JP2010038462A - 膨張弁の装着構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内管の外側に高温・高圧の冷媒を流す二重管熱交換器とエバポレータとの間で膨張弁を収容する部分の構成をシンプルにする。
【解決手段】内部熱交換器９として外管１０と内管１１とを同心配置して構成される二重管熱交換器を使用し、その外管１０を延長し拡管して膨張弁８を収容する延長部分１４を形成する。これにより、膨張弁８が収容される延長部分１４と二重管熱交換器との接続部分が外管１０と一体となり、シール部材が不要になる。外管１０と内管１１との間の高圧通路１２は、接続部材２７によって膨張弁８の入口ポート１５に連通される。膨張弁８の出口ポート１６および延長部分１４は、継手部材７を介してエバポレータ１の冷媒入口配管４および冷媒出口配管５に接続される。継手部材７と延長部分１４との接続部分は、延長部分１４の変形による固定とＯリング３６によるシールとしている。
【選択図】図１

Description

本発明は膨張弁の装着構造に関し、特に車両用空調装置の冷凍サイクルにて内部熱交換器とエバポレータとの間に配置されて内部熱交換器から供給された高温・高圧の冷媒を膨張して低温・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の装着構造に関する。

自動車用空調装置は、一般に、車両走行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。自動車用空調装置は、さらに、冷凍サイクルの成績係数を上げるために、内部熱交換器が使用されている。内部熱交換器は、レシーバから膨張弁へ送られる高温・高圧の液冷媒とエバポレータからコンプレッサへ戻る低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。

このような内部熱交換器は、冷凍サイクルの中に内部熱交換器という独立した装置を設置するのではなく、冷凍サイクルの配管自体を内部熱交換器として機能させることが行われている（たとえば、特許文献１参照）。この内部熱交換器は、内管と外管とを同心状に配置した二重管熱交換器によって構成され、内管によって形成される通路と、内管と外管との間に形成される通路とを向流する冷媒の間で熱交換を行うようにしている。

また、冷凍サイクルを構成する内部熱交換器、膨張弁およびエバポレータに関して、内部熱交換器を二重管構造のまま膨張弁に接続することができるようにした構成も知られている（たとえば、特許文献２参照）。この構成によれば、エバポレータに、その冷媒入口および冷媒出口を取り囲むようにした筒状のケースを接合し、そのケースの中に、出口ポートを蒸発器の冷媒入口に接続した状態で膨張弁を収容し、ケースの開口端には二重管の外管を接続し、膨張弁の入口ポートにはケースの開口端を介して延びる二重管の内管を接続するようにしている。この構成では、二重管の内管は、膨張弁に高温・高圧の液冷媒を送る高圧通路として使用され、内管と外管との間の環状の通路は、蒸発器を出た低温・低圧の冷媒を送る低圧通路として使用されている。
特開２００４−５８８６３号公報 特開２００８−３９２６２号公報（図３）

しかしながら、筒状のケースに膨張弁を収容し、そのケースおよび膨張弁に二重管熱交換器の外管および内管をそれぞれ接続する構成では、特に筒状のケースの側面に筒状の外管を接続してシールする部分の構成が複雑になってしまうという問題点があった。また、二重管熱交換器の内管に高温・高圧の冷媒を流し、内管と外管との間の環状の通路に低温・低圧の冷媒を流す内部熱交換器では、内管と膨張弁の入口ポートとの接続構造がシンプルである反面、その外表面に結露が生じる可能性があるので断熱材で覆う必要がある。このため、二重管熱交換器の内管に低温・低圧の冷媒を流し、内管と外管との間の環状の通路に高温・高圧の冷媒を流すようにして、そのような結露対策を不要にしたいという要望がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、内管の外側に高温・高圧の冷媒を流す二重管熱交換器とエバポレータとの間で外管を接続する部分の構成をシンプルにした膨張弁の装着構造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二重管熱交換器に至る戻り低圧通路内に膨張弁が収容され、前記膨張弁の入口ポートと前記二重管熱交換器の高圧通路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の装着構造において、前記二重管熱交換器の外管のエバポレータ側端部を延長して前記膨張弁を収容する前記戻り低圧通路を形成し、前記外管の開口端より挿入されるときに前記膨張弁の前記入口ポートは、接続部材を介して前記高圧通路に接続され、前記接続部材は、前記二重管熱交換器の内管と前記外管との間に形成される前記高圧通路の前記エバポレータ側端部を閉止する閉止部と、前記外管の開口側に延びて先端が前記膨張弁の前記入口ポートに嵌合され、内部通路が前記高圧通路に連通している筒状部とを有していることを特徴とする膨張弁の装着構造が提供される。

