JP2013047602A - 膨張弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】単一の膨張弁を用いて冷房効率を高めることができ、しかも、部品点数及びコストの節減を図ることのできる膨張弁を提供する。
【解決手段】コンデンサから冷媒が供給される流入流路と、流入流路に供給された冷媒を分流させてエバポレータに排出する第1・114及び第2・115の排出流路と、流入流路111と第1及び第2の排出流路との間をそれぞれ連通させる第1・112及び第2・113のオリフィスとが形成された本体110と、第1及び第2のオリフィスの開度を調節して冷媒の流量を調節する第1・121及び第2・122の弁と、その位置を変化させるシャフト120とを備え、第1及び第2の排出流路のうちどちらか一方は流入流路の上部側に形成され、他方は流入流路の下部側に形成され、第1及び第2の弁のうち一方は第1のオリフィスの入口を開閉する位置に設けられ、他方は第2のオリフィスの出口を開閉する位置に設ける。
【選択図】図7

Description

本発明は膨張弁に係り、さらに詳しくは、単一の膨張弁を用いてコンデンサから供給された冷媒を分流させてそれぞれ膨張させた後にエバポレータに排出するとき、単一のシャフトにより位置が変化する第1及び第2の弁を用いて第1及び第2のオリフィスの開度(絞り度ともいう)を異なるように調節することのできる膨張弁に関する。
車両用空調装置は、夏季や冬季に自動車の室内を冷暖房したり、降雨時や冬季にウィンドシールドに凍りついた霜などを除去したりして、運転者が前後方視野を確保できるようにすることを目的に設置される自動車の内蔵品であり、この種の空調装置は、通常、暖房システムと冷房システムを兼ね備えていて、外気や内気を選択的に取り込ませてその空気を加熱または冷却した後に自動車の室内に吹き出すことにより自動車の室内を冷暖房または換気する。
このような空調装置の一般的な冷凍サイクルは、通常、図1に示すように、冷媒を圧縮して送出するコンプレッサ1と、コンプレッサ1から送出される高圧の冷媒を凝縮するコンデンサ2と、コンデンサ2において凝縮されて液化した冷媒を絞り膨張させる、例えば、膨張弁3と、膨張弁3により絞り膨張された低圧の液相冷媒を車両の室内側に吹き出される空気と熱交換して冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用により室内に吐き出される空気を冷却するエバポレータ4などが冷媒パイプ5により連結されてなり、次のような冷媒の循環過程を経て自動車の室内を冷房する。
自動車の空調装置の冷房スイッチ(図示せず)がオンになると、まず、コンプレッサ1がエンジンの動力により駆動して低温低圧の気相冷媒を吸入、圧縮して高温高圧の気体状態でコンデンサ2に送出し、コンデンサ2はコンプレッサ1から供給された気相冷媒を外気と熱交換して高温高圧の液体に凝縮する。
コンデンサ2から高温高圧の状態で送出される液相冷媒は膨張弁3の絞り作用により急速に膨張されて低温低圧の湿飽和状態でエバポレータ4に送られ、エバポレータ4は膨張弁3から供給された冷媒を、ブロア(図示せず)により車両の室内に吹き出される空気と熱交換させる。
エバポレータ4において外部空気と熱交換された冷媒は、蒸発し、低温低圧の気体状態で排出され、再びコンプレッサ1に吸入されて、上述した冷凍サイクルを循環することになる。
上記の冷媒循環過程において、車両室内の冷房は、ブロア(図示せず)により吹き出される空気がエバポレータ4の周囲を通過する際、エバポレータ4内を循環する液相冷媒の蒸発潜熱により冷却されて車両室内に吐き出されることにより行われる。
一方、コンデンサ2と膨張弁3との間には、気相冷媒と液相冷媒を分離するレシーバドライバ(図示せず)が介設されて膨張弁3に液相の冷媒のみを供給する。
しかしながら、上述した冷凍サイクルでは冷房効率を向上させることに限界があるため、図2に示すように、多重蒸発により冷房効率の向上を図る多重蒸発システムが開発されている(特許文献1参照)。
図2に示す多重蒸発システムは、2台のエバポレータ4a、4bを並設してなるものであり、一つの膨張弁3を通過した冷媒を分流させてそれぞれのエバポレータ4a、4bに供給する。
ここで、図3に基づき、膨張弁3を簡略に説明すると、膨張弁3は、コンデンサ2から供給される冷媒を膨張させた後にエバポレータ4a、4bに供給するため下部の流入流路32と排出流路33との間にオリフィス34を形成し、上部にはエバポレータ4a、4bから排出された冷媒をコンプレッサ1に供給するため連結流路37を形成した本体31と、オリフィス34を通過する冷媒の流量を調節する弁35と、連結流路37内を流動する冷媒の温度変化に応じて変位するダイアフラム36により昇降して弁35を移動するシャフト38とを有している。
この構造により、空気流動の上流側にある1台目のエバポレータ4aが空気を1次冷却し、2台目のエバポレータ4bは1次冷却された空気を再冷却するため、冷房効率が向上するのである。
しかしながら、従来の技術は、膨張弁3内に1本のオリフィス(膨張流路)34が形成されているため、膨張弁3において膨張した後に排出された冷媒を同一にして分流し、2台のエバポレータ4a、4bにそれぞれ供給することから、2台のエバポレータ4a、4bに供給される冷媒の流量を異なるように調節することができないという問題がある。
