JP6175628B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は、上流側から導入された高温、高圧の冷媒を絞り膨張させて低温、低圧の冷媒にして下流側に導出する膨張弁に関する。

自動車用空調装置の冷凍サイクルには、一般に、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが設けられている。冷凍サイクルを循環する冷媒は、圧縮機により圧縮され、圧縮された冷媒は、凝縮器により凝縮される。凝縮された冷媒は、膨張弁により絞り膨張されて霧状にして導出され、霧状の冷媒は蒸発器により蒸発されて、その蒸発に伴う蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。

膨張弁には、通常、液冷媒が導入されるが、圧縮機等の運転条件や、外気温度等の温度条件によっては、液体中に気泡が混ざった気液二相流の冷媒が導入され得る。このような気泡の混ざった冷媒が膨張弁の弁部を通過すると、流動音が間欠的に生じるため、その対策が求められる。

特許文献１には、導入ポートに挿入される配管内に絞り部品を挿入した膨張弁が提案されている。この膨張弁は、絞り部品を挿入して絞り部を設けることによって冷媒中の気泡を低減させ、流動音の低減が図られている。

特開２００４−１０１０８２号

本発明者は、簡易な構成により流動音対策を実現できるような膨張弁の構造について検討したところ、従来の構造に対して改善の余地があると認識するに至った。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、流動音対策を簡易な構成により実現できる膨張弁を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明のある態様は、冷凍サイクルの上流側から導入された冷媒をボディ内の弁部を通過させることにより絞り膨張させて下流側へ導出する膨張弁に関する。膨張弁は、ボディの側面に開口する有底孔として形成された導入ポートと、ボディを貫通するように形成され、その一端側が導入ポートの底部につながり、その中間部に弁部が設けられた冷媒通路と、導入ポートの底面から開口側に突出してボディの一部として一体成形され、その内側に冷媒通路の一部が形成された突出部と、を備える。

本発明のある態様によると、その内側に冷媒通路の一部が形成された突出部を備える。この突出部の先端側から、導入ポートに挿入される導入管の内径よりその内径が小さい縮径部が形成されるようにすれば、突出部の長さだけ縮径部が長くなることで良好な流動音の低減効果が得られ、簡易な構成により流動音対策を実現できる。

本発明によれば、流動音対策を簡易な構成により実現できる。

第１の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す正面断面図である。 第１の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す左側面断面図である。 第１の実施の形態に係る膨張弁の下側導入ポートに導入管を挿入した状態を示す拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、便宜上、図示の状態を基準に各構成要素の位置関係を表現する場合がある。

［第１実施形態］
図１、図２は、第１の実施の形態に係る膨張弁１０の構成を示す。図１は膨張弁１０の正面断面図である。図２は、膨張弁１０の左側面断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図を示す。第１の実施の形態に係る膨張弁１０は、自動車用空調装置の冷凍サイクル１００に用いられる。冷凍サイクル１００は、膨張弁１０の他に、圧縮機１０１と、凝縮器１０３と、蒸発器１０５とを備える。冷凍サイクル１００を循環する冷媒は、圧縮機１０１により圧縮され、圧縮された冷媒は、凝縮器１０３により凝縮される。凝縮された液冷媒は、膨張弁１０により絞り膨張されて霧状にして導出され、霧状の冷媒は蒸発器１０５により蒸発されて、その蒸発に伴う蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。

膨張弁１０は、第１の実施の形態において、蒸発器１０５から圧縮機１０１に向かう冷媒の温度と圧力を感知して自律的に動作し、凝縮器１０３から蒸発器１０５に向かう冷媒の流量を調整する機械式膨張弁として構成される。

膨張弁１０は、ボディ１１を備える。ボディ１１は、アルミニウム合金等の金属素材を押出成形等して得られた中間成形品に対して、切削加工等を施して形成される。ボディ１１は、第１の実施の形態において角柱状に形成され、その内部には、冷媒の絞り膨張を行う弁部４０が設けられる。ボディ１１の長手方向の端部（上端部）には、感温部として機能するパワーエレメント６０と、パワーエレメント６０を外部から覆うカバー６１とが設けられる。

