JP3928084B2 - 膨張弁 - Google Patents

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Description

本発明は、膨張弁に係り、更に詳しくは、膨張弁を車両のエンジンルームに設置するにあたって、蒸発器の出入口パイプと、圧縮機及び凝縮器とに連結されたパイプとが直角に組み立てられるように、膨張弁の流路を直角になるように形成するとともに、流路上にガイド部を形成することにより、装着性を向上させることに加え、流路抵抗及び騒音を減少させた膨張弁に関する。
一般に、冷房システムは、図1に示すように、外気との熱交換を行う作動流体を、圧縮機10で気相の作動流体を液化しやすい高温・高圧の気相に圧縮してそれを凝縮器20に移動させる。この時、気相の作動流体は、凝縮器20を経由しながら液相に相変化して膨張弁30に流入する。
その後、液相に相変化した作動流体は、膨張弁30の絞りによって低温、低圧の過飽和蒸気状態に変化し、空調ケース50内の蒸発器40に流入する。次に、蒸発器40に流入した作動流体は、周辺の空気から蒸発潜熱(蒸発に必要な熱)を吸熱して自ら蒸発するとともに、気相に変化した後、圧縮機10に流入する。以上のサイクルが繰り返される。
このような冷房システムの構成部品は、車両のエンジンルーム61と客室62内の所定位置にそれぞれ設置されている(図3参照)。すなわち、空調ケース50は、ダッシュパネル60によって区画された車両の客室62に設置される一方、他の構成部品はエンジンルーム61内に設置される。
上記のような作動流体の循環過程で、蒸発器40内の作動流体は、蒸発器40の外部を通過する外気熱を吸熱して熱交換をし外気を低温状態にすることにより、車室内を持続的に冷房する役割を果たす。
ところで、蒸発器40内部に流入する作動流体の量が少量で熱負荷が多ければ、作動流体は蒸発器40の出口に到達する前に完全に蒸発してしまって過熱状態で圧縮機10に排出されるので、冷媒能力が低下するとともに、圧縮機10が過熱してしまうという問題が発生する。逆に、蒸発器40の内部に流入する作動流体の量があまりに多くて過熱度があまりに低くければ、作動流体は蒸発器40の出口部分で一部が液相で存在し、それが圧縮機10内部に流入してしまい、圧縮機10に損傷を与える恐れがある。
したがって、膨張弁30は、凝縮器20と蒸発器40との間に設置することで、作動流体が蒸発器40で急激に蒸発できるように、凝縮した作動流体を膨張させるとともに、膨張した作動流体が蒸発器40で適正な過熱度を保持しながら蒸発できるように、膨張した作動流体を蒸発器40に供給する役割を果たす。
図2は、従来の膨張弁を示す断面図である。以下、便宜のために、膨張弁30内に形成された流路32、33のうち、蒸発器40の入口パイプ41と接続される流路32を第1流路32とし、出口パイプ42と接続される流路33を第2流路33とする。
図2を参照すると、作動流体の流入及び流出が同一の方向で行われる流入口32a、33aと流出口32b、33bとを有する、第1流路32及び第2流路33が、所定の間隔をおいて形成された本体31と、本体31の上側に設置され、内部に作動流体が充填される減温室34aと作動流体の膨張と収縮によって上下方向に変位するダイヤフラム34bとプレート34cとを有するヘッド部34と、プレート34cの下側に備えられ、先端部が第2流路33を通過して第2流路32まで延設され、ダイヤフラム34b及びプレート34cの変位量に応じて軸方向に往復動するロッド35と、ロッド35側に弾性力が働くように第1流路32上に設置される弾性部材36と、ロッド35の端部と弾性部材36との間に備えられ、第1流路32の開口面積を調節するボール37とから構成される。
上記のように構成される従来の膨張弁30は、空調ケース50の内側または外部に設置される。外部に設置される場合は、車体のダッシュパネル60の両側面に選択的に設置することができる。すなわち、車両の客室62またはエンジンルーム61に設置することができる。以下、膨張弁30が車両のエンジンルーム61に設置されることを一例として説明する。
図3は、従来の膨張弁がエンジンルームに設置された状態を概略的に示す分解斜視図である。同図に示すように、ダッシュパネル60を貫通して突出した蒸発器40の出入口パイプ42、41は、第1フランジ70に組み込まれて膨張弁30の第1、2流路32、33の一側に接続されるとともに、一側に形成された螺子孔38にボルト72を入れて結合する。そして、圧縮機10の入口側と凝縮器20の出口側とにそれぞれ連結されたパイプ21、11の端部は、第2フランジ71に組み込まれて膨張弁30の第1、2流路32、33の他側に接続されるとともに、一側に形成された螺子孔38にボルト72を入れて結合する。