すなわち、空気流動の上流側にある1台目のエバポレータ4aには暖かい空気が流入するため相対的に多くの負荷がかかり、2台目のエバポレータ4bには1台目のエバポレータ4aにおいて1次冷却された空気が流入するためかかる負荷は相対的に小さい。冷房効率を向上させるためには、2台のエバポレータ4a、4bにかかる負荷に応じてそれぞれのエバポレータ4a、4bに供給される冷媒の流量を調節する必要がある。しかしながら、図2に示す多重蒸発システムの膨張弁3では2台のエバポレータ4a、4bに供給される冷媒の流量を異なるように調節することができないという問題がある。
このため、従来の膨張弁3を使用する多重蒸発システムでは、冷房効率を向上させることに限界があった。
一方、図4に示すように、2台のエバポレータ4a、4bを使用し、それぞれのエバポレータ4a、4bに供給される冷媒流量を異なるように調節するために2つの膨張弁3a、3bを使用した技術が開示されてはいるものの、この場合には2つの膨張弁3a、3bを設置するスペースが必要になるだけではなく、構成が複雑であり、しかも、部品点数の増加に起因してコストがアップするという問題がある(特許文献2参照)。
特開2001−206039号公報 特開2008−105642号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、単一の膨張弁を用いて冷房効率を高めることができ、しかも、部品点数及びコストの節減を図ることのできる膨張弁を提供するところにある。
上記の目的を達成するために、本発明の膨張弁は、コンデンサから冷媒が供給される流入流路と、流入流路に供給された冷媒を分流させてエバポレータに排出する第1及び第2の排出流路と、流入流路から第1及び第2の排出流路に分流される冷媒を膨張させるために流入流路と第1の排出流路との間及び流入流路と第2の排出流路との間をそれぞれ連通させる第1及び第2のオリフィスとが形成された本体と、本体の内部に設けられると共に、第1及び第2のオリフィスの開度を調節して第1及び第2のオリフィスを通過する冷媒の流量を調節する第1及び第2の弁と、本体の内部に昇降自在に設けられて第1及び第2の弁の位置を変化させるシャフトとを備え、第1及び第2の排出流路のうちどちらか一方の排出流路はシャフトの軸方向に沿って流入流路の上部側に形成され、他方の排出流路は流入流路の下部側に形成され、第1及び第2の弁のうちどちらか一方の弁は第1のオリフィスの入口を開閉する位置に設けられ、他方の弁は第2のオリフィスの出口を開閉する位置に設けられたことを特徴とする。
第2のオリフィスは、本体の内部に脱着自在に結合されるオリフィス部材により形成されたことを特徴とする。
オリフィス部材は、流入流路と第2の排出流路との間を連通させるように形成された連通通路に脱着自在に結合される結合胴体と、結合胴体の内周面に形成される第2のオリフィスと、を備えることを特徴とする。
オリフィス部材の結合胴体の外径は、第1の弁の外径に等しいかまたそれよりも大きく形成されたことを特徴とする。
本発明は、コンデンサから供給された冷媒を分流して、エバポレータの第1及び第2の蒸発部に異なる冷媒流量を同時に供給することができ、これにより、エアコンの冷房効率が向上する。
また、単一の膨張弁を用いて冷媒を分流させることから、部品点数及びコストの節減を図ることができる。
さらに、流入流路の上下部に第1及び第2の排出流路を形成すると共に、シャフトの軸方向に沿って第1及び第2のオリフィスを配設することにより、膨張弁内部の第1及び第2のオリフィスの長さ及び第1及び第2の排出流路の長さを短縮することができ、これにより、膨張弁のサイズを減らすことができる。
さらに、第2のオリフィスが形成されたオリフィス部材を膨張弁の本体内部に脱着自在に結合することにより、オリフィス部材の第2のオリフィスのサイズを変化させて第1及び第2の排出流路に分流される冷媒の割合を簡単に変更することができる。
加えて、既存の膨張弁におけるデッドゾーン(エバポレータから吐き出された冷媒が通過する連結流路と流入流路との間)に排出流路(第1の排出流路)をさらに設けて第1及び第2の排出流路を形成することにより、排出流路の追加による膨張弁の肥大化を極力抑えることができる。
通常の車両用エアコンの冷凍サイクルを示す構成図である。 従来の多重蒸発システムを示す構成図である。 図2における膨張弁を示す断面図である。 従来の多重蒸発システムの他の例を示す構成図である。 本発明に係る膨張弁が適用される車両用エアコンの冷凍サイクルを概略的に示す構成図である。 本発明に係る膨張弁が適用される車両用空調装置を示す構成図である。 本発明に係る膨張弁を示す断面斜視図である。 図6の断面図である。 (a)は本発明に係る膨張弁において、第1及び第2のオリフィスが閉鎖された場合を示す部分断面図であり、(b)は第1及び第2のオリフィスが開放された場合を示す部分断面図である。 本発明に係る膨張弁において、第2の弁がシャフトとは別設された場合を示す部分断面図である。 本発明に係る膨張弁において、第1及び第2の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第1及び第2の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第1及び第2の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第1及び第2の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第1及び第2の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第2のオリフィスが本体に脱着自在に結合されるオリフィス部材を形成した場合を示す断面斜視図である。 図16の断面図である。
