JP3952598B2

JP3952598B2 - 膨張弁

Info

Publication number: JP3952598B2
Application number: JP18294598A
Authority: JP
Inventors: 富士夫野村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2018-06-29
Also published as: JP2000018774A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用空調装置等における冷凍サイクルにおいて高圧側液冷媒を低温低圧の気液２相冷媒に減圧する膨張弁に関するもので、特に、弁体の振動異音を低減するための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷凍サイクルの膨張弁は、蒸発器の熱負荷変動に対応して蒸発器出口での冷媒の過熱度を所定値に維持するために、蒸発器出口の冷媒温度を感知して弁開度を変化させて、サイクル冷媒流量を調整している。
従来、特開平８−１４５５０５号公報、特公平５−８７７４５号公報等において、膨張弁の弁体の振動異音を低減するために、弁体の作動棒の周囲にコイルばね等のばね手段を配置し、このばね手段により作動棒に対して径方向から力を加えるようにしたものが提案されている。
【０００３】
この従来技術では、ばね手段による径方向からの力によって作動棒の変位を抑制して、弁体の振動異音の低減を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術によると、冷凍サイクルの運転条件の変動に係わらず、ばね手段による径方向の付加力が常に一定であるので、次のごとき不具合が生じる。すなわち、本発明者らの実験検討によると、弁体の振動異音は、サイクル高圧圧力の高いときの方が高圧圧力の脈動による弁体の振動異音が大きくなることが分かっている。
【０００５】
しかるに、従来技術によると、ばね手段による径方向の付加力が常に一定であるので、例えば、サイクル高圧圧力の高いときに振動異音を低減できるように、ばね手段の付加力を大きくすると、サイクル高圧圧力の低いときにはばね手段の付加力が過大になって、蒸発器出口の冷媒過熱度の変化に対して弁体変位量のヒステリシス量が大きくなり、膨張弁の制御性（過熱度の制御性）が損なわれる。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、弁体の振動異音の低減と、蒸発器出口冷媒の過熱度制御性の確保とを両立することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記のごとく、サイクル高圧圧力の上昇と膨張弁の弁体（４３）の振動異音の増大とに相関関係があることに着目して、本発明では、弁体（４３）の作動棒（４６）に径方向から加える力を、サイクル高低圧差に応じて可変することにより、上記目的を達成しようとするものである。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の発明では、弁体（４３）上流側の高圧圧力と弁体（４３）下流側の低圧圧力との圧力差に応じて変位する圧力応動部材（６４）を備え、この圧力応動部材（６４）により作動棒（４６）に対して、作動棒（４６）の径方向から力を加えるようにしたことを特徴としている。
これによると、作動棒（４６）への径方向の付加力を高圧圧力の増減に応じて増減できるので、高圧圧力が高いときは、付加力を増大して弁体の振動異音の低減効果を向上できる。しかも、高圧圧力が低いときは、付加力を減少して弁体変位量のヒステリシス量の増加を回避し、蒸発器出口冷媒の過熱度制御性を良好に維持できる。
【０００９】
そして、本発明は具体的には、請求項２に記載のように、作動棒（４６）は絞り通路（４５）の中心部を貫通するように配置し、サイクル高圧側の冷媒が流入する部位（４１）と絞り通路（４５）の途中部位との間を連通する嵌合穴（６３）を備え、この嵌合穴（６３）に圧力応動部材（６４）を変位可能に嵌合する構成とすることができる。
