JP2009180419A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張弁本体で発生する冷媒の流動音や振動音を外部に伝えないようにする。
【解決手段】膨張弁本体１１の外周に複数の支持板３５を突設し、その外周端に装着した弾性部材３６を介してケース６の内壁面に接触させ、パワーエレメント２４の外周に装着した弾性部材３７を介してケース６の内壁面に接触させることで、膨張弁１０をケース６の中心に位置決めする。高圧配管３０はＯリング３３を介して入口ポート１２に接続され、出口ポート１３はＯリング１４を介してエバポレータ１の入口配管４に接続される。これにより、膨張弁本体１１の内部で発生する流動音や振動音を弾性部材３６，３７およびＯリング１４，３３で遮音することができ、エバポレータや配管に伝達されることがなくなる。
【選択図】図１

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レシーバドライヤから供給された高温・高圧の冷媒を絞り膨張させ、低温・低圧になった冷媒をエバポレータに送り出すようにした膨張弁に関する。

車両用空調装置の冷凍サイクルは、一般に、循環する冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサと、冷凍サイクル内の余剰冷媒を溜めるとともに凝縮された冷媒を気液に分離するレシーバドライヤと、分離された高温・高圧の液冷媒を絞り膨張させる膨張弁と、絞り膨張により低温・低圧になった蒸気冷媒を蒸発させるエバポレータとによって構成されている。

膨張弁としては、たとえばエバポレータを出る冷媒の温度および圧力の変化を感知し、それに応じてエバポレータへ供給する冷媒の流量を調整してその過熱度を一定に保持する温度式膨張弁が用いられている。温度式の膨張弁は、弁部を内蔵したブロック状の本体と、エバポレータを出た冷媒の温度および圧力に応じて弁部を制御するパワーエレメントとを有している。このような温度式膨張弁は、部品点数や組み付け工数を低減するため、エバポレータに直接組み付けることが行われている（たとえば、特許文献１参照）。

エバポレータは、車室内等から空気を取り込むダクト内にてブロワユニットの下流側に配置され、膨張弁から送られてきた低温・低圧の冷媒を取り込んだ空気で熱して蒸発させ、そのときに必要な蒸発潜熱を空気から吸収することによって、空気を冷却する。その冷却された空気は、ヒータコアを通って加熱された空気と混合されて温度調節され、足元やダッシュパネルに設けられた各種吹き出し口に配風され、そこから車室内に吹き出されることになる。

このエバポレータに冷媒を送り込む膨張弁は、液冷媒が絞り膨張される弁部が最も冷媒流速の速い場所になっているため、どうしてもそこから流動音や振動音が発生してしまい、これが冷凍サイクル内の騒音源の１つになっている。
特開２００３−２０７２３２号公報

しかしながら、部品点数や組み付け工数の低減のために、膨張弁をエバポレータに直接組み付ける構造では、膨張弁から不可避的に発生する流動音などの騒音がエバポレータに伝わり、それが温度調整された空気とともに配風ダクトを通じて伝播されて直接車室内に放射されるため、車両用空調装置の静粛性が失われるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、膨張弁本体で発生する冷媒の流動音や振動音を外部に伝えないようにした膨張弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題点を解決するために、エバポレータの出口に接続されたケースの中に収容され、前記ケースの中で入口ポートと高圧配管との接続および出口ポートと前記エバポレータの入口配管との接続を行うようにした膨張弁において、膨張弁本体が、前記ケース、前記高圧配管および前記入口配管に弾性部材を介して支えられていることを特徴とする膨張弁が提供される。

このような膨張弁によれば、ケースには弾性部材を介して支持され、入口ポートおよび出口ポートは弾性部材を介して高圧配管および入口配管に接続されている。膨張弁本体で発生した冷媒の流動音や振動音は弾性部材によって遮音されることにより、エバポレータなどに伝わることが大幅に低減される。

