JP2009222144A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張弁本体が戻り低圧通路内に安価に設置可能な膨張弁を提供する。
【解決手段】膨張弁１は、エバポレータ２１の冷媒出口配管２５に結合されて戻り低圧通路を構成するケース２２内に収容され、そのケース２２内で入口ポート３と高圧配管３１とが接続され、出口ポート４とエバポレータ２１の冷媒入口配管２６とが接続されるものであって、膨張弁本体２がその外周に円筒状のカラー５を一体に備えている。このカラー５は、ケース２２の開口端縁２２ａをかしめ加工にて冷媒出口配管２５に結合するときにケース２２を内側から支える機能を有する。これにより、パイプクランプを使用することなく、ケース２２をかしめ加工にて冷媒出口配管２５に結合することが可能になる。
【選択図】図３

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コンデンサから供給された高温・高圧の冷媒を膨張させることにより低温・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。

自動車用空調装置は、一般に、車両用のエンジンによって駆動されるコンプレッサと、コンプレッサによって圧縮された冷媒を凝縮させるコンデンサと、凝縮された冷媒を気液に分離して液冷媒を蓄えておくレシーバドライヤと、高温・高圧の液冷媒を絞り膨張させて低温・低圧の霧状の冷媒にする膨張弁と、霧状の冷媒を車室内の空気と熱交換することにより蒸発させてコンプレッサへ戻すエバポレータとを備えている。

このような膨張弁としては、エバポレータを出た冷媒が所定の過熱度を有するようにエバポレータへ送り出す冷媒の流量を制御する温度式の膨張弁が知られている（たとえば特許文献１参照）。この温度式の膨張弁は、弁部を内蔵したブロック形状の膨張弁本体と、エバポレータから戻ってきた冷媒の温度および圧力を感知して弁部を制御するパワーエレメントとを有している。膨張弁本体は、高圧配管が接続される入口ポートと、低圧配管が接続される出口ポートと、エバポレータからの戻り低圧配管を接続するポートと、コンプレッサへの戻り低圧配管を接続するポートとを有しており、配管の継手部の機能を有している。膨張弁本体には、また、パワーエレメントを結合するためのねじ穴と、過熱度設定値を外部から調整するためのアジャストねじが螺入されるねじ穴とを有している。これらのポートおよび穴は、冷媒が外部に漏れないようにシール部材によって機密にシールされている。

ところで、車両用空調装置の冷凍サイクルでは、現在、冷媒として一般にフロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が使用されているが、このフロンは地球温暖化係数が大きいことから、大気に漏れた場合に地球温暖化に対する影響が大きいといわれている。冷凍サイクルの中でフロンが外部に漏れる可能性のある部位としては、シール部材によるシール部分であり、特に、高圧のかかるシール部分で外部漏れが発生しやすい傾向にある。

そこで、本出願人は、エバポレータの冷媒出口からコンプレッサの冷媒入口に至る戻り低圧通路内に膨張弁本体を収容し、膨張弁本体の入口ポートと高圧配管との接続および膨張弁本体の出口ポートとエバポレータの冷媒入口配管との接続を戻り低圧通路内において行う膨張弁の装着構造を提案している（特願２００６−１３９００７）。このような膨張弁の装着構造によれば、エバポレータの冷媒入口配管を取り囲むように設けられた冷媒出口配管に戻り低圧通路を構成するケースを結合し、そのケースの中に膨張弁を収容し、ケースの開口端にコンプレッサの冷媒入口に至る戻り低圧配管を接続し、その戻り低圧配管内に配置した高圧配管をケース内の膨張弁の入口ポートに接続している。ケースとエバポレータとは溶接により接合しているので、冷媒の外部漏れ箇所となるのは、ケースとコンプレッサへの戻り低圧配管との接続部分のみになり、しかも、入口ポートの接続部分やアジャスト部分を含む高圧部分については、ケースによって構成された戻り低圧通路内にあるため、たとえ、そこで冷媒漏れが生じても外部に漏れることはない。

膨張弁は、膨張弁本体の外形を部分的にケースの内壁に倣った形状にし、これによって、ケース内にて所定の位置に収容されるようにしている。また、ケースと戻り低圧配管とのシール接続部分は、その外周に配置したパイプクランプにより保持されていて、これらが外れることのないようにしている。
特開２００２−１１５９３８号公報

