JP2022163447A - expansion valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膨張弁に関する。 The present invention relates to expansion valves.
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おいては、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温式の膨張弁が使用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a refrigerating cycle used in an air conditioner or the like mounted on an automobile, a temperature-sensitive expansion valve that adjusts the amount of refrigerant that passes through according to the temperature is used.
一般的な膨張弁に対しては、冷凍サイクルのコンデンサから冷媒が送出される高圧配管と、エバポレータから冷媒が送出される低圧配管とが、それぞれ別個に接続されている。これに対し、特許文献1に開示された膨張弁においては、低圧配管を内側配管とし、高圧配管を外側とした二重配管を、膨張弁に接続するシステムが開示されている。かかるシステムによれば、配管の取り回しの簡素化が図れる。
A general expansion valve is separately connected to a high-pressure pipe through which refrigerant is delivered from a condenser of a refrigeration cycle and a low-pressure pipe through which refrigerant is delivered from an evaporator. On the other hand, in the expansion valve disclosed in
ところで、膨張弁には、不活性ガス等を封止した感温部を備えたパワーエレメントが配設されている。パワーエレメントは、感温部の内外間にて伝達される熱によりガスの体積が変化することを利用して、作動棒を介して弁体を開閉させるようになっている。しかしながら、感温部の時定数が小さい場合、弁体が振動して開弁と閉弁とを繰り返す、いわゆるハンチング現象が生じるおそれがある。しかしながら、特許文献1にはハンチング現象を抑制する具体的構造が開示されていない。
By the way, the expansion valve is provided with a power element having a temperature sensing portion sealed with an inert gas or the like. The power element opens and closes the valve via an operating rod by utilizing the fact that the volume of gas changes due to the heat transferred between the inside and outside of the temperature sensing part. However, when the time constant of the temperature sensing part is small, there is a possibility that the valve element vibrates and causes a so-called hunting phenomenon in which the valve is repeatedly opened and closed. However,
そこで本発明は、二重配管を連結可能であり、弁体ユニットの振動を抑制できる膨張弁を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an expansion valve capable of connecting double pipes and suppressing vibration of a valve body unit.
上記目的を達成するために、本発明による膨張弁は、
内側配管内を低圧冷媒が通過し、前記内側配管の周囲に配置された外側配管と前記内側配管との間の空間となる中間流路を高圧冷媒が通過する二重配管を接続可能な膨張弁であって、
弁座を備えた弁室と、前記中間流路から前記弁室に接続され高圧冷媒が流れる高圧流路と、を備えた弁本体と、
前記弁座に着座可能な弁体を含む弁体ユニットと、を有し、
前記中間流路から前記弁室に向かって前記高圧流路を流れた高圧冷媒が前記弁体ユニットに当たるように、前記高圧流路が前記弁体ユニットの軸線に対して傾いて形成される、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the expansion valve according to the present invention
An expansion valve capable of connecting a double pipe in which a low-pressure refrigerant passes through an inner pipe, and a high-pressure refrigerant passes through an intermediate passage that is a space between an outer pipe arranged around the inner pipe and the inner pipe. and
a valve body including a valve chamber having a valve seat; and a high-pressure passage connected to the valve chamber from the intermediate passage through which a high-pressure refrigerant flows;
a valve body unit including a valve body that can be seated on the valve seat;
The high-pressure flow path is inclined with respect to the axis of the valve body unit so that the high-pressure refrigerant flowing through the high-pressure flow path from the intermediate flow path toward the valve chamber hits the valve body unit. characterized by
本発明により、二重配管を連結可能であり、弁体ユニットの振動を抑制できる膨張弁を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION By this invention, the expansion valve which can connect double piping and can suppress the vibration of a valve body unit can be provided.
