JP4292676B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルの蒸発器出口の冷媒過熱度が設定値に維持されるように蒸発器への流入冷媒の流量を調整する膨張弁に関し、特にその騒音低減のための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の膨張弁は、冷凍サイクルの高圧側液冷媒が流入する高圧側液冷媒通路と、蒸発器入口に接続される低圧側２相冷媒通路との間に、微小な絞り通路穴を設置して、この絞り通路穴にて液冷媒を減圧、膨張させるとともに、ダイヤフラムで駆動される弁体によって絞り通路穴の開口面積を調整して、蒸発器への流入冷媒流量を調整するものである。
【０００３】
そして、上記低圧側２相冷媒通路は、絞り通路穴側に位置する第１通路と、第１通路の冷媒流れ下流側に位置し、第１通路よりも通路断面積が大きい第２通路とを有しており、低圧側２相冷媒通路と蒸発器入口を接続する接続部品（例えばブロックジョイント等）が第２通路内に、冷媒流れ下流側から挿入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】
しかし、上記従来技術において、特に冷凍サイクル起動直後のように冷媒が多量に流れる際には、高周波数の騒音が発生するという問題がある。
【０００５】
この騒音の発生原因を説明すると、膨張弁の絞り通路穴で冷媒が減圧膨張し、液相から気液２相に変わる際に、液冷媒中に気泡が発生、成長し、合体、分裂することで圧力変動が発生する。また、気液２相冷媒中の液滴流が壁面に衝突することによっても圧力変動が発生する。
【０００６】
そして、このように発生した冷媒の圧力変動が、絞り通路穴から低圧側２相冷媒通路を伝わり、さらには、低圧側２相冷媒通路と蒸発器入口を接続する接続部品を振動させることにより、この接続部品や蒸発器等から騒音が発生していることが判明した。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、冷媒が絞り通路穴を多量に流れることに起因して発生する騒音の低減を図ることを目的とする。
【０００８】
【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、高圧側の液冷媒を減圧膨張させる絞り通路穴（４８）が形成された膨張弁本体（４１）と、
この膨張弁本体（４１）の内部に配置され、絞り通路穴（４８）の開口面積を調整するように変位する弁体（４７）と、
膨張弁本体（４１）に形成され、絞り通路穴（４８）を通過した低圧側２相冷媒を蒸発器（５）の入口部（５ａ）に送り込む低圧側２相冷媒通路（４３）とを備え、
この低圧側２相冷媒通路（４３）が接続部品（７０）を介して蒸発器（５）の入口部（５ａ）側に接続される膨張弁において、
低圧側２相冷媒通路（４３）は、絞り通路穴（４８）側に位置する第１通路（４３ａ）と、この第１通路（４３ａ）の冷媒流れ下流側に位置し、この第１通路（４３ａ）よりも通路断面積が大きい第２通路（４３ｂ）とを有しており、
第１通路（４３ａ）には、第２通路（４３ｂ）に向かって突出するとともに膨張弁本体（４１）と一体になっている筒状の突出部材（６０）が備えられており、
一方、接続部品（７０）には、膨張弁本体（４１）に向かって突出する筒状の入口挿入接続部（７３）が形成され、
この入口挿入接続部（７３）は、第２通路（４３ｂ）の内部において筒状の突出部材（６０）の外周側に挿入され、これにより、筒状の突出部材（６０）が筒状の入口挿入接続部（７３）の内部まで延びるようになっており、
筒状の突出部材（６０）の外周面と筒状の入口挿入接続部（７３）の内周面との間には隙間（ＣＬ）が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
