JP3372439B2 - 膨張弁 - Google Patents

膨張弁

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JP3372439B2
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    • F25B2500/15—Hunting, i.e. oscillation of controlled refrigeration variables reaching undesirable values

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は空気調和装置、冷凍
装置等の冷凍サイクルに用いられる冷媒用の膨張弁に関
する。
【０００２】
【従来の技術】この種の膨張弁は、自動車等の空気調和
装置の冷凍サイクルにおいて用いられており、図９は、
従来の膨張弁の縦断面図を冷凍サイクルの概略と共に示
している。膨張弁１０は、角柱状のアルミ製の弁本体３
０には、冷凍サイクルの冷媒管路１１においてコンデン
サ５の冷媒出口からレシーバ６を介してエバポレータ８
の冷媒入口へと向かう部分に介在される液相冷媒が通過
する第１の通路３２と冷媒管路１１においてエバポレ−
タ８の冷媒出口からコンプレッサ４の冷媒入口へと向か
う部分に介在される気相冷媒が通過する第２の通路３４
とが上下に相互に離間して形成されている。
【０００３】第１の通路３２にはレシ−バ６の冷媒出口
から供給された液体冷媒を断熱膨張させるためのオリフ
ィス３２ａが形成されており、第１の通路３２は、オリ
フィス３２ａを介して通路３２１を経てエバポレータ８
の入口に接続されている。オリフィス３２ａは弁本体３
０の長手方向に沿った中心線を有している。オリフィス
３２ａの入口には弁座が形成されていて、弁座には弁部
材３２ｃにより支持された弁座と共に弁機構を構成する
弁体３２ｂが存在し、弁体３２ｂと弁部材３２ｃとは溶
接により固定されている。弁部材３２ｃは、弁体と溶接
により固着されると共に圧縮コイルばねの如き付勢手段
３２ｄにより付勢されている。レシ−バ６からの液冷媒
が導入される第１の通路３２は液冷媒の通路となり、入
口ポ−ト３２１と、この入口ポ−ト３２２に連続する弁
室３５を有する。弁室３５は、オリフィス３２ａの中心
線と同軸に形成される有底の室であり、プラグ３９によ
って密閉されている。
【０００４】さらに、弁本体３０には、エバポレータ８
の出口温度に応じて弁体３２ｂに対して駆動力を与えて
オリフィス３２ａの開閉を行うために、小径の孔３７と
この孔３７より径が大径の孔３８が第２の通路３４を貫
通して上記中心線の延長線上に形成され、弁本体３０の
上端には感熱部となるパワーエレメント部３６が固定さ
れるねじ孔３６１が形成されている。
【０００５】パワーエレメント部３６は、ステンレス製
のダイヤフラム３６ａと、このダイヤフラム３６ａを挾
んで互いに密着して設けられ、上記ダイヤフラムに区画
されて、その上下に二つの気密室を形成する上部圧力作
動室３６ｂ及び下部圧力作動室３６ｃをそれぞれ形成す
る上カバー３６ｄと下カバー３６ｈと、上部圧力作動室
３６ｂにダイヤフラム駆動流体となる所定冷媒を封入す
るための封切管３６ｉとを備え、弁本体３０にネジ３６
１により固着されている。下部圧力作動室３６ｃは、オ
リフィス３２ａの中心線に対して同心的に形成された均
圧孔３６ｅを介して第２の通路３４に連通されている。
第２の通路３４には、エバポレータ８からの冷媒蒸気が
流れ、通路３４は気相冷媒の通路となり、その冷媒蒸気
の圧力が均圧孔３６ｅを介して下部圧力作動室３６ｃに
負荷されている。
【０００６】さらに下部圧力作動室３６ｃ内にダイヤフ
ラム３６ａと当接し、かつ第２の通路３４を貫通して大
径の孔３８内に摺動可能に配置されて、エバポレータ８
の冷媒出口温度を下部圧力作動室３６ｃへ伝達すると共
に、上部圧力作動室３６ｂ及び下部圧力作動室３６ｃの
圧力差に伴うダイヤフラム３６ａの変位に応じて大径３
８内を摺動して駆動力を与える通路３４を横ぎるように
通路３４内に露出しているアルミ製の感温棒３６ｆと、
小径の孔３７内に摺動可能に配されて感温棒３６ｆの変
位に応じて弁体３２ｂを付勢手段３２ｄの弾性力に抗し
て押圧するステンレス製の作動棒３７ｆからなり、感温
棒３６ｆは、ダイヤフラム３６ａがその表面に当接し、
ダイヤフラム３６ａの受け部となる大径のストッパ部３
１２と、ストッパ部３１２の裏面に一端面が当接して、
下部圧力作動室３６ｃ内に摺動自在に挿入される大径部
