JP5100136B2

JP5100136B2 - 膨張弁

Info

Publication number: JP5100136B2
Application number: JP2007015814A
Authority: JP
Inventors: 和人小林; 隆茂木
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: JP2008180475A; CN101230935A

Description

この発明は、冷凍サイクルに用いられる感温機構内蔵型の膨張弁に関する。

従来、自動車に搭載される空調装置等に用いる冷凍サイクルについては、設置スペースや配線を省略するために、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温機構内蔵型の温度膨張弁が使用される。

図４は、従来の感温機構内蔵型の膨張弁の一例を示す断面図であって、弁本体３０には、コンデンサ５で凝縮し、レシーバ６を通過した高圧の液冷媒の通路となる第１の通路３２と、エバポレ−タ８の冷媒出口からコンプレッサ４の冷媒入口へ供給される気相冷媒が流れる第２の通路３４とが上下に相互に離間して形成されている。なお、１１は配管である。

第１の通路３２には、液冷媒を導入する入口ポート３２１と、この入口ポート３２１に連通する弁室３５と、この弁室３５内に設けられた弁孔３２ａと、この弁孔３２ａで膨張した冷媒を外部に向けて導出する出口ポート３２２とが設けられている。弁孔３２ａの入口には弁座が形成されていて、この弁座に対向して弁部材３２ｂが配置されている。弁部材３２ｂは圧縮コイルばね３２ｃにより弁座に向かって付勢されている。弁室３５の下端は弁本体３０の底面に開口しており、弁本体３０に螺着されたプラグ３７によって密閉されている。

弁本体３０の上端には、弁部材３２ｂを駆動するための弁部材駆動装置３６が装着されている。弁部材駆動装置３６は、ダイヤフラム３６ａにより内部空間を上下２つの圧力作動室３６ｂ、３６ｃに仕切られた圧力作動ハウジング３６ｄを有している。圧力作動ハウジング３６ｄ中の下方の圧力作動室３６ｃは弁孔３２ａの中心線に対して同心的に形成され均圧孔３６ｅを介して第２の通路３４に連通している。第２の通路３４内の気相冷媒の圧力は、均圧孔３６ｅを通じて下方の圧力作動室３６ｃに作用している。

均圧孔３６ｅには、ダイヤフラム３６ａの下面から第１の通路３２の弁孔３２ａまで延びた弁部材駆動棒３６ｆが同心的に配置されている。弁部材駆動棒３６ｆは、弁本体３０における第１の通路３２と第２の通路３４との間の隔壁に設けた摺動案内孔より上下方向に摺動自在に案内されていて、下端を弁部材３２ｂに当接させている。なお、上記隔壁には第１の通路３２と第２の通路３４との間の冷媒の漏れを防止する密封部材３６ｇが装着されている。

圧力作動ハウジング３６ｄの上方の圧力作動室３６ｂ中には公知のダイヤフラム駆動流体が充填されていて、ダイヤフラム駆動流体には、第２の通路３４や均圧孔３６ｅ内に位置する弁部材駆動棒３６ｆ及びダイヤフラム３６ａを介して、第２の通路３４を流れる気相冷媒の熱が伝達される。上方の圧力作動室３６ｂ中のダイヤフラム駆動流体は上記伝達された熱に対応してガス化し、そのガス圧力がダイヤフラム３６ａの上面に作用する。ダイヤフラム３６ａは、その上面に作用するダイヤフラム駆動ガスの圧力とダイヤフラム３６ａの下面に負荷される圧力との差に応じて上下に変位する。ダイヤフラム３６ａの中心部の上下への変位は、弁部材駆動棒３６ｆを介して弁部材３２ｂに伝達され弁部材３２ｂを弁孔３２ａの弁座に対して接近または離間させる。この結果、エバポレータ８に向かう冷媒流量が制御される。また、下記特許文献１には、同様の構造を有する膨張弁で、弁部材駆動棒内に熱伝達遅延部材を収納して弁部材のハンチングの防止を図ったものが開示されている。
特開２００２−０５４８６１号公報

ところで、上記のような膨張弁においては、第１の通路３２を流れる冷媒には気泡が含まれることがあり、この気泡が弁室３５に流れ込んで潰れる際に騒音が発生する。この騒音は、気泡径が大きくなるほど大きくなることが判っている。

