JP4013455B2

JP4013455B2 - 温度式膨張弁

Info

Publication number: JP4013455B2
Application number: JP2000195138A
Authority: JP
Inventors: 真哉神田; 繁次大石; 照之堀田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: JP2002013844A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧冷媒を減圧するとともに、蒸発器の出口側における冷媒加熱度が所定値となるように開度を調節する蒸気圧縮式冷凍サイクル用の温度式膨張弁に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
温度式膨張弁（以下、膨張弁と略す。）は、周知のごとく、蒸発器から流出する冷媒の温度に応じて内圧が変動する感温室と、この感温室内の圧力変動に応じて変位する膜状のダイヤフラムと、ダイヤフラムの変位を弁体に伝達するストッパ及びロッドからなる変位伝達手段等から構成されたものである。
【０００３】
ところで、一般的な車両用空調装置では、蒸発器内の蒸発温度が約０℃となるように圧縮機の稼働率が制御されているため、ダイヤフラムのうち蒸発器から流出した冷媒と接触する部位の温度は０℃近くまで低下している。このため、感温室内に封入されたガス（冷媒）のうちダイヤフラム近傍のガスが凝縮してしまう。
【０００４】
このとき、ダイヤフラムの面が水平方向に対して傾くように膨張弁が搭載されていると、凝縮した冷媒（液滴）が、感温室を構成する壁部材のうち外気に接触する部位（以下、この部位を加熱壁と呼ぶ。）を側に流れてしまう。
【０００５】
そして、液滴が加熱壁に到達すると、液滴は加熱壁を介して外気（膨張弁の雰囲気）から熱を吸熱して蒸発してしまうので、感温室内の圧力が雰囲気の影響を受けて上昇してしまい、蒸発器から流出する冷媒の温度に応じて弁体を可動させることができなくなるという問題（以下、この問題をヒートパイプ現象と呼ぶ。）が発生する。
【０００６】
この問題に対して、例えば特開平８−１９３７６９号公報に記載の発明では、凝縮した冷媒（液滴）が加熱壁側に流れることを防止する液溜め部を感温室内に設けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の発明では、感温室内に液溜め部を設けているので、膨張弁の構造が複雑になり、膨張弁の製造原価上昇を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、膨張弁の製造原価上昇を抑制しつつ、ヒートパイプ現象を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられ、高圧冷媒を減圧するとともに、蒸発器（５００）の出口側における冷媒加熱度が所定値となるように開度を調節する温度式膨張弁であって、
蒸発器（５００）の出口側における冷媒温度を応じて内圧が変化する感温室（４３０）と、
感温室（４３０）と蒸発器（５００）から流出した冷媒が導かれる空間（４３５）とを仕切るとともに、感温室（４３０）内の圧力変動に応じて変位する膜状のダイヤフラム（４３２）と、
ダイヤフラム（４３２）とともに前記空間（４３５）を形成するケーシング（４３３）と、
高圧冷媒を減圧する絞り部（４２０）と、
絞り部（４２０）の開度を調節する弁体（４２１）と、
ダイヤフラム（４３２）の変位を弁体（４２１）に伝達する変位伝達手段（４２２、４２３）とを有し、
変位伝達手段は、弁体（４２１）に一端部が連結される棒状のロッド部（４２２）と、ロッド部（４２２）の他端部に連結されるフランジ部（４２３）とにより構成され、
フランジ部（４２３）は、ロッド部（４２２）の長手方向と略直交する方向に拡がるとともにダイヤフラム（４３２）に接触する円板状フランジ平面部（４２３ｃ）と、円板状フランジ平面部（４２３ｃ）の中心部からロッド部（４２２）の他端部側に向かって突出する円柱部（４２３ｄ）とを有する傘状に形成され、
