JP4041334B2

JP4041334B2 - 膨張弁及び冷凍サイクル

Info

Publication number: JP4041334B2
Application number: JP2002105005A
Authority: JP
Inventors: 和彦渡辺; 智紀志村
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2022-04-08
Also published as: US20030189104A1; KR100947122B1; DE60307351D1; JP2003302125A; EP1353133A1; EP1353133B1; KR20030081057A; DE60307351T2; US6758055B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用空調装置、冷蔵ショーケース等に用いられる膨張弁及び冷凍サイクルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
膨張弁には各種のタイプがあるが、蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧冷媒通路の途中を細く絞って形成されたオリフィスに対して、上流側から対向するように弁体を配置し、蒸発器から送り出される低圧冷媒の温度と圧力に対応して弁体を開閉動作させるようにした膨張弁が広く用いられている。
【０００３】
この種の膨張弁として、特開平８−３３４２８０号公報に示すように、自動車の空気調和装置等の冷凍サイクルに使用されるものがある。
即ち、図３に示すように冷凍サイクル１は、エンジンにより駆動される冷媒圧縮機２と、該冷媒圧縮機２の吐出側に接続される凝縮機３と、凝縮機３に接続される受液器４と、受液器４からの液相冷媒を気液二相冷媒に断熱膨張させる膨張弁５と、膨張弁５に接続される蒸発器６とから構成されている。
【０００４】
上記膨張弁５には、膨張弁本体５ａに液相冷媒が流入する高圧側通路５ｂと断熱膨張された気液二相冷媒が流入する低圧側通路５ｃとが設けられ、高圧側通路５ｂと低圧側通路５ｃとはオリフィス７を介して連通し、更に該オリフィス７を通過する冷媒量を調整する弁体８を弁室８ｄに備えている。
また、膨張弁５は、膨張弁本体５ａに低圧冷媒通路５ｄが貫通して形成され、低圧冷媒通路５ｄ内には作動棒９ａが摺動可能に配置され、該作動棒９ａは、膨張弁本体５ａの上部に固定されたパワーエレメント部９により駆動される。該パワーエレメント部９はその内部がダイアフラム９ｄによって区画され、上部気密室９ｃと下部気密室９ｃ’とが形成されている。作動棒９ａの上端の円盤部９ｅはダイアフラム９ｄに当接する。また、パワーエレメント部９において、上蓋９ｆの中央部には、チューブ装着穴９ｇが穿設され、該チューブ装着穴９ｇにはキャピラリチューブ９ｈが取り付けられている。
【０００５】
更に、膨張弁本体５ａの下部には、支持部材８ｃを介して弁体８を閉弁方向に押圧する圧縮コイルばね８ａが弁室８ｄ内に配置されており、弁室８ｄは膨張弁本体５ａと螺合する調節ねじ８ｂにより形成され、Ｏリング８ｅにより気密が保持される。また、作動棒９ａの摺動により弁体８を開弁方向に移動する作動棒９ｂが作動棒９ａの下端に当接している。
【０００６】
そして、パワーエレメント部９内の作動棒９ａが低圧冷媒通路５ｄ内の温度を前記上部気密室９ｃに伝達し、その温度に応じて上部気密室９ｃの圧力が変化する。例えば、温度が高い場合は上部気密室９ｃの圧力が上昇して前記ダイアフラム９ｄが作動棒９ａを押し下げると、弁体８は開弁方向に移動してオリフィス７の冷媒通過量が増加し、蒸発器６の温度が下げられる。
一方、温度が低い場合には、上部気密室９ｃの圧力が下降し、前記ダイアフラム９ｄによる作動棒９ａを押し下げる力が弱まり、弁体８は閉弁方向に付勢する圧縮コイルばね８ａにより閉弁方向に移動してオリフィス７の冷媒通過量が減少し、蒸発器６の温度が上げられる。
【０００７】
このように膨張弁５は、低圧冷媒通路５ｄ内の温度変化に応じて、弁体８を移動させてオリフィス７の開口面積を変化させ、冷媒通過量を調整して蒸発器６の温度調整を図っている。そして、この種の膨張弁５においては、液相冷媒から気液二相冷媒に断熱膨張させるオリフィス７の開口面積は、弁体８を閉弁方向に押圧するばね荷重可変の圧縮コイルばね８ａのばね荷重を調節ねじ８ｂで調節することによって設定されている。
【０００８】
