JP2005257203A - 膨張装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトな構成において前後差圧による内部の異常な圧力上昇を効果的に防止することができる膨張装置を提供する。
【解決手段】 本発明にかかる膨張装置１では、弁体２０に弁部２２及び弁部２３を設けて２段階に受圧して開弁する構成とし、その下流側の弁部２３の受圧面積を大きくして大きな開弁方向の力を得られるようにした。このため、開弁時の応答性を向上させることができる。また、必要な最大弁開度になるまでの前後差圧が小さくてすむ。また逆に、開弁状態から閉弁状態に移行する際には、第２の受圧面が受ける圧力による比較的大きな開弁方向の力が作用するため、開弁動作に移行するときと閉弁動作に移行するときの前後差圧に圧力差（往復差）を設けることができる。つまり、圧力ハンチングを防止又は抑制することができ、安定した冷凍サイクルのシステムを実現することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒の流路に設けられ、上流側から導入された冷媒を絞り流路を通過させることで減圧・膨張させて下流側に導出する膨張装置に関する。

従来、車両用エアコンの冷凍サイクルとして、エバポレータの出口側にて余分な冷媒を貯めて気液分離を行うアキュムレータと、コンデンサから出た高圧冷媒の過冷却度及び乾き度の変動に応じて冷媒流量を制御するオリフィス（絞り流路）及び冷媒に所定の過冷却度を持たせるように制御する過冷却度制御式の膨張装置とを使用したサイクルが知られている（例えば特許文献１）。

このような膨張装置は、冷凍サイクルの配管内に固定されるシリンダと、そのシリンダ内に配置された弁体とから構成されている。弁体は、シリンダ内において圧縮コイルスプリング等によって支持されつつ摺動する。弁体の内部及びシリンダとの境界部にはオリフィス等の冷媒通路が形成されており、膨張装置の前後差圧が変化して弁体がシリンダ内を移動することにより、その冷媒通路を切り替える。すなわち、その前後差圧が小さい間は冷媒通路を所定のオリフィスに設定し、前後差圧が所定値以上になると冷媒通路を追加して冷媒をリリーフし、その圧力の異常な上昇を防止するようにしている。
特開平１１−２５７８０２号公報

しかしながら、このような構成においては、上流側から流入する高圧冷媒の冷媒圧力によって閉弁状態にあるリリーフ用の弁体の挙動が不安定にならないように、その閉弁側への付勢力を付与する圧縮コイルスプリング等の弾性力を一定以上に確保する必要がある一方、リリーフの際の開弁時の応答性も良くする必要がある。

このため、上記圧縮コイルスプリング等のばね定数をある程度抑え、その分コイルの巻き数を増やし、その圧縮コイルスプリング等の単位長さあたりの変位量を減らすことが行われていた。その結果、圧縮スプリングとして長い大型のものを使用しなければならず、膨張装置全体が大型化してその製造コストが嵩むといった問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成において前後差圧による内部の異常な圧力上昇を効果的に防止することができる膨張装置を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、冷凍サイクルを循環する冷媒の流路に設けられ、上流側から導入された冷媒を絞り流路を有する内部の冷媒通路に通して減圧して下流側に導出するとともに、前後差圧が設定値以上となったときには、内部に設けた弾性体に付勢された弁体によって閉じられた前記冷媒通路とは別の流路を開放し、前記上流側から導入された冷媒の少なくとも一部を前記別の流路を介して下流側に逃がすリリーフ機構を備えた膨張装置であって、前記弁体は、前記冷媒通路と前記別の流路との境界部において冷媒圧力を受ける第１の受圧面を有する第１の弁部と、前記別の流路に配置された前記第１の受圧面よりも大きな第２の受圧面を有し、前記第１の弁部が開弁されたときにその下流側で冷媒圧力を受ける第２の弁部とを備え、前記第１の弁部が開弁された後に前記第２の弁部が開弁することにより、前記別の流路が開放されることを特徴とする膨張装置が提供される。

ここで、「弾性体」には、ばねやバイメタルなど様々な弾性体が含まれる。また、ここでいう「上流側」及び「下流側」は、冷凍サイクルの冷媒の流れ方向を基準に表現したものである。尚、「設定値」は、弾性体が付与する弾性力等によって決まるものであるが、この弾性体の特性等については膨張装置の仕様等に応じて適宜選択することができる。

また、「第１の弁部」，「第２の弁部」と表現したが、これは弁部が必ずしも２段であることを意味するわけではなく、これら第１の弁部と第２の弁部との間に更なる弁部があり、３段以上に構成されていてもよい。

