JP3661280B2

JP3661280B2 - 温度式膨張弁

Info

Publication number: JP3661280B2
Application number: JP15840696A
Authority: JP
Inventors: 泰孝黒田; 義貴戸松
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2016-06-19
Also published as: JPH109720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクル内を循環する冷媒の循環量を制御する温度式膨張弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
温度式膨張弁は、周知のごとく、蒸発器出口側の温度を感知する感温筒内のガス圧を第１圧力室に導入するとともに、蒸発器内の圧力を第２圧力室に導入し、両圧力室の圧力差が蒸発器出口での冷媒の加熱度に応じて変化することを利用して絞り通路の開度を調節するものである。
【０００３】
つまり、温度式膨張弁は、過熱度が大きいときは、冷房負荷（熱負荷）が大きいので、絞り通路の開度を大きくし、また、加熱度が小さいときは、冷房負荷が小さいので、絞り通路の開度を小さくすることにより、冷凍サイクルの冷房能力を制御するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、加熱度の変化に対して絞り通路の開度は線形的に変化し、かつ、冷媒の循環量の変化量に対する冷凍能力の変化量が大きいので、特に冷房負荷が小さいときには、絞り通路が頻繁に開閉されるという、いわゆるハンチング現象が発生する。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、ハンチング現象の発生を防止することができる温度式膨張弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に記載の発明では、圧力応動部材（４９）の変位と両圧力室（５０、５１）の圧力差によって弁作動部材（４７）に及ぼす荷重との関係を示す圧力応動部材（４９）の特性線（ＤＬ）が、加熱度が大きくなるに従って密から粗に変化するように設定されており、圧力応動部材（４９）の変位と弾性部材（４６）の弾性力との関係を示す弾性部材（４６）の特性線（ＳＬ）が、圧力応動部材（４９）の正方向から負方向の変位に対して圧力応動部材（４９）の特性線（ＤＬ）の密なる領域から粗なる領域にかけて延びるように設定されており、弁体（４４）が絞り通路（４３）を開き始めた時に、圧力応動部材（４９）の変位が中立状態より正方向に所定量変位しているように弁作動部材（４７）の長さが設定されていることを特徴とする。
【０００７】
この特徴により、過熱度に対する圧力応動部材（４９）の変位は、過熱度が大きくなるほど、過熱度の変化量に対する圧力応動部材（４９）の変位の変化量が大きくなるように非線形的に変化することになる。これにより、冷房負荷の小さい状態では、過熱度の変化量に対して圧力応動部材（４９）の変位の変化量が小さくなるので、絞り通路（４３）が頻繁に開閉することを防止することができる。つまり、ハンチング現象を防止することができる。なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施の形態について説明する。
（実施形態）
図１は、本発明を自動車空調用冷凍サイクルの温度式膨張弁（以下、膨張弁と略す。）に適用した実施形態を例示するもので、冷凍サイクルは、自動車エンジンにより駆動される圧縮機１、この圧縮機１から吐出されたガス冷媒を冷却、凝縮する凝縮器２、この凝縮器２からの冷媒を溜めて、冷媒の気液を分離し、液冷媒のみを導出する受液器３、本発明による膨張弁４、およびこの温度式膨張弁４で減圧、膨張した低温低圧の気液２相冷媒を蒸発させる蒸発器５とから構成されている。
【０００９】
次に、膨張弁４について詳述すると、４０はアルミニュウム等の金属で成形された弁ハウジングで、受液器３からの液冷媒が導入される円筒状の冷媒入口４１、および蒸発器５の入口側に連通する円筒状の冷媒出口４２を有している。そして、この冷媒入口４１と冷媒出口４２との間に、冷媒を減圧する絞り通路４３が設けられており、この絞り通路４３の開度は球状の金属製弁体４４により調整できるようになっている。
【００１０】
球状の弁体４４は図１の上下方向に移動可能なもので、その下側にはスプリング受け座４５が配設されており、この受け座４５にコイルバネ（弾性部材）４６の一端が当接し、支持されている。このコイルバネ４６の他端は、円筒状の冷媒入口４１の内壁面にねじ止めにより移動可能に装着された取付荷重調整板（図示せず）に当接し、支持されている。
【００１１】
球状の弁体４４の図１の上側には、金属製の弁作動棒（弁作動部材）４７の一端が溶接等により接合されており、この弁作動棒４７の他端はストッパー部材４８に当接している。このストッパー部材４８はダイヤフラム（圧力応動部材）４９に常時当接して、ダイヤフラム４９の変位を弁作動棒４７に伝達するものである。
【００１２】