以上のような構成により蒸発器40の内部に流入した作動流体は、その量が不足すると、素早い熱交換が行われ、蒸発器40の出口部分で設定温度以上に過熱してしまう。この過熱した温度を感知して減温室34aが膨張し、同時にダイヤフラム34bはロッド35を軸方向に移動させ、これと連動するボール37は第1流路32を前より大幅に開放する(図2参照)。従って、開放された第1流路32を通して前より多量の作動流体が蒸発器40に供給され、適正な過熱度を維持しながら、外気との熱交換によって蒸発する。
一方、蒸発器40内部に流入した作動流体は、その量が多くなると、蒸発器40の出口部分で一部が液相のまま残り、設定温度以下になる。この低温の温度を感知して減温室34aが収縮し、同時に弾性部材36はロッド35を減温室の膨張時とは反対方向に移動させ、これにより、弾性部材36と連動するボール37は、第1流路32を前より小幅に開放する。従って、第1流路32を通して蒸発器40に供給される作動流材は、適正な過熱度を維持しながら外気と熱交換を行うようになる。
しかし、膨張弁30と第1、2フランジ70、71との組み立ては狭小なエンジンルーム61内で行われるが、この際、膨張弁30と第1、2フランジ70、71とを一直線に組み立てる場合、第2フランジ71に組み込まれたパイプ21、11がエンジンルーム61側に大きく突出してしまい、組み立て空間上の制約を受けるため、設置に問題がある。
このような問題を解決するために、図4に示すように、第1フランジ70と膨張弁30とが直角に組み立てられるように、これらの間に直角の連結孔81を有する連結ブロック80を挿入して組み立てる。すなわち、連結ブロック80によって第1フランジ70と膨張弁30とが直角に組み立てれると、これにより膨張弁30の他側に連結された第2フランジ71も第1フランジ70に対して直角を成すことになる。
したがって、第2フランジ71に組み込まれたパイプ21、11はエンジンルーム61側に突出せずにダッシュパネル60に沿って隣接設置されることができるので、エンジンルーム61内での組み立て時、組み立て空間上の制約を減らすことができる。
しかし、上記のように組み立て空間上の制約を減らすために各パイプ21、11、42、41を直角をなすように組み立てるために、連結ブロック80をさらに必要とし、狭小なエンジンルーム61内で組み立てられるので、作業の不便さも生じ、結果的に部品追加によるコストアップ及び組み立て工数増加を招き、生産性が低下してしまうという問題があった。
上記問題を解決するための技術が開示されている(特許文献1参照)。それを図5を参照して簡略に説明すると、角柱状の弁本体90を備え、本体90の直角側面に、それぞれ蒸発器から圧縮機への流入流路91と、圧縮機から蒸発器への流出流路92とを形成する。従って、膨張弁の設置自由度を向上させることに加え、エンジンルーム内の蒸発器および凝縮器などの配置を容易に行うことができる。
しかしながら、上記の膨張弁は、設置自由度の向上のために、直角面に作動流体流入口91aおよび流出口91bを形成しているが、作動流体が通過する流路91が直角に曲っているので、作動流体の流れに急激な変化が生じ、流路抵抗増加及び騒音発生などの問題点があった。
特開2001−241808号公報
そこで、本発明は上記従来の膨張弁における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、膨張弁の流路を直角にするとともに、流路上に作動流体流れ案内用のガイド部を形成することにより、装着性を向上させ、流路抵抗及び騒音を減らした膨張弁を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明による膨張弁は、流入口の中心線と流出口の中心線とが略直角をなす一つ以上の流路が備えられ、前記流入口と流出口との交差地点には、作動流体流れを案内するための、前記流入口(115)と流出口(116)にそれぞれ形成された傾斜面(115a、116a)からなるガイド部が形成された本体と、前記本体に設置され、蒸発器の出口から排出され前記流路内を流れる作動流体の温度変化による膨張と収縮によってロッドを軸方向に往復動させるヘッド部と、前記ロッドの動きに連動して、前記流路内を流れる流量を調整する開閉手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、膨張弁を車両のエンジンルームに設置するにあたって、蒸発器の出入口パイプと、圧縮機及び凝縮器とに連結されたパイプとが直角に組み立てられるように、膨張弁の本体に備えられた第1、2流路の流入口と流出口とを直角にするとともに、交差地点には作動流体流れを案内するための、前記流入口(115)と流出口(116)にそれぞれ形成された傾斜面(115a、116a)からなるガイド部を形成することにより、装着性を向上させ、さらに流路抵抗及び騒音を減少する効果がある。
