JP3963672B2 - 膨張弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は膨張弁に関し、特に自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルの中で高温・高圧の液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の気液混合冷媒にするとともにエバポレータ出口での冷媒の状態が所定の過熱度になるように冷媒流量を制御する膨張弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車エアコンシステムでは、コンプレッサによって圧縮された高温高圧のガス冷媒をラジエータで凝縮し、高圧の液冷媒を膨張弁で断熱膨張させることで低温低圧の冷媒にし、それをエバポレータにて蒸発させてコンプレッサに戻すような冷凍サイクルが形成されている。低温の冷媒が供給されるエバポレータは、車室内の空気と熱交換を行い、冷房が行われる。
【0003】
膨張弁は、エバポレータ出口側の冷媒の温度および圧力の変化を感知して内部が昇降圧する感温部と、その感温部の昇降圧により駆動されてエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部とから構成されている。この弁部は、高圧冷媒を受ける冷媒入口と低圧冷媒を供給する冷媒出口とを連通する冷媒通路の途中にその冷媒通路を遮るように設けられた壁に穿設されて弁孔を構成するオリフィスと、このオリフィスに対向して接離可能に設けられて弁体を構成するボールとから成っている。ボールは、オリフィスを塞ぐ方向にばねによって付勢され、また、オリフィスを開ける方向にシャフトを介して感温部により駆動されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
冷媒入口に供給された高圧の液冷媒は、オリフィスの開口端面にある弁座とボールとの隙間を通るときに減圧沸騰して大量の気泡を発生し、気泡と液体分とが混じった冷媒が冷媒出口へと流れる。このとき、気泡の破裂音などを含め大きな流動音が発生し、この流動音が不快な騒音として聴感されるといった問題点があった。
【0005】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁部に冷媒が流れることにより発生する流動音を低減することができる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】
本発明では上記問題を解決するために、弁孔をなすオリフィスおよび弁体をなすボールを備えた自動車用の膨張弁において、前記オリフィスの径をボールの径で除した値が0.85ないし0.96の範囲内にあることを特徴とする膨張弁が提供される。
【0007】
このような膨張弁によれば、オリフィスの径とボールの径との差が小さくなるので、冷媒の流れの障害となる領域が小さくなり、冷媒をスムーズに流すことができるようになる。これにより、オリフィスの径をボールの径で除した値が0.85ないし0.96の範囲内であれば、膨張弁としての特性を維持しながら流動音を低減させる効果が大きい。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明による膨張弁の要部を拡大して示した説明図である。
【0009】
膨張弁の弁部は、冷媒入口と冷媒出口との間に形成されたオリフィス1と、このオリフィス1に対向して接離可能に設けられたボール2とから構成されている。ここで、オリフィス1の径をd、ボール2の径をDとしたとき、本発明による膨張弁は、オリフィス1の径dとボール2の径Dとの比d/Dを、0.85から0.96の範囲に設定するようにしている。
【0010】
自動車用エアコンシステムに使われる膨張弁では、そのオリフィス1の径dは、システムによって要求される特性から決定されるものであって、5.6mm〜1.9mmの範囲のものが使われている。一方、ボール2の径Dは、オリフィス1の径dに合わせて適宜設定されるものであるため、オリフィス1の径dとボール2の径Dとに様々な組み合わせが存在する。そこで、オリフィス1の径dとボール2の径Dとの比d/Dを変化させた場合の騒音値の変化を調べてみた。
【0011】
図2はオリフィスの径とボールの径との比に対する騒音値の変化を示す図である。
この図2では、縦軸が騒音値を表し、横軸がオリフィス1の径dとボール2の径Dとの比d/Dを表わしている。従来の代表的な膨張弁では、オリフィス1の径dが2.6mm、ボール2の径Dが3.97mmのものがあり、この場合、オリフィス1の径dとボール2径Dとの比d/Dは、0.65になる。そのような比の場合の騒音値は、約50dBであった。
【0012】
オリフィス1の径dが実用化されている膨張弁の5.6mm〜1.9mmの範囲内において、ボール2の径Dを変えて、オリフィス1とボール2との各種寸法の組み合わせにした場合、比d/Dが大きくなるに連れて騒音値が低下することが分かった。これは、オリフィス1の径dとボール2の径Dとの差が小さくなるので、冷媒の流れの障害となる領域が小さくなり、冷媒をスムーズに流すことができ、これにより冷媒が流れることによって発生する騒音の大きさが低減するものと思われる。膨張弁としての性能を維持しつつ騒音値の低減に効果がある範囲として、オリフィス1の径dとボール2の径Dとの比d/Dが0.70〜0.96の範囲にあるのがよく、好ましくは、0.85〜0.96の範囲に設定するとよい。
【0013】
次に、このようなd/Dの関係を適用した自動車用の膨張弁の実施の形態について説明する。