このような膨張装置においては、上流側から導入された冷媒の圧力と弾性体の弾性力とのバランスによって弁体の開閉状態が決まり、絞り流路を通過した冷媒は減圧されて下流側に導出される。弁体は、閉弁時においては第１の弁部の第１の受圧面にて冷媒圧力を受圧するが、冷媒圧力が増して前後差圧が大きくなると、まず、第１の弁部が開弁して冷媒圧力を第２の弁部で受圧する。このとき、第２の弁部は、第１の受圧面よりも大きな第２の受圧面でこの冷媒圧力を受圧するため、大きな開弁力を受けて速やかに開弁する。

そして、このように第２の弁部が開弁することで、冷媒が別の流路を介して逃がされることにより冷媒圧力が開放されると、前後差圧が徐々に小さくなって再び弁体が閉弁する。

すなわち、第１の弁体の閉弁状態においては、受圧面積が小さい第１の受圧面が受ける冷媒圧力による開弁方向の力と、これに対向する弾性体の付勢力とがバランスし、第２の弁体の開弁状態においては、受圧面積が大きい第２の受圧面が受ける冷媒圧力による開弁方向の力と、これに対向する弾性体の付勢力とがバランスするように弁体が動く。後者の弁体の開弁状態においては、やがて弁体の前後差圧が小さくなると、弾性体の弾性力の寄与が大きくなって自然に閉弁状態に移行する。

このため、弾性体としては、第１の弁部の閉弁状態を実現することができる程度の弾性力を有すればよく、比較的小さな弾性力をもつもので足りることになる。そして、このように弾性体の弾性力を小さくすると、開弁状態から閉弁状態に移行する際には、比較的大きな第２の受圧面が受ける圧力による開弁方向の力に抗して閉弁状態への移行がなされる。このため、後述する発明の実施の形態でも述べるように、開弁動作に移行するときの前後差圧と閉弁動作に移行するときの前後差圧との間に圧力差（往復差）が発生する。

また、このように第１の受圧面に対して第２の受圧面の受圧面積を大きく設定することによって開弁動作が迅速に行われ、予め設定したリリーフ開始時の前後差圧（設定値）と必要な最大弁開時の前後差圧との圧力差が小さくなる。

また、第２の受圧面によって開弁方向の力を大きく受けることができるため、これに対向する弾性体としてばね等を用いる場合には、短くてそのばね定数の大きなものを採用することもできる。このため、従来のようにばねを長くする必要性が小さくなり、そのばねに必要なスペースを小さくすることができる。

本発明の膨張装置によれば、弁体に第１の弁部と第２の弁部とを設けて２段階に受圧して開弁する構成とし、その第２の弁部の受圧面積が大きくなるようにした。このため、逆に開弁状態から閉弁状態に移行する際には、第２の受圧面が受ける圧力による比較的大きな開弁方向の力に抗して閉弁動作をすることになり、開弁動作に移行するときの前後差圧と閉弁動作に移行するときの前後差圧との間に圧力差（往復差）が発生することになる。

このため、圧力ハンチングを防止又は抑制することができ、膨張装置の安定した挙動を維持できるとともに、その破損等を防止することができる。
また、第１の受圧面に対して第２の受圧面の受圧面積を大きく設定することにより、開弁方向の力を大きくして開弁時の応答性を向上させることができる。

また、第２の受圧面によって開弁方向の力を大きく受けることができるため、これに対向する弾性体としてばね等を用いた場合には、短くてばね定数の大きなものを採用することもできる。その結果、膨張装置全体をコンパクトに構成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態の膨張装置が冷凍サイクルの配管に設置された様子を表す説明図である。また、図２は当該膨張装置の断面図であり、（Ａ）はその縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。

図１に示すように、膨張装置１は、車両用エアコンの冷凍サイクルを循環する冷媒の流路を構成する配管５０内に設置され、上流側から導入された冷媒を絞り流路を通過させることで減圧・膨張させて下流側に導出し、冷媒に所定の過冷却度を持たせる装置として構成されている。以下の説明においては、同図に示した構成について、この冷媒の流れ方向を基準に図中右側を上流側、左側を下流側と表現することがある。

