JP6231867B2 - 可変オリフィス装置 - Google Patents

Description

本発明は、流路を流れる流体の温度に応じて流量（弁開度）を自動的に調節できるようにされた可変オリフィス装置に関する。

例えば、ルームエアコンやカーエアコン等の冷媒回路においては、その流路を流れる冷媒の流量を、その流体の温度に応じて変化させること、例えば、冷媒温度が高い場合にはその流量を増加させ、冷媒温度が下がるに従いその流量を減少させること、が望まれる場合がある。

前記のように、流路を流れる流体の流量を、その流体の温度に応じて変化させるべく、流路に可変オリフィス装置を設けることは、従来より考えられているが、従来の可変オリフィス装置は、組み立て性、流路（導管）への組み込み性等がさほど考慮されておらず、構造が複雑で部品点数が多く、製造コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明の発明者等は、上記問題を解消すべく、可変オリフィス装置として、先に、図６に示される如くのものを提案している（特許文献１も参照）。この可変オリフィス装置９は、線膨張係数の異なる異種材料からなるオリフィスケース１０と弁体２０とを備え、オリフィスケース１０の一端側（大径部１２）に絞り通路１４が形成され、オリフィスケース１０内に弁体２０が伸縮自在に挿入されるとともに、該弁体２０の基端部（雄ねじ部）がオリフィスケース１０の他端側（の雌ねじ部）に螺合固定され、流体の温度変化に応じて生じるオリフィスケース１０と弁体２０との伸縮量の差により、絞り通路１４を流れる流体の流量を調整するようにされている。

かかる可変オリフィス装置９においては、絞り通路１４の右側の開口端（弁座１５）と弁体２０の先端に設けられた円錐状弁体部２５における弁座１５への着座部分との離隔距離ΔＬが弁開度を表わす指標とされ、この離隔距離ΔＬが大きいほど、絞り通路１４を流れる流体の流量が増加する。そして、離隔距離ΔＬは、線膨張係数の異なる異種材料からなるオリフィスケース１０と弁体２０との、流体の温度変化に応じて生じる伸縮量の差により変化する。

ここで、例えば、弁体２０が金属製で、オリフィスケース１０が樹脂製とされ、冷媒回路を構成する導管８内を流体（高圧の冷媒）が可変オリフィス装置９の一端側（大径部１２側）から他端側に向けて流されると仮定すると、冷媒は、絞り通路１４から該絞り通路１４と弁体２０の先端との間に形成される隙間を通り、さらに、導管８に内接する矩形断面外形の筒状ケース部１１に形成された通し穴１６からその外周四面と導管８の内周面との間に形成された流路に流出して導管８の下流側へと流れる。

絞り通路１４を出た冷媒は膨張して降温されるので、可変オリフィス装置９を流れる冷媒の温度は次第に下がり、この冷媒温度の低下により、弁体２０及びオリフィスケース１０（の筒状ケース部１１）は縮むが、その縮み量は、金属製の弁体２０に比して樹脂製のオリフィスケース１０の方がかなり大きく（線膨張係数は５〜１０倍）、その縮み量の差だけ、前記離隔距離ΔＬで表わされる弁開度が小さくなり、これによって、絞り通路１４を流れる冷媒流量が減少する。このように、先に提案された可変オリフィス装置９においては、弁体２０及びオリフィスケース１０が感温部として働き、流路を流れる流体の流量を、その流体の温度に応じて可変とすることができる。

また、この可変オリフィス装置９は、基本的には、オリフィスケース１０と弁体２０の２部品で構成されるので、構造の簡素化、部品点数の削減が図られ、さらに、オリフィスケース１０に弁体２０を螺合させること等により簡単に組み立てることができる上、オリフィスケース１０の一端側（大径部１２）に形成されたリング溝１３にＯリング１８を装着する等して流路（導管）に押し込むだけで組み付けることができるので、組み立て性、流路（導管）への組み込み性等に優れたものとなり、製造コスト、組立及び組込コストの低減を図ることができる。

特開２００２−１８１２２７号公報

しかしながら、上記従来の可変オリフィス装置９は、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、例えば、弁体２０を金属で、オリフィスケース１０を樹脂で構成したとすると、冷媒温度の低下により、弁体２０及びオリフィスケース１０は縮むが、金属製の弁体２０の縮み量より樹脂製のオリフィスケース１０の縮み量の方がかなり大きいので、冷媒温度が大きく低下すると、オリフィスケース１０における絞り通路１４の開口端縁部（弁座）１５が弁体２０の円錐状弁体部２５に押し付けられ、図６（Ｃ）に示される如くに、絞り通路１４が弁体２０により閉塞された閉弁状態となることがある。この閉弁状態からさらに気温が低下する等して、オリフィスケース１０と弁体２０からなる感温部の温度が一層下がると、弁座１５部分が弁体２０の円錐状弁体部２５にさらに強く押し付けられ、弁座１５部分等が変形してしまう。そのため、従来の可変オリフィス装置では、使用可能な温度範囲が狭く、温度降下が激しい環境では、所望の性能が得られなくなるおそれがあった。

