
している場合と断続的に発生している場合とでは、聴感
的な聞こえ方が異なるとされている。たとえば、一定の
ある音圧レベルで発生している流動音は、異音として捕
らえられないことがあるのに対し、同じ音圧レベルで
も、それが短い時間で変動している場合には、耳障りで
不快な音として捕らえられ、異音として聞こえる。

【００２４】したがって、この図３から、シャフト径／
ポート部径比は小さいほど、流動音変動幅が小さく、流
動音が異音として聞こえにくいことを表している。搭載
する車輌にもよるが、テストした車輌では、この流動音
変動幅が２．５ｄＢＡ以下なら実用上、流動音が異音と
して聞こえにくいことが判明している。

【００２５】図４はシャフト径／ポート部径比と流動音
ピーク値との関係を示す図である。この図において、横
軸はシャフト径／ポート部径比を表し、縦軸は流動音ピ
ーク値を表している。この図から明らかなように、シャ
フト径／ポート部径比が大きいほど流動音ピーク値が大
きくなり、シャフト径／ポート部径比が小さいほど流動
音ピーク値が小さくなっていることが分かる。

【００２６】流動音は、たとえ、変動幅が小さくても音
圧レベルが大きければ、それが騒音となるが、この図４
の測定結果から、シャフト径／ポート部径比を小さくす
ることにより流動音ピーク値が低くなり、膨張弁を低流
動音化することができることを示している。

【００２７】図５はシャフト径／ポート部径比を０．９
とした場合の騒音レベルの時間変化を示す図である。こ
のシャフト径／ポート部径比＝０．９というのは、図７
および図８に示した従来の膨張弁の構成に対応する。図
示のように、従来の膨張弁では、流動音が大きく変動す
るところで、その変動幅が約４ｄＢＡとなっており、流
動音ピーク値は５０ｄＢＡに達していることが分かる。

【００２８】図６はシャフト径／ポート部径比を０．４
とした場合の騒音レベルの時間変化を示す図である。こ
れは、本発明による膨張弁の流動音を測定したものであ
る。この測定結果によれば、流動音が継続して大きく変
動するところでも、その変動幅は約２ｄＢＡ以内にとど
まっており、これから、流動音が異音としては聞こえな
いことを示している。また、流動音ピーク値は約４４ｄ
ＢＡであり、これからも流動音の絶対値が従来の膨張弁
に比べて十分に低いことが分かる。

【００２９】以上、本発明をその好適な実施の形態につ
いて詳述したが、本発明はその特定の実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の精神の範囲内で変化変形
することが可能である。たとえば、好適な実施の形態で
は、シャフトおよび弁部を一体にしたタイプの構成を示
したが、これらは、別体であってもよい。また、シャフ
トは、ポート部内に位置する部分に縮径部を設けたが、
シャフト全体がシャフト径／ポート部径比が０．６以下
となるような径を有する構成にしてもよい。さらに、本
発明は、感温部付きダイヤフラム室を本体ブロックに内
蔵するタイプの膨張弁にも適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ダイ
ヤフラムと弁部との間に配置されたシャフトおよびポー
ト部に関し、シャフト径／ポート部径≦０．６として、
ポート部の出口直前の通路を十分に広くする構成にし
た。これにより、ポート出口の全周にわたって気液混合
媒体の流れは一定流となって安定した流動音となり、音
圧も下げることができるため、異音発生防止および低流
動音化を同時に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による膨張弁の構造例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明による膨張弁の要部を拡大した説明図で
ある。

【図３】シャフト径／ポート部径比と流動音変動幅との
関係を示す図である。

【図４】シャフト径／ポート部径比と流動音ピーク値と
の関係を示す図である。

【図５】シャフト径／ポート部径比を０．９とした場合
の騒音レベルの時間変化を示す図である。

【図６】シャフト径／ポート部径比を０．４とした場合
の騒音レベルの時間変化を示す図である。

【図７】従来の膨張弁の一構造例を示す断面図である。

【図８】従来の膨張弁の要部を拡大した説明図である。

【符号の説明】

１０膨張弁１１本体ブロック１２高圧冷媒入口１３冷媒出口１４シャフト１４ａ縮径部１５弁部１６スプリング受け１７スプリング１８ダイヤフラム室１９ダイヤフラム２０配管２１連通孔２２気泡分２３ポート部２４液体分２５ポート出口２６通路 Φ１シャフト径 Φ２ポート部径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西山武泰東京都八王子市椚田町1211番地４号株式会社テージーケー内 (72)発明者早川聡士東京都八王子市椚田町1211番地４号株式会社テージーケー内 (72)発明者市村信雄東京都中野区南台５丁目24番15号カルソニックカンセイ株式会社内 (72)発明者深野清明東京都中野区南台５丁目24番15号カルソニックカンセイ株式会社内Ｆターム(参考） 3H057 AA02 BB45 CC06 DD01 FA24 HH18 HH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒の温度および圧力に感応するダイヤ
フラムと、冷媒の流量を制御する弁部と、差圧による前
記ダイヤフラムの変位を前記弁部へ伝えるシャフトとを
備えた膨張弁において、前記シャフトのシャフト径と高圧冷媒入口に連通されて
前記弁部に通じるポート部のポート部径との比を０．６
以下に設定したことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】前記シャフトは、前記ポート部内に位置
する部分が前記比となるように縮径されていることを特
徴とする請求項１記載の膨張弁。
【請求項３】前記シャフトおよび前記弁部は、一体に
形成されていることを特徴とする請求項２記載の膨張
弁。