３１４と、この大径部の他端面に一端面が当接し、他端
面が作動棒３７ｆに接続される感温部３１８とから構成
されている。
【０００７】さらに、感温棒３６ｆには第１の通路３２
と、第２の通路３４との気密性を確保するための環状の
シール部材（密封部材）、例えばＯリング３６ｇが備え
られており、感温棒３６ｆと作動棒３７ｆとは当接し、
作動棒３７ｆは弁体３２ｂと当接しており、感温棒３６
ｆと作動棒３７ｆとで弁体駆動棒が構成されている。し
たがって、均圧孔３６ｅには、ダイヤフラム３６ａの下
面から第１の通路３２のオリフィス３２ａまで延出した
弁体駆動棒が同心的に配置されていることになる。ま
た、感温棒３６ｆと作動棒３７ｆとは一体に構成され、
感温棒３６ｆを延長して、弁体３２ｂと当接させている
こともある。なお、封切管３６ｉの代りに栓体を用いて
所定冷媒を封入することもできる。
【０００８】かかる構成において、圧力作動ハウジング
３６ｄの上方の圧力作動室３６ｂ中には公知のダイヤフ
ラム駆動流体が充填されていて、ダイヤフラム駆動流体
には第２の通路３４や第２の通路３４に連通されている
均圧孔３６ｅに露出された弁体駆動棒及びダイヤフラム
３６ａを介して第２の通路３４を流れているエバポレ−
タ８の冷媒出口からの冷媒蒸気の熱が伝達される。
【０００９】上方の圧力作動室３６ｂ中のダイヤフラム
駆動流体は上記伝達された熱に対応してガス化し圧力を
ダイヤフラム３６ａの上面に負荷する。ダイヤフラム３
６ａは上記上面に負荷されたダイヤフラム駆動ガスの圧
力とダイヤフラム３６ａの下面に負荷された圧力との差
により上下に変位する。ダイヤフラム３６ａの中心部の
上下への変位は弁体駆動棒を介して弁体３２ｂに伝達さ
れ弁体３２ｂをオリフィス３２ａの弁座に対して接近ま
たは離間させる。この結果、冷媒流量が制御されること
となる。
【００１０】即ち、エバポレータ８の出口側の気相冷媒
温度が上部圧力作動室３６ｂに伝達されるため、その温
度に応じて上部圧力作動室３６ｂの圧力が変化し、エバ
ポレータ８の出口温度が上昇する。つまりエバポレータ
の熱負荷が増加すると、上部圧力作動室３６ｂの圧力が
高くなり、それに応じて感温棒３６ｆつまり弁部材駆動
棒が下方へ駆動されて弁体３２ｂを下げるため、オリフ
ィス３２ａの開度が大きくなる。これによりエバポレー
タ８への冷媒の供給量が多くなり、エバポレータ８の温
度を低下させる。逆に、エバポレータ８の出口温度が低
下する、つまりエバポレータの熱負荷が減少すると、弁
体３２ｂが上記と逆方向に駆動され、オリフィス３２ａ
の開度が小さくなり、エバポレータへの冷媒の供給量が
少なくなり、エバポレータ８の温度を上昇させるのであ
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】かかる膨張弁の用いら
れる冷凍システムにおいては、蒸発器への冷媒供給が過
剰・不足・過剰・不足を短い周期で繰り返す所謂ハンチ
ング現象が知られている。これは膨張弁が環境温度の影
響を受けた場合、例えば膨張弁の感温棒に未蒸発の液冷
媒が付着して、これを温度変化と感知してエバポレータ
の熱負荷の変動が生じ、過敏な弁開閉応答に基づくこと
を原因としている。
【００１２】このようなハンチング現象が生じると冷凍
システム全体の能力を減ずると共に、圧縮機への液戻り
が生じ圧縮機に悪影響を生じるという問題がある。本発
明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、
その目的とするところは、簡単な構成の変更で、冷凍シ
ステムにハンチング現象が生じるのを防止するため、ハ
ンチング現象を抑制することが可能な構成をあらかじめ
備えた膨張弁を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係る膨張弁は、エバポレータに向う液冷媒の通
る第１の通路と、エバポレータからコンプレッサに向う
気相冷媒の通る第２の通路を有する弁本体と、上記第１
の通路中に設けられるオリフィスと、このオリフィスを
通過する冷媒量を調節する弁体と、上記気相冷媒の温度
を感知して変位するダイヤフラムを有する上記弁本体に
設けられたパワーエレメント部と、このダイヤフラムの
変位により上記弁体を駆動する感温棒とからなる膨張弁
において、上記感温棒は、上記ダイヤフラムに一端面が
接するストッパ部と、このストッパ部のダイヤフラムと
反対側の端面に一端面が接する大径部との中央部に形成
された突起部の内部に一端が嵌合し、他端が上記弁体に
接する小径のロッド部とから構成され、かつ上記突起部