以下、図面に基づき、本発明を詳述する。
まず、本発明に係る膨張弁100が適用される車両用空調装置は、コンプレッサ1、コンデンサ2、膨張弁100、エバポレータ60を冷媒パイプ5により順に連結してなる冷凍サイクルにおいて、膨張弁100は単一で構成し、エバポレータ60は2つの蒸発領域に分けて第1の蒸発部61と第2の蒸発部62とで構成される。
コンプレッサ1は、動力供給源(エンジンまたはモータなど)から動力を得て駆動し、エバポレータ60から吐き出された気相冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の気体状態でコンデンサ2に吐き出す。
コンデンサ2は、コンプレッサ1から吐き出された高温高圧の気相冷媒を外気と熱交換させて高温高圧の液体に凝縮し、膨張弁100に吐き出す。
膨張弁100は、単一の本体110の内部に、2本のオリフィス(膨張流路)112、113が形成されたものである。このため、コンデンサ2から吐き出された高温高圧の液相冷媒は、本体110に流入して2本のオリフィス112、113を通過しつつそれぞれ膨張して低温低圧の湿飽和状態となった後、それぞれ分流した状態でエバポレータ60の第1の蒸発部61及び第2の蒸発部62に供給される。
膨張弁100はシャフト120により位置が変化する第1及び第2の弁121、122を用いて第1及び第2のオリフィス112、113の開度を調節して複数の蒸発部61、62に供給する冷媒流量が互いに異なるように調節することができる。
このとき、単一のブロア160から吹き出す空気が複数の蒸発部61、62を順に通過するため、膨張弁100は、複数の蒸発部61、62のうち空気流動の上流側に設けられた蒸発部61に供給される冷媒流量が下流側に設けられた蒸発部62に供給される冷媒流量よりも多くなるようにすることが好ましい。
以下、膨張弁100について詳述する。
コンデンサ2と膨張弁100との間には気相冷媒と液相冷媒を分離するレシーバドライバ(図示せず)を設け、膨張弁100には液相の冷媒のみが供給されるようにする。
複数のエバポレータ60は、単一の膨張弁100内の2本のオリフィス(膨張流路)112、113を通過しつつそれぞれ膨張された低圧の液相冷媒をそれぞれ受給して、その外周面においてブロア160から車両室内に吹き出される空気と熱交換を行なう。冷媒が蒸発することによりえられた蒸発潜熱が大気の熱を吸収し、車両室内に吐き出される空気を冷却する。
このエバポレータ60は、第1のオリフィス112において膨張された冷媒を蒸発させる第1の蒸発部61と、第2のオリフィス113において膨張された冷媒を蒸発させる第2の蒸発部62と、から構成される。すなわち、単一のエバポレータ60を2つの蒸発領域に分けて第1の蒸発部61と第2の蒸発部62を構成することになる。
もちろん、単一のエバポレータ60ではなく、独立した2台のエバポレータにより第1の蒸発部61と第2の蒸発部62を構成してもよい。
また、第1の蒸発部61と第2の蒸発部62は、単一ブロア160により吹き出される空気が第1及び第2の蒸発部61、62を順次に通過する過程で冷却されるように、第1及び第2の蒸発部61、62を通過する空気の流動方向に重なり合うように配設されることがよい。
一方、第1の蒸発部61は第1のオリフィス112側の第1の排出流路114と冷媒パイプ5により連結され、第2の蒸発部62は第2のオリフィス113側の第2の排出流路115と冷媒パイプ5により連結される。
そして、本発明に係る膨張弁100は、単一の本体110と、第1及び第2の弁121、122と、シャフト120と、作動手段130と、から構成される。
本体110には、コンデンサ2から冷媒を供給される流入流路111と、流入流路111に供給された冷媒を分流させてエバポレータ60の第1の蒸発部61及び第2の蒸発部62にそれぞれ排出する第1及び第2の排出流路114、115と、流入流路111から第1及び第2の排出流路114、115に分流される冷媒を膨張させるように流入流路111と第1の排出流路114との間及び流入流路111と第2の排出流路115との間をそれぞれ連通させる第1及び第2のオリフィス112、113と、が形成される。
第1及び第2のオリフィス112、113の直径は、流入流路111及び第1及び第2の排出流路114、115の直径よりも小さく形成される。このため、コンデンサ2から流入流路111に供給された冷媒は第1及び第2のオリフィス112、113を通過しつつ第1及び第2の排出流路114、115に分流される過程でそれぞれ膨張することになる。
このとき、第2のオリフィス113の直径は第1及び第2の弁121、122の外径よりも小さく形成されることが好ましい。
また、第1及び第2の排出流路114、115のうちどちらか一方の排出流路はシャフト120の軸方向に沿って流入流路111の上部側に形成され、他方の排出流路は流入流路111の下部側に形成される。