図3は第1の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【0014】
この第1の実施の形態に係る膨張弁10は、膨張弁の最小機能を有し、エバポレータへの配管に部分的に挿入して使用するようにした低コストタイプのものである。この膨張弁10は、上部にエバポレータ出口側の冷媒の温度の変化を感知して内部が昇降圧する感温部11を有し、下部にはエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部12を有している。
【0015】
感温部11は、内部がダイヤフラム13によって仕切られていて冷媒ガスが封入されており、頂部には、感温筒14が連通状態で接続され、その先端は、エバポレータの出口配管と接触されてエバポレータ出口の冷媒温度を感知するようにしている。
【0016】
弁部12は、ボディ15の長手方向のほぼ中央に高圧冷媒導入溝16が周設され、この高圧冷媒導入溝16から中央軸線を通って高圧冷媒通路17が穿設されている。ボディ15の下方端部には、軸線方向に低圧冷媒通路18が穿設されている。高圧冷媒通路17と低圧冷媒通路18との間のボディ15の軸線位置には、弁孔をなすオリフィス19が連通されており、その低圧冷媒通路18側の開口端面が弁座になっている。その弁座に対向して弁体をなすボール20が配置され、そのボール20は、円錐スプリング21によって弁座の方向に向けて付勢されている。
【0017】
ダイヤフラム13とボール20との間のボディ15の軸線位置には、軸線方向に進退自在にシャフト22が挿通され、感温部11がエバポレータ出口の冷媒温度を感知することで変化する内部圧力によるダイヤフラム13の変位をボール20に伝えるようにしている。
【0018】
以上の構成の膨張弁において、オリフィス19の径dとボール20の径Dとの比d/Dは、0.70〜0.96の範囲、好ましくは、0.85〜0.96の範囲に設定されている。
【0019】
図4は第2の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
この第2の実施の形態に係る膨張弁30は、アングル型またはコーナ型と呼ばれているもので、上部にエバポレータ出口側の冷媒の温度の変化を感知して内部が昇降圧する感温部31を有し、下部にはエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部32を有している。
【0020】
感温部31は、内部がダイヤフラム33によって仕切られていて使用冷媒とは異なるガスが封入されており、頂部には、先端部がコイル状に巻回されていてエバポレータ出口の冷媒温度を感知するようにした感温筒34が連通状態で接続されている。
【0021】
弁部32は、L型のボディ35に図の横から高圧冷媒通路36が穿設され、下方の軸線方向に低圧冷媒通路37が穿設されている。高圧冷媒通路36と低圧冷媒通路37との間のボディ35の軸線位置には、弁孔をなすオリフィス38が連通されており、その低圧冷媒通路37側の開口端面が弁座になっている。その弁座に対向して弁体をなすボール39が配置され、そのボール39は、スプリング40によって弁座の方向に向けて付勢されている。
【0022】
ダイヤフラム33とボール39との間のボディ35の軸線位置には、軸線方向に進退自在にシャフト41が挿通され、ダイヤフラム33の下部空間と低圧冷媒通路37との間には均圧通路42が設けられている。このシャフト41は、感温部31がエバポレータ出口の冷媒温度とエバポレータ入口の冷媒圧力とを感知することで内部圧力が変化することによるダイヤフラム33の変位をボール39に伝えるようにしている。
【0023】
以上の構成の膨張弁において、オリフィス38の径dとボール39の径Dとの比d/Dは、0.70〜0.96の範囲、好ましくは、0.85〜0.96の範囲に設定されている。
【0024】
図5は第3の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
この第3の実施の形態に係る膨張弁50は、アングル型またはコーナ型と呼ばれているもので、上部にエバポレータ出口側の冷媒の温度の変化を感知して内部が昇降圧する感温部51を有し、下部にはエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部52を有している。
【0025】
感温部51は、内部がダイヤフラム53によって仕切られていて、上部空間には不活性ガスが封入されており、頂部には、活性炭を入れた感温筒54が連通状態で接続されている。
【0026】
弁部52は、L型のボディ55に図の下方の軸線方向に高圧冷媒通路56が穿設され、横からは低圧冷媒通路57が穿設されている。高圧冷媒通路56と低圧冷媒通路57との間のボディ55の軸線位置には、弁孔をなすオリフィス58が連通されており、その高圧冷媒通路56側の開口端面が弁座になっている。その弁座に対向して弁体をなすボール59が配置され、そのボール59は、スプリング60によって弁座の方向に向けて付勢されている。
【0027】
ダイヤフラム53とボール59との間のボディ55の軸線位置には、軸線方向に進退自在にシャフト61が挿通され、ダイヤフラム53の下部空間と低圧冷媒通路57との間には均圧通路62が設けられていて、感温部51がエバポレータ出口の冷媒温度および入口の圧力を感知することで変化する内部圧力によるダイヤフラム53の変位をボール59に伝えるようにしている。
【0028】
以上の構成の膨張弁において、オリフィス58の径dとボール59の径Dとの比d/Dは、0.70〜0.96の範囲、好ましくは、0.85〜0.96の範囲に設定されている。
【0029】
