JP5071295B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は空気調和装置、冷凍装置等の冷凍サイクルに用いられる冷媒用の膨張弁に関するものである。

従来、搭載や組付けを容易とするため、パワーエレメント部を固定した角柱状の弁本体を持った膨張弁が用いられている。この膨張弁は、冷媒温度に対する応答が速すぎると、ハンチングが発生するため、適切な熱伝達の時定数を持たせる必要があり内部構造として、下記の２種類がある。

（従来のタイプ１）
図５は、従来のタイプ１（例えば、特許文献１参照）の膨張弁１を示す縦断面図である。膨張弁１は、アルミ製の弁体駆動棒を構成するステムとなる感温棒５０の上部５０ａを有する。この感温棒５０の外周に熱伝導率の低い樹脂７０がインサート形成されている。そして、樹脂７０は、感温棒５０に密着する状態に一体化されている。樹脂７０としては、例えば冷媒等の影響による経時的変化のないＰＰＳ樹脂が用いられる。

上記樹脂７０は、気相冷媒が通過する第２の通路９中に露出している感温棒５０の部分に設けられており、第２の通路９を流れる蒸発器の出口からの冷媒蒸気の温度をパワーエレメント部３０の上部圧力作動室３５中の温度対応作動流体となる封入冷媒に伝達し、この温度に対応した圧力の作動ガスを発生させる。

これにより、例えば蒸発器からの未蒸発の低圧冷媒が、第２の通路９中に流れ、低圧冷媒が樹脂７０に付着しても、樹脂７０は低熱伝導率の材料であるため、伝熱の時定数が大きくなり、膨張弁１の応答特性は鈍感になる。よって、蒸発器の熱負荷の急変動即ち蒸発器の熱負荷の急な増加が生じても、膨張弁１の応答特性が鈍感なため、冷凍システムにハンチング現象が生じるのを避けることができる。

（従来のタイプ２）
図６のタイプ２（例えば、特許文献２参照）において、弁本体２には第２の通路９に隣接してダイヤフラム３２を有したパワーエレメント部３０が固定されている。ダイヤフラム３２で仕切られたパワーエレメント部３０の上部圧力作動室３５は気密にされており、温度対応作動流体（封入冷媒）が封入されている。

パワーエレメント部３０の下方の下部圧力作動室３６では、弁本体２の中を弁体１４から第２の通路９を貫通して延びる弁体駆動棒を成す感温棒５０の延出端が配置され、ダイヤフラム３２に当接している。

感温棒５０は中空状に形成されていて、第２の通路９を流れる蒸発器の出口からの冷媒蒸気の温度を中空状の感温棒５０内に封入された温度対応作動流体に伝達し、この温度に対応した圧力をパワーエレメント部３０の上部圧力作動室３５中の作動流体に伝達させる。そして、下部圧力作動室３６は、弁本体２の中で感温棒５０の周囲の隙間を介して第２の通路９に連通されている。

従って、パワーエレメント部３０のダイヤフラム３２は、上部圧力作動室３５中の温度対応作動流体の作動ガスの圧力と下部圧力作動室３６中の蒸発器の出口における冷媒蒸気の圧力との差に従って、弁体１４のための付勢手段１６の付勢力の影響の下で感温棒５０によりオリフィス１１に対する弁体１４の弁開放度（即ち、蒸発器の入口への液体状の冷媒の流入量）を調整する。

そして、ハンチング現象を防止するため、中空状の感温棒５０に活性炭７５のような吸着物質を封入している。かかる構成において、活性炭７５を用いることにより、活性炭７５と温度対応作動流体との温度・圧力平衡が達成される迄に時間がかかり、このことは冷凍サイクルの制御特性を安定させている。そして、活性炭７５によって吸着量に差が生じることにより活性炭毎に温度膨張弁の温度−圧力特性が異なることを防止するために、フェノール製活性炭を採用している。
特開平０９−１５９３２４号公報 特開２００１−３３１２３号公報

