JP2002054861A - 温度式膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍サイクルに使用される温度式膨張弁の動
作の安定化を図る。 【解決手段】 １４０は例えば樹脂材からなる熱伝達遅
延部材であり、ナイロン又はポリアセタールからなる円
筒形状の樹脂製チューブを示しており、吸着剤４０と感
温応動部材１００の中空部の内壁との間に空間１４０’
を介して装着されている。したがって、感温応動部材１
００の中空部には吸着剤４０、樹脂製の熱伝達遅延部材
１４０及び空間１４０’が具備されていることとなる。
熱伝達遅延部材１４０には複数の突起部が形成され、突
起部１４１を上記内壁に当接することにより、空間１４
０’が形成されるのである。感温応動部材１００の中空
部の内壁と熱伝達遅延部材１４０との間に空間１４０’
を形成するので、熱伝達遅延部材による粒状活性炭への
温度伝達を遅れさせることに加えて、冷媒温度の変化を
より一層遅れを持たせて熱伝達遅延部材に熱伝達するこ
とが可能となり、弁体のハンチング現象をより一層効果
的に抑制できることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷凍サイクルに使用
する温度式膨張弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍サイクルにおいて蒸発器に供
給する冷媒流量の制御と冷媒の減圧の目的に、図５に示
す温度式膨張弁が使用されている。図５において、アル
ミニウム製の角柱状の弁本体５１０には、オリフィス５
１６が形成されている第１の冷媒通路５１４と、第２の
冷媒通路５１９と、が相互に独立して形成されている。
第１の冷媒通路５１４の一端は蒸発器５１５の入口に連
通され、蒸発器５１５の出口は第２の冷媒通路５１９、
圧縮機５１１、凝縮器５１２、レシーバ５１３を介して
第１の冷媒通路５１４の他端に連結されている。第１の
冷媒通路５１４に連通する弁室５２４にはオリフィス５
１６に接離する球形の弁体５１８を付勢するバイアスバ
ネである付勢手段５１７が設けられている。なお、弁室
５２４はプラグ５２５で封止され、弁体５１８は支持部
５２６を介して付勢される。弁本体５１０には第２の冷
媒通路５１９に隣接してダイアフラム５２２を有したパ
ワーエレメント５２０が固定されている。ダイアフラム
５２２で仕切られたパワーエレメント５２０の上方の室
５２０ａは気密にされており、温度対応作動流体が封入
されている。

【０００３】パワーエレメント５２０の上方の室５２０
ａから延出している小管５２１は上方の室５２０ａから
の脱気及び上方の室５２０ａへの上記温度対応作動流体
の注入に使用された後に端部が密封されている。パワー
エレメント５２０の下方の室５２０ｂでは、弁本体５１
０の中を弁体５１８から第２の冷媒通路５１９を貫通し
て延びる感温・伝達部材たる弁体駆動部材５２３の延出
端が配置されダイアフラム５２２に当接している。弁体
駆動部材５２３は熱容量の大きな材料で形成されてい
て、第２の冷媒通路５１９を流れる蒸発器５１５の出口
からの冷媒蒸気の温度をパワーエレメント５２０の上方
の室５２０ａ中の温度対応作動流体に伝達し、この温度
に対応した圧力の作動ガスを発生させる。下方の室５２
０ｂは弁本体５１０の中で弁体駆動部材５２３の周囲の
隙間を介して第２の冷媒通路５１９に連通されている。

【０００４】従ってパワーエレメント５２０のダイアフ
ラム５２２は上方の室５２０ａ中の温度対応作動流体の
作動ガスの圧力と下方の室５２０ｂ中の蒸発器５１５の
出口における冷媒蒸気の圧力との差にしたがって弁体５
１８のための付勢手段５１７の付勢力の影響の下で弁体
駆動部材５２３によりオリフィス５１６に対する弁体５
１８の弁開放度（即ち、蒸発器の入口への液体状の冷媒
の流入量）を調整する。

