JP3305039B2 - 温度膨脹弁 - Google Patents

温度膨脹弁

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は車両用空調装置に用いる
冷房システムの温度膨脹弁に関し、特に感温機構内蔵型
の温度膨脹弁を蒸発圧力調整弁と共に用いる場合の温度
膨脹弁内部構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】車両用空調装置の冷房システムにおい
て、蒸発器に対する熱負荷が小さいときに蒸発器外表面
に水分凍結を生じ、この結果、熱交換器としての蒸発器
の機能を低下させる不具合を生じることがある。これを
防ぐため、蒸発圧力がある一定値以下にならないよう
に、蒸発圧力調整弁（ＥＰＲ）を使用するシステムを採
用することがある。
【０００３】蒸発圧力調整弁を用いるシステムに、過熱
度による流量制御を行う温度膨脹弁を用いるときは、図
２に示すように温度膨脹弁１のダイヤフラム下側の圧力
空間を均圧管２によって蒸発圧力調整弁３よりも圧縮機
４に近い方の吸引配管に接続し、温度膨脹弁１のダイヤ
フラム下側圧力空間の圧力としている。図２に示す符号
１ａは感温筒、５は凝縮器、６はレシーバドライヤ、７
は蒸発器である。
【０００４】一方、液冷媒を蒸発器に流入させる通路１
１と、蒸発器から圧縮器に向かう気相冷媒の通路１２と
を有する弁本体１０に、ダイヤフラム１３で作動される
感温・圧力伝達部材１４と弁体１５を組込んだ図３に示
す温度膨脹弁もある。
【０００５】また、この種の温度膨脹弁を蒸発圧力調整
弁と共に用いるシステムは、米国特許第４０６５９３９
号のＦｉｇ１に開示されている。この使用方法は、通常
すなわち蒸発圧力調整弁が作動しない時も蒸発器を液満
状態で使用することを想定しており、本発明の目的とは
異なるので特に言及しない。
【０００６】一方、通常状態（つまり蒸発圧力調整弁が
作動しない状態）において、膨脹弁を過熱度制御の方式
で用いる場合は、前記米国特許第４０６５９３９号Ｆｉ
ｇ２の開示がある。
【０００７】このものは、ダイヤフラム下部圧力空間と
蒸発器から圧縮機に向かう冷媒通路を離隔し、ダイヤフ
ラム下部の均圧空間と蒸発圧力調整弁の下流の空間とを
均圧させるような均圧口を設け、蒸発圧力調整弁の作動
状態すなわち蒸発圧力が一定値よりも低くならない時に
おいても温度膨脹弁は開弁し、蒸発器に液冷媒が供給可
能にし、蒸発器そのものの温度が低下しないようにして
いる。
【０００８】ただし、前記米国特許Ｆｉｇ２の開示では
２空間（ダイヤフラム下部空間と冷媒通路）の隔離のた
めばねを用いており、このため冷媒通路の占める容積Ａ
とダイヤフラム下部圧力空間の容積Ｂとの比（Ｂ／Ａ）
は大きくなっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記米国特許のＦｉｇ
２に開示された構成の問題点の一つは、Ｂ／Ａが大きい
ことである。これは次のような理由による。液冷媒通路
と気相冷媒通路を弁本体内に有する温度膨脹弁において
は、図３に示すようにダイヤフラム１３の下部圧力空間
１６と気相冷媒通路１２との間にシール隔壁はなく、感
温・圧力伝達部材１４の大部分が冷媒流と熱交換してお
り、これによってダイヤフラム上部圧力空間１７の作動
流体温度は気相冷媒温度に略一致することが保証され
る。
【００１０】しかし、何等かの原因でダイヤフラム下部
圧力空間１６と気相冷媒通路１２との連通部が遮断され
て、気相冷媒がダイヤフラム下部圧力空間１６に流入し
なくなると、両空間１６，１７に温度差を生じ、ダイヤ
フラム上部圧力空間１７の作動流体はシステム冷媒温度
とかけはなれる。すなわち、このシステムを制御するた
めに必要な冷媒の温度信号が損なわれ、この不具合は当
然Ｂ／Ａが大きいほど酷くなる。
【００１１】そこで、前記米国特許Ｆｉｇ２の開示例
は、感温・圧力伝達部材を中空にし、ダイヤフラム上部
圧力空間と連通させて、作動流体が感温・圧力伝達部材
の壁を介して冷媒通路の気相システム冷媒と直接的に熱
接触可能にしている。しかし、これでも問題が完全に解