これにより、絞り通路穴（４８）を通過した低圧側２相冷媒は、第１通路（４３ａ）を通過して、筒状の突出部材（６０）内を通過した後に、蒸発器（５）と膨張弁とを接続する接続部品（７０）内を流通するようになるので、絞り通路穴（４８）通過直後の圧力変動が大きい冷媒は、筒状の突出部材（６０）内を流通する間にその圧力変動が減衰され、この圧力変動が減衰した冷媒を接続部品（７０）内に流通させるようにできる。
【００１０】
よって、筒状の突出部材（６０）を配置しない従来の膨張弁に比べて、小さい圧力変動の冷媒を接続部品（５ａ）内に流通させることができ、接続部品の振動を抑制して騒音を低減することができる。
さらに、筒状の突出部材（６０）を膨張弁本体（４１）と一体化するとともに、筒状の突出部材（６０）の外周面と筒状の入口挿入接続部（７３）の内周面との間には隙間（ＣＬ）を形成しているから、冷媒の圧力変動による突出部材（６０）の振動が、接続部品（７０）に直接伝わることも防止できる。これにより、接続部品（７０）の振動をより一層効果的に抑制できる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明の如く、請求項１に記載の膨張弁において、筒状の突出部材（６０）の突出端面は、具体的には、膨張弁本体（４１）の側面と同一平面上に位置させればよい。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の膨張弁において、突出部材（６０）を、膨張弁本体（４１）に、低圧側２相冷媒通路（４３）の冷媒流れ下流側から圧入することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明では、突出部材（６０）を、剛性の高い剛性部材（６０ａ）と、剛性部材（６０ａ）の内面に配置された、衝撃吸収性を有する緩衝部材（６０ｂ）とから形成することを特徴としているので、圧力変動の大きい冷媒が突出部材（６０）に衝突する際の加振力は、緩衝部材（６０ｂ）によって内部減衰される。従って、突出部材（６０）内における冷媒の圧力変動を、より一層減衰することができる。
【００１５】
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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明の膨張弁を車両用空調装置の温度式膨張弁に適用したものであり、図１は膨張弁を含む車両用空調装置の冷凍サイクルを示している。図中、１は圧縮機で、電磁クラッチ１ａを介して図示しない車両エンジンにより駆動される。２は凝縮器で、圧縮機１から吐出されたガス冷媒を図示しないファンによって送風される冷却空気（外気）により冷却し、凝縮するものである。
【００１７】
３はレシーバで、凝縮器３で凝縮した液冷媒を貯えて、液冷媒のみをその出口側に導出するものである。４はレシーバ３からの冷媒を減圧、膨張させる温度式膨張弁、５は蒸発器で、図示しない空調ユニットのケース内に収容され、図示しない空調用ファンによって送風される空調空気を冷却、除湿するものである。
【００１８】
上記した温度式膨張弁４は、アルミニウム等の金属で成形された縦長の直方体状の形状からなる本体４１を有している。この本体４１内には、高圧側液冷媒通路４２と低圧側２相冷媒通路４３と低圧側ガス冷媒通路４４とが形成されている。高圧側液冷媒通路４２は、レシーバ３の出口に接続されて高圧の液冷媒が送り込まれてくる。また、低圧側２相冷媒通路４３は、蒸発器５の冷媒入口部（図３参照）５ａに接続されて断熱膨張後の気液２相冷媒が送り出される。
【００１９】
また、低圧側ガス冷媒通路４４は、その一端が蒸発器５の出口部５ｂ（図３参照）に接続され、他端が圧縮機１の吸入側に接続されて、蒸発器５で熱交換（吸熱）して蒸発したガス冷媒が通過するものである。この低圧側ガス冷媒通路４４にはアルミニウム等の熱伝導の良好な金属からなる感温棒（ヒートステム）４５が貫通するように配置され、この感温棒４５の下端には弁作動棒４６が当接し、さらにこの弁作動棒４６の下端には球状の弁体４７が当接するように配置されている。
