JP2011245549A - 絞り通路形成方法、絞り通路付き膨張弁および絞り通路付き配管 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルの冷媒通路に容易かつ安価に絞り通路を形成する。
【解決手段】冷凍サイクルの冷媒通路６の開口端側を拡管して内部に段部７を設け、そこに、絞り通路部材１を載せ、これを柱状圧壊治具８で押しつぶすことにより外周縁部が広がり、冷媒通路６の内壁に係止させることによって絞り通路を形成する。絞り通路部材１は、中央に円孔３のあいた円板２を截頭円錐形状にしただけの単純な形状なので安価に製作することができ、それを押しつぶして冷媒通路６に係止するだけなので絞り通路を容易に形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は絞り通路形成方法、絞り通路付き膨張弁および絞り通路付き配管に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクル内を循環する冷媒に対し冷媒流れの乱れを抑制する絞り通路の形成方法、そのような絞り通路を備えた膨張弁および配管に関する。

自動車用空調装置は、コンプレッサ、コンデンサ、膨張弁およびエバポレータが環状に接続されて冷凍サイクルを構成している。コンプレッサは、ガス冷媒を断熱圧縮して高温・高圧のガス冷媒にし、それをコンデンサが車室外空気との熱交換により冷却して凝縮する。凝縮した液冷媒は、膨張弁により断熱膨張されることで低温・低圧の蒸気冷媒になり、その蒸気冷媒は、エバポレータにて車室内空気から熱を吸収することで蒸発してガス冷媒となり、コンプレッサに供給される。以上の動作を連続して行うことで、車室内の空気温度が冷却される。

自動車用空調装置のコンプレッサは、走行状態によって回転数が大幅に変化する内燃機関によって駆動されているため、走行状態によらずに一定の容量の冷媒を吐出することができる可変容量コンプレッサが採用されている。それでも、コンデンサおよびエバポレータでの熱交換の状況によっては、冷凍サイクル内の圧力変動が激しく、また、冷媒の状態変化も大きい。たとえば、エバポレータの蒸発能力が小さい状況で、膨張弁に流入する高圧冷媒の状態が気液二相状態であった場合、膨張弁出口の冷媒状態も気液二相状態になる。このとき、膨張弁の弁部を通過する冷媒は、ガスであったり液体であったりするため、冷媒の流れ状態に大きな圧力変動を生じる。この冷媒の圧力変動は、冷凍サイクル内で溜った液冷媒の液面を上下させることになる。配管のレイアウトによってはガス冷媒が通過する通路を液冷媒で遮断してしまうことがあるが、このような状態でガス冷媒が液冷媒を無理に通過しようとすると、大きな泡が発生し、この泡が破裂するときに、大きな音が発生してしまう。

以上のような冷媒の圧力変動を抑制する方法として、膨張弁の入口または出口側に絞り通路を配置することが知られている（たとえば、特許文献１，２参照）。膨張弁に絞り通路を設けることで、冷凍サイクル内の圧力変動を抑制することができるだけでなく、膨張弁に入る冷媒の気泡が細分化されることにより、膨張弁の冷媒通過音を低減することができる。また、膨張弁の出口に設けた場合は、膨張弁の弁部と絞り通路とで、２回の減圧が行われることになる。これにより、膨張弁の弁部における差圧は、小さくなるので、気泡の発生が抑制され、膨張弁の冷媒通過音を低減することができる。

特開２００６−２００８４４号公報 実公平７−５２５３８号公報

しかしながら、従来の絞り通路は、軸線方向に貫通孔が形成された円柱状の絞り通路部材を配管内に圧入したり膨張弁のボディ内にねじ止めしたりして構成しているので、精密に作られる絞り通路部材のコストが高く、絞り通路部材を圧入またはねじ止めにより固定していることで、圧入部またはねじ止め部の摺動面から異物が発生したり圧入部に傷が付いたりしてしまう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、冷凍サイクルの冷媒通路に容易かつ安価に絞り通路を形成することを提供することを目的とする。

