JP5463209B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルに組み入れられて冷媒の温度に応じてオリフィスを流れる冷媒の流量を制御する膨張弁に関する。

自動車に搭載される空調装置等の冷凍サイクルにおいては、コンデンサ（凝縮器）からの高圧の液相冷媒をオリフィスを通過させることで低圧にしてエバポレータ（蒸発器）に送るとともに、エバポレータからコンプレッサに戻る低圧の気相冷媒を通過させて、その気相冷媒の温度に応じてオリフィスの開度を制御することにより、冷媒の通過量を調整する感温機構内蔵型の温度膨張弁が使用されている（特許文献１参照）。

上記の特許文献１に開示されている膨張弁は、本出願の図８に示すように、コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路１２、この第１の通路１２の上方に設けられエバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路１３及び第１の通路１２の途中に設けられたオリフィス１４を有する弁本体１０と、オリフィス１４の下端に形成された弁座１４ａに接離してオリフィス１４を開閉する弁体１５と、弁本体１０に摺動自在に支持された作動棒１６と、第２の通路１３の上方に設けられ作動棒１６を介して弁体１５を駆動するパワーエレメント２０とを備えており、負荷の程度に応じて冷凍サイクルを循環する冷媒の流量を制御している。

パワーエレメント２０は、可撓性のある金属製薄板からなるダイアフラム２２と、その周辺部を挟持する上カバー２１ａ及び下カバー２１ｂと、ダイアフラム２２と上カバー２１ａとの間に形成される上部圧力室２３ａに封入されるダイアフラム駆動媒体と、上部圧力室２３ａにダイアフラム駆動媒体を注入する開口部を密閉する栓２４とを備えている。ダイアフラム２２と下カバー２１ｂの間に形成される下部圧力室２３ｂは、弁本体１０にオリフィス１４の中心線に対して同心的に形成された開口穴１８を通じて第２の通路１３に連通している。第２の通路１３にはエバポレータからの冷媒蒸気が流れ、その冷媒の圧力が貫通孔１８を通じて下部圧力室２３ｂに作用する。下部圧力室２３ｂ内にはダイアフラム２２の下面に当接するストッパ部２５が設けられており、このストッパ部２５は、下部圧力室２３ｂ内を上下に摺動すべく下カバー２１ｂに支持され、作動棒１６の上端部に連結されている。

エバポレータの出口側温度は、開口穴１８から導入されるガスにより、直接に又はストッパ部２５を介して上部圧力室２３ｂへ伝達される。上部圧力室２３ａのダイアフラム駆動媒体の圧力は伝達される温度に対応して変化し、ダイアフラム２２の上面に作用する。ダイアフラム２２はその上面に作用するダイアフラム駆動媒体の圧力とダイアフラム２２の下面に作用する冷媒圧力との差により上下に変位し、その中心部の上下への変位は作動棒１６を介して弁体１５に伝達され、弁体１５をオリフィス１４の弁座１４ａ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。例えば、エバポレータの熱負荷が増加すると、エバポレータの出口温度が高くなって、その熱を受けた上部圧力室２３ａの圧力が高くなり、それに応じて作動棒１６が下方へ駆動されて弁体１５を押し下げるため、オリフィスの開度が大きくなる。これによりエバポレータへの冷媒の供給量が多くなり、エバポレータの温度が低下する。逆にエバポレータの熱負荷が減少すると、オリフィス１４の開度が小さくなってエバポレータへの冷媒の供給量が減少する。

パワーエレメント２０の弁本体１０への取付けについては、パワーエレメント２０に形成された雄ねじ２０ａと弁本体１０に形成された雌ねじ１０ａとの螺合により行われている。また、パワーエレメント２０と弁本体１０の間から気相冷媒が外部に漏れるのを防止するために弁本体１０とパワーエレメント２０との間を別部品のシール部材３０でシールしている。

図７は、横軸に弁リフトＬ（ｍｍ）を、縦軸にオリフィスの開口面積Ｓ（ｍｍ^２）をとったグラフである。
膨張弁に求められる制御領域Ｅ_１は設計により決められていて、定常時には膨張弁のリフトＬとオリフィスの開口面積ＳはカーブＣ_１に沿って変化する。
しかしながら、空調装置の起動時にはコンプレッサが始動して、コンプレッサの吸入側に連通する第２の通路１３内の圧力が急激に低下する。
この作用により、上部圧力室２３ａ内のガス圧に比べて第２の通路１３内の圧力が小さくなり、ダイアフラム２２はストッパ部２５、作動棒１６を介して弁体１５を最下位置まで押し下げる。すなわち、弁リフトＬは、制御領域Ｅ_１を超えてカーブＣ_２に示すように増大する。この作用により、オリフィス１４を過大な量の冷媒が通過して騒音発生の原因となることがある。