図２（Ａ）に示すように、膨張装置１は、円筒状のシリンダ１０と、シリンダ１０に内挿された円筒状の弁体２０とから構成されている。
シリンダ１０は、円筒状の本体１１を有し、その内部が上流側から２段階に拡管して小管部１２，小管部１２より大きな内径を有する中管部１３，中管部１３よりやや大きな内径を有する大管部１４が設けられ、内部に冷媒を通過させる冷媒流路が形成されている。そして、小管部１２の下流側端部の周端縁によって弁座１５が形成され、中管部１３の下流側端部によって弁孔１６が形成されている。

シリンダ１０の上流側端部には、高圧冷媒が導入される小管部１２の入口にストレーナ１７が嵌合されるとともに、配管５０への固定のために外径方向に延出したフランジ部１８が形成されている。また、小管部１２が位置するシリンダ１０の外周面には、配管５０に固定する際に気密保持用のＯリングを嵌合させるための嵌合溝１０ａが周設されている。さらに、大管部１４の下流側端部近傍には下流側に底部を有する有底円筒形状のストッパ３０が固定されており、弁体２０との間にばね１９を介装している。

一方、弁体２０は、シリンダ１０に内挿される段付円筒状の本体２１を有し、その本体２１の上流側端部に上記弁座１５に着脱可能な弁部２２（第１の弁部）が形成され、その下流側に弁孔１６に挿通されて摺動する弁部２３（第２の弁部）が形成されている。さらに、弁部２３の下流側にはシリンダ１０の内周面に沿ってガイドされるガイド部２４が形成され、また、本体２１の内部を軸方向に貫通して冷媒を通過させる冷媒通路２５が形成されている。尚、本実施の形態において、冷媒通路２５は、小管部１２と弁体２０の内部を連通して形成される冷媒の流路からなる。

弁部２２は、本体２１の上流側端部に向かって外径が小さくなるテーパ形状に形成されており、着座の際にはその先端部が小管部１２に所定量内挿されるようになっている。このとき内挿された弁部２２の外周面が第１の受圧面を構成する。

一方、弁部２３は、弁部２２に連設されて中管部１３に挿通される円筒部から構成され、弁孔１６との間で摺動面を有するスライド弁が構成される。この弁部２３は、弁部２２が弁座１５から離間すると弁孔１６に対して開弁方向に摺動し、弁部２２の弁座１５からのリフト量が予め定める量以上となったときに弁孔１６から離間して開弁するように構成されている。このように弁部２２が開放されて弁部２３が閉じられた状態において中管部１３により囲まれる本体２１の上流側端面が、第２の受圧面を構成する。

ガイド部２４は、同図（Ｂ）に示すように、ほぼ六角形状の断面を有し、その各頂点部分が大管部１４の内周面に沿った円弧状に形成され、各頂点部分の間に冷媒を流通可能な冷媒流路が形成されている。弁体２０は、そのガイド部２４の各頂点部分が大管部１４の内面に沿って摺動することにより、シリンダ１０内を安定して進退するようになっている。

また、本体２１内部の上流側端部は縮管してオリフィス２６（絞り流路）を形成しており、これを通過する冷媒を膨張させて減圧させるようになっている。従って、このオリフィス２６を境に上流側が高圧部、下流側が低圧部となる。

ばね１９は、所定のばね定数を有する圧縮コイルスプリングからなり、その上流側の部分が弁体２０の本体２１に外挿されている。ばね１９の一端はストッパ３０の底面の外周縁近傍に当接し、その他端は弁体２０のガイド部２４の下流側端面に当接しており、弁体２０を所定の弾性力で弁座１５の方向（閉弁方向）に付勢している。

ストッパ３０は、アジャスト機構を備えている。すなわち、同図（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、ストッパ３０の外周には雄ネジが形成されており、シリンダ１０の下流側端部にはこれと螺合する雌ネジが形成されている。そして、シリンダ１０に対するストッパ３０の螺入量を調整してストッパ３０の位置を調整することにより、ばね１９の弾性力を調整できるようになっている。また、ストッパ３０の底面には、弁体２０内部に形成された冷媒通路２５の断面よりも大きな幅を有し、一つの径方向にわたって設けられたスリット３１（透孔）が形成され、弁体２０の内部を通過する冷媒を外部に導出できるようになっている。

このように構成された膨張装置１は、図１に示すように配管５０に固定される。すなわち、配管５０は膨張装置１の設置位置において下流側配管５１と上流側配管５２とを接続する継手構造を有する。下流側配管５１は、その上流側端部で拡管して段部５３を形成し、その拡管部に上流側配管５２の下流側端部を内挿して接続している。これら下流側配管５１と上流側配管５２との間の気密は、上流側配管５２の下流側端部に設けられた溝部に配設されたＯリング５４によって保持されている。

