JP2010190452A - 温度膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイアフラムと感温応動部材を組み合わせてなる感温駆動構造を簡素化することにより部品点数と製造コストの低減を実現することができる温度膨張弁を提供する。
【解決手段】蒸発器から圧縮機に向う第２の冷媒通路１９を流れる冷媒に接触可能に配設された有底筒状の感温部５２と、感温部５２を駆動するダイアフラム部５１とが、例えばステンレスの板材を深絞り加工することによって一体成形されている。ダイアフラムと感温応動部材とを別々に製造して溶接等で固定する構造と比べて、部品点数及び製造コストを低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルに使用する温度膨張弁に関する。

従来、冷凍サイクルに用いられる膨張弁として、図９に示す構造の温度膨張弁がある（特許文献１参照）。この温度膨張弁の角柱状の弁本体１０には、途中にオリフィス１６が形成されている第１の冷媒通路１４と、第２の冷媒通路１９とが相互に独立して形成されている。第１の冷媒通路１４の一端は蒸発器１５の入口に連通され、蒸発器１５の出口は第２の冷媒通路１９を介して圧縮器１１に連通され、圧縮機１１は、凝縮器１２、レシーバ１３を介して第１の冷媒通路１４の他端に連結されている。第１の冷媒通路１４の途中に設けられた弁室２４には、オリフィス１６に接離する球形の弁体１８と、この弁体１８を支持する支持部材２６と、この支持部材２６を閉弁方向に付勢するバイアスバネである付勢手段１７が設けられている。なお、弁室２４はプラグ２５で封止されている。弁本体１０には第２の冷媒通路１９に隣接してダイアフラム２２を有したパワーエレメント２０が固定されている。ダイアフラム２２で仕切られたパワーエレメント２０の上方の室２０ａは気密にされており、温度対応作動流体が封入されている。

パワーエレメント２０の上方の室２０ａから延出している小管２１は上方の室２０ａからの脱気及び上方の室２０ａへの上記温度対応作動流体の注入に使用された後に端部が密封される。パワーエレメント２０の下方の室２０ｂには、弁本体１０の内部を貫通して延びる感温応動部材たる弁体駆動部材２３の一端に形成された大径部が配置され、ダイアフラム２２に当接している。弁体駆動部材２３は、第２の冷媒通路１９を流れる蒸発器１５の出口からの冷媒蒸気の温度をパワーエレメント２０の上方の室２０ａ内の温度対応作動流体に伝達し、これによって室２０ａ内に冷媒蒸気の温度に対応した圧力の作動ガスが発生する。下方の室２０ｂは弁体駆動部材２３の周囲の隙間を介して第２の冷媒通路１９に連通している。

パワーエレメント２０のダイアフラム２２は上方の室２０ａ内の作動ガスの圧力と下方の室２０ｂ内の冷媒蒸気の圧力との差にしたがって弁体駆動部材２３及び作動棒２７を介して弁体１８を駆動し、オリフィス１６の開度（即ち、蒸発器１５の入口への液体状の冷媒の流入量）を調整する。

かかる従来の温度膨張弁において、パワーエレメント２０が外部雰囲気に曝されているので、上方の室２０ａ内の温度対応作動流体は、弁体駆動部材２３によって伝達される蒸発器１５の出口の冷媒の温度ばかりでなく、外部雰囲気、特にエンジンルームの温度の影響も受ける。さらに温度対応作動流体が蒸発器１５の出口における冷媒の温度に敏感に反応し過ぎて頻繁に弁体１８の開閉を繰り返す所謂ハンチング現象を生起し易いこともある。このハンチングの要因としては、蒸発器の構造、冷凍サイクルの配管の方法、温度膨張弁の使用方法また熱負荷とのバランス等がある。