【００２０】
前記した高圧側液冷媒通路４２は、高圧液冷媒を減圧膨張させる微小な絞り通路穴４８を介して低圧側２相冷媒通路４３に連通しており、絞り通路穴４８の開口面積が球状の弁体４７により調整されるようになっている。ここで、球状の弁体４７と絞り通路穴４８とにより、膨張弁４の減圧機構を構成している。
【００２１】
また、感温棒４５の上端側はダイヤフラム（圧力応動部材）４９と当接し、このダイヤフラム４９により弁体４７は開弁方向（図１の下方）に付勢される。ここで、ダイヤフラム４９はダイヤフラムケース５０内に配設され、ダイヤフラムケース５０内の空間を上側の第１圧力室５１と下側の第２圧力室５２とに仕切っている。
【００２２】
上側の第１圧力室５１内には、冷凍サイクルが運転される条件下でほぼ飽和蒸気の状態となる冷媒が封入されている。従って、蒸発器５を出た冷媒、すなわち、低圧側ガス冷媒通路４４を通過するガス冷媒の温度変動（過熱度変動）が感温棒４５を伝わって第１圧力室５１内の冷媒に伝わることにより、第１圧力室５１内の冷媒圧力が変化する。
【００２３】
一方、ダイヤフラムケース５０内下側の第２圧力室５２は、感温棒４５と本体４１との間に形成される空間５６を通して低圧側ガス冷媒通路４４に常時連通して、この第２圧力室５２内は低圧側ガス冷媒通路４４と同一圧力になっている。
【００２４】
高圧側液冷媒通路４２内には弁体４７を閉弁方向に付勢するコイルばね（ばね手段）５３が配置されており、このコイルばね５３の一端部は支持台座５４を介して弁体４７にばね力を作用させる。コイルばね５３の他端部は金属プラグ５５により支持されており、この金属プラグ５５は本体４１のねじ穴に位置調整可能に固定され、金属プラグ５５の位置調整によりコイルばね５３の取付荷重を調整できる。
【００２５】
このような構成によって、第１、第２圧力室５１、５２の圧力と、コイルばね５３の力とのバランスで弁体４７が変位して、絞り通路穴４８の開口面積（弁開度）が最適となるように制御される。
【００２６】
次に、本実施形態の要部である低圧側２相冷媒通路４３に関し、図１の部分拡大図である図２を用いて説明する。
【００２７】
膨張弁４の本体４１に形成される低圧側２相冷媒通路４３は、図２の左右方向に延びる断面円形の形状であり、絞り通路穴４８と連通する第１通路４３ａと、第１通路４３ａの冷媒流れ下流側に位置し、第１通路４３ａよりも通路断面積が大きい第２通路４３ｂとを有している。
【００２８】
そして、膨張弁本体４１のうち第１通路４３ａの端部を形成する部分には第１通路４３ａの通路断面積を拡大する拡大部４１ａが形成されており、この拡大部４１ａには、冷媒流れ下流側から円筒形状の突出部材６０が圧入されている。従って、突出部材６０は、第１通路４３ａから第２通路４３ｂに向かって突出するように配置されている。
【００２９】
この突出部材６０は、剛性を有する材質（例えば金属）で形成されており、第１通路４３ａから第２通路４３ｂに向かって突出するように配置されている。そして、突出部材６０の突出端面は、膨張弁４の側面と同一平面上に位置するように形成されている。また、突出部材６０の内径Ａは、第１通路４３ａの内径と同じ大きさに形成されている。さらにまた、低圧側２相冷媒通路４３のうち、絞り通路穴４８の中心軸位置から突出部材６０の端面までの長さＢを、突出部材６０の内径Ａの約１．５倍に形成している。
【００３０】
次に、上記構造の膨張弁４と蒸発器５との接続構造を図３を用いて説明する。
【００３１】
膨張弁４と蒸発器５との間にはブロックジョイント（接続部品）７０が配設されて、相互間の冷媒を流通させている。なお、本実施形態では、このブロックジョイント７０は、アルミニュウム等の金属を切削またはダイカスト成形で形成した直方体形状状であり、蒸発器５に対しては、例えば一体ろう付けにより接合されており、膨張弁４に対しては、例えばボルト等の締結手段により締結されている。
【００３２】