膨張装置１は、そのフランジ部１８が下流側配管５１の段部５３と上流側配管５２の下流側端面との間に挟持されることにより、配管５０内に固定される。これら膨張装置１と配管５０との間の気密は、シリンダ１０の嵌合溝１０ａに配設されたＯリング１０ｂによって保持されている。膨張装置１は、シリンダ１０を収容するケーシング等を備えておらず、シリンダ１０が配管５０に直接固定されるようになっている。

次に、膨張装置１におけるリリーフ機構のリリーフ動作について説明する。図３はそのリリーフ動作を表す説明図であり、（Ａ）は膨張装置１の前後差圧がリリーフのために予め定める設定値未満のときの様子を示し、（Ｂ）は膨張装置１の前後差圧がその設定値になったときの状態を示し、（Ｃ）は膨張装置１の前後差圧がその設定値を超えたときの様子を示している。

膨張装置１は、その前後差圧が平常である通常時においては、同図（Ａ）に示すように、ばね１９による閉弁方向の付勢力が、弁体２０に作用する冷媒圧力の開弁方向の力よりも大きく、弁部２２，２３がそれぞれ全閉状態となっている。このとき、上流側から流入した冷媒は、冷媒通路２５を通過する際にオリフィス２６により減圧されて下流側に導出される。

そして、膨張装置１の前後差圧が異常に上昇して予め定める設定値になると、上記第１の受圧面で受ける開弁方向の力が大きくなり、同図（Ｂ）に示すように、弁部２２が弁座１５から離間し始め、冷媒の一部が弁部２２と弁座１５との間の冷媒流路を通過して弁体２０の上流側端面と中管部１３とに囲まれた領域に流入する。このとき流入した冷媒圧力はその領域に面した上記第２の受圧面に作用するが、弁部２３の前後に大きな差圧があるため、大きな開弁力となって弁体２０を開弁方向に押圧する。

これにより、同図（Ｃ）に示すように、弁部２３が弁孔１６から離間して開弁し、上流側から流入した冷媒の大部分が、弁部２３と弁孔１６との間隙を介して逃がされ、弁体２０とシリンダ１０との間に形成された冷媒流路及びストッパ３０のスリット３１を介して下流側に流される。このようにして、膨張装置１内部における冷媒圧力の異常な上昇が防止される。

図４は膨張装置１による前後差圧と冷媒流路の開口面積との関係を表す説明図である。同図においては、本実施の形態の膨張装置１において前後差圧の圧力上昇時の動作が実線で示され、圧力下降時の動作が点線（実線に重なる部分がある）で示されている。

同図に示すように、膨張装置１において弁部２２，２３が閉弁している間（図３（Ａ）の状態）は、前後差圧が上昇しても、開口面積はオリフィス２６の断面積で一定となる。
そして、前後差圧が予め定める値になると弁部２２が開弁し、このときの受圧面の拡大によって弁部２３が直ちに勢いよく開弁し、冷媒が外側の冷媒流路にリリーフして圧力が開放される。このため、開口面積がほぼ垂直に立ち上がって一気に大きくなる（図３（Ｂ），（Ｃ）の状態）。

このように弁部２３が開弁した後は、前後差圧による冷媒圧力とばね１９の付勢力とのバランスによって開口面積がほぼ一定の割合で増加し、弁体２０の後端面がストッパ３０の上流側端面に係止されると、開口面積は一定となる。

そして、このリリーフ動作による圧力の開放によって膨張装置１の前後差圧が小さくなると、弁体２０が上記とは逆の動作で再び閉弁状態へ移行するが、第２の受圧面が受ける圧力による比較的大きな開弁方向の力に抗して閉弁動作をすることになるため、その弁部２３が閉弁する過程で開口面積の急激な変化はなく、同図に点線にて示すように一定の割合で開口面積が減少する。その結果、図示のように閉弁時の前後差圧が小さくなり、開弁動作に移行するときの前後差圧と閉弁状態に戻るときの前後差圧との間に圧力差（往復差）が発生する。