【００１０】
また、上記嵌合穴（６３）および圧力応動部材（６４）は、請求項３のように作動棒（４６）の軸方向に対して垂直に配置したり、あるいは、請求項４に記載のように作動棒（４６）の軸方向に対する垂直方向から所定角度傾斜して配置してもよい。
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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は車両用空調装置の冷凍サイクルに本発明膨張弁を適用した第１実施形態を示し、図中、１は自動車のエンジンルーム内に配置される圧縮機であって、この圧縮機１は電磁クラッチ１ａを介して自動車エンジン（図示せず）により駆動され、冷媒を圧縮、吐出するものである。圧縮機１の吐出冷媒ガスは、エンジンルーム内の凝縮器２にて冷却され、凝縮する。この凝縮冷媒は、受液器３内にて気液を分離され、液冷媒が受液器３内に溜まる。
【００１２】
４は冷凍サイクルの減圧手段をなす温度式膨張弁で、自動車用空調装置の冷却ユニット部に備えられている蒸発器５出口部の冷媒の過熱度が予め設定した所定値となるように弁開度を調整して、冷媒流量を調整するものである。膨張弁４および蒸発器５は通常、自動車の車室内に設置される。
次に、膨張弁４の具体的構造を詳述すると、４０は膨張弁４の本体ケースで、アルミニュウム等の金属で略直方体状に成形されている。この本体ケース４０の下方部右側には冷凍サイクルの受液器３からの液冷媒が流入する冷媒入口４１が開口している。
【００１３】
この冷媒入口４１は本体ケース４０の下方中央部に形成された弁体収容室４２に連通しており、この室４２内には、膨張弁４の球状の弁体４３、及びこの弁体４３を支持する支持部材４４が収容されている。弁体４３と支持部材４４は溶接等により一体に接合されている。４５は冷媒入口４１からの液冷媒を減圧する円筒状の絞り通路で、この絞り通路４５の開度を弁体４３により調整するようになっている。また、絞り通路４５のうち、球状の弁体４３に対向する部位には、円錐状の弁座面４５ａが形成されている。
【００１４】
４６は絞り通路４５の中心部を貫通して配設された作動棒で、その下端部は球状の弁体４３に当接している。４７は絞り通路４５を通過して減圧された低温、低圧の気液２相冷媒が流れる冷媒流出通路（低圧通路）で、本体ケース４０の上下方向の略中間部位に形成されており、この冷媒流出通路４７は蒸発器５の冷媒入口部に接続される。
【００１５】
４８は蒸発器５にて蒸発したガス冷媒が流れる蒸発器出口側通路で、本例では、本体ケース４０の上方部において左右方向に円筒状に貫通するように形成されている。この蒸発器出口側通路４８の入口端（図１の左端）は蒸発器５の冷媒出口部に接続され、出口端（図１の右端）は圧縮機１の吸入口に接続される。
４９は膨張弁４の感温棒で、変位伝達部材としての役割も兼ねるものであり、アルミニュウム等の熱伝導の良好な金属にて円柱状に形成されている。この感温棒４９は蒸発器出口側通路４８を貫通して配設され、蒸発器５で蒸発した過熱ガス冷媒の温度を感知する感温手段をなすものである。すなわち、感温棒４９は前記過熱ガス冷媒の流れ中に位置することにより、過熱ガス冷媒の熱が伝導され、過熱ガス冷媒の温度を感知するものである。
【００１６】
この感温棒４９には、蒸発器出口側通路４８を貫通する小径の軸部４９ａと、この小径軸部４９ａの端部に形成され、後述のダイヤフラム５２に当接するダイヤフラムストッパ部４９ｂとから構成されている。このダイヤフラムストッパ部４９ｂは、感温棒４９の上端部側（ダイヤフラム５２側端部）から円板状に外径を拡大した形状に一体成形されている。
【００１７】
なお、感温棒４９の外周面には、弁作動のハンチング抑制のために、熱伝達遅延部材４９ｃが圧入固定等により装着されている。この熱伝達遅延部材４９ｃは、感温棒４９を構成するアルミニュウムよりも熱伝導率が十分低い材質（具体的には、樹脂）にて成形されている。
