JP2018021717A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】気泡のさらなる細分化を行い、冷媒通過音を低減させたフランジを備える膨張弁を提供する。【解決手段】冷媒を導入する入口ポート、前記入口ポートに連通する弁室、前記弁室に設けられた弁孔、及び前記弁孔に連通し、前記冷媒を導出する出口ポートを有する弁本体と、前記弁孔を流れる前記冷媒の量を調節する弁体と、前記弁本体に取り付けられて弁棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントと、前記弁体を支持する支持部材と、前記支持部材を介して前記弁体を閉弁方向に押圧するコイルバネと、前記入口ポートに設けられるフランジと、を備え、前記フランジは、前記入口ポートに配置される環状の基部と、前記基部から突出する突出部と、を有し、前記突出部の先端が塞がり、前記突出部の側周面に複数の貫通孔が形成される膨張弁。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルに用いられる感温機構内蔵型の膨張弁に関する。

従来、自動車に搭載される空調装置等に用いる冷凍サイクルについては、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温機構内蔵型の温度膨張弁が使用されている。このような膨張弁の弁本体は、高圧の冷媒が導入される入口ポートと入口ポートに連通する弁室とを有するとともに、弁本体の頂部には、パワーエレメントと称する弁体の駆動機構が装備される。

弁室内に配設される球状の弁体は、弁室に開口する弁孔の弁座に対向し配置される。弁体は、弁室内に配置された支持部材に支持され、弁本体に取り付けられた調整ねじと支持部材との間に設置されたコイルバネにより弁座方向へ付勢される。そして、弁体は、パワーエレメントにより駆動される弁棒により操作されて、弁座との間の絞り通路の開度を制御する。また、弁孔を通った冷媒は、出口ポートから蒸発器側へ送られる。

ここで、コンプレッサの起動時等、大きな圧力変動が生じている冷媒では、冷媒内の大きな気泡が弁室内で破裂することにより騒音が発生する場合がある。この騒音を冷媒通過音という。

このような冷媒通過音を低減するため、従来、メッシュ状のフィルタが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２７８６２５号公報

従来のメッシュ状のフィルタの構造は一定の騒音低減効果を有する。しかしながら、気泡がメッシュ状のフィルタを通過しても、細分化が十分でない場合がある。すなわち、気泡のさらなる細分化が求められている。

そこで、本発明の目的は、気泡のさらなる細分化を行い、冷媒通過音を低減させたフランジを備える膨張弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の膨張弁の１つは、冷媒を導入する入口ポート、前記入口ポートに連通する弁室、前記弁室に設けられた弁孔、及び前記弁孔に連通し、前記冷媒を導出する出口ポートを有する弁本体と、前記弁孔を流れる前記冷媒の量を調節する弁体と、前記弁本体に取り付けられて弁棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントと、前記弁体を支持する支持部材と、前記支持部材を介して前記弁体を閉弁方向に押圧するコイルバネと、前記入口ポートに設けられるフランジと、を備え、前記フランジは、前記入口ポートに配置される環状の基部と、前記基部から突出する突出部と、を有し、前記突出部の先端が塞がり、前記突出部の側周面に複数の貫通孔が形成される。

本発明による膨張弁の一実施例において、前記突出部は、円錐形状であってもよいし、前記円錐形状である前記突出部の先端は丸みを帯びていてもよい。また、前記突出部は、円筒形状であってもよい。さらに、前記入口ポートに冷媒を導入する流路内に占める前記貫通孔のない先端部の面積比が３０％以上になるように構成されてもよい。

この発明による膨張弁は、上記のように構成されているので、気泡のさらなる細分化を行い、冷媒通過音を低減させることができる。

本発明による膨張弁の第１実施例を示す縦断面図である。 第１実施例の気泡細分化フランジを示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図および（ｃ）縦断面図である。 第１実施例の気泡細分化フランジを通過する気泡の流路を示す縦断面図である。 第１実施例の気泡細分化フランジおよび継手の寸法関係を示す縦断面図である。 第２実施例の気泡細分化フランジを示す側面図である。

＜第１実施例＞
図１は、本発明による膨張弁の第１実施例を示す縦断面図である。

図１に示すように、膨張弁１０は、弁本体１１、パワーエレメント７０、弁体４０、弁棒６０、防振ばね３６、支持部材１００、コイルバネ４４、調整ねじ１２０を備えている。

弁本体１１は、例えばアルミ合金製であって、例えば図１のＸ方向を押出方向として、アルミ合金等を押出成形し、これに機械加工を施すことによって得ることができる。この弁本体１１は、高圧の冷媒が導入される入口ポート２０と、入口ポート２０より流入した冷媒が流出する冷媒の出口ポート２８と、冷媒の戻り通路３０と、防振ばね３６を取り付ける穴部３３と、弁本体１１を図示されない蒸発器や他の部品等に取り付けるための取付穴（あるいは取付用雌ねじ）８０等とを有する。