【０００５】かかる従来の温度式膨張弁において、パワ
ーエレメント５２０が外部雰囲気に露出されていて、上
方の室５２０ａ中の温度対応作動流体が弁体駆動部材４
２３によって伝達される蒸発器出口の冷媒の温度ばかり
でなく外部雰囲気特にエンジンルームの温度の影響も受
ける。さらには蒸発器の出口における冷媒の温度に敏感
に反応し過ぎて頻繁に弁体５１８の開閉を繰り返す所謂
ハンチング現象を生起し易いこともある。このハンチン
グの要因としては蒸発器の構造、冷凍サイクルの配管の
方法、温度式膨張弁の使用方法また熱負荷とのバランス
等がある。

【０００６】上記ハンチング現象を防止する手段として
サーマルバラスト材または吸着剤等の時定数遅延材を用
いることが従来採用されている。図６は吸着剤として活
性炭を用いた従来の温度式膨張弁の断面図であり、図５
の従来の温度式膨張弁とはダイアフラムと感温応動部材
たる弁体駆動部材の構成が大きく異なっており、それ以
外の構成は基本的に同じである。図６において、温度式
膨張弁は角柱状の弁本体５０を有し、弁本体５０には、
凝縮器５１２を経てレシーバタンク５１３から流入する
液相の冷媒が第１の通路６２に導入されるポート５２
と、第１の通路６２からの冷媒を蒸発器５１５へ送り出
すポート５８と、蒸発器から戻る気相の冷媒が通過する
第２の通路６３の入口ポート６０と、冷媒を圧縮機５１
１側へ送り出す出口ポート６４が設けられる。

【０００７】冷媒が導入されるポート５２は、弁本体５
０の中心軸線上に設けられる弁室５４に連通し、弁室５
４はナット状のプラグ１３０で封止される。弁室５４は
オリフィス７８を介して冷媒を蒸発器５１５へ送り出す
ポート５８に連通する。オリフィス７８を貫通する小径
のシャフト１１４の先端には球形の弁体１２０が設置さ
れ、弁体１２０は支持部材１２２により支持され、支持
部材１２２はバイアスバネ１２４により弁体１２０をオ
リフィス７８に向けて付勢する。弁体１２０がオリフィ
ス７８との間に形成される間隔を変化することによっ
て、冷媒の流路面積が調節される。レシーバ５１４より
送出される冷媒は、オリフィス７８を通過する間に膨張
し、第１の通路６２を通ってポート５８から蒸発器側へ
送り出される。蒸発器から送出される冷媒は、ポート６
０から導入され、第２の通路６３を通ってポート６４か
ら圧縮機側へ送り出される。

【０００８】弁本体５０は、上端部から軸線上に第１の
穴７０が形成され、第１の穴にパワーエレメント部８０
がネジ部等を利用してとりつけられる。パワーエレメン
ト部８０は、感温部を構成するハウジング８１及び９１
と、これらのハウジングに挾み込まれると共に、これら
と溶接により固着されたダイアフラム８２を有し、ダイ
アフラム８２の中央部に形成された円孔の開口部にステ
ンレス又はアルミニウム製の感温応動部材１００の上端
部が、ダイアフラム支持部材８２’と共に溶接にてとり
つけられる。なお、ダイアフラム支持部材８２’はハウ
ジング８１に支持される。

【０００９】ハウジング８１及び９１内には、温度作動
流体として不活性ガスが封入されていて、封入後は小管
２１により封止される。なお、小管２１の代わりにハウ
ジング９１に溶接される栓体を用いてもよい。ハウジン
グ８１及び９１内は、ダイアフラム８２で仕切られ上部
室８３と下部室８５が形成される。

【００１０】感温応動部材１００は、第２の通路６３中
に露出される中空のパイプ状の部材で構成され、その内
部に活性炭４０が収容されている。感温・圧力伝達部材
１００の頂部は上部室８３に連通し、上部室８３と感温
応動部材１００の中空部８４とで圧力空間８３ａを構成
する。パイプ状の感温応動部材１００は弁本体５０の軸
線上に形成された第２の穴７２を貫通し、第３の穴７４
に挿入される。第２の穴７２と感温応動部材１００との
間には隙間が形成され、この隙間を通って通路６３内の
冷媒がダイアフラムの下部室８５に導入される。

【００１１】感温応動部材１００は、第３の穴７４に対
して摺動自在に挿入され、この先端部はシャフト１１４
の一端に連結される。シャフト１１４は弁本体５０に形
成された第４の穴７６に摺動自在に挿入され、その他端
が弁体１２０に連結される。