従来のタイプ１では、感温棒５０の外周に樹脂７０を設けて、低圧冷媒からの熱伝達を遅らせて時定数を大きくしている。

しかし、このタイプ１は、樹脂７０により、蒸発器の冷媒出口から圧縮機の冷媒入口へと向かう部分に介在される気相冷媒（低圧冷媒）からダイヤフラム３２上部の封入冷媒への熱伝達が極端に悪くなるため、相対的に、封入冷媒への外気やアルミニウム製の弁本体２からの伝熱の影響が大きくなり、感温棒５０の温度が上記低圧冷媒の温度より高くなってしまい、冷媒の温度が安定し冷媒の圧力も略一定の定常時の検出温度誤差が大きくなってしまう。

また、ハンチングは、低圧冷媒流量が少なくなるため、低圧冷媒の圧力が低いほど発生しやすいが、この方式では伝熱の時定数を極端に大きくしているため、もっともハンチングの発生し易い低圧冷媒の圧力が低い条件で、時定数を設定すると、クールダウン時等の冷媒圧力が高い条件では弁体１４の応答が極度に遅くなり、冷媒が充分に蒸発しない状態（冷房能力が低い状態）で圧縮機に液バックする等の冷房能力が低下する不具合が生じる。

また、感温棒５０内部の温度は、雰囲気温度の影響により加熱されるダイヤフラム３２側からの伝熱影響を受ける。

ここで、発明者の実験によれば、従来のタイプ１の温度分布は以下のようになる。色表現をＪＩＳ規格「物体の色名」Ｚ８１０２に準じて表現し、温度の高い順に赤、赤紫、薄い赤紫、黄赤、こい黄色、うすい黄色、うすい黄緑、黄緑、うすい緑、こい緑、薄い青緑、こい青緑、青みの灰色、青とすれば、従来のタイプ１では、図７のように、パワーエレメント部３０の上カバー３３と下カバー３４が赤色、上カバー３３とダイヤフラム３２との間が上から赤紫、薄い赤紫、黄赤、こい黄色、うすい黄色、うすい黄緑、黄緑、ダイヤフラム３２と感温棒５０の上部及びこれらの周囲がうすい緑、感温棒５０の上下中間部がこい緑、感温棒５０の下部が薄い青緑と成った。

この従来のタイプ１の方式では、作動流体(冷媒)は、ダイヤフラムの上部のみに封入されており、気相冷媒に接する下部の薄い青緑の部分から、作動流体に接するうすい緑まで長手(縦)方向に温度差が生じている。

また、ダイヤフラム３２を駆動する封入冷媒が、ダイヤフラム３２の上部に封入されているため、感温棒５０の上記温度分布により、ダイヤフラム３２を駆動する上部圧力作動室３５の封入冷媒は、実際の第２の通路９に流れ込む低圧冷媒の温度より高くなってしまうので温度の検出誤差を生じる。

一方、従来のタイプ２では、図６のように、感温棒５０内部を中空として、封入ガスに直接伝熱する時定数を持たせるため、感温棒５０内に活性炭７５を封入している。

これは、封入ガスを活性炭７５に吸着させて低圧冷媒流路内に導いているため、冷媒検出温度の誤差は小さいが、中空の感温棒５０内部に活性炭７５を充填する必要があり、コスト、工数がかかる。