本発明では上記の課題を解決するために、冷凍サイクルの冷媒が流れる冷媒通路内に絞り通路を形成する絞り通路形成方法であって、前記冷媒通路が拡径されることにより形成された段部に、中央に孔のあいた円板を截頭円錐形状に加工して外径が前記段部より外側の内径と内側の内径との間の大きさを有している絞り通路部材を、その外周を含む平面から膨出されている側を前記冷媒通路の外側の開口端側にして載置し、前記絞り通路部材を前記段部に押し当てながら前記冷媒通路の拡径側から押しつぶし、前記絞り通路部材の外周が広がるように変形することによって前記絞り通路部材を前記冷媒通路の内壁に係止する、ことからなる絞り通路形成方法が提供される。

また、本発明では、冷凍サイクル内を循環する冷媒に対して絞り膨張させる膨張弁であって、絞り膨張された冷媒が導出される低圧出口ポートの内部に外側の内径を内側の内径より大きくすることによって形成した段部と、前記段部よりも外側の前記低圧出口ポートの内壁に係止された絞り通路部材と、を備え、前記絞り通路部材は、中央に孔のあいた円板を截頭円錐形状に加工して外径が前記低圧出口ポートの前記段部より外側の内径と内側の内径との間の大きさを有しているものを、前記段部に押し当てながら押しつぶして外周が広がるように変形させることにより外周縁部が冷媒通路の内壁に係止されて絞り通路を形成している絞り通路付き膨張弁が提供される。

さらに、本発明では、冷凍サイクル内の冷媒を循環させる配管であって、開口端近傍を拡管して境界部に段部を形成した大径部と、前記段部よりも開口端側の前記大径部の内壁に係止された絞り通路部材と、を備え、前記絞り通路部材は、中央に孔のあいた円板を截頭円錐形状に加工して外径が前記大径部の内径と前記段部より内側の内径との間の大きさを有しているものを、前記段部に押し当てながら押しつぶして外周が広がるように変形させることにより前記大径部の内壁に係止されて絞り通路を形成している絞り通路付き配管が提供される。

このような絞り通路形成方法、絞り通路付き膨張弁および絞り通路付き配管によれば、冷凍サイクルの冷媒通路に形成する絞り通路を、冷媒通路内に形成した段部に、単純な形状の絞り通路部材を押し当てながら単に押しつぶして冷媒通路の内壁に係止することで形成している。これにより、冷媒通路内に絞り通路を容易かつ安価に形成することを可能にしている。

上記構成の絞り通路形成方法、絞り通路付き膨張弁および絞り通路付き配管では、ワッシャのような単純な形状の絞り通路形成部材を冷媒通路内で変形して係止することにより絞り通路を形成するようにしたので、軸線方向に貫通孔が形成された円柱状の絞り通路部材を冷媒通路に圧入したりねじ止めしたりして構成する場合に比較して絞り通路を容易かつ安価に形成できるという利点がある。

また、絞り通路部材は、冷媒通路の内径よりも外径が小さく形成されているので、冷媒通路に挿入するときに冷媒通路の内壁に傷が付くことがなく、そのため、絞り通路部材を挿入する冷媒通路の内壁をＯリングのようなシール部材が配置されるシール面とすることができる。

さらに、絞り通路部材を冷媒通路に圧入したりねじ止めしたりすることがないので、それにより絞り通路部材を挿入する冷媒通路の内壁の表面が剥離して冷凍サイクル内に異物が出てしまうということがない。