パワーエレメント７０は、弁本体１１の上面に円形状に開口した有底の円筒状穴に取り付けられる。この穴の底部中央には戻り通路３０に至る（連通する）開口３２が形成されている。ここで、パワーエレメント７０の中心軸の方向は、戻り通路３０内を通過する冷媒の通過方向（Ｘ方向）とほぼ直交する方向（Ｙ方向）となっている。

弁本体１１の下面には、開口が設けられ、さらに挿入穴１１ｂが形成されている。開口部分を調整ねじ１２０で封鎖することにより弁本体１１の内部に弁室２４が形成される。弁室２４は、円筒状の側壁面を備える。また、挿入穴１１ｂの上端と入口孔２０ａの間の部分は、強度に必要な厚みを有していればよい。

入口ポート２０は、弁室２４の側方から入口ポート２０より小径の入口孔２０ａを介して弁室２４と連通して形成され、後述する気泡細分化フランジ２００が取り付けられている。また、出口ポート２８の奥には出口ポート２８よりも小径の狭窄部２８ａが設けられており、この狭窄部２８ａは、弁室２４の上方に配置されている。この狭窄部２８ａは、オリフィスとなる弁孔２６を介して弁室２４の上端部に連通している。また、弁孔２６の弁室２４側には、弁座２５が形成されている。弁本体１１には戻り通路３０と狭窄部２８ａとを連通するように上下方向（図１におけるＹ方向）に通し孔２９が形成されている。

そして、弁孔２６と通し孔２９と開口３２と弁室２４とは、それぞれの中心軸が同一直線上になるように配置されている。戻り通路３０は、弁本体１１における出口ポート２８のさらに上方に形成され、弁本体１１を横方向（図１におけるＸ方向）に貫通するように形成されている。また、戻り通路３０の下側に、通し孔２９と同軸で通し孔２９よりも内径の大きい穴部３３が形成されている。

なお、図１においては、入口ポート２０及び出口ポート２８は弁本体１１の左右に開口し、同様に戻り通路３０も弁本体１１の左右を貫通するように形成されているが、これら入口ポート、出口ポート及び戻り通路の両開口は、当該膨張弁が配置される冷凍サイクルのレイアウトによって種々変更が可能である。例えば出口ポート２８及び戻り通路３０の左側開口は、図１の紙面手前側あるいは紙面奥側に開口するように（すなわち弁棒６０の中心線から見た場合に入口ポート及び出口ポートが直交するように、同様に戻り通路の両開口も直交するように形成）しても良い。

パワーエレメント７０は、例えばステンレス鋼等で形成された上蓋部材７１及び中央部に貫通口７２ｂを備えた受け部材７２と、これら上蓋部材７１及び受け部材７２の間に挟み込まれるダイアフラム７３と、このダイアフラム７３及び受け部材７２の間に配置されたストッパ部材９０等から構成されている。そして、上蓋部材７１、ダイアフラム７３及び受け部材７２を重ね合わせた端部を周溶接することにより、これらは一体化されている。上蓋部材７１とダイアフラム７３との間には、圧力作動室７５が形成され、この圧力作動室７５内に作動ガスが封入された後、封止栓６５で封止される。受け部材７２の下部は円筒状であり、パッキン３５を介して、パワーエレメント７０が弁本体１１に取付けられている。

弁体４０は、弁座２５に対向するように配置された球状の部材であり、弁室２４内に設けられている。弁体４０は弁孔２６を流れる冷媒の量を調整する。弁棒６０は、弁本体１１の弁孔２６、通し孔２９及び開口３２のそれぞれに挿通される態様で設けられており、弁棒６０の上端は、パワーエレメント７０のストッパ部材９０の下側に設けられた受け部９２に当接し、その下端は、弁体４０と接触するように配置される。防振ばね３６は、板状のばねから形成され、穴部３３に配置され、弁棒６０を弾性的に支持する。防振ばね３６が弁棒６０の駆動方向に所定の摺動抵抗を付与することによって、弁体４０の振動を抑制することが可能である。

