JP5352207B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は、膨張弁に関し、特に、熱伝達を遅延させることにより、ハンチング現象をより一層抑制することができる温度式の膨張弁に関する。

従来、冷凍サイクルにおいて蒸発器に供給する冷媒流量の制御と冷媒の減圧を目的として、図５に示すような温度式膨張弁が使用されている。図５において、アルミニウム製の角柱状の弁本体５１０には、オリフィス５１６が形成されている第１の冷媒通路５１４と、第２の冷媒通路５１９とが相互に独立して形成されている。第１の冷媒通路５１４の一端は蒸発器５１５の入口に連結され、蒸発器５１５の出口は第２の冷媒通路５１９を介して圧縮機５１１に連結され、圧縮機５１１は、凝縮器５１２、レシーバ５１３を介して第１の冷媒通路５１４の他端に連結されている。第１の冷媒通路５１４に連通する弁室５２４には、オリフィス５１６に接離する球形の弁体５１８と、この弁体５１８の支持部５２６と、この支持部５２６を付勢する付勢手段であるバイアスバネ５１７が設けられている。なお、弁室５２４はプラグ５２５で封止されている。弁本体５１０には第２の冷媒通路５１９に隣接してダイアフラム５２２を有したパワーエレメント５２０が固定されている。ダイアフラム５２２で仕切られたパワーエレメント５２０の上方の室５２０ａは気密にされており、温度作動流体が封入されている。

パワーエレメント５２０の上方の室５２０ａから延出している小管５２１は上方の室５２０ａからの脱気及び上方の室５２０ａへの上記温度作動流体の注入が行われた後に端部が密封される。パワーエレメント５２０の下方の室５２０ｂには、弁本体５１０内を弁体５１８から第２の冷媒通路５１９を貫通して延びる感温部５２３の上端が配置され、ダイアフラム５２２に当接している。感温部５２３は熱容量の大きな材料で形成されていて、第２の冷媒通路５１９を流れる蒸発器５１５の出口からの冷媒蒸気の温度をパワーエレメント５２０の上方の室５２０ａ内の温度作動流体に伝達し、この温度に対応した圧力の作動ガスを発生させる。下方の室５２０ｂは弁本体５１０内で感温部５２３の周囲の隙間を介して第２の冷媒通路５１９に連通されている。

従ってパワーエレメント５２０のダイアフラム５２２は、上方の室５２０ａ内の温度作動流体の作動ガスの圧力と下方の室５２０ｂ内の蒸発器５１５の出口における冷媒蒸気の圧力との差にしたがって、バイアスバネ５１７の付勢力に抗して感温部５２３を駆動し、オリフィス５１６に対する弁体５１８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。

かかる従来の温度式膨張弁において、パワーエレメント５２０が外部雰囲気に露出されているため、上方の室５２０ａ内の温度作動流体が、感温部５２３によって伝達される蒸発器出口の冷媒の温度ばかりでなく、外部雰囲気、特にエンジンルームの温度の影響も受ける。さらには蒸発器の出口における冷媒の温度に敏感に反応し過ぎて頻繁に弁体５１８の開閉を繰り返す所謂ハンチング現象を生じ易い。このハンチングの要因としては、蒸発器の構造、冷凍サイクルの配管の方法、温度式膨張弁の使用方法または熱負荷とのバランス等がある。

上記ハンチング現象を防止する手段として、サーマルバラスト材または吸着剤等の時定数遅延材を用いることが、従来から提案されている。そして、さらにハンチングを防止する技術として特許文献１に記載の発明が提案されている。この内容について以下に述べる。図６は特許文献１記載の膨張弁の縦断面図であり、図５の膨張弁と対応する箇所には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図６において、１４０は熱伝達遅延部材であり、ナイロン又はポリアセタールからなる円筒形状の樹脂製チューブで構成され、内部に活性炭４０が収容されており、感温応動部材１００の内壁との間に空間１４０’を形成した状態で感温応動部材１００内に装着され、感温部を形成している。

図７は、図６のＶ−Ｖ線断面を示している。熱伝達遅延部材１４０には複数の突起部（図では４個を示す）１４１が形成され、突起部１４１を感温応動部材１００の内壁に当接させることにより、空間１４０’が形成されるのである。

このように特許文献１に記載の発明では、感温応動部材１００の中空部の内壁と熱伝達遅延部材１４０との間に空間１４０’を形成するので、粒状活性炭４０の温度伝達遅延効果に加えて、冷媒温度の変化をより一層遅れを持たせてパワーエレメント５２０に熱伝達することが可能となり、弁体５１８のハンチング現象をより一層効果的に抑制できることになる。
特開２００２−５４８６１号公報

