JP5807613B2

JP5807613B2 - 膨張弁

Info

Publication number: JP5807613B2
Application number: JP2012122216A
Authority: JP
Inventors: 龍福島; 照之堀田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: JP2013245921A

Description

本発明は、冷凍サイクル内を循環する冷媒の循環量や圧力を制御する温度作動式膨張弁であって、機械式ボックス型膨張弁に関する。

図８に見られるように、周知の温度作動式膨張弁は、エバポレータ６の出口側の温度Ｔを感知する感温筒内の圧力Ｐ_Tをダイヤフラム３２の上部空間３５に導入する。感温筒内には冷凍サイクルと同一冷媒が気液混合状態で封入されており、感温筒内の圧力Ｐ_Tは温度Ｔに対応した飽和圧力を示している。ダイヤフラム３２の下部空間３６は、均圧管を介して、エバポレータ６の出口圧力Ｐ_E（飽和圧力と同じ）となっている。Ｐ_TとＰ_Eの差圧ΔＰが、過熱度ＳＨに相当する差圧となる。エバポレータ６の過熱度ＳＨが上昇する（冷房負荷：大）と、ダイヤフラム上部空間３５の圧力が上昇し、ダイヤフラム３２が下方に変位し、弁体１４をスプリング１６に抗して開き、冷媒流量を増加する。過熱度ＳＨが小さくなる（冷房負荷：小）とその逆の作動をする。

このようにして、温度式膨張弁は、最適な弁開度を決定して、冷凍サイクルの冷房能力を制御するものである。均圧管を介してエバポレータ６の出口圧力をフィードバックする上述のタイプは、外部均圧式と呼ばれ、一方、構造をシンプルにするためエバポレータ６の入口圧力で代用したものは、内部均圧式と呼ばれる。

外部均圧式膨張弁として、特許文献１などに見られるように、一般にボックス型膨張弁と称される形式のものが知られている。図９は、特許文献１と同様なボックス型膨張弁の一例である。この従来技術は、エバポレータ６の出口冷媒が圧縮機８に戻る低圧通路９を、膨張弁１と一体に内蔵したものである。エバポレータ６の出口冷媒の圧力及び温度を直接感知して、ダイヤフラム３２のダイヤフラム変位量を調整し、それにより、弁体１４の開度、すなわち、弁絞り通路部の開度を調整することができるものである。

通常、ボックス型膨張弁１において、作動棒５１からストッパ５０に伝熱される熱伝達の時定数（応答性）は適切に設定されており、弁体１４が頻繁に開閉してハンチングが発生しないようになされている。図９に示すように膨張弁１の従来構造では、外部均圧部の穴６２の加工のため、上部からφ７．０ｍｍ程度の作動棒径より大きい貫通穴５５が開けられた構造となっている。このような構造では、貫通穴５５を通じて液冷媒（液滴）が流入して、ハンチング性を悪化させてしまう。すなわち、過熱度が少ない運転領域（実際には気液混合状態)において、液滴が、図９に示すように貫通穴５５を通過して、直接ストッパ５０に付着したりして、時定数を短縮させるようなことがあり、時定数が不安定となりハンチング性に問題が生じていた。

その他のボックス型膨張弁の従来技術には、樹脂カバーで感温部分の全体を覆うことにより、膨張弁の時定数(応答性)を遅くし、ハンチングの低減を図るものがある。このような従来技術では、クールダウン時には、時定数が遅くなることで、起動時弁が絞る状態になるまでに時間がかかり、圧縮機に液バックする状態が長く続き性能が低下するといった不具合が発生することがあった。