支持部材１００は、弁体４０を弁座２５の方向（弁棒６０の方向）に支持する部材である。弁体４０は支持部材１００に固着されているが、支持部材１００は常にコイルバネ４４により弁座２５及び弁棒６０の方向に付勢されているので、支持部材１００が弁体４０に当接するだけの構成でもよい。支持部材１００は、本体部１０３、上面部１０１、フランジ部１０２を備えている。円柱状の本体部１０３の上面は円錐状のくぼみを備えて弁体４０の下面を支持する上面部１０１となっている。また、支持部材１００は本体部１０３より側面（外周側に）に突出するフランジ部１０２を備えており、当該フランジ部１０２の下面がコイルバネ４４の一端を受ける構造となっている。このときフランジ部１０２より下側の本体部１０３の外径はコイルバネ４４の内径よりも小さく構成され、コイルバネ４４の内側に入るようになっている。

コイルバネ４４は、支持部材１００に設けられたフランジ部１０２の下面と調整ねじ１２０に形成された凹部１２５との間に設置されている。このコイルバネ４４の弾性力により、弁体４０は支持部材１００を介して弁座２５に向けて付勢されている。すなわち、コイルバネ４４は、支持部材１００を介して弁体４０を閉弁方向に押圧している。

調整ねじ１２０は、本体部１２１、六角穴１２２、挿入部１２３、先端部１２４、凹部１２５を備えている。挿入部１２３は本体部１２１の上部に本体部１２１よりも外径が縮径して設けられ、先端部１２４は挿入部１２３の上部に挿入部１２３よりも外径が縮径して設けられている。先端部１２４の外周の付け根にはＯリング５４が装着されている。また、本体部１２１の外周は弁本体１１の下面に開口する雌ねじに螺合するための雄ねじ部となっている。

さらに、調整ねじ１２０の上部には、上部が開口して円柱状の空間を有する凹部１２５が設けられている。凹部１２５は本体部１２１近辺まで達する深さに形成されている。また、凹部１２５の内径は、コイルバネ４４が凹部１２５内に安定的に配置されるようにコイルバネ４４の外径よりやや大きい内径となっている。また、調整ねじ１２０（本体部１２１）の下部には、調整ねじ１２０を回すための図示されない六角レンチ挿入用の六角穴１２２が設けられている。

気泡細分化フランジ２００は、入口ポート２０内に、入口ポート２０の底面（入口ポート２０と入口孔２０ａとの段差）と継手３００とで挟持され、入口孔２０ａを覆うように配置されている。継手３００の外周にはＯリング４００を取り付けるための穴部が形成されている。Ｏリング４００は、その穴部に装着されている。なお、気泡細分化フランジ２００は、入口ポートに固着してもよい。

図２は、第１実施例の気泡細分化フランジを示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図および（ｃ）縦断面図である。気泡細分化フランジ２００は、基部２０２と、基部２０２から突出する突出部２０４とを備えている。気泡細分化フランジ２００は、樹脂成形によって形成される。樹脂の材料としては、冷媒が通ることを考慮し、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を用いる。

基部２０２は、気泡細分化フランジ２００の下部を形成する環状の板状の部材であり、中央に孔が設けられており、入口孔２０ａの周囲に配置されている。また、基部２０２は円環状の板状の部材であることがより好ましい。

突出部２０４は、側周面２０５には複数の貫通孔２０８が設けられているが、先端部２０６には貫通孔が設けられていない。また、突出部２０４の側周面２０５は基部２０２から先端部２０６にかけてテーパ形状に形成されている。すなわち、突出部２０４は円錐形状に形成されている。また先端部２０６は丸みを帯びていてもよい。あるいは、突出部２０４はコーン形状に形成され、先端部２０６は尖っていてもよい。このように突出部２０４を円錐形状やコーン形状にすることによって、突出部２０４の側周面２０５の面積は大きくなり、貫通孔２０８の数を多くすることができる。

（作用効果）
次に、作用効果について説明する。図３は、第１実施例の気泡細分化フランジを通過する気泡の流路を示す縦断面図である。継手３００内の空間３１０を流路として冷媒が入口孔２０ａに向けて（矢印Ｆの向きに、すなわち、流路の軸線に沿って入口孔２０ａの向きに）流れる。ここで、貫通孔が無く、先端が塞がれている先端部２０６に冷媒が衝突すると、冷媒の流れが乱れた状態で突出部２０４の側周面２０５と継手３００との間の空間３２０に冷媒は誘導される。なお、図３は、わかりやすくするために貫通孔２０８の一部を省略して描いた。

そして、気泡４１０は、突出部２０４の側周面２０５に設けられた貫通孔２０８を通過する際に細分化され、冷媒と共に矢印Ｆの向きに流れる。これは、冷媒が貫通孔２０８を通過するときに流れの向きを変えるため、気泡４１０を効果的に細分化する。このように、気泡の細分化が行われるためには、突出部２０４の板厚は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが望ましい。