この発明の目的は、冷媒通過音の原因となり得る液冷媒中の気泡の微細化を図り、冷媒通過音の低減化を実現することができる膨張弁を提供することにある。

上記の課題を解決するため、この発明による膨張弁は、高圧の液冷媒を導入する入口ポートと、この入口ポートに連通する弁室と、この弁室内の上部に設けられた弁孔と、この弁孔で膨張した冷媒を外部に向けて導出する出口ポートと、前記弁孔の入口に設けられた弁座に接離して前記弁孔を開閉する弁部材と、この弁部材を支持するとともに上下に移動可能な支持部材と、前記弁室内における前記支持部材の下方に設けられ前記支持部材を前記弁孔に向けて付勢するコイルばねとを備えた膨張弁であって、前記コイルばねにおける隣り合うコイル線間の隙間の大きさが、前記液冷媒中に含まれる気泡を微細化し得るように設定されており、前記入口ポートは、前記液冷媒を導入する大径通路部と、この大径通路部と前記弁室とを連通する小径通路部とを有するとともに、この小径通路部における前記弁室への開口が、前記支持部材よりも下方の位置において前記コイルばねに近接するように配置され、前記コイルばねの伸縮方向における前記隙間の大きさは、前記弁部材が前記弁座に当接した状態で０．５４ｍｍ以下であり、前記大径通路部から流入した冷媒が、前記小径通路部を経て前記弁室内のコイルばねを通過する際に冷媒中の前記隙間以上の径の気泡は前記隙間以下の径に微細化されることを特徴とする。

本発明によれば、弁部材を弁座に向かって付勢している付勢手段としてのコイルばねを利用して、冷媒中の気泡を微細化するので、気泡の微細化手段を別に設ける必要がなく、部品点数の増加を招くことなく冷媒通過音を低減することができる。

この発明による膨張弁は、上記のように構成されているので、液冷媒がコイルばねを通過する際に、液冷媒中の気泡はコイルばねのコイル線によって微細化されるので、部品点数の増加を招くことなく、気泡が潰れても冷媒通過音を小さくすることができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による膨張弁の実施形態を説明する。図１はこの発明による膨張弁の一実施形態を示す縦断面図（図１（ａ））と、弁室に装填されるコイルばねの一例（図１（ｂ））とを示す図である。なお、この実施例において、図４で示した従来の膨張弁において同じ機能を奏する同等の要素及び部位については、図４で用いたのと同じ符号を付しており、これらについての再度の説明を省略する。

図１（ａ）に示す膨張弁においては、入口ポート３２１は、レシーバに通じる配管に接続される有底の大径通路部１３と、大径通路部１３の底端側で弁室１５に連通する小径通路部１４とを含んでいる。大径通路部１３と小径通路部１４とは同軸状に形成されている。弁室１５の上方に形成されている弁孔３２ａは、弁部材駆動棒３６ｆが隙間を以て貫通可能な貫通孔３２ｄに連通している。

弁室１５を密閉するプラグ１７は、弁室１５側に筒状のばね支持部１７ａを備えている。ばね支持部１７ａは、その内側面がストレートな内筒面１７ｂに形成されており、外側面は先端側に向かって縮径した多段状の外筒面１７ｃに形成されている。外筒面１７ｃに対応して、弁室１５の下端にはプラグ装填部３０ａが形成されており、プラグ１７をねじ込んだときにプラグ１７側の雄ねじ部とプラグ装填部３０ａ側の雌ねじ部が螺合してプラグ１７が弁本体３０に固定される。

プラグ１７のばね支持部１７ａの内筒面１７ｂは、弁部材３２ｂを閉弁方向に付勢する後述するコイルばね２０を径方向に規制しコイルばね２０の傾きを防止している。プラグ１７を奥までねじ込んだ状態で、プラグ装填部３０ａと外筒面１７ｃとの間には環状スペース１８が形成される。環状スペース１８は、第１の通路１２の大径通路部１３の底端部分に対向した位置で且つ小径通路部１４の下方の位置にある。環状スペース１８には、Ｏリング１９が装填されており、弁室１５内の冷媒がプラグ１７との隙間を介して外部に
漏れるのを防止する働きをする。

図１（ｂ）に示すように、コイルばね２０は、ピッチ（隣り合うコイル線２１，２１の中心間距離）Ｐから線径ｄを差し引いた隣り合うコイル線間の隙間Ｓが、コイルばね２０の機能を損なわないとともに冷媒中の気泡を微細化し得るように狭く設定されている。例えば、弁部材３２ｂの閉弁状態（コイルばね２０が最も長くなった状態）で、隙間Ｓは０．５４ｍｍ以下に設定されている。第１の通路１２に流入した冷媒は、弁部材３２ｂの開弁状態のとき大径通路部１３、小径通路部１４を経て、弁室１５から貫通孔３２ｄを通じて流れるが、冷媒中の隙間Ｓ以上の径の気泡は、弁室１５内でコイルばね２０を通過する際にコイル線２１によって隙間Ｓ以下の径に微細化される。したがって、微細化された気泡が仮に潰れたとしても、その際に発生する音は小さくなり、膨張弁における冷媒通過音を低減することができる。

弁部材３２ｂは、上側に凹状の支持面を備える支持部材２４によって支持されている。支持部材２４の下側にはコイルばね２０内に上側から入り込む短軸部２５を備えており、短軸部２５はコイルばね２０の保持と倒れを防止する働きをする。コイルばね２０はプラグ１７と支持部材２４との間において圧縮状態で装填されている。弁室１５は、弁孔３２ａに繋がる上部の内壁において、支持部材２４の外形輪郭に倣った段部２６を有する段付き形状に形成されており、弁室１５の内壁と支持部材２４との間に形成される隙間を通じて冷媒が通過できる。