このような膨張弁の装着構造によれば、二重管熱交換器の外管のエバポレータ側端部を単に延長した中に膨張弁を収容するようにしたので、膨張弁の収容部分の構成を非常にシンプルにすることができる。内管の外側に高温・高圧の冷媒を流す二重管熱交換器と膨張弁との接続を可能にするために、内管と外管との間に形成される高圧通路を膨張弁の入口ポートに連通させる接続部材を使用している。

上記構成の膨張弁の装着構造は、二重管熱交換器の外管を延長して膨張弁を収容する戻り低圧通路を形成したので、膨張弁を収容する部分の構成が非常にシンプルになり、二重管熱交換器との接続部分に関して戻り低圧通路から外部に冷媒が漏れる可能性のある部位をなくすことが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、車両用空調装置の内部熱交換器として内管の外側に高温・高圧の冷媒を流すようにした二重管熱交換器を有する冷凍サイクル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は本発明の実施の形態に係る膨張弁の装着構造を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
エバポレータ１は、その一側面に蒸発しようとする冷媒を導入する冷媒入口２および蒸発した冷媒を導出する冷媒出口３が並んで形成されている。冷媒入口２には冷媒入口配管４が接合され、冷媒出口３には冷媒出口配管５が接合されている。冷媒入口配管４および冷媒出口配管５は、ビード加工することによって固定プレート６に固定されている。

このエバポレータ１には、継手部材７を介して膨張弁８および内部熱交換器９が接続される。内部熱交換器９は、外管１０および内管１１が同心配置された二重管熱交換器によって構成され、外管１０と内管１１との間に形成される環状の通路は、高温・高圧の冷媒が流れる高圧通路１２を構成し、内管１１の内側の通路は、低温・低圧の冷媒が流れる戻り低圧通路１３を構成している。

内部熱交換器９の外管１０は、その端部が内管１１の端部よりも延長され、その延長部分１４は、拡管されて膨張弁８が収容されている。膨張弁８は、高圧の冷媒を導入する入口ポート１５と、低圧の冷媒を導出する出口ポート１６とが一体に形成された、たとえばアルミニウムダイカスト製の膨張弁本体１７を有している。膨張弁本体１７は、図２に示したように、入口ポート１５と出口ポート１６とが内部で連通する通路を有し、その通路にディスク状の弁座部材１８が嵌め込まれてかしめ加工により固定されている。この弁座部材１８は、出口ポート１６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、中央には弁軸ガイドを構成する孔が穿設され、その周囲には、凹部の弁孔まで貫通する複数（図では１つ）の孔が穿設されている。この弁座部材１８の出口ポート１６の側には、弁孔を開閉する弁体１９がスプリング２０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２０は、膨張弁本体１７の下部の開口部に圧入されたアジャスト部材２１に受けられており、そのアジャスト部材２１の膨張弁本体１７への圧入量により荷重が調整されて、この膨張弁８のセット値が調整されている。弁体１９は、弁軸２２と一体に形成され、弁座部材１８によって開閉方向に進退自在に支持されている。弁軸２２の弁体１９とは反対側の端部には、伝達部材２３が嵌着されている。この伝達部材２３は、膨張弁本体１７によって弁の開閉方向に進退自在に支持される筒状部と膨張弁本体１７の外側に配置されるフランジ部とからなり、その筒状部には、入口ポート１５に導入された高圧の冷媒が膨張弁本体１７と弁軸２２との間のクリアランスを介して延長部分１４の戻り低圧通路１３内に漏れないようにＯリング２４が周設されている。また、ダイカスト製の膨張弁本体１７は、図２に示したように、延長部分１４の内部に冷媒が通過する通路を確保しながら膨張弁８が延長部分１４の中で所定の位置を保持するように、外形の一部が延長部分１４に内接する輪郭を有するように形成されている。

