JP3844328B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍サイクルに用いられる膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置（カーエアコン）の冷凍サイクルに用いられる圧縮機は、エンジンにベルトで直結されているので回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数に制約されることなく適切な冷房能力を得るために、冷媒の圧縮容量を変えることのできる容量可変圧縮機が用いられている。
【０００３】
容量可変圧縮機には、いわゆる斜板式、スクロール式、ロータリー式等各種の方式があるが、いずれの場合も、吸入される冷媒の圧力に対応して容量が変化するように構成されているものが多い。
【０００４】
そのような容量可変圧縮機が用いられた冷凍サイクルの膨張弁は、蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対して離接する方向に可動に冷媒流路内に配置された弁体の位置を、蒸発器から送り出される低圧冷媒のスーパーヒートに対応して制御するようになっている。
【０００５】
しかし、そのような冷凍サイクルのシステムでは、冷媒の流量制御が圧縮機と膨張弁の両方において関連しながら行われることから、冷媒の流れにハンチングが発生してしまう。
【０００６】
そこでこのような冷凍サイクルに用いられる膨張弁は、弁座孔と並列に細い冷媒流路（リーク孔）を形成して、スーパーヒートがゼロのときでも僅かな量の冷媒が膨張弁を通過するように構成し、それによってハンチングの発生を防止していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように構成すると、冷媒流のハンチングを防止することはできるが、エアコンをオフにしたときに冷媒がいつまでも膨張弁内を流れ続け、車室内に聞こえる不快音の発生源になってしまう問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、冷媒流のハンチングが発生せず、しかもエアコンオフ時に冷媒が流れることによる不快音発生のない膨張弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の膨張弁は、蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対して離接する方向に可動に冷媒流路内に配置された弁体の位置を、蒸発器から送り出される低圧冷媒のスーパーヒートに対応して制御するようにした膨張弁において、弁座孔の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との差圧が一定以上あるときは弁座孔の上流側と下流側との間を常に連通させ、弁座孔の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との差圧がないときは弁座孔の上流側と下流側との間を閉塞する感圧弁を設けたものであり、膨張弁を通る冷媒が、吸入圧力に対応して容量が変化する容量可変圧縮機により圧縮されるものであってもよい。
【００１０】
なお、感圧弁が、差圧に対応して凸面側と凹面側が逆になるように反転変形する反転盤であり、その反転盤に弁座孔が形成されていて、差圧がないときは、弁体に弁座孔が密接する状態に反転盤が反転するものであってもよい。
【００１１】
また、感圧弁が、下流側から上流側に向かって付勢された被付勢部材であり、その被付勢部材に弁座孔が形成されていて、差圧がないときは、弁体に弁座孔が密接する位置に被付勢部材が移動するものであってもよい。
【００１２】
あるいは、感圧弁が、弁座孔と並列に形成された冷媒流路に下流側から上流側に向けて付勢されて配置された逆止弁であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図２は、例えば自動車の冷房装置として用いられる冷凍サイクルを示している。圧縮機１０としては、吸入管１から吸入される冷媒の圧力に対応して容量（吐出量）が変化する容量可変圧縮機が用いられている。
【００１４】
圧縮機１０で圧縮された高圧の冷媒は吐出管２を通って凝縮器２０に送られ、そこで凝縮されて液化した冷媒がその時の循環量に応じて受液器３０に一時的に貯留される。
【００１５】
受液器３０から出た高圧冷媒液は高圧冷媒管路３を通って膨張弁５０に送られ、そこで通過流量の制御が行われて、断熱膨張しながら蒸発器入口管路４を通って蒸発器４０に送り込まれる。
【００１６】
蒸発器４０を通過して大半が蒸発気化した低圧冷媒は、蒸発器出口管路５中の冷媒のスーパーヒートが膨張弁５０の感温室７０で感知され、圧縮機１０の吸入管１へと戻される。
【００１７】
図１は膨張弁５０の参考形態を示しており、膨張弁５０の本体ブロック５１には、蒸発器４０から送り出される低温低圧の冷媒ガスを通すための蒸発器出口管路５と、受液器３０から高温高圧の冷媒液が送られてくる高圧冷媒管路３と、その高圧冷媒を断熱膨張させながら蒸発器４０に送り込むための蒸発器入口管路４とが形成されている。
【００１８】
高圧冷媒管路３と蒸発器入口管路４とはクランク形状に連通接続されていて、その連通部分に皿状の反転円盤５２が取り付けられている。反転円盤５２は、その両面から受ける差圧の状態によって、凸面側と凹面側とが逆になるように変形する感圧弁であり、差圧がゼロの状態では、図１に示されるように上流側に凸の状態になる。