膨張弁における冷媒通過音の試験結果が図２にグラフとして示されている。図２は、横軸を流量（ｋｇ／ｈ）とし、縦軸を冷媒通過音の音圧（ｄＢ）とし、隙間Ｓをパラメータとしてプロットしたグラフである。当該グラフからは、隙間Ｓが０．５４ｍｍ以下のときには、それ以上の場合と比較して音圧の大幅な低下が見られ、冷媒通過音の低減効果が著しいことが解る。

弁室１５はコイルばね２０の外径を僅かに超える大きさの内径を有し、プラグ１７はそのばね支持部１７ａがコイルばね２０を径方向に隙間なく収容する大きさの内径を有しているので、弁室１５とプラグ１７は、コイルばね２０に対して可及的に小さい径方向寸法に構成することができる。また、Ｏリング１９が入口ポート３２１の大径通路部１３の底端に対向するように配置されているのでプラグ１７のねじ込み位置を上方に寄せることができ、上記のようにコイルばね２０の隙間Ｓを小さくしていること及びコイルばね２０の下端部を受け入れる有底筒状のばね支持部１７ａをプラグ１７に設けていることと併せて、弁本体３０の縦方向寸法の短縮化を図っている。また、プラグ１７の外周部が上端に向かって段付き状に縮径しており、プラグの上端外周部と弁室１５の内周部との間に形成された環状スペース１８にＯリング１９が配置されたことで、弁本体３０の横方向寸法の短縮化も図っている。したがって、全体として、膨張弁の小型化、軽量化及びコスト低減を図ることができる。

図３は、この発明による膨張弁の別の実施形態を示す縦断面図である。図３に示す膨張弁においては、図１に示す膨張弁と同等の要素及び部位には同じ符号を付しており、これらについては再度の説明を省略する。図１に示す膨張弁では、弁室１５の上部において、内壁が直角の角部２６を有する段状に形成されており、通過する冷媒中の気泡がこの段部２６に衝突することで気泡の潰れを助長する傾向があり、冷媒通過音を発生させる恐れがある。

図３に示す膨張弁では、弁室１５の上部の内壁は、下方に向かって広がる略テーパ状の斜面２７に形成されている。斜面２７は、弁孔３２ａとの間のつなぎ部２８では若干の段差を形成しているが、図１の例ほどの大きな段差ではないので気泡の潰れがそれほど助長されることはなく、冷媒通過時の騒音をより確実に低減することができるという効果を奏する。

この発明による膨張弁の一実施形態を示す図である。膨張弁における冷媒通過音の試験結果を示すグラフである。この発明による膨張弁の別の実施形態を示す図である。従来の感温機構内蔵型の膨張弁の一例を示す断面図である。

符号の説明

１２第１の通路１３大径通路部
１４小径通路部１５弁室
１７プラグ１７ａばね支持部
１７ｂ内筒面１７ｃ外筒面
１８環状スペース１９Ｏリング
２０コイルばね２１コイル線
２４支持部材２５短軸部
２６段部２７斜面
２８つなぎ部
３０弁本体３０ａプラグ装填部
３２ａ弁孔３２ｂ弁部材
３２ｄ貫通孔３６ｆ弁部材駆動棒
３２１入口ポ−ト３２２出口ポート
Ｐピッチｄ線径Ｓ隙間

Claims

高圧の液冷媒を導入する入口ポートと、この入口ポートに連通する弁室と、この弁室内の上部に設けられた弁孔と、この弁孔で膨張した冷媒を外部に向けて導出する出口ポートと、前記弁孔の入口に設けられた弁座に接離して前記弁孔を開閉する弁部材と、この弁部材を支持するとともに上下に移動可能な支持部材と、前記弁室内における前記支持部材の下方に設けられ前記支持部材を前記弁孔に向けて付勢するコイルばねとを備えた膨張弁であって、
前記コイルばねにおける隣り合うコイル線間の隙間の大きさが、前記液冷媒中に含まれる気泡を微細化し得るように設定されており、前記入口ポートは、前記液冷媒を導入する大径通路部と、この大径通路部と前記弁室とを連通する小径通路部とを有するとともに、この小径通路部における前記弁室への開口が、前記支持部材よりも下方の位置において前記コイルばねに近接するように配置され、前記コイルばねの伸縮方向における前記隙間の大きさは、前記弁部材が前記弁座に当接した状態で０．５４ｍｍ以下であり、
前記大径通路部から流入した冷媒が、前記小径通路部を経て前記弁室内のコイルばねを通過する際に冷媒中の前記隙間以上の径の気泡は前記隙間以下の径に微細化されることを特徴とする膨張弁。