なお、上記図３に示す膨張弁５は、パワーエレメント部９のチューブ装着穴９ｇにキャピラリチューブ９ｈが取り付けられている例を示しているが、図４はその別例を示しており、チューブ装着穴９ｇにはキャピラリチューブ９ｈに代えて、封止用栓体９ｉが取り付けられ、且つ、膨張弁本体５ａは角柱状で、その両側部の下部には薄肉部５ｅが形成され、低圧冷媒通路５ｄの近傍にはポルト穴５ｆが穿設されている。
【０００９】
また、図５は従来の膨張弁の他の例を示す縦断面図であり、冷媒サイクル１と共に示しており、図３とは感温駆動棒の構成が相違している。図５に示す膨張弁１０１では、弁本体３０は、図３に示す従来例と同様の弁本体が用いられており、基本的にはエバポレータ６に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧側流路３２ｃと低圧側流路３２ｂとの間に形成されたオリフィス３２ａと、上記オリフィス３２ａに上記冷媒の上流側から対向するように配置された球状の弁体３２ｄと、上記弁体を上流側から上記オリフィスに向けて付勢するための付勢手段３２ｅと、上記付勢手段の付勢力を上記弁体３２ｄに伝えるために上記付勢手段と上記弁体との間に配置された弁部材３２ｆと、エバポレータ６から送り出される低圧冷媒の温度に対応して動作するパワーエレメント部３６と、弁体３２ｄとの間に配置される感温棒と作動棒とが一体に形成されたオリフィス内を挿通する感温駆動棒３１８を設け、上記パワーエレメント部３６の動作に応じて上記弁体３２ｄを上記オリフィス３２ａに対して接離させるようにしたことにより、オリフィスを通過する冷媒流量を制御するようになっている。
【００１０】
パワーエレメント部３６は、可撓性のある金属製薄板であるステンレス製のダイアフラム３６ａと、このダイアフラム３６ａを挟んで互いに密着して設けられ、上記ダイアフラムを一壁面として、その上下に区画された二つの圧力室を形成する上部圧力作動室３６ｂ及び下部圧力作動室３６ｃをそれぞれ構成する気密壁となるステンレス製の上カバー３６ｄ及び下カバー３６ｈと、上部圧力作動室３６ｂにダイアフラム駆動媒体となる所定冷媒を封入するためのめくら栓３６ｉとを備え、下部圧力作動室３６ｃは、オリフィス３２ａの中心線に対して同心的に形成された均圧孔３６ｅを介して第２の通路３４に連通されている。第２の通路３４には、エバポレータ６からの冷媒蒸気が流れ、通路３４は気相冷媒の通路となり、その気相冷媒の圧力が均圧孔３６ｅを介して下部圧力作動室３６ｃに負荷されている。また、下カバー３６ｈには、筒状の取付座３６２が形成され、取付座３６２がねじ孔３６１に螺着により取付けられ、弁本体３０に固定されている。
【００１１】
感温駆動棒３１８は、その上端部３６ｋが分離されて別体に構成されると共に、感温棒は作動棒と一体に例えばステンレス製の細径のロッド部３１６として構成されている。その上端部３６ｋは、ダイアフラム３６ａの下面に当接される端部が径方向に拡大されたストッパ部３１２と他端部が中央部に突起部３１５を形成して下部圧力作動室３６ｃ内に摺動自在に挿入される大径部３１４とからなる受け部である。さらに、ロッド部３１６の上端は大径部３１４の突起部３１５の内部にて嵌合し、その下端が弁体３２ｄに当接している。
【００１２】
感温棒を構成するロッド部３１６は、パワーエレメント部３６のダイアフラム３６ａの変位に応じて通路３４を横切って進退自在に駆動されるので、ロッド部３１６に沿って通路３２ｃと低圧冷媒通路３４間を連通するクリアランス（隙間）が形成されることとなり、この連通を防止するため、ロッド部３１６の外周に密着するＯリング４０を大径の孔３８内に配置し、両通路間にＯリングが存在するようにしている。
【００１３】
なお、３５は弁室であり、オリフィス３２ａと同軸に形成される有底の室であり、高圧側通路３２ｂに連通しプラグ３９によって密閉されており、オリフィス３２ａを介して高圧側通路３２ｃに連通する。
【００１４】
さらに、上記冷媒サイクルに用いられる冷媒として、Ｒ１１（ＣＣＩ_３Ｆ）、Ｒ１２（ＣＣＩ_２Ｆ_２）等のフロン系冷媒が使用されてきた。しかし、炭化水素の全ての水素を塩素を含むハロゲンで置換した形のこれらのフロンは、成層圏のオゾン層破壊につながるため、世界的に規制の対象となっている。そこで、オゾン層を破壊する恐れのない代替フロン系冷媒として例えば、Ｒ２２（ＣＨＣＩＦ_２）、Ｒ１２３（ＣＦ_３ＣＨＣＩ_２）、Ｒ１１１ｂ（ＣＣＩ_２ＦＣＨ_３）、Ｒ１３４ａ（ＣＦ_３ＣＨ_２Ｆ）、Ｒ１５２ａ（ＣＯＯＦ_２ＣＨ_３）等の含水素系ハロゲン化炭化水素冷媒が開発されている。中でも特に、非塩素系ハロゲン化炭化水素、例えばＲ１３４ａ（ＣＦ_３ＣＨ_２Ｆ）、Ｒ１５２ａ（ＣＨＦ_２ＣＨ_３）等が有力視されている。