次に、膨張弁４の弁体４３を駆動する弁体駆動部について説明すると、弁体４３に当接された作動棒４６の上端は感温棒４９の下端面に当接しており、この感温棒４９の小径軸部４９ａの下端部近傍の外周溝部にはシール用のＯリング５０が配設され、本体ケース４０の孔部５１に対して感温棒４９は気密に、かつ摺動可能に嵌合している。
【００１８】
感温棒４９の上端部に形成されたダイヤフラムストッパ部４９ｂは本体ケース４０の最上部の外面側に配置されたダイヤフラム（圧力応動部材）５２に当接している。従って、このダイヤフラム５２が上下方向に変位すると、この変位に応じて円柱状感温棒４９、作動棒４６を介して弁体４３も変位するようになっている。本例では、作動棒４６と感温棒４９とにより変位伝達部材が構成されている。
【００１９】
ダイヤフラム５２の外周縁部は、上下のケース部材５３、５４の間に挟持されて支持されている。このケース部材５３、５４はステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属材で構成され、溶接、ろう付け等により一体に接合されている。下側のケース部材５４は本体ケース４０の最上部にねじ止めにて固定されており、このねじ止め固定部はゴム製の弾性シール材（パッキン）５５にて気密になっている。
【００２０】
そして、ケース部材５３、５４内の空間はダイヤフラム５２により上側室（第１圧力室）５６と下側室（第２圧力室）５７に仕切られている。
上側室５６は密封空間であって、その内部には冷凍サイクル内の循環冷媒と同種の冷媒ガスが充填されており、この封入ガスは感温棒４９の感知した蒸発器出口の過熱ガス冷媒温度が金属製ダイヤフラム５２を介して伝導され、この過熱ガス冷媒温度に応じた飽和圧力を示す。ダイヤフラム５２は弾性に富み、かつ熱伝導が良好で、強靱な材質であるステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属で形成することが好ましい。
【００２１】
下側室５７は、感温棒４９のダイヤフラムストッパ部４９ｂの周囲の空隙、この空隙の下方部に形成される圧力導入用の空間５８を通して、蒸発器出口側通路４８に連通しており、この蒸発器出口側通路４８の冷媒圧力が下側室５７内に導入される。すなわち、下側室５７内の圧力は通路４８と略同一の圧力となる。
一方、本体ケース４０の最下部には、球状弁体４３の支持機構が設けられており、本体ケース４０の最下部に外部へ開口するねじ穴部５９が設けられており、このねじ穴部５９に調整ナット６０がねじ止め固定されており、この調整ナット６０はその外周部にシール用のＯリング６１が装着されており、これによりねじ穴部５９との間を気密にシールしている。
【００２２】
６２はコイルばね（ばね手段）であり、その一端は調整ナット６０により支持され、他端は弁体４３の支持部材４４に支持されている。従って、調整ナット６０の締めつけ位置の調整により、コイルばね６２の取付荷重を調整できる。
次に、本発明の特徴とする作動棒４６への振動抑制力付加機構を説明すると、前記した絞り通路４５の途中部位と、高圧液冷媒が流入する部位（冷媒入口４１）とを連通するように円筒状の嵌合穴６３が設けてある。この嵌合穴６３は、本例では、絞り通路４５および作動棒４６の軸方向に対して垂直に形成され、作動棒４６の外周側の１箇所のみに設けられている。そして、この嵌合穴６３にはプランジャ６４が気密に、かつ変位可能に嵌合している。
【００２３】
このプランジャ６４は圧力応動部材としての役割を果たす円柱状部材であって、その一端部には、冷媒入口４１のサイクル高圧圧力Ｐ_Hが加わり、他端部には絞り通路４５の途中部位のサイクル低圧圧力Ｐ_Lが加わる。従って、プランジャ６４は高圧圧力Ｐ_Hと低圧圧力Ｐ_Lとの圧力差に応じて変位する。そのため、作動棒４６には、プランジャ６４によって径方向から上記の圧力差に応じた力を加えることができる。ここで、プランジャ６４は適宜の金属からなる剛体で形成するが、ゴム等の弾性体で形成することもできる。
【００２４】
次に、上記構成において作動を説明する。いま、図１の冷凍サイクルにおいて圧縮機１が作動し、サイクル内に冷媒が循環していると、膨張弁４のダイヤフラム５２の上側室５６内の封入ガスに、感温棒４９、金属製ダイヤフラム５２を介して、通路４８内の蒸発器出口の過熱ガス冷媒温度が伝導されるので、上側室５６内の圧力は通路４８の過熱ガス冷媒温度に応じた圧力となり、一方、ダイヤフラム５２の下側室５７内の圧力は通路４８の冷媒圧力となる。