このとき、相対する流入流路111の一方の端部と第1及び第2の排出流路114、115の一方の端部はシャフト120の軸方向に重なり合うように形成される。
すなわち、本体110の下部から順に第2の排出流路115、流入流路111、第1の排出流路114が所定の間隔をもって積み重ねられる構造を有する。各流路の相対する一方の端部が互いに重なり合うように形成され、それぞれの重なり合う個所に第1及び第2のオリフィス112、113が形成されることにより、単一の流入流路111に流入した冷媒がその上下側の第1及び第2の排出流路114、115に分流されることになる。
そして、第1及び第2のオリフィス112、113は、流入流路111の上下部にシャフト120の軸方向に沿って形成されて第1及び第2の排出流路114、115とそれぞれ連通される。
一方、流入流路111はコンデンサ2の出口側と冷媒パイプ5により連結され、第1の排出流路114はエバポレータ60の第1の蒸発部61と冷媒パイプ5により連結され、第2の排出流路115はエバポレータ60の第2の蒸発部62と冷媒パイプ5により連結される。
また、本体110にはエバポレータ60から排出された冷媒をコンプレッサ1に供給するための連結流路116が形成される。
連結流路116の一方の側はエバポレータ60の出口側と冷媒パイプ5により連結され、他方の側はコンプレッサ1の入口側と冷媒パイプ5により連結される。
このため、エバポレータ60から排出された冷媒は本体110の連結流路116を通過した後にコンプレッサ1に供給されることになる。
連結流路116は、図示の如く、入口と出口が90°をなすように形成されてもよいが、180°をなすように形成されてもよい。また、流入流路111と第1及び第2の排出流路114、115がなす角度もまた180°であってもよく、90°であってもよい。
第1及び第2の弁121、122は、本体110の内部に設けられると共に、第1及び第2のオリフィス112、113の開度を調節して第1及び第2のオリフィス112、113を通過する冷媒の流量を調節する。
ここで、第1及び第2の弁121、122のうちどちらか一方の弁は第1のオリフィス112の入口112aを開閉する位置に設けられ、他方の弁は第2のオリフィス113の出口113aを開閉する位置に設けられる。
図中、第1の弁121が流入流路111の内部において第1のオリフィス112の入口112aの下側に設けられて第1のオリフィス112の開度を調節し、第2の弁122は第2の排出流路115の内部において第2のオリフィス113の出口113aの下側に設けられて第2のオリフィス113の開度を調節する。
また、第1の弁121により入口112aが開閉される第1のオリフィス112はシャフト120の軸方向に沿って上側に配設され、第2の弁122により出口113aが開閉される第2のオリフィス113はシャフト120の軸方向に沿って下側に配設される。
このように、第1の弁121は第1のオリフィス112の入口112aを開閉するように、且つ、第2の弁122は第2のオリフィス113の出口113aを開閉するように設けられることにより、単一のシャフト120により位置を変えることができる第1及び第2の弁121、122が正常的に開閉作動を行うことが可能になる。
もし、第1及び第2の弁121、122が両方とも第1及び第2のオリフィス112、113の入口だけを開閉する位置に設けられるか、または、出口だけを開閉する位置に設けられるとしたならば、単一のシャフト120を軸方向に駆動して第1及び第2の弁121、122を円滑に駆動することは困難となり、2本のシャフトが必要になるなど構造が複雑化してしまう。
そして、シャフト120は単一のシャフト120により形成されて、本体110の内部に昇降自在に設けられると共に、第1及び第2の弁121、122の位置を変えることができる。
シャフト120は本体110の内部に垂直方向に流動自在に設けられて下端部が第1及び第2のオリフィス112、113の中心を貫通することになる。これにより、第1及び第2のオリフィス112、113は垂直に設けられたシャフト120と同心上に形成されることになる。
シャフト120の上端部は本体110の上端部に設けられる作動手段130に連結される。
一方、シャフト120は本体110の内部に垂直方向に設けられるため、連結流路116、第1の排出流路114、第1のオリフィス112、流入流路111、第2のオリフィス113を貫通することになる。
さらに、連結流路116と、流入流路111及び第1及び第2の排出流路114、115はそれぞれシャフト120に対して直角方向に形成される。
作動手段130は本体110の上端部に設けられるものであり、エバポレータ60から排出される冷媒の温度に応じて膨張または収縮しながら変位してシャフト120を移動させる。
より具体的に、作動手段130は、エバポレータ60から排出されて連結流路116を流れる冷媒の温度変化に応じて膨張と収縮をする流体が内部に充填された減温室131と、減温室131内の流体の膨張と収縮に応じて上下方向に変位しながらシャフト120を往復移動させるダイアフラム132とから構成される。
一方、作動手段130の他の実施形態として、電気式で作動するソレノイド(図示せず)を本体110の上端部に配設してもよい。すなわち、印加される電流に応じてソレノイドがシャフト120を往復移動させることも可能である。