以下、図面を参照して、本発明にかかる実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(方向の定義)
本明細書において、弁体3から作動棒5に向かう方向を「上方向」と定義し、作動棒5から弁体3に向かう方向を「下方向」と定義する。よって、本明細書では、膨張弁1の姿勢に関わらず、弁体3から作動棒5に向かう方向を「上方向」と呼ぶ。
(definition of direction)
In this specification, the direction from the
(第1実施形態)
図1、2を参照して、本実施形態における膨張弁1の概要について説明する。図1は、本実施形態における膨張弁1を、冷媒循環システム100に適用した例を模式的に示す概略断面図である。図2は、本実施形態の弁本体周辺を拡大して示す縦断面図である。
(First embodiment)
An outline of an
本実施形態では、膨張弁1は、コンプレッサ101と、コンデンサ102と、エバポレータ104とに流体接続されている。膨張弁1の軸線をLとする。
In this embodiment,
図1において、膨張弁1は、弁室VSを備える弁本体2と、弁体3と、付勢装置4と、作動棒5と、パワーエレメント8を具備する。
In FIG. 1, an
弁本体2は、弁室VSに加え、第1流路(高圧流路ともいう)21と、第2流路22と、中間室221と、戻り流路23とを備える。第1流路21は供給側流路であり、弁室VSには、供給側流路を介して冷媒(流体ともいう)が供給される。第2流路22は排出側流路(出口側流路ともいう)であり、弁室VS内の流体は、弁通孔27、中間室221及び排出側流路を介して膨張弁外に排出される。第2流路22には、エバポレータ104の入口側に接続される配管(不図示)が連結される。
The
戻り流路23は、軸線Lに直交して弁本体2を貫通して延在する。戻り流路23の軸線をOとする。戻り流路23は、エバポレータ104の出口側に接続される配管(不図示)が連結される入口路23aと、中間路(低圧流路ともいう)23bと、中間路23bより大径の第1拡径孔23cと、第1拡径孔23cより大径の第2拡径孔23dと、第2拡径孔23dより大径である第3拡径孔23eとを同軸に連設してなる。詳細は後述するが、中間路23bは、縦穴2aを介してパワーエレメント8の下部空間LSに連通している。
The
戻り流路23には、二重配管50が連結される。二重配管50は、中間路23bに端部が嵌合する内側配管51と、内側配管51を内包し第2拡径孔23dに端部が嵌合する外側配管52とを有する。内側配管51は、管の一部を膨径させて軸線方向に押しつぶすことで形成されたフランジ部51aを端部近傍に有している。内側配管51の端部とフランジ部51aとの間には、フランジ部51aにより保持されたO-リングOR1が配置され、これにより第1拡径孔23cと内側配管51の外周との間を封止して、冷媒漏れを阻止している。
A
また、外側配管52も、管の一部を膨径させて軸線方向に押しつぶすことで形成されたフランジ部52aを端部近傍に有している。外側配管52の端部は、第2拡径孔23dの段部に底付きしておらず、フランジ部52aは、弁本体2の側面に当接している。外側配管52の端部とフランジ部52aとの間には、フランジ部52aにより保持されたO-リングOR2が配置され、これにより第3拡径孔23eと外側配管52の外周との間を封止して、冷媒漏れを阻止している。
The
内側配管51は、コンプレッサ101の入口に連結され、外側配管52と内側配管51の間の環状空間(中間流路という)は、コンデンサ102の出口に連結されている。
The
第1流路21は、軸線L及び軸線Oを含む面内に軸線(中心軸線)X1(図2)を持ち、且つ軸線L及び軸線Oに対して傾斜しており、その上端は第2拡径孔23dの内周にて開放している。一方、第1流路21は、その下端に、第1流路21より小径である小径路21aを同軸に備えている。この小径路21aは、弁座20の下方における弁室VSの内周にて連結されている。すなわち、第2拡径孔23dの内部と弁室VSとは、第1流路21を介して連通している。図2を参照して、第1流路21の軸線X1に沿って小径路21aを弁室VS側に投影したときに、その投影像は弁体3及び弁体サポート42に重なる。
The
弁室VSと中間室221とは、弁座20及び弁通孔27を介して連通している。中間室221の上方に形成された作動棒挿通孔28は、作動棒5をガイドする機能を有し、作動棒挿通孔28の上方に形成された環状凹部29は、リングばね6を収容する機能を有する。リングばね6は、作動棒5の外周に複数のばね片を当接させて、所定の付勢力を付与するものである。