図6は第4の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
この第4の実施の形態に係る膨張弁70は、ブロック型またはボックス型と呼ばれているもので、上部にエバポレータから出てきた冷媒の温度および圧力の変化を感知して内部が昇降圧する感温部71を有し、下部にはエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部72を有している。
【0030】
感温部71は、内部がダイヤフラム73によって仕切られていて、上部空間には冷媒ガスが封入されている。
弁部72は、ボディ74の図の下方において、横方向から位置をずらして高圧冷媒通路75および低圧冷媒通路76が穿設されている。高圧冷媒通路75と低圧冷媒通路76との間のボディ74の軸線位置には、弁孔をなすオリフィス77が連通されており、その低圧冷媒通路76側の開口端面が弁座になっている。その弁座に対向して弁体をなすボール78が配置され、そのボール78は、スプリング79によって弁座の方向に向けて付勢されている。
【0031】
ボディ74の図の上方には、横方向に冷媒通路80が穿設されている。この冷媒通路80に一方の開口端(図の左側)はエバポレータ出口側に接続され、反対側の開口端はコンプレッサの吸入側に接続される。この冷媒通路80は、感温部71のダイヤフラム73によって仕切られた下部空間に連通されている。
【0032】
ダイヤフラム73とボール78との間のボディ74の軸線位置には、軸線方向に進退自在にシャフト81が挿通され、感温部71が冷媒通路80を流れる冷媒の温度および圧力を感知することで変化する内部圧力によるダイヤフラム73の変位をボール78に伝えるようにしている。
【0033】
以上の構成の膨張弁において、オリフィス77の径dとボール78の径Dとの比d/Dは、0.70〜0.96の範囲、好ましくは、0.85〜0.96の範囲に設定されている。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、オリフィス1の径dとボール2の径Dとの比d/Dが0.85ないし0.96になるような構成にした。これにより、オリフィス1の径dとボール2の径Dとの差が小さくなり、冷媒の流れの障害となる領域が小さくなるので、冷媒がスムーズに流れるようになる。これにより、膨張弁としての特性を維持しつつ流動音を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による膨張弁の要部を拡大して示した説明図である。
【図2】オリフィスの径とボールの径との比に対する騒音値の変化を示す図である。
【図3】第1の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【図4】第2の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【図5】第3の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【図6】第4の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 オリフィス
2 ボール
10 膨張弁
11 感温部
12 弁部
13 ダイヤフラム
14 感温筒
15 ボディ
16 高圧冷媒導入溝
17 高圧冷媒通路
18 低圧冷媒通路
19 オリフィス
20 ボール
21 円錐スプリング
22 シャフト
30 膨張弁
31 感温部
32 弁部
33 ダイヤフラム
34 感温筒
35 ボディ
36 高圧冷媒通路
37 低圧冷媒通路
38 オリフィス
39 ボール
40 スプリング
41 シャフト
42 均圧通路
50 膨張弁
51 感温部
52 弁部
53 ダイヤフラム
54 感温筒
55 ボディ
56 高圧冷媒通路
57 低圧冷媒通路
58 オリフィス
59 ボール
60 スプリング
61 シャフト
62 均圧通路
70 膨張弁
71 感温部
72 弁部
73 ダイヤフラム
74 ボディ
75 高圧冷媒通路
76 低圧冷媒通路
77 オリフィス
78 ボール
79 スプリング
80 冷媒通路
81 シャフト
Claims (2)
- 弁孔をなすオリフィスおよび弁体をなすボールを備えた自動車用の膨張弁において、
前記オリフィスの径をボールの径で除した値が0.85ないし0.96の範囲内にあることを特徴とする膨張弁。 - 前記オリフィスは、その径が5.6mmないし1.9mmの範囲にあることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
Priority Applications (1)
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JP2001239236A JP3963672B2 (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 膨張弁 |
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JP2001239236A JP3963672B2 (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 膨張弁 |
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- 2001-08-07 JP JP2001239236A patent/JP3963672B2/ja not_active Expired - Lifetime
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