ダイヤフラム４９の上下には、第１、第２圧力室５０、５１が形成されており、第１圧力室５０にはキャピラリチューブ５２を介して、蒸発器５出口の冷媒温度を感知する感温筒５３が連通しており、この感温筒５３内のガス圧力（蒸発器５出口の冷媒温度に応じたガス飽和圧力）が第１圧力室５０に導入されるようになっている。
【００１３】
また、第２圧力室５１には、弁ハウジング４０に開けられた連通穴（内部均圧通路）５４を通して、絞り通路４３下流の低圧側冷媒圧力が導入されるようになっている。
上記第１、第２圧力室５０、５１は、ダイヤフラム４９と、受け部材５５および蓋部材５６とのサンドウイッチ構造により構成されており、このサンドウイッチ構造にて、膨張弁４のエレメント部４Ａが構成される。なお、本実施形態では、ダイヤフラム４９の外縁部に、図１、４に示すように、波形状の折曲部が形成されているが、これは、ダイヤフラム４９の機械的強度を低下させることなく、ダイヤフラム４９を撓み易くするため（剛性を小さくするため）の形状である。したがって、後述するように、ダイヤフラム４９に折曲部を形成せず、単純な円盤形状としてもよい。
【００１４】
次に、膨張弁４の作動および特徴について述べる。
図２の複数本の曲線（以下、ダイヤフラム特性線ＤＬと呼ぶ。）は、加熱度をパラメータとして、ダイヤフラム４９の変位と両圧力室５０、５１の圧力差によって弁作動部材４７に及ぼす荷重との関係を示しており、直線（ばね特性線ＳＬと呼ぶ。）は、コイルバネ４６の弾性力（荷重）と変形量との関係を示している。
【００１５】
なお、ダイヤフラム特性線ＤＬは、第１圧力室５０内の冷媒の飽和蒸気密度、冷媒の温度およびダイヤフラム４９の剛性によって決定するものである。すなわち、複数本のダイヤフラム特性線ＤＬのうち、紙面上方側の曲線ほど過熱度が大きい。また、図２中、ダイヤフラム４９の正（＋）方向の変位とは、第１圧力室５０の体積が縮小する方向（紙面上方）、つまり、絞り通路４３の開度を小さくする方向の変位をいい、変位０の状態を中立状態と呼ぶ（図４の４９’の状態）。
【００１６】
ところで、上述の説明からも明らかなように、弁体４４には、両圧力室５０、５１の圧力差による圧力荷重（圧力差とダイヤフラムの面積との積）Ｆ₁と、これと対抗する向きにコイルバネ４６の弾性力Ｆ₂が作用しているので、弁体４４は、両者Ｆ₁、Ｆ₂とが釣り合う位置、すなわちダイヤフラム特性線ＤＬと、ばね特性線ＳＬとの交点で停止する。
【００１７】
つまり、膨張弁４は、両圧力室５０、５１の圧力差を機械的に検出することにより、蒸発器４の出口側での過熱度を検出し、後述するように、この圧力差を弁体４４に直接作用させて絞り通路４３の開度を調節するものである。そこで、例えばコイルバネ４６のばね定数ｋを１ｋｇｆ／ｍｍとし、ダイヤフラム４９が＋０．５ｍｍ変位した状態でコイルバネ４６の弾性力Ｆ2 が１３ｋｇｆとなるように設定した場合（以下、この状態での弾性力Ｆ2 を初期設定値と呼ぶ。）、蒸発器５の出口での冷媒の過熱度に対するダイヤフラム４９の変位（弁体４４のリフト量）は、図３に示すように、過熱度が大きくなるほど、過熱度の変化量に対するダイヤフラム４９の変位の変化量が大きくなるように非線形的に変化する。
【００１８】
したがって、絞り通路４３が開き始めた時に、ダイヤフラム４９の変位が中立状態より正方向に所定量変位しているように弁作動棒４７の長さを選定することにより、絞り通路４３の開き始めでは、過熱度の変化量に対するダイヤフラム４９の変位の変化量は小さくなる。ところで、膨張弁４は、従来の技術の欄で述べたように、過熱度に応じて絞り通路４３の開度を調節するものであるから、冷房負荷の小さい状態は、絞り通路４３の開き始めに相当する。したがって、冷房負荷の小さい状態では、過熱度の変化量に対してダイヤフラム４９の変位の変化量が小さくなるので、絞り通路４３が頻繁に開閉することを防止することができる。延いては、ハンチング現象を防止することができる。
【００１９】
以上に述べたように、本発明は、コイルバネ４６のばね定数ｋおよび初期設定値を適切に選定することにより、過熱度に対する弁体４を非線形的に変位（リフト）させてハンチング現象を防止するものであるので、例えば特公昭５２−３２１１７号公報に記載のように、ハンチング現象を防止するために弁体をテーパー状に加工したり、補助バネ等を用いる必要がない。したがって、部品点数が増加しないので、膨張弁４の製造原価上昇を防止しつつ、ハンチング現象を防止することができる。
【００２０】
ところで、本発明は、上述のように、コイルバネ４６のばね定数ｋおよび初期設定値を適切に選定することにより、ハンチング現象を防止するものであるから、ダイヤフラム４９の形状には影響されない。したがって、図５に示すように、単純な円盤状のダイヤフラムを用いても本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す膨張弁の半断面正面図と冷凍サイクル図とを組み合わせた図である。
【図２】ダイヤフラム特性線ＤＬおよびばね特性線ＳＬを示すグラフである。
【図３】過熱度とダイヤフラムの変位量との関係を示すグラフである。
【図４】エレメント部（Ａ部）の拡大図である。
【図５】ダイヤフラムの変形例を示すエレメント部（Ａ部）の拡大図である。
【符号の説明】
４Ａ…エレメント部、４３…絞り通路、４４…弁体、
４６…コイルバネ（弾性部材）、４７…弁作動棒（弁作動部材）、
４９…ダイヤフラム（圧力応動部材）、５０…第１圧力室、
５１…第２圧力室。