次に、本発明に係る膨張弁を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。従来技術と同じ部材には同一番号を付して説明し、反復説明は省略する。
図6は、本発明の第1の実施例に係る膨張弁がエンジンルームに設置された状態を概略的に示す分解斜視図であり、図7は、本発明に係る膨張弁を示す一部切欠斜視図であり、図8は、図7のA−A’線での断面図である。
図6及び図7を参照すると、本発明の膨張弁100は、流入口112、115の中心線、例えば流入口115の中心線aと、流出口113、116の中心線、例えば流出口116の中心線bとが略直角をなす第1流路111及び第2流路114が、所定の間隔をおいて形成された本体110と、本体110の上側に設置され、蒸発器40の出口から排出され第2流路114内を流れる作動流体の温度変化による膨張と収縮によってロッド130を軸方向に往復動させるヘッド部120と、ロッド130の動きに連動して、蒸発器40の流入口側と接続された第1流路111内を流れる流量を調整する開閉手段140とから構成される。
ヘッド部120は、蒸発器40出口から排出される、温度変化によって膨張と収縮を行う作動流体が内部に充填された減温室121を備え、減温室121内部に備えられ、作動流体の膨張と収縮によって上下方向に変位するダイヤフラム122及び、ダイヤフラム122の中央部に位置するプレート123を有する。そして、プレート123の上下変位量に応じて軸方向に往復動するロッド130は、減温室121から第2流路114を通過して第1流路111まで貫通して形成された貫通孔118にスライド可能に設置されている。
開閉手段140は、第1流路111上のロッド130の下端に設置され、ロッド130を減温室121のプレート123に常時密着させるように弾性力を有する弾性部材141と、ロッド130の端部と弾性部材141との間に備えられ第1流路111の開口面積を調整するボール142とから構成される。
上記のように構成された膨張弁100は、膨張弁100の本体110の横断面形状および膨張弁100の設置位置、そして客室62やエンジンルーム61に配置される周辺装置により、第1、2流路111、114の流入口112、115の中心線(例えば中心線a)と流出口113、116の中心線(例えば中心線b)とのなす角度(θ)を、多様に変形させることができるが、ここでは、角度(θ)は直角(90°)であることが好ましい。
すなわち、第1、2流路111、114は直角形状を成していて、一側は、蒸発器40の出入口パイプ42、41と組み立てられる第1フランジ70と連通しており、他側は、圧縮器と凝縮器の出入口側パイプ21、11と組み立てられる第2フランジ71と連通している。蒸発器40の出入口パイプ42、41と圧縮器および凝縮器の出入口側パイプ21、11とが組み立てられた後、全体的な構造が直角になる。そして、膨張弁100と第1、2フランジ70、71は、膨張弁100に形成された螺子孔117にボルト72を入れて相互に締結固定される。
したがって、ダッシュパネル60を貫通して設置され、蒸発器40の出入口パイプ42、41と組み立てられた第1フランジ70と、膨張弁100とが組み立てられ、これに第2フランジ71が直角に組み立てられ、圧縮機及び凝縮器の出入口側パイプ21、11がダッシュパネル60に沿って隣接設置される。
そして、本発明は、第1、2流路111、114の流入口112、115の中心線(例えば中心線a)と流出口113、116の中心線(例えば中心線b)とのなす角度(θ)を直角(90°)にすることにより、膨張弁100をエンジンルーム61内に設置するとき、組み立て空間上の制約を最大限減らすことができ、同時に従来の膨張弁30(図4参照)を使用するとき、パイプ21、11、42、41を直角に組み立てるために別途使用した連結ブロック80(図4参照)を省略しながらも、連結ブロック80の機能および効果をそのまま膨張弁100に持たせることができる。