しかしながら、ケース内に収容される膨張弁は、膨張弁本体がケースの内壁に部分的に当たる状態にあるため、車両の震動により騒音が発生するという問題点があった。また、部品コストのかかるパイプクランプに代えて、ケースの開口端縁をかしめ加工にて変形することによりケースおよび戻り低圧配管の接続部分を保持しようとした場合、ケースは膨張弁本体によって内側から部分的にしか支持されていないので、ケースが潰れる可能性があ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、膨張弁本体がケースからなる戻り低圧通路内に安価に設置可能な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、エバポレータの冷媒出口からコンプレッサの冷媒入口に至る戻り低圧通路内に膨張弁本体が収容され、前記膨張弁本体の入口ポートと高圧配管との接続および前記膨張弁本体の出口ポートと前記エバポレータの冷媒入口配管との接続を前記戻り低圧通路内において行うようにした膨張弁において、前記膨張弁本体は、その外周に円筒状のカラーを一体に備え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、エバポレータの冷媒出口配管に接続して戻り低圧通路を構成するケースに収容し、そのケースの開口端縁をかしめ加工して冷媒出口配管に結合するとき、カラーがケースを内側から支持する。これにより、ケースは、かしめ加工の際に潰れることはない。

上記構成の膨張弁は、これを戻り低圧通路を構成するケースに収容したときに、膨張弁本体と一体に形成されたカラーがケースを内側から支持しているので、ケースとエバポレータの冷媒出口配管との結合を、パイプクランプのような別部品を使うことなく、ケースの開口端縁のかしめ加工だけで可能にしていることから、冷凍サイクルのコストを低減できるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る膨張弁を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は第１の実施の形態に係る膨張弁の装着例を示す断面図である。なお、図３中の矢印は、冷媒の流れ方向を示している。

膨張弁１は、図１および図２に示したように、円筒形状の外観を有する膨張弁本体２を有し、その側面に高圧の冷媒を導入する入口ポート３が形成され、下方には低圧の冷媒を導出する出口ポート４が開口されている。この出口ポート４を構成する筒状部は、膨張弁本体２の外周のカラー５とは同軸二重管構造になっており、出口ポート４とカラー５との間の環状空間６は、エバポレータを出た冷媒が通過する戻り低圧通路を構成している。

膨張弁本体２は、入口ポート３と出口ポート４とが内部で連通する通路を有し、その通路に弁座部材７が嵌め込まれ、かしめ加工により固定されている。この弁座部材７は、出口ポート４の側の面に丸い凹部が形成されて弁孔および弁座を形成し、中央には弁孔に冷媒を供給するとともに弁軸ガイドを構成する形状の孔が穿設されている。

弁座部材７の出口ポート４の側には、弁孔を開閉する弁体８がスプリング９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９は、出口ポート４の図の下端開口部に圧入された筒状のアジャスト部材１０によって受けられており、そのアジャスト部材１０の出口ポート４への圧入量により荷重が調整されて、この膨張弁１の過熱度設定値が調整されている。アジャスト部材１０の図の下端縁部はフランジが形成され、そのフランジと出口ポート４の端面との間にＯリング１１が嵌め込まれている。

弁体８は、弁軸１２と一体に形成され、弁座部材７によって開閉方向に進退自在に支持されている。弁軸１２の弁体８とは反対側の端部には、伝達部材１３が嵌着されている。この伝達部材１３は、膨張弁本体２によって弁の開閉方向に進退自在に支持されている筒状部とフランジ部とを有し、筒状部には、入口ポート３に導入された高圧の冷媒が膨張弁本体２と伝達部材１３との間のクリアランスを介して戻り低圧通路の環状空間６に漏れないようにＯリング１４が周設されている。

膨張弁本体２の図の上部は、パワーエレメント１５の装着部を成している。この装着部の外周は、カラー５と同心の筒状の固定部１６が膨張弁本体２と一体に形成されており、パワーエレメント１５をその装着部に載置後、固定部１６をかしめ加工により変形することによってパワーエレメント１５を膨張弁本体２に固定している。この装着部の中央部は、また、環状空間６に連通されていて、パワーエレメント１５が環状空間６を流れる冷媒の温度および圧力を感知できるようにしている。