The valve chamber VS and the
弁体3は弁室VS内に配置される。弁体3が弁本体2の弁座20に着座しているとき、弁通孔27の冷媒の流れが制限される。この状態を非連通状態という。ただし、弁体3が弁座20に着座した場合でも、制限された量の冷媒を流すこともある。一方、弁体3が弁座20から離間しているとき、弁通孔27を通過する冷媒の流れが増大する。この状態を連通状態という。
The
作動棒5は、弁通孔27に所定の隙間を持って挿通されている。作動棒5の下端は、弁体3の上面に接触している。作動棒5の上端は、ストッパ部材84の下端の嵌合孔に嵌合している。
The operating
作動棒5は、付勢装置4による付勢力に抗して、弁体3を軸線Lに沿って開弁方向に押圧することができる。作動棒5が下方向に移動するとき、弁体3は弁座20から離間し、膨張弁1が開状態となる。
The operating
付勢装置4は、断面円形の線材を螺旋状に巻いたコイルばね41と、弁体サポート42と、ばね受け部材43とを有する。
The urging
弁体サポート42は、コイルばね41の上端に取り付けられており、その上面には球状の弁体3が溶接され、両者は一体となっている。弁体3と弁体サポート42により、弁体ユニットを構成する。ただし、弁体3のみにより弁体ユニットを構成してもよい。その場合には、第1流路21の軸線X1に沿って小径路21aを弁室VS側に投影したときに、その投影像は弁体3のみに重なることとなる。弁体ユニットの軸線とは、開弁動作に応じて弁体ユニットの重心が移動する軌跡を含む直線をいい、ここでは膨張弁1の軸線Lに一致する。
The
コイルばね41の下端を支持するばね受け部材43は、弁本体2に対して螺合可能となっていて、弁室VSを密封する機能と、コイルばね41の付勢力を調整する機能とを有する。
A
パワーエレメント8は、栓81と、上蓋部材82と、ダイアフラム83と、受け部材86と、ストッパ部材84とを有する。
The
略円錐形状の上蓋部材82の頂部の開口は、栓81により封止可能となっている。
The top opening of the substantially conical
ダイアフラム83は、同心円の凹凸形状を複数個形成した薄い金属(たとえばSUS)製の板材からなり、上蓋部材82及び受け部材86の外径とほぼ同じ外径を有する。
The
受け部材86は、例えば金属製の板材をプレス成形することによって形成され、フランジ部と中空円筒部とを連結してなる。
The receiving
ストッパ部材84は、上蓋部材82と受け部材86との間に配置され、その上面がダイアフラム83の下面中央と接している。
The
パワーエレメント8の組み立てにおいて、ダイアフラム83と受け部材86との間にストッパ部材84を配置しつつ、上蓋部材82と、ダイアフラム83と、受け部材86のそれぞれ外周部を重ね合わせ、当該外周部を例えばTIG溶接やレーザ溶接、プラズマ溶接等により周溶接して一体化する。
In the assembly of the
続いて、上蓋部材82に形成された開口から、上蓋部材82とダイアフラム83とで囲われる空間(圧力作動室POという)内に作動ガスを封入した後、開口を栓81で封止し、更にプロジェクション溶接等を用いて、栓81を上蓋部材82に固定する。
Subsequently, after the working gas is sealed from the opening formed in the
以上のようにアッセンブリ化したパワーエレメント8を、弁本体2に組み付けるときは、受け部材86の中空円筒部の下端外周の雄ねじ86aを、弁本体2の戻り流路23に連通する縦穴2aの内周に形成した雌ねじ2bに螺合させる。受け部材86の雄ねじ86aを雌ねじ2bに対して螺進させてゆくと、受け部材86のフランジ部下面が弁本体2の上端面に当接する。これによりパワーエレメント8を弁本体2に固定できる。
When the
このとき、パワーエレメント8と弁本体2との間には、パッキンPKが介装され、弁本体2にパワーエレメント8を取り付けた際の冷媒のリークを防止する。かかる状態で、パワーエレメント8の下部空間LSは、縦穴2aを介して戻り流路23と連通する。
At this time, a packing PK is interposed between the
(膨張弁の動作)