しかし、特許文献１に記載の発明は、空間１４０’によって熱伝達が遅延されるが、この空間は密閉されてはおらず、ハンチング防止のための熱伝達の遅延が十分でない場合が生じることがあるとともに、構造が複雑でコスト高であるという問題点があった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、パワーエレメントへの熱伝達を確実に遅延させることにより、ハンチング現象を抑制し、安定した動作によって、蒸発器に送出される低圧冷媒の量を制御できるとともに、製造コストが安価な温度式膨張弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の膨張弁は、蒸発器から圧縮器へ向う冷媒が流れる冷媒通路を有し、その冷媒通路内に温度感知機能を有する感温部を配置し、前記冷媒通路内の冷媒の熱を前記感温部によりパワーエレメントにおける温度作動流体が収容された室へ伝達し、前記パワーエレメントのダイアフラムが前記温度作動流体の圧力に応じて弁の開度を調整する膨張弁において、前記感温部は、中空の感温部材と、前記感温部材内に配置された内部部材とを有し、感温部材は、筒状の胴部と、胴部の一端に形成された底部と、胴部の他端に形成されたフランジ状のストッパー部とを備え、内部部材は、温度作動流体が流入する筒状の胴部と、胴部の一端に形成された底部と、胴部の他端に形成された鍔部とを備え、ダイアフラムは内部部材の鍔部と感温部材のストッパー部に挟まれ、これらの重なりあった部分の全周を電子ビーム溶接又はレーザ溶接により固着することにより、前記感温部材と前記内部部材の間には密閉空間が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の膨張弁は、蒸発器から圧縮器へ向う冷媒が流れる冷媒通路を有し、その冷媒通路内に温度感知機能を有する感温部を配置し、前記冷媒通路内の冷媒の熱を前記感温部によりパワーエレメントにおける温度作動流体が収容された室へ伝達し、前記パワーエレメントのダイアフラムが前記温度作動流体の圧力に応じて弁の開度を調整する膨張弁において、前記感温部は、中空の感温部材と、前記感温部材内に配置された内部部材とを有し、感温部材は、筒状の胴部と、胴部の一端に形成された底部と、胴部の他端に形成されたフランジ状のストッパー部とを備え、内部部材は、温度作動流体が流入する筒状の胴部と、胴部の一端に形成された底部と、他端に形成された拡径部とを備え、内部部材の拡径部と感温部材のストッパー部の隙間をロウ付けにより固着することにより、前記感温部材と前記内部部材の間には密閉空間が形成されていることを特徴とする。
そして、本発明の膨張弁は、感温部材のストッパー部とダイアフラムは、電子ビーム溶接又はレーザ溶接により固着されることを特徴とする。
さらに、本発明の膨張弁は、感温部材の外側に装着されて、熱伝達を遅延するための樹脂製のカバー部材を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の膨張弁は、前記密閉空間内が真空であることを特徴とする。

本発明によれば、パワーエレメントへの熱伝達を確実に遅延させることにより、ハンチング現象を抑制して、安定した動作によって、蒸発器に送出される低圧冷媒の量を制御できるとともに、簡素な構造で安価に製造できる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の膨張弁の実施例１を示す要部縦断面図である。

パワーエレメント部３０の上部ハウジング３１と下部ハウジング３２は外周部を溶接等で固着され、加えて、上部ハウジング３１と下部ハウジング３２の間に、周りをこれらのハウジングに挟まれる形で固着されるダイアフラム３５が装着される。上部ハウジング３１とダイアフラム３５の間には、不活性ガスの温度作動流体が封入される室３０ａが形成される。ダイアフラム３５には、後述する内部部材２１の胴部２１ｂを挿入するための孔が中央に開設されている。下部ハウジング３２には、後述する感温部材１１のストッパー部１１ａの下側と当接するための段部３２ａを有しており、さらに、段部３２ａの下部には、弁本体１と螺合するためのねじ部３２ｂを有している。弁本体１には、蒸発器から圧縮器へ向う冷媒通路１０１を有しており、これは、従来例で示した、図５の冷媒通路５１９に相当する。冷媒通路１０１の上部には穴７２を有しており、さらにその上部にパワーエレメント部３０が装着される。

冷媒通路１０１に配設される感温部は、感温部材１１と内部部材２１によって構成される。

感温部材１１は、筒状の胴部１１ｂと、胴部１１ｂの一端に形成された底部１１ｃと、胴部１１ｂの他端に形成されたフランジ状のストッパー部１１ａとを有している。胴部１１ｂは筒状であるため内部空間を有し、その一端はストッパー部１１ａの中心に開口している。これらのストッパー部１１ａ、胴部１１ｂ、底部１１ｃを一体に形成することで、部品点数を減らすことができる。