の外周には低熱伝導率部材を装着するための装着手段が
形成されていることを特徴とする。
【００１４】また、上記低熱伝導率部材の装着手段はそ
の突起部外周に設けられる凹部であることを特徴とす
る。
【００１５】さらに、上記ロッド部は、その外周に、第
１と第２の通路間の連通を防止するシール部材を上記両
通路間にて具備すると共に、上記シール部材の移動を阻
止する阻止部材を上記シール部材に接して具備すること
を特徴とする。
【００１６】
【００１７】かくの如く構成された本発明に係る膨張弁
は、感温棒を構成するロッド部が嵌合される突起部とこ
の突起部の外周に形成される装着手段により万一膨張弁
にハンチング現象が生じた場合には、そのハンチングの
程度に応じてロッド部の材料を種々選択でき、また上記
装着手段にハンチング現象を抑制する部材を種々選択し
て装着することができ、ハンチング現象の原因となる冷
媒の温度変化に対する膨張弁の過敏な弁開閉応答の動作
が生じる場合には、冷媒の温度変化がパワーエレメント
部に伝達されるのを遅くする材料をロッド部に選択する
ことにより、例えば低熱伝導率を有する樹脂を上記装着
手段に装着することにより冷媒の温度変化がパワーエレ
メント部に伝達されるのを遅延せしめることが可能とな
り、エバポレータからコンプレッサに向う冷媒にたとえ
一過性な温度変化等があっても過敏な弁開閉応答動作を
避けることができ、ハンチング現象を抑制することにな
る。しかも、本発明の膨張弁によれば、装着手段を備え
ていても従来の膨張弁と同様にエバポレータに向い冷媒
の流量を調節することができるのは勿論であり、膨張弁
の弁機構が、エバポレータからコンプレッサに向う冷媒
の温度変化を感知したパワーエレメント部の作用によっ
て駆動されるのである。したがって、本発明の膨張弁に
よれば、上記装着手段を備えていても、ハンチングの程
度によっては、上記装着手段により樹脂部材を用いるこ
となく膨張弁として動作することとなるのである。
【００１８】さらに、本発明によれば、膨張弁の感温棒
としてロッド部を用いるのであるから、弁本体は従来の
膨張弁の構成と同じ構成とすることができ、弁本体には
従来の膨張弁の弁本体を用いることができるのであり、
この弁本体内に形成された前記両通路間の連通がロッド
部に沿って形成されるのをより一層防止するため、本発
明の膨張弁においては、両通路間に配置されるシール部
材の移動を阻止する阻止手段として、戻り止めナット、
例えばプッシュナット又は歯付き止め輪を用いるのであ
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明に係る膨
張弁の実施の態様を説明する。図１は本発明の実施形態
に係る膨張弁１０の縦断面図であり、冷凍サイクルを省
略して示し、図６と同一符号は同一又は均等部分を示
し、感温部３１８の構造において、図６の膨張弁と相違
している。なお、図１の封切管３６ｉの代りに、図５に
示す如く、栓体３６ｋを用いて所定冷媒を封入してもよ
く、例えば金属性例えばステンレス製の栓体３６ｋが、
例えばステンレス製の上カバー３６ｄに形成された穴３
６ｊを塞ぐように挿入され溶接により固着される。また
図５では、パワーエレメント部３６に関連する部分のみ
を示し、他の構成を省略して示している。
【００２０】図１において、感温部３１８は、感温棒３
６ｆとダイヤフラム３６ａがその表面に当接し、ダイヤ
フラム３６ａの受け部となる大径のストッパ部３１２
と、ストッパ部３１２の裏面に一端面が当接し、かつ他
端面の中央部が突起部３１５に形成されて下部圧力作動
室３６ｃ内に摺動自在に挿入される大径部３１４と、こ
の大径部３１４の突起部３１５の内部にて端面が嵌合
し、他端面が弁体３２ｂに当接して連続する一体構成の
ロッド部３１６とからなり、突起部３１５の外周には凹
部３１７が形成され、この凹部３１７がハンチング現象
を抑制するための低熱伝導率の樹脂を装着するために、
あらかじめ具備されている装着手段である。
【００２１】さらに、本実施の形態では、弁本体３０
は、従来の膨張弁の本体が用いられており、感温棒３６
ｆを構成するロッド部３１６は、パワーエレメント部３
６のダイヤフラム３６ａの変位に応じて通路３４を横切
って進退自在に駆動されるので、ロッド部３１６に沿っ
て通路３２１と通路３４間を連通するクリアランス（隙
間）が形成されることとなり、この連通を防止するた
め、ロッド部３１６の外周に密着するＯリング４０を大
径の穴３８内に配置し、両通路間にＯリングが存在する
ようにしており、しかも、Ｏリング４０がコイルバネ３
２ｄ及び通路３２１の冷媒圧力により長手方向（パワー