ケーシング（４３３）のうち、フランジ部（４２３）の円板状フランジ平面部（４２３ｃ）より絞り部（４２０）側に位置する部位には、フランジ部（４２３）がダイヤフラム（４３２）とともに変位した際に円板状フランジ平面部（４２３ｃ）が衝突することにより、ダイヤフラム（４３２）の最大変位を規制する環状のフランジ受け部（４３３ａ）と、環状のフランジ受け部（４３３ａ）の中心部に位置する円筒部（４３３ｂ）とが設けられており、
円筒部（４３３ｂ）の内面にフランジ部（４２３）の円柱部（４２３ｄ）が挿入されることで円筒部（４３３ｂ）の内面と円柱部（４２３ｄ）の円柱外周面とが対向し、
さらに、円板状フランジ平面部（４２３ｃ）のうちフランジ受け部（４３３ａ）に対向する面から円柱部（４２３ｄ）の円柱外周面に至る面、及び円板状フランジ平面部（４２３ｃ）に対向する環状のフランジ受け部（４３３ａ）の面から円筒部（４３３ｂ）の内面に至る面の少なくとも一方側には、凹凸部（４６０）が設けられており、
凹凸部（４６０）により、蒸発器（５００）から流出した冷媒をダイヤフラム（４３２）側に導く冷媒通路（４２６）が形成されることを特徴とする。
【００１０】
これにより、蒸発器（４００）から流出した低温の冷媒を冷媒通路（４２６）によりダイヤフラム（４３２）側に導いて、この低温の冷媒によりダイヤフラム（４３２）が冷却されるので、仮に感温室（４３０）内のガスが凝縮してその凝縮した液滴が外気から熱を吸熱して蒸発しても感温室（４３０）内を十分に冷却することができる。したがって、感温室（４３０）内の圧力が雰囲気の影響を受けて上昇してしまうことを未然に防止できる。
【００１１】
また、蒸発器（５００）から流出した冷媒をダイヤフラム（４３２）側に導く冷媒通路（４２６）を、凹凸部（４６０）により形成される隙間にて簡便に形成できるので、膨張弁の製造原価上昇を抑制しつつ、ヒートパイプ現象を防止することができる。
【００１９】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１参考例）
本第１参考例は、膨張弁を車両用空調装置（車両用冷凍サイクル）に適用したものであって、本発明の前提となる実施形態を示す。図１は第１参考例による膨張弁及び冷凍サイクルの模式図である。
【００２１】
図１中、１００は冷媒を吸入圧縮する圧縮機であり、この圧縮機１００は動力を断続可能に伝達する電磁クラッチ（図示せず。）を介して走行用のエンジン（図示せず。）から動力を得ている。２００は圧縮機１００から吐出した高温高圧の冷媒と空気とを熱交換して冷媒を冷却凝縮させる凝縮器（コンデンサ）であり、３００は凝縮器２００から流出する冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるとともに、冷凍サイクル中の余剰冷媒を蓄えるレシーバ（気液分離手段）である。
【００２２】
４００はレシーバ３００から流出した高圧冷媒を減圧するとともに、圧縮機１００に吸入される冷媒の過熱度（後述する蒸発器出口側の冷媒過熱度）が所定値となるように開度（絞り程度）を調節する温度式膨張弁（以下、膨張弁と略す。）である。なお、膨張弁４００の詳細は後述する。
【００２３】
５００は膨張弁４００にて減圧された冷媒と車室内に吹き出す空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させることにより車室内に吹き出す空気を冷却する蒸発器であり、膨張弁４００は、蒸発器５００の側面部に取り付けられている。なお、蒸発器５００の側面側とは、蒸発器５００のうち蒸発器５００を通過する空気流れに対して略直交する方向の端部側を言うものである。
【００２４】
次に、膨張弁４００の構造について述べる。
【００２５】
４１０は冷媒が流通する第１、２冷媒通路４１１、４１２及び冷媒を減圧する絞り部４２０が設けられた金属（本第１参考例では、アルミニウム）製のハウジング（膨張弁ボディ）である。そして、第１冷媒通路４１１はレシーバ３００から流出した冷媒が流入する通路であり、第２冷媒通路４１２は蒸発器５００から流出した冷媒が流通する通路であり、絞り部４２０は第１冷媒通路４１１中に設けられている。
【００２６】
また、４３０は所定の量のガス冷媒が封入された第１圧力室（感温室）であり、この第１圧力室４３０は所定形状にプレス成形された第１ケーシング４３１と薄膜状のダイヤフラム（圧力応動部材）４３２とから構成されており、ダイヤフラム４３２は第１ケーシング４３１と第２ケーシング４３３とにより挟み込まれた状態で固定されている。なお、４３４は第１圧力室４３０にガス冷媒を充填する際の充填口を閉塞するプラグである。