特開２００４−０４５０２６号公報

本発明は、上記問題に鑑み、冷凍サイクル内を循環する冷媒が、エレメント部のダイヤフラム下部空間に流入しないようにした機械式ボックス型膨張弁を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、冷凍サイクルのエバポレータ（６）出口における冷媒の過熱度に応じて冷媒流量を調節する膨張弁であって、開度変位量が調節可能な弁体（１４）を有し、前記エバポレータ（６）入口に向う絞り通路（７）と、前記エバポレータ（６）出口から圧縮機（８）に向う冷媒が通る低圧通路（９）と、ダイヤフラム（３２）により、冷媒が封止された上部空間（３５）と、ストッパ（５０）を有する下部空間（３６）とに仕切られたエレメント部（３０）と、前記ダイヤフラム（３２）に当接する前記ストッパ（５０）に連結され、前記低圧通路（９）を貫通して、該ダイヤフラム（３２）の変位を前記弁体（１４）に伝達する作動棒（５１）と、を具備する膨張弁において、前記下部空間（３６）と前記低圧通路（９）とを連通する均圧孔（５３）を除き、前記下部空間（３６）と前記低圧通路（９）とが閉鎖カバー（５４）で閉鎖され、前記均圧穴（５３）を通って前記下部空間（３６）に、低圧通路（９）を通過する冷媒液滴の流入が抑制されるように構成し、前記閉鎖カバー（５４）において、前記均圧穴（５３）は、前記作動棒（５１）が前記閉鎖カバー（５４）を貫通する、貫通穴（５５）とは別に設置されており、前記均圧穴（５３）が、前記低圧通路（９）における前記作動棒（５１）の下流流路側に設置され、前記均圧穴（５３’）の中心軸方向が、前記作動棒（５１）の軸心に対して斜交し、前記均圧穴（５３’’）の中心軸方向が、前記低圧通路（９）を通過する冷媒液滴が流入しにくい方向に、前記作動棒（５１）の軸心に対して斜交していることを特徴とする膨張弁である。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

一形態の断面図である。一形態の詳細説明図である。一形態の断面図である。本発明の第１実施形態の断面図である。一形態の断面図である。本発明の第２実施形態の断面図である。本発明の第３実施形態の断面図である。一般的な膨張弁の作動原理の説明図である。従来技術の膨張弁の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術に対する各実施態様の同一構成の部分には、同様に同一の符号を付してその説明を省略する。

以下、図１を参照して説明する。この膨張弁１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。なお、空気調和装置以外にも使用可能である。膨張弁１は、冷凍サイクルの冷媒が流れる冷媒管路において、コンデンサ４の冷媒出口からレシーバ５を経て、エバポレータ６の冷媒入口へと向かう冷媒管路部分に、液相冷媒が通過する絞り通路（減圧膨張通路）７を有する。

本体ボディ５２には、エバポレータ６の冷媒出口から圧縮機８の冷媒入口へと向かう冷媒管路部分に、低圧冷媒が通過する低圧通路９を有する。そして、絞り通路７と低圧通路９が上下に相互に離間して形成されている。絞り通路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又は流量調節させるためのオリフィスが形成されている。オリフィスの入口には弁座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（ボール）が着座又は離座するように配設されている。

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など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絞り通路７は、液冷媒の通路となり、入口ポ−ト７’と、この入口ポ−ト７に連続して、弁体１４と弁座１２からなるオリフィスが構成され、出口ポ−ト７’’からエバポレータ６の入口に接続している。弁体１４は、作動棒５１の上下動によって、オリフィスの開度変位量が調整される。

エレメント部３０は、ダイヤフラム３２により仕切られた、冷媒が封止された上部空間３５と、ストッパ５０を有する下部空間３６を有する感熱部である。ダイヤフラム３２の上下に、二つの気密室を形成する上部空間３５及び下部空間３６がそれぞれ形成されている。作動棒５１の上端は、下部空間３６において、ダイヤフラム３２に当接するストッパ５０に連結している。作動棒５１は、エバポレータ６の冷媒出口から圧縮機８の冷媒入口へと向かう低圧冷媒が通過する低圧通路９において、露出している。このため、低圧冷媒の温度Ｔが作動棒５１を介してストッパ５０に伝熱され、ダイヤフラム３２を介して上部空間３５に伝えられる。上部空間３５には、冷凍サイクルと同一冷媒が、気液混合状態で封入されており、上部空間３５内の圧力Ｐ_Tは、温度Ｔ（過熱度ＳＨ）に対応した飽和圧力を示している。一方、作動棒５１は、ダイヤフラム３２の上部空間３５の圧力Ｐ_Tと下部空間３６の圧力Ｐ_Eとの差圧ΔＰに応答して、オリフィスの開度変位量が調整される。

