JP2008215797A - Expansion valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は膨張弁に関し、特に車両用空調装置の冷凍サイクルにて蒸発器を出た冷媒の温度および圧力に応じてその蒸発器に送り出す冷媒の流量を制御する膨張弁に関する。 The present invention relates to an expansion valve, and more particularly to an expansion valve that controls the flow rate of refrigerant sent to the evaporator in accordance with the temperature and pressure of the refrigerant that has left the evaporator in a refrigeration cycle of a vehicle air conditioner.
自動車用空調装置においては、地球温暖化に係る環境問題から、冷凍サイクルの使用冷媒を代替フロン(HFC−134a)から自然冷媒(二酸化炭素)に切り換えることが提案されている。冷媒に二酸化炭素を使用した冷凍サイクルにおいても、システムの基本的な構成は同じであるが、一般には、システムの効率を上げるために、内部熱交換器が使用されている(たとえば、特許文献1参照。)。 In the air conditioner for automobiles, it has been proposed that the refrigerant used in the refrigeration cycle is switched from an alternative chlorofluorocarbon (HFC-134a) to a natural refrigerant (carbon dioxide) due to environmental problems related to global warming. In the refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant, the basic configuration of the system is the same, but in general, an internal heat exchanger is used to increase the efficiency of the system (for example, Patent Document 1). reference.).
内部熱交換器は、圧縮機によって圧縮された高温高圧の冷媒を冷却するガスクーラから膨張弁に至る経路を流れる冷媒と、アキュムレータから圧縮機に至る経路を流れる冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。これによって、ガスクーラを出た冷媒が内部熱交換器によってさらに冷却されることで膨張弁および蒸発器の入口の冷媒のエンタルピを低下させ、また、アキュムレータから吸い出された冷媒が内部熱交換器によってさらに過熱されることで圧縮機の入口の冷媒のエンタルピを上昇させるので、システムの効率、すなわち、成績係数および冷凍能力を向上させることができる。 The internal heat exchanger performs heat exchange between the refrigerant flowing through the path from the gas cooler that cools the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor to the expansion valve and the refrigerant flowing through the path from the accumulator to the compressor. It is configured. As a result, the refrigerant that has exited the gas cooler is further cooled by the internal heat exchanger, thereby reducing the enthalpy of the refrigerant at the inlet of the expansion valve and the evaporator, and the refrigerant sucked from the accumulator is reduced by the internal heat exchanger. Furthermore, since the enthalpy of the refrigerant | coolant of the inlet of a compressor is raised by being overheated, the efficiency of a system, ie, a coefficient of performance, and a refrigerating capacity can be improved.
これに対して、冷媒にHFC−134aまたはこれと同等もしくは類似の特性を有するガスを使用した冷凍サイクルにおいても、内部熱交換器を取り入れたシステムが考えられており、システムの効率が改善されるものと期待されている。
ところが、冷媒にHFC−134aを使用した冷凍サイクルにおいては、膨張弁として温度式膨張弁が一般に使用されている。この温度式膨張弁は、蒸発器の出口における冷媒が所定の過熱度を有するように制御している。このため、凝縮器から膨張弁に至る経路を流れる冷媒と、蒸発器から圧縮機に至る経路を流れる冷媒との間で熱交換を行うように内部熱交換器を設けた冷凍サイクルでは、蒸発器の出口で既に所定の過熱度を有する冷媒に対して内部熱交換器でさらに過熱してから圧縮機へ送られることになる。したがって、特に、冷凍サイクルが冷凍負荷の高い状態で運転されているときには、圧縮機で圧縮された冷媒の温度が高くなり過ぎる傾向があり、圧縮機の潤滑オイルが高温度で劣化してしまうという問題があった。 However, in a refrigeration cycle using HFC-134a as a refrigerant, a temperature type expansion valve is generally used as an expansion valve. This temperature expansion valve is controlled so that the refrigerant at the outlet of the evaporator has a predetermined degree of superheat. Therefore, in a refrigeration cycle in which an internal heat exchanger is provided so as to exchange heat between the refrigerant flowing through the path from the condenser to the expansion valve and the refrigerant flowing through the path from the evaporator to the compressor, the evaporator The refrigerant already having a predetermined superheat degree at the outlet is further heated by the internal heat exchanger before being sent to the compressor. Therefore, especially when the refrigeration cycle is operated with a high refrigeration load, the temperature of the refrigerant compressed by the compressor tends to be too high, and the lubricating oil of the compressor deteriorates at a high temperature. There was a problem.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、内部熱交換器を使用した冷凍サイクルにて冷凍負荷が高いときに圧縮機で圧縮された冷媒の温度が高くなり過ぎないようにすることができる膨張弁を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and prevents the temperature of the refrigerant compressed by the compressor from becoming too high when the refrigeration load is high in the refrigeration cycle using the internal heat exchanger. An object of the present invention is to provide an expansion valve that can be used.
本発明では上記問題を解決するために、蒸発器の出口における冷媒の温度および圧力を感知して前記蒸発器に送り出す冷媒の流量を制御する膨張弁において、前記蒸発器に送り出す冷媒の圧力と前記蒸発器から戻ってきた冷媒の圧力との差圧に応じてセット値を変更する感圧アクチュエータを備えていることを特徴とする膨張弁が提供される。 In the present invention, in order to solve the above problem, in the expansion valve that senses the temperature and pressure of the refrigerant at the outlet of the evaporator and controls the flow rate of the refrigerant to be sent to the evaporator, the pressure of the refrigerant sent to the evaporator and the An expansion valve is provided that includes a pressure-sensitive actuator that changes a set value in accordance with a differential pressure with respect to the pressure of the refrigerant returned from the evaporator.
