JP4041406B2

JP4041406B2 - 差圧膨張弁

Info

Publication number: JP4041406B2
Application number: JP2003006082A
Authority: JP
Inventors: 貞武伊勢; 秀柳澤; 照之堀田
Original assignee: Fujikoki Corp; Denso Corp
Current assignee: Fujikoki Corp; Denso Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP2004218918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は差圧膨張弁に関し、特に、車輌用空調機の冷凍サイクル等に用いられる差圧膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車輌用空調機の冷凍サイクルとして、コンデンサの出口側にて余分な冷媒を貯めて気液分離を行うレシーバと蒸発器から出た低圧冷媒の圧力および温度に応じてその蒸発器に入る冷媒の流量を制御する冷凍サイクル用の温度式膨張弁が広く用いられている。
【０００３】
一方、蒸発器の出口側で余分な冷媒を貯めて気液分離を行うアキュムレータとコンデンサから出た高圧冷媒の過冷却度および乾き度の変動に応じて冷媒流量を制御する絞り流路（オリフィス）および冷媒に所定の過冷却度を持たせるように制御する差圧弁を具備する膨張弁を使用したサイクルも知られている（特許文献１）。
【０００４】
図６は、公知の特許文献１に開示された膨張弁の構成例を示す断面図である。この膨張弁１は、円筒状のボディ２を有し、冷凍サイクルの上流側に接続されるボディ２の図示左側部分は、その側面の一部が大きく開口されていて、その開口部にストレーナ３が嵌合されている。ボディ２は、その中央の冷媒通路の途中に、弁座４を構成する段差が設けられ、この弁座４に対向して下流側から弁体５がその軸線方向に進退自在に配置され、該弁体５は、その下流側に配置されたばね６によって閉弁方向に付勢されている。
また、このボディ２の下流側の端部には、ばね受け部材７が嵌合されており、該ばね受け部材７には、外部に連通する環状の絞り流路８が穿設されている。そして、ボディ２の外周にはＯ−リング９が嵌合されている。また、弁体５は、その軸線位置に貫通するよう微小断面積を有するオイル通過通路５ａが穿設されている（さらに、絞り流路と並行させて「オイル通過通路」を設けることは、冷媒流量調整弁において「バイパス連通穴」として知られている。（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
このような構成の膨張弁１において、冷凍サイクルが通常負荷で運転しているときには、図示しないコンデンサからの高圧冷媒は、まず、ストレーナ３にて濾過され、弁体５の上流側に導入される。導入された冷媒の圧力がばね６の付勢力より高くなると、弁体５が弁座４より離れ、冷媒が弁座４の下流側へと流れ、さらにばね受け部材７の環状の絞り流路８を通過し、ここで断熱膨張されて図示しない蒸発器へと流れる。このとき、弁体５は、弁座４の上流側と下流側との差圧とばね６の付勢力とのバランスによって冷媒流量を制御する。
【０００６】
このような膨張弁１によれば、エンジンの回転数が低く低負荷状態にあるときには差圧弁が閉じるが、その場合でも導入された冷媒の一部を差圧弁バイパス手段を介して流すことができ、冷媒に混入されたオイルをコンプレッサに戻すことができ、コンプレッサの焼き付きを防止することができる。
【０００７】
また、高速走行時などのように、コンプレッサの回転数が高くなって高圧の冷媒が導入された場合に、流路面積可変手段が絞り流路８の流路面積を増加させて絞り流路８を流れる流量を増加させ、圧力上昇を抑えることができ、圧力破壊、成績係数および燃費悪化を防止することができるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−５５４４号公報（特に、段落番号0016−0020及び図１参照）