また、閉弁してしまうと、冷媒が全く流れなくなってしまうので、冷媒中に混入されているオイルが圧縮機の摺動部分等に回らなくなる等の問題もあった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、流路を流れる流体の流量を、その流体の温度に応じて可変調整とすることができ、かつ、組み立て性、流路（導管）への組み込み性等に優れ、構造の簡素化、部品点数の削減、製造コストの低減を図ることができることに加えて、使用可能な温度範囲を拡大でき、温度降下が激しい環境下でも変形等の不具合を招くことなく所望の性能が得られるようにされた可変オリフィス装置を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る可変オリフィス装置は、基本的には、一端側の周側部に横通し孔が開口された筒状のオリフィスケースと、前記横通し孔の実効開口面積を変化させるべく前記オリフィスケース内に伸縮自在に嵌挿されるとともに、その基端部が前記オリフィスケースの他端側に固定された棒状の弁体とを備え、前記弁体は、前記オリフィスケースにおける前記横通し孔周辺の内周面に当接する対接外周面部を有し、流体の温度変化に伴う前記オリフィスケースと前記弁体との伸縮量の差に応じて前記横通し孔の一端と前記対接外周面部の一端との離隔距離が変化し、これによって前記横通し孔の実効開口面積が変化され、これによって前記オリフィスケース内を通過する流体の流量が自動調整され、前記弁体は丸棒状を呈し、該弁体の一端側に円錐面部と前記対接外周面部とが順次連設されている。

他の好ましい態様では、前記オリフィスケースの一端側に大径部が形成されるとともに、該大径部の近傍に前記横通し孔が形成されていることを特徴としている。

他の好ましい態様では、前記オリフィスケースは、前記大径部及び前記横通し孔を含む金属製もしくは樹脂製の先端側ケース部と、前記弁体の基端部がその他端部に固定される樹脂製の基端側ケース部とで分割構成され、前記弁体は、金属製の棒状体で構成されていることを特徴としている。

他の好ましい態様では、前記オリフィスケースは段付き円筒状を呈していることを特徴としている。

他の好ましい態様では、前記横通し孔は、円形、楕円形、又は多角形を呈していることを特徴としている。

本発明に係る可変オリフィス装置は、オリフィスケースの一端側の周側部に横通し孔が開口されるとともに、オリフィスケースに棒状の弁体が嵌挿され、流体の温度変化に伴うオリフィスケースと弁体との伸縮量の差に応じて、横通し孔の一端と弁体の対接外周面部の一端との離隔距離が変化し、これにより、横通し孔の実効開口面積が変化して、オリフィスケース内を通過する冷媒の流量が自動調整されるようになっている。すなわち、従来のように弁体（弁体部）が着座する弁座を有していないので、流体の温度変化に伴うオリフィスケースと弁体との伸縮量の差が大きくなっても、例えば弁体の左端が相対的に横通し孔よりも左方に変位し、横通し孔が弁体により閉じられることはあっても、弁体がオリフィスケース部分に相対的に押し付けられることはない。

したがって、本発明によれば、オリフィスケースの弁座部分等が変形してしまう事態を確実に防止できるとともに、使用可能な温度範囲を拡大でき、温度降下が激しい環境下でも所望の性能を得ることができる。加えて、従来構造で設けられていた円錐状弁体部、絞り通路、弁座等が不要となるので、部品の加工コスト等を抑制することができるという利点も得られる。

また、オリフィスケースに弁体が伸縮自在に嵌挿されることから、横通し孔が弁体により閉じられても（実効開口面積が０とされても）、弁体の外周面とオリフィスケースの内周面との間には隙間が形成され、この隙間を通じて冷媒が流されるので、冷媒中に混入されているオイルが圧縮機の摺動部分等に供給され、その結果、圧縮機の焼き付き等を防止することができる。