膨張弁１０は、ボディ１１の側部に設けられた下側導入ポート１３及び下側導出ポート１５と、ボディ１１を貫通するようにその内部に形成された下側冷媒通路１７とを備える。下側導入ポート１３は、ボディ１１の前側面（図２の右側の側面）の下部に開口する段付の有底孔として形成され、その奥側に底面１３ａが設けられる。下側導出ポート１５は、ボディ１１の左側面（図１の左側の側面）の下部に開口して形成される。下側冷媒通路１７は、下側導入ポート１３の底部と下側導出ポート１５とをつないでいる。つまり、下側冷媒通路１７は、その一端側が下側導入ポート１３の底部につながり、その他端側が下側導出ポート１５につながる。また、下側冷媒通路１７は、その中間部に弁部４０が設けられる。

下側導入ポート１３は、凝縮器１０３側から高温、高圧の液冷媒を導入する。弁部４０は、下側導入ポート１３から導入された液冷媒を、その弁部４０を通過させることにより絞り膨張させて霧状にし、下側導出ポート１５に向けて導出する。下側導出ポート１５は、膨張弁１０により絞り膨張された低温、低圧の霧状の冷媒を、蒸発器１０５側に向けて導出する。

膨張弁１０は、ボディ１１の側部に設けられた上側導入ポート３１及び上側導出ポート３３と、ボディ１１を貫通するようにその内部に形成された上側冷媒通路３５とを備える。上側導入ポート３１は、ボディ１１の左側面（図１の左側の側面）の上部に開口して形成される。上側導出ポート３３は、ボディ１１の前側面（図２の右側の側面）の上部に開口して形成される。上側冷媒通路３５は、上側導入ポート３１と上側導出ポート３３とをつないでいる。上側導入ポート３１は、蒸発器１０５により蒸発された冷媒を導入する。上側導出ポート３３は、上側導入ポート３１から導入され、上側冷媒通路３５を通過した冷媒を圧縮機１０１側に導出する。

弁部４０は、弁孔４１と、弁座４３と、弁体４５とを含んで構成される。弁孔４１は、ボディ１１の下側冷媒通路１７の中間部に形成され、弁座４３は、弁孔４１の下側導入ポート１３側の開口端縁により形成される。弁体４５は、ボール状に形成され、弁座４３に対して、下側導入ポート１３側から対向して配置される。

膨張弁１０は、ボディ１１に形成され、下側冷媒通路１７と内外を連通させる下側連通孔１９を備えている。ボディ１１には、この下側連通孔１９を封止するように、アジャスト部材としてのアジャストねじ５１がねじ込まれている。下側連通孔１９は、その一部である上半部によって、弁体４５を収容する弁室２１が形成されている。弁体４５は、弁室２１内に収容された支持部材５２により下方から支持され、その支持部材５２とアジャストねじ５１との間には、弁体４５を閉弁方向に付勢する付勢部材としてのスプリング５３が介装されている。アジャストねじ５１とボディ１１との間には、外部への冷媒の漏洩を防止するためのＯリング５４が介装されている。

膨張弁１０は、ボディ１１の内部において、弁室２１と下側導入ポート１３との間に形成された連通流路２３を備えている。連通流路２３は、その一端側が下側導入ポート１３に開口し、その他端側が弁室２１に開口して形成される。連通流路２３は、下側導入ポート１３の内径より、その内径が小径に形成されている。弁室２１は、その上流側において、連通流路２３を通して下側導入ポート１３と連通し、その下流側において弁孔４１と連通する。下側冷媒通路１７は、この連通流路２３と弁室２１とを含んで構成される。

膨張弁１０は、ボディ１１に形成され、上側冷媒通路３５と内外を連通させる上側連通孔３７を備えている。ボディ１１には、この上側連通孔３７を封止するように、パワーエレメント６０がねじ込まれている。パワーエレメント６０は、アッパーハウジング６３と、ロアハウジング６５と、これらの間に挟み込まれた金属薄板等から構成されるダイヤフラム６７と、ロアハウジング６５側に配置されたディスク６９とを含んで構成される。アッパーハウジング６３とダイヤフラム６７とにより囲まれた密閉空間には感温用のガスが封入される。パワーエレメント６０とボディ１１との間には、冷媒の漏洩を防止するためのＯリング７１が介装されている。上側冷媒通路３５を通過する冷媒の圧力、温度は、上側連通孔３７と、ディスク６９に設けられた孔部（図示せず）とを通り、ダイヤフラム６７の下面に伝達される。