【非特許文献１】
「冷凍」第４２巻・第４７６号（冷凍第４２−５０９・５１０頁及びFig２．「Ｈｉ／Ｒｅ／Liサイクルの構成部品」参照）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記手段においては、差圧に対する流量変化の応答性が低く、しかも、膨張弁に管路を連結した場合においてコンパクトな配置ができず、また、膨張弁の作動時において、本体に対して弁体に振動が発生することがあるという問題点がある。
したがって、本発明の課題は、上記従来技術の不利点を解消することにあり、差圧に対する流量の応答性がよく、しかも、冷凍サイクルにおいてコンパクトに配置が可能で、膨張弁の作動時において本体に対して弁体が振動することがない差圧膨張弁を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明は、以下の手段を採用した。
請求項１の差圧膨張弁は、筒状の本体の一端に流入口が形成され、前記本体の他端に連結された継手に流出口が形成され、前記本体内には、弁座部が形成されると共に、流体の差圧により前記弁座部に接離する方向に移動する弁体と、該弁体を前記弁座に向けて付勢する差圧設定バネと、前記弁体の下流側に配置されたオリフィス孔と、が設けられ、前記弁体は、前記本体の内面に摺接する断面多角形状の柱状部と、該柱状部の下流側に連続するとともに流体の流れ方向に拡径する円錐状部と、該円錐状部の下流側に連続する径大部とを有し、前記柱状部の平面部と前記本体の内面との間に複数の流通路が形成され、前記円錐状部の傾斜部は前記弁座部との間に前記流通路に連通する絞り流路を形成し、前記径大部は、前記円錐状部の傾斜部と連続する傾斜部を有し、この傾斜部が前記弁体の接離方向と成す角度は前記円錐状部の傾斜部が前記弁体の接離方向と成す角度よりも大きくなっている、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の差圧膨張弁は、請求項１記載の差圧膨張弁において、前記弁体にブリードポートが形成されていることを特徴とする。
請求項３の差圧膨張弁は、請求項１又は請求項２記載の差圧膨張弁において、前記継手が前記本体に螺着されるとともに、前記継手を回転させる工具が嵌合する締結穴が前記継手に形成されていることを特徴とする。
請求項４の差圧膨張弁は、請求項１乃至３のいずれかに記載の差圧膨張弁において、前記継手の先端に、前記本体との間にメタルシールを形成する先細りのリング状突起が形成されていることを特徴とする。
請求項５の差圧膨張弁は、請求項１乃至４のいずれかに記載の差圧膨張弁において前記継手に前記差圧設定バネの一端を受けるバネ受け部が設けられていることを特徴とする。
請求項６の差圧膨張弁は、請求項１乃至５のいずれかに記載の差圧膨張弁において、前記継手に前記オリフィス孔が形成されていることを特徴とする。
請求項７の差圧膨張弁は、請求項１乃至５のいずれかに記載の差圧膨張弁において、前記オリフィス孔が形成されると共に前記継手とは別体のオリフィス体を備え、該オリフィス体が交換可能であることを特徴とする。
請求項８の差圧膨張弁は、請求項１乃至７のいずれかに記載の差圧膨張弁において、前記弁体と前記本体との間に前記弁体の振動を防止する防振バネが装着されていることを特徴とする。
請求項９の差圧膨張弁は、請求項８記載の差圧膨張弁において、前記防振バネは、前記弁体における下流側の部位に装着される弁体装着部と、前記本体の内面に摺接する弾性摺接部とから成ることを特徴とする。
【００１２】
そして、冷凍サイクルにおいて、圧縮機で高温・高圧に圧縮されたガスを凝縮器で液化し、更に過冷却された高圧の液を、上記差圧膨張弁により、例えば、０．４〜０．５MPａの差圧をつけてオリフィス孔まで導き、その後オリフィス孔を通して断熱膨張させる。また、上記差圧膨張弁は、弁体に防振バネを設けたことで、作動時に弁体を振動させず、円滑な差圧機能を実現させ、騒音の発生を抑制する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