また、突出部２０４は円錐形状であるため、突出部２０４の側周面２０５と継手３００との間の空間３２０は、入口孔２０ａに向かって徐々に狭くなっているため、さらに、気泡を細分化できる。したがって、冷媒通過音を低減させるという効果を有する。

（具体的な寸法）
図４は、第１実施例の気泡細分化フランジおよび継手の寸法関係を示す縦断面図である。同図の通り、継手３００の内の空間３１０の内径をφａと規定する。突出部２０４の側周面と継手３００との間の空間３２０の間隔であって、最も先端部２０６側の貫通孔２０８側の直径をφｂと規定する。また、貫通孔２０８の内径をφｃと規定する。

本実施例では、冷媒が通過する貫通孔２０８の孔径は１．０ｍｍ、入口ポートの内径（即ち、空間３１０の内径、φａ）は５・４ｍｍ、孔の無い先端部２０６の直径（φｂ）は約３．２ｍｍである。そして、入口ポート側（の空間３１０の軸線方向）から見て、入口ポートに占める孔の無い先端部２０６の面積（面積比Ｒｓ）は約３５％である。なお、この数値は実際の測定値であり、これに限定されるわけではないことに留意すべきである。

貫通孔２０８の孔径は１．０ｍｍ以下、面積比Ｒｓは３０％以上で大きな消音効果が期待できる。また、突出部２０４は入口孔２０ａを塞いだ状態で入口ポート２０（すなわち、弁本体１１）から突出しない程度の寸法であればよい。

＜第２実施例＞
図５は、第２実施例の気泡細分化フランジを示す側面図である。第１実施例と同様に、気泡細分化フランジ５００は、基部５０２と、基部５０２から突出する突出部５０４とを備えている。また、突出部５０４の先端部５０６には貫通孔が設けられておらず、先端が塞がれている。加えて、突出部５０４の側周面５０５には貫通孔５０８が設けられている。第１実施例と異なる点は、突出部５０４が円筒形状である点である。

（作用効果）
次に、作用効果について説明する。突出部５０４が円筒形状であっても、孔の無い先端部５０６に冷媒が衝突すると、冷媒の流れが乱れた状態で、突出部５０４の側周面５０５と、図３の継手３００との間の空間３２０に冷媒は誘導される。

そして、図３と同様に、気泡は、突出部５０４の側周面５０５に設けられた貫通孔５０８を通過する際に細分化され、冷媒と共に矢印Ｆの向きに流れる。これは、冷媒が貫通孔５０８を通過するときに流れの向きを変えるため、気泡を効果的に細分化することができる。したがって、実施例２もやはり、冷媒通過音を低減させるという効果を有する。

以上の様に、本発明の実施形態について第１実施例、第２実施例を示してきたが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例に設けられた全ての構成（構造）を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を削除したり、他の実施例の構成に置き換えたり、あるいはまた、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

例えば、上記実施例では、気泡細分化フランジ２００はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を用いて樹脂成形したが、これに限られるものではない。例えば、パンチメタルを圧延加工してもよい。この場合の板厚は０．８〜１．０ｍｍであればよい。

１０ 膨張弁
１１ 弁本体
２０ 入口ポート
２０ａ 入口孔
２４ 弁室
２４ａ 上壁面
２５ 弁座
２６ 弁孔
２８ 出口ポート
３０ 戻り通路
４０ 弁体
４４ コイルバネ
６０ 弁棒
７０ パワーエレメント
１００ 支持部材
１２０ 調整ねじ
２００、５００ 気泡細分化フランジ
３００ 継手

Claims (5)

1. 冷媒を導入する入口ポート、前記入口ポートに連通する弁室、前記弁室に設けられた弁孔、及び前記弁孔に連通し、前記冷媒を導出する出口ポートを有する弁本体と、
   前記弁孔を流れる前記冷媒の量を調節する弁体と、
   前記弁本体に取り付けられて弁棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントと、
   前記弁体を支持する支持部材と、
   前記支持部材を介して前記弁体を閉弁方向に押圧するコイルバネと、
   前記入口ポートに設けられるフランジと、を備え、
   前記フランジは、前記入口ポートに配置される環状の基部と、前記基部から突出する突出部と、を有し、
   前記突出部の先端が塞がり、前記突出部の側周面に複数の貫通孔が形成される膨張弁。
2. 前記突出部は、円錐形状である、請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記円錐形状である前記突出部の先端は丸みを帯びている、請求項２に記載の膨張弁。
4. 前記突出部は、円筒形状である、請求項１に記載の膨張弁。
5. 前記入口ポートに冷媒を導入する流路が接続されたときに、
   前記流路の軸線方向からみて、前記貫通孔のない先端部が前記流路内に占める面積が、３０％以上になるように前記フランジが構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の膨張弁。

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