ボディ１１には、その内部において、下側冷媒通路１７と上側冷媒通路３５とをつなぐ段付孔２５が設けられ、この段付孔２５の小径部には、柱状のシャフト５５が摺動可能に挿通されている。シャフト５５は、ディスク６９と弁体４５との間に介装されている。これにより、ダイヤフラム６７の変位に伴う駆動力が、ディスク６９及びシャフト５５を介して弁体４５に伝達される。段付孔２５の大径部には、シャフト５５が内側に挿通されるようにＯリング５６が配置され、下側冷媒通路１７と上側冷媒通路３５との間の冷媒の漏洩が防止される。シャフト５５の上部は、筒状のホルダ５７の内側に挿通されている。ホルダ５７とシャフト５５との間には、シャフト５５に所定の横荷重を与えるスプリング５３が介装され、この横荷重により、冷媒圧力の変動によるシャフト５５の振動が抑制される。

以上のように構成された膨張弁１０は、蒸発器１０５から上側導入ポート３１を通して冷媒が導入され、その冷媒の圧力及び温度をパワーエレメント６０が感知してダイヤフラム６７が変位する。このダイヤフラム６７の変位が駆動力となり、その駆動力がディスク６９及びシャフト５５を介して弁体４５に伝達され、弁体４５の移動により弁部４０が開閉する。一方、凝縮器１０３側から下側導入ポート１３を通して液冷媒が導入され、弁部４０を通過することにより絞り膨張されて、低温、低圧の霧状の冷媒となる。霧状の冷媒は、下側導出ポート１５を通して蒸発器１０５に向けて導出される。このとき、弁体４５の移動により弁部４０の開度が調整され、凝縮器１０３から蒸発器１０５に向かう冷媒の流量が調整される。

図３は、第１の実施の形態に係る膨張弁１０の下側導入ポート１３に導入管１１０を挿入した状態を示す拡大図である。下側導入ポート１３には、下側冷媒通路１７に冷媒を導入するための導入管１１０の先端部１１１が挿入可能である。導入管１１０は、その軸方向に加締められることによって、径方向外側に突出するフランジ部１１３が形成されている。導入管１１０は、段付の有底孔としての下側導入ポート１３の段差部に対して、フランジ部１１３が係合することでそれ以上の挿入が規制される。膨張弁１０は、導入管１１０が下側導入ポート１３に挿入されて、その挿入が規制される挿入規制位置にあるとき、導入管１１０の先端面１１１ａと下側導入ポート１３の底面１３ａとが間隔を空けて設けられるように構成される。

ボディ１１の側部には、導入管１１０を固定するための板状の固定部材１２０が当接して配置される。固定部材１２０には、導入管１１０が挿通される貫通孔１２１が形成される。導入管１１０は、固定部材１２０と下側導入ポート１３の段差部との間にフランジ部１１３を挟み付けられるように配置され、固定部材１２０がボディ１１にねじ等で接続されることにより固定される。導入管１１０と下側導入ポート１３との間には、外部への冷媒の漏洩を防止するためのＯリング１２３が介装される。

ここで、第１の実施の形態に係る膨張弁１０は、下側導入ポート１３の底面１３ａから開口１３ｂ側に突出してボディ１１の一部として一体成形された突出部１４を備える。突出部１４は、第１の実施の形態において、略円形の筒状に形成される。

突出部１４は、その内側に下側冷媒通路１７の一部である連通流路２３の一部が形成されている。この連通流路２３は、突出部１４の先端から弁室２１にかけての範囲が、導入管１１０の内径Ｒ１より、その内径Ｒ２が小さい縮径部２７として形成されている。これにより、凝縮器１０３側から導入管１１０を通して導入される液冷媒中の気泡は、縮径部２７を通過するときに低減または微細化され、弁部４０を気泡が通過するときに発生する流動音を低減できる。