【００１９】
そして反転円盤５２は、高圧冷媒管路３側の冷媒圧力が蒸発器入口管路４側の冷媒圧力より一定以上高い状態になると、下流側に凸の状態に反転する。
反転円盤５２の中央部分には、流路面積を細く絞る弁座孔５７が穿設されており、その弁座孔５７と同軸線上に形成された貫通孔５８が、蒸発器入口管路４と蒸発器出口管路５との間を垂直に貫通している。また、蒸発器出口管路５から側方に外面に抜けるように貫通孔５８の延長線部に形成された開口部には、パワーエレメント７０が取り付けられている。
【００２０】
弁座孔５７に上流側から対向して、弁座孔５７に対して離接する方向に可動に球状の弁体５３が配置されている。そして、弁体５３と弁座孔５７との間の隙間の最も狭い部分が高圧冷媒流路の絞り部になり、そこから蒸発器４０に到る下流側の蒸発器入口管路４内において、高圧冷媒が断熱膨張する。
【００２１】
弁体５３は、弁受け５３ａに載せられた状態で、圧縮コイルスプリング５４によって弁座孔５７に接近する方向（即ち、閉じ方向）に付勢されている。５５は、本体ブロック５１に螺合して取り付けられて圧縮コイルスプリング５４の付勢力を調整することができる調整ナット、５６は、高圧冷媒管路３と外部との間をシールするためのＯリングである。
【００２２】
貫通孔５８内に挿通されたロッド５９は、軸線方向に摺動自在に設けられていて、その一端はパワーエレメント７０に達し、中間部分が蒸発器出口管路５を垂直に横切って貫通孔５８内を通り、他端側は弁体５３の頭部に当接している。その当接端部は、弁座孔５７内に通された状態の時に隙間を冷媒が通過できるよう、弁座孔５７に比べて細く形成されている。
【００２３】
したがって、圧縮コイルスプリング５４の付勢力に逆らって弁体５３をロッド５９で押して弁座孔５７から遠ざければ、高圧冷媒の流路面積が大きくなる。このように、高圧冷媒の流路面積はロッド５９の移動量に対応して変化し、それによって蒸発器４０に送り込まれる冷媒の流量が変化する。
【００２４】
６０は、蒸発器入口管路４側から蒸発器出口管路５側に冷媒が漏れないように、ロッド５９と貫通孔５８との間の隙間をシールするためのＯリングであり、小さな圧縮コイルスプリング６１によって押圧されている。
【００２５】
パワーエレメント７０は、厚い金属板製のハウジング７１と可撓性のある金属製薄板等からなるダイアフラム７２によって気密に囲まれている。そして、大きな皿状に形成されたダイアフラム受け盤７３がダイアフラム７２の外面に面して配置されていて、その中央部にロッド５９の一端が当接している。
【００２６】
パワーエレメント７０内には、冷凍サイクルに用いられている冷媒と同じか又は性質の似ている飽和蒸気状態のガスが封入されている。７４はシール用のＯリングである。
【００２７】
蒸発器出口管路５とパワーエレメント７０との間の不動部分には、熱伝導率の低いプラスチック材製の茸状に形成されたブシュ７５が固定されている。ブシュ７５の茎部は蒸発器出口管路５内においてロッド５９を緩く囲んでおり、傘部には、蒸発器出口管路５とパワーエレメント７０側のダイアフラム７２に面する空間とを連通させるための通気溝７６が形成されている。
【００２８】
その結果、蒸発器出口管路５を流れる低圧冷媒が、通気溝７６を通ってパワーエレメント７０側へ少量だけ回り込み、蒸発器出口管路５を流れる冷媒のスーパーヒートが、パワーエレメント７０によりゆっくりと感知される。
【００２９】
弁体５３は、弁座孔５７より大きな径の球状に形成されていて、弁体５３が弁座孔５７に押し付けられた状態では、高圧冷媒管路３と蒸発器入口管路４との間が完全に閉塞された状態になる。
【００３０】
図３と図４は弁体５３の付近を拡大して示しており、冷凍サイクルがオンの状態（即ち、圧縮機１０が運転されている状態）では、高圧冷媒管路３側の冷媒圧力が蒸発器入口管路４側の冷媒圧力より高いので、その差圧によって、反転円盤５２は図３に示されるように下流側に凸の状態になっている。
【００３１】
そして、蒸発器出口管路５を通る冷媒のスーパーヒートを感知して動作するパワーエレメント７０によって弁体５３の位置が制御され、蒸発器４０に送り込まれる冷媒の流量が制御される。
【００３２】
このように反転円盤５２が下流側に凸の状態では、弁体５３が最も弁座孔５７に近づいても弁座孔５７が弁体５３に触れない位置まで退避している。したがって、蒸発器出口管路５を通る冷媒のスーパーヒートがゼロになっても、膨張弁５０は全閉にならずに弁体５３と弁座孔５７との間を僅かながら冷媒が通過し、冷媒流のハンチングが発生しない。
【００３３】
冷凍サイクルがオフの状態（即ち、圧縮機１０が完全に停止している状態）になると、高圧冷媒管路３側の冷媒圧力と蒸発器入口管路４側の冷媒圧力とが等圧になるので、反転円盤５２は図４に示されるように上流側に凸の状態になる。
【００３４】
すると、弁座孔５７が弁体５３に押し付けられて密接し、膨張弁５０が全閉状態になる。したがって、冷凍サイクルがオフの状態では膨張弁５０を冷媒が流れなくなり、冷媒流による不快音が発生しない。
【００３５】
図５と図６は、本発明の実施の形態の膨張弁の弁体５３付近を拡大して示している。これ以外の部分の構成は上述の参考形態の膨張弁５０と同じである。
【００３６】