また、従来、中空部を有する感温応動部材にパワーエレメントを構成するダイアフラムを溶接接合した構造を有する温度膨張弁が提供されている（特許文献２参照）。図１０は、この形式の温度膨張弁の要部を示す断面図である。パワーエレメントは、ハウジングと、ハウジングに挾み込まれると共に溶接によりハウジングに固着されたダイアフラム１３０とを有している。ダイアフラム１３０の中央部に形成された円孔の開口部に感温応動部材１４０が挿入されるとともに、その上端部に形成された鍔部１４１と、ストッパとして機能するダイアフラム支持部材１３１とがダイアフラム１３０を挟み込んだ状態で溶接にて固着される（溶接前を図１０（ａ）、溶接後を図１０（ｂ）に示す）。感温応動部材１４０は、第２の冷媒通路中に露出される中空のパイプ状の部材で構成され、その内部に上記ハンチング現象を防止する手段としての吸着剤（例えば活性炭）が収容される。感温応動部材１４０の上端部はハウジングの上方の室に連通し、該上方の室と感温応動部材１４０の中空部とで圧力空間を構成している。

特開平５−３２２３８０号公報 特開２００２−２２３１８号公報

上記従来の温度膨張弁では、ダイアフラム、感温応動部材、及びストッパの三部品を互いに組み合わせた後に溶接で接合しており、部品点数が多く、製造に手間がかかるため、コスト高であった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ダイアフラムと感温応動部材を組み合わせてなる感温駆動構造を簡素化することにより部品点数と製造コストの低減を実現することができる温度膨張弁を提供することにある。

本発明は、凝縮器から蒸発器に向かう冷媒が通過する第１の冷媒通路と、該第１の冷媒通路中に設けられたオリフィスと、該オリフィスを開閉する弁体と、前記蒸発器から圧縮機に向う第２の冷媒通路と、該第２の冷媒通路を流れる冷媒に接触可能に配設された感温応動部材と、該感温応動部材と接合されると共に前記感温応動部材を介して前記弁体を駆動するダイアフラムを有するパワーエレメントとを備えた温度膨張弁において、前記感温応動部材を構成する有底筒状の感温部と前記ダイアフラムとが一体成形されていることを特徴としている。

本発明の温度膨張弁によれば、ダイアフラムと感温部とが例えば絞り加工によって一体成形されるので、ダイアフラムと感温応動部材とを別々に製造して溶接等で固定する構造と比べて、部品点数を少なくして製造コストを低減することができる。

図１は、本発明による温度膨張弁の第１実施例を一部省略して示す縦断面図である。 図２は、図１に示す温度膨張弁に用いられる感温作動部材の縦断面図である。 図３は、本発明による温度膨張弁の第２実施例を一部省略して示す縦断面図である。 図４は、本発明による温度膨張弁の第３実施例を一部省略して示す縦断面図である。 図５は、本発明による温度膨張弁の第４実施例を一部省略して示す縦断面図である。 図６は、本発明による温度膨張弁の第５実施例を一部省略して示す縦断面図である。 図７は、本発明による温度膨張弁の第６実施例を一部省略して示す縦断面図である。 図８は、本発明による温度膨張弁の第７実施例を一部省略して示す縦断面図である。 図９は、従来の温度膨張弁の一例を示す縦断面図である。 図１０は、従来の温度膨張弁の他の例の要部断面図である。

以下、図面を参照して、本発明による温度膨張弁の実施例を説明する。図示実施例の温度膨張弁は、基本的構成及び動作は従来の温度膨張弁と同一であり、同一部分又はそれと均等部分には図９に示した温度膨張弁について用いられたのと同一の符号を付すことで、再度の説明を省略する。

図１は、本発明による温度膨張弁の第１実施例を一部省略して示す縦断面図である。また、図２は、図１に示す温度膨張弁において、感温作動部材のみを取り出して示す縦断面図である。図１及び図２において、感温作動部材５０は、従来の膨張弁におけるパワーエレメントに備わるダイアフラムと同等の機能を有するダイアフラム部５１と、同じく感温応動部材と同等の機能を有する感温部５２とが一体成形されて構成されている。