決したことにはならない。
【００１２】重要な条件は、冷媒温度を感知するための
空間内（つまり感温・圧力伝達部材の冷媒通路にあたる
部分）に作動流体の大部分が存在することである。言い
換えれば、中空な感温・圧力伝達部材の冷媒通路部分に
占める容積が大きいこと、また作動流体が気液平衡にあ
るならば、その液状態の作動流体が上記の通路部分に存
在しなければならない。
【００１３】例えば、作動流体のチャージ量を大量にす
るなどによって、液の量を多くするなどの方法をとり、
いかなるときも液冷媒を冷媒通路部に残るようにするこ
とである。しかし、このようにしても次のような不具合
がある。
【００１４】すなわち、感温・圧力伝達部材の空洞底部
に存在する作動流体が、もしダイヤフラム上部圧力空間
の温度が低ければ、ダイヤフラム上部圧力空間で凝縮し
てしまうことがある。これを防止するため、前記米国特
許では中空な感温・圧力伝達部材の内部に流体通過面積
を小さくしたプラグを挿入しているが、これでは液冷媒
移動の明確な防止とはならない。
【００１５】本発明は前記従来の問題を解消するために
なされたもので、その目的はダイヤフラム下部圧力空間
の容積Ｂと気相冷媒通路の容積Ａとの比Ｂ／Ａを小さく
し、かつ作動流体の大部分が気相冷媒通路部に存在する
ようにした上で、ダイヤフラム下部圧力空間と気相冷媒
通路との間を気密に隔絶する構造の温度膨脹弁を提供す
ることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の温度膨張弁は、ダイヤフラム下部圧力空
間と気相冷媒通路の境界部に中空の感温・圧力伝達部材
が貫通する孔を設け、この孔の内周部にＯリングを嵌装
して、前記感温・圧力伝達部材を摺動可能に支持し且つ
ダイヤフラム下部圧力空間と気相冷媒通路を気密に分離
すると共に、前記感温・圧力伝達部材の中空部における
気相冷媒通路と前記伝達部材の壁面経由で熱接触する位
置に、ダイヤフラム上部空間と感温・圧力伝達部材の中
空部で構成する制御圧力空間に封入される作動流体の大
部分が存在するように、前記作動流体の吸着材または液
状作動流体の捕獲材（多孔性の熱バラスト材）を配置
し、前記弁本体にダイヤフラム下部圧力空間に開口する
圧縮機の吸引配管に均圧管を介して接続される均圧管接
続用の開口部を設けたことを特徴とする。
【００１７】
【作用】前記構成の温度膨脹弁においては、ダイヤフラ
ム上部空間と感温・圧力伝達部材の中空部で構成する制
御圧力空間内の作動流体の圧力が、気相冷媒通路の冷媒
温度との吸着平衡または気液平衡の原理によって決ま
る。すなわち、感温・圧力伝達部材が冷媒温度を感知し
て、制御圧力空間内の作動流体の圧力が決まる。
【００１８】また、ダイヤフラム下部圧力空間の圧力
は、圧縮機への吸引配管の冷媒圧力と均圧し、蒸発圧力
調整弁が開いているか閉じているかにかかわらず、弁体
の変位は、上部制御圧力空間の圧力とダイヤフラム下部
圧力空間の圧力（圧縮機への吸引配管の冷媒圧力と均圧
している）との差によって制御される。
【００１９】すなわち、蒸発圧力調整弁が開いている時
は、本発明の温度膨脹弁は通常の過熱度制御によって弁
体の変位を規制する。一方、蒸発圧力調整弁が閉じてい
る時も、前記２つの圧力には差を生じているので、本発
明の温度膨脹弁は閉弁することなく蒸発器に液冷媒を供
給する。このようにして、蒸発圧力調整弁を取付けたこ
とによる目的を達成することができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に従い具体的
に説明する。弁本体１０は入口１１ａを凝縮器５の出口
側に配管接続させ且つ出口１１ｂを蒸発器７の入口側に
配管接続させる液冷媒通路１１と、入口１２ａを蒸発器
７の出口側に配管接続させ且つ出口１２ｂを圧縮機４の
入口側に配管接続させる気相冷媒通路１２とを有し、ダ
イヤフラム１３の下部圧力空間２６には圧縮機４の吸引
配管に均圧管２０を介して接続される均圧管接続用の開
口部２１が開設されている。
【００２１】前記弁本体１０のダイヤフラム下部圧力空
間２６と気相冷媒通路１２との間には隔壁２２があり、