また、封入冷媒は活性炭７５に吸着されているため、上部圧力作動室３５の圧力は温度の上昇とともに増加してしまい、ＭＯＰ（maximum operating pressure）特性（密閉空間の封入冷媒が加熱ガスとなることにより、温度の上昇に対して上部圧力作動室３５の圧力上昇が緩やかとなり、高負荷時の圧縮機の動力を低減することができる特性）を持たせることができない。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、充填にコスト、工数のかかる活性炭を用いずに、気相冷媒の温度検出誤差がなく、ハンチング防止に有効な適正な時定数をもった膨張弁を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、圧縮機（８）からの液冷媒が通る第１の通路（７）、及び蒸発器（６）から圧縮機（８）に向う気相冷媒が通る第２の通路（９）を有する弁本体（２）と、第１の通路（７）中に設けられるオリフィス（１１）と、該オリフィス（１１）を通過する冷媒量を調節する弁体（１４）と、弁本体（２）に設けられ上下の圧力差により作動するダイヤフラム（３２）を有するパワーエレメント部（３０）と、該パワーエレメント部（３０）内においてダイヤフラム（３２）の上部に形成され封入冷媒が封入された上部圧力作動室（３５）と、ダイヤフラム（３２）の下部に形成され第２の通路（９）と連通する下部圧力作動室（３６）と、ダイヤフラム（３２）の変位と共に変位し、一端上側がダイヤフラム（３２）に接し、他端下側が弁体（１４）を駆動し、内部に筒状の空間（５５）を有する感温棒（５０）を備え、感温棒（５０）の筒状の空間（５５）はダイヤフラム（３２）を貫通して上部圧力作動室（３５）と連通しており筒状の空間（５５）内に封入冷媒の気液界面（５６）が存在し、
感温棒（５０）の筒状の空間（５５）の弁体（１４）側である下側に、下側の内径が上側の内径よりも小さくなっている円筒空間底部（５５ａ）を有し、筒状の空間（５５）は円筒空間上部（５５ｂ）と、円筒空間底部（５５ａ）とからなり、感温棒（５０）の壁面の肉厚は、円筒空間底部（５５ａ）の周囲の方が円筒空間上部（５５ｂ）の周囲の方よりも大きく、
０℃から、４０℃の範囲にて、気液界面（５６）の位置が円筒空間底部（５５ａ）内となる量の封入冷媒が、筒状の空間（５５）内に封入されていることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、気液界面（５６）が存在することにより、気相冷媒の温度検出誤差が少なくなる。また、液冷媒が存在することにより感温棒（５０）の温度が上がりにくくなり、見かけ上の熱伝達の時定数を大きくすることが出来るのでハンチングが防止できる。
また、感温棒（５０）の筒状の空間（５５）の弁体（１４）側である下側に、下側の内径が上側の内径よりも小さくなっている円筒空間底部（５５ａ）を有し、筒状の空間（５５）は円筒空間上部（５５ｂ）と、円筒空間底部（５５ａ）とからなり、感温棒（５０）の壁面の肉厚は、円筒空間底部（５５ａ）の周囲の方が円筒空間上部（５５ｂ）の周囲の方よりも大きいから、感温棒の壁面の肉厚を大きくすることにより、熱伝達の時定数を大きくすることが出来る。
更に、０℃から、４０℃の範囲にて、気液界面（５６）の位置が円筒空間底部（５５ａ）内となる量の封入冷媒が、筒状の空間（５５）内に封入されているから、冷凍サイクルの使用温度範囲内で封入冷媒の量を最適範囲内に設定できる。また、気相冷媒から気液界面に熱伝達する部分に時定数の大きい感温棒の壁面の肉厚の厚い部分を介在させることが出来る。

また、請求項２に記載の発明では、感温棒（５０）はアルミニウム及び銅よりも熱伝導率の低い金属製であることを特徴としている。

この請求項２に記載の発明によれば、熱伝導率の低い金属製とすることで、熱伝達の時定数を比較的大きい適度な値にすることが出来、よりハンチングが防止できる。

また、請求項３に記載の発明では、アルミニウム及び銅よりも熱伝導率の低い金属は、ステンレスであることを特徴としている。

この請求項３に記載の発明によれば、ステンレスにより容易に構成できる。

また、請求項４に記載の発明では、感温棒（５０）の筒状の空間（５５）の周囲に、感温棒（５０）の壁面が取り巻いており、筒状の空間（５５）の内径に比べて、感温棒（５０）の壁面の肉厚の方が大きいことを特徴としている。

この請求項４に記載の発明によれば、感温棒（５０）の壁面の肉厚が大きいことにより、ハンチング防止に有効な熱伝達の時定数を大きくすることが出来る。

また、請求項５に記載の発明では、感温棒（５０）の筒状の空間（５５）の内壁に、感温棒（５０）の材質より熱伝達率の低い低熱伝達率層（６０）を設けたことを特徴としている。

