JP4039069B2

JP4039069B2 - 膨張弁

Info

Publication number: JP4039069B2
Application number: JP2002021634A
Authority: JP
Inventors: 繁次大石
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2022-01-30
Also published as: JP2003222443A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルに用いられ、冷媒蒸発器に供給する冷媒を断熱膨張させると共に、その冷媒供給量を制御するボックス型の膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、世界的にリサイクルに対する要望が高まってきており、冷凍サイクルに用いられる膨張弁においても、リサイクル率を向上させることが急務となっている。この冷凍サイクルに用いられる膨張弁として、従来より、いわゆるボックス型と呼ばれる膨張弁が公知である。
【０００３】
このボックス型膨張弁をリサイクルする上での従来の問題点は、ダイヤフラムを有するエレメント部に使用される金属材料（例えばステンレス）と、冷媒通路を流れる冷媒の温度変化をダイヤフラムに伝熱する伝熱部に使用される金属材料（アルミニウム又は黄銅等）とが異なることからエレメント部と伝熱部との分離が必要となるが、伝熱部がエレメント部内に組み込まれてしまっているうえ、そのエレメント部がＴＩＧ溶接等で接合されていて分解が難しく、エレメント部から異材質の伝熱部を分離するのが困難なことよりエレメント部を廃却処分せざるを得ないことにあった。
【０００４】
この問題に対し、特開２０００−２６６２０６号公報（本出願人が先に出願したもの）や特開２００１−９１１０６号公報に示す膨張弁では、エレメント部と伝熱部とを全てステンレスで形成することによってエレメント部の分解を不要としてリサイクル性を高めた構造のものがある。
【０００５】
また、上記の特開２０００−２６６２０６号公報の図３に示す構造では、伝熱部として、冷媒通路を流れる冷媒の温度変化をダイヤフラムに伝熱する感温部と、ダイヤフラムの最大変位量を規制するストッパ部とに分けて構成し、エレメント部から分離するのが困難なストッパ部をエレメント部と同じステンレスで形成することにより、エレメント部の分解を不要としてリサイクル性を高めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示す構造ではダイヤフラムに対し、ステンレス製の伝熱部で伝熱するか、もしくはアルミニウム製の感温部がステンレス製のストッパー部を介して伝熱する構造となっている。しかし、ステンレスの熱伝導率は従来使っているアルミニウムに対して約１０分の１と非常に小さいため、正確な温度の伝達が行われず、膨張弁として制御応答性が悪くなるという欠点がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みて成されたものであり、その目的は、制御応答性を損ねることなくリサイクル性を高めることのできる膨張弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では以下の技術的手段を採用する。
【０００９】