【００２７】
そして、ダイヤフラム４３２を挟んで第１圧力室４３０と反対側に位置する空間（以下、この空間を第２圧力室と呼ぶ。）４３５には、蒸発器５００から流出した冷媒が第２冷媒通路４１２から導かれるようになっている。第１圧力室４３０と第２圧力室４３５とはダイヤフラム４３２により仕切られ、第２圧力室４３５は図１に図示されているようにダイヤフラム４３２と第２ケーシング４３３とから構成されている。
【００２８】
４２１は絞り部４２０に対して冷媒流れ上流側に配設されて絞り部４２０の開度を調節する球状の弁体であり、４２２はダイヤフラム４３２の変位を弁体４２１に伝達する棒状のプッシュロッド部（以下、ロッド部と略す。）であり、弁体４２１はロッド部４２２のうち小径ロッド部４２２ａの先端に溶接されている。
【００２９】
また、ロッド部４２２のうち大径ロッド部４２２ｂは、ロッド部４２２の長手方向と直交する方向に拡がる傘状のフランジ部（ストッパ部）４２３に連結されている。このフランジ部４２３は、より具体的には、ロッド部４２２の長手方向と直交する方向に拡がる円板状フランジ平面部４２３ｃを有し、この板状フランジ平面部４２３ｃがダイヤフラム４３２に接触している。また、フランジ部４２３には、フランジ平面部４２３ｃの中心部からロッド部４２２側に向かって突出する円柱部４２３ｄが形成されている。なお、ロッド部４２２及びフランジ部４２３は冷鍛加工にて成形されている。
第２ケーシング４３３のうち、フランジ部４２３の円板状フランジ平面部４２３ｃよりも絞り部４２０側（図１の下側）に位置する部位には、フランジ部４２３がダイヤフラム４３２とともに変位した際に円板状フランジ平面部４２３ｃが衝突することにより、ダイヤフラム４３２の最大変位を規制する環状のフランジ受け部４３３ａと、環状のフランジ受け部４３３ａの中心部に位置する円筒部４３３ｂとが設けられている。
円筒部４３３ｂの内面にフランジ部４２３の円柱部４２３ｄが挿入されることで円筒部４３３ｂの内面と円柱部４２３ｄの円柱外周面とが対向するようになっている。
【００３０】
そして、フランジ部４２３には、図２に示すように、フランジ部４２３の外周部にその一部を切り欠いた切欠き部４２３ａを形成することにより、蒸発器５００から流出した冷媒をダイヤフラム４３２側（第２圧力室４３５側）に導く冷媒通路４２６を形成している。
【００３１】
このため、第１圧力室４３０と第２圧力室４３５との間に圧力差（特に、第１圧力室４３０内圧力が第２圧力室４３５内圧力より大きくなるような圧力差）が発生すると、ダイヤフラム４３２には圧力差に応じて変位するので、図１に示すように、ダイヤフラム４３２の変位がフランジ部４２３及びロッド部４２２を介して弁体４２１に伝達される。つまり、本第１参考例では、ロッド部４２２及びフランジ部４２３によりダイヤフラム４３２の変位を弁体４２１に伝達する変位伝達手段が構成されている。
【００３２】
一方、弁体４２１を挟んでロッド部４２２と反対側には、絞り部４２０の開度が縮小する向きに弁体４２１を押圧する力（弾性力）を弁体４２１に作用させるコイルバネ４２４が配設されている。なお、弁体４２１（ダイヤフラム４３２）の変位は微少であるので、コイルバネ４２４が弁体４２１を押圧する力は弁体４２１の位置によらず略一定とみなしていよい。
【００３３】
なお、４２５はコイルバネ４２４が弁体４２１を押圧する力を調整する調整用スクリュウであり、４５０は隙間を密閉（シール）するＯリング又はパッキンである。
【００３４】
また、ロッド部４２２（特に、大径ロッド部４２２ｂ）は、第２冷媒通路４１２を流通する冷媒（蒸発器５００から流出した冷媒）の温度（熱）を第１圧力室（感温室４３０）に伝達する熱伝達手段を兼ねており、第１圧力室４３０は、ロッド部４２２及び第２圧力室４３５から伝達された温度（熱）に応じて内圧が変化する。このため、ロッド部４２２及びフランジ部４２３は熱伝導率の高い金属（例えば、アルミニウムやステンレス等）にて形成されている。
【００３５】
次に、膨張弁４００の概略作動を述べる（図１参照）。
【００３６】
弁体４２１は絞り部４２０より冷媒流れ上流側に位置しているので、第１圧力室４３０の内圧が上昇すると、弁体４２１は絞り部４２０の開度が拡大する向きに変位する。一方、第２圧力室４３５の内圧が上昇すると、弁体４２１は絞り部４２０の開度が縮小する向きに変位しようとする。