これに対し、例えば膨張装置１において弁部が１段（つまり弁部２２のみ）の構成を想定すると、その弁部の下流側が直ちに低圧領域となり、高圧冷媒が押圧する領域が上述した第１の受圧面に相当する小さな受圧面積しか有さない。このため、弁体２０を開弁方向に押す力が小さく、開口面積がリリーフ時に瞬時に立ち上がることもなく、上記とほぼ同じ開弁位置から前後差圧の大きさに応じて一定の割合で増加する。そして、リリーフ動作により圧力が開放されると、ばね１９の付勢力によって押し戻されて逆の動作により閉弁動作に移行する。このとき、上述した前後差圧の往復差はほとんどみられず、閉弁時の前後差圧は弁部が２段のときよりも高くなる。また、その受圧面で受ける開弁方向の力が小さいため、目標とする弁開度に達するまでに要する前後差圧が相対的に大きくなるとともに、開弁時間も長くなる。

すなわち、このように弁部が１段で構成されている場合には、その弁部が開弁して前後差圧が減少すると、開弁時と同様の動作経路を逆向きに動作して開口面積が減少する。このため、閉弁時の前後差圧が比較的大きく、システムの状態により再度前後差圧が上昇すると、圧力ハンチングが発生し易くなる。

これに対し、本実施の形態の膨張装置１によれば、閉弁時の前後差圧が小さくなっているため、圧力ハンチングを防止又は抑制することができる。
以上に説明したように、本実施の形態の膨張装置１では、弁体２０に弁部２２及び弁部２３を設けて２段階に受圧して開弁する構成とし、その下流側の弁部２３の受圧面積を大きくして大きな開弁方向の力を得られるようにしたため、開弁時の応答性を向上させることができる。

また逆に、開弁状態から閉弁状態に移行する際には、第２の受圧面が受ける圧力による比較的大きな開弁方向の力が作用するため、開弁動作に移行するときと閉弁動作に移行するときの前後差圧に圧力差（往復差）を設けることができる。つまり、圧力ハンチングを防止又は抑制することができ、安定した冷凍サイクルのシステムを実現することができる。

また、第２の受圧面によって開弁方向の力を大きく受けることができるため、これに対向するばね１９として短くてばね定数の大きなものを採用することもできる。その結果、膨張装置全体をコンパクトに構成することができる。

さらに、弁部２２，２３を一つの弁体２０に一体に形成し、弁座１５及び弁孔１６を形成する段部をシリンダ１０に一体に形成したため、膨張装置１を少ない部品点数で構成でき、低コストに製造することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は本実施の形態にかかる膨張装置の断面図であり、（Ａ）はその縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。尚、本実施の形態において上記第１の実施の形態とほぼ同一の構成部分については必要に応じて同一の符号を付す等して、その説明を省略する。

図５（Ａ）に示すように、膨張装置２０１は、円筒状のシリンダ２１０と、シリンダ２１０に内挿された円筒状の弁体２２０とから構成されている。
シリンダ２１０は、円筒状の本体２１１を有し、上流側から小管部１２とその小管部１２に１段拡管して連設された大きな内径を有する大管部２１４が設けられている。大管部２１４の側面には、小管部１２から所定間隔あけて半径方向に貫通した一対の連通孔２１３が設けられ、その内部を冷媒通路２５とは別の流路に連通できるように構成されている。そして、小管部１２の下流側端部の周端縁によって弁座１５が形成され、大管部２１４の上記連通孔２１３よりも上流側部分によって弁孔２１６が形成されている。

一方、弁体２２０は、シリンダ２１０に内挿される段付円筒状の本体２２１を有し、その本体２１の上流側端部に上記弁座１５に着脱可能な弁部２２（第１の弁部）が形成され、その下流側に上記弁孔２１６に挿通されて摺動する弁部２２３（第２の弁部）が形成されている。

同図（Ｂ）に示すように、この弁部２２３は、大管部２１４の内周面に沿った円筒形状をなし、弁部２２が弁座１５に着座しているときには、弁部２２３が弁孔２１６及び連通孔２１３を閉じているが、弁部２２が弁座１５から離間して弁部２２の弁座１５からのリフト量が予め定める量以上となったときに連通孔２１３を徐々に開放して開弁するように構成されている。このように弁部２２が開放されて弁部２２３が閉じられた状態において大管部２１４により囲まれる本体２２１の上流側端面が、第２の受圧面を構成する。この弁部２２３は大管部２１４の内周面に沿って摺動するのでガイド部としての機能を兼ね備え、弁体２２０をシリンダ１０内で安定して進退させるようになっている。