感温作動部材５０は、例えばステンレス材のような金属板の中心部を深絞り加工することにより形成されており、深絞り加工された中心部が有底筒状の感温部５２に形成され、中心部の周りの環状部がダイアフラム部５１に形成される。感温作動部材５０のダイアフラム部５１の外周縁部分５３は、パワーエレメント２０のハウジングに挟み込まれて固定されており、内周縁部分５４は感温部５２の上端部分５５に繋がっている。

感温部５２は第２の冷媒通路１９を流れる冷媒に接触可能に配設されている。感温部５２の底部５６は、弁体１８をオリフィス（弁座）１６（図９参照）に対して接離させる作動棒２７の上端部に当接している。図１に示す例では、感温部５２の底部５６が第２の冷媒通路１９内に位置するように深く絞り加工されている。筒状に深絞りされた感温部５２の内部には中空部５７が形成されている。第２の冷媒通路１９を流れる冷媒の温度は、感温部５２において感知されるが、感温部５２はダイアフラム部５１と一体構造であるため、感温部５２の上部のみならずダイアフラム部５１にまで熱が速やかに伝達し、上方の室２０ａ内の温度対応作動流体への温度伝達性が良好となっている。

ダイアフラム部５１の下側（第１の冷媒通路１９側）には、ハウジングとの間にストッパ部材６０が設けられている。ストッパ部材６０の外周縁部分６１はハウジングに当接可能な環状に形成されている。外周縁部分６１よりも内側の部分は外周縁部分６１からオフセットしている平坦な環状部分６２であり、ダイアフラム部５１に当接している。外周縁部分６１がハウジングに当接している状態で環状部分６２がダイアフラム部５１に当接するときには、ストッパ部材６０は、ダイアフラム部５１が下方にそれ以上変位するのを阻止する。ストッパ部材６０の内周縁部６３は短筒状に成形されており、感温作動部材５０の感温部５２に圧入、ロールかしめ、或いは溶接等の方法で固定される。

図３は本発明による温度膨張弁の第２実施例を一部省略して示す縦断面図である。図３に示す実施例においては、感温作動部材７０の感温部７２の絞り深さが浅く、感温部７２の底部が第２の冷媒通路１９から離間しており、それを補うように、作動棒２７の長さが長く構成されている。その他の構成は図１に示す実施例と同様であるので、同じ要素及び部位には、符号５３〜５７に対応して符号７３〜７７を付すことで説明を省略する。感温部７２の縦長さを短くすることで、実施例１と比較して、深絞り加工が容易となる。また、感温部７２が第２の冷媒通路１９から離間しているため、冷媒温度の温度対応作動流体への伝達に遅れを生じるので、ハンチングが発生しにくくなる。

図４は、本発明による温度膨張弁の第３実施例を一部省略して示す縦断面図である。第３実施例においては、作動棒２７が補強部材８０を介して感温部５２の底部５６に当接している。その他の構造は第１実施例と同じであるので、対応する要素及び部位には第１実施例の符号と同じ符号を用いることで、再度の説明を省略する。補強部材８０は、例えばステンレス板で形成し、溶接等によって底部５６と一体化することができる。深絞り加工によって形成される底部５６は、成形時の展延、或いは作動棒２７が繰り返し当接することによって強度不足に陥りやすいが、底部５６に補強部材８０を設けることにより、底部５６の強度不足を補って耐久性の向上を図ることができる。

図５は、本発明による温度膨張弁の第４実施例を一部省略して示す縦断面図である。第４実施例においては、感温部５２に形成されている中空部５７に活性炭等の吸着剤９０が収容されている。その他の構成は図１に示す第１実施例と同様であるので、同等の部材及び部位には同じ符号を付すことで説明を省略する。感温部５２の中空部５７の開口部に当該開口部を覆う蓋部材９１を設けてあり、吸着剤９０が中空部５７から流出するのを防止している。なお、蓋部材９１の中央には切起こし９２が形成され、吸着剤９０の流出は阻止するが感温部５２の内外の圧力を等しくする均圧孔９３が形成されている。