この請求項５に記載の発明によれば、熱伝達率の低い低熱伝達率層（６０）により、ハンチング防止に有効な熱伝達の時定数を大きくすることが出来る。

また、請求項６に記載の発明では、低熱伝達率層は、樹脂層（６０）からなることを特徴としている。

この請求項６に記載の発明によれば、樹脂層（６０）により、ハンチング防止に有効な熱伝達の時定数を大きくすることが出来る。

また、請求項７に記載の発明では、感温棒（５０）内側の樹脂層（６０）に発泡樹脂を用いたことを特徴としている。

この請求項７に記載の発明によれば、より少ない樹脂で、ハンチング防止に有効な熱伝達の時定数を大きくすることが出来る。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、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。

（第１参考例）
以下、本発明の第１参考例について、図１を用いて詳細に説明する。この膨張弁は、自動車等の空気調和装置の冷凍サイクルにおいて用いられている。図１は、この参考例の膨張弁の縦断面図を冷凍サイクルの概略と共に示している。膨張弁１は、角柱状のアルミ製の弁本体２を有する。この弁本体２には、冷凍サイクルの冷媒（フロン）が流れる冷媒管路３において、凝縮器４の冷媒出口からレシーバ５を介して蒸発器６の冷媒入口へと向かう部分に介在される液相冷媒が通過する第１の通路７を有する。

また、弁本体２には、蒸発器６の冷媒出口から圧縮機８の冷媒入口へと向かう部分に介在される気相冷媒（低圧冷媒）が通過する第２の通路９を有する。そして、第１の通路７と第２の通路９が上下に相互に離間して形成されている。

第１の通路７には、レシ−バ５の冷媒出口から供給された液体冷媒を断熱膨張させるためのオリフィス１１が形成されている。オリフィス１１は弁本体２の長手方向に沿った形状を有している。オリフィス１１の入口には弁座１２が形成されていて、弁座１２には弁部材１３により支持された弁体１４が着座又は離座するように配設されている。

そして、弁体１４と弁部材１３とは溶接により固定されている。弁部材１３は、弁体１４が弁座１２に押し付けられる方向に圧縮コイルばね１６からなる付勢手段により付勢されている。圧縮コイルばね１６は、弁部材１３と弁体１４を、弁体１４によってオリフィス１１を閉じる方向に付勢する。

レシ−バ５からの液冷媒が導入される第１の通路７は液冷媒の通路となり、入口ポ−ト１７と、この入口ポ−ト１７に連続する弁室１８を有する。弁室１８は、オリフィス１１の中心線と同軸に形成される有底の室であり、プラグ１９によって密閉されている。

さらに、弁本体２には蒸発器６の冷媒出口の冷媒の温度に応じて弁体１４に対して駆動力を与えて、オリフィス１１の開閉を行うために、小径の孔２０と、この小径の孔２０より径が大きい大径の孔２１が第２の通路９と連通して、オリフィス１１中心線の延長線上に形成されている。

また、弁本体２の上端には、感熱部となるパワーエレメント部３０が固定されるねじ孔３１が形成されている。パワーエレメント部３０は、ステンレス製のダイヤフラム３２と、このダイヤフラム３２を挾んで互いに密着して設けられた上カバー３３と下カバー３４を有している。

上カバー３３と下カバー３４とは、ダイヤフラム３２の上下に、二つの気密室を形成する上部圧力作動室３５及び下部圧力作動室３６をそれぞれ形成する。上部圧力作動室３５にダイヤフラム駆動流体となる封入冷媒を封入するための封止プラグ４０を備えている。

そして、下部圧力作動室３６は、オリフィス１１の中心線に対して同心的に形成された均圧孔４２を介して第２の通路９に連通されている。第２の通路９には、蒸発器６からの冷媒蒸気（気相冷媒）が流れ、その冷媒蒸気の圧力が均圧孔４２を介して下部圧力作動室３６に加わっている。また、下部圧力作動室３６と均圧孔４２とは感温棒５０の傘状部分５０ｂの周囲のクリアランスを介して連通している。