このような膨張弁によれば、冷凍負荷が非常に高く、多量の冷媒が循環していて、蒸発器の前後差圧が所定値より高くなると、感圧アクチュエータがそれを感知して、セット値を上げるように変更し、湿り分を多く含む冷媒を蒸発器へ送り込むようにする。これにより、蒸発器を出る冷媒は、完全に蒸発しないで湿り分を含んだ状態で内部熱交換器に渡され、内部熱交換器では完全に蒸発され、さらに適度に過熱されて圧縮機に吸引される。圧縮機に吸入される冷媒は、蒸発器ではなく内部熱交換器で過熱されるようにしたことで、高温になり過ぎることがなく、圧縮機から吐出される冷媒についても、高温になり過ぎることを防止することができる。 According to such an expansion valve, when the refrigeration load is very high and a large amount of refrigerant circulates and the differential pressure across the evaporator becomes higher than a predetermined value, the pressure-sensitive actuator detects it and sets the set value. The refrigerant is changed so as to increase the humidity, and a refrigerant containing a lot of moisture is sent to the evaporator. As a result, the refrigerant exiting the evaporator is passed to the internal heat exchanger in a wet state without being completely evaporated, and is completely evaporated in the internal heat exchanger, and further appropriately heated and sucked into the compressor. Is done. The refrigerant sucked into the compressor is overheated not by the evaporator but by the internal heat exchanger, so that it does not become too hot, and the refrigerant discharged from the compressor becomes too hot. Can be prevented.
本発明の膨張弁は、外気温が高くて冷凍負荷が非常に高いときのように、冷媒流量が多く流れているとき、感圧アクチュエータが蒸発器の前後差圧を感知して、セット値を上げるように変更する構成にしたので、蒸発器に液分の多い冷媒が送り込まれて蒸発器を出る冷媒の温度が下がり、結果として、圧縮機から吐出される冷媒の温度を下げることができることから、冷媒とともに冷凍サイクル内を循環している圧縮機の潤滑オイルの熱劣化を防止することができるという利点がある。 In the expansion valve of the present invention, when the refrigerant flow rate is large, such as when the outside air temperature is high and the refrigeration load is very high, the pressure sensitive actuator senses the differential pressure across the evaporator and sets the set value. Since the configuration is changed so as to increase the temperature, the temperature of the refrigerant discharged from the compressor can be lowered as a result of the temperature of the refrigerant exiting the evaporator being lowered by feeding a refrigerant with a large amount of liquid into the evaporator. There is an advantage that thermal deterioration of the lubricating oil of the compressor circulating in the refrigeration cycle together with the refrigerant can be prevented.
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は自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
この自動車用空調装置の冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機1と、圧縮された冷媒を外気との熱交換により凝縮させる凝縮器2と、凝縮された冷媒を気液に分離するとともに冷凍サイクル内の余剰冷媒を蓄えておくレシーバ3と、内部熱交換器4と、気液分離された液冷媒を絞り膨張させる温度式の膨張弁5と、膨張された冷媒を車室内の空気との熱交換により蒸発させる蒸発器6とを備えている。膨張弁5は、ケース7に収容されていて、その中で、冷媒入口が内部熱交換器4の高圧通路4aの出口配管に接続され、冷媒出口が蒸発器6の入口配管に接続されている。ケース7では、蒸発器6の出口配管と内部熱交換器4の低圧通路4bの入口配管とがそれぞれ中に開口している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system diagram showing a refrigeration cycle of an automotive air conditioner.
The refrigeration cycle of this automotive air conditioner includes a compressor 1 that compresses a refrigerant, a
内部熱交換器4は、膨張弁5へ高温・高圧の冷媒を流す高圧通路4aと圧縮機1へ低温・低圧の冷媒を流す低圧通路4bとを有し、高圧通路4aを流れる高温・高圧の冷媒と低圧通路4bを流れる低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行う。これにより、高圧通路4aの冷媒は、低圧通路4bの冷媒によって過冷却され、低圧通路4bの冷媒は、高圧通路4aの冷媒によって過熱されることになるため、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
The
ここで、本発明による膨張弁5は、蒸発器6の冷媒入口と冷媒出口との差圧を感知して過熱度設定値であるセット値を可変するよう動作するもので、蒸発器6を流れる冷媒の流量が多くなって蒸発器6での圧力損失が大きくなるとセット値を上げるよう変更するものである。したがって、冷凍負荷が高くなることによって冷凍サイクルを循環する冷媒の流量が増加し、蒸発器6の圧力損失が所定値を超えると、膨張弁5は、セット値を上げるように変更する。これにより、膨張弁5は、より開弁し易い状態になるので、絞り膨張する冷媒の流量を増加させ、湿り分の多い冷媒を蒸発器6へ供給することになる。この結果、蒸発器6では、供給された冷媒が完全に蒸発し切れずに、湿り冷媒を含んだ状態のまま出て来るようになり、それが、内部熱交換器4を通って圧縮機1へ流れることになる。その内部熱交換器4では、湿り冷媒を含んだ状態の冷媒を完全に蒸発させ、さらに、適度な過熱度を持つように熱交換されるので、圧縮機1へ戻される冷媒の温度が高くなり過ぎることがなくなり、もちろん、圧縮された冷媒も高温になり過ぎてしまうことがなくなることから、圧縮機1の潤滑オイルの熱劣化が防止される。
Here, the
図2は第1の実施の形態に係る膨張弁を示す断面図、図3は膨張弁の弁体の詳細を示す図2のa−a矢視拡大断面図、図4は感温室の温度−圧力特性を示す図、図5は冷凍負荷の違いによる動作説明のためのモリエル線図である。なお、図中、矢印は冷媒の流れ方向を示している。 2 is a cross-sectional view showing the expansion valve according to the first embodiment, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along the line aa of FIG. 2 showing the details of the valve body of the expansion valve, and FIG. The figure which shows a pressure characteristic, FIG. 5 is the Mollier diagram for operation | movement explanation by the difference in refrigeration load. In the figure, the arrows indicate the flow direction of the refrigerant.