内部部材２１は、筒状の胴部２１ｂと、胴部２１ｂの一端に形成された底部２１ｃと、胴部２１ｂの他端に形成された鍔部２１ａとを有している。胴部２１ｂも筒状であるため内部空間２１ｄを有し、その一端は鍔部２１ａの中心に開口している。これらの鍔部２１ａ、胴部２１ｂ、底部２１ｃを一体に形成することで、部品点数を減らすことができる。内部部材２１の胴部２１ｂの外径は、感温部材１１の胴部１１ｂの内径より小さくなっており、これらの間に密閉空間２５を形成する。

次に、感温部の製造法について述べる。まず、ダイアフラム３５の中心の孔に、内部部材２１の胴部２１ｂを底部２１ｃ側から挿入し、さらに、内部部材２１の胴部２１ｂを底部２１ｃ側より感温部材１１の胴部１１ｂ内の内部空間に挿入する。すると、ダイアフラム３５が内部部材２１の鍔部２１ａと感温部材１１のストッパー部１１ａに挟まれ、これらが重なり合った状態となる。ここでこの重なり合った部分を電子ビーム溶接で互いに接合することにより、これら３つの部材を固着する。４１はこれによって形成された溶接部である。電子ビーム溶接による固着は全周にわたって行われ、これにより密閉空間２５が形成される。なお、密閉空間２５内を真空にする場合は密封度の高い電子ビーム溶接を採用することが好ましいが、それ以外の接合方法、例えばレーザ溶接等を採用することもできる。

感温部材１１と内部部材２１の間の密閉空間２５は、胴部１１ｂと胴部２１ｂの間、底部１１ｃと底部２１ｃの間に形成されている。この密閉空間２５により、冷媒通路１０１内の熱が室３０ａに伝達されるのが遅くなり、ハッチング現象を防止できる。特に、この密閉空間２５内が真空であれば、その伝達はかなり遅くなり、効果的である。また、空気あるいはそれ以外の気体を充填した場合でも、気体が外部へ流動することがないため、十分な遅延効果が期待できる。

室３０ａと内部部材２１の胴部２１ｂ内側に形成される内部空間２１ｄとは連通している。このとき、内部空間２１ｄに粒状活性炭等の吸着剤を挿入すれば、さらに熱伝達を遅くすることができる。しかし、従来技術に比べ、密閉空間２５だけでも熱伝達が十分に遅くなるので、吸着剤を使用しないことで、構造が簡素化するという効果を有する。

一方、感温部材１１の下側には、シャフト１１４が当接している。ダイアフラム３５に連動して感温部材１１が動くと、このシャフト１１４を介してシャフト１１４下部に設けられた弁体（図示せず）が動く。シャフト１１４より下の構成は、図５や図６の従来例と同様の構成とすることができ、説明を省略する。

図２は、本発明の膨張弁の実施例２を示す要部縦断面図である。実施例２については実施例１と異なる部分について説明する。実施例１と同一の箇所については同一の符号を付してある。実施例１との違いは、感温部材１１と内部部材２１’との固着方法とそれに伴う内部部材２１’の形状の違いである。

内部部材２１’は、筒状の胴部２１ｂと、胴部２１ｂの一端に形成された底部２１ｃと、他端に形成された拡径部２１ａ’とを有している。拡径部２１ａ’の外径は、感温部材１１のストッパー部１１ａ付近における胴部１１ｂ内径よりわずかに小さくなっている。胴部２１ｂは筒状であるため内部空間を有し、その拡径部２１ａ’側は開口している。これらの拡径部２１ａ’、胴部２１ｂ、底部２１ｃを一体に形成することで、部品点数を減らすことができる。内部部材２１’の胴部２１ｂの外径は、感温部材１１の胴部１１ｂの内径より小さくなっており、これらの間に密閉空間２５を形成している。

次に、感温部の製造法について述べる。感温部材１１の胴部１１ｂ内に、内部部材２１’の胴部２１ｂを底部２１ｃ側より挿入する。このとき、内部部材２１’の拡径部２１ａ’を、感温部材１１のストッパー部１１ａの中心孔の内側に配設し、これらの隙間４３にロウを全周にわたって流しこんで（真空）ロウ付けする。これより感温部材１１と内部部材２１’が固着されて密閉空間２５が形成される。一方、感温部材１１とダイアフラム３５は、電子ビーム溶接やレーザ溶接等により接合される。４２はこれによって形成された溶接部である。