エレメント部３６の存在する方向）に作用する力を受け
て、移動しないようにするため戻り止めナットとしてプ
ッシュナット４１がＯリング４０に接して大径の穴３８
内に配置されるようにロッド部３１６に取付けられてい
る。しかも、ロッド部３１６については、ハンチング現
象を抑制するため、伝熱面積を小さくする必要からその
断面積を小さくし、従来の膨張弁に比較して径が小さく
なるように形成（例えば従来の膨張弁のロッド部の径
５．６ｍｍ程度に対して２．４ｍｍ程度）されている。
したがって、弁本体３０を従来の膨張弁と同じに構成す
ると上記連通の形成が生じるおそれがあり、これを防止
するため、Ｏリングの移動を確実にに防止するためプッ
シュナット４１は有効である。
【００２２】図２は、図１に示す実施態様に係る膨張弁
１０に、あらかじめ備えられた凹部３１７に装着される
ハンチング現象を抑制するための低熱伝導率の部材の一
例を示す断面図である。図２において、樹脂部材１０１
は、低熱伝導率の樹脂材料、例えばポリアセタール樹脂
を用いてフランジ部１０２を有する円筒形状に形成され
ている。フランジ部１０２と反対側の端部１０３との間
の円筒部１０６の内周部１０４には、内側に向けて突出
する係合部１０５（例えば０．２ｍｍ程度の高さ）が設
けられている。かかる樹脂部材１０１を、図１の実施形
態の感温部３１８の大径部３１４の突起部３１５の外周
に嵌合し、その外周面に形成された凹部３１７（例えば
０．２ｍｍ程度の深さに形成された溝）に、その係合部
１０５をはめ込むことによって、樹脂部材１０１は、感
温部３１８の大径部３１４に形成された突起部３１５の
外周と間隙を保持（樹脂部材１０１は突起部３１５の外
周と嵌合される内径寸法を有する）して、樹脂部材の弾
性によって装着される。
【００２３】図３は、樹脂部材１０１を図１に示す実施
態様に係る膨張弁１０に装着した状態を示す縦断面図で
あり、図１の実施態様と樹脂部材１０１が相違するのみ
である。このように、本発明の実施態様に係る膨張弁に
おいては、弁機構の過敏な開閉応答を避けるための熱伝
導率の低い樹脂部材を装着することができる装着手段を
備えているので、ハンチング現象が生じる場合には、図
３に示すように樹脂部材を用いることができるのであ
る。
【００２４】図４は、図１の実施態様に示した戻り止め
ナットであるプッシュナットを示す平面図であり、プッ
シュナット４１は、例えばステンレス製の皿状の円板で
あり、ロッド部３１６の通る中心孔４１ａと中心孔４１
ａより径方向に放射状に形成された切り込み４１ｂとか
ら構成され、中心孔４１ａにロッド部３１６が挿入され
ると切り込み間の金属部分が切り起こされた状態にな
り、ロッド部３１６につき当たり、ロッド部３１６に固
着されてＯリング４０に接して位置し、Ｏリングの移動
を防止することになる。なお、戻り止めナットとして歯
付き止め輪を用いてもよいのは勿論である。
【００２５】図６はＯリング４０の移動を阻止するため
の阻止部材の他の実施態様を示す。本実施例にあって
は、ロッド３１６に溝部３１６ａを形成し、溝部３１６
ａに内歯付き止め輪４１０を嵌装してある。図７は内歯
付き止め輪４１０の平面図であって、内歯付き止め輪４
１０は、内側に例えば３本の歯部４１２を有し、この歯
部４１２がロッド３１６の溝部３１６ａに嵌合される。
【００２６】図８は更に他の実施態様を示す。本装置に
あっては、ロッド３１６に２本の溝３１６ａ，３１６ｂ
を形成し、２個の内歯付き止め輪４１０を嵌装したもの
である。Ｏリング４０は２個の内歯付き止め輪４１０の
間に挾まれて、移動が確実に阻止される。
【００２７】また、プッシュナット４１に挿入されるロ
ッド部３１６は、大径部３１４の突起部３１５内に嵌合
されるので、ロッド部３１６の金属材料をハンチング現
象の程度に応じて種々選択でき、ストッパ部３１２及び
大径部３１４を真ちゅう材とし、ロッド部３１６にアル
ミ材を用いる。またロッド部３１６にステンレス材を用
いてもよい。さらには、ストッパ部、大径部及びロッド
部をすべてステンレス製にて構成することも可能であ
り、ステンレス材はアルミ材に比べて、熱伝導率が低い
金属材料であるので、ハンチング現象の抑制に一層効果
的である。また、ハンチング現象の程度に応じて、図２
に示す低熱伝導率の樹脂部材の厚さを適宜選択すること
も可能である。
【００２８】
【発明の効果】本発明の膨張弁によれば、感温棒を構成
するロッド部が嵌合される突起部とこの突起部の外周に
形成される装着手段により、万一膨張弁にハンチング現
象が生じた場合には、そのハンチング程度に応じてロッ