この膨張弁5は、高温・高圧の液冷媒を絞り膨張させて低温・低圧の冷媒にする弁部11と、蒸発器6を出た冷媒の温度および圧力を感知して弁部11における冷媒の流量を制御するパワーエレメント12と、蒸発器6の冷媒入口と冷媒出口との差圧を感知してセット値を変更する感圧アクチュエータ13とを備えている。
The
弁部11は、ボディ14の側部にレシーバ3から高温・高圧の液冷媒が導入される入口ポート15を有し、その反対側の側部には、膨張された冷媒を蒸発器6へ送り出す出口ポート16を有している。ボディ14の中には、入口ポート15と出口ポート16とが内部で連通する通路が形成され、その通路の途中に弁座17が形成されている。
The
この弁座17の下流側には、弁座17に対して接離自在な弁体18が配置されている。弁体18は、セット値調整のためのスプリング19により閉弁方向に付勢された状態で配置されている。弁体18は、また、シャフト20に固定されている。このシャフト20は、弁体18の開閉方向にボディ14によって進退自在に支持された大径部20aと、弁座17の弁孔を介して延びている小径部20bとを有し、その小径部20bには弁体18が固定されている。シャフト20の大径部20aは、弁孔の内径と同じ外径を有しており、弁体18がその開弁方向に入口ポート15に導入された高圧を受圧するのに対し、閉弁方向に同じ高圧を受圧して高圧をキャンセルするようにしている。また、シャフト20の大径部20aには溝が周設され、その溝にはOリング21が嵌め込まれていて、入口ポート15に導入された高圧の冷媒がボディ14とシャフト20の大径部20aとの間のクリアランスを介してパワーエレメント12内に漏れるのを防止している。シャフト20の小径部20bに固定されている弁体18は、これを弁座17に対して接離自在にガイドするガイド18aが一体に形成されている。このガイド18aは、弁座17に着座する部分より中心側の部分から弁孔を介して延びていて、図3に詳細に示したように、弁孔の内壁を摺動する3つの突出部を有し、突出部の間の空間は、高圧の冷媒が通過する通路を構成している。
On the downstream side of the
ボディ14の図の上部に螺着されているパワーエレメント12は、ダイヤフラム22を挟んでその両側にアッパーハウジング23およびロアハウジング24が配置され、これらの外周縁部を互いに溶着することによって構成されている。ダイヤフラム22とアッパーハウジング23とによって囲まれた部屋には、冷凍サイクルの冷媒に類似した特性のガスを主体としたガスが封入され、感温室を構成している。ロアハウジング24は、その中央開口部がボディ14に螺着され、少なくとも1つの連通孔25が穿設されている。ロアハウジング24の中には、ダイヤフラム22の変位をシャフト20へ伝達するディスク26が配置されている。
The
ここで、パワーエレメント12の感温室における温度−圧力特性について図4を参照して説明する。この図において、横軸は感温室温度、縦軸は感温室圧力を表しており、細い実線Rは、冷凍サイクルに用いられている冷媒ガスの飽和特性を示し、細い一点鎖線A0は、感温室に充填されたガスの飽和特性であって、従来の膨張弁の開弁特性を示している。図4に示す太い実線Aは、この膨張弁5の開弁特性を示しており、蒸発器6の入口と出口との差圧により開弁特性が移動するようになっている。
Here, the temperature-pressure characteristics of the
ボディ14の図の下部には、感圧アクチュエータ13が螺着されている。この感圧アクチュエータ13は、ダイヤフラム27を挟んでその両側にアッパーハウジング28およびロアハウジング29が配置され、これらの外周縁部を固定部材30で互いに挟持させることによって構成されている。ダイヤフラム27の両面には、センターディスク31,32が配置され、これらの中央部を貫通して配置されたばね受け部材33によって固定されている。センターディスク31,32は、それらの外周縁部がダイヤフラム27から離れる側に起立されていて、ダイヤフラム27が所定量変位したときに、アッパーハウジング28またはロアハウジング29に当接するようにして、ダイヤフラム27の変位を規制している。弁部11と反対側のセンターディスク32は、スプリング34からなる付勢手段によって閉弁方向に付勢されている。そのスプリング34は、ばね受け部材35によって受けられ、ばね受け部材35のロアハウジング29への螺入量にてばね荷重が調整されている。弁体18を閉弁方向に付勢しているスプリング19のばね荷重は、アッパーハウジング28をボディ14に螺着するときのねじ込み量にて調整されている。なお、アッパーハウジング28とボディ14との螺着部分は、Oリング36によってシールされている。
A pressure
以上の構成の膨張弁5において、感圧アクチュエータ13は、センターディスク31がアッパーハウジング28の内壁に当接するようにスプリング34によってダイヤフラム27が閉弁方向に付勢され、膨張弁5の冷媒出口の圧力が蒸発器6の冷媒出口の圧力より所定値だけ大きくなるとダイヤフラム27が開弁方向に変位するようスプリング34の荷重が調整されている。セット値は、感圧アクチュエータ13によって調整されている。
In the
ここで、自動車用空調装置が停止しているとき、膨張弁5のパワーエレメント12の感温室に封入されたガスは凝縮されて圧力が低くなっているので、図2に示したように、ダイヤフラム22は感温室側へ変位しており、その変位は、ディスク26、シャフト20を介して弁体18に伝達され、弁体18はスプリング19により弁座17に着座して、膨張弁5は全閉状態にある。
Here, when the automotive air conditioner is stopped, the gas enclosed in the temperature-sensitive room of the
ここで、自動車用空調装置が起動すると、蒸発器6の冷媒出口であるケース7の内部の冷媒が圧縮機1によって吸引されるので、蒸発器6の冷媒出口の圧力Peが低下し、これがパワーエレメント12により感知されて、そのダイヤフラム22が弁部11の側へ変位し、シャフト20を介して弁体18をリフトさせるようになる。一方、圧縮機1によって圧縮された冷媒は凝縮器2にて凝縮され、レシーバ3にて気液分離された液冷媒が内部熱交換器4の高圧通路4aを通じて膨張弁5の入口ポート15に供給される。
Here, when the automotive air conditioner is activated, the refrigerant in the