【００１５】
しかしながら、この非塩素系ハロゲン化炭化水素は、従来のフロン系冷媒に比べて潤滑性が劣り冷媒中に金属粉等が混入される場合がある。冷凍サイクルを構成する部材のうち、膨張弁は、弁体がオリフィスに対して開閉するので、冷媒中に含まれる金属粉等の微粒子によってオリフィスのバルブシートが偏摩耗やエロージョンと呼ばれる腐食を受けやすいのである。
【００１６】
そこで、上記腐食を防止するために、上記特開平８−３３４２８０号公報に記載されているように、従来の膨張弁の弁本体のオリフィスに弁本体に比べて硬度の高い金属材料を固着するようにしたものがある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来構成では、膨張弁のオリフィスに金属材料をオリフィス部材として固着する際に、上記オリフィス部材にテーパー状の突出部を形成して、エッジシールによりその固着を確実にしている。
【００１８】
しかしながら、図３に示すような膨張弁の弁本体にアルミ材を用い、その弁本体にアルマイト処理を施している場合には、上記突出部により弁本体のアルマイト被膜が部分的に割れ、アルマイト被膜による耐腐食性が維持できないという欠点が生じる。
【００１９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、弁本体にアルマイト処理を施した膨張弁において、オリフィスのバルブシートが偏摩耗やエロージョンという腐食を受けることのない膨張弁を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明の請求項１にあっては、高圧側通路、低圧側通路、及び両通路を連通する弁口とを有する弁本体と、上記弁口に装着され、上記弁本体よりも硬度の高い材料から成るオリフィス部材と、上記オリフィス部材の一方の端面に接離する弁体と、上記弁体を作動棒を介して駆動するダイアフラムとを備えた膨張弁において、上記弁本体にはアルマイト処理がなされており、上記オリフィス部材の他方の端面と上記弁本体とが平面接触するように形成されていることを特徴としている。これにより、膨張弁の弁本体のアルマイト被膜を割ることなく、そのオリフィスのバルブシートにおける偏摩耗や腐食を防止することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項２にあっては、上記オリフィス部材の外周部にネジ部が設けられ、上記ネジ部を介して上記オリフィス部材が上記弁口に螺着されていることを特徴としている。これにより、アルマイト被膜を割ることなく、偏摩耗や腐食を防止するオリフィス部材を容易にバルブシートに固着することができる。
【００２２】
さらに、本発明の請求項３にあっては、上記ネジ部に、接着剤が用いられていることを特徴としている。
これにより、オリフィス部材のバルブシートへの固着を長期間にわたり確実な固着状態とすることができる。
【００２３】
さらにまた、本発明の請求項４にあっては、コンプレッサと、このコンプレッサにより高温高圧に圧縮されたガス冷媒を凝縮するためのコンデンサと、凝縮された冷媒の気液分離と冷媒中の水分や塵埃の除去を行なうリキッドタンクと、このリキッドタンクからの冷媒を膨張させる膨張弁と、この膨張弁からの冷媒と空気とを熱交換させるエバポレータとを配管により連結して構成される冷凍サイクルにおいて、上記冷媒は非塩素系ハロゲン化炭化水素であるとともに、上記膨張弁は請求項１乃至３のいずれかの膨張弁であることを特徴とする。これにより、冷凍サイクルの冷媒が非塩素系ハロゲン化炭化水素であっても、膨張弁に施されたアルマイト被膜を割ることなく、そのバルブシートの偏摩耗また腐食を防止することができるので、長期間にわたり安定に動作する冷凍サイクルを実現することになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の膨張弁１０１’の実施の形態を例を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の膨張弁１０１’の縦断面図を示し、図２はその部分拡大図である。