Claims

冷凍サイクルの蒸発器（５）出口における冷媒の過熱度に応答して、高圧側冷媒を減圧し、膨張させる温度式膨張弁であって、
ハウジング（４０）と、
前記ハウジング（４０）に設けられ、前記高圧側冷媒を減圧し膨張させる絞り通路（４３）と、
前記ハウジング（４０）に設けられ、前記絞り通路（４３）の開度を調整する弁体（４４）と、
前記蒸発器（５）出口側の冷媒温度に応じて内圧が変化する第１圧力室（５０）、および前記蒸発器（５）内の圧力が導入される第２圧力室（５１）が形成されたエレメント部（４Ａ）と、
前記エレメント部（４Ａ）内に設けられ、前記両圧力室（５０、５１）の圧力差に応じて変位する圧力応動部材（４９）と、
前記圧力応動部材（４９）の変位に連動して前記弁体（４４）を作動させる弁作動部材（４７）と、
前記第１圧力室（５０）内の圧力が前記弁作動部材（４７）を介して前記弁体（４４）に及ぼす作動力に対抗する弾性力を発生する弾性部材（４６）とを備え、
前記圧力応動部材（４９）は、変位しない状態を中立状態とし前記第１圧力室（５０）の体積が縮小する方向を正方向として変位するようになっており、
前記圧力応動部材（４９）の変位と前記両圧力室（５０、５１）の圧力差によって前記弁作動部材（４７）に及ぼす荷重との関係を示す前記圧力応動部材（４９）の特性線（ＤＬ）が、前記加熱度が大きくなるに従って密から粗に変化するように設定されており、
前記圧力応動部材（４９）の変位と前記弾性部材（４６）の弾性力との関係を示す前記弾性部材（４６）の特性線（ＳＬ）が、前記圧力応動部材（４９）の正方向から負方向の変位に対して前記圧力応動部材（４９）の特性線（ＤＬ）の密なる領域から粗なる領域にかけて延びるように設定されており、
前記弁体（４４）が前記絞り通路（４３）を開き始めた時に、前記圧力応動部材（４９）の変位が中立状態より正方向に所定量変位しているように前記弁作動部材（４７）の長さが設定されていることを特徴とする温度式膨張弁。