本体ボディ５２の上端には、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。エレメント部３０は、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（エレメントうけ）を有している。下部空間３６と低圧通路９とは、両者間を連通する均圧孔５３を除き、閉鎖板５４で閉鎖されている。閉鎖板５４には、作動棒５１の軸心線に対して偏心位置に、作動棒５１を貫通させるための貫通穴５５（作動棒５１と同径）とは別に、均圧孔５３が形成されている。均圧孔５３を介して下部空間３６は、低圧通路９に連通されている。

閉鎖板５４は、図２に示すように、別体カバー（樹脂カバー等）で下部空間３６を閉鎖している。図２に示すように、本体ボディ５２のねじ部３１に、エレメント部３０の下カバー３４をねじ込み、本体ボディ５２と、下カバー３４の下端面３４’との間に、別体カバー５４を挟み込むことで固定する。別体カバーの代わりに、本体ボディ５２と一体に閉鎖板５４を形成して、下部空間３６を閉鎖しても良い。

均圧孔５３は、低圧通路９の圧力が、下部空間３６に導入できるような圧力導入穴であればよく、低圧通路９を流れる液滴の流入が阻止されるように径が小さく設定されている。均圧孔５３は、下部空間３６と低圧通路９とが等圧になるように機能している。６２は防振材である。

このように、下部空間３６には、低圧通路９を通過する冷媒液滴の流入が抑制されるので、液冷媒の流入による耐ハンチング性悪化を解決して、安定した時定数を確保することができる。また、閉鎖板５４により流路の段差をなくすことでエッジトーン等による冷媒通過音の低減にも有利な効果がある。均圧穴５３が、低圧通路９の作動棒５１の下流流路側に設置されていると一層冷媒液滴の流入が抑制される。

（第１実施形態）
第１実施形態は、図３に示すように、均圧穴５３’の中心軸方向が、作動棒５１の軸心に対して斜交している場合の実施形態である。その他は上述の図１の形態と同じである。さらに、図４に示すように、均圧穴５３’’の中心軸方向が、低圧通路９を通過する冷媒液滴が流入しにくい方向に斜交していると、より効果的である。すなわち、低圧通路９を通過する冷媒の流れ方向と、均圧穴５３’’の中心軸方向とが、図４の断面上で鋭角をなすように斜交している場合である。必ずしも図４の断面上で交差しなくても良く、低圧通路９を通過する冷媒液滴が流入しにくい方向に斜交していればよい。

図５に示すように、通路９を通過する冷媒液滴の流入を阻止する邪魔板５６が設置されている場合の形態である。この場合は、均圧穴５３が、従来技術のように、作動棒５１と同径の貫通穴５５を含むように設置されている。作動棒５１には、邪魔板５６を一体又は別体で、傘のように設置する。このようにすれば、均圧穴５３が作動棒５１と同径の貫通穴より大きくても、均圧穴５３からの液滴冷媒の下部空間への進入を抑制することができる。これにより、下部空間３６への液滴の流入が阻止され、ストッパ５０に液滴が直接付着することがなくなり、時定数を短縮させるようなことがなくなる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、図６に示すように、下部空間３６には、通路９を通過する冷媒液滴が、作動棒５１に衝突して、均圧穴５３（作動棒５１と同径の貫通穴より大きい場合）に向けて跳ね返らないように、流線型のカバー５７を作動棒５１に設置している。冷媒の流れが、図６のＢ−Ｂ線の断面において左右に分散され、図の紙面上、上方向の液滴の流入（下部空間３６への流入）を低減させることができる。このようにすれば、閉鎖カバーに設けられた均圧穴５３が作動棒５１と同径の貫通穴より大きくても、均圧穴５３からの液滴冷媒の下部空間３６への進入を抑制することができる。これにより、下部空間３６への液滴の流入が阻止され、ストッパ５０に液滴が直接付着することがなくなり、時定数を短縮させるようなことがなくなる。第２実施形態を図５の形態と組み合わせても良い。

（第３実施形態）
第２実施形態とその図５の形態との組み合わせにおいて、均圧穴５３が、低圧通路９の上流流路側において、作動棒５１と密着又は近接するように設置されているようにしても良い（図７参照）。これにより、低圧通路９の作動棒５１の上流流路側からの流入が抑制される。この場合、邪魔板５６や流線型のカバー５７が作動棒５１に設置されていなくても、下部空間３６への液滴の流入が一部阻止され、ストッパ５０に液滴が直接付着することが少なくなり、時定数を短縮させるようなことが少なくなる。また、穴の加工数を削減できるので、加工コスト低減を実現することができる。