この隔壁２２の中央部に感温・圧力伝達部材２５を貫通
させるための円孔２３が設けられ、この円孔２３の内周
溝部にＯリング２４を嵌装して、このＯリング２４によ
り感温・圧力伝達部材２５を摺動可能に支持し且つダイ
ヤフラム下部圧力空間２６と気相冷媒通路１２を気密に
分離している。
【００２２】前記感温・圧力伝達部材２５は中空で、そ
の上端部は中心に円孔を有するダイヤフラム１３と補強
部材３０とで全周溶接等を行い、ダイヤフラム上部空間
２７と感温・圧力伝達部材２５の中空部で制御圧力空間
２８を構成している。
【００２３】そして、前記圧力伝達部材２５の中空部
（気相冷媒通路１２と前記伝達部材２５の壁を介して熱
接触する位置）に、作動流体の吸着材である活性炭２９
を充填し、前記制御圧力空間２８にキャピラリー３１を
介して三弗化メタンやプロパン等の作動流体を封入し、
吸着平衡によって活性炭表面温度の関数としてダイヤフ
ラム上部空間２７の圧力が定まるようにしている。
【００２４】而して、凝縮器５を出た液冷媒は入口１１
ａより弁本体１０内に入り、弁体１５と弁座３６で構成
するオリフィス部を通過して減圧される。このとき、前
記弁体１５の位置は次のように規制される。すなわち、
前記弁体１５の位置は制御圧力空間２８内の作動流体の
圧力と、ダイヤフラム下部圧力空間２６の圧力との差で
生じる力を受けて、図ではバイアスばね３４の力に抗し
て下に押される。
【００２５】なお、前記実施例は感温・圧力伝達部材２
５の中空部に作動流体の吸着材である活性炭２９を充填
した場合（作動流体の吸着平衡の方式を用いた場合）に
ついて説明したが、作動流体の気液平衡方式を用いる時
は、前記実施例の吸着材の代りに、その位置に外表面と
連通する多数の小孔を有するセラミック焼結体のような
多孔性の熱バラスト材（図示せず）を充填すれば良い。
【００２６】
【発明の効果】本発明の温度膨脹弁は、特許請求の範囲
に記載の構成をとるため、過熱度制御方式によって温度
膨脹弁を使用する際に、併せて蒸発圧力調整弁をシステ
ム内に取付けても、両者の機能を相互に活用することが
できる。
【００２７】また、圧力制御空間２８に封入した作動流
体の大部分の存在位置を気相冷媒通路１２の位置に局在
させるようにしたので、温度膨脹弁として機能不具合と
なる作動流体の望ましくない空間内分布（この不具合な
空間内分布とは、膨脹弁の使用の際の姿勢によって作動
流体がダイヤフラム上部空間に重力の影響などで移動し
たり、一時的にダイヤフラム上部空間が低温となって、
その部分に作動流体の凝縮を生ずることをいう）を防止
することができる。
【００２８】更に、前記の防止策を固体吸着材の中空部
配置により行うため、感温・圧力伝達部材２５の温度的
応答に適当な一次遅れが与えられ、急激かつ頻繁な弁開
閉作動（すなわちハンチング）が抑制できる。
【００２９】また、制御に必要な信号以外の外乱（冷媒
流脈動や温度膨脹弁の振動等による弁変位を与えるかも
知れない外乱）に対しては、気密分離のために配置した
Ｏリング２４の摺動抵抗が適当に作用して、それらの不
具合除去に対し効果がある。
【００３０】もし、前記の圧力差が大きければ弁体１５
の変位は大きい。弁体１５の受ける力がバイアスばね３
４の力に抗し切れないときは、弁体１５は開弁に必要な
変位を生ぜず閉弁位置をとる。
【００３１】本発明の構成によると、前記弁体１５の開
弁の力は、予めバイアスばね３４の力を調整しておけ
ば、冷房システムに蒸発圧力調整弁を用いる場合も、こ
の蒸発圧力調整弁が開いている時は、通常用いられる過
熱度制御方式と同等の開弁リフトが得られ、蒸発圧力調
整弁が閉じている時は（実際は過熱度０となるのである
が）、蒸発圧力に相当する圧力として吸引管内の圧力を
採用するので、膨脹弁は開弁状態が保たれて蒸発器７に
液冷媒が供給され、蒸発圧力調整弁を用いることの目的
を保証する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による温度膨脹弁の中央縦断
面図。
【図２】従来型の温度膨脹弁を用いた時の蒸発圧力調整
弁を取付けた冷房システムの説明図。