入口ポート15に供給された高温・高圧の液冷媒は、膨張弁5を通過するときに絞り膨張され、低温・低圧の気液混合冷媒となって出口ポート16を出る。その冷媒は、蒸発器6に送り込まれ、内部で蒸発されて、冷媒出口から出て来る。ここで、蒸発器6に送り込まれる冷媒の圧力は、圧力Pxとし、蒸発器6から戻ってケース7内に入る冷媒の圧力は、圧力Peとする。ケース7内の冷媒は、内部熱交換器4および低圧配管を介して圧縮機1に戻る。
The high-temperature and high-pressure liquid refrigerant supplied to the
パワーエレメント12のダイヤフラム22とロアハウジング24とによって囲まれた空間は、連通孔25を介してケース7の内部と連通しているので、蒸発器6から戻ってきた冷媒がケース7を通過するとき、その冷媒が導入されてその温度がパワーエレメント12によって感知される。自動車用空調装置の起動初期の段階では、車室内の高温の空気との熱交換により、蒸発器6から戻ってくる冷媒の温度は高くなっており、パワーエレメント12はその温度を感知し、感温室の圧力も高くなっている。これにより、ダイヤフラム22は、弁体18の側へ大きく変位し、その変位はシャフト20を介して弁体18に伝達され、膨張弁5は全開状態になる。
Since the space surrounded by the
やがて、蒸発器6から戻ってくる冷媒の温度が低下してくると、感温室の圧力が低くなるので、それに応じてダイヤフラム22が弁体18から離れる側へ変位していき、膨張弁5は、閉弁方向に動作してこれを通過する冷媒の流量を制御するようになる。このとき、膨張弁5は、蒸発器6を出た冷媒の温度を感知して、その冷媒が所定の過熱度を保持するように蒸発器6に供給する冷媒の流量を制御することになる。これによって、圧縮機1には、常に過熱状態の冷媒が戻ることになるので、圧縮機1は、効率の良い運転をすることができる。
Eventually, when the temperature of the refrigerant returning from the
以上の動作は、冷凍負荷がそれほど高くなく、蒸発器6を冷媒が通過する流量も少ない場合であり、このとき、蒸発器6での圧力損失も少ないので、蒸発器6の入口と出口との差圧、つまり、圧力Pxと圧力Peとの差圧(Px−Pe)もそれほど大きくなることはないことから、感圧アクチュエータ13は、図2に示したように、スプリング34によってセンターディスク31がアッパーハウジング28の内壁に当接した位置を保持している。この状態は、従来の膨張弁と変わらないので、この膨張弁5は、普通の温度式の膨張弁として動作していることになる。
The above operation is the case where the refrigeration load is not so high and the flow rate of the refrigerant passing through the
一方、外気温度が非常に高いときのように冷凍負荷が高い状態で自動車用空調装置を起動するような場合、膨張弁5は継続して大流量の冷媒を流すことになる。このとき、蒸発器6を冷媒が通過するときの圧力損失が大きくなるので、膨張弁5の出口の圧力Pxと蒸発器6の出口の圧力Peとの差圧(Px−Pe)が大きくなる。感圧アクチュエータ13がその差圧を感知するとダイヤフラム22が開弁方向に変位していき、スプリング34の付勢力に抗してセンターディスク32がロアハウジング29の内壁に当接するようになる。これに伴いばね受け部材33も開弁方向に移動するので、スプリング19の荷重が小さくなり、セット値が上がって、弁部11はより開き易い状態に設定されたことになる。この結果、図4に示す温度−圧力特性において、膨張弁5のセット値が上がったことによって、開弁特性が点aから点bに遷移することになる。開弁特性の点bでは、感温室内の圧力が冷媒の圧力Peよりも高くなるので、ダイヤフラム22がシャフト20を押し下げることになり、膨張弁5は、開いたままの状態になって、液分を多く含んだ冷媒を蒸発器6へ供給することになる。したがって、蒸発器6からは、冷媒が完全に蒸発することなく出て来るようになり、その湿り分を含む冷媒は、内部熱交換器4にて熱交換することにより、蒸発され、さらに適度に過熱されて圧縮機1に吸入される。このようにして、圧縮機1に吸入される冷媒は、適度な過熱度を有するように制御されるので、圧縮機1で圧縮された冷媒の温度が高くなり過ぎることもなくなり、冷媒とともに冷凍サイクル内を循環している圧縮機1の潤滑オイルの熱劣化がなくなる。
On the other hand, when the automotive air conditioner is started with a high refrigeration load, such as when the outside air temperature is very high, the
ここで、冷凍負荷が高いときに膨張弁5が開弁特性を変更することによって圧縮機1から吐出された冷媒の温度が高くなり過ぎないようになることについて、図5のモリエル線図を参照して説明する。
Here, refer to the Mollier diagram of FIG. 5 for the fact that the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 1 does not become too high by changing the valve opening characteristics of the
冷凍負荷がそれほど高くないときの冷凍サイクルは、図5にて細い実線C1で示したような挙動を示す。すなわち、蒸発器6を出た冷媒は、内部熱交換器4にて熱交換されて圧縮機1に吸入されるが、そのときの過熱度SH1はそれほど高くないので、圧縮機1から吐出された冷媒の温度も低い。
The refrigeration cycle when the refrigeration load is not so high exhibits a behavior as shown by a thin solid line C1 in FIG. That is, the refrigerant exiting the
これに対し、冷凍負荷が非常に高いとき、従来の膨張弁では、図5にて一点鎖線C2で示したように、蒸発器6を出た段階で冷媒は過熱度を有しており、圧縮機1に吸入されるときには、内部熱交換器4でさらに過熱されているので、その過熱度SH2は非常に大きくなっている。このため、圧縮機1から吐出された冷媒の温度も高くなっている。