一方、流入口115と流出口116との交差地点には、作動流体の流れを案内するガイド部114aが形成される。ガイド部114aは、流入口115と流出口116にそれぞれ形成された傾斜面115a、116aからなり、蒸発器40の出口パイプ42と連通する第2流路114に形成されることが好ましい。すなわち、冷媒が蒸発器40から圧縮機10側へ流れる第2流路114にガイド部114aを形成することが好ましい。
ここで、ガイド部114aは、第2流路114を形成するための流入口115及び流出口116をドリル加工するときに形成される。すなわち、ドリルの先端角によって形成される、流入口115及び流出口116の各傾斜面115a、116aが互いに交差して形成される。したがって、傾斜面115a、116aは、流入口115及び流出口116を加工するドリルの先端角と同一の形状を有する。
また、流入口115及び流出口116の各傾斜面115a、116aのスタート部と、ロッド130が貫通する本体110の貫通孔118の中心部との間の長さLは、0≦L≦4.5mmを満足することが好ましい。勿論、長さLは、流入口115及び流出口116の直径および位置に応じて変更可能であり、この際にも、それぞれの流入口115及び流出口116の先端地点が、交差する他の流出口116及び流入口115を外さないようにすることが好ましい。
したがって、ガイド部114aにより、流入口115と流出口116との交差部分が急激に曲げられないため、作動流体の流れ上で渦流が発生しないので、第2流路114を流れる作動流体の流れが円滑に行われ、さらに、交差部分での通路面積が減少することになり、通路面積が広いときに発生する響き騒音も防止される。
ここで、ガイド部114aを形成するとき、長さLは0〜4.5mmを満足することが最も好ましいが、必ずしも前記の範囲に限定されるものではない。しかしながら、前記範囲を外れた場合は、上記効果が減少するおそれもある。
一方、本体110に形成される流入口112、115と流出口113、116は、材料の節減を目的として本体110に対して偏心させることが望ましい。
すなわち、図8に示すように、流入口115及び流出口116の各中心線a、bを基準として本体110の両側端との距離をそれぞれ「C」、「D」とするとき、C<Dを満足させることで、本体110で流入口115および流出口116が形成されていない側面部の材料を節減することができる。
図9は、本発明の第2の実施例に係る膨張弁がエンジンルームに設置された状態を概略的に示す分解斜視図であり、同図に基づいて第1の実施例と異なる構成のみを説明し、反復説明は省略する。
図9に示すように、第1流路111の流入口112の方向と第2流路114の流出口116の方向とが反対になっている。すなわち、圧縮機の入口側パイプ11と凝縮器の出口側パイプ21とが、膨張弁100に互いに対向方向に組み込まれる。これは、圧縮機と凝縮器の設置位置及び/又はエンジンルーム61内に配置される周辺装置に応じて変形した膨張弁100の一例である。
次に、上記2つの実施例の膨張弁100に形成される流路114の形成方法を説明する。ここで、流路114とは、流入口115と流出口116とが直交している第2流路114を称する。
第2流路114は、本体110に第2流路114の流入口115を形成する第1ドリル工程と、本体110に、流入口115の中心線aと略直角をなす中心線bを有する流出口116を形成すると同時に、流入口115との交差地点に、作動流体流れを案内するガイド部114aを形成する第2ドリル工程とで形成される。この際、第1ドリル工程で流出口116を形成し、第2ドリル工程で流入口115を形成しても構わない。
そして、ガイド部114aは、流入口115及び流出口116を形成するとき、ドリルの先端角によって形成されるそれぞれの傾斜面115a、116aが相互に交差して形成される。すなわち、第1及び第2ドリル工程によって形成される流入口115及び流出口116の深さを調整し、それぞれの傾斜面115a、116aが互いに交差できるようにすることはもとより、ガイド部114aの大きさを多様に形成することができる。
この時、上記実施例中でも述べたように、流入口115及び流出口116を開ける深さは、それぞれの傾斜面115a、116aのスタート部と、ロッド130が貫通する本体110の貫通孔118の中心部との長さLが、上記の如く0≦L≦4.5mmを満足する範囲内で形成することが望ましい。