６エバポレータ
７絞り通路（減圧膨張通路）
９低圧通路
１４弁体
３２ダイヤフラム
３５上部空間
３６下部空間
５３均圧穴

Claims

冷凍サイクルのエバポレータ（６）出口における冷媒の過熱度に応じて冷媒流量を調節する膨張弁であって、
開度変位量が調節可能な弁体（１４）を有し、前記エバポレータ（６）入口に向う絞り通路（７）と、
前記エバポレータ（６）出口から圧縮機（８）に向う冷媒が通る低圧通路（９）と、
ダイヤフラム（３２）により、冷媒が封止された上部空間（３５）と、ストッパ（５０）を有する下部空間（３６）とに仕切られたエレメント部（３０）と、
前記ダイヤフラム（３２）に当接する前記ストッパ（５０）に連結され、前記低圧通路（９）を貫通して、該ダイヤフラム（３２）の変位を前記弁体（１４）に伝達する作動棒（５１）と、を具備する膨張弁において、
前記下部空間（３６）と前記低圧通路（９）とを連通する均圧孔（５３）を除き、前記下部空間（３６）と前記低圧通路（９）とが閉鎖カバー（５４）で閉鎖され、
前記均圧穴（５３）を通って前記下部空間（３６）に、低圧通路（９）を通過する冷媒液滴の流入が抑制されるように構成し、
前記閉鎖カバー（５４）において、前記均圧穴（５３）は、前記作動棒（５１）が前記閉鎖カバー（５４）を貫通する、貫通穴（５５）とは別に設置されており、
前記均圧穴（５３）が、前記低圧通路（９）における前記作動棒（５１）の下流流路側に設置され、
前記均圧穴（５３’）の中心軸方向が、前記作動棒（５１）の軸心に対して斜交し、
前記均圧穴（５３’’）の中心軸方向が、前記低圧通路（９）を通過する冷媒液滴が流入しにくい方向に、前記作動棒（５１）の軸心に対して斜交していることを特徴とする膨張弁。
冷凍サイクルのエバポレータ（６）出口における冷媒の過熱度に応じて冷媒流量を調節する膨張弁であって、
開度変位量が調節可能な弁体（１４）を有し、前記エバポレータ（６）入口に向う絞り通路（７）と、
前記エバポレータ（６）出口から圧縮機（８）に向う冷媒が通る低圧通路（９）と、
ダイヤフラム（３２）により、冷媒が封止された上部空間（３５）と、ストッパ（５０）を有する下部空間（３６）とに仕切られたエレメント部（３０）と、
前記ダイヤフラム（３２）に当接する前記ストッパ（５０）に連結され、前記低圧通路（９）を貫通して、該ダイヤフラム（３２）の変位を前記弁体（１４）に伝達する作動棒（５１）と、を具備する膨張弁において、
前記下部空間（３６）と前記低圧通路（９）とを連通する均圧孔（５３）を除き、前記下部空間（３６）と前記低圧通路（９）とが閉鎖カバー（５４）で閉鎖され、
前記均圧穴（５３）を通って前記下部空間（３６）に、低圧通路（９）を通過する冷媒液滴の流入が抑制されるように構成し、
前記均圧穴（５３）が、前記作動棒（５１）の径より大きい貫通穴であり、前記下部空間（３６）には、前記通路（９）を通過する冷媒液滴が、前記作動棒（５１）によって、前記均圧穴（５３）に向けて跳ね返らないように、流線型のカバー（５７）を前記作動棒（５１）に設置したことを特徴とする膨張弁。
前記均圧穴（５３）が、前記作動棒（５１）の径より大きい貫通穴であり、前記下部空間（３６）には、前記通路（９）を通過する冷媒液滴の前記均圧穴（５３）への流入を阻止する邪魔板（５６）が設置されていることを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
前記均圧穴（５３）が、前記作動棒（５１）の径より大きい貫通穴であり、前記均圧穴（５３）が、前記低圧通路（９）の上流流路側において、前記作動棒（５１）と密着又は近接するように設置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の膨張弁。