図1を参照して、膨張弁1の動作例について説明する。コンプレッサ101で加圧された高圧冷媒は、コンデンサ102で液化され、膨張弁1に送られる。また、膨張弁1で断熱膨張された冷媒はエバポレータ104に送り出され、エバポレータ104で、エバポレータの周囲を流れる空気と熱交換される。エバポレータ104から戻る冷媒は、膨張弁1の戻り流路23内に進入し、さらに二重配管50の内側配管51を通って、コンプレッサ101側へ戻される。このとき、冷媒がエバポレータ104を通過することで、戻り流路23の流体圧は、第2流路22内の流体圧より低くなる。エバポレータ104を通過した冷媒を、低圧冷媒という。
(Operation of expansion valve)
An operation example of the
膨張弁1からコンプレッサ101に低圧冷媒が送出されるとともに、コンデンサ102から膨張弁1に高圧冷媒が送出される。より具体的には、コンデンサ102からの高圧冷媒は、二重配管50の外側配管52と内側配管51との間の中間流路、及び第1流路21を介して弁室VSに供給される。
A low-pressure refrigerant is sent from the
弁体3が、弁座20に着座しているとき(非連通状態のとき)には、弁室VSから弁通孔27、中間室221及び第2流路22を通ってエバポレータ104へ送り出される冷媒の流量が制限される。他方、弁体3が、弁座20から離間しているとき(連通状態のとき)には、弁室VSから弁通孔27、中間室221及び第2流路22を通って、エバポレータ104へ送り出される冷媒の流量が増大する。膨張弁1の閉状態と開状態との間の切り換えは、ストッパ部材84を介してパワーエレメント8に接続された作動棒5によって行われる。
When the
図1において、パワーエレメント8の内部には、ダイアフラム83により仕切られた圧力作動室POと下部空間LSとが設けられている。このため、圧力作動室PO内の作動ガスが液化されると、ダイアフラム83とストッパ部材84が上昇するため、コイルばね41の付勢力に応じて作動棒5は上方向に移動する。一方、液化された作動ガスが気化されると、ダイアフラム83とストッパ部材84が下方に押圧されるため、作動棒5は下方向に移動する。こうして、膨張弁1の開状態と閉状態との間の切り換えが行われる。
In FIG. 1, inside the
更に、パワーエレメント8の下部空間LSは、縦穴2aを介して戻り流路23と連通している。このため、戻り流路23を流れる冷媒の温度・圧力に応じて、圧力作動室PO内の作動ガスの体積が変化し、作動棒5が駆動される。換言すれば、図1に記載の膨張弁1では、エバポレータ104から膨張弁1に戻る冷媒の温度・圧力に応じて、膨張弁1からエバポレータ104に向けて供給される冷媒の量が自動的に調整される。
Further, the lower space LS of the
ところで、パワーエレメント8の時定数が比較的小さいと、ハンチング現象が生じやすく、それにより弁体3の振動を招くおそれがある。これに対し本実施形態によれば、第1流路21の軸線X1が直線であって、軸線X1の延長線上に弁体3または弁体サポート42が配置され、あるいは第1流路21の軸線X1に沿って小径路21aを弁室VS側に投影したときに、その投影像は弁体3または弁体サポート42に重なる構成を備える。このため、開弁時に小径路21aから弁室VSへと流れ出る冷媒が、図2に矢印で示すように、弁体3または弁体サポート42に斜め方向(すなわち軸線Lに対して傾いた方向)から当たり、弁体3に流体による抵抗を付与して振動を抑制することができる。特に、弁体3が縦に振動する場合、冷媒が斜めに当たることで、弁体3が上方に移動する際の抵抗を付与することができ、高い制振効果を発揮できる。
By the way, if the time constant of the
加えて、第1流路21の冷媒の出口に、小径路21a以外の第1流路21より小径の小径路21aを配設しているため、小径路21aによる絞り効果によって冷媒の流出速度が高まり、さらに効果的に弁体3の振動を抑制することができる。
In addition, since the
(変形例)
図3は、本実施形態の変形例を示す図2と同様な縦断面図である。図4は、本変形例にかかるカバー部材60を示す斜視図である。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。
(Modification)
FIG. 3 is a longitudinal sectional view similar to FIG. 2 showing a modification of this embodiment. FIG. 4 is a perspective view showing a
本変形例においては、弁体サポート42とコイルばね41との間に、カバー部材60を配置している。カバー部材60は、図4に示すように、周壁61と頂壁62とを連設した有頂円筒形状を有し、頂壁62の中央には、円形開口63が形成されている。カバー部材60は、金属製の板材をプレス成形することによって形成できる。