また、本体２１１の弁部２２３の下流側は、大管部２１４の内周面と所定間隔のクリアランスを形成した円筒形状となっており、大管部との摺動抵抗を低減している。この本体２１１の内側には、ばね１９が内挿されており、その先端がオリフィス２６の下流側開口部が位置する本体２１１の下流側対向面２１１ａに当接して弁体２２０を所定の弾性力で弁座１５の方向（閉弁方向）に付勢している。

次に、膨張装置２０１におけるリリーフ機構のリリーフ動作について説明する。図６はそのリリーフ動作を表す説明図であり、（Ａ）は膨張装置１の前後差圧がリリーフのために予め定める設定値未満のときの様子を示し、（Ｂ）は膨張装置１の前後差圧がその設定値になったときの状態を示し、（Ｃ）は膨張装置１の前後差圧がその設定値を超えたときの様子を示している。

膨張装置２０１は、その前後差圧が平常である通常時においては、同図（Ａ）に示すように、ばね１９による閉弁方向の付勢力が、弁体２２０に作用する冷媒圧力の開弁方向の力よりも大きく、弁部２２，２２３がそれぞれ全閉状態となっている。すなわち、連通孔２１３が閉じられた状態となっており、上流側から流入した冷媒は、冷媒通路２５を通過する際にオリフィス２６により減圧されて下流側に導出される。

そして、膨張装置１の前後差圧が異常に上昇して予め定める設定値になると、第１の受圧面で受ける開弁方向の力が大きくなり、同図（Ｂ）に示すように、弁部２２が弁座１５から離間し始め、冷媒の一部が弁部２２と弁座１５との間の冷媒流路を通過して弁体２２０の上流側端面と大管部２１４とに囲まれた領域に流入する。このとき流入した冷媒圧力はその領域に面した上記第２の受圧面に作用するが、弁部２２３の前後に大きな差圧があるため、大きな開弁力となって弁体２２０を開弁方向に押圧する。

これにより、同図（Ｃ）に示すように、弁部２２３が開弁方向にスライドして開弁し、上流側から流入した冷媒の大部分が、弁部２２３と弁孔２１６との間隙を介して逃がされ、連通孔２１３を介して配管５０とシリンダ２１０との間に形成された冷媒流路に導出され、下流側に流される。このようにして、膨張装置１内部における冷媒圧力の異常な上昇が防止される。

以上に説明したように、本実施の形態の膨張装置２０１においても、弁体２２０に弁部２２及び弁部２２３を設けて２段階に受圧して開弁する構成とし、その下流側の弁部２２３の受圧面積を大きくして大きな開弁方向の力を得られるようにした。このため、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図７は当該膨張装置の断面図であり、（Ａ）はその縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＥ方向矢視図である。尚、本実施の形態において上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については必要に応じて同一の符号を付す等して、その説明を省略する。

図７（Ａ）に示すように、膨張装置３０１は、円筒状のシリンダ３１０と、シリンダ３１０に内挿された円筒状の弁体３２０とから構成されている。
シリンダ３１０は、第１の実施の形態よりも内径の大きな小管部３１２を有する。そして、小管部３１２の下流側端部の周端縁によって弁座３１５が形成され、中管部１３の下流側端部によって弁孔１６が形成されている。

一方、弁体３２０は、シリンダ３１０に内挿される段付円筒状の本体３２１を有し、その本体３２１内部の上流側端部にはやや縮管した縮管部３２５が設けられているが、この縮管部３２５はほとんど減圧を生じさせない程度の断面を有している。この縮管部３２５は、後述するキャンセル機構を構成する。

同図（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本体３２１の縮管部３２５の下流側には、円柱状の中軸部材３４０が内挿されている。この中軸部材３４０の外径は、弁体３２０の縮管部３２５の下流側の内径よりも所定量小さく形成されており、弁体３２０の内面との間に間隙３２６を形成している。この間隙３２６は、冷媒通路２５に連通して絞り流路を形成し、その前後で冷媒通路２５を通過する冷媒の圧力を減圧する。

同図（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、大管部１４の下流側端部近傍には下流側に底部を有する有底円筒形状のストッパ３３０が固定されているが、その底面に形成されたスリット３３１（透孔）の幅は、中軸部材３４０の断面の直径よりも小さくなっている。

中軸部材３４０は、弁体３２０に支持される一方、シリンダ３１０内の内部構造体のいずれにも固定されておらず、その一部分が弁体３２０から下流側に突出し、その下流側端面がストッパ３３０の底面に当接して係止されることにより、下流側への移動が制限されている。つまり、中軸部材３４０は、弁体３２０によってその径方向の移動が制限され、ストッパ３３０によってその軸方向への移動が制限されてはいるが、いずれの構造体にも固定されてはいないため、弁体３２０の動作を制限するなどの支障を及ぼすことがない。