ド部の材料を種々選択でき、また上記装着手段にハンチ
ング現象を抑制する部材を種々選択して装着することが
でき、ハンチング現象に備える膨張弁を提供することが
可能となる。そして、従来の膨張弁に対し、大幅な変更
を伴うことなくハンチング現象に備える膨張弁を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る膨張弁の一実施形態を示す縦断面
図。
【図２】図１の実施形態を説明する樹脂部材の断面図。
【図３】図１の実施形態に係る膨張弁に樹脂部材が装着
された状態を説明する縦断面図。
【図４】図１の実施形態に示すプッシュナットの説明
図。
【図５】本発明に係る膨張弁のパワーエレメント部の他
の形態を示す図。
【図６】本発明の他の実施形態に用いられる内歯付き止
め輪の説明図。
【図７】内歯付き止め輪の説明図。
【図８】本発明の更に他の実施形態を示す説明図。
【図９】従来の膨張弁を示す縦断面図。
【符号の説明】
１０ 膨張弁 ３０ 弁本体 ３２ａ オリフィス ３２ｂ 弁体 ３６ パワーエレメント ３６ｆ 感温棒 ４０ シール部材 ４１ プッシュナット ４１０ 内歯付き止め輪
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−118651（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−73344（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−273835（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−145505（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−291107（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−254270（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−86874（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−141221（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−41317（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−94454（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−83199（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 41/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エバポレータに向う液冷媒の通る第１の
    通路と、エバポレータからコンプレッサに向う気相冷媒
    の通る第２の通路を有する弁本体と、上記第１の通路中
    に設けられるオリフィスと、このオリフィスを通過する
    冷媒量を調節する弁体と、上記気相冷媒の温度を感知し
    て変位するダイヤフラムを有する上記弁本体に設けられ
    たパワーエレメント部と、このダイヤフラムの変位によ
    り上記弁体を駆動する感温棒とからなる膨張弁におい
    て、上記感温棒は、上記ダイヤフラムに一端面が接する
    ストッパ部と、このストッパ部のダイヤフラムと反対側
    の端面に一端面が接する大径部と、この大径部の他端面
    の中央部に形成された突起部の内部に一端が嵌合し、他
    端が上記弁体に接する小径のロッド部とから構成され、
    かつ上記突起部の外周には低熱伝導率部材を装着するた
    めの装着手段が形成されていることを特徴とする膨張
    弁。
  2. 【請求項２】 上記低熱伝導率部材の装着手段はその突
    起部外周に設けられる凹部であることを特徴とする請求
    項１記載の膨張弁。
  3. 【請求項３】 上記ロッド部は、その外周に、第１と第
    ２の通路間の連通を防止するシール部材を上記両通路間
    にて具備すると共に、上記シール部材の移動を阻止する
    阻止部材を上記シール部材に接して具備することを特徴
    とする請求項１又は請求項２記載の膨張弁。
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