JP3928084B2 - 膨張弁 - Google Patents

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１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１記載の膨張弁。

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