さらに、下部圧力作動室３６から第２の通路９と小径の孔２０にかけてステンレス製の感温棒５０とステンレス製の作動棒５１が設けられている。

感温棒５０は、ステムを構成するものであり、感温棒５０の幅広の上部５０ａがダイヤフラム３２と当接し、かつ第２の通路９を貫通して大径の孔２１内に摺動可能に配置されている。

感温棒５０は、第２の通路９を流れる低圧冷媒の温度を感知するものである。つまり、感温棒５０は、蒸発器６の冷媒出口の冷媒の温度を上部圧力作動室３５伝達すると共に、上部圧力作動室３５及び下部圧力作動室３６の圧力差に伴うダイヤフラム３２の変位に応じて、大径の孔２１内を摺動して弁体１４に駆動力を与える。

また、作動棒５１は、小径の孔２０内に摺動可能に配されて感温棒５０の変位に応じて弁体１４を付勢手段１６の弾性力に抗して押圧するものである。

感温棒５０と作動棒５１とは当接し、作動棒５１は弁体１４と当接しており、感温棒５０と作動棒５１とで弁体駆動棒（以下、弁体駆動棒５０、５１と称す）が構成されている。

したがって、均圧孔４２には、ダイヤフラム３２の下面から第２の通路９を通り、オリフィス１１まで延出した弁体駆動棒５０、５１が同心的に配置されていることになる。また、下部圧力作動室３６と均圧孔４２と第２の通路９とは連通している。

ダイヤフラム３２上方の上部圧力作動室３５中には、公知のダイヤフラム駆動流体となる封入冷媒が充填されている。この、ダイヤフラム駆動流体には、感温棒５０の筒状の空間５５と連通しており、第２の通路９を流れている蒸発器６の冷媒出口からの冷媒蒸気の熱が上記空間５５内に封入された冷媒に伝達される。

上部圧力作動室３５中のダイヤフラム駆動流体には、上記空間５５内の冷媒に伝達された熱に反応して気液界面で発生した圧力が伝達され、この圧力がダイヤフラム３２の上面に印加される。ダイヤフラム３２は、上記上面に印加されたダイヤフラム駆動ガスの圧力とダイヤフラム３２の下面に印加された圧力（つまり蒸発器６の冷媒出口から圧縮機８の冷媒入口へと向かう部分に介在した気相冷媒の圧力）との差により上下に変位する。

ダイヤフラム３２の中心部の上下への変位は、弁体駆動棒５０、５１を介して、弁体１４に伝達され、弁体１４をオリフィス１１の弁座１２に対して接近または離間させる。この結果、冷媒流量が制御されることとなる。

即ち、蒸発器６の出口側の気相冷媒の温度が、上記空間５５内の封入冷媒に伝達され、上記空間５５内で発生した圧力が、上部圧力作動室３５に伝達されるため、その温度に応じて上部圧力作動室３５の圧力が変化する。

蒸発器６の出口温度が上昇すると、つまり、蒸発器６の熱負荷が増加すると、上部圧力作動室３５の圧力が高くなり、それに応じて弁体駆動棒５０、５１が、下方へ駆動されて弁体１４を下げるため、オリフィス１１の開度が大きくなる。

これにより蒸発器６への冷媒の供給量が多くなり、蒸発器６の温度を低下させる。逆に、蒸発器６の出口温度が低下すると、つまり、蒸発器６の熱負荷が減少すると、弁体１１が上記と逆方向に駆動され、オリフィス１１の開度が小さくなり、蒸発器６への冷媒の供給量が少なくなり、蒸発器６の温度を上昇させるのである。

かかる膨張弁１が用いられる冷凍システムにおいては、蒸発器６への冷媒供給が過剰・不足・過剰・不足を短い周期で繰り返す所謂ハンチング現象が知られている。これは、例えば、感温棒５０に未蒸発の液冷媒が付着して濡れ、これを温度変化と感知して、過敏な弁体１４の開閉応答を行うことを原因としている。