上述したように、エバポレータ60の圧力または温度等状態に応じて作動手段130により所定の距離だけ移動するシャフト120により第1及び第2の弁121、122の位置が変化して第1及び第2のオリフィス112、113の開度が調節され、これにより、第1及び第2の排出流路114、115により分流されて第1の蒸発部61及び第2の蒸発部62にそれぞれ供給される冷媒の流量を調節することが可能になる。
そして、第1及び第2の弁121、122はシャフト120に互いに所定の間隔だけ離間して一体に形成されてもよく、第1の弁121のみがシャフト120に一体に形成され、第2の弁122はシャフト120とは別に成形され、シャフト120に設置されてもよい。
第1及び第2の弁121、122がシャフト120に一体に形成された場合には、第2のオリフィス113の開度を調節する第2の弁122がシャフト120の先端部に一体に形成され、第1のオリフィス112の開度を調節する第1の弁121は第2の弁122から所定の間隔だけ離れてシャフト120の上に一体に形成される。
一方、第1の弁121のみがシャフト120に一体に形成され、第2の弁122がシャフト120とは別に成形された場合、第2の弁122は本体110内部の第2の排出流路115内においてシャフト120の先端部に当接して移動自在に設けられて第2のオリフィス113の開度を調節することになる。
さらに、第2の弁122をシャフト120の先端部に取り外し自在に形成した場合でも、第2の弁122がシャフト120の先端部に一体に形成された場合と同様の効果が得られる。
さらに、第2の弁122は第2の排出流路115の内側に設けられた弾性部材141によりシャフト120側の方向に弾性的に保持される。
このとき、本体110の下端部には弾性部材141を取り付けるための取付孔117が第2の排出流路115と連通するように形成されるが、取付孔117はシャフト120と同心状に形成される。
さらに、取付孔117は密閉部材140により密閉される。
一方、取付孔117は本体110の下端部にシャフト120の軸方向にドリル加工を行うときに形成され、このとき、後述するオリフィス部材150が結合される連通通路118も一緒に形成される。
ここで、弾性部材141は密閉部材140の上端に載置され、弾性部材141と第2の弁122との間には第2の弁122を安定的に支承できるように受け部材142が配備される。
そして、本発明はコンデンサ2から流入流路111に供給された冷媒が第1及び第2のオリフィス112、113により膨張されながら第1及び第2の排出流路114、115にそれぞれ分流された後にエバポレータ60の第1及び第2の蒸発部61、62に供給されるが、このとき、第1及び第2のオリフィス112、113により異なる冷媒流量がそれぞれ分流されて供給されるように第1及び第2の弁121、122の形状を変化させたり、第1及び第2のオリフィス112、113の形状を変化させる。
すなわち、空調ケース50の内部において単一ブロア160により吹き出される空気の流動方向の上流側にある第1の蒸発部61には暖かい空気が流入するため相対的に多目の負荷がかかり、下流側にある第2の蒸発部62には第1の蒸発部61において1次冷却された空気が流入するため相対的に少な目の負荷がかかるが、このように負荷が多目にかかる第1の蒸発部61には相対的に多量の冷媒流量を供給し、負荷が少な目にかかる第2の蒸発部62には相対的に少量の冷媒流量を供給しなければ、冷房効率を向上させることができない。
このように、単一の膨張弁100を用いて第1及び第2の蒸発部61、62にかかる負荷に応じて異なる冷媒流量を同時に供給することにより、エアコンの冷房効率を向上させると共に、部品点数及びコストの節減を図ることができる。
図11から図15は、第1及び第2の弁121、122を異なる形状を有するように形成した場合の様々な実施形態を示すものである。図11に示すように、第1及び第2の弁121、122のうちどちらか一方の弁は球状に形成し、他方の弁は円錐台形状に形成してもよい。同図において、第1の弁121を円錐台形状に形成し、第2の弁122を球状に形成している。ここで、第1の弁121は図11または図12に示す形状にしてシャフト120に一体に形成してもよい。
図13は、第1及び第2の弁121、122のうちどちらか一方の弁は球状に形成し、他方の弁は長円状に形成したものであり、同図において、第1の弁121を球状に形成し、第2の弁122を長円状に形成している。
図14は、第1及び第2の弁121、122のうちどちらか一方の弁は球状に形成し、他方の弁は円柱形状に形成したものであり、同図において、第1の弁121を円柱形状に形成し、第2の弁122を球状に形成している。
以上においては、第1及び第2の弁121、122が異なる形状を有するように形成された場合のみを説明したが、さらに、第1及び第2の弁121、122を同一の形状を有するように形成し、サイズを異にして形成してもよい。
例えば、図15は、第1及び第2の弁121、122を両方とも円錐台形状に形成したものであるが、第1の弁121は相対的に高さが低い円錐台形状であり、第2の弁122は相対的に高さが高い円錐台形状である。
これらの他にも、第1及び第2の弁121、122の両方を球状に形成してもよく、このように第1及び第2の弁121、122の形状が同一の形状である場合には、第1及び第2の弁121、122のサイズを異にして形成することが好ましい。もちろん、第1及び第2の弁121、122の形状やサイズを同一に形成した場合には第1及び第2のオリフィス112、113の形状を変えて形成することが好ましい。