【００１２】かかる構成において、時定数遅延材として
機能する吸着剤４０は次の如く作用する。即ち、吸着剤
４０として、例えば粒状活性炭を用いた場合には、温度
対応作動流体と吸着剤４０との組み合わせは、吸着平衡
型でありかなりの温度範囲で圧力を温度の一次式で近似
でき、しかもその一次式の係数は吸着剤４０として封入
した粒状活性炭の量により自由に設定できるので、温度
式膨張弁の特性を自由に設定できる。

【００１３】したがって、吸着平衡型の圧力−温度の平
衡状態の設定には蒸発器５１５の出口からの冷媒蒸気の
温度の上昇時及び下降時のいずれの場合にも比較的時間
がかかり、つまり時定数を大きくし、上記ハンチング現
象の要因である外乱の影響による温度式膨張弁の過敏な
動作を抑制することができる空調機の性能を安定させて
空調器の動作効率を向上させる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなハンチング現象は、個々の冷凍サイクルの作動特
性によって異なり、特に蒸発器から送出される低圧冷媒
に細かい温度変化が生じると冷媒に生じる小さな脈動が
そのまま弁体の開閉動作に伝わってしまい、弁動作が不
安定となり、サーマルバラスト材または吸着剤を用いて
もハンチング現象の抑制が不充分であることが生じる場
合がある。

【００１５】そこで本発明は、従来の温度式膨張弁の構
成を変更することなくそのまま用いて従来の動作を維持
しつつ、蒸発器から送出される低圧冷媒に細かい温度変
化があっても温度変化に対する応答性により適宜な遅れ
を持たせることによりハンチング現象をより一層抑制し
て、安定した動作によって、蒸発器に送出される低圧冷
媒の量を制御できる温度式膨張弁を提供することを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の温度式膨張弁は、蒸発器から圧縮器へ向う
冷媒通路を内部に有し、その通路内に温度感知機能を有
するその内部に中空部の形成された感温応動部材を内蔵
した温度式膨張弁において、その感温応動部材の中空部
の先端をこれを駆動するパワーエレメント部を構成する
ダイアフラムの中央開口部に固着し、上記ダイアフラム
によって形成されるパワーエレメント部内の上部圧力室
と上記中空部とを連通させて作動流体の封入された密閉
空間を形成すると共に、上記中空部に収容された時定数
遅延材と上記中空部の内壁との間に熱伝導遅延部材を装
着し、上記内壁と上記熱伝達遅延部材との間に空間を形
成していることを特徴とする。

【００１７】好ましい態様では、上記熱伝達部材が円筒
形状を有することを特徴とする。このような構成を備え
た本発明の温度式膨張弁は、感温応動部材の中空部の内
壁とその中空部に収容された時定数遅延材との間に熱伝
導遅延部材を設けたので、感温応動部材から時定数遅延
材への温度伝達が遅れ、時定数遅延材を用いることより
も、より一層時定数を大きくすることができることに加
えて、感温応動部材と熱伝達遅延部材との間に空間が形
成されるので、遅れを持たせて冷媒温度の変化を熱伝達
遅延部材に熱伝達できるという相乗効果を得ることが可
能となり、弁体のハンチング現象をより一層効果的に抑
制でき、この結果、温度式膨張弁のハンチング現象の防
止をより一層効果的に実施できるのである。

【００１８】また、上記円筒形状は突起部を有し、上記
突起部を上記内壁に当接させることにより内壁との間に
遅れを持たせて熱伝達できる空間を容易に形成すること
ができる。

【００１９】他の好ましい態様では、上記円筒形状を多
角形にすることによって、空間を形成すべく、その角部
を上記内壁に当接させる。このようにすることにより、
容易に空間を形成でき、より一層遅れを持たせて熱伝達
を熱伝達遅延部材に行うことができる。

【００２０】さらに、上記熱伝達遅延部材を樹脂製とす
ることにより、ステンレス又はアルミニウムよりも熱伝
達率の十分低い材質を用いて円筒形状に形成して、時定
数遅延材と感温応動部材の中空部の内壁との中空部の内
壁との間に装着することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明の温度式膨張弁の一実
施形態を図面を参照して説明する。図１及び図２は本発
明に係る温度式膨張弁の一実施形態を示す縦断面図であ
り、図３（Ａ）及び（Ｂ）はその要部の他の実施形態を
示す図である。図１の実施形態においては、従来の温度
式膨張弁とは基本的構成は同一であるので構成が異なる
点のみを説明し、従来の温度式膨張弁と同一の機能を奏
する部分については同一の符号を付して説明を省略す
る。