【００３７】
このとき、コイルバネ４２４は絞り部４２０の開度が縮小する向きの力を弁体４２１に常に作用させているので、弁体４２１は、コイルバネ４２４の力と第１圧力室４３０と第２圧力室４３５との圧力差による力とが釣り合う位置に変位しようとする。
【００３８】
また、第１圧力室４３０は密閉されているとともに、その内部温度は第２圧力室４３５内の温度（蒸発器５００出口側における冷媒の温度）と等しくなるように変化するので、弁体４２１は第１圧力室４３０と第２圧力室４３５との圧力差による力がコイルバネ４２４の力と等しくなるように変位する。したがって、コイルバネ４２４の力を過熱度に相当する大きさに設定すれば、蒸発器５００出口側における冷媒過熱度が略一定となるように絞り開度が自動調整される。
【００３９】
なお、第１圧力室４３０内の圧力が過度に上昇した場合には、フランジ部４２３の円板状フランジ平面部４２３ｃが第２ケーシング４３３のフランジ受け部４３３ａに衝突することによりダイヤフラム４３２が過度に変位することが防止される。
【００４０】
次に、本第１参考例の特徴を述べる。
【００４１】
本第１参考例によれば、フランジ部４２３の外周部にその一部を切り欠いた切欠き部４２３ａが設けられているので、蒸発器５００から流出した低温（約０℃）の冷媒によりダイヤフラム４３２が冷却される。このため、仮に凝縮した冷媒（液滴）が外気（膨張弁の雰囲気）から熱を吸熱して蒸発しても第１圧力室４３０内を十分に冷却することができるので、第１圧力室４３０内の圧力が雰囲気の影響を受けて上昇してしまうことを未然に防止できる。
【００４２】
また、フランジ部４２３の外周部にその一部を切り欠いた切欠き部４２３ａを設けるといった簡便な手段にて第１圧力室４３０内を十分に冷却することができるので、膨張弁４００の製造原価上昇を抑制しつつ、ヒートパイプ現象を防止することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、フランジ部４２３は冷鍛加工にて製造しているが、小規模な金型変更にて切欠き部４２３ａを設けることができるので、膨張弁４００の製造原価上昇は実質的に殆どない。
【００４４】
（第２参考例）
第１参考例では、切欠き部４２３ａをフランジ部４２３の外周部に形成することにより、蒸発器５００から流出した冷媒をダイヤフラム４３２側（第２圧力室４３５側）に導く冷媒通路４２６を形成したが、本第２参考例は、図３に示すように、フランジ部４２３を貫通する貫通穴４２３ｂを設けることにより冷媒通路４２６を形成したものである。
【００４５】
（本発明の実施形態）
本実施形態は、図１に示す第１参考例の温度式膨張弁４００を基礎として、この温度式膨張弁４００に、図４に示すフランジ部４２３及び図５に示す第２ケーシング４３３の少なくとも一方を組み合わせるものである。
本実施形態では、図４、５に示すように、フランジ部４２３のうち第２ケーシング４３３のフランジ受け部４３３ａと衝突接触する部位及び第２ケーシング４３３の対応部位の少なくとも一方側に、凹凸部（ディンプル）４６０を設けたものである。
【００４６】
なお、図４はフランジ部４２３に凹凸部４６０を設けた例であり、図５は第２ケーシング４３３に凹凸部４６０を設けた例である。
この凹凸部４６０の形成部位についてより具体的に説明すると、フランジ部４２３においては、図４に示すように、円板状フランジ平面部４２３ｃのうちフランジ受け部４３３ａに対向する面から円柱部４２３ｄの円柱外周面に至る面に凹凸部４６０を設けている。
一方、第２ケーシング４３３においては、図５に示すように、円板状フランジ平面部４２３ｃに対向する環状フランジ受け部４３３ａの面から円筒部４３３ｂの内面に至る面に凹凸部４６０を設けている。
【００４７】
これにより、凹凸４６０により形成された隙間により蒸発器５００から流出した冷媒をダイヤフラム４３２側（第２圧力室４３５側）に導く冷媒通路４２６が形成されることとなるので、膨張弁４００の製造原価上昇を抑制しつつ、ヒートパイプ現象を防止することができる。