請求項１記載の発明では、冷媒蒸発器（５）の入口に通じる第１冷媒通路（１１）と、冷媒蒸発器（５）の出口に通じる第２冷媒通路（１２）と、第１冷媒通路（１１）を流れる冷媒流量を可変する弁体（１０）と、ダイヤフラム（１３）を受け部（１４）と蓋部（１５）とで挟持し、ダイヤフラム（１３）と蓋部（１５）との間に飽和ガスを封入してダイヤフラム室（１７）を形成すると共に、ダイヤフラム（１３）と受け部（１４）との間にダイヤフラム（１３）が受け部（１４）側へ変位した時の最大変位量を規制するストッパ（２０）を有し、これらダイヤフラム（１３）、受け部（１４）、蓋部（１５）およびストッパ（２０）を同一材質にて構成し、第１冷媒通路（１１）および第２冷媒通路（１２）を有する弁本体（６）に対して着脱可能に組み付けられたエレメント部（７）と、エレメント部（７）とは異なりエレメント部（７）よりも熱伝導率の良い材質で形成され、第２冷媒通路（１２）を流れる冷媒の温度変化をダイヤフラム（１３）に伝達すると共に、ダイヤフラム（１３）の変位を仲介して弁体（１０）に伝達する伝熱部（８）とを備え、弁体（１０）の変位量に応じて第１冷媒通路（１１）を流れる冷媒流量が調節されるボックス型の膨張弁において、
ストッパ（２０）は筒形状の部品であり、受け部（１４）の第２冷媒通路（１２）側の開口部内面に圧入、溶接、かしめ、接着等により一体に設けられており、
伝熱部（８）はダイヤフラム（１３）に直接当接するとともに、ストッパ（２０）の筒の中に納められて摺動する構造で、ストッパ（２０）から抜き出し可能なようにストッパ（２０）と分けて構成されており、
エレメント部（７）は弁本体（６）から取り外されることにより伝熱部（８）と分離されることを特徴とする。
【００１０】
これにより、ダイヤフラム（１３）に対しては熱伝導率の良い、例えば従来と同様のアルミニウム製の伝熱部（８）が直接接触して伝熱する構造であることから制御応答性を損ねることがない。
また、ダイヤフラム（１３）の最大変位量を規制するストッパ（２０）を伝熱部（８）と分けて構成することによってエレメント部（７）と伝熱部（８）とを容易に分離可能にでき、エレメント部（７）から分離するのが困難なストッパ（２０）はエレメント部（７）と同一材質、例えば従来と同様のステンレスで形成することよりエレメント部（７）の分解が不要となり、リサイクル性を高めることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、ダイヤフラム（１３）の最大変位量は、ダイヤフラム（１３）が受け部（１４）側へ変位した時にストッパ（８）に当接することにより規制されることを特徴としている。請求項３記載の発明では、ストッパ（２０）には受け部（１４）側に突出する曲げ部（２０ａ）が設けられており、ダイヤフラム（１３）の最大変位量は、曲げ部（２０ａ）が受け部（１４）の内側面に当接することにより、規制されることを特徴としている。
【００１２】
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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。図１は膨張弁１の断面図であり、図２は図１のエレメント部７の断面構造図である。本実施形態の膨張弁１は、いわゆるボックス型と呼ばれるもので、例えば車両用空調装置の冷凍サイクルに用いられる。
【００１４】
冷凍サイクルは、気相冷媒を圧縮する冷媒圧縮機２と、この冷媒圧縮機２で圧縮された高圧冷媒を冷却して液化する冷媒凝縮器３と、この冷媒凝縮器３で液化した冷媒を気液分離して一時的に液冷媒を貯留するレシーバ４と、このレシーバ４から供給された液冷媒を減圧させる本発明の膨張弁１と、この膨張弁１で減圧された冷媒を車室内へ送風される空気との熱交換によって蒸発させる冷媒蒸発器５等より構成されている。
【００１５】
膨張弁１は、弁ブロック６、エレメント部７、伝熱部８、伝達ロッド９、及びボール弁１０等より構成されている。弁ブロック６は、例えばアルミニウム製で略直方体形状に設けられ、第１の冷媒通路１１と第２の冷媒通路１２を有している。
【００１６】
第１の冷媒通路１１は、レシーバ４の出口側に接続される流入ポート１１ａ、冷媒蒸発器５の入口側に接続される流出ポート１１ｂ、及び流入ポート１１ａ側と流出ポート１１ｂ側とを連通する連通孔１１ｃを有し、この連通孔１１ｃの入口側（流入ポート１１ａ側）に円錐状のシート面１１ｄが設けられている。
【００１７】
