JP2003222443A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御応答性を損ねることなくリサイクル性を
高めることのできる膨張弁１を提供する。 【解決手段】 ストッパ２０を筒形状とし、その筒の中
を伝熱部８が摺動する構造としてストッパ２０と伝熱部
８とを分けて構成し、ストッパ２０はエレメント部７と
同一材質とし、伝熱部８は熱伝導率の良い材質とし、伝
熱部８をダイヤフラム１３に直接当接させた。これによ
り、熱伝導率の良い伝熱部８がダイヤフラム１３に直接
接触して伝熱することから制御応答性を損ねることがな
い。更に、伝熱部８が筒状のストッパ２０から容易に抜
き出し可能なことでエレメント部７と伝熱部８とを容易
に分離可能としている。これにより、エレメント部７を
弁ブロック６から取り外すことで伝熱部８との分離もで
き、エレメント部７を分解してエレメント部７とストッ
パ２０とを分離することなくリサイクルできることから
リサイクル性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクルに用
いられ、冷媒蒸発器に供給する冷媒を断熱膨張させると
共に、その冷媒供給量を制御するボックス型の膨張弁に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、世界的にリサイクルに対する要望
が高まってきており、冷凍サイクルに用いられる膨張弁
においても、リサイクル率を向上させることが急務とな
っている。この冷凍サイクルに用いられる膨張弁とし
て、従来より、いわゆるボックス型と呼ばれる膨張弁が
公知である。

【０００３】このボックス型膨張弁をリサイクルする上
での従来の問題点は、ダイヤフラムを有するエレメント
部に使用される金属材料（例えばステンレス）と、冷媒
通路を流れる冷媒の温度変化をダイヤフラムに伝熱する
伝熱部に使用される金属材料（アルミニウム又は黄銅
等）とが異なることからエレメント部と伝熱部との分離
が必要となるが、伝熱部がエレメント部内に組み込まれ
てしまっているうえ、そのエレメント部がＴＩＧ溶接等
で接合されていて分解が難しく、エレメント部から異材
質の伝熱部を分離するのが困難なことよりエレメント部
を廃却処分せざるを得ないことにあった。

【０００４】この問題に対し、特開２０００−２６６２
０６号公報（本出願人が先に出願したもの）や特開２０
０１−９１１０６号公報に示す膨張弁では、エレメント
部と伝熱部とを全てステンレスで形成することによって
エレメント部の分解を不要としてリサイクル性を高めた
構造のものがある。

【０００５】また、上記の特開２０００−２６６２０６
号公報の図３に示す構造では、伝熱部として、冷媒通路
を流れる冷媒の温度変化をダイヤフラムに伝熱する感温
部と、ダイヤフラムの最大変位量を規制するストッパ部
とに分けて構成し、エレメント部から分離するのが困難
なストッパ部をエレメント部と同じステンレスで形成す
ることにより、エレメント部の分解を不要としてリサイ
クル性を高めている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に示す構造で
はダイヤフラムに対し、ステンレス製の伝熱部で伝熱す
るか、もしくはアルミニウム製の感温部がステンレス製
のストッパー部を介して伝熱する構造となっている。し
かし、ステンレスの熱伝導率は従来使っているアルミニ
ウムに対して約１０分の１と非常に小さいため、正確な
温度の伝達が行われず、膨張弁として制御応答性が悪く
なるという欠点がある。

【０００７】本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みて成
されたものであり、その目的は、制御応答性を損ねるこ
となくリサイクル性を高めることのできる膨張弁を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では以下の技術的手段を採用する。

【０００９】請求項１記載の発明では、冷媒蒸発器
（５）の入口に通じる第１冷媒通路（１１）と、冷媒蒸
発器（５）の出口に通じる第２冷媒通路（１２）と、第
１冷媒通路（１１）を流れる冷媒流量を可変する弁体
（１０）と、ダイヤフラム（１３）を受け部（１４）と
蓋部（１５）とで挟持し、ダイヤフラム（１３）と蓋部
（１５）との間に飽和ガスを封入してダイヤフラム室
（１７）を形成すると共に、ダイヤフラム（１３）と受
け部（１４）との間にダイヤフラム（１３）が受け部
（１４）側へ変位した時の最大変位量を規制するストッ
パ（２０）とを有し、これらダイヤフラム（１３）、受
け部（１４）・蓋部（１５）・ストッパ（２０）を同一
材質にて構成し、第１冷媒通路（１１）と第２冷媒通路
（１２）とを有する弁本体（６）に対して着脱可能に組
み付けられたエレメント部（７）と、エレメント部
（７）とは異なりエレメント部（７）よりも熱伝導率の
良い材質で形成され、第２冷媒通路（１２）を流れる冷
媒の温度変化をダイヤフラム（１３）に伝達すると共
に、ダイヤフラム（１３）の変位を仲介して弁体（１
０）に伝達する伝熱部（８）とを備え、弁体（１０）の
変位量に応じて第１冷媒通路（１１）を流れる冷媒流量
が調節されるボックス型の膨張弁において、伝熱部
（８）をダイヤフラム（１３）に直接当接させたことを
特徴とする。