本発明に係る絞り通路の形成を説明する原理図であって、（Ａ）は絞り通路の形成前を示す要部部分断面、（Ｂ）は絞り通路の形成後を示す要部部分断面である。 絞り通路部材を示す図であって、（Ａ）は絞り通路部材の平面図、（Ｂ）は絞り通路部材の断面図である。 第１の実施の形態に係る絞り通路付き膨張弁を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る絞り通路付き配管および膨張弁を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る絞り通路付き配管を示す図であって、（Ａ）は絞り通路付き配管の断面図、（Ｂ）は絞り通路付き配管の接続構造例を示す断面図である。 絞り通路部材の変形例を示す図であって、（Ａ）は絞り通路部材の平面図、（Ｂ）は絞り通路部材の突起部分における部分拡大図である。 第４の実施の形態に係る絞り通路付き膨張弁を示す要部部分拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、自動車用空調装置の冷凍サイクルにて冷媒が流れる通路としての膨張弁の配管継手部分および冷媒配管の中に絞り通路を形成する場合を例に図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明に係る絞り通路の形成を説明する原理図であって、（Ａ）は絞り通路の形成前を示す要部部分断面、（Ｂ）は絞り通路の形成後を示す要部部分断面であり、図２は絞り通路部材を示す図であって、（Ａ）は絞り通路部材の平面図、（Ｂ）は絞り通路部材の断面図である。

絞り通路部材１は、図２に示したように、円板２の中央に円孔３があけられ、かつ、プレス加工により、円錐の先端部を切断したような截頭円錐形状を有している。この絞り通路部材１の材質としては、ばね性がなく、展性に富んだ塑性を有する材料がよく、たとえば、純アルミニウムまたは冷間圧延後、焼鈍、酸洗および調質圧延を施しただけのステンレス鋼とすることができる。

絞り通路は、冷凍サイクル内の任意の冷媒通路において段差のある部分に絞り通路部材１を用いて形成することができる。すなわち、図１の（Ａ）に示したように、冷媒通路構成部材５に冷媒通路６が形成され、その開口端側の一部を拡管することによって段部７が形成されている。絞り通路部材１は、その外径が冷媒通路６の内径と拡管された部分の内径との間の大きさを有している。

絞り通路の形成においては、まず、絞り通路部材１が冷媒通路６の開口端から落とし込まれて段部７に載置される。このとき、絞り通路部材１は、その外周を含む平面から膨出されている側を冷媒通路６の開口端側に向けて載置される。

次に、柱状圧壊治具８が拡管された冷媒通路６に挿入され、絞り通路部材１を押しつぶす。この押しつぶしの過程で、絞り通路部材１は、まず、その中央部分が押されることで外周縁が外側へ広げられていき、拡管された冷媒通路６の内壁にぶつかる。その後、絞り通路部材１は、冷媒通路６の内壁に阻まれて広がることができないので、円孔３の周りが内側に倒れ込むようにして変形される。最終的には、絞り通路部材１が、図１の（Ｂ）に示したように、段部７のところで冷媒通路６の内壁に係止されて保持されることにより、絞り通路が形成される。

図３は第１の実施の形態に係る絞り通路付き膨張弁を示す断面図である。
この第１の実施の形態に係る膨張弁１０は、ボディ１１を有し、その下端部には、弁室１２が形成され、図３の面に垂直な方向に高圧の冷媒を導入する図示しない入口ポートが接続されている。弁室１２には、弁体１３が弁孔１４に対して開閉自在に配置され、スプリング１５によって弁孔１４を閉じる方向に付勢されている。弁孔１４は、ボディ１１に横設された出口ポート１６に連通している。出口ポート１６には、段部１７が形成され、そこに絞り通路部材１が変形を受けることによって係止されている。

ボディ１１の上部には、エバポレータを出た冷媒が通過する戻り通路１８を有している。戻り通路１８は、ボディ１１内で直角に曲げられ、出口ポート１６が形成された同じボディ１１の側面に入口ポート１９が並設され、高圧の冷媒を導入する入口ポートが形成された同じボディ１１の側面に出口ポートが並設されている。

ボディ１１の上端部には、戻り通路１８を流れる冷媒の温度および圧力を検出するパワーエレメント２０が設けられている。このパワーエレメント２０による冷媒の温度および圧力の検出結果は、ボディ１１内に設置されたシャフト２１によって弁体１３に伝達されるようになっている。これにより、エバポレータを出た冷媒の温度および圧力に応じて弁体１３がリフト制御されることになる。

以上の構成の膨張弁１０において、自動車用空調装置が停止しているとき、パワーエレメント２０は、弁体１３を駆動するだけの力はなく、弁孔１４がスプリング１５により付勢される弁体１３によって閉じられているので、膨張弁１０は全閉状態にある。