第２の冷媒通路１２は、冷媒蒸発器５の出口側に接続される流入ポート１２ａ、冷媒圧縮機２の入口側に接続される流出ポート１２ｂ、及び流入ポート１２ａと流出ポート１２ｂとを連通し、伝熱部８へも連通する連通路１２ｃを有している。
【００１８】
エレメント部７は、可撓性のある薄い金属板から成るダイヤフラム１３と、このダイヤフラム１３を挟持する受け部１４と蓋部１５とを具備し、弁ブロック６の上部にパッキン１６を介して螺子結合される。
【００１９】
受け部１４と蓋部１５は、例えばＴＩＧ溶接により接合され、ダイヤフラム１３と蓋部１５とでダイヤフラム室１７を形成している。このダイヤフラム室１７には、例えば冷凍サイクルに使用される冷媒ガスと同一種類の飽和ガスが封入されている。尚、蓋部１５には、ダイヤフラム室１７に飽和ガスを入れるための孔が開けられており、飽和ガスを入れた後、プラグ１８によって気密に閉塞されている。
【００２０】
また、受け部１４の第２冷媒通路１２側の開口部内面には、伝熱部８の外周円筒面を取り囲むように円筒状のストッパ２０が圧入、溶接、かしめ、接着等で一体に設けられており、ダイヤフラム１３が図１の下方へ変位した時にストッパ２０の円筒上面に当接することでダイヤフラム１３の下方への最大変位量（ボール弁１０の最大リフト量）を規制するようになっている。
【００２１】
また、このエレメント部７を構成する各部品（ダイヤフラム１３、受け部１４、蓋部１５、プラグ１８及びストッパ２０）は、全て同一の金属材料（例えばステンレス）を使用して形成されている。
【００２２】
伝熱部８は、熱伝導率の高い金属材料（例えばアルミニウム又は黄銅等）を使用して円柱状に形成されており、ストッパ２０の筒の中に納められている。そして、円柱状の上面は下方からの付勢力（後述する）を受けてダイヤフラム１３の下面に密着しており、第２の冷媒通路１２を流れる冷媒（冷媒蒸発器５で蒸発した気相冷媒）の温度変化をダイヤフラム１３に伝達すると共に、円柱状の下面には伝達ロッド９が当接しており、ダイヤフラム１３の変位を伝達ロッド９と協同してボール弁１０に伝達するものである。
【００２３】
伝達ロッド９は、伝熱部８の下部に配されて、弁ブロック６に摺動自在に保持されている。その上端部は伝熱部８の下面に当接すると共に、第２の冷媒通路１２（連通路１２ｃ）を上下方向に貫通し、第１の冷媒通路１１の連通孔１１ｃの内部に挿通され、下端部は円錐状のシート面１１ｄに押し当たるボール弁１０の上面に当接している。
【００２４】
また、上下方向に摺動自在に嵌挿されている伝達ロッド９に対して、第１の冷媒通路１１と第２の冷媒通路１２との間の弁ブロック６部にはＯリング１９によるシール部が設けられている。
【００２５】
ボール弁１０は、図１に示すように、連通孔１１ｃの入口側に配されて、伝達ロッド９と弁受け部材２１との間に保持され、シート面１１ｄに着座することで連通孔１１ｃを閉じ、シート面１１ｄから離脱（リフト）することで連通孔１１ｃを開くことができる。
【００２６】
このボール弁１０は、図１において、ダイヤフラム１３を下方へ押し下げる力（ダイヤフラム室１７の圧力−ダイヤフラム１３の下側に作用する冷媒蒸気の圧力）と弁受け部材２１を介してボール弁１０を図１の上方へ付勢するスプリング２２の荷重とが釣り合った位置に静止している。
【００２７】
スプリング２２は、弁ブロック６の下端部に取り付けられた調節螺子２３と弁受け部材２１との間に配され、弁受け部材２１を介してボール弁１０を図１の上方（弁開度が小さくなる方向）へ付勢している。調節螺子２３は、ボール弁１０の開弁圧（ボール弁１０を付勢するスプリング２２の荷重）を調節するもので、Ｏリング２４を介して弁ブロック６の下端部に螺子結合されている。
【００２８】
次に、膨張弁１の作動を説明する。連通孔１１ｃを通過する冷媒流量は、ボール弁１０の開度、即ちシート面１１ｄに対するボール弁１０の位置（リフト量）によって決定される。そのボール弁１０は、ダイヤフラム１３を図１の下方へ付勢するダイヤフラム室１７の圧力と、ダイヤフラム１３を図１の上方へ付勢するスプリング２２の荷重及びサイクル内の低圧圧力（ダイヤフラム１３の下側に作用する冷媒蒸気の圧力）とが釣り合った位置に移動する。