【００１０】これにより、ダイヤフラム（１３）に対し
ては熱伝導率の良い、例えば従来と同様のアルミニウム
製の伝熱部（８）が直接接触して伝熱する構造であるこ
とから制御応答性を損ねることがない。

【００１１】請求項２記載の発明では、エレメント部
（７）と伝熱部（８）とを容易に分離可能な構造とした
ことを特徴とする。これは、ダイヤフラム（１３）の最
大変位量を規制するストッパ（２０）を伝熱部（８）と
分けて構成することによって実現でき、エレメント部
（７）から分離するのが困難なストッパ（２０）はエレ
メント部（７）と同一材質、例えば従来と同様のステン
レスで形成することよりエレメント部（７）の分解が不
要となり、リサイクル性を高めることができる。

【００１２】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
に基づき説明する。図１は膨張弁１の断面図であり、図
２は図１のエレメント部７の断面構造図である。本実施
形態の膨張弁１は、いわゆるボックス型と呼ばれるもの
で、例えば車両用空調装置の冷凍サイクルに用いられ
る。

【００１４】冷凍サイクルは、気相冷媒を圧縮する冷媒
圧縮機２と、この冷媒圧縮機２で圧縮された高圧冷媒を
冷却して液化する冷媒凝縮器３と、この冷媒凝縮器３で
液化した冷媒を気液分離して一時的に液冷媒を貯留する
レシーバ４と、このレシーバ４から供給された液冷媒を
減圧させる本発明の膨張弁１と、この膨張弁１で減圧さ
れた冷媒を車室内へ送風される空気との熱交換によって
蒸発させる冷媒蒸発器５等より構成されている。

【００１５】膨張弁１は、弁ブロック６、エレメント部
７、伝熱部８、伝達ロッド９、及びボール弁１０等より
構成されている。弁ブロック６は、例えばアルミニウム
製で略直方体形状に設けられ、第１の冷媒通路１１と第
２の冷媒通路１２を有している。

【００１６】第１の冷媒通路１１は、レシーバ４の出口
側に接続される流入ポート１１ａ、冷媒蒸発器５の入口
側に接続される流出ポート１１ｂ、及び流入ポート１１
ａ側と流出ポート１１ｂ側とを連通する連通孔１１ｃを
有し、この連通孔１１ｃの入口側（流入ポート１１ａ
側）に円錐状のシート面１１ｄが設けられている。

【００１７】第２の冷媒通路１２は、冷媒蒸発器５の出
口側に接続される流入ポート１２ａ、冷媒圧縮機２の入
口側に接続される流出ポート１２ｂ、及び流入ポート１
２ａと流出ポート１２ｂとを連通し、伝熱部８へも連通
する連通路１２ｃを有している。

【００１８】エレメント部７は、可撓性のある薄い金属
板から成るダイヤフラム１３と、このダイヤフラム１３
を挟持する受け部１４と蓋部１５とを具備し、弁ブロッ
ク６の上部にパッキン１６を介して螺子結合される。

【００１９】受け部１４と蓋部１５は、例えばＴＩＧ溶
接により接合され、ダイヤフラム１３と蓋部１５とでダ
イヤフラム室１７を形成している。このダイヤフラム室
１７には、例えば冷凍サイクルに使用される冷媒ガスと
同一種類の飽和ガスが封入されている。尚、蓋部１５に
は、ダイヤフラム室１７に飽和ガスを入れるための孔が
開けられており、飽和ガスを入れた後、プラグ１８によ
って気密に閉塞されている。

【００２０】また、受け部１４の第２冷媒通路１２側の
開口部内面には、伝熱部８の外周円筒面を取り囲むよう
に円筒状のストッパ２０が圧入、溶接、かしめ、接着等
で一体に設けられており、ダイヤフラム１３が図１の下
方へ変位した時にストッパ２０の円筒上面に当接するこ
とでダイヤフラム１３の下方への最大変位量（ボール弁
１０の最大リフト量）を規制するようになっている。

【００２１】また、このエレメント部７を構成する各部
品（ダイヤフラム１３、受け部１４、蓋部１５、プラグ
１８及びストッパ２０）は、全て同一の金属材料（例え
ばステンレス）を使用して形成されている。