ブロックジョイント７０内部には、膨張弁４の低圧側２相冷媒通路４３から蒸発器５の冷媒入口部５ａに気液２相冷媒を流入させる入口通路７１、及び蒸発器５の冷媒出口部５ｂから膨張弁４の低圧側ガス冷媒通路４４にガス冷媒を流出させる出口通路７２が形成されている。
【００３３】
そして、両通路７１、７２の膨張弁４側端部には、膨張弁４側に向かって突出する円筒形状の入口挿入接続部７３、出口挿入接続部７４がそれぞれ形成されており、入口挿入接続部７３は膨張弁４の第２通路４３ｂに挿入され、出口挿入接続部７４は低圧側ガス冷媒通路４４に挿入されている。従って、入口挿入接続部７３の内部に膨張弁４の突出部材６０が位置することとなり、そして、入口挿入接続部７３の内周面と突出部材６０の外周面との間には隙間ＣＬが形成されるようになっている。
【００３４】
なお、両挿入接続部７３、の外周面には、リング形状の溝部７３ａ、７４ａがそれぞれ形成されており、この溝部７３ａ、７４ａにはシール部材（例えばＯリング等の弾性材）７５、７６がはめ込まれて、ブロックジョイント７０と膨張弁４との間をシールして冷媒の洩れを防止するようになっている。
【００３５】
また、膨張弁４のうち、ブロックジョイント７０と反対側の面には、配管接続部８０がボルト等の締結手段により締結されている。この配管接続部８０内部には、レシーバ３の出口から膨張弁４の高圧側液冷媒通路４２に液冷媒を流入させる入口通路８１、及び膨張弁４の低圧側ガス冷媒通路４４から圧縮機１の吸入側にガス冷媒を流出させる出口通路８２が形成されている。
【００３６】
これら両通路８１、８２にはブロックジョイント７０と同様の入口挿入接続部８３、出口挿入接続部８４がそれぞれ形成されており、シール部材８５、８６により配管接続部８０と膨張弁４との間をシールするようになっている。
【００３７】
次に、上記構成において作動を説明する。いま、図１の冷凍サイクルにおいて圧縮機１が作動し、サイクル内に冷媒が循環していると、膨張弁４の第１圧力室５１内の封入ガスに、感温棒４５を介して、通路４４内の蒸発器出口の過熱ガス冷媒温度が伝導されるので、第１圧力室５１内の圧力は通路４４の過熱ガス冷媒温度に応じた圧力となり、一方、第１圧力室５２内の圧力は通路４４の冷媒圧力となる。
【００３８】
従って、この両室５１、５２内の圧力差と、弁体４７を上方へ押圧するばね５３の取り付け荷重とのバランスで、弁体４７が変位することになる。そして、この弁体４７の変位により絞り通路穴４８の開度が調整され、冷媒流量が自動調整される。この冷媒流量の調整作用により、蒸発器出口のガス冷媒の過熱度が所定値に維持される。
【００３９】
ところで、膨張弁４の絞り通路穴４８で減圧膨張した冷媒には、液相から気液２相に変わる際に、液冷媒中に気泡が発生、成長し、合体、分裂することで圧力変動が発生する。また、気液２相冷媒中の液滴流が膨張弁本体４１の壁面に衝突することによっても圧力変動が発生する。そして、このように発生した圧力変動が、ブロックジョイント７０を振動させる。
【００４０】
これに対し、本実施形態の構成によれば、絞り通路穴４８を通過した低圧側２相冷媒は、突出部材６０内を通過した後に、ブロックジョイント７０内を流通するようになっているので、絞り通路穴４８を通過直後の圧力変動が大きい冷媒は、突出部材６０内を流通する間にその圧力変動が減衰され、この圧力変動が減衰した冷媒がブロックジョイント７０を流通するようにできる。よって、突出部材６０を配置しない従来の膨張弁に比べて、冷媒の圧力変動によるブロックジョイント７０の振動を抑制でき、騒音を低減することができる。
【００４１】
また、突出部材６０とブロックジョイント７０との間には隙間ＣＬが形成されているので、冷媒の圧力変動による突出部材６０の振動が、ブロックジョイント７０に直接伝わることを防止でき、より一層ブロックジョイント７０の振動を抑制できる。
【００４２】