【００２９】
そこで、蒸発圧力が安定している状態から車室内の温度が上昇し、冷媒蒸発器５で急速に冷媒が蒸発すると、冷媒蒸発器５の出口部の冷媒蒸気の温度（過熱度）が高くなる。これにより、第２の冷媒通路１２を流れる冷媒蒸気の温度変化が伝熱部８及びダイヤフラム１３を介してダイヤフラム室１７に封入されているガスに伝達され、そのガスの温度上昇に伴ってダイヤフラム室１７の圧力が上昇する。
【００３０】
その結果、ダイヤフラム１３が図１の下方へ押し下げられ、伝熱部８及び伝達ロッド９を介してボール弁１０が図１の下方へ移動することにより、弁開度が大きくなって冷媒蒸発器５へ供給される冷媒流量が増加する。
【００３１】
一方、車室内の温度が低下して冷媒蒸発器５の出口部の過熱度が低くなると、第２の冷媒通路１２を流れる冷媒蒸気の温度変化がダイヤフラム室１７のガスに伝達され、そのガスの温度低下に伴ってダイヤフラム室１７の圧力が低下する。
【００３２】
その結果、ダイヤフラム１３が図１の上方へ押し上げられてボール弁１０が図１の上方へ移動することにより、弁開度が小さくなって冷媒蒸発器５へ供給される冷媒流量が減少する。以上の動作により、通常のサイクル運転時には、冷媒蒸発器５で蒸発した冷媒蒸気の温度（過熱度）が例えば略５℃になるように弁開度を調節して、連通孔１１ｃを流れる冷媒流量をコントロールしている。
【００３３】
次に本実施形態の特徴について述べる。本実施形態のボックス型膨張弁１は、ダイヤフラム１３が受け部１４側へ変位した時の最大変位量を規制するストッパ２０を筒形状とし、その筒の中に第２冷媒通路１２を流れる冷媒の温度変化をダイヤフラム１３に伝達すると共にダイヤフラム１３の変位を仲介してボール弁１０に伝達する伝熱部８を納め、筒の中を摺動する構造とすることにより、ストッパ２０と伝熱部８とを分けて構成している。
【００３４】
そのうえ、ストッパ２０は一体となるエレメント部７の各部品と同一材質（例えば従来と同様のステンレス）にて形成し、伝熱部８はそのストッパ２０を含めたエレメント部７とは異なる熱伝導率の良い材質（例えば従来と同様のアルミニウムや黄銅）で形成している。そして、伝熱部８をダイヤフラム１３に直接当接させている。これにより、熱伝導率の良い伝熱部８がダイヤフラム１３に直接接触して伝熱する構造であることから制御応答性を損ねることがない。
【００３５】
更に、伝熱部８が筒状のストッパ２０から容易に抜き出し可能なことより、エレメント部７と伝熱部８とを容易に分離可能な構造としている。これらのことより、使用済みの膨張弁１において、エレメント部７を弁ブロック６から取り外すことで伝熱部８との分離もでき、エレメント部７を分解してエレメント部７とストッパ２０とを分離することなくリサイクルできることからリサイクル性が向上する。
【００３６】
（その他の実施形態）
図３、図４に他の実施形態におけるエレメント部の断面構造図を示し、上述の実施形態とはストッパ２０の形状のみ異なる。図に示すように、ストッパ２０にプレスで曲げ部２０ａを形成し、その曲げ部２０ａが受け部１４の内側面に当接することでダイヤフラム１３の最大変位量を規制すると共に、ストッパ２０を受け部１４に圧入、溶接、かしめ、接着等で固定する作業なくしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における膨張弁の縦断面構造図である。
【図２】図１のエレメント部の断面構造図である。
【図３】他の実施形態におけるエレメント部の断面構造図である。
【図４】他の実施形態におけるエレメント部の断面構造図である。
【符号の説明】
５冷媒蒸発器
６弁ブロック（弁本体）
７エレメント部
８伝熱部
１０ボール弁（弁体）
１１第１冷媒通路
１２第２冷媒通路
１３ダイヤフラム
１４受け部
１５蓋部
１７ダイヤフラム室
２０ストッパ

Claims

冷媒蒸発器（５）の入口に通じる第１冷媒通路（１１）と、