パワーエレメント２０が外部雰囲気に曝されている場合、上方の室２０ａ内の温度対応作動流体は、感温部５２によって伝達される蒸発器出口の冷媒の温度ばかりでなく、外部雰囲気、特にエンジンルームの温度の影響も受ける。さらには蒸発器の出口における冷媒の温度に敏感に反応し過ぎて頻繁に弁体１８の開閉を繰り返す所謂ハンチング現象を生起し易いこともある。このハンチングの要因としては蒸発器の構造、冷凍サイクルの配管の方法、温度膨張弁の使用方法また熱負荷とのバランス等がある。

吸着剤９０として例えば粒状活性炭を用いた場合には、温度対応作動流体と吸着剤９０との組み合わせは吸着平衡型であり、かなりの温度範囲で圧力を温度の一次式で近似でき、しかもその一次式の係数は吸着剤９０として封入した粒状活性炭の量により自由に設定できるので、温度膨張弁の特性を自由に設定することができる。したがって、吸着平衡型の圧力−温度の平衡状態の設定には蒸発器の出口からの冷媒蒸気の温度の上昇時及び下降時のいずれの場合にも比較的時間がかかることになる。即ち、吸着剤９０は、時定数を大きくし、上記ハンチング現象の要因である外乱の影響による温度膨張弁の過敏な動作を抑制する時定数遅延剤であり、空調機の性能を安定させて空調機の動作効率を向上させることができる。

図６は、本発明による温度膨張弁の第５実施例を一部省略して示す縦断面図である。第５実施例においては、感温部５２に形成されている中空部５７に、上記ハンチング現象を防止する感温遅延用部材としての熱バラスト材１００が収容されている。熱バラスト材１００は、中空部５７内に圧入又はかしめ等により固定された固定リング１０１によって固定される。更に、熱バラスト材１００の中心部分には、圧力を導通させるために、貫通孔１０２が開けられている。

熱バラスト材として、例えばアルミナ・シリカ焼結体を用いることができる。この場合には、温度対応作動流体と熱バラスト材１００との組み合わせは、気液平衡型である。蒸発器１５の出口からの冷媒蒸気の温度の上昇時には、熱バラスト材１００の多数の微小孔中に入り込んでいる温度対応作動流体は、液相から気相への変化（ガス化）が遅らされ、つまり時定数が大きくなり、また上記温度の下降時には上方の室２０ａ及び熱バラスト材１００以外の空間の作動ガスがこれらの壁面で気相から液相へ急速に変化（液化）するのを妨げない、つまり時定数を小さくする。即ち、前者の場合には蒸発器の入口に流入する冷媒の流量を序々にしか増大させず、後者の場合には蒸発器の入口に流入する冷媒の流量を急速に低下させる。

ここで、温度が下降して急に弁を絞り、蒸発器への冷媒供給量が減少し、その結果、温度が上昇しても、弁は急速に開かないので蒸発器への冷媒供給量は急激に増加することはない。このようにして冷凍サイクルにハンチングが生ずるのを防止できるようにしている。上記の熱バラスト材を用いた温度膨張弁のハンチング抑制特性は有効であることから広く採用されている。

図７は、本発明による温度膨張弁の第６実施例を一部省略して示す縦断面図である。第６実施例においては、ストッパ部材１１０は厚肉に形成された環状内周部１１１を有しており、環状内周部１１１は第２の冷媒通路１９からパワーエレメント２０への冷媒の流入を抑制する機能を備えている。即ち、厚みを大きくされた環状内周部１１１は、パワーエレメント２０のハウジングと感温作動部材５０との間に形成されるスペース内の占有率を高めて、冷媒がダイアフラム部５１に流れ込んで来るのを抑制する機能を有するとともに、ダイアフラム部５１及び感温部５２の上端部分５５が冷媒と接触する面積を減らして、感温の過敏性を抑えている。