On the other hand, when the refrigeration load is very high, in the conventional expansion valve, as indicated by the one-dot chain line C2 in FIG. When the air is sucked into the machine 1, it is further heated by the
一方、本発明の膨張弁5は、冷凍負荷が非常に高いとき、蒸発器6の前後の差圧により開弁特性を変更して液分の多い冷媒を蒸発器6に送り込むようにしたことで、図5にて太い実線C3で示したように、蒸発器6の出口における冷媒の状態は、完全に蒸発されずに飽和液線と飽和蒸気線との間の飽和領域に入っている。このため、蒸発器6を出た冷媒は、内部熱交換器4にて同じように熱交換されても、それによる熱エネルギは湿り分の蒸発と適度な過熱とに使用されるので、圧縮機1の入口の冷媒は、過熱度SH2よりも小さな過熱度SH3にしかならず、必然的に、圧縮機1から吐出された冷媒の温度も低くなる。このように、本発明の膨張弁5は、冷凍負荷が非常に高いとき、過熱度を小さくできるので、吐出温度が高くなるのを防止することができる。
On the other hand, the
図6は第2の実施の形態に係る膨張弁を示す断面図である。なお、図6において、図2に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is a sectional view showing an expansion valve according to the second embodiment. In FIG. 6, components having the same or equivalent functions as the components shown in FIG. 2 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
この第2の実施の形態に係る膨張弁5aは、第1の実施の形態に係る膨張弁5と比較して、出口ポート16の向きと感圧アクチュエータ13の構成とを変更している。すなわち、ボディ14は、絞り膨張された冷媒が弁体18の開閉方向に流出するように、図の下方へ筒状に延出されており、その中に、感圧アクチュエータを構成する部材が配置されている。その筒状に延出されたボディ14の中には、外周にVパッキン41を設けた中空のピストン42が弁体18の開閉方向に進退自在に配置され、そのピストン42の中空部には筒状のばね受け部材33が圧入により固定されている。このばね受け部材33は、セット値調整用のスプリング19を受けており、そのスプリング19の荷重は、ピストン42をボディ14の段差部14aに当接した状態でピストン42へ圧入する位置を変更することによって調整される。
The
ボディ14の図の下方の開口端には、筒状の3つの部材が筒状のばね受け部材33を囲うように配置されている。まず、筒状部材43がボディ14の開口端にかしめ加工によって固定され、その筒状部材43にはばね受け部材35が圧入され、そのばね受け部材35の開口端には、出口ポート16を構成する筒状部材44がかしめ加工により固定されている。ピストン42とばね受け部材35との間には、スプリング34が配置されており、その荷重は、ばね受け部材35を筒状部材43へ圧入する位置によって調整される。ばね受け部材35の内側には、Vパッキン45が配置されて、ばね受け部材33の外周との間の隙間をシールするようにしている。
Three cylindrical members are disposed at the opening end of the
また、ボディ14およびこれによって固定されている筒状部材43には連通孔46が穿設されており、スプリング34が収容されている空間とパワーエレメント12が蒸発器6の出口における冷媒の圧力Peを感知している空間とを連通するようにしている。そして、先端の筒状部材44には、蒸発器6の入口との連結部にてシールを行うOリング47が周設されている。
Further, the
以上の構成の膨張弁5aでは、ピストン42が受圧する面積は、ボディ14のVパッキン41が摺接している部分の内径を直径とする面積Aから、ばね受け部材33のVパッキン45が摺接している部分の外径を直径とする面積Bを差し引いた値になる。このような受圧面積(A−B)に対して、蒸発器6に導入される圧力Pxと蒸発器6から導出された圧力Peとの差圧(Px−Pe)がかかるようになっており、第1の実施の形態に係る膨張弁5の感圧アクチュエータ13と同じ機能を構成している。
In the
したがって、冷媒が流れることによって生じる蒸発器6の圧力損失が小さいときは、スプリング34によってピストン42がボディ14の段差部14aに当接されていて、ばね受け部材33は動かないので、この膨張弁5aは通常の膨張弁として機能する。冷凍負荷が非常に高いときのように、冷媒の流量が多くて差圧(Px−Pe)が所定値を超えると、ピストン42は、スプリング34の付勢力に抗して図の下方の開弁方向に移動していく。これにより、ばね受け部材33も開弁方向に移動するので、スプリング19の荷重が小さくなり、セット値が上がる方向に変化されるので、膨張弁5aから導出される冷媒は、より多くの液分を含んだ状態で蒸発器6へ送り込まれることになる。したがって、蒸発器6からは、冷媒が完全に蒸発していない湿り分を含む冷媒が出て来るようになり、そのような冷媒は、内部熱交換器4にて熱交換することにより、完全に蒸発された後、適度に過熱されて圧縮機1に吸入されるようになる。このため、圧縮機1に吸入される冷媒は、温度が高くなり過ぎることがなく、圧縮機1で圧縮された冷媒も温度が高くなり過ぎることはないので、冷媒とともに冷凍サイクル内を循環している圧縮機1の潤滑オイルの熱劣化を防止することができる。
Therefore, when the pressure loss of the
図7は第2の実施の形態に係る膨張弁の適用例を示す断面図、図8は図7のb−b矢視断面図、図9は内部熱交換器の連結部材を示す端面図、図10は管継手を示す端面図である。 7 is a cross-sectional view showing an application example of the expansion valve according to the second embodiment, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 7, and FIG. 9 is an end view showing a connecting member of the internal heat exchanger, FIG. 10 is an end view showing the pipe joint.