次に、膨張装置３０１における圧力キャンセル構造について説明する。
図７（Ａ）に示すように、膨張装置３０１においては、弁体３２０の弁部３２２に上流側に面して弁体の開弁方向に作用する冷媒圧力を受ける開弁用受圧面３２７（第１の受圧面）が形成されているが、それに加えて、縮管部３２５の下流側の段差部に、弁体３２０の閉弁方向に作用する冷媒圧力を受ける閉弁用受圧面３２８が形成されている。つまり、縮管部３２５の下流側の段差部と中軸部材３４０との間の内部空間に導入された冷媒が、弁体３２０に対して閉弁方向の圧力を作用させ、弁体３２０の開弁方向に作用する冷媒圧力の一部をキャンセルするようになっている。本実施の形態においては、小管部３１２の流路断面を縮管部３２５の下流側の断面よりも大きく形成しているため、例えば弁部３２２の弁座３１５への着座時においては、閉弁用受圧面３２８は開弁用受圧面３２７よりも小さい受圧面積を有することになる。従って、この閉弁用受圧面３２８で受ける圧力とばね１９による弾性力との合力が、開弁用受圧面３２７で受ける冷媒圧力に対抗することになる。

次に、膨張装置３０１におけるリリーフ機構のリリーフ動作について説明する。図８はそのリリーフ動作を表す説明図であり、（Ａ）は膨張装置１の前後差圧がリリーフのために予め定める設定値未満のときの様子を示し、（Ｂ）は膨張装置１の前後差圧がその設定値になったときの状態を示し、（Ｃ）は膨張装置１の前後差圧がその設定値を超えたときの様子を示している。

膨張装置３０１は、その前後差圧が平常である通常時においては、同図（Ａ）に示すように、ばね１９による閉弁方向の付勢力が、弁体３２０に作用する冷媒圧力の開弁方向の力よりも大きく、弁部３２２，２３が全閉状態となっている。このとき、上流側から流入した冷媒は、冷媒通路２５を通過する際に間隙３２６により減圧されて下流側に導出される。

そして、膨張装置３０１の前後差圧が異常に上昇して予め定める設定値になると、上記第１の受圧面で受ける開弁方向の力が大きくなり、同図（Ｂ）に示すように、弁部３２２が弁座３１５から離間し始め、冷媒の一部が弁部３２２と弁座３１５との間の冷媒流路を通過して弁体３２０の上流側端面と中管部１３とに囲まれた領域に流入する。このとき流入した冷媒圧力はその領域に面した上記第２の受圧面に作用するが、弁部２３の前後に大きな差圧があるため、大きな開弁力となって弁体３２０を開弁方向に押圧する。

これにより、同図（Ｃ）に示すように、弁部２３が弁孔１６から離間して開弁し、上流側から流入した冷媒の大部分が、弁部２３と弁孔１６との間隙を介して逃がされ、弁体２０とシリンダ１０との間に形成された冷媒流路及びストッパ３３０のスリット３３１を介して下流側に流される。このようにして、膨張装置３０１内部における冷媒圧力の異常な上昇が防止される。

以上に説明したように、本実施の形態の膨張装置３０１においても、弁体３２０に弁部３２２及び弁部２３を設けて２段階に受圧して開弁する構成とし、その下流側の弁部２３の受圧面積を大きくして大きな開弁方向の力を得られるようにした。このため、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、圧力キャンセル構造によって冷媒圧力の一部がキャンセルされる。すなわち、閉弁用受圧面３２８で受ける圧力の大きさ分、ばね１９に要される弾性力を小さくすることができる。その結果、ばね１９として小型のものを採用することができ、膨張装置３０１全体をコンパクトに構成することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、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の変化変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記各実施の形態では、各膨張装置のシリンダが配管５０に直接固定されるように構成した例を示したが、これらの膨張装置がシリンダを収容するケーシング等を備えており、そのケーシング等が配管５０に固定されるものであってもよい。

また、上記第３の実施の形態では、中軸部材３４０と弁体３２０の内面との間に間隙３２６を形成して絞り流路とした例を示したが、中軸部材３４０を軸方向に貫通する絞り流路を設けるようにしてもよい。

また、上記第３の実施の形態において、中軸部材３４０の外周面及び弁体３２０の内周面の少なくとも一方に、一又は複数のラビリンス用の溝を設けるなどしてもよい。
尚、各膨張装置を構成する内部部品としては、例えば樹脂などで構成することもできる。