前記冷媒蒸発器（５）の出口に通じる第２冷媒通路（１２）と、
前記第１冷媒通路（１１）を流れる冷媒流量を可変する弁体（１０）と、
ダイヤフラム（１３）を受け部（１４）と蓋部（１５）とで挟持し、前記ダイヤフラム（１３）と前記蓋部（１５）との間に飽和ガスを封入してダイヤフラム室（１７）を形成すると共に、前記ダイヤフラム（１３）と前記受け部（１４）との間に前記ダイヤフラム（１３）が前記受け部（１４）側へ変位した時の最大変位量を規制するストッパ（２０）を有し、これら前記ダイヤフラム（１３）、前記受け部（１４）、前記蓋部（１５）および前記ストッパ（２０）を同一材質にて構成し、前記第１冷媒通路（１１）および前記第２冷媒通路（１２）を有する弁本体（６）に対して着脱可能に組み付けられたエレメント部（７）と、
前記エレメント部（７）とは異なり前記エレメント部（７）よりも熱伝導率の良い材質で形成され、前記第２冷媒通路（１２）を流れる冷媒の温度変化を前記ダイヤフラム（１３）に伝達すると共に、前記ダイヤフラム（１３）の変位を仲介して前記弁体（１０）に伝達する伝熱部（８）とを備え、
前記弁体（１０）の変位量に応じて前記第１冷媒通路（１１）を流れる冷媒流量が調節されるボックス型の膨張弁において、
前記ストッパ（２０）は筒形状の部品であり、前記受け部（１４）の前記第２冷媒通路（１２）側の開口部内面に圧入、溶接、かしめ、接着等により一体に設けられており、
前記伝熱部（８）は前記ダイヤフラム（１３）に直接当接するとともに、前記ストッパ（２０）の筒の中に納められて摺動する構造で、前記ストッパ（２０）から抜き出し可能なように前記ストッパ（２０）と分けて構成されており、
前記エレメント部（７）は前記弁本体（６）から取り外されることにより前記伝熱部（８）と分離されることを特徴とする膨張弁。
前記ダイヤフラム（１３）の最大変位量は、前記ダイヤフラム（１３）が前記受け部（１４）側へ変位した時に前記ストッパ（８）に当接することにより規制されることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
冷媒蒸発器（５）の入口に通じる第１冷媒通路（１１）と、
前記冷媒蒸発器（５）の出口に通じる第２冷媒通路（１２）と、
前記第１冷媒通路（１１）を流れる冷媒流量を可変する弁体（１０）と、
ダイヤフラム（１３）を受け部（１４）と蓋部（１５）とで挟持し、前記ダイヤフラム（１３）と前記蓋部（１５）との間に飽和ガスを封入してダイヤフラム室（１７）を形成すると共に、前記ダイヤフラム（１３）と前記受け部（１４）との間に前記ダイヤフラム（１３）が前記受け部（１４）側へ変位した時の最大変位量を規制するストッパ（２０）を有し、これら前記ダイヤフラム（１３）、前記受け部（１４）、前記蓋部（１５）および前記ストッパ（２０）を同一材質にて構成し、前記第１冷媒通路（１１）および前記第２冷媒通路（１２）を有する弁本体（６）に対して着脱可能に組み付けられたエレメント部（７）と、
前記エレメント部（７）とは異なり前記エレメント部（７）よりも熱伝導率の良い材質で形成され、前記第２冷媒通路（１２）を流れる冷媒の温度変化を前記ダイヤフラム（１３）に伝達すると共に、前記ダイヤフラム（１３）の変位を仲介して前記弁体（１０）に伝達する伝熱部（８）とを備え、
前記弁体（１０）の変位量に応じて前記第１冷媒通路（１１）を流れる冷媒流量が調節されるボックス型の膨張弁において、
前記ストッパ（２０）は筒形状で、前記受け部（１４）側に突出する曲げ部（２０ａ）を備えており、
前記ダイヤフラム（１３）の最大変位量は、前記曲げ部（２０ａ）が前記受け部（１４）の内側面に当接することにより規制され、
前記伝熱部（８）は前記ダイヤフラム（１３）に直接当接するとともに、前記ストッパ（２０）の筒の中に納められて摺動する構造で、前記ストッパ（２０）から抜き出し可能なように前記ストッパ（２０）と分けて構成されており、
前記エレメント部（７）は前記弁本体（６）から取り外されることにより前記伝熱部（８）と分離されることを特徴とする膨張弁。