パワーエレメント１５は、厚い金属製のアッパーハウジング１７およびロアハウジング１８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１９とを備えている。アッパーハウジング１７とダイヤフラム１９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。ダイヤフラム１９は、弁軸１２に嵌着された伝達部材１３のフランジ部に当接されており、ダイヤフラム１９の変位を弁体８へ伝達するようにしている。

膨張弁本体２は、さらに、入口ポート３が形成されている側のカラー５に開口部２０が形成されている。この開口部２０は、環状空間６に連通されていて戻り低圧通路を構成している。なお、この複雑な内部構造を有する膨張弁本体２は、好ましくは、アルミニウムダイカストとすることができる。

以上のようにして構成された膨張弁１は、図３に示したように、エバポレータ２１に結合されてエバポレータ２１からコンプレッサに向かう戻り低圧通路を構成するケース２２内に収容される。

エバポレータ２１は、複数の吸熱チューブに対して冷媒を分配または集合させるタンクの端面に並設された冷媒入口２３および冷媒出口２４を有している。冷媒入口２３および冷媒出口２４は、冷媒出口配管２５の二股になった一端がそれぞれ嵌合され、その冷媒入口２３への嵌合部の中に冷媒入口配管２６の一端が嵌合され、これらの嵌合部は、溶接により接合されている。冷媒出口配管２５および冷媒入口配管２６の他端の開口端は、同軸二重管構造になっていて、同軸継手部を構成している。

冷媒出口配管２５には、一端が閉止された筒状のケース２２が接続されている。このケース２２は、閉止部の外周縁部２７が膨張弁本体２のカラー５の端面に当接するように形成され、開口端縁２２ａをかしめ加工するときの受け部を構成している。ケース２２は、出口ポート４をエバポレータ２１の冷媒入口配管２６に嵌合した膨張弁１に被せた状態で、膨張弁本体２のカラー５のエバポレータ２１側端面が冷媒出口配管２５の開口端面に当接し、その反対側のカラー５の端面に外周縁部２７が当接するまでエバポレータ２１の方向に押し進められた後、冷媒出口配管２５に結合される。そのとき、ケース２２は、外周縁部２７を治具で支持した状態で、開口端縁２２ａをかしめ加工することになる。このケース２２のかしめ加工では、膨張弁本体２のカラー５がケース２２をその内側にて円周方向および軸方向に支えているので、ケース２２を潰してしまうこともない。しかも、このかしめ加工によって、膨張弁本体２とケース２２とが緊密に結合されることになるため、膨張弁１がケース２２内で振動するようなこともない。

カラー５の開口部２０に対応するケース２２の側面には、開口部およびその周りに外方に突設された筒状部がケース２２と一体に形成されている。その筒状部には、低圧配管２８が嵌合され、その嵌合部に周設されたパイプ継手２９をかしめ加工することによって筒状部および低圧配管２８が固定され、Ｏリングによってシールされている。低圧配管２８は、この実施の形態では、二重管３０の外管によって構成されている。二重管３０の内管は、高圧配管３１を構成し、その先端は、延長継手部材３２を介して膨張弁１の入口ポート３に嵌合され、Ｏリングによってシールされている。

二重管３０は、エバポレータ２１が設置される車室とコンプレッサが設置されるエンジンルームとを隔てる隔壁にてエンジンルーム内に設置される二重管３３の一端と接続されている。この二重管３３の他端は、分岐されていて、内管の高圧配管３４に接続される配管はレシーバドライヤの液冷媒出口に接続され、外管の低圧配管３５に接続される配管はコンプレッサの冷媒入口に接続される。

ケース２２内に装着された膨張弁１は、エバポレータ２１の出口側の低圧の冷媒通路を構成するケース２２内に収容されており、エバポレータ２１から出てくる冷媒が膨張弁本体２の環状空間６および開口部２０を通って低圧配管２８に流れていく途中で、その冷媒の温度および圧力がパワーエレメント１５によって感知されている。このパワーエレメント１５は、感知した冷媒の温度および圧力に基づいて弁体８のリフトを制御し、これによって膨張弁１は、エバポレータ２１の出口の冷媒が常に所定の過熱度を有するようにエバポレータ２１に供給する冷媒の流量を制御することになる。