以下、本発明の実施例に係る差圧膨張弁Eを、図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の実施例１の縦断面図、図２（Ａ）は実施例１の弁体の斜視図、図２（Ｂ）は図１のＡ−Ａ線の断面図である。なお、以下、図面に従って説明するが、上・下・左・右という表現は、図面の記載に伴うものであり、実際の位置関係とは、必ずしも一致するものではない。
【００１４】
実施例１に係る差圧膨張弁Ｅは、円筒状の本体１０を有し、冷凍サイクルの上流側に接続される本体１０の上方部分は、流入口１１が開口されていて、本体１０は、その中央の冷媒通路の途中に、弁座部１２を構成する段差が設けられていている。この弁座部１２に対向して下流側から弁体２０がその軸線方向に進退自在に配置され、弁体２０は下流側に配置されたバネ３０によって閉弁方向に付勢されている。
また、この本体１０の下流側の端部には、円筒状の継手４０が継手取付部１５を介して螺合されており、その継手４０には、その下方に形成された流出口４２に連通するオリフィス孔４１が穿設された台形状の凸部４６がその上面に一体に構成される。また、オリフィス孔４１は膨張弁を構成する。
【００１５】
本体１０は、弁座部１２の上部（流入口１１側）の内面が弁案内部１３として形成され、また、弁座部１２の下部はバネ室１４を構成している。そして、該バネ室１４の下部に上記継手取付部１５が形成されている。
【００１６】
弁体２０は、図２（Ａ）に示す如く、上部においてその横断面形状が多角形を形成する柱状部２０ａと、下部において該柱状部２０ａと連続して一体に形成された円錐状部２０ｂとからなり、該円錐状部２０ｂは絞り部２１を構成する。上記多角形として図１の実施例では、図２（Ｂ）に示す如く断面四角形に形成され、この四角形のＲ形状をなす角部が本体１０の弁案内部１３によって案内され、弁体２０は進退可能に配置されると共に、弁体２０と弁案内部１３との間には流通路ａが形成され、流通路ａは絞り部２１に連通し、該絞り部２１は、円錐部２０ｂの傾斜部２０ｂ'にて構成され、該傾斜部２０ｂ'は本体２０の弁座部１２と離接する当接部として形成されると共に、弁体２０の離接方向に対して、例えば２０°〜３６°（片側１０°〜１８°）の角度を有する。
また、該絞り部２１の下部は、該絞り部２１と連続する径大部２７が形成される。即ち、絞り部２１は前記径大部２７の上面の径大傾斜部２７ａに連続するように形成され、これらの絞り部２１及び径大傾斜部２７ａが弁部の通過流量を速やかに安定させる作用を有する。
また、弁体２０の軸心位置には連通孔２２が流入口１１と連通して上下に形成されると共に、上記連通孔２２の下部で弁体２０の下面側に突出して台形状に形成された凸部２８には、連通孔２２とバネ室１４とに連通するオイル戻し用のブリードポート２３が形成される。更に、弁体２０の上面の平坦部は流入圧受部２５となり、その下面側に形成された凸部２８の周囲は平坦部であり流出圧受部２６となる。また、凸部２８の基部の周囲はバネ受け部２４となり、上記バネ３０の一端は上記凸部２８に沿って支持される。なお、ブリードポート２３は必要に応じて設けられる。
【００１７】
継手４０は円筒状に形成され、その上面（バネ室１４側）に形成された凸部４６の周囲には凹形状のバネ受け部４４が形成されると共に、バネ３０の他端（下端）は上記凸部４６に沿って支持される。また、バネ受け部４４の外周には突起からなるメタルシール４５が設けられている。なお、バネ受け部４４は、実施例では凹形状となっているが、凸形状等の他の形状であってもよい。
上記バネ受け部４４とバネ受部２４との間には差圧設定用のバネ３０が縮装される。該バネ３０のバネ圧は、設差圧に相当する弾性力とし、実施例１の場合は、例えば０．４〜０．５MPａとする。また、その継手４０の下面にはネジ締結用の締結穴４３が形成されており、締結穴４３は、実施例では六角穴となっているが、締結穴はこれに限らず、他の形状、例えば、異形、凸状ボス、二穴形状等であってもよい。また、継手４０の上部外周には継手取付部１５の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部が形成されている。