蒸発器6は、その一端面に、冷媒を導入する冷媒入口51および冷媒を導出する冷媒出口52を有している。冷媒入口51には、入口配管53が接合され、冷媒入口51および冷媒出口52を囲うように筒状の連結部54が蒸発器6の端面に接合されている。好ましくは、これら入口配管53および連結部54は、蒸発器6を炉中ろう付け加工によって形成するときに一緒に蒸発器6に溶接されて、蒸発器6と一体に形成されている。
The
その連結部54には、一端を閉じた筒状のケース7がOリング55を介して気密に接合されており、そのケース7の中に膨張弁5aが収容されている。膨張弁5aは、その出口ポート16が蒸発器6の入口配管53に接続され、入口ポート15が内部熱交換器4に取り付けられた接続用配管56に接続されている。
A
内部熱交換器4は、高圧通路4aの内側に低圧通路4bが同心配置された二重管で構成されている。二重管の一端は、連結部材57によって末端処理され、他端は管継手58によって末端処理されている。
The
連結部材57は、これをケース7側から見た端面として図9に示したように、断面U字形状の通路57aが貫通形成され、内部熱交換器4の低圧導入路を構成している。連結部材57の中央には、接続用配管56が嵌合される筒状部57bが形成されている。この筒状部57bの中央開口部は、図7および図8の断面図に見られるように、奥行き方向のほぼ中央まで延びており、さらにそこから、側面に貫通するように形成されて、内部熱交換器4の高圧導出路を構成している。連結部材57の高圧導出路よりも奥側の端面は、筒状に形成されており、これと二重管の内側の低圧通路4bとが継合され、接合されている。二重管の外側の高圧通路4aにおいても、連結部材57の高圧導出路が開口する位置よりも先端側にて接合されている。なお、この連結部材57は、断面U字形状の通路57aが貫通形成された引き抜き材を適当な長さに切断し、それを穴あけおよび切削加工することによって形成することができる。
As shown in FIG. 9, the connecting
管継手58は、内部熱交換器4の側の端面に、高圧通路4aが嵌合する第1の接続穴58aと、この第1の接続穴58aの中に同心配置されて低圧通路4bが嵌合する第2の接続穴58bとを有している。第1の接続穴58aに嵌合された高圧通路4aは、第1の接続穴58aの外周部分を内側にかしめて高圧通路4aの先端近傍に形成されたリブと全周係合させることによって管継手58に固定されている。
The pipe joint 58 is concentrically disposed in the
管継手58は、また、図10に示したように、エンジンルーム側の端面に、第1の接続穴58aと連通する第3の接続穴58cと、第2の接続穴58bと連通する第4の接続穴58dとが並設されている。さらに、第3の接続穴58cおよび第4の接続穴58dに隣接してねじ穴58e,58fが形成されている。このねじ穴58eは、レシーバ3から延びる高圧配管をエンジンルーム側から第3の接続穴58cに嵌合した後、その高圧配管の先端近傍に設けられた固定板を螺着するためのものであり、ねじ穴58fは、圧縮機1の冷媒入口に向かう低圧配管をエンジンルーム側から第4の接続穴58dに嵌合した後、その低圧配管の先端近傍に設けられた固定板を螺着するためのものである。
As shown in FIG. 10, the pipe joint 58 has a
なお、内部熱交換器4は、円筒状のケース7の側面に接続しなければならないので、ケース7の側面の開口部には、筒状の連結部59が接合されており、その連結部59に連結部材57によって閉止された低圧通路4bの端部が挿入されることによって接続されている。その接続部分のシールは、Oリング60によって行われている。
Since the
以上のようにしてケース7に収容された膨張弁5aと内部熱交換器4の高圧通路4aとの接続状態およびケース7と内部熱交換器4の低圧通路4bとの接続状態は、クランプ装置61によって維持されている。このクランプ装置61は、ケース7の側面の半分を覆うように形成された第1繋止部材61aと、筒状の連結部59を含むケース7の側面の残り半分を覆うように形成された第2繋止部材61bと、これら第1繋止部材61aおよび第2繋止部材61bを結合する固定ピン61cとを有している。第1繋止部材61aおよび第2繋止部材61bは、連結部54とケース7との嵌合部を外側から全周に亘って被せる拘止部を有して、連結部54とケース7との嵌合方向の動きを拘束するようにしている。第2繋止部材61bは、その拘止部の他に、内部熱交換器4の低圧通路4bの先端近傍に形成されたリブに係止される係止部を有しており、第1繋止部材61aおよび第2繋止部材61bを固定ピン61cで結合したときに、低圧通路4bのリブが係止されて連結部59から抜け出ないようにしている。
As described above, the connection state between the
なお、内部熱交換器4については、二重管で構成し、その外側を高圧通路4aにしたことで、内部熱交換器4の外側は高温の冷媒が流れることから常に高温になっている。このため、車室とエンジンルームとの間で管継手58が取り付けられる隔壁と蒸発器6との間の配管に結露が発生することはないので、結露対策を不要にすることができる。
In addition, about the
図11は第3の実施の形態に係る膨張弁を示す断面図、図12は第3の実施の形態に係る膨張弁の適用例を示す断面図である。なお、図11および図12において、図6および図7に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing an expansion valve according to the third embodiment, and FIG. 12 is a cross-sectional view showing an application example of the expansion valve according to the third embodiment. 11 and 12, components having the same or equivalent functions as those shown in FIGS. 6 and 7 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
上記の第1および第2の実施の形態に係る膨張弁5,5aでは、蒸発器6の前後の差圧に応じてセット値調整用のスプリング19の荷重を変化させる方法として、そのスプリング19を受けているばね受け部材33を蒸発器6の前後の差圧に従って弁体18の開閉方向に移動させるようにした。これに対し、この第3の実施の形態に係る膨張弁5bでは、ばね受け部材33を固定し、弁部11およびパワーエレメント12の側を蒸発器6の前後の差圧に応じて弁体18の開閉方向に移動させている点で異なる。
In the
この膨張弁5bは、弁部11およびパワーエレメント12を弁ケース71内に弁体18の開閉方向に進退自在に収納している。弁ケース71の中には、弁部11およびパワーエレメント12の一体物の図の下方への移動を規制する段差部71aを有し、弁ケース71の頂部には、その一体物の上限位置を規定する筒状のストッパ72が圧入により固定されている。そのストッパ72の中空部には、ばね受け部材35が螺着され、そのばね受け部材35とパワーエレメント12との間にスプリング34が配置されている。セット値調整用のスプリング19は、弁ケース71の中に螺着されたばね受け部材33によって受けられている。
The
ボディ14は、高圧の冷媒が導入される位置に高圧導入溝73が周設されており、この高圧導入溝73を挟んで軸線方向の両側にもシール用溝74,75が周設され、それぞれのシール用溝74,75にはVパッキン76,77が設置されている。
The
以上の構成の膨張弁5bでは、ボディ14の下流側の端面に蒸発器6に導入される圧力Pxを受圧し、パワーエレメント12が螺着されている側の端面には蒸発器6から導出された圧力Peを受圧していて、それらの差圧(Px−Pe)が大きくなると、ボディ14がセット値調整用のスプリング19の荷重を小さくする方向に変化させるよう移動するので、第1の実施の形態に係る膨張弁5の感圧アクチュエータ13と同じ機能を有していることになる。
In the