ところで、突出部材６０内では、気液２相冷媒は、気相中に複数の液滴を包含するため、気相中を伝搬する圧力変動が液滴に衝突、分散することにより、自身の圧力変動を減衰させている。そして、気液２相冷媒が流通する通路断面積が小さいほど、また、気液２相冷媒が流通する通路長が長いほど、このような圧力変動の減衰の効果は大きくなる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、突出部材６０の内径Ａは、第１通路４３ａの内径と同じ大きさに形成されているので、突出部材６０を配置しない従来の膨張弁に比べて、第２通路４３ｂより通路断面積の小さい第１通路４３ａ及び突出部材６０内を流通する経路の長さＢが長くなるので、上述のような圧力変動の減衰効果を高めることができる。
【００４４】
図４は冷凍サイクル起動時の冷媒質量流量変化に対する騒音レベル変化を示すもので、Ｒは突出部材６０を有する本実施形態の膨張弁４の特性を示し、Ｓは突出部材６０を有しない従来の膨張弁の特性を示している。なお、騒音の計測場所は蒸発器５の略中央部分から約１０ｃｍ離れた場所である。また、騒音レベルは、２ｋ〜６．３ｋＨｚＯＡを基準に測定したデシベル騒音計測値である。
【００４５】
本発明品の場合、冷凍サイクル起動時の騒音レベルを、従来品よりも低減できることがわかる。
【００４６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、突出部材６０を剛性を有する材質（例えば金属）のみで形成しているが、本実施形態では、図５に示すように、突出部材６０を、剛性を有する材質（例えば金属）により形成された筒形状の剛性部材６０ａと、衝撃吸収性を有する材質（例えばゴム）により剛性部材６０ａの内面に筒形状に形成された、緩衝部材６０ｂとから構成している。なお、緩衝部材６０ｂがゴム製の場合には、緩衝部材６０ｂを剛性部材６０ａに焼き付け等の手段により固定すればよい。
【００４７】
これにより、圧力変動の大きい冷媒が突出部材６０に衝突する際の加振力は、緩衝部材６０ｂによって内部減衰される。従って、突出部材６０内において冷媒の圧力変動をより一層減衰することができ、ブロックジョイント７０の振動を抑制して騒音を低減する効果を増大できる。
【００４８】
なお、本実施形態では緩衝部材６０ｂの材質がゴムであるものについて述べたが、緩衝部材６０ｂは樹脂または金属性材料（例えばアルミニウム）を用いても、緩衝部材６０により冷媒圧力変動を内部減衰させ、騒音を低減させることができる。従って、緩衝部材６０ｂの材質としては、弾性体のみならず、緩衝部材６０ｂの内部で冷媒圧力変動を減衰できる材質を用いることができる。
【００４９】
（第３実施形態）
第１実施形態では、膨張弁４と蒸発器５とは近接して配置されており、膨張弁４と蒸発器５との間接続する接続部品７０としてブロックジョイントを用いているが、本実施形態では、膨張弁４と蒸発器５とが近接して配置されていない場合に本発明を適用した例であり、図６に示すように、接続部品７０として配管接続部材を用いて、配管７７、７８により膨張弁４と蒸発器５とを接続するようにしている。
【００５０】
（第４実施形態）
第１実施形態では、ブロックジョイント７０に入口挿入接続部７３、出口挿入接続部７４を形成し、これらの挿入接続部７３、７４を膨張弁４の第２通路４３ｂ、及び低圧側ガス冷媒通路４４に挿入している。
【００５１】
これに対し本実施形態では、図７に示すように、挿入接続部７３、７４の代わりにフランジ部７９を形成し、このフランジ部７９を膨張弁４にボルト７９ａ等の締結手段で締結するようにしている。
【００５２】
（他の実施形態）
第１、第２実施形態では、突出部材６０を、膨張弁４の本体４１とは別体に成形して本体４１に圧入しているが、突出部材６０を、膨張弁４の本体４１と一体に成形してもよい。例えば、鍛造、切削等による一体成型法が挙げられる。
【００５３】
また、第１実施形態では、突出部材６０の突出端面は、膨張弁４の側面と同一平面上に位置するように形成されているが、本発明はこのような位置関係に限られることなく、突出部材６０の突出端面が、膨張弁４の側面より蒸発器５側へ突出するようにしてもよいし、膨張弁４の側面までは突出しないような位置関係にしてもよい。