このようなハンチング現象が生じると、冷凍システム全体の能力を減ずると共に、圧縮機８への液戻りが生じる。

そのため、この参考例では、感温棒５０は、銅やアルミニウムに比べて比較的熱伝達率の低い金属材料（例えばステンレス）作られており、中心部に有底の筒状の空間５５を有している。

また、感温棒５０とダイヤフラム３２は、溶接等により気密に接合され、ダイヤフラム３２の上部の上部圧力作動室３５と感温棒５０の筒状の空間５５は連通している。

更に、弁本体２内の第２の通路９の下面から弁本体２上面の感温棒５０の傘状部分５０ｂまでの範囲（高さＨ部分）を低圧冷媒流路領域と定義したとき、前記封入冷媒は、０℃から４０℃の範囲にて、前記気液界面（５６）の位置が、好ましくは前記感温棒（５０）の前記筒状の空間（５５）内、または、更に好ましくは前記低圧冷媒流路領域内となる量の前記封入冷媒が、前記筒状の空間（５５）内に封入される。この封入冷媒は圧縮機で圧縮される冷凍システムの冷媒と同じでも異なるものでも良い。

なお、温度に対する圧力が所定の関係で決まるため、筒状の空間５５内の封入冷媒は使用範囲内の温度では、飽和状態にあることが好ましい。そのためには筒状の空間５５内にガスばかりでなく液体が存在し、その結果、気液界面が存在することが必要である。また、上記気液界面が温度を検出する範囲内に存在することが好ましい。

前述のように、図５の従来のタイプ１は、雰囲気温度の影響により加熱されるダイヤフラム３２側からの伝熱を受けて、感温棒５０内部の温度が均一に成らず、感温棒５０内部に長手方向の温度差（温度分布）を持つ。加えて、ダイヤフラム３２を駆動する封入冷媒は、ダイヤフラム３２の上部のみに封入されている。このため、雰囲気温度の影響による感温棒５０の温度上昇により、蒸発器６の冷媒出口温度を、より高いものと誤検知して弁体１４の開閉応答を行う結果になった。

これに対して、この参考例では、図１の感温棒５０の外周側に、樹脂よりも熱伝導の良い金属材（ステンレス）を用いているため、冷凍サイクルの冷媒の温度が安定し、低圧冷媒の圧力も略一定の定常時に、蒸発器６からの低圧冷媒と接する感温棒５０内部の温度が均一になり、第２の通路９を流れる低圧冷媒と上部圧力作動室３５内の封入冷媒の温度差が小さい。

ここで発明者の実験によれば、温度分布は以下のようになる。色表現をＪＩＳ規格「物体の色名」Ｚ８１０２に準じて表現し、温度の高い順に赤、赤紫、薄い赤紫、黄赤、こい黄色、うすい黄色、うすい黄緑、黄緑、うすい緑、こい緑、薄い青緑、こい青緑、青みの灰色、青とすれば、この参考例では、図４のように、パワーエレメント部３０の上カバー３３と下カバー６４が赤色となる。

また、上カバー３３と下カバー３４の中が、上から赤紫、薄い赤紫、黄赤、こい黄色となり、感温棒５０の下カバー３４と近接する部分が、上からうすい黄色、うすい黄緑、黄緑となり、感温棒５０の上下中間部が上から緑、こい青緑、青みの灰色となり、感温棒５０の下部が青と成った。

このように、この参考例では、作動流体は作動棒５１内の中空部にも封入されており圧力が決まる気液界面は、小径部内にある。この場合、気相冷媒を検出する部分と内部の気液界面は、どちらも青の部分にあり温度差が実質的に無い。言い換えれば、感温棒の内部の気液界面と低圧冷媒と接する部分とでは、温度分布が出来ない。