圧力Pxと圧力Peとの差圧(Px−Pe)が小さいとき、ボディ14は、スプリング34により図の下方へ押し下げられて段差部71aに当接されている。この状態では、この膨張弁5bは通常の膨張弁として機能する。
When the differential pressure (Px−Pe) between the pressure Px and the pressure Pe is small, the
一方、冷凍負荷が非常に高く、冷媒の流量が多くて差圧(Px−Pe)が所定値を超えると、ボディ14は、スプリング34の付勢力に抗して段差部71aから離れていく。これにより、スプリング19の荷重が小さくなり、セット値が上がる方向に変化されるので、膨張弁5aから導出される冷媒は、より多くの液分を含んだ状態で蒸発器6へ送り込まれるようになる。したがって、蒸発器6からは湿り分を含む冷媒が出て来るようになり、その冷媒は、内部熱交換器4にて熱交換されることで完全に蒸発され、さらに、適度に過熱されて圧縮機1に吸入されるようになる。このため、圧縮機1に吸入される冷媒は、温度が高くなり過ぎることがなく、圧縮機1で圧縮された冷媒も温度が高くなり過ぎることはないので、冷媒とともに冷凍サイクル内を循環している圧縮機1の潤滑オイルの熱劣化を防止することができる。
On the other hand, when the refrigeration load is very high, the flow rate of the refrigerant is large, and the differential pressure (Px−Pe) exceeds a predetermined value, the
図13は第4の実施の形態に係る膨張弁を示す断面図、図14は図13のc−c矢視断面図、図15は第4の実施の形態に係る膨張弁の適用例を示す断面図、図16は蒸発器出口圧力に対するリフト特性を示す図である。なお、図13ないし図15において、図12に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 13 is a sectional view showing an expansion valve according to the fourth embodiment, FIG. 14 is a sectional view taken along the line cc of FIG. 13, and FIG. 15 shows an application example of the expansion valve according to the fourth embodiment. FIG. 16 is a cross-sectional view, and FIG. 16 is a diagram showing lift characteristics with respect to evaporator outlet pressure. 13 to 15, components having the same or equivalent functions as those shown in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
蒸発器6の前後の差圧に応じてセット値を変化させる方法として、上記の第1ないし第3の実施の形態に係る膨張弁5,5a,5bでは、その弁体18を閉弁方向に付勢していたスプリング19の荷重を小さくする方向に変化させていた。これに対し、この第4の実施の形態に係る膨張弁5cでは、弁座17の位置を蒸発器6の前後の差圧に応じて弁体18の開閉方向にシフトさせるようにしている。
As a method of changing the set value according to the differential pressure before and after the
この膨張弁5cは、図12に示すケース7および弁ケース71を兼ねたようなボディ14を有している。このボディ14は、図の上端部には、パワーエレメント12がかしめ加工により固定されることで閉止される開口部を有し、図の下端部は、蒸発器6の同心配置された二重管構成の入口配管53および連結部54が直接接続されるように出口ポート16および低圧導入ポート81が二重管構成になっており、側部には、高圧冷媒が導入される入口ポート15および圧縮機1へ低圧冷媒を戻すための低圧導出ポート82が同心配置されている。
The
ボディ14の中央には、感圧ピストン83が弁体18の開閉方向に進退自在に収容されるシリンダと、感圧ピストン83の図の下方への移動を規制する段差部14aとを有している。感圧ピストン83は、パワーエレメント12との間に配置されたスプリング84によって段差部14aに当接するように付勢されている。感圧ピストン83が収容されているシリンダの周囲には、図14の横断面図に見られるように、断面扇形状の4つの低圧冷媒通路85が並設され、下端部では、出口ポート16の周囲に連通し、上端部では、パワーエレメント12に隣接する空間に連通している。なお、図13は、ボディ14については図14のd−d矢視断面であり、感圧ピストン83については図14のd−d’矢視断面で示している。
At the center of the
感圧ピストン83は、入口ポート15に対応する部分に高圧導入溝73が周設され、さらに、図14に示されるように、四方に冷媒導入孔が穿設されている。これにより、感圧ピストン83のVパッキン76が周設されている下端部分とVパッキン77が周設されている部分との間は、4つの脚部83aによって連結された状態になっている。Vパッキン76が周設されている感圧ピストン83の下端部分には、かしめ加工によって、シャフトガイド86およびリング状の弁座17が内設されている。
The pressure-
弁体18と一体のシャフトは、そのパワーエレメント12の側の端部にカラー部材87が配置されているこのカラー部材87は、弁座17の内径に略等しい外径を有し、入口ポート15に導入された高圧をキャンセルする構成にしてある。
The shaft integral with the
弁体18が配置されている、出口ポート16と同軸のシリンダには、弁体18を閉弁方向に付勢するスプリング19およびこのスプリング19を受けているばね受け部材33が配置されている。ばね受け部材33は、そのシリンダ内に圧入されており、その圧入量によってスプリング19のセット値が調整されている。
A
なお、この第4の実施の形態に係る膨張弁5cでは、パワーエレメント12は、大気に露出された状態でボディ14に装着されるため、ボディ14との嵌合部をOリング88によってシールしている。
In the
以上の構成の膨張弁5cは、図15に示すように、ボディ14の出口ポート16は、蒸発器6の入口配管53に嵌合され、ボディ14の低圧導入ポート81は、蒸発器6の連結部54に嵌合されてかしめ加工により結合されている。同様に、ボディ14の入口ポート15は、内部熱交換器4の高圧通路4aに嵌合され、ボディ14の低圧導出ポート82は、内部熱交換器4の低圧通路4bに嵌合されてかしめ加工により結合されている。
As shown in FIG. 15, the
以上の構成の膨張弁5cでは、弁体18の開閉方向に進退自在に配置されて弁座17を保持している感圧ピストン83は、弁体18が配置されている側の端面に蒸発器6に導入される圧力Pxを受圧し、スプリング84が押圧している側の端面には蒸発器6から導出された圧力Peを受圧している。したがって、それらの差圧(Px−Pe)が大きくなると、感圧ピストン83がスプリング84の付勢力に抗してパワーエレメント12の方向に移動することによって弁座17が弁体18から離れる方向にシフトするので、膨張弁5cは、開弁しやすい状態になる。このため、感圧ピストン83は、差圧(Px−Pe)が大きくなると、弁体18を閉弁方向に付勢しているスプリング19の荷重を小さくして開弁しやすい状態にすることでセット値を大きくする方向に変更した第1の実施の形態に係る膨張弁5の感圧アクチュエータ13と基本的に同じ機能を有していることになる。
In the