この実施の形態においては、感圧弁として、参考形態の反転円盤５２に代え、圧縮コイルスプリング１５２ａによって上流側に向けて付勢された平板状部材１５２ｂが用いられ、その平板状部材１５２ｂの中央部分に弁座孔５７が穿設されている。
【００３７】
その結果、冷凍サイクルがオンの状態では、高圧冷媒管路３側の冷媒圧力と蒸発器入口管路４側の冷媒圧力との差圧によって、図５に示されるように平板状部材１５２ｂが下流側に退避するので、蒸発器出口管路５を通る冷媒のスーパーヒートがゼロでも膨張弁５０が全閉にならない。
【００３８】
そして、冷凍サイクルがオフの状態では、図６に示されるように平板状部材１５２ｂが圧縮コイルスプリング１５２ａの付勢力によって上流側に変位し、弁座孔５７が弁体５３に密接する状態に押し付けられて膨張弁５０が全閉状態になる。
【００３９】
図７は、本発明の他の参考形態の膨張弁の弁体５３付近を拡大して示している。これ以外の部分の構成は前述の参考形態の膨張弁５０と同じである。
【００４０】
この参考形態においては、高圧冷媒管路３と蒸発器入口管路４とを連通させる細い冷媒流路２５７（リーク孔）が弁座孔５７と並列に形成され、そこに圧縮コイルスプリング２５２によって下流側から上流側に向けて付勢された逆止弁体２５３が配置されている。
【００４１】
その結果、冷凍サイクルの運転中に蒸発器出口管路５を通る冷媒のスーパーヒートがゼロになった状態では、高圧冷媒管路３側の冷媒圧力と蒸発器入口管路４側の冷媒圧力との差圧によって逆止弁体２５３が押し開かれて微量の冷媒が流れ、冷凍サイクルがオフの時は、逆止弁体２５３が圧縮コイルスプリング２５２の付勢力によって閉じ、冷媒が全く流れない状態になる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、感圧弁によって、弁座孔の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との差圧が一定以上あるときは弁座孔の上流側と下流側との間が常に連通するので、蒸発器出口の冷媒のスーパーヒートがゼロのときでも膨張弁を冷媒が流れて冷媒流のハンチングが発生せず、弁座孔の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との差圧がないときは弁座孔の上流側と下流側との間が閉塞されるので、エアコンオフ時には冷媒が流れず、冷媒流による不快音が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考形態の膨張弁の縦断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態の冷凍サイクルのブロック図である。
【図３】 本発明の参考形態の冷凍サイクルがオンの状態の膨張弁の部分拡大断面図である。
【図４】 本発明の参考形態の冷凍サイクルがオフの状態の膨張弁の部分拡大断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態の冷凍サイクルがオンの状態の膨張弁の部分拡大断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態の冷凍サイクルがオフの状態の膨張弁の部分拡大断面図である。
【図７】 本発明の他の参考形態の冷凍サイクルがオフの状態の膨張弁の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 圧縮機
５０ 膨張弁
５２ 反転円盤（感圧弁）
５３ 弁体
５７ 弁座孔
７０ パワーエレメント
１５２ａ 圧縮コイルスプリング
１５２ｂ 平板状部材（感圧弁）
２５２ 圧縮コイルスプリング
２５３ 逆止弁体（感圧弁）
２５７ 冷媒流路

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮機で圧縮して循環させる冷凍サイクルの途中において、蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対して離接する方向に可動に冷媒流路内に配置された弁体の位置を、上記蒸発器から送り出される低圧冷媒のスーパーヒートに対応して制御するようにした膨張弁であって、
   上記弁座孔の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との差圧が一定以上あるときは上記弁座孔の上流側と下流側との間を常に連通させて、上記弁座孔の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との差圧がないときは上記弁座孔の上流側と下流側との間を閉塞する感圧弁を設けることにより、上記圧縮機が運転されていて上記スーパーヒートがゼロの時は上記感圧弁を通って上記弁座孔の上流側から下流側に冷媒が流れ、上記圧縮機がオフの時は上記冷媒の流れが上記感圧弁で遮断されるようにした膨張弁において、
   上記感圧弁が、下流側から上流側に向かって付勢された被付勢部材であり、その被付勢部材に上記弁座孔が形成されていて、上記差圧がないときは、上記弁体に上記弁座孔が密接する位置に上記被付勢部材が移動するようにしたことを特徴とする膨張弁。
2. 上記膨張弁を通る冷媒が、吸入圧力に対応して容量が変化する容量可変圧縮機により圧縮される請求項１記載の膨張弁。

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