ここで、自動車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、コンプレッサの入口に繋がる戻り通路１８の圧力が低下し、これがパワーエレメント２０により感知され、弁体１３を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配管を通じて膨張弁１０の入口ポートに供給されるようになる。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１６を出る。その冷媒は、エバポレータに供給され、その内部で車室内の空気との熱交換により蒸発される。蒸発された冷媒は、膨張弁１０の入口ポート１９に戻され、戻り通路１８を通過してコンプレッサの入口に戻される。そのとき、パワーエレメント２０は、戻り通路１８を通過する冷媒の温度および圧力を感知する。

車室内の空気温度が高い状態で自動車用空調装置を起動したときの初期段階では、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２０はその温度を感知し、弁体１３を駆動して、膨張弁１０を全開状態にする。

車室内の空気温度が低下して、エバポレータ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２０は、弁体１３を閉弁方向に作用させ、膨張弁１０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に供給する冷媒の流量を制御することになる。

膨張弁１０が全開または流量制御をしているとき、弁孔１４から出る冷媒が気液二相状態になることがあり、これが冷媒の圧力変動の要因になる。しかし、出口ポート１６に絞り通路部材１を係止させて絞り通路を形成したことにより、弁孔１４の直後に部屋が形成されることになり、この部屋が圧力の変動を緩和させるバッファの役目をし、冷媒流れの乱れを抑制することになる。また、気液二相の冷媒が絞り通路を通過することにより、ガス冷媒と液冷媒とが混合されるため、気液二相冷媒の湿り度が大きくなり、溜っている液冷媒の液面を低く抑えることができる。この結果、液冷媒は配管通路内を遮断することが少なくなり、音の発生を抑えることができる。

なお、絞り通路部材１は、出口ポート１６の段部１７の下流側に係止させて絞り通路を形成しているが、使用時は、出口ポート１６に配管が挿入される。したがって、たとえ、出口ポート１６の内壁への絞り通路部材１の係止力が小さくても、その配管の端面が邪魔をしていることにより、使用中に、絞り通路部材１が出口ポート１６から離脱してしまうことはない。

図４は第２の実施の形態に係る絞り通路付き配管および膨張弁を示す断面図である。
この第２の実施の形態では、絞り通路を膨張弁１０の継手部に配置される配管に形成している。膨張弁１０の出口ポート１６および入口ポート１９に接続される配管２２，２３は、先端近傍にフランジ２２ａ，２３ａが形成されている。配管２２，２３は、そのフランジ２２ａ，２３ａを膨張弁１０のボディ１１にボルトによって固定される固定プレート２４が押え付けることによって、膨張弁１０に接続され、その接続部は、Ｏリング２５，２６によってシールされている。

配管２２のフランジ２２ａは、開口端近傍を拡管した大径部２７との境界部を半径方向外側へ膨出した形に形成されている。フランジ２２ａの内側は、折り重なった状態になっていて、内径の違いにより段部２８が形成され、その段部２８と大径部２７の基部２９との間には環状の隙間ができている。絞り通路部材１が段部２８に向けて押しつぶされてその外周が広げられたときに、その外周縁部がフランジ２２ａの内側にある隙間に潜り込むことで配管２２内に係止される。この場合、絞り通路部材１は、段部２８の上流側にて係止されているので、冷媒が流れる力によって動いてしまうこともない。

図５は第３の実施の形態に係る絞り通路付き配管を示す図であって、（Ａ）は絞り通路付き配管の断面図、（Ｂ）は絞り通路付き配管の接続構造例を示す断面図である。
この第３の実施の形態では、絞り通路をたとえば膨張弁１０とエバポレータとを接続する配管の中に形成している。絞り通路部材１を取り付ける配管３０は、その開口端近傍を拡管して大径部３１を形成し、その大径部３１との境界部に段部３２を形成している。絞り通路部材１は、配管３０の大径部３１に入れられ、段部３２に向けて押しつぶされることにより、図５の（Ａ）に示したように、配管３０の内部に係止される。