上記構成の膨張弁は、本体に重量のあるブロックを使用していない場合に冷媒の流動音や振動音が放射し易くなっているのに対し、膨張弁本体を収容するケースの中で弾性部材を介して支持されることで、流動音や振動音を弾性部材で遮音することができることから、ケースやエバポレータにまでほとんど伝達することがなくなるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態について、エバポレータの出口に接続されたケースの中に収容され、そのケースの中で入口ポートと高圧配管との接続および出口ポートとエバポレータの入口への低圧配管との接続を行うようにした膨張弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。

図１は膨張弁のエバポレータへの装着例を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３はパワーエレメントに装着される弾性部材の例を示す図である。
エバポレータ１は、冷媒通路およびタンクを形成するように成形された複数のアルミニウムのプレートを積層して構成されるもので、そのタンク部分に冷媒を導入する冷媒入口２および冷媒を導出する冷媒出口３を有している。冷媒入口２には、入口配管４が接合され、冷媒出口３は、これの開口部と入口配管４とを囲うように出口配管５が接合されている。エバポレータ１は、積層されたプレートを、フッ化物系フラックスを用いて窒素雰囲気の炉中でろう付加工を行うＮＢ（Noncorrosive Flux Brazing）法にて同時に溶接することによって形成されるが、このとき、入口配管４および出口配管５も一緒に溶接され、エバポレータ１と一体に形成される。

出口配管５には、一端が閉止された筒状のケース６が嵌合され、図示しないパイプクランプによって互いに固定されている。この出口配管５とケース６との嵌合部分は、Ｏリング７によってシールされている。ケース６は、その側面に開口部を有し、その開口部に接続用配管８が溶接により接合されている。

ケース６内には、膨張弁１０が装着されている。膨張弁１０は、円柱状の膨張弁本体１１を有し、その側面には、高圧の液冷媒を導入する入口ポート１２が一体に形成されている。膨張弁本体１１の長手方向一端には、低圧の冷媒を導出する出口ポート１３が一体に形成され、Ｏリング１４を介してエバポレータ１の入口配管４に接続されている。

膨張弁本体１１は、その中に入口ポート１２と出口ポート１３とが内部で軸方向に連通する冷媒通路を有し、その冷媒通路に弁座部材１５が固定されている。この弁座部材１５は、出口ポート１３側の面が丸く凹設されていて弁座を構成し、中央には弁軸ガイド１６が穿設され、その弁軸ガイド１６の周りには、複数の（図２に図示の例では３つ）の円弧状の連通孔１７が穿設されている。弁座部材１５の出口ポート１３側には、弁座を開閉する弁体１８がスプリング１９により閉弁方向に付勢された状態で配置されている。このスプリング１９は、膨張弁本体１１の出口ポート１３に圧入されたアジャスト部材２０に受けられており、そのアジャスト部材２０の出口ポート１３への圧入量により荷重が調整されて、この膨張弁１０のセット値が調整されている。

弁体１８は、その開閉方向に延びる弁軸２１と一体に形成されている。弁軸２１は、弁体１８に近い位置にて弁軸ガイド１６によって軸方向に進退自在に支持され、他端は、膨張弁本体１１の出口ポート１３とは反対側の端部まで延びており、先端には、カラー２２が嵌着されている。このカラー２２の弁体１８側の弁軸２１には、Ｏリング２３が周設されており、入口ポート１２に導入された高圧の冷媒が膨張弁本体１１と弁軸２１との間のクリアランスを介してケース６内に漏れないようにしている。