図示の膨張弁は、自動車等の空調機の、の冷凍サイクルに用いられるもので、基本的には、図３及び図５に示す膨張弁と同一構成であり、図１は、図３及び図５とはオリフィス部材を具備している点が異なるのみであるので、図５に示す構成と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図１及び図２において、１０はオリフィス部材であり弁本体３０のオリフィス３２ａに弁本体３０を構成するアルミ材よりも硬度の高い例えばステンレス材にて構成されている。オリフィス部材１０は略円筒状に形成されており、その一方の開口の端部１０ａはオリフィス３２ａを形成する弁本体３０の当接面１１と平面接触する如く平面形状に形成され、その他方の開口の端部１０ｂは弁体３０と対抗配置される如くハの字状テーパ形状１０ｃに形成されている。
【００２６】
さらに、オリフィス部材１０の外側部１０ｄはネジ部が形成され、弁本体３０のオリフィス３２ａに形成されたネジ部と螺合し、オリフィス３２ａに固着されている。さらに、この固着を確実にすべく、オリフィス部材１０とオリフィス３２ａとの螺合部に接着剤例えばロックタイトを塗布し、硬化させてもよい。
【００２７】
かかる構成のオリフィス部材１０を用いることにより、弁本体３０にアルマイト処理が施されていても、オリフィス部材１０は弁本体３０と平面当接して固着されるので、弁本体３０上のアルマイト被膜を割って、部分的にアルマイト被膜を破壊することがない。
【００２８】
さらに、オリフィス部材１０は螺合によりオリフィス３２ａに容易に固着でき、またその螺合部分に接着剤を塗布することにより、長期間にわたり確実な固着状態を維持できるのである。
しかも、図１に係る本実施の形態の膨張弁１０１’を冷凍サイクル中に用いることにより、その冷媒が非塩素系ハロゲン炭化水素であってもバルブシートの偏摩耗また腐食を防止することができ、長期間にわたり安定に動作する冷凍サイクルを実現できる。
【００２９】
なお、図１に示す実施の形態においては、コンプレッサ、コンデンサ、レシーバ及びエバポレータ等の冷凍サイクルの構成要素は省略しており、膨張弁１０１’の動作も図３及び図５に示す膨張弁と同一であるので説明は省略する。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の膨張弁においては、アルマイト被膜の施された弁本体を有する膨張弁において、オリフィスに上記弁本体よりも硬度の高いオリフィス部材を上記弁本体と平面接触により固着するので、上記アルマイト被膜を割ることがなく、耐久性に優れた膨張弁を実現できる。
また、本発明の膨張弁を冷凍サイクルに用いることにより、長期間にわたり安定に動作する冷凍サイクルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膨張弁の一実施の形態を示す縦断面図。
【図２】図１の要部拡大図。
【図３】従来の膨張弁の縦断面図。
【図４】図３の膨張弁の弁本体を示す図。
【図５】従来の膨張弁の他の例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１０オリフィス部材
３０弁本体
３２ａオリフィス
３２ｄ弁体
３６パワーエレメント

Claims

高圧側通路、低圧側通路、及び両通路を連通する弁口とを有する弁本体と、上記弁口に装着され、上記弁本体よりも硬度の高い材料から成るオリフィス部材と、上記オリフィス部材の一方の端面に接離する弁体と、上記弁体を作動棒を介して駆動するダイアフラムとを備えた膨張弁において、上記弁本体にはアルマイト処理がなされており、上記オリフィス部材の他方の端面と上記弁本体とが平面接触するように形成されていることを特徴とする膨張弁。
上記オリフィス部材の外周部にネジ部が設けられ、上記ネジ部を介して上記オリフィス部材が上記弁口に螺着されていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
上記ネジ部に、接着剤が用いられていることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
コンプレッサと、このコンプレッサにより高温高圧に圧縮されたガス冷媒を凝縮するためのコンデンサと、凝縮された冷媒の気液分離と冷媒中の水分や塵埃の除去を行なうリキッドタンクと、このリキッドタンクからの冷媒を膨張させる膨張弁と、この膨張弁からの冷媒と空気とを熱交換させるエバポレータとを配管により連結して構成される冷凍サイクルにおいて、上記冷媒は非塩素系ハロゲン化炭化水素であるとともに、上記膨張弁は請求項１乃至３のいずれかの膨張弁であることを特徴とする冷凍サイクル。