【００２２】図１において、１４０は例えば樹脂材から
なる熱伝達遅延部材であり、ナイロン又はポリアセター
ルからなる円筒形状の樹脂製チューブを示しており、活
性炭４０と感温応動部材１００の中空部の内壁との間に
空間１４０’を介して装着されている。したがって、感
温応動部材１００の中空部には吸着剤４０、樹脂製の熱
伝達遅延部材１４０及び空間１４０’が具備されている
こととなる。

【００２３】而して、上記空間１４０’は、図２に示す
如く形成される。図１のＶ−Ｖ個所の円筒形状の熱伝達
遅延部材１４０と感温応動部材１００の断面を示し、熱
伝達遅延部材１４０には複数の突起部（図では４個を示
す）１４１が形成され、突起部１４１を上記内壁に当接
することにより、空間１４０’が形成されるのである。

【００２４】このように本実施形態では、感温応動部材
１００の中空部の内壁と熱伝達遅延部材１４０との間に
空間１４０’を形成するので、熱伝達遅延部材による粒
状活性炭への温度伝達を遅れさせることに加えて、冷媒
温度の変化をより一層遅れを持たせて熱伝達遅延部材に
熱伝達することが可能となり、弁体のハンチング現象を
より一層効果的に抑制できることになる。

【００２５】さらに、本発明の温度式膨張弁において
は、上記空間１４０’は図２に示す実施形態に限らず図
３に示す他の実施形態によっても形成することができ
る。即ち、図３は図２と同一個所の断面を示し、熱伝達
遅延部材１４０が多角形に形成されており、図３（ａ）
は六角形１４０Ａに構成された場合を示し、図３（ｂ）
は八角形１４０Ｂに構成された場合を示している。かか
る多角形の構成によっても、多角形の角部を上記内壁に
当接させることによって、上記空間１４０’が形成され
るのである。本実施形態によれば、熱伝達遅延部材１４
０を多角形に構成するので、ハンチング現象の程度に応
じて形成する空間の大きさを選定することができ、より
一層適宜にハンチング現象の抑制を実施することができ
る。

【００２６】以上の実施形態では、円筒形状の樹脂製に
よる熱伝達遅延部材は中空部８４に充填されている活性
炭４０の存在範囲まで設けられているが、ハンチング現
象の程度によって熱伝達遅延部材を設ける範囲を活性炭
４０の一部の範囲としてもよいのは勿論である。

【００２７】なお、図１に示す実施形態においては、冷
凍サイクルを構成する蒸発器、圧縮機、凝縮器及びレシ
ーバは省略して示しており、２１’は上部室８３にダイ
アフラム８２を駆動する温度作動流体となる所定冷媒を
封入するためのステンレス製の栓体であり、ハウジング
９１に形成された穴９１ａを塞ぐように溶接により固着
されている。７４ａは第３の穴７４にてシャフト１１４
に装着されたＯリングの移動を阻止するプッシュナット
であり、７９は感温応動部材１００の中空部に配置され
た吸着剤となる例えば活性炭を押える切起しの形成され
た蓋であり、上記中空部に圧入されている。

【００２８】而して、図１の実施形態においては、吸着
剤４０として粒状活性炭を充填し、この粒状活性炭充填
の感温応動部材１００とダイアフラム８２を図４に説明
する如く溶接して、パワーエレメント部８０と感温応動
部材１００の一体空間８４を作る。この空間８４を形成
するハウジング９１には、温度対応作動流体の封入のた
めの栓体２１’を用いている。この栓体２１’の代りに
図６と同様に小管の一端から脱気し、この脱気後に上記
作動流体を封入し、小管の一端を封止してもよい。