膨張弁本体１１の出口ポート１３とは反対側の端部には、パワーエレメント２４が螺着されている。このパワーエレメント２４は、厚い金属製のアッパーハウジング２５およびロアハウジング２６と、これらによって囲まれた空間を仕切るよう配置された可撓性の金属薄板からなるダイヤフラム２７と、センターディスク２８とによって構成されている。アッパーハウジング２５、ダイヤフラム２７およびロアハウジング２６は、これらの外周が溶接により接合されており、アッパーハウジング２５とダイヤフラム２７とによって囲まれた空間は、感温室を構成し、ここに冷媒ガスなどが充填されている。センターディスク２８は、その一方の面がダイヤフラム２７の下面に当接され、他方の面が膨張弁本体１１から突出された弁軸２１の端面に当接されてダイヤフラム２７の変位を弁体１８へ伝達するようにしている。

ケース６および膨張弁１０は、エンジンルーム内に設置されたレシーバドライヤおよびコンプレッサとそれぞれ接続される。レシーバドライヤから延びる高圧配管３０およびコンプレッサの吸入口に向かう低圧配管３１は、この実施の形態では、少なくとも車室内の配管部分を内管と外管とが同軸に配置された二重管３２によって構成している。高圧配管３０をなす二重管３２の内管は、その先端に周設されたＯリング３３を介して膨張弁本体１１の入口ポート１２に内嵌されている。低圧配管３１をなす二重管３２の外管は、ケース６に接合された接続用配管８に嵌合され、接続用配管８の開口端をかしめ加工することによって互いに固定され、かつ、Ｏリング３４によってシールされている。

膨張弁本体１１は、図２に示されるように、その外周に複数の支持板３５が円周方向に均等に突設されている。これらの支持板３５は、その外周端がゴムなどの弾性部材３６を介してケース６の内壁面に接触されており、これによって、膨張弁本体１１がケース６の中心に位置決めされる。また、支持板３５は、膨張弁本体１１の軸線に平行になっているのではなく、エバポレータ１側の先端が曲げ加工されていて、エバポレータ１の出口配管５からケース６内に導入される冷媒に旋回流を与える機能をも有している。これにより、支持板３５からパワーエレメント２４へ向かう冷媒は、乱流となって流れるようになり、ケース６と膨張弁本体１１との間の通路を流れる冷媒は、エバポレータ１の冷媒出口３が開口されている側に偏ることなく均一に流すことができる。

パワーエレメント２４は、図３に示されるように、外周にゴムなどの弾性部材３７が装着されている。この弾性部材３７は、パワーエレメント２４の外周を全周に亘って覆っているのではなく、パワーエレメント２４の外周縁部に円周方向に均等に離間して配置された図では６つの支持部３７ａとこれら支持部３７ａを互いに連結する環状の連結部３７ｂとを有している。図３では、パワーエレメント２４のアッパーハウジング２５の側で、連結部３７ｂが屈曲された支持部３７ａの一端を互いに連結しているが、その反対側のロアハウジング２６の側においても、図示しない連結部が支持部３７ａの他端を互いに連結しており、これらは一体に形成されて弾性部材３７を構成している。これにより、弾性部材３７の支持部３７ａがケース６の内壁面に接触して、パワーエレメント２４がケース６の中心に位置決めされる。また、弾性部材３７は、その隣接する支持部３７ａの間に隙間があるので、その隙間を介してエバポレータ１を出た冷媒がアッパーハウジング２５の側の空間にまで進入することができるようにしている。

膨張弁１０およびケース６に接続される高圧配管３０および低圧配管３１は、低圧配管３１の内側に高圧配管３０を同軸に配置した二重管３２であるので、たとえ高圧配管３０と入口ポート１２との接続部においてＯリング３３を介して高圧の冷媒が微少漏れしたとしても、漏れるのは低圧配管３１の中であるので、大気に漏れることはない。

次に、膨張弁１０の動作について説明する。まず、車両用空調装置を起動しようとする前の停止状態では、エバポレータ１および膨張弁１０を収容しているケース６の中が車室内の温度と同じであるので、パワーエレメント２４の感温室の圧力が高く、ダイヤフラム２７は外側（弁部の方向）へ変位しており、その変位は弁軸２１を介して弁体１８に伝達され、膨張弁１０は全開状態にある。