【００１８】
このような構成の差圧膨張弁Ｅにおいて、冷凍サイクルが通常負荷で運転しているときには、図示しない圧縮機側からの高圧冷媒は、まず、流入口１１に導入される。導入された冷媒の圧力がバネ３０の付勢力より高くなると、弁体２０が弁座部１２より離れ、冷媒が該弁座部１２の下流側へと流れ、さらにバネ室１４からオリフィス孔４１を通過し、ここで断熱膨張されて図示しない蒸発器へと流れる。このとき、弁体２０は、弁座部１２の上流側と下流側との差圧とバネ３０の付勢力とのバランスによって冷媒流量を制御する。
【００１９】
このような差圧膨張弁Ｅによれば、エンジンの回転数が低く低負荷状態にあるときには、差圧弁が閉じ、コンプレッサの潤滑性に問題が生じる場合がある。その場合においては、導入された冷媒の一部をブリードポート２３を介して流すことにより、冷媒に混入されたオイルをコンプレッサに戻すことができ、コンプレッサの潤滑性を損なうことを防止できる。
【００２０】
【実施例２】
次に、本発明の実施例２について図３を参照して詳細に説明する。なお、図３において、図１,２に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してある。
実施例２の差圧膨張弁Ｅ'は、オリフィス孔５１を形成したオリフィス体５０を、継手４０とは別体としたもので、オリフィス体５０を本体１０に装着するに当たっては、オリフィス体５０の上下面の外周にメタルシール５５が形成されている。
【００２１】
実施例２によれば、オリフィス体５０と継手４０とが別体であることから、それぞれの加工・交換が容易であるばかりでなく、オリフィス体５０を交換するだけで、システムに見合った適正な能力に変更することが可能となる。
【００２２】
【実施例３】
次に、本発明の実施例３について図４及び図５を参照して詳細に説明する。図４はその縦断面図、図５（A）はその防振バネの平面図（Ａ）、図５（B）は図５（A）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図４において、図１，３に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付すことで、説明を省略している。
実施例３の差圧膨張弁Ｅ"は、弁体２０の下面に防振バネ６０を装着した点に特徴を有するものである。該防振バネ６０は全体として１枚の弾性金属素材を加工したものであり、その構成の詳細は、図５に示すように、略環状の弁体装着部６１と６枚の略くの字形で所定幅の折れ曲がり状の弾性摺接片６２とからなる。なお、弁体装着部６１の中心部に形成される孔６３は、前記凸部２８が嵌合可能な程度の大きさとする。したがって、上記弁体装着部６１は、弁体２０の下面に密着して配置可能な形状となっている。また、弾性摺接片６２はその外面が本体１０の内面、換言すれば、バネ室１４の内壁面に弾接しながら上下に摺動可能に形成されている。そして、上記防振バネ６０は、弁体２０と継手４０との間に縮装されるバネ３０により弁体２０下面のバネ受部２４に圧接されている。なお、弾性摺接片６２の数は６枚に限らず、例えば３枚程度でも可能である。
【００２３】
上記実施例３によれば、本体１０の内面に摺接する防振バネ６０の弾性摺接片６２により冷媒の流動により弁体２０の振動が発生した場合には、これを防止することができる。
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、弁体で感知した所定以上の差圧に対して、絞り部における流量調整の応答性を向上させることができ、しかも、冷凍サイクルにおいてコンパクトな配置が可能となる。また、部品点数の低減及び組立工数の低減が計られると共に、継手内部に締結穴を設けることで、継手を本体にねじ締結する際の固定部を継手外面に設ける必要がなくなり、しかも、継手の長さを短縮できてコンパクト化を計ることができる。