【００２２】伝熱部８は、熱伝導率の高い金属材料（例
えばアルミニウム又は黄銅等）を使用して円柱状に形成
されており、ストッパ２０の筒の中に納められている。
そして、円柱状の上面は下方からの付勢力（後述する）
を受けてダイヤフラム１３の下面に密着しており、第２
の冷媒通路１２を流れる冷媒（冷媒蒸発器５で蒸発した
気相冷媒）の温度変化をダイヤフラム１３に伝達すると
共に、円柱状の下面には伝達ロッド９が当接しており、
ダイヤフラム１３の変位を伝達ロッド９と協同してボー
ル弁１０に伝達するものである。

【００２３】伝達ロッド９は、伝熱部８の下部に配され
て、弁ブロック６に摺動自在に保持されている。その上
端部は伝熱部８の下面に当接すると共に、第２の冷媒通
路１２（連通路１２ｃ）を上下方向に貫通し、第１の冷
媒通路１１の連通孔１１ｃの内部に挿通され、下端部は
円錐状のシート面１１ｄに押し当たるボール弁１０の上
面に当接している。

【００２４】また、上下方向に摺動自在に嵌挿されてい
る伝達ロッド９に対して、第１の冷媒通路１１と第２の
冷媒通路１２との間の弁ブロック６部にはＯリング１９
によるシール部が設けられている。

【００２５】ボール弁１０は、図１に示すように、連通
孔１１ｃの入口側に配されて、伝達ロッド９と弁受け部
材２１との間に保持され、シート面１１ｄに着座するこ
とで連通孔１１ｃを閉じ、シート面１１ｄから離脱（リ
フト）することで連通孔１１ｃを開くことができる。

【００２６】このボール弁１０は、図１において、ダイ
ヤフラム１３を下方へ押し下げる力（ダイヤフラム室１
７の圧力−ダイヤフラム１３の下側に作用する冷媒蒸気
の圧力）と弁受け部材２１を介してボール弁１０を図１
の上方へ付勢するスプリング２２の荷重とが釣り合った
位置に静止している。

【００２７】スプリング２２は、弁ブロック６の下端部
に取り付けられた調節螺子２３と弁受け部材２１との間
に配され、弁受け部材２１を介してボール弁１０を図１
の上方（弁開度が小さくなる方向）へ付勢している。調
節螺子２３は、ボール弁１０の開弁圧（ボール弁１０を
付勢するスプリング２２の荷重）を調節するもので、Ｏ
リング２４を介して弁ブロック６の下端部に螺子結合さ
れている。

【００２８】次に、膨張弁１の作動を説明する。連通孔
１１ｃを通過する冷媒流量は、ボール弁１０の開度、即
ちシート面１１ｄに対するボール弁１０の位置（リフト
量）によって決定される。そのボール弁１０は、ダイヤ
フラム１３を図１の下方へ付勢するダイヤフラム室１７
の圧力と、ダイヤフラム１３を図１の上方へ付勢するス
プリング２２の荷重及びサイクル内の低圧圧力（ダイヤ
フラム１３の下側に作用する冷媒蒸気の圧力）とが釣り
合った位置に移動する。

【００２９】そこで、蒸発圧力が安定している状態から
車室内の温度が上昇し、冷媒蒸発器５で急速に冷媒が蒸
発すると、冷媒蒸発器５の出口部の冷媒蒸気の温度（過
熱度）が高くなる。これにより、第２の冷媒通路１２を
流れる冷媒蒸気の温度変化が伝熱部８及びダイヤフラム
１３を介してダイヤフラム室１７に封入されているガス
に伝達され、そのガスの温度上昇に伴ってダイヤフラム
室１７の圧力が上昇する。

【００３０】その結果、ダイヤフラム１３が図１の下方
へ押し下げられ、伝熱部８及び伝達ロッド９を介してボ
ール弁１０が図１の下方へ移動することにより、弁開度
が大きくなって冷媒蒸発器５へ供給される冷媒流量が増
加する。

【００３１】一方、車室内の温度が低下して冷媒蒸発器
５の出口部の過熱度が低くなると、第２の冷媒通路１２
を流れる冷媒蒸気の温度変化がダイヤフラム室１７のガ
スに伝達され、そのガスの温度低下に伴ってダイヤフラ
ム室１７の圧力が低下する。

【００３２】その結果、ダイヤフラム１３が図１の上方
へ押し上げられてボール弁１０が図１の上方へ移動する
ことにより、弁開度が小さくなって冷媒蒸発器５へ供給
される冷媒流量が減少する。以上の動作により、通常の
サイクル運転時には、冷媒蒸発器５で蒸発した冷媒蒸気
の温度（過熱度）が例えば略５℃になるように弁開度を
調節して、連通孔１１ｃを流れる冷媒流量をコントロー
ルしている。