【００２５】
従って、この両室５６、５７内の圧力差と、弁体４３を上方へ押圧するばね６２の取り付け荷重とのバランスで、弁体４３が変位することになる。そして、この弁体４３の変位により絞り通路４５の開度が調整され、冷媒流量が自動調整される。この冷媒流量の調整作用により、蒸発器出口のガス冷媒の過熱度が所定値に維持される。
【００２６】
ところで、本実施形態においては、絞り通路４５の途中部位と、高圧液冷媒が流入する部位（冷媒入口４１）とを連通するように円筒状の嵌合穴６３を設け、この嵌合穴６３にプランジャ６４を変位可能（摺動可能）に嵌合しているから、プランジャ６４の一端部には冷媒入口４１のサイクル高圧圧力Ｐ_Hが加わり、他端部には絞り通路４５の途中部位のサイクル低圧圧力Ｐ_Lが加わる。従って、プランジャ６４は高圧圧力Ｐ_Hと低圧圧力Ｐ_Lとの圧力差に応じて変位して、作動棒４６には、プランジャ６４によって径方向から上記の圧力差に応じた力を加えることができる。
【００２７】
その結果、作動棒４６への径方向の付加力を高圧圧力の増減に応じて増減できるので、高圧圧力が高いときは付加力を増大して、高圧圧力の脈動による作動棒４６の軸方向変位を効果的に抑制できる。これにより、弁体４３の振動異音の低減効果を向上できる。
しかも、高圧圧力が低いときには、付加力を減少して弁体変位量のヒステリシス量の増加を回避し、蒸発器出口冷媒の過熱度制御性を良好に維持できる。
【００２８】
（第２実施形態）
図２は第２実施形態であり、第１実施形態では、プランジャ６４から作動棒４６の軸方向に対して垂直に力を加えているが、第２実施形態では、嵌合穴６３およびプランジャ６４を作動棒４６の軸方向に対する垂直方向から所定角度θだけ傾斜配置し、これにより、作動棒４６の軸方向（弁体４３の開閉方向）の成分の力も作動棒４６に加えることができるようにしたものである。
（他の実施形態）
なお、上述の実施形態では、嵌合穴６３およびプランジャ６４を作動棒４６の外周側に１箇所のみ配置しているが、作動棒４６の外周側に嵌合穴６３およびプランジャ６４を複数箇所配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による膨張弁断面構造を含む冷凍サイクル図である。
【図２】本発明の第２実施形態による膨張弁断面構造を含む冷凍サイクル図である。
【符号の説明】
４…膨張弁、５…蒸発器、４０…本体ケース、４３…弁体、４５…絞り通路、４６…作動棒、６３…嵌合穴、６４…プランジャ。

Claims

サイクル高圧側からの冷媒を減圧、膨張させる絞り通路（４５）と、
前記絞り通路（４５）の開度を調整する弁体（４３）と、
前記弁体（４３）を作動させる作動棒（４６）と、
前記弁体（４３）上流側の高圧圧力と前記弁体（４３）下流側の低圧圧力との圧力差に応じて変位する圧力応動部材（６４）とを備え、
前記圧力応動部材（６４）により前記作動棒（４６）に対して、前記作動棒（４６）の径方向から力を加えるようにしたことを特徴とする膨張弁。
前記作動棒（４６）は前記絞り通路（４５）の中心部を貫通するように配置され、
サイクル高圧側の冷媒が流入する部位（４１）と前記絞り通路（４５）の途中部位との間を連通する嵌合穴（６３）を備え、
前記嵌合穴（６３）に前記圧力応動部材（６４）が変位可能に嵌合していることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
前記嵌合穴（６３）および前記圧力応動部材（６４）が前記作動棒（４６）の軸方向に対して垂直に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
前記嵌合穴（６３）および前記圧力応動部材（６４）が前記作動棒（４６）の軸方向に対する垂直方向から所定角度傾斜して配置されていることを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。