ここで、車両用空調装置が起動すると、コンプレッサによって圧縮された冷媒はコンデンサにて凝縮され、レシーバドライヤにて気液分離された液冷媒が高圧配管３０を通じて膨張弁１０の入口ポート１２に供給されるようになる。なお、図中の矢印は、冷媒の流れ方向を示している。高温・高圧の液冷媒は、膨張弁１０を通過するとき膨張され、低温・低圧の気液混合冷媒となって出口ポート１３を出る。その冷媒は、入口配管４および冷媒入口２を介してエバポレータ１に供給され、内部で蒸発されて、冷媒出口３から出てくる。エバポレータ１を出た冷媒は、出口配管５、ケース６および低圧配管３１を介してコンプレッサに戻る。

エバポレータ１を出た冷媒がケース６を通過するとき、その冷媒の温度がパワーエレメント２４によって検出される。車両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エバポレータ１から出てくる冷媒の温度は高くなっており、膨張弁１０は全開状態が維持されている。

やがて、エバポレータ１から戻ってくる冷媒の温度が低下してくると、パワーエレメント２４は、その温度を感知し、膨張弁１０を閉弁方向に動作し、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１０は、エバポレータ１出口の冷媒温度を感知して、その冷媒が所定の過熱度を保持するようにエバポレータ１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、コンプレッサには、常に過熱状態の冷媒が戻るので、コンプレッサは、効率の良い運転をすることができる。

膨張弁１０は、これを通過する冷媒の流れによって流動音を発生するが、そのような流動音やそれによる振動音は、弾性を有するＯリング１４，３３および弾性部材３６，３７が吸収・減衰して遮音するため、エバポレータ１や、ケース６および二重管３２にまで伝達することがなくなる。これにより、膨張弁１０の流動音および振動音は、エバポレータを介して放射することがないので、配風ダクトを介して車室内まで伝わることはない。

膨張弁のエバポレータへの装着例を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 パワーエレメントに装着される弾性部材の例を示す図である。

符号の説明

１ エバポレータ
２ 冷媒入口
３ 冷媒出口
４ 入口配管
５ 出口配管
６ ケース
７ Ｏリング
８ 接続用配管
１０ 膨張弁
１１ 膨張弁本体
１２ 入口ポート
１３ 出口ポート
１４ Ｏリング
１５ 弁座部材
１６ 弁軸ガイド
１７ 連通孔
１８ 弁体
１９ スプリング
２０ アジャスト部材
２１ 弁軸
２２ カラー
２３ Ｏリング
２４ パワーエレメント
２５ アッパーハウジング
２６ ロアハウジング
２７ ダイヤフラム
２８ センターディスク
３０ 高圧配管
３１ 低圧配管
３２ 二重管
３３，３４ Ｏリング
３５ 支持板
３６，３７ 弾性部材
３７ａ 支持部
３７ｂ 連結部

Claims (5)

1. エバポレータの出口に接続されたケースの中に収容され、前記ケースの中で入口ポートと高圧配管との接続および出口ポートと前記エバポレータの入口配管との接続を行うようにした膨張弁において、
   膨張弁本体が、前記ケース、前記高圧配管および前記入口配管に弾性部材を介して支えられていることを特徴とする膨張弁。
2. 前記入口ポートと前記高圧配管との間および前記出口ポートと前記入口配管との間の前記弾性部材は、Ｏリングである請求項１記載の膨張弁。
3. 前記膨張弁本体に装着されているパワーエレメントが、前記ケースの内壁面に別の弾性部材を介して接触されている請求項１記載の膨張弁。
4. 前記別の弾性部材は、前記パワーエレメントの外周縁部に円周方向に離間して装着された複数の支持部を有している請求項３記載の膨張弁。
5. 前記別の弾性部材は、前記複数の支持部が環状の連結部によって互いに連結されて一体に形成されている請求項４記載の膨張弁。

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