第１の実施の形態にかかる膨張装置が冷凍サイクルの配管に設置された様子を表す説明図である。 第１の実施の形態にかかる膨張装置の断面図である。 第１の実施の形態にかかるリリーフ機構のリリーフ動作を表す説明図である。 膨張装置による前後差圧と冷媒流路の開口面積との関係を表す説明図である。 第２の実施の形態にかかる膨張装置の断面図である。 第２の実施の形態にかかるリリーフ機構のリリーフ動作を表す説明図である。 第３の実施の形態にかかる膨張装置の断面図である。 第３の実施の形態にかかるリリーフ機構のリリーフ動作を表す説明図である。

符号の説明

１，２０１，３０１ 膨張装置
１０，２１０．３１０ シリンダ
１５，３１５ 弁座
１６，２１６ 弁孔
２０，２２０，３２０ 弁体
２２，３２２ 弁部
２３，２２３ 弁部
２４ ガイド部
２５ 冷媒通路
２６ オリフィス
３０，３３０ ストッパ
５０ 配管
３２７ 開弁用受圧面
３２８ 閉弁用受圧面
３４０ 中軸部材

Claims (8)

1. 冷凍サイクルを循環する冷媒の流路に設けられ、上流側から導入された冷媒を絞り流路を有する内部の冷媒通路に通して減圧して下流側に導出するとともに、前後差圧が設定値以上となったときには、内部に設けた弾性体に付勢された弁体によって閉じられた前記冷媒通路とは別の流路を開放し、前記上流側から導入された冷媒の少なくとも一部を前記別の流路を介して下流側に逃がすリリーフ機構を備えた膨張装置であって、
   前記弁体は、前記冷媒通路と前記別の流路との境界部において冷媒圧力を受ける第１の受圧面を有する第１の弁部と、前記別の流路に配置された前記第１の受圧面よりも大きな第２の受圧面を有し、前記第１の弁部が開弁されたときにその下流側で冷媒圧力を受ける第２の弁部とを備え、
   前記第１の弁部が開弁された後に前記第２の弁部が開弁することにより、前記別の流路が開放されることを特徴とする膨張装置。
2. 内部に設けられた段部により、上流側から順に前記第１の弁部を着座させる弁座、前記第２の弁部を挿通する弁孔が構成された筒状のシリンダを備え、
   前記弁体は、前記シリンダに進退可能に内挿される一方、前記冷媒通路が内部を貫通する筒状の本体を有し、その本体の上流側から順に前記第１の弁部、前記第２の弁部が形成されて構成され、
   前記第２の弁部と前記弁孔との間で摺動面を有するスライド弁が構成され、前記第２の弁部は、前記第１の弁部の前記弁座からのリフト量が予め定める量以上となったときに前記弁孔を開放して開弁するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の膨張装置。
3. 前記弾性体が、前記シリンダ内に配置されて前記弁体を閉弁方向に付勢する圧縮コイルスプリングからなることを特徴とする請求項２記載の膨張装置。
4. 前記弁体の内部に、前記第１の受圧面よりも小さい受圧面積を有する、前記弁体の閉弁方向に作用する冷媒圧力を受ける閉弁用受圧面からなり、前記弁体の開弁方向に作用する冷媒圧力の一部をキャンセルする圧力キャンセル構造が設けられ、
   前記圧力キャンセル構造の下流側に、前記絞り流路が形成されていることを特徴とする請求項２記載の膨張装置。
5. 前記弁体は、前記本体を前記弁座に対して進退させる際に前記シリンダの内周面に沿ってガイドされるガイド部を備えたことを特徴とする請求項２記載の膨張装置。
6. 前記シリンダが、前記冷凍サイクルの配管内に直接固定されるように構成されたことを特徴とする請求項２記載の膨張装置。
7. 前記弁体の前記本体に相対的に変位可能に少なくとも部分的に内挿されるとともに、前記本体の内方で前記絞り流路を形成する中軸部材と、
   前記シリンダに固定され、前記中軸部材の下流側の一端を係止可能に構成されるとともに、前記絞り流路の断面よりも大きな断面を有する透孔が設けられたストッパと、
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の膨張装置。
8. 前記中軸部材は、前記弁体に支持される一方、前記シリンダ内の内部構造体のいずれにも固定されていないことを特徴とする請求項７記載の膨張装置。
   

Images