以上のようにして内部に絞り通路が形成された配管３０は、図５の（Ｂ）に示したように、別の配管３３と接続される。配管３３の先端は、配管３０の大径部３１に挿入され、配管３３に周設されたＯリング３４によってシールされている。配管３０および配管３３は、それぞれに設けられた固定プレート３５，３６をたとえば互いにボルトで締結することにより接続されてシール状態で固定される。

図６は絞り通路部材の変形例を示す図であって、（Ａ）は絞り通路部材の平面図、（Ｂ）は絞り通路部材の突起部分における部分拡大図である。
この絞り通路部材１ａは、図２に示した絞り通路部材１と同様に、全体的には中央に円孔３があけられた円板２を截頭円錐形状に加工されており、さらに、外周縁部には、円周方向に均等配置された複数の突起３７が突設されている。絞り通路部材１ａは、図３の膨張弁１０に装着する場合、突起３７を含む外径が出口ポート１６の段部１７より外側の内径と内側の内径との間の大きさに形成されている。

突起３７は、図示の例では、円弧状に形成されているが、この形状に限定されるものではなく、たとえば、冷媒通路６の内壁により食い込み易くするために突起３７の先端が尖った形状になっていてもよい。

外周に突起３７を設けたことによって、絞り通路部材１ａを押しつぶして冷媒通路６の中に係止させるときに、絞り通路部材１の全周を冷媒通路６の内壁に食い込ませる場合よりも突起３７への応力集中が大きく、突起３７の変形および食い込みを容易にしている。しかも、押しつぶしによる絞り通路部材１ａの変形時においては、接触面積の少ない突起３７だけがつぶれて冷媒通路６の内壁に食い込むような形になるので、絞り通路部材１ａを押しつぶす加工のための荷重を低減することができる。

図７は第４の実施の形態に係る絞り通路付き膨張弁を示す要部部分拡大断面図である。なお、この図７において、図３に示した構成要素と同じまたは均等の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。

この第４の実施の形態に係る膨張弁１０は、ボディ１１に形成された出口ポート１６内において、段部１７の外側の開口端側に隣接して出口ポート１６内に環状の係止用溝３８が形成され、そこに絞り通路部材１が変形を受けることによって係止されている。図示の例では、係止用溝３８には絞り通路部材１が係止されているが、図６に示した絞り通路部材１ａが係止されていてもよい。

この膨張弁１０によれば、エバポレータへの配管を取り付ける前に、膨張弁１０が熱的または物理的な衝撃を受けて絞り通路部材１のボディ１１への係止力が弱まったとしても、出口ポート１６からの絞り通路部材１の脱落を確実に防止することができる。また、絞り通路部材１は、食い込みによる係止のみならず、変形による軽い突っ張り力で係止用溝３８内に係止させてもよい。この突っ張り力による係止の場合、絞り通路部材１が係止用溝３８内を移動することはあっても、係止用溝３８を乗り越えて出口ポート１６の開口端側へ移動してしまうことはないからである。

１，１ａ 絞り通路部材
２ 円板
３ 円孔
５ 冷媒通路構成部材
６ 冷媒通路
７ 段部
８ 柱状圧壊治具
１０ 膨張弁
１１ ボディ
１２ 弁室
１３ 弁体
１４ 弁孔
１５ スプリング
１６ 出口ポート
１７ 段部
１８ 戻り通路
１９ 入口ポート
２０ パワーエレメント
２１ シャフト
２２，２３ 配管
２２ａ，２３ａ フランジ
２４ 固定プレート
２５，２６ Ｏリング
２７ 大径部
２８ 段部
２９ 基部
３０ 配管
３１ 大径部
３２ 段部
３３ 配管
３４ Ｏリング
３５，３６ 固定プレート
３７ 突起
３８ 係止用溝

Claims (9)