感温部材１１と内部部材２１’の間の密閉空間２５は、実施例１同様に、胴部１１ｂと胴部２１ｂの間、底部１１ｃと底部２１ｃの間に形成されて、密閉空間２５による作用も実施例１と同様である。

本実施例は、実施例１の感温部材１１外側にカバー部材５１を装着したものである。カバー部材５１は、鍔部５１ａと円筒形状の胴部５１ｂを有しており、鍔部５１ａは、ストッパー部１１ａの下側に当接し、胴部５１ｂは、感温部材１１の胴部１１ｂの外側を覆う。カバー部材５１は、熱伝達を遅延する部材であり、ナイロンやポリアセタール等の樹脂材が好適である。これにより、冷媒通路１０１を流れる冷媒からパワーエレメント３０の温度作動流体への熱の伝達を実施例１よりさらに遅延させることができる。

本実施例は、実施例２の感温部材１１外側にカバー部材５１を装着したものであり、カバー部材５１の構成や効果は、実施例３と同様である。

本発明の膨張弁の実施例１を示す要部縦断面図である。 本発明の膨張弁の実施例２を示す要部縦断面図である。 本発明の膨張弁の実施例３を示す要部縦断面図である。 本発明の膨張弁の実施例４を示す要部縦断面図である。 従来の膨張弁の一例を示す縦断面図である。 従来例の膨張弁の他の例を示す縦断面図である。 図６のＶ−Ｖ線断面図である。

符号の説明

１ 弁本体
１１ 感温部材
１１ａ ストッパー部
１１ｂ 胴部
１１ｃ 底部
２１、２１’ 内部部材
２１ａ 鍔部
２１ａ’ 胴部拡張部
２１ｂ 胴部
２１ｃ 底部
２１ｄ 内部空間
２５ 密閉空間
３０ パワーエレメント部
３０ａ 室
３１ 上部ハウジング
３２ 下部ハウジング
３５ ダイアフラム
４１ 溶接部
５１ カバー部材
１０１ 第２の冷媒通路
１１４ シャフト

Claims (4)

1. 蒸発器から圧縮器へ向う冷媒が流れる冷媒通路を有し、その冷媒通路内に温度感知機能を有する感温部を配置し、前記冷媒通路内の冷媒の熱を前記感温部によりパワーエレメントにおける温度作動流体が収容された室へ伝達し、前記パワーエレメントのダイアフラムが前記温度作動流体の圧力に応じて弁の開度を調整する膨張弁において、
   前記感温部は、中空の感温部材と、前記感温部材内に配置された内部部材とを有し、
   感温部材は、筒状の胴部と、胴部の一端に形成された底部と、胴部の他端に形成されたフランジ状のストッパー部とを備え、
   内部部材は、温度作動流体が流入する筒状の胴部と、胴部の一端に形成された底部と、胴部の他端に形成された鍔部とを備え、
   ダイアフラムは内部部材の鍔部と感温部材のストッパー部に挟まれ、
   これらの重なりあった部分の全周を電子ビーム溶接又はレーザ溶接により固着することにより、
   前記感温部材と前記内部部材の間には密閉空間が形成されていることを特徴とする膨張弁。
2. 蒸発器から圧縮器へ向う冷媒が流れる冷媒通路を有し、その冷媒通路内に温度感知機能を有する感温部を配置し、前記冷媒通路内の冷媒の熱を前記感温部によりパワーエレメントにおける温度作動流体が収容された室へ伝達し、前記パワーエレメントのダイアフラムが前記温度作動流体の圧力に応じて弁の開度を調整する膨張弁において、
   前記感温部は、中空の感温部材と、前記感温部材内に配置された内部部材とを有し、
   感温部材は、筒状の胴部と、胴部の一端に形成された底部と、胴部の他端に形成されたフランジ状のストッパー部とを備え、
   内部部材は、温度作動流体が流入する筒状の胴部と、胴部の一端に形成された底部と、他端に形成された拡径部とを備え、
   感温部材のストッパー部とダイアフラムは、電子ビーム溶接又はレーザ溶接により固着されるとともに、
   内部部材の拡径部と感温部材のストッパー部の隙間をロウ付けにより固着することにより、
   前記感温部材と前記内部部材の間には密閉空間が形成されていることを特徴とする膨張弁。
3. 感温部材の外側に装着されて、熱伝達を遅延するための樹脂製のカバー部材を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の膨張弁。
4. 前記密閉空間内が真空であることを特徴とする請求項１又は２記載の膨張弁。

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