【００２９】即ち、図４は、図１の実施形態における感
温応動部材１００、ダイアフラム８２及び支持部材８
２’との構成を示す図である。図４（ａ）に示す如く感
温応動部材１００の開口部１００ｂの外側に鍔部１００
ａが形成されており、上記鍔部１００ａには図の下方の
向きに突起部１００ｃ及び溝１００ｄが形成されてい
る。突起部１００ｃ及び溝部１００ｄは、鍔部１００ａ
の全周にわたって形成されている。

【００３０】さらに上記突起部１００ｃに当接するよう
に、例えばステンレス材質を用いたダイアフラム８２が
その中央部に形成された開口部８２ａを介して感温応動
部材１００に挿入され、図４（ａ）の矢印の方向に進入
させて上記突起部１００ｃに当接させると共に、ダイア
フラム８２を感温応動部材１００に固定する。

【００３１】上記ダイアフラム８２を支持する例えばス
テンレス材質を用いた支持部材８２’がダイアフラム支
持部材として上記ダイアフラム８２の開口部８２ａと同
心円状の形成された開口部８２’ａを介して感温応動部
材１００に図４（ａ）の矢印の如く挿入されダイアフラ
ム８２に当接する。かかる構成において、突起部１００
ｃと同心円状となるように上下電極（図示せず）にて突
起部１００ｃと支持部材８２’間を加圧固定した後、こ
れら電極に電流を印加して所謂プロジェクション溶接を
行い、図４（ｂ）に示す如く鍔部１００ａ、ダイアフラ
ム８２及び支持部材８２’を互いに接合する。

【００３２】この結果、ダイアフラム８２は、鍔部１０
０ａと支持部材８２’間にて突起部１００ｃにより溶接
接合される構成となる。そしてダイアフラム８２の端部
は、ハウジング８１及び９１に挟み込まれて溶接により
固着される。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明の温度式膨張弁は、ハンチング現象を抑制する時定数
遅延部材の収納された感温応動部材の中空部の内壁と上
記時定数遅延部材との間に熱伝達遅延部材を装着するよ
うに際して、上記内壁との間に空間を介して装着したの
で、冷媒温度の変化を空間と熱伝達遅延部材とにより時
定数遅延部材に熱伝達するので、より一層ハンチング現
象を抑制することができる。さらに、上記熱伝達遅延部
材により空間の大きさを選定することができるのでより
効果的にハンチング現象を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る温度式膨張弁の一実施形態を示す
縦断面図。

【図２】図１に示される温度式膨張弁Ｖ−Ｖ個所におけ
る断面図。

【図３】本発明に係る温度式膨張弁の他の実施形態の主
要部を示す断面図。

【図４】図１に示される温度式膨張弁の主要部の構成を
説明する図。

【図５】従来の温度式膨張弁を示す縦断面図。

【図６】従来の他の温度式膨張弁を示す縦断面図。

【符号の説明】

４０ 活性炭 １００ 感温応動部材 １４０ 熱伝達遅延部材 １４０’ 空間 １４１ 突起

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器から圧縮器へ向う冷媒通路を内部
   に有し、その通路内に温度感知機能を有するその内部に
   中空部の形成された感温応動部材を内蔵した温度式膨張
   弁において、その感温応動部材の中空部の先端をこれを
   駆動するパワーエレメント部を構成するダイアフラムの
   中央開口部に固着し、上記ダイアフラムによって形成さ
   れるパワーエレメント部内の上部圧力室と上記中空部と
   を連通させて作動流体の封入された密閉空間を形成する
   と共に、 上記中空部に収容された時定数遅延材と上記中空部の内
   壁との間に熱伝達遅延部材を装着し、上記内壁と上記熱
   伝達遅延部材との間に空間を形成していることを特徴と
   する温度式膨張弁。
2. 【請求項２】 上記熱伝達部材が円筒形状を有すること
   を特徴とする請求項１記載の温度式膨張弁。
3. 【請求項３】 上記円筒形状は突起部を有し、上記突起
   部を上記内壁に当接させることを特徴とする請求項２記
   載の温度式膨張弁。
4. 【請求項４】 上記円筒形状は多角形に形成されると共
   に、その角部が上記内壁に当接することを特徴とする請
   求項２記載の温度式膨張弁。
5. 【請求項５】 上記熱伝達遅延部材が樹脂製である事を
   特徴とする請求項２、請求項３、または請求項４に記載
   された温度式膨張弁。