1. 冷凍サイクルの冷媒が流れる冷媒通路内に絞り通路を形成する絞り通路形成方法であって、
   前記冷媒通路が拡径されることにより形成された段部に、中央に孔のあいた円板を截頭円錐形状に加工して外径が前記段部より外側の内径と内側の内径との間の大きさを有している絞り通路部材を、その外周を含む平面から膨出されている側を前記冷媒通路の外側の開口端側にして載置し、
   前記絞り通路部材を前記段部に押し当てながら前記冷媒通路の拡径側から押しつぶし、前記絞り通路部材の外周が広がるように変形することによって前記絞り通路部材を前記冷媒通路の内壁に係止する、
   ことからなる絞り通路形成方法。
2. 前記絞り通路部材は、塑性を有する材料にして押しつぶしによる変形後の戻りを抑制した請求項１記載の絞り通路形成方法。
3. 冷凍サイクル内を循環する冷媒に対して絞り膨張させる膨張弁であって、
   絞り膨張された冷媒が導出される低圧出口ポートの内部に外側の内径を内側の内径より大きくすることによって形成した段部と、
   前記段部よりも外側の前記低圧出口ポートの内壁に係止された絞り通路部材と、
   を備え、
   前記絞り通路部材は、中央に孔のあいた円板を截頭円錐形状に加工して外径が前記低圧出口ポートの前記段部より外側の内径と内側の内径との間の大きさを有しているものを、前記段部に押し当てながら押しつぶして外周が広がるように変形させることにより外周縁部が冷媒通路の内壁に係止されて絞り通路を形成している絞り通路付き膨張弁。
4. 冷凍サイクル内を循環する冷媒に対して絞り膨張させる膨張弁であって、
   絞り膨張された冷媒が導出される低圧出口ポートの内部に外側の内径を内側の内径より大きくすることによって形成した段部と、
   前記段部よりも外側の前記低圧出口ポートの内壁に係止された絞り通路部材と、
   を備え、
   前記絞り通路部材は、中央に孔があいていて外周に複数の突起を有する円板を截頭円錐形状に加工して前記突起を含む外径が前記低圧出口ポートの前記段部より外側の内径と内側の内径との間の大きさを有しているものを、前記段部に押し当てながら押しつぶして外周が広がるように変形させることにより前記突起が冷媒通路の内壁に係止されて絞り通路を形成している絞り通路付き膨張弁。
5. 冷凍サイクル内を循環する冷媒に対して絞り膨張させる膨張弁であって、
   絞り膨張された冷媒が導出される低圧出口ポートの内部に外側の内径を内側の内径より大きくすることによって形成した段部と、
   前記段部の外側に隣接して前記低圧出口ポートに内設された環状の係止用溝と、
   前記係止用溝に係止された絞り通路部材と、
   を備え、
   前記絞り通路部材は、中央に孔のあいた円板を截頭円錐形状に加工して外径が前記低圧出口ポートの前記段部より外側の内径と内側の内径との間の大きさを有しているものを、前記段部に押し当てながら押しつぶして外周が広がるように変形させることにより外周縁部が前記係止用溝に係止されて絞り通路を形成している絞り通路付き膨張弁。
6. 前記絞り通路部材は、塑性を有する純アルミニウムまたはステンレス鋼とした請求項３ないし５のいずれか１項に記載の絞り通路付き膨張弁。
7. 冷凍サイクル内の冷媒を循環させる配管であって、
   開口端近傍を拡管して境界部に段部を形成した大径部と、
   前記段部よりも開口端側の前記大径部の内壁に係止された絞り通路部材と、
   を備え、
   前記絞り通路部材は、中央に孔のあいた円板を截頭円錐形状に加工して外径が前記大径部の内径と前記段部より内側の内径との間の大きさを有しているものを、前記段部に押し当てながら押しつぶして外周が広がるように変形させることにより前記大径部の内壁に係止されて絞り通路を形成している絞り通路付き配管。
8. 前記絞り通路部材は、塑性を有する純アルミニウムまたはステンレス鋼とした請求項７記載の絞り通路付き配管。
9. 前記境界部を半径方向外側へ膨出したフランジを有し、前記フランジの内側にできる前記段部と前記大径部の基部との間の隙間に前記絞り通路部材を固定した請求項７記載の絞り通路付き配管。

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