膨張弁本体１７のアジャスト部材２１が圧入されている側と反対の側には、パワーエレメント２５が装着されている。このパワーエレメント２５は、図１に示したように、膨張弁本体１７の上部のパワーエレメント装着部をかしめ加工することによって外周縁部の一部が固定されることにより膨張弁本体１７に装着されている。このとき、パワーエレメント２５の感温室を構成するダイヤフラム２６が弁軸２２に嵌着された伝達部材２３のフランジ部の上面に当接されており、ダイヤフラム２６の変位を弁体１９へ伝達するようにしている。

膨張弁８の入口ポート１５は、たとえば樹脂製の接続部材２７を介して内部熱交換器９の高圧通路１２に接続されている。この接続部材２７は、内部熱交換器９の高圧通路１２の端部を閉止する閉止部を有し、この閉止部は、外管１０とはＯリング２８によりシールし、内管１１とはＯリング２９によりシールしている。接続部材２７は、また、その閉止部から外管１０の延長部分１４の開口側に延びて先端が膨張弁８の入口ポート１５に嵌合され、内部通路が高圧通路１２に連通している筒状部を有している。この筒状部は、入口ポート１５とはＯリング３０によりシールしている。また、この筒状部および入口ポート１５は、外管１０および内管１１と同心をなしており、これにより、膨張弁８は、内部熱交換器９の軸線に対して任意の回転位置にて延長部分１４内に収納することができる。

外管１０の延長部分１４および膨張弁８の出口ポート１６は、たとえばアルミニウムダイカスト製の継手部材７に接続される。この継手部材７は、内部に第１通路３１と第２通路３２とを有している。第１通路３１は、その一端が延長部分１４内にて膨張弁８の出口ポート１６と接続され、その接続部分は、Ｏリング３３によりシールされている。第１通路３１の一端が開口している側の継手部材７の外形は円柱状になっていて、その先端近傍には２条の溝３４，３５が周設されている。

継手部材７の円柱状部分は、外管１０の延長部分１４に挿入され、延長部分１４の先端近傍の溝３５に対応する部分を全周に亘って内ビード加工することにより容易に外管１０の延長部分１４と機械的に結合され、この結合部分は溝３４に嵌め込まれたＯリング３６によってシールされている。これにより、第２通路３２の一端は、延長部分１４の戻り低圧通路１３内に開口することになる。継手部材７の円柱状部分は、図３に示したように、膨張弁８の出口ポート１６に接続されて気液二相冷媒が流れる第１通路３１が断面円形に形成されており、気相冷媒が流れる第２通路３２が第１通路３１よりも大きな断面積を確保するために三日月形に形成されている。第１通路３１および第２通路３２は、内部で直角に曲げられ、それらの他端の開口部３７，３８は、同一側面に並列に形成されている。これらの開口部３７，３８は、エバポレータ１の冷媒入口配管４および冷媒出口配管５が挿入して接続され、その後、図示はしないが、ダイカスト製の継手部材７および固定プレート６に形成されたねじ孔およびボルトを使って継手部材７をエバポレータ１に固定することになる。

次に、膨張弁８の動作について説明する。まず、車両用空調装置が冷房を必要としなくて停止しているとき、パワーエレメント２５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２６は内側（図では上方）へ変位しており、弁体１９はスプリング２０によって閉弁方向に付勢され、膨張弁８は全閉状態にある。車室内が冷房を必要とするような高温になれば、パワーエレメント２５の感温室は圧力が高くなって、ダイヤフラム２６は外側へ変位していき、弁体１９はスプリング２０の付勢力に抗してリフトしていく。