また、継手、バネ、弁体を交換することで簡単に差圧や冷凍能力を変更することができる。また、本体の内面に摺接する防振バネの弾性摺接部により冷媒の流動によって弁体に振動が発生するような場合でも、これを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の縦断面図。
【図２】実施例１の弁体の斜視図（Ａ）及び図１のＡ−Ａ線の断面図（Ｂ）。
【図３】本発明の実施例２の縦断面図。
【図４】本発明の実施例３の縦断面図。
【図５】実施例３の防振バネの平面図（Ａ）、及び、図５（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ）。
【図６】従来技術を示す膨張弁の縦断面図。
【符号の説明】
１・・膨張弁（公知） 2・・ボディ３・・ストレーナ
４・・弁座５・・弁体５ａ・・オイル通過通路
６・・ばね７・・ばね受け部材８・・絞り流路９・・Ｏ−リング
Ｅ，Ｅ'，Ｅ"・・膨張弁（本発明）
１０・・本体１１・・流入口１２・・弁座部
１３・・弁案内部１４・・バネ室１５・・継手取付部
２０・・弁体２０ａ・・柱状部２０ａ'・・平面部
２０ｂ・・円錐状部２０ｂ・・傾斜部
２１・・絞り部２２・・連通孔
２３・・ブリードポート２４・・バネ受部２５・・流入圧受部
２６・・流出圧受部２７・・径大部２７ａ・・径大傾斜部
２８・・凸部３０・・バネ４０・・継手
４１・・オリフィス孔４２・・・流出口４３・・締結穴
４４・・バネ受け部４５・・メタルシール４６・・凸部
５０・・オリフィス体
５１・・オリフィス孔５５・・メタルシール６０・・防振バネ
６１・・弁体装着部６２・・弾性摺接（片）部６３・・孔

Claims

筒状の本体の一端に流入口が形成され、前記本体の他端に連結された継手に流出口が形成され、
前記本体内には、弁座部が形成されると共に、流体の差圧により前記弁座部に接離する方向に移動する弁体と、該弁体を前記弁座に向けて付勢する差圧設定バネと、前記弁体の下流側に配置されたオリフィス孔と、が設けられ、
前記弁体は、前記本体の内面に摺接する断面多角形状の柱状部と、該柱状部の下流側に連続するとともに流体の流れ方向に拡径する円錐状部と、該円錐状部の下流側に連続する径大部とを有し、
前記柱状部の平面部と前記本体の内面との間に複数の流通路が形成され、
前記円錐状部の傾斜部は前記弁座部との間に前記流通路に連通する絞り流路を形成し、
前記径大部は、前記円錐状部の傾斜部と連続する傾斜部を有し、この傾斜部が前記弁体の接離方向と成す角度は前記円錐状部の傾斜部が前記弁体の接離方向と成す角度よりも大きくなっている、
ことを特徴とする差圧膨張弁。
前記弁体にブリードポートが形成されていることを特徴とする請求項１記載の差圧膨張弁。
前記継手が前記本体に螺着されるとともに、前記継手を回転させる工具が嵌合する締結穴が前記継手に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の差圧膨張弁。
前記継手の先端に、前記本体との間にメタルシールを形成する先細りのリング状突起が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の差圧膨張弁。
前記継手に前記差圧設定バネの一端を受けるバネ受け部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の差圧膨張弁。
前記継手に前記オリフィス孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の差圧膨張弁。
前記オリフィス孔が形成されると共に前記継手とは別体のオリフィス体を備え、該オリフィス体が交換可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の差圧膨張弁。
前記弁体と前記本体との間に前記弁体の振動を防止する防振バネが装着されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の差圧膨張弁。
前記防振バネは、前記弁体における下流側の部位に装着される弁体装着部と、前記本体の内面に摺接する弾性摺接部とから成ることを特徴とする請求項８記載の差圧膨張弁。