一方、図示はしないが、第1及び第2の弁121、122のうち少なくとも一方の弁を多面体形状に形成してもよい。
このように、第1及び第2の弁121、122の形状またはサイズを変えて形成することにより、第1及び第2のオリフィス112、113により異なる冷媒流量が供給されるようにしてもよい。
そして、第1及び第2のオリフィス112、113により異なる冷媒流量を供給するようにするために、上記のように第1及び第2の弁121、122の形状を異にする方法の他にも、第1及び第2のオリフィス112、113のサイズを異にして形成する方法を採用してもよい。
例えば、図9に示すように、第1及び第2のオリフィス112、113を互いに直径が異なるように形成する方法が有る。
さらには、第1及び第2の弁121、122が載置されるように第1のオリフィス112の入口112a側と第2のオリフィス113の出口113a側にそれぞれ載置面112b、113bを形成するが、第1のオリフィス112の入口112a側の載置面112bの形状と第2のオリフィス113の出口113a側の載置面113bの形状を変えて形成してもよい。
このとき、第1及び第2のオリフィス112、113の載置面112b、113bと第1及び第2の弁121、122との間の間隔に応じて冷媒流量が調節される。
また、第1及び第2のオリフィス112、113の載置面112b、113bのうちどちらか一方の載置面は曲面状に形成され、他方の載置面は傾斜面に形成されることが好ましい。同図において、第1のオリフィス112の入口112a側の載置面112bを曲面状に形成し、第2のオリフィス113の出口113a側の載置面113bは傾斜面に形成している。
さらに、第1及び第2のオリフィス112、113の載置面112b、113bはそれぞれ面積、角度、深さ、直径などを変えて形成してもよい。加えて、第1及び第2のオリフィス112、113の載置面112b、113bの形状を同一の形状に形成する場合にはサイズを異にして形成してもよい。
このように、第1及び第2の弁121、122の形状やサイズを変えて形成するか、あるいは、第1及び第2のオリフィス112、113の形状やサイズを変えて形成することにより、シャフト120が所定の距離移動した場合、第1及び第2のオリフィス112、113の載置面112b、113bから第1及び第2の弁121、122がそれぞれ離れる間隔が互いに異なってくる結果、第1及び第2のオリフィス112、113を通過する冷媒の流量も異なってき、これにより、第1の蒸発部61及び第2の蒸発部62に異なる冷媒流量を供給することができる。
さらに、図16及び図17は、シャフト120の軸方向に沿って下側に配設された第2のオリフィス113を本体110の内部に脱着自在に結合させたオリフィス部材150を示す図である。
オリフィス部材150は、流入流路111と第2の排出流路115との間を連通させるように形成された連通通路118に脱着自在に結合される結合胴体151と、結合胴体151の内周面に形成される第2のオリフィス113とから構成される。
すなわち、本体110の下端部においてシャフト120の軸方向にドリル加工を行うことにより流入流路111と第2の排出流路115を連通させる連通通路118を形成し、連通通路118の内周面にオリフィス部材150を脱着自在に結合する。
第2のオリフィス113を本体110に脱着可能なオリフィス部材150に形成する理由は、シャフト120の組立に際して、本体110の下側から上側に向かって組み立てるとき、シャフト120に形成された第1の弁121が第2のオリフィス113を通過しなければ、第1のオリフィス112の入口112a側に位置することができないため、第2のオリフィス113を本体110に脱着可能なオリフィス部材150に形成しなければシャフト120の組み立てが不可能になるのである。
さらに、第1の弁121はシャフト120に一体に形成され、第2の弁122は第1の弁121及びシャフト120から取り外し自在に設置されて、本体110内部の連通通路118にオリフィス部材150を先に結合した後、シャフト120の端部に第2の弁122を結合することになる。
すなわち、図示の如く、第1及び第2の弁121、122の間にオリフィス部材150が位置するためには、第2の弁122を第1の弁121及びシャフト120から取り外し自在に別設することが好ましい。
このため、組み立ての手順は、本体110にシャフト120を先に組み付けて第1の弁121を本体110内部の定位置に位置付けた後、第2のオリフィス113付きオリフィス部材150を本体110の連通通路118に嵌通する。この後、シャフト120の端部に取り外し自在に別設された第2の弁122を結合する。
ここで、第2の弁122はシャフト120の端部に押し込まれて結合される。
また、オリフィス部材150の結合胴体151の外径は第1の弁121の外径に等しいかまたはそれよりも大きく形成されることが好ましい。
すなわち、第1の弁121の外径がオリフィス部材150が載置される連通通路118の内径(オリフィス部材150の結合胴体151の外径)に等しいかまたはそれよりも小さく形成されなければ、シャフト120を本体110の下側から上側に向かって組み立てることが困難になる。