In this modified example, a
弁体サポート42は、円筒状の本体42aと、本体42aから径方向外方に延在するフランジ部42bとを有する。組み付け時には、コイルばね41の上部にカバー部材60を被せるようにして設置すると、頂壁62の下面がコイルばね41の上端に当接し、コイルばね41の上部周囲は周壁61によって囲われる。さらにカバー部材60の上方より弁体サポート42を接近させ、円形開口63及びコイルばね41の上端内周に本体42aを嵌合させることで、組み付けが行われる。カバー部材60の頂壁62は、コイルばね41の上端と、弁体サポート42のフランジ部42bとにより挟持されて保持される。
The
本変形例によれば、図3に示すように、コイルばね41の上部がカバー部材60によって覆われるため、小径路21aから弁室VSに向かう冷媒が、カバー部材60の滑らかな表面に沿って流れることとなり、それにより乱流の生成が抑制され、弁体3の制振効果を高めるとともに、異音の発生などを抑制することができる。
According to this modification, as shown in FIG. 3, since the upper portion of the
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態にかかる膨張弁1Aの縦断面図である。本実施形態は、第1実施形態に対して弁本体2Aの第1流路21Aの形状のみが異なる。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。なお、本実施形態では、小径路21Aa以外の第1流路21Aが、第1通路を構成し、小径路21Aaが、第2通路を構成する。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an
本実施形態の第1流路21Aにおいては、小径路21Aaの軸線X2が、小径路21Aa以外の第1流路21Aの軸線X1と交差している。より具体的には、小径路21Aaの軸線X2と軸線Lとの交差角θ2は、小径路21Aa以外の第1流路21Aの軸線X1と軸線Lとの交差角θ1よりも小さくなっている。本実施形態によれば、軸線X2に沿って小径路21Aaを弁室VS側に投影したときに、その投影像は弁体サポート42に重なる。なお、交差角θ1と交差角θ2とは、膨張弁1Aの仕様に応じて任意に変更できる。したがって、交差角θ1が交差角θ2より小さくてもよい。
In the
小径路21Aa以外の第1流路21Aの軸線X1は、戻り流路23の内周と交差しておらず、小径路21Aaの軸線X2は弁室VSの内周と交差していない。したがって、第3拡径孔23eの外側から戻り流路23内に、ドリル等の工具を軸線Oに対して斜めに、すなわち軸線X1に沿って挿入することで、小径路21Aa以外の第1流路21Aを切削加工することができる。一方、弁室VSを形成する開口部の下方から、ドリル等の工具を軸線Lに対して斜めに、すなわち軸線X2に沿って挿入することで、第1流路21Aにつながるように小径路21Aaを切削加工することができる。
The axis X1 of the
本実施形態によれば、開弁時に小径路21Aaから弁室VSへと流れ出る冷媒が、弁体サポート42に斜め方向から当たり、それにより弁体3の振動を抑制することができる。弁体3の振動を抑制する場合、弁体3に冷媒を当てることなく、弁体サポート42に当てた方が制振効果がより高くなる場合もある。したがって、第1流路21Aの小径路21Aaを任意に角度付けすることで、最適な位置に冷媒を向けることが可能になる。
According to this embodiment, when the valve is opened, the refrigerant flowing out from the small path 21Aa into the valve chamber VS strikes the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Variations of any of the components of the above-described embodiments are possible within the scope of the invention. Also, arbitrary components can be added or omitted in the above-described embodiments.