また、ダイヤフラム３２を駆動する気液界面５６を持つ封入冷媒の圧力、つまり、上部圧力作動室３５の圧力は、気液界面５６が存在する感温棒５０内部の温度により定まり、蒸発器６の冷媒出口から圧縮機８の冷媒入口へと向かう部分に介在される気相冷媒（低圧冷媒）の温度により、正確に弁体１４の開閉応答を行うことが出来る。このため検出誤差が少なくなる。

また、感温棒５０は、金属材料の中では熱伝達率の低いステンレスにより作られ、感温棒５０内部側の気液界面５６を持つ封入冷媒を収納する筒状の空間５５に比べて、感温棒５０の壁面の肉厚を大きくとっている。これにより、上記低圧冷媒の温度変化に対する熱伝達を遅らせるのに必要な時定数を持たせている。

このように、この参考例では、内部に活性炭等を封入する必要が無く、コスト、工数を削減することができる一方で、感温棒５０内に封入冷媒の気液界面５６を持たせることで、必要な時定数を確保しても、定常時の温度の誤検知を生じることがない。

また、内部に活性炭などの吸着剤を用いていないため、気液界面５６を持つ封入冷媒の量を調整することで、設定温度にて封入冷媒が加熱ガスとなるＭＯＰ特性を持たせることができる。

（第２参考例）
次に、本発明の第２参考例について説明する。図２は、この第２参考例の膨張弁１の縦断面図である。なお、以降の第２参考例においては、上述した第１参考例と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。

この参考例は、感温棒５０の筒状の空間５５の内部に金属より熱伝達率の低い樹脂層６０を設けたものである。樹脂層６０を設けたことにより、同一の熱伝達における時定数を持たせる感温棒５０の肉厚を薄くすることが出来、膨張弁１の重量を軽くすることが出来る。また、同一の感温棒５０の外径で、内部の冷媒封入空間となる筒状の空間５５の体積を大きく確保することが出来るため、冷媒封入量を多くしても気液界面５６が感温棒５０内におさまる。よって、設定温度にて封入冷媒が全て加熱ガスとなるＭＯＰ特性の設定温度（液が無くなる温度）を高く設定することが出来、制御特性の自由度が増える。

さらに、ダイヤフラム３２上部の封入空間３５に対して感温棒５０内部の空間が相対的に大きくなるため、ダイヤフラム３２の上部からの熱影響も、より少なくすることができる。

一方、感温棒５０内部に液冷媒量を増やすことが出来るため、ハンチングが発生し易い低圧冷媒の圧力が低い場合は、感温棒５０内の液冷媒量も多くなる。これにより、感温棒５０内の冷媒の熱容量も増加して、熱伝達の時定数も大きくなるため、低圧冷媒の圧力が低下しても、ハンチングが発生し難くなる。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態について説明する。図３は、この実施形態の膨張弁１の縦断面図である。上述した参考例と異なる特徴部分を説明する。本実施形態は、感温棒５０内側の樹脂層６０に発泡樹脂を用いたもので、これにより第２参考例よりさらに樹脂層を薄くすることができるとともに、感温棒５０内部を発泡樹脂で直接成形することで、別途成形した樹脂材を挿入する場合に比較して、製造工程を簡略化することができる。

また、感温棒５０内の封入ガスは内部が気液二相状態となるため、液冷媒が有底の筒状の空間５５の円筒空間底部５５ａに貯まる。このため、円筒空間底部５５ａ周囲の壁面のステンレスからなる金属層を厚くすることにより、液冷媒への伝熱を適度に遅くすることができ、同一の時定数を持たせる感温棒５０の外径を小さくできる。

換言すれば、感温棒５０の筒状の空間５５の前記弁体１４側である下側に、下側の内径が上側の内径よりも小さくなっている円筒空間底部５５ａを有し、筒状の空間５５は円筒空間上部５５ｂと、円筒空間底部５５ａとからなる。そして、感温棒５０の壁面の肉厚は、前記円筒空間底部５５ａの周囲の方が前記円筒空間上部５５ｂの周囲の方よりも大きくなっている。したがって、気液界面５６が円筒空間底部５５ａ内に存在することで、感温棒５０の壁面の肉厚による熱伝達の時定数を更に大きくすることが出来る。