【００３３】次に本実施形態の特徴について述べる。本
実施形態のボックス型膨張弁１は、ダイヤフラム１３が
受け部１４側へ変位した時の最大変位量を規制するスト
ッパ２０を筒形状とし、その筒の中に第２冷媒通路１２
を流れる冷媒の温度変化をダイヤフラム１３に伝達する
と共にダイヤフラム１３の変位を仲介してボール弁１０
に伝達する伝熱部８を納め、筒の中を摺動する構造とす
ることにより、ストッパ２０と伝熱部８とを分けて構成
している。

【００３４】そのうえ、ストッパ２０は一体となるエレ
メント部７の各部品と同一材質（例えば従来と同様のス
テンレス）にて形成し、伝熱部８はそのストッパ２０を
含めたエレメント部７とは異なる熱伝導率の良い材質
（例えば従来と同様のアルミニウムや黄銅）で形成して
いる。そして、伝熱部８をダイヤフラム１３に直接当接
させている。これにより、熱伝導率の良い伝熱部８がダ
イヤフラム１３に直接接触して伝熱する構造であること
から制御応答性を損ねることがない。

【００３５】更に、伝熱部８が筒状のストッパ２０から
容易に抜き出し可能なことより、エレメント部７と伝熱
部８とを容易に分離可能な構造としている。これらのこ
とより、使用済みの膨張弁１において、エレメント部７
を弁ブロック６から取り外すことで伝熱部８との分離も
でき、エレメント部７を分解してエレメント部７とスト
ッパ２０とを分離することなくリサイクルできることか
らリサイクル性が向上する。

【００３６】（その他の実施形態）図３、図４に他の実
施形態におけるエレメント部の断面構造図を示し、上述
の実施形態とはストッパ２０の形状のみ異なる。図に示
すように、ストッパ２０にプレスで曲げ部２０ａを形成
し、その曲げ部２０ａが受け部１４の内側面に当接する
ことでダイヤフラム１３の最大変位量を規制すると共
に、ストッパ２０を受け部１４に圧入、溶接、かしめ、
接着等で固定する作業なくしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における膨張弁の縦断面構
造図である。

【図２】図１のエレメント部の断面構造図である。

【図３】他の実施形態におけるエレメント部の断面構造
図である。

【図４】他の実施形態におけるエレメント部の断面構造
図である。

【符号の説明】

５ 冷媒蒸発器 ６ 弁ブロック（弁本体） ７ エレメント部 ８ 伝熱部 １０ ボール弁（弁体） １１ 第１冷媒通路 １２ 第２冷媒通路 １３ ダイヤフラム １４ 受け部 １５ 蓋部 １７ ダイヤフラム室 ２０ ストッパ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒蒸発器（５）の入口に通じる第１冷
   媒通路（１１）と、 前記冷媒蒸発器（５）の出口に通じる第２冷媒通路（１
   ２）と、 前記第１冷媒通路（１１）を流れる冷媒流量を可変する
   弁体（１０）と、 ダイヤフラム（１３）を受け部（１４）と蓋部（１５）
   とで挟持し、前記ダイヤフラム（１３）と前記蓋部（１
   ５）との間に飽和ガスを封入してダイヤフラム室（１
   ７）を形成すると共に、前記ダイヤフラム（１３）と前
   記受け部（１４）との間に前記ダイヤフラム（１３）が
   前記受け部（１４）側へ変位した時の最大変位量を規制
   するストッパ（２０）とを有し、これら前記ダイヤフラ
   ム（１３）、前記受け部（１４）・前記蓋部（１５）・
   前記ストッパ（２０）を同一材質にて構成し、前記第１
   冷媒通路（１１）と前記第２冷媒通路（１２）とを有す
   る弁本体（６）に対して着脱可能に組み付けられたエレ
   メント部（７）と、 前記エレメント部（７）とは異なり前記エレメント部
   （７）よりも熱伝導率の良い材質で形成され、前記第２
   冷媒通路（１２）を流れる冷媒の温度変化を前記ダイヤ
   フラム（１３）に伝達すると共に、前記ダイヤフラム
   （１３）の変位を仲介して前記弁体（１０）に伝達する
   伝熱部（８）とを備え、 前記弁体（１０）の変位量に応じて前記第１冷媒通路
   （１１）を流れる冷媒流量が調節されるボックス型の膨
   張弁において、 前記伝熱部（８）を前記ダイヤフラム（１３）に直接当
   接させたことを特徴とする膨張弁。
2. 【請求項２】 前記エレメント部（７）と前記伝熱部
   （８）とを容易に分離可能な構造としたことを特徴とす
   る請求項１に記載した膨張弁。