1、1A :膨張弁
2、2A :弁本体
3 :弁体
4 :付勢装置
5 :作動棒
6 :リングばね
8 :パワーエレメント
20 :弁座
21、21A:第1流路
22 :第2流路
23 :戻り流路
27 :弁通孔
41 :コイルばね
42 :弁体サポート
43 :ばね受け部材
50 :二重配管
60 :カバー部材
100 :冷媒循環システム
101 :コンプレッサ
102 :コンデンサ
104 :エバポレータ
VS :弁室
Claims (7)
弁座を備えた弁室と、前記中間流路から前記弁室に接続され高圧冷媒が流れる高圧流路と、を備えた弁本体と、
前記弁座に着座可能な弁体を含む弁体ユニットと、を有し、
前記中間流路から前記弁室に向かって前記高圧流路を流れた高圧冷媒が前記弁体ユニットに当たるように、前記高圧流路が前記弁体ユニットの軸線に対して傾いて形成される、
ことを特徴とする膨張弁。 An expansion valve capable of connecting a double pipe in which a low-pressure refrigerant passes through an inner pipe, and a high-pressure refrigerant passes through an intermediate passage that is a space between an outer pipe arranged around the inner pipe and the inner pipe. and
a valve body including a valve chamber having a valve seat; and a high-pressure channel connected to the valve chamber from the intermediate channel and through which a high-pressure refrigerant flows;
a valve body unit including a valve body that can be seated on the valve seat;
The high-pressure flow path is inclined with respect to the axis of the valve body unit so that the high-pressure refrigerant flowing through the high-pressure flow path from the intermediate flow path toward the valve chamber hits the valve body unit.
An expansion valve characterized by:
前記中心軸線の延長線上に前記弁体ユニットが配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。 A central axis passing through the center of the high-pressure flow path becomes a straight line,
The valve body unit is arranged on an extension line of the central axis,
The expansion valve according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1または2に記載の膨張弁。 The valve body unit has the valve body and a valve body support that supports the valve body,
The expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記弁体サポートと前記コイルばねとの間に配置される頂壁と、前記コイルばねの周囲の少なくとも一部を囲う周壁とを備えたカバー部材と、を有する
ことを特徴とする請求項3に記載の膨張弁。 a coil spring that biases the valve body toward the valve seat via the valve body support;
4. The cover member according to claim 3, further comprising a top wall arranged between the valve body support and the coil spring, and a peripheral wall surrounding at least a part of the periphery of the coil spring. Expansion valve as described.
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の膨張弁。 The high-pressure flow path has a first passage on the side of the outer pipe and a second passage on the side of the valve chamber, and the inner diameter of the first passage is larger than the inner diameter of the second passage.
The expansion valve according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
ことを特徴とする請求項5に記載の膨張弁。 the axis of the first passage and the axis of the second passage intersect;
The expansion valve according to claim 5, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の膨張弁。
When the high-pressure flow path is projected onto the valve chamber side along the axis of the high-pressure flow path, the projected image overlaps the valve body unit.
The expansion valve according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
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