本発明の第１参考例における膨張弁の縦断面図。 本発明の第２参考例における膨張弁の縦断面図。 本発明の第１実施形態における膨張弁の縦断面図。 上記第１参考例における膨張弁の温度分布特性図。 従来のタイプ１における膨張弁の縦断面図。 従来のタイプ２における膨張弁の縦断面図。 従来のタイプ１における膨張弁の温度分布特性図。

符号の説明

１…膨張弁
２…弁本体
４…凝縮器
６…蒸発器
７…第１の通路
８…圧縮機
９…第２の通路
１１…オリフィス
１２…弁座
１３…弁部材
１４…弁体
３０…パワーエレメント部
３２…ダイヤフラム
３５…上部圧力作動室
３６…下部圧力作動室
５０…感温棒
５１…作動棒
５０、５１…弁体駆動棒
５５…筒状の空間
５５ａ…円筒空間底部
５５ｂ…円筒空間上部
５６…気液界面
６０…樹脂層

Claims (7)

1. 圧縮機（８）からの液冷媒が通る第１の通路（７）、及び蒸発器（６）から前記圧縮機（８）に向う気相冷媒が通る第２の通路（９）を有する弁本体（２）と、
   前記第１の通路（７）中に設けられるオリフィス（１１）と、
   該オリフィス（１１）を通過する冷媒量を調節する弁体（１４）と、
   前記弁本体（２）に設けられ上下の圧力差により作動するダイヤフラム（３２）を有するパワーエレメント部（３０）と、
   該パワーエレメント部（３０）内において前記ダイヤフラム（３２）の上部に形成され封入冷媒が封入された上部圧力作動室（３５）と、前記ダイヤフラム（３２）の下部に形成され前記第２の通路（９）と連通する下部圧力作動室（３６）と、
   前記ダイヤフラム（３２）の変位と共に変位し、一端上側が前記ダイヤフラム（３２）に接し、他端下側が前記弁体（１４）を駆動し、内部に筒状の空間（５５）を有する感温棒（５０）を備え、
   前記感温棒（５０）の前記筒状の空間（５５）は前記ダイヤフラム（３２）を貫通して前記上部圧力作動室（３５）と連通しており前記筒状の空間（５５）内に前記封入冷媒の気液界面（５６）が存在し、
   前記感温棒（５０）の前記筒状の空間（５５）の前記弁体（１４）側である下側に、下側の内径が上側の内径よりも小さくなっている円筒空間底部（５５ａ）を有し、前記筒状の空間（５５）は円筒空間上部（５５ｂ）と、前記円筒空間底部（５５ａ）とからなり、前記感温棒（５０）の壁面の肉厚は、前記円筒空間底部（５５ａ）の周囲の方が前記円筒空間上部（５５ｂ）の周囲の方よりも大きく、
   ０℃から、４０℃の範囲にて、前記気液界面（５６）の位置が前記円筒空間底部（５５ａ）内となる量の前記封入冷媒が、前記筒状の空間（５５）内に封入されていることを特徴とする膨張弁。
2. 前記感温棒（５０）はアルミニウム及び銅よりも熱伝導率の低い金属製であることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
3. 前記アルミニウム及び銅よりも熱伝導率の低い金属は、ステンレスであることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
4. 前記感温棒（５０）の前記筒状の空間（５５）の周囲に、前記感温棒（５０）の壁面が取り巻いており、前記筒状の空間（５５）の内径に比べて、前記感温棒（５０）の壁面の肉厚の方が大きいことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の膨張弁。
5. 前記感温棒（５０）の前記筒状の空間（５５）の内壁に、前記感温棒（５０）の材質より熱伝達率の低い低熱伝達率層（６０）を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の膨張弁。
6. 前記低熱伝達率層は、樹脂層（６０）からなることを特徴とする請求項５に記載の膨張弁。
7. 前記感温棒（５０）内側の前記樹脂層（６０）に発泡樹脂を用いたことを特徴とする請求項６に記載の膨張弁。

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