【００５４】
また、第１、第２実施形態では、蒸発器５の出口側ガス冷媒の温度変動（過熱度変動）を第１圧力室５１内の冷媒に伝える部材として、膨張弁４の本体４１内部に配置された感温棒４５を用いていたが、感温棒４５を廃止して、膨張弁４の本体４１外部に配置される感温筒により蒸発器５の出口側ガス冷媒の温度変動（過熱度変動）を第１圧力室５１内の冷媒に伝えるようにしたものにおいても、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による膨張弁を含む冷凍サイクル図である。
【図２】図１の突出部材の拡大断面図である。
【図３】図１の膨張弁と蒸発器との接続構造を示す断面図である。
【図４】本発明の効果説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す膨張弁の要部断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る、膨張弁と蒸発器との接続構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態を示す膨張弁の要部断面図である。
【符号の説明】
４…膨張弁、５…蒸発器、４３…低圧側２相冷媒通路、４３ａ…第１通路、
４３ｂ…第２通路、４７…弁体、４８…絞り通路穴、６０…突出部材、
６０ａ…剛性部材、６０ｂ…緩衝部材、７０…ブロックジョイント。

Claims (4)

1. 高圧側の液冷媒を減圧膨張させる絞り通路穴（４８）が形成された膨張弁本体（４１）と、
   この膨張弁本体（４１）の内部に配置され、前記絞り通路穴（４８）の開口面積を調整するように変位する弁体（４７）と、
   前記膨張弁本体（４１）に形成され、前記絞り通路穴（４８）を通過した低圧側２相冷媒を蒸発器（５）の入口部（５ａ）に送り込む低圧側２相冷媒通路（４３）とを備え、
   この低圧側２相冷媒通路（４３）が接続部品（７０）を介して前記蒸発器（５）の入口部（５ａ）側に接続される膨張弁において、
   前記低圧側２相冷媒通路（４３）は、前記絞り通路穴（４８）側に位置する第１通路（４３ａ）と、この第１通路（４３ａ）の冷媒流れ下流側に位置し、この第１通路（４３ａ）よりも通路断面積が大きい第２通路（４３ｂ）とを有しており、
   前記第１通路（４３ａ）には、前記第２通路（４３ｂ）に向かって突出するとともに前記膨張弁本体（４１）と一体になっている筒状の突出部材（６０）が備えられており、
   一方、前記接続部品（７０）には、前記膨張弁本体（４１）に向かって突出する筒状の入口挿入接続部（７３）が形成され、
   この入口挿入接続部（７３）は、前記第２通路（４３ｂ）の内部において前記筒状の突出部材（６０）の外周側に挿入され、これにより、前記筒状の突出部材（６０）が前記筒状の入口挿入接続部（７３）の内部まで延びるようになっており、
   前記筒状の突出部材（６０）の外周面と前記筒状の入口挿入接続部（７３）の内周面との間には隙間（ＣＬ）が形成されていることを特徴とする膨張弁。
2. 前記筒状の突出部材（６０）の突出端面が前記膨張弁本体（４１）の側面と同一平面上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記突出部材（６０）は、前記膨張弁本体（４１）に、前記低圧側２相冷媒通路（４３）の冷媒流れ下流側から圧入されることを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁。
4. 前記突出部材（６０）は、剛性の高い剛性部材（６０ａ）と、前記剛性部材（６０ａ）の内面に配置された、衝撃吸収性を有する緩衝部材（６０ｂ）とから形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の膨張弁。

Images