【図３】ダイヤフラム下部圧力空間と気相冷媒通路との
間を隔離していない従来の温度膨脹弁を示す中央縦断面
図。
【符号の説明】
４…圧縮機、５…凝縮器、７…蒸発器、１０…弁本体、
１１…液冷媒通路、１２…気相冷媒通路、１３…ダイヤ
フラム、１５…弁体、２０…均圧管、２１…均圧管接続
用の開口部、２２…隔壁、２３…円孔、２４…Ｏリン
グ、２５…感温・圧力伝達部材、２６…ダイヤフラム下
部圧力空間、２７…ダイヤフラム上部空間、２８…制御
圧力空間、２９…作動流体の吸着材（活性炭）、３１…
キャピラリー。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−154955（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−171565（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−46250（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−179871（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−192271（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−171867（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−80163（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−97754（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 41/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 減圧すべき液冷媒の通路と蒸発器から圧
    縮機に向かう気相冷媒の通路とを有する弁本体に感温機
    構を内装した温度膨張弁において、ダイヤフラムの下部
    圧力空間と気相冷媒通路の境界部に中空の感温・圧力伝
    達部材が貫通する孔を設け、この孔の内周部にＯリング
    を嵌装して、前記感温・圧力伝達部材を摺動可能に支持
    し且つダイヤフラム下部圧力空間と気相冷媒通路を気密
    に分離すると共に、前記感温・圧力伝達部材の中空部に
    おける気相冷媒通路と前記伝達部材の壁面経由で熱接触
    する位置に、ダイヤフラム上部空間と感温・圧力伝達部
    材の中空部で構成する制御圧力空間に封入される作動流
    体の大部分が存在するように、前記作動流体の吸着材を
    配置し、前記弁本体にダイヤフラムの下部圧力空間に開
    口する圧縮機の吸引配管に均圧管を介して接続される均
    圧管接続用の開口部を設けたことを特徴とする温度膨張
    弁。
  2. 【請求項２】 減圧すべき液冷媒の通路と蒸発器から圧
    縮機に向かう気相冷媒の通路とを有する弁本体に感温機
    構を内装した温度膨張弁において、ダイヤフラムの下部
    圧力空間と気相冷媒通路の境界部に中空の感温・圧力伝
    達部材が貫通する孔を設け、この孔の内周部にＯリング
    を嵌装して、前記感温・圧力伝達部材を摺動可能に支持
    し且つダイヤフラムの下部圧力空間と気相冷媒通路を気
    密に分離すると共に、前記感温・圧力伝達部材の中空部
    における気相冷媒通路と前記伝達部材の壁面経由で熱接
    触する位置に、ダイヤフラム上部空間と感温・圧力伝達
    部材の中空部で構成する制御圧力空間に封入される作動
    流体の大部分が存在するように、前記作動流体を捕獲す
    るための外表面と連通する多孔性の熱バラスト材を配置
    し、前記弁本体にダイヤフラム下部圧力空間に開口する
    圧縮機の吸引配管に均圧管を介して接続される均圧管接
    続用の開口部を設けたことを特徴とする温度膨張弁。
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