なお、導入管１１０は、第１の実施の形態において、Ｏリング１２３が介装される空間を確保するため、フランジ部１１３と先端部１１１との間に、その内径、外径が他の部分より縮径した小径部１１２が設けられる。下側冷媒通路１７の縮径部２７は、第１の実施の形態において、この導入管１１０の内径が最も狭い小径部１１２の内径Ｒ１より、その内径Ｒ２が小さく形成されている。

縮径部２７は、その長さが長いほど良好な流動音の低減効果が得られる。縮径部２７の内径Ｒ２、長さの寸法は、所望の流動音の低減効果が得られる条件について、実験や解析により求める等して適宜設定できる。これらの寸法は、たとえば、内径Ｒ２を２．５〜４．０ｍｍ、長さを３．０ｍｍ以上とすると、良好な流動音の低減効果が得られる。

なお、この縮径部２７として形成される範囲は、第１の実施の形態のように、突出部１４の先端から弁室２１にかけての範囲に限定されない。縮径部２７の範囲は、下側冷媒通路１７の先端側から他端側にかけての範囲のうち、少なくとも突出部１４の内側を含む範囲であれば、たとえば、突出部１４の先端から連通流路２３の中間部までの範囲であってもよい。

膨張弁１０は、突出部１４の外周面１４ａと下側導入ポート１３の内周面１３ｃとの間に形成された気泡貯留室２８を備える。気泡貯留室２８は、第１の実施の形態において、突出部１４の外周側を取り囲む環状の空間として形成されている。気泡貯留室２８は、ボディ１１に対して、突出部１４となるべき部分を残して気泡貯留室２８に対応した部分を切削等して形成される。

突出部１４は、導入管１１０の先端部１１１の内径Ｒ３よりその外径Ｒ４が小さくなるように形成される。突出部１４は、下側導入ポート１３に導入管１１０が挿入されたとき、導入管１１０の先端部１１１に対して同軸状に配置されるように構成される。突出部１４は、第１の実施の形態において、導入管１１０の先端部１１１の内側にその先端部が差し込まれ、導入管１１０との間で軸線方向に重なる範囲が設けられる。導入管１１０の先端部１１１の内周面１１１ｂと突出部１４の外周面１４ａとの間には隙間２９が形成され、その隙間２９を通して、導入管１１０の内部と気泡貯留室２８とが連通される。導入管１１０内を通過する冷媒中の気泡は、この隙間２９を通して気泡貯留室２８に導入される。このように、膨張弁１０は、下側導入ポート１３に導入管１１０が挿入されたとき、気泡貯留室２８に対して、導入管１１０内を通過する冷媒中の気泡が導入可能となるように構成される。なお、突出部１４は、導入管１１０の内側にその先端部が差し込まれず、導入管１１０との間で軸線方向に重なる範囲が設けられなくともよい。

膨張弁１０に気泡貯留室２８が設けられることにより、導入管１１０内を通過する気泡の少なくとも一部は、弁部４０を含む下側冷媒通路１７を通過する前に、気泡貯留室２８に導入されて捕捉され、気泡が弁部４０を通過することによる流動音の発生が抑制される。気泡貯留室２８に導入された気泡は、気泡貯留室２８内に一時的に貯留されるが、高温、高圧の条件にあるため液化し、液冷媒として下側冷媒通路１７に導入される。

気泡貯留室２８は、その容積が大きいほど気泡の貯留量が増大し、気泡貯留室２８内に一時的に貯留された気泡の下側冷媒通路１７への導入が抑えられ、流動音の発生が抑制される。第１の実施の形態に係る膨張弁１０は、気泡貯留室２８の気泡貯留量を確保する観点から、導入管１１０の先端面１１１ａと下側導入ポート１３の底面１３ａとが間隔を空けて設けられるように構成されている。気泡貯留室２８の容積は、気泡貯留室２８への気泡の導入量より、気泡貯留室２８内の気泡の液化量が大きくなるように、その寸法が調整されてもよい。この寸法条件は、実験や解析により求める等して適宜設定できる。