さらに、第1及び第2の排出流路114、115は同一の直径を有するように形成される。
すなわち、図7及び図8においては、第1の排出流路114と連結された第1の蒸発部61に相対的に多目の冷媒流量を供給するように第1の排出流路114の直径を第2の排出流路115よりも大きく形成しているが、第1及び第2の蒸発部61、62にそれぞれ供給すべき冷媒流量が異なってくるとしても、図17に示すように製品生産性即ち、量産性を高めるために第1及び第2の排出流路114、115を同一の直径を有するように形成してもよい。
この場合、第1及び第2の排出流路114、115の直径が同一であっても、第1及び第2の弁121、122及び第1及び第2のオリフィス112、113を用いて冷媒流量を異なるように調節することができる。
一方、以上においては、流入流路111は1本であり、排出流路は第1及び第2の排出流路114、115の2本である場合についてのみ説明したが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、流入流路111は1本であるものの、排出流路114、115は2本以上の複数である構成も採用可能である。このときには、2本以上の排出流路114、115の数に対応して第1及び第2の弁121、122の数も増やせばよい。
以下、本発明に係る膨張弁及びこれを備えた車両用空調装置の作用を説明する。
まず、コンプレッサ1において圧縮される高温高圧の気相冷媒はコンデンサ2に流入する。
コンデンサ2に流入した気相冷媒は外部空気との熱交換により凝縮されながら高温高圧の液相冷媒に相変化した後、単一の膨張弁100の流入流路111に流入する。
流入流路111に流入した冷媒は第1及び第2のオリフィス112、113を通って第1及び第2の排出流路114、115にそれぞれ分流される。
このとき、第1及び第2のオリフィス112、113を通って第1及び第2の排出流路114、115にそれぞれ分流される過程で冷媒は減圧膨張される。
さらに、シャフト120の移動時に第1及び第2の弁121、122の位置が変化し、このとき、第1及び第2のオリフィス112、113の開度が異なるように調節される。すなわち、本発明においては、第1のオリフィス112の方が第2のオリフィス113よりも相対的に多目に開放されるため、第1及び第2のオリフィス112、113を通ってそれぞれ分流される冷媒もまた第1のオリフィス112に相対的に多目の流量が分流されることになる。
引き続き、第1及び第2のオリフィス112、113を通って第1及び第2の排出流路114、115にそれぞれ分流されながら減圧膨張された冷媒は低温低圧の霧化状態となってエバポレータ60の第1の蒸発部61と第2の蒸発部62にそれぞれ流入する。このとき、第1の蒸発部61に相対的に多量の冷媒流量が流入する。
エバポレータ60の第1の蒸発部61及び第2の蒸発部62に流入した低温低圧の冷媒は単一のブロア160により車両の室内側に吹き出される空気と熱交換して蒸発すると同時に、冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用を用いて車両の室内に吹き出される空気を冷却させることになる。
この後、エバポレータ60の第1の蒸発部61及び第2の蒸発部62から排出された低温低圧の冷媒は合流されて膨張弁100の連結流路116を経由するが、このとき、連結流路116を流れる冷媒の温度や圧力により収縮または膨張する作動手段130によりシャフト120が移動しながら第1及び第2の弁121、122の位置を変化させるため、エバポレータ60の状態(圧力、温度)に応じて第1及び第2のオリフィス112、113を通過する冷媒の流量が調節され、これにより、冷房負荷に適切に対応することが可能になる。
引き続き、膨張弁100の連結流路116を経た冷媒はコンプレッサ1に流入しながら上述の如き冷凍サイクルを再循環する。
1:コンプレッサ
2:コンデンサ
3:膨張弁
4:エバポレータ
4a:第1のエバポレータ
4b:第2のエバポレータ
5:冷媒パイプ
31:本体
32:下部の流入流路
33:排出流路
34:オリフィス(膨張流路)
35:弁
36:ダイアフラム
37:連結流路
38:シャフト
50:空調ケース
60:エバポレータ
61:第1の蒸発部
62:第2の蒸発部
100:膨張弁
110:本体
111:流入流路
112:第1のオリフィス
112a:第1のオリフィスの入口
112b:第1のオリフィスの入口側の載置面
113:第2のオリフィス
113a:第2のオリフィスの出口
113b:第2のオリフィスの出口側の載置面
114:第1の排出流路
115:第2の排出流路
116:連結流路
117:取付孔
118:連通通路
120:シャフト
121:第1の弁
122:第2の弁
130:作動手段
131:減温室
132:ダイアフラム
140:密閉部材
141:弾性部材
142:受け部材
150:オリフィス部材
151:結合胴体
160:ブロア

Claims (14)

  1. コンデンサ(2)から冷媒が供給される流入流路(111)と、前記流入流路(111)に供給された冷媒を分流させてエバポレータ(60)に排出する第1及び第2の排出流路(114、115)と、前記流入流路(111)から前記第1及び第2の排出流路(114、115)に分流される冷媒を膨張させるために前記流入流路(111)と前記第1の排出流路(114)との間及び前記流入流路(111)と前記第2の排出流路(115)との間をそれぞれ連通させる第1及び第2のオリフィス(112、113)とが形成された本体(110)と、