以上説明したように、本発明に係る膨張弁は、本体に備えられた第1、2流路の流入口と流出口とが直角(90°)になるようにし、流入口と流出口との交差地点には作動流体流れを案内するガイド部を形成することで、第1、2フランジを介して組み立てられる、蒸発器の出入口パイプと圧縮機及び凝縮器の出入口側パイプとが、直角に組み立てられるようになる。
従って、圧縮器と凝縮器の出入口側パイプがエンジンルーム側に突出せずに直角方向に迂回できるようになり、エンジンルームでの膨張弁を組み立てるとき、組み立て空間上の制約が低減される。また、連結ブロックなどの部品数減少により、コストが低減され、組み立て工数も減少して、生産性が向上する。そして、流入口と流出口との交差地点に形成されたガイド部により、第2流路を流れる作動流体が交差地点で急激に曲げられず、ガイド部に沿って流れることにより、作動流体の流れがよくなり、騒音が減少する。
以上説明したように、本発明では、膨張弁のエンジンルーム側への設置について説明したが、他に客室や空調ケースの内/外側など多様な位置に設置する場合にも本発明と同じ効果を得ることができる。
又、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
一般的な車両用冷房システムを概略的に示す構成図である。 従来の膨張弁を示す断面図である。 従来の膨張弁がエンジンルームに設置された状態を概略的に示す分解斜視図である。 従来の膨張弁がエンジンルームに設置された状態の他の例を概略的に示す分解斜視図である。 従来の他の例の膨張弁を示す断面図である。 本発明の第1の実施例に係る膨張弁がエンジンルームに設置された状態を概略的に示す分解斜視図である。 第1の実施例に係る膨張弁を示す一部切欠斜視図である。 図7のA−A’線での断面図である。 本発明の第2の実施例に係る膨張弁がエンジンルームに設置された状態を概略的に示す分解斜視図である。
符号の説明
10 圧縮機
20 凝縮器
30、100 膨張弁
40 蒸発器
50 空調ケース
60 ダッシュパネル
61 エンジンルーム
62 客室
70 第1フランジ
71 第2フランジ
72 ボルト
110 本体
111 第1流路
112、115 流入口
113、116 流出口
114 第2流路
114a ガイド部
115a、116a 傾斜面
117 螺子孔
118 貫通孔
120 ヘッド部
121 減温室
122 ダイヤフラム
123 プレート
130 ロッド
140 開閉手段
141 弾性部材
142 ボール

Claims (5)

  1. 流入口(112、115)の中心線と流出口(113、116)の中心線とが略直角をなす一つ以上の流路(111、114)が備えられ、
    前記流入口(115)と流出口(116)との交差地点には、作動流体流れを案内するための、前記流入口(115)と流出口(116)にそれぞれ形成された傾斜面(115a、116a)からなる ガイド部(114a)が形成された本体(110)と、
    前記本体(110)に設置され、蒸発器(40)の出口から排出され前記流路(114)内を流れる作動流体の温度変化による膨張と収縮によってロッド(130)を軸方向に往復動させるヘッド部(120)と、
    前記ロッド(130)の動きに連動して、前記流路(111)内を流れる流量を調整する開閉手段(140)とを有することを特徴とする膨張弁。
  2. 前記ガイド部(114a)は、蒸発器(40)の出口側と連通する流路(114)上に形成されることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
  3. 前記流入口(112、115)と流出口(113、116)は、前記本体(110)に対して偏心させることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
  4. 前記傾斜面(115a、116a)は、前記流入口(115)及び流出口(116)を加工するドリルの先端角と同一の形状であることを特徴とする請求項記載の膨張弁。
  5. 前記流入口(115)及び流出口(116)の各傾斜面(115a、116a)のスタート部と、前記ロッド(130)が貫通する本体(110)の貫通孔(118)の中心部との間の長さ(L)は、0≦L≦4.5mmを満足することを特徴とする請求項記載の膨張弁。
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