図８は、本発明による温度膨張弁の第７実施例を一部省略して示す縦断面図である。第７実施例においては、ストッパ部材１２０は、第１実施例におけるストッパ部材６０と同様に、ハウジングに当接可能な環状の外周縁部分１２１と、その内側に形成され、外周縁部分１２１からオフセットし且つダイアフラム部５１と当接可能な平坦な環状部分１２２とを備え、更に、感温部５２の外側面に沿って積層される有底の筒状部１２３を備えている。ストッパ部材１２０と感温部５２は、溶接、圧入又はかしめ等によって固定される。図８（ｂ）には、筒状部１２３の一部に対して環状にかしめ１２４を施すことによって、ストッパ部材１２０を感温部５２に固定した一例が示されている。本実施例のように、感温部５２を覆う筒状部１２３を設けることで、感温部５２を補強して耐久性を向上することができる。

１０ 弁本体 １１ 圧縮器
１２ 凝縮器 １３ レシーバ
１４ 第１の冷媒通路 １５ 蒸発器
１６ オリフィス １７ 付勢手段
１８ 弁体 １９ 第２の冷媒通路
２０ パワーエレメント ２０ａ 上方の室
２０ｂ 下方の室 ２１ 小管
２２ ダイアフラム ２３ 弁体駆動部材
２４ 弁室 ２５ プラグ
２６ 支持部 ２７ 作動棒
５０，７０ 感温作動部材 ５１ ダイアフラム部
５２，７２ 感温部 ５３，７３ 外周縁部分
５４，７４ 内周部分 ５５，７５ 上端部分
５６，７６ 底部分 ５７，７７ 中空部
６０ ストッパ部材 ６１ 外周縁部分
６２ 環状部分 ６３ 内周縁部
８０ 補強板 ９０ 吸着剤
９１ 蓋部材 ９２ 切起こし
１００ 熱バラスト材 １０１ 固定リング
１０２ 貫通孔
１１０ ストッパ部材 １１１ 環状内周部
１２０ ストッパ部材 １２１ 外周縁部分
１２２ 環状部分 １２３ 筒状部
１３０ ダイアフラム １３１ ダイアフラム支持部材
１４０ 感温応動部材 １４１ 鍔部

Claims (10)

1. 凝縮器から蒸発器に向かう冷媒が通過する第１の冷媒通路と、該第１の冷媒通路中に設けられたオリフィスと、該オリフィスを開閉する弁体と、前記蒸発器から圧縮機に向う第２の冷媒通路と、該第２の冷媒通路を流れる冷媒に接触可能に配設された感温応動部材と、該感温応動部材と接合されると共に前記感温応動部材を介して前記弁体を駆動するダイアフラムを有するパワーエレメントとを備えた温度膨張弁において、
   前記感温応動部材を構成する有底筒状の感温部と前記ダイアフラムとが一体成形されていることを特徴とする温度膨張弁。
2. 前記感温部及び前記ダイアフラムは、金属板を絞り加工することにより形成されることを特徴とする請求項１記載の温度膨張弁。
3. 前記感温部が前記第２の冷媒通路から離間するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の温度膨張弁。
4. 前記感温部に当接するとともに前記ダイアフラムの作動に応じて前記弁体を前記オリフィスに対して接離させる作動棒を備えており、該作動棒が補強部材を介して前記感温部に当接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の温度膨張弁。
5. 前記感温部の内部に活性炭等の吸着剤から成る時定数遅延材が収容されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の温度膨張弁。
6. 前記感温部の開口部を覆うとともに前記吸着剤の流出を防止する蓋部材が設けられていることを特徴とする請求項５記載の温度膨張弁。
7. 前記感温部の内部に感温遅延用部材が収容されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の温度膨張弁。
8. 前記パワーエレメントは、前記ダイアフラムの前記第２の冷媒通路側への変位を規制するストッパ部材を備えており、該ストッパ部材は、前記感温部における前記ダイアフラムと接続される端部の外側面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の温度膨張弁。
9. 前記ストッパ部材は厚肉に形成された環状内周部を有しており、該環状内周部は前記第２の冷媒通路から前記パワーエレメントへの冷媒の流入を抑制するように形成されていることを特徴とする請求項８記載の温度膨張弁。
10. 前記ストッパ部材は、前記感温部の外側面に沿って積層される有底の筒状部を備えていることを特徴とする請求項８記載の温度膨張弁。

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