特開２００８−１８０４７６号公報

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、弁リフト量が膨張弁の制御領域を超えたときに過大な量の冷媒がオリフィスを通過するのを防ぐことができる膨張弁を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の膨張弁は、コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路、エバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路及び前記第１の通路の途中に設けられたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを開閉する弁体と、前記弁本体に摺動自在に支持された作動棒と、該作動棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントとを備えた膨張弁であって、前記弁体の前記オリフィスからのリフト量が膨張弁の制御領域を超えたときに、前記オリフィスを通過する冷媒の量を絞る絞り手段を設けたものである。
なお、前記絞り手段は、前記作動棒の先端に一体に形成することができる。
また、前記絞り手段は、作動棒の先端に着脱可能に装備することもできる。
また、前記絞り手段は、載頭円錐形状の弁部を備えるものとすることができる。
また、前記絞り手段は、段付き状の縮径部とすることもできる。

本発明によれば、空調始動時にオリフィスが全開となって過大な流量の冷媒が膨張弁を通過することに起因する騒音の発生を防止することができる。

本発明による膨張弁の一実施例を示す縦断面図である。 図１の要部の拡大図である。 本発明による膨張弁の作用を示す説明図である。 本発明による膨張弁の作用を示す説明図である。 本発明による膨張弁の別の実施例を示す縦断面図である。 図５の要部を示す拡大図である。 本発明及び従来の膨張弁の弁リフトとオリフィス開口面積の関係を示すグラフである。 従来の膨張弁の一例を示す断面図である。

以下、添付した図面に基づいて、本発明による膨張弁の実施例を説明する。
なお、図１は本発明による膨張弁の断面図であるが、断面構造は図８の従来例のものと同様であるので、符号の引出線を見易くするために、断面を示すハッチングは省略する。

図１に示す膨張弁は、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るものであって、アルミニウム等からなる角柱状の弁本体１００の内部には、コンデンサの冷媒出口からレシーバを介してエバポレータの冷媒入口へと向かう冷媒が通過する高圧側通路となる第１の通路１２０と、エバポレータの冷媒出口からコンプレッサの冷媒入口へと向かう冷媒が通過する第２の通路１２２とが上下に相互に離間して形成されている。

第１の通路１２０の途中には、弁室１３０とオリフィス２１０が設けられ、弁室１３０の内部には球状の弁体１４０が設けられている。弁体１４０は支持部材１４２により支持され、この支持部材１４２は弁室１３０の下端に螺着されたプラグ１４７との間に配置された圧縮コイルばね１４６の如き付勢手段の付勢力によってオリフィス２１０に接近する方向に付勢されている。プラグ１４７と弁本体１００との間にはＯリングのようなシール部材１４８が介装されている。オリフィス２１０を通過した冷媒は出口通路１２１からエバポレータに向って送り出される。

さらに、弁本体１００には、第１の通路１２０と第２の通路１２２との間の隔壁１０２を縦断する貫通孔１２４が形成されており、この貫通孔１２４にはステンレス等からなる作動棒１５０が摺動自在に挿通されている。この作動棒１５０の下端部は弁体１４０に当接しており、作動棒１５０の上端部は後述する感温駆動部となるパワーエレメント１８０に連結されている。

パワーエレメント１８０は、可撓性のある金属製薄板からなるダイアフラム１８２と、その周辺部を挟持する上カバー１８１ａ及び下カバー１８１ｂと、ダイアフラム１８２と上カバー１８１ａとの間に形成される上部圧力室１８３ａに封入されるダイアフラム駆動媒体と、上部圧力室１８３ａにダイアフラム駆動媒体を注入する開口部を密閉する栓１８４とを備えている。ダイアフラム１８２と下カバー１８１ｂの間に形成される下部圧力室１８３ｂは、弁本体１００にオリフィス２１０の中心線に対して同心的に形成された開口穴１１０を通じて第２の通路１２２に連通している。第２の通路１２２にはエバポレータからの冷媒蒸気が流れ、その冷媒の圧力が開口穴１１０を通じて下部圧力室１８３ｂに作用する。下部圧力室１８３ｂ内にはダイアフラム１８２の下面に当接するストッパ部１８５が設けられており、このストッパ部１８５は、下部圧力室１８３ｂ内を上下に摺動すべく下カバー１８１ｂに支持され、作動棒１５０の上端部に連結されている。

パワーエレメント１８０が弁体１４０のリフト量を制御する作用は図８に示した膨張弁と同様であるので説明を省略する。
本発明の膨張弁にあっては、弁体１４０のオリフィス２１０からのリフト量が膨張弁の制御領域を超えた場合にオリフィス２１０を通過する冷媒の量を絞る絞り手段を備える。