    前記本体(110)の内部に設けられると共に、前記第1及び第2のオリフィス(112、113)の開度を調節して前記第1及び第2のオリフィス(112、113)を通過する冷媒の流量を調節する第1及び第2の弁(121、122)と、
    前記本体(110)の内部に昇降自在に設けられて前記第1及び第2の弁(121、122)の位置を変化させるシャフト(120)とを備え、
    前記第1及び第2の排出流路(114、115)のうちどちらか一方の排出流路は前記シャフト(120)の軸方向に沿って前記流入流路(111)の上部側に形成され、他方の排出流路は前記流入流路(111)の下部側に形成され、前記第1及び第2の弁(121、122)のうちどちらか一方の弁は前記第1のオリフィス(112)の入口(112a)を開閉する位置に設けられ、他方の弁は前記第2のオリフィス(113)の出口(113a)を開閉する位置に設けられたたことを特徴とする膨張弁。
  2. 前記入口(112a)が開閉される第1のオリフィス(112)は前記シャフト(120)の軸方向に沿って上側に配設され、前記出口(113a)が開閉される前記第2のオリフィス(113)は前記シャフト(120)の軸方向に沿って下側に配設されたことを特徴とする請求項に記載の膨張弁。
  3. 前記シャフト(120)の軸方向に沿って下側に配設された前記第2のオリフィス(113)は、前記本体(110)の内部に脱着自在に結合されるオリフィス部材(150)により形成されたことを特徴とする請求項に記載の膨張弁。
  4. 前記オリフィス部材(150)は、前記流入流路(111)と前記第2の排出流路(115)との間を連通させるように形成された連通通路(118)に脱着自在に結合される結合胴体(151)と、前記結合胴体(151)の内周面に形成される前記第2のオリフィス(113)と、を備えることを特徴とする請求項に記載の膨張弁。
  5. 前記オリフィス部材(150)の前記結合胴体(151)の外径は、前記第1の弁(121)の外径に等しいかまたそれよりも大きく形成されたことを特徴とする請求項に記載の膨張弁。
  6. 前記第1の弁(121)は前記シャフト(120)に一体に形成され、
    前記第2の弁(122)は前記第1の弁(121)及び前記シャフト(120)から取り外し自在に別設されて、前記シャフト(120)の端部に結合されることを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
  7. 前記第2のオリフィス(113)の直径は前記第1及び第2の弁(121、122)の外径よりも小径であることを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
  8. 前記第1及び第2の排出流路(114、115)は同一の直径を有するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
  9. 前記第1及び第2の弁(121、122)は異なる形状を有するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
  10. 前記第1及び第2の弁(121、122)は同一の形状を有するように形成され、異なるサイズて形成されたことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
  11. 前記第1及び第2のオリフィス(112、113)は異なる直径を有するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
  12. 前記第1及び第2の弁(121、122)が載置されるように前記第1及び第2のオリフィス(112、113)にはそれぞれ載置面(112b、113b)が形成され、前記それぞれの載置面(112b、113b)は異なる形状を有するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
  13. 前記第1及び第2の弁(121、122)が載置されるように前記第1及び第2のオリフィス(112、113)にはそれぞれ載置面(112b、113b)が形成され、前記それぞれの載置面(112b、113b)は同一の形状を有するように形成され、異なるサイズ形成されたことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
  14. 前記第1及び第2の弁(121、122)が載置されるように前記第1及び第2のオリフィス(112、113)にはそれぞれ載置面(112b、113b)が形成され、
    前記第1及び第2の弁(121、122)は、前記シャフト(120)が所定の距離移動した場合に前記第1及び第2のオリフィス(112、113)の前記載置面(112b、113b)からそれぞれ離れる間隔が異なるように構成されて、前記第1及び第2のオリフィス(112、113)を通過する冷媒の流量を変えたことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
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