【００４８】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、フランジ部４２３を冷鍛加工により形成し、第２ケーシング４３３をプレス加工にて形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他加工方法により形成してもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態では、車両用空調装置を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の冷凍サイクルにも適用することができる。
【００５０】
ところで、本発明は、ダイヤフラム４３２側に低温の冷媒を積極的に導くことにより第１圧力室４３０内を十分に冷却して第１圧力室４３０内の圧力が雰囲気の影響を受けて上昇してしまうことを防止するものであるので、冷媒通路４２６の形成手段は上記実施形態に限定されるものではなく、その他手段であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例に係る膨張弁及び冷凍サイクルの模式図である。
【図２】（ａ）はフランジ部の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）の下面図である。
【図３】本発明の第２参考例に係る膨張弁に適用されるフランジ部の半断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る膨張弁に適用されるフランジ部の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る膨張弁に適用される第２ケーシングの斜視図である。

Claims

蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられ、高圧冷媒を減圧するとともに、蒸発器（５００）の出口側における冷媒過熱度が所定値となるように開度を調節する温度式膨張弁であって、
前記蒸発器（５００）の出口側における冷媒温度を応じて内圧が変化する感温室（４３０）と、
前記感温室（４３０）と前記蒸発器（５００）から流出した冷媒が導かれる空間（４３５）とを仕切るとともに、前記感温室（４３０）内の圧力変動に応じて変位する膜状のダイヤフラム（４３２）と、
前記ダイヤフラム（４３２）とともに前記空間（４３５）を形成するケーシング（４３３）と、
前記高圧冷媒を減圧する絞り部（４２０）と、
前記絞り部（４２０）の開度を調節する弁体（４２１）と、
前記ダイヤフラム（４３２）の変位を前記弁体（４２１）に伝達する変位伝達手段（４２２、４２３）とを有し、
前記変位伝達手段は、前記弁体（４２１）に一端部が連結される棒状のロッド部（４２２）と、前記ロッド部（４２２）の他端部に連結されるフランジ部（４２３）とにより構成され、
前記フランジ部（４２３）は、前記ロッド部（４２２）の長手方向と略直交する方向に拡がるとともに前記ダイヤフラム（４３２）に接触する円板状フランジ平面部（４２３ｃ）と、前記円板状フランジ平面部（４２３ｃ）の中心部から前記ロッド部（４２２）の他端部側に向かって突出する円柱部（４２３ｄ）とを有する傘状に形成され、
前記ケーシング（４３３）のうち、前記フランジ部（４２３）の前記円板状フランジ平面部（４２３ｃ）より前記絞り部（４２０）側に位置する部位には、前記フランジ部（４２３）が前記ダイヤフラム（４３２）とともに変位した際に前記円板状フランジ平面部（４２３ｃ）が衝突することにより、前記ダイヤフラム（４３２）の最大変位を規制する環状のフランジ受け部（４３３ａ）と、前記環状のフランジ受け部（４３３ａ）の中心部に位置する円筒部（４３３ｂ）とが設けられており、
前記円筒部（４３３ｂ）の内面に前記フランジ部（４２３）の前記円柱部（４２３ｄ）が挿入されることで前記円筒部（４３３ｂ）の内面と前記円柱部（４２３ｄ）の円柱外周面とが対向し、
さらに、前記円板状フランジ平面部（４２３ｃ）のうち前記フランジ受け部（４３３ａ）に対向する面から前記円柱部（４２３ｄ）の円柱外周面に至る面、及び前記円板状フランジ平面部（４２３ｃ）に対向する前記環状のフランジ受け部（４３３ａ）の面から前記円筒部（４３３ｂ）の内面に至る面の少なくとも一方側には、凹凸部（４６０）が設けられており、
前記凹凸部（４６０）により、前記蒸発器（５００）から流出した冷媒を前記ダイヤフラム（４３２）側に導く冷媒通路（４２６）が形成されることを特徴とする温度式膨張弁。