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冷媒が吸引されるので、戻り低圧通路１３の圧力が低下し、これがパワーエレメント２５により感知されてダイヤフラム２６が外側へ変位し、弁体１９をさらにリフトさせるようになる。一方、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、レシーバにて気液分離された液冷媒が高圧通路１２を通じて膨張弁８の入口ポート１５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８を通過するときに絞り膨張され、低温・低圧の気液混合の蒸気冷媒となって出口ポート１６を出る。その冷媒は、継手部材７、冷媒入口配管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、車室内の空気と熱交換されて内部で蒸発され、冷媒出口３から出てくる。エバポレータ１を出た冷媒は、冷媒出口配管５、継手部材７、延長部分１４、および内部熱交換器９の戻り低圧通路１３を介してコンプレッサに戻る。

パワーエレメント２５は、膨張弁本体１７側が開口されていて延長部分１４の内部と連通しているので、エバポレータ１から戻ってきた冷媒が延長部分１４を通過するとき、その冷媒が導入されてその温度および圧力がパワーエレメント２５によって検出されることになる。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２５はその温度を感知し、感温室の圧力が高くなって、膨張弁８は全開状態にしている。

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、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２６が感温室の内方へ変位していき、膨張弁８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。すなわち、膨張弁８は、エバポレータ１出口の冷媒温度および圧力を感知して、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。

本発明の実施の形態に係る膨張弁の装着構造を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。

符号の説明

１ エバポレータ
２ 冷媒入口
３ 冷媒出口
４ 冷媒入口配管
５ 冷媒出口配管
６ 固定プレート
７ 継手部材
８ 膨張弁
９ 内部熱交換器
１０ 外管
１１ 内管
１２ 高圧通路
１３ 戻り低圧通路
１４ 延長部分
１５ 入口ポート
１６ 出口ポート
１７ 膨張弁本体
１８ 弁座部材
１９ 弁体
２０ スプリング
２１ アジャスト部材
２２ 弁軸
２３ 伝達部材
２４ Ｏリング
２５ パワーエレメント
２６ ダイヤフラム
２７ 接続部材
２８，２９，３０ Ｏリング
３１ 第１通路
３２ 第２通路
３３ Ｏリング
３４，３５ 溝
３６ Ｏリング
３７，３８ 開口部

Claims (5)

1. エバポレータの冷媒出口から二重管熱交換器に至る戻り低圧通路内に膨張弁が収容され、前記膨張弁の入口ポートと前記二重管熱交換器の高圧通路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の装着構造において、
   前記二重管熱交換器の外管のエバポレータ側端部を延長して前記膨張弁を収容する前記戻り低圧通路を形成し、
   前記外管の開口端より挿入されるときに前記膨張弁の前記入口ポートは、接続部材を介して前記高圧通路に接続され、
   前記接続部材は、前記二重管熱交換器の内管と前記外管との間に形成される前記高圧通路の前記エバポレータ側端部を閉止する閉止部と、前記外管の開口側に延びて先端が前記膨張弁の前記入口ポートに嵌合され、内部通路が前記高圧通路に連通している筒状部とを有していることを特徴とする膨張弁の装着構造。
2. 前記外管の延長部分は、前記膨張弁を収容できる大きさに拡管形成されている請求項１記載の膨張弁の装着構造。
3. 前記接続部材は、前記入口ポートと嵌合される前記筒状部が前記二重管熱交換器の前記内管および前記外管と同心をなしている請求項１記載の膨張弁の装着構造。
4. 前記外管の延長部分に前記膨張弁を収容している前記二重管熱交換器と前記エバポレータとを継手部材で接続し、前記継手部材は、内部に、一端に前記膨張弁の出口ポートが接続され、他端に前記エバポレータの冷媒入口が接続される第１通路と、一端に前記外管の開口端が接続され、他端に前記エバポレータの前記冷媒出口が接続される第２通路とを有するダイカスト製品である請求項１記載の膨張弁の装着構造。
5. 前記継手部材は、前記第１通路の他端の第１開口部および前記第２通路の他端の第２開口部が前記二重管熱交換器の軸線に直交する方向の同一側面に並列に形成されている請求項４記載の膨張弁の装着構造。

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