第１の実施の形態に係る膨張弁１０によれば、その内側に下側冷媒通路１７の一部が形成された突出部１４を備える。この突出部１４の先端側から縮径部２７が形成されるようにすれば、突出部１４の長さだけ縮径部２７が長くなることで良好な流動音の低減効果が得られ、簡易な構成により流動音対策を実現できる。特に、突出部１４がボディ１１の一部として一体成形されており、ボディ１１と別体の部品を用いる必要がないため、部品数、組立工数を抑えつつ流動音対策を実現できる。

また、ボディ１１や弁室２１の寸法や、下側導入ポート１３の奥行寸法（図３の左右寸法）を変えることなく、突出部１４の長さだけ縮径部２７を長くすることが可能となる。縮径部２７を長くするために、たとえば、ボディ１１の幅寸法（図３の左右寸法）を長くして、連通流路２３を長くすることも考えられるが、ボディ１１の幅寸法を長くすると材料コストが増大する。一方、第１の実施の形態に係る膨張弁１０によれば、ボディ１１の寸法等を変える必要がないため、ボディ１１の材料コストを増大させることなく、縮径部２７を長くすることにより良好な流動音の低減効果を得ることが可能となる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示すにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

上述の実施の形態では、蒸発器１０５から導入された冷媒の圧力、温度を感知する感圧部材としてダイアフラムを用いる例を示した。感圧部材としては、このほか、ベローズ等のように、圧力を感知して伸縮するものを用いてもよい。

上述の実施の形態では、膨張弁１０として、パワーエレメント６０の駆動により弁部４０の開度を自律的に調整する機械式膨張弁を説明したが、電気的な制御により外部から弁部の開度を調整する電磁式膨張弁でもよい。

１０ 膨張弁、１１ ボディ、１３ 下側導入ポート、１３ａ 底面、１３ｂ 開口、１３ｃ 内周面、１４ 突出部、１４ａ 外周面、１５ 下側導出ポート、１７ 下側冷媒通路、１９ 下側連通孔、２１ 弁室、２３ 連通流路、２８ 気泡貯留室、２９ 隙間、４０ 弁部、４１ 弁孔、４３ 弁座、４５ 弁体、６０ パワーエレメント、１００ 冷凍サイクル、１０１ 圧縮機、１０３ 凝縮器、１０５ 蒸発器、１１０ 導入管、１１１ 先端部、１１１ａ 先端面、１１１ｂ 内周面、１１３ フランジ部、１２０ 固定部材。

Claims (5)

1. 冷凍サイクルの上流側から導入された冷媒をボディ内の弁部を通過させることにより絞り膨張させて下流側へ導出する膨張弁であって、
   前記ボディの側面に開口する有底孔として形成された導入ポートと、
   前記ボディを貫通するように形成され、その一端側が前記導入ポートの底部につながり、その中間部に前記弁部が設けられた冷媒通路と、
   前記導入ポートの底面から開口側に突出して前記ボディの一部として一体成形され、その内側に前記冷媒通路の一部が形成された突出部と、を備え、
   前記突出部は、前記導入ポートの入口側の開口より底側に収まることを特徴とする膨張弁。
2. 前記導入ポートには、前記冷媒通路に冷媒を導入するための導入管を挿入可能であり、
   前記導入ポートに前記導入管が挿入されたとき、前記突出部の外周面と前記導入ポートとの間に形成された気泡貯留室に対して、前記導入管内を通過する冷媒中の気泡が導入可能となるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記導入ポートには、前記冷媒通路に冷媒を導入するための導入管を挿入可能であり、
   前記突出部は、前記導入管の先端部の内径よりその外径が小さくなるように形成され、前記導入ポートに前記導入管が挿入されたとき、該導入管の先端部に対して同軸状に配置されるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁。
4. 前記導入ポートには、前記冷媒通路に冷媒を導入するための導入管を挿入可能であり、
   前記導入ポートに前記導入管が挿入されたとき、該導入管の先端面と該導入ポートの底面とが間隔を空けて設けられるように構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の膨張弁。
5. 前記導入ポートには、前記冷媒通路に冷媒を導入するための導入管が挿入可能であり、
   前記冷媒通路は、その先端側から他端側にかけての範囲のうち、少なくとも前記突出部の内側を含む範囲が、前記導入管の内径よりもその内径が小さい縮径部として形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の膨張弁。

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