このセット値の変更を図16に示すリフト特性で説明すると、ここに例示した曲線は、パワーエレメント12が感温している冷媒の温度がたとえば0℃のときのリフト特性を示している。ここで、蒸発器6に導入される圧力Pxと蒸発器6から導出された圧力Peとの差圧(Px−Pe)が小さいとき、感圧ピストン83は、図13に示したように、スプリング84の付勢力によって段差部14aに当接されていて動かないので、圧力Peの変化による弁体18のストローク範囲は、L1であり、そのとき、開弁を開始するときの圧力Peがセット値Pset1になっている。差圧(Px−Pe)が大きくなって感圧ピストン83が図15に示したようにスプリング84の付勢力に抗して段差部14aから離れていくと、弁座17は弁体18から離れる方向に移動するため、弁体18のストローク範囲がL2に増加することになり、開弁を開始するときの圧力Peは高くなって、セット値Pset2に移動する。
The change of the set value will be described with reference to the lift characteristics shown in FIG. 16. The curve illustrated here shows the lift characteristics when the temperature of the refrigerant that the
このようにして、この膨張弁5cは、冷凍負荷が非常に高く、冷媒の流量が多くて差圧(Px−Pe)がスプリング84の荷重によって定まる所定値を超えると、セット値が上がる方向に変化されるので、膨張弁5cから導出される冷媒は、より多くの液分を含んだ状態で蒸発器6へ送り込まれるようになる。したがって、蒸発器6からは湿り分を含む冷媒が出て来るようになり、その冷媒は、内部熱交換器4にて熱交換されることで完全に蒸発され、さらに、適度に過熱されて圧縮機1に吸入されるようになる。このため、圧縮機1に吸入される冷媒は、温度が高くなり過ぎることがなく、圧縮機1で圧縮された冷媒も温度が高くなり過ぎることはないので、冷媒とともに冷凍サイクル内を循環している圧縮機1の潤滑オイルの熱劣化を防止することができる。
In this way, the
1 圧縮機
2 凝縮器
3 レシーバ
4 内部熱交換器
4a 高圧通路
4b 低圧通路
5,5a,5b 膨張弁
6 蒸発器
7 ケース
11 弁部
12 パワーエレメント
13 感圧アクチュエータ
14 ボディ
14a 段差部
15 入口ポート
16 出口ポート
17 弁座
18 弁体
18a ガイド
19 スプリング
20 シャフト
20a 大径部
20b 小径部
21 Oリング
22 ダイヤフラム
23 アッパーハウジング
24 ロアハウジング
25 連通孔
26 ディスク
27 ダイヤフラム
28 アッパーハウジング
29 ロアハウジング
30 固定部材
31,32 センターディスク
33 ばね受け部材
34 スプリング
35 ばね受け部材
36 Oリング
41 Vパッキン
42 ピストン
43,44 筒状部材
45 Vパッキン
46 連通孔
47 Oリング
51 冷媒入口
52 冷媒出口
53 入口配管
54 連結部
55 Oリング
56 接続用配管
57 連結部材
57a 断面U字形状の通路
57b 筒状部
58 管継手
58a 第1の接続穴
58b 第2の接続穴
58c 第3の接続穴
58d 第4の接続穴
58e,58f ねじ穴
59 連結部
60 Oリング
61 クランプ装置
61a 第1繋止部材
61b 第2繋止部材
61c 固定ピン
71 弁ケース
71a 段差部
72 ストッパ
73 高圧導入溝
74,75 シール用溝
76,77 Vパッキン
81 低圧導入ポート
82 低圧導出ポート
83 感圧ピストン
83a 脚部
84 スプリング
85 低圧冷媒通路
86 シャフトガイド
87 カラー部材
88 Oリング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Condenser 3 Receiver 4 Internal heat exchanger 4a High pressure passage 4b Low pressure passage 5, 5a, 5b Expansion valve 6 Evaporator 7 Case 11 Valve part 12 Power element 13 Pressure sensitive actuator 14 Body 14a Step part 15 Inlet port 16 Outlet port 17 Valve seat 18 Valve element 18a Guide 19 Spring 20 Shaft 20a Large diameter portion 20b Small diameter portion 21 O-ring 22 Diaphragm 23 Upper housing 24 Lower housing 25 Communication hole 26 Disc 27 Diaphragm 28 Upper housing 29 Lower housing 30 Fixing member 31 32 Center disk 33 Spring receiving member 34 Spring 35 Spring receiving member 36 O ring 41 V packing 42 Piston 43, 44 Cylindrical member 45 V packing 46 Communication hole 47 O ring 51 Cooling Inlet 52 Refrigerant outlet 53 Inlet piping 54 Connecting portion 55 O-ring 56 Connecting piping 57 Connecting member 57a U-shaped passage 57b Tubular portion 58 Fitting 58a First connecting hole 58b Second connecting hole 58c Third port Connection hole 58d Fourth connection hole 58e, 58f Screw hole 59 Connection portion 60 O-ring 61 Clamping device 61a First locking member 61b Second locking member 61c Fixing pin 71 Valve case 71a Stepped portion 72 Stopper 73 High-pressure introduction groove 74 , 75 Seal groove 76, 77 V packing 81 Low pressure inlet port 82 Low pressure outlet port 83 Pressure sensitive piston 83a Leg 84 Spring 85 Low pressure refrigerant passage 86 Shaft guide 87 Collar member 88 O-ring
Claims (9)
前記蒸発器に送り出す冷媒の圧力と前記蒸発器から戻ってきた冷媒の圧力との差圧に応じてセット値を変更する感圧アクチュエータを備えていることを特徴とする膨張弁。 In the expansion valve that controls the flow rate of the refrigerant sent to the evaporator by sensing the temperature and pressure of the refrigerant at the outlet of the evaporator,
An expansion valve comprising a pressure-sensitive actuator that changes a set value in accordance with a differential pressure between the pressure of the refrigerant sent out to the evaporator and the pressure of the refrigerant returned from the evaporator.
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