本実施例にあっては、絞り手段として、作動棒１５０の下端部に作動棒１５０とは別体の絞り部材２３０を備えている。図２に示すように、絞り部材２３０は、作動棒１５０が挿入される有底穴２３２を有し、弁体１４０に接する側に円錐形状の弁部２４０を有する。円錐形状の弁部２４０の先端は載頭部２４２に形成され、球状の弁体１４０を押圧する。弁部２４０の先端が平坦面であることで、弁体１４０と作動棒１５０との位置ずれを防いで安定した制御が可能となる。

オリフィス２１０の出口部２１４は面取り部に形成することもできる。絞り部材２３０は、弁体１４０が弁リフト量の増大に応じて弁座２１２から離れ、オリフィス２１０の開口面積を大きくして冷媒の流量が制御領域の最大値を超えると、弁部２４０はオリフィス２１０の出口部２１４に近接してオリフィス２１０を閉鎖することなく開口面積を絞る機能を備える。

図３は、本発明の作用を示す説明図であり、絞り部材２３０の弁部２４０の円錐角度が９０度の場合を示す。
図３の（ａ）は、弁リフトＬ_１が０ｍｍのときの状態を示す。弁体１４０は弁座２１２に当接し、オリフィス２１０の開口面積は０である。
図３の（ｂ）は、弁リフトＬ_２が０．３５ｍｍの状態を示す。作動棒１５０の下降に応じて弁体１４０は弁座２１２から離れ、オリフィス２１０を通って冷媒が流れる。
図３の（ｃ）は弁リフトＬ_３が０．７０ｍｍの状態を示す。弁体１４０側のオリフィス２１０の開口面積は最大となり、絞り部材２３０の弁部２４０がオリフィス２１０の出口部２１４をほぼ閉じるように機能する。

図７のカーブＣ_３に示すように、この絞り部材２３０は弁リフトの増加に応じてオリフィスの開口面積Ｓを減少させる。したがって、弁リフト量が膨張弁の制御領域を超えたときにオリフィス２１０に過大な量の冷媒が流れるのを防ぐことができるので、空調装置の起動時における騒音を低減することができる。

図４は本発明の他の実施例を示す説明図である。
この実施例では絞り部材２５０の先端に形成される円錐形状の弁部２６０は６０度の円錐角度を有する。この絞り部材２５０を備える膨張弁は図７のカーブＣ_４に示す特性を示す。即ち図３に示す絞り部材２３０に比べて弁リフトＬの変化に対するオリフィス開口面積Ｓの変化が大きく、オリフィス２１０を通過する冷媒の量をより急激に絞ることができる。絞り部材２３０、２５０は作動棒１５０に着脱自在であるため、絞り部材を交換することで流量特性を調整することができる。

図５は、本発明の他の実施例に係る膨張弁の断面図、図６は要部の拡大断面図である。本実施例は、絞り手段及び作動棒を除いて先に説明した実施例と同様の構成を備えており、その構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例では、弁体１４０を操作する作動棒３５０の先端に、テーパ面を介して段付き状に縮径した縮径部からなる絞り部３５２を一体的に形成している。絞り部３５２の機能は先に説明した実施例と同様であって、弁リフトが制御領域を超えたときに、オリフィス２１０の出口部２１４をほぼ閉じて過大な冷媒が流れるのを防ぐことができるので、空調装置の起動時における騒音を低減することができる。なお、絞り部３５２を作動棒３５０に一体成形することで、部品点数が低減してコストダウンを図ることができる。

１００ 弁本体
１２０ 第１の通路
１２２ 第２の通路
１３０ 弁室
１４０ 弁体
１５０ 作動棒
２１０ オリフィス
２３０ 絞り部材（絞り手段）
２４０ 弁部
２５０ 絞り部材（絞り手段）
３５０ 作動棒
３５２ 絞り部（絞り手段）

Claims (5)

1. コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路、エバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路及び前記第１の通路の途中に設けられたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを開閉する弁体と、前記弁本体に摺動自在に支持された作動棒と、該作動棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントとを備えた膨張弁であって、
   前記弁体の前記オリフィスからのリフト量が膨張弁の制御領域を超えたときに、前記オリフィスを通過する冷媒の量を絞る絞り手段を設けた膨張弁。
2. 前記絞り手段は、前記作動棒の先端に一体に形成される請求項１記載の膨張弁。
3. 前記絞り手段は、前記作動棒の先端に着脱可能に装備される請求項１記載の膨張弁。
4. 前記絞り手段は、載頭円錐形状の弁部を備える請求項１乃至３のいずれか記載の膨張弁。
5. 前記絞り手段は、段付き状の縮径部である請求項１乃至３のいずれか記載の膨張弁。

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