図４は第２の実施の形態に係る膨張弁の装着例を示す断面図である。なお、この図４において、図３に示した構成要素と同じ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。

第２の実施の形態に係る膨張弁４１は、第１の実施の形態に係る膨張弁１がパワーエレメント１５とともに膨張弁本体２をケース２２内に収容しているのに対し、膨張弁本体２をケース２２内に収容し、パワーエレメント１５をケース２２外に設置している点で異なっている。

この膨張弁４１においても、その膨張弁本体２は、外周に筒状のカラー５が一体に形成され、エバポレータ側の出口ポート４およびカラー５が同軸二重管構造になっており、側面には入口ポート３および戻り低圧通路の開口部２０が形成されている。

パワーエレメント１５は、ケース２２内の膨張弁本体２と結合するためのハブがロアハウジング１８と一体に形成され、その外周面にはねじ山が刻設されている。パワーエレメント１５は、ケース２２に形成された貫通孔を介して膨張弁本体２にねじ込まれ、このとき、膨張弁本体２およびロアハウジング１８がケース２２を挟持しながらＯリングによるシールが行われている。また、このパワーエレメント１５は、ハブを有することによってダイヤフラム１９が伝達部材１３から離間されるようになったので、ダイヤフラム１９の変位をハブ内に遊嵌されたセンターディスク４２を介して伝達部材１３に伝達するようにしている。

このようにして装着された膨張弁４１では、パワーエレメント１５は、エバポレータ２１を出た冷媒の温度および圧力を感知し、その冷媒が所定の過熱度を有するようにエバポレータ２１に供給する冷媒の流量を制御することになる。

第１の実施の形態に係る膨張弁を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 第１の実施の形態に係る膨張弁の装着例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る膨張弁の装着例を示す断面図である。

符号の説明

１ 膨張弁
２ 膨張弁本体
３ 入口ポート
４ 出口ポート
５ カラー
６ 環状空間
７ 弁座部材
８ 弁体
９ スプリング
１０ アジャスト部材
１１ Ｏリング
１２ 弁軸
１３ 伝達部材
１４ Ｏリング
１５ パワーエレメント
１６ 固定部
１７ アッパーハウジング
１８ ロアハウジング
１９ ダイヤフラム
２０ 開口部
２１ エバポレータ
２２ ケース
２２ａ 開口端縁
２３ 冷媒入口
２４ 冷媒出口
２５ 冷媒出口配管
２６ 冷媒入口配管
２７ 外周縁部
２８ 低圧配管
２９ パイプ継手
３０ 二重管
３１ 高圧配管
３２ 延長継手部材
３３ 二重管
３４ 高圧配管
３５ 低圧配管
４１ 膨張弁
４２ センターディスク

Claims (6)

1. エバポレータの冷媒出口からコンプレッサの冷媒入口に至る戻り低圧通路内に膨張弁本体が収容され、前記膨張弁本体の入口ポートと高圧配管との接続および前記膨張弁本体の出口ポートと前記エバポレータの冷媒入口配管との接続を前記戻り低圧通路内において行うようにした膨張弁において、
   前記膨張弁本体は、その外周に円筒状のカラーを一体に備えていることを特徴とする膨張弁。
2. 前記カラーは、前記膨張弁本体の前記出口ポートと同軸二重管構造になっている請求項１記載の膨張弁。
3. 前記カラーは、その側面に、前記カラーと前記出口ポートとの間に形成される環状空間と連通する開口部を有し、前記開口部の中に前記入口ポートが開口している請求項２記載の膨張弁。
4. 前記膨張弁本体は、前記カラーの内側に前記戻り低圧通路内を流れる冷媒の温度および圧力を感知して前記エバポレータに供給する冷媒の流量を制御するパワーエレメントが固定されている請求項１記載の膨張弁。
5. 前記膨張弁本体は、前記戻り低圧通路内を流れる冷媒の温度および圧力を感知して前記エバポレータに供給する冷媒の流量を制御するパワーエレメントが螺着できるように構成されている請求項１記載の膨張弁。
6. 前記膨張弁本体は、アルミニウムダイカストである請求項１記載の膨張弁。

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