本発明に係る可変オリフィス装置の実施例を導管に組み込んだ状態を示し、（Ａ）は、横通し孔と弁体とが通常の流量調整位置にある状態を、（Ｂ）は、流体の温度変化に伴うオリフィスケースと弁体との伸縮量の差が相当大きくなった状態をそれぞれ示す部分切欠断面図。 （Ａ）は図１（Ａ）のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＵ矢視拡大図、（Ｃ）は図２（Ａ）の横通し孔周辺の拡大断面図。 （Ａ）は図１（Ａ）のＣ部の拡大図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＶ-Ｖ矢視断面図。 図１（Ｂ）のＢ部の拡大図。 （Ａ）は実施例の一変形例を示す図２（Ａ）のＵ矢視拡大図に相当する図、（Ｂ）は実施例の他の変形例を示す横通し孔周辺の拡大断面図。 従来の可変オリフィス装置の一例を示し、（Ａ）は主要部拡大切欠断面図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ-Ｂ矢視断面図、（Ｃ）は絞り通路の弁座部分が弁体に押し付けられた状態を示す主要部拡大切欠断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１〜図５は、本発明に係る可変オリフィス装置の実施形態（実施例、変形例）の説明に供される図であり、各図において、前述した図６に示される従来例の可変オリフィス装置の各部と同一構成部分、同一機能部分、あるいは、対応関係にある部分には共通の符号ないし関連した符号が付されている。なお、本発明を理解しやすくするため、また、作図上の便宜を図るため、各図において、温度変化に伴う各部の伸縮量、離隔距離等は誇張して描かれている。

図１は、本発明に係る実施例の可変オリフィス装置を導管に組み込んだ状態を示す部分切欠断面図、図２、図３は、実施例の主要部の拡大図である。

図示する可変オリフィス装置１は、図６（特許文献１の図１、図２）に示される従来例の可変オリフィス装置とは冷媒の流れ方向が逆で、図１（Ａ）において右側（ＩＮ側）から左側（ＯＵＴ側）へと冷媒が流される、冷媒回路を構成する導管８に組み込まれるようにされており、線膨張係数の異なる異種材料からなるオリフィスケース１０と弁体２０とを備える。ここでは、オリフィスケース１０の主要部（基端側ケース部１１）は樹脂（例えばポリアセタール）製とされ、弁体２０は金属（例えばＳＵＳ３０３）製とされている。

前記導管８、オリフィスケース１０、弁体２０は、共通の中心線Ｏ上に配在されている。
詳細には、オリフィスケース１０は段付き略円筒状を呈し、金属製の先端側ケース部１２と、比較的長尺の樹脂製の基端側ケース部１１とで分割構成されている。金属製の先端側ケース部１２は、一端側（図１（Ａ）、図２（Ａ）の左端側）から順次、大径部１２Ａ、孔開き円筒状部１２Ｂ、及び連結用雄ねじ部１２Ｃを有し、前記孔開き筒状部１２Ｂの周側部であって大径部１２Ａの近傍には、例えば周方向に９０°間隔で４個の円形（図２（Ａ）参照）の横通し孔３０が開口されている。一方、基端側ケース部１１は、前記先端側ケース部１２の連結用雄ねじ部１２Ｃに噛合する連結用雌ねじ部１１Ｃ、導管８に沿って伸びる円筒状部１１Ｂ、及び弁体固定用雌ねじ部１１Ａを有する。

弁体２０は丸棒状を呈し、前記横通し孔３０の実効開口面積を変化させるべく、その左端面が中心線Ｏに対して垂直な垂直切断面を有し、その左端側が先端側ケース部１２内に嵌挿され、その左端側外周面全体が先端側ケース部１２における横通し孔３０周辺の内周面１０ａに接する対接外周面部２１とされている。なお、先端側ケース部１２の内周面１０ａの内径は、基端側ケース部１１の円筒状部１１Ｂの内周面１０ｂの内径よりも小さく、弁体２０の基端側部分と基端側ケース部１１の円筒状部１１Ｂの内周面１０ｂとの間には隙間が形成されている。

また、弁体２０の基端部（右端部）２３外周には、基端側ケース部１１の弁体固定用雌ねじ部１１Ａに螺合される固定用雄ねじ部２４が形成されている。固定用雄ねじ部２４の右端部外周には、図３に示される如くに、ロックナット１９がねじ込まれてオリフィスケース１０の右端面に押し当てられている。固定用雄ねじ部２４の右端には、オリフィスケース１０に対する弁体２０のセット位置調節やロックナット１９のねじ込み時の回り止め等に供されるマイナス溝２６が形成されている。

このような構成を有する本実施例の可変オリフィス装置１においては、それを組み立てるにあたって、オリフィスケース１０の先端側ケース部１２と基端側ケース部１１とを螺合結合する前に、例えば、基端側ケース部１１の弁体固定用雌ねじ部１１Ａに弁体２０の固定用雄ねじ部２４を左側から螺合させ、その右端部が基端側ケース部１１の右端から右方に突出するまでねじ込んでおき、その後、先端側ケース部１２内に弁体２０の左端部を嵌挿しつつ、先端側ケース部１２の連結用雄ねじ部１２Ｃと基端側ケース部１１の連結用雌ねじ部１１Ｃとを螺合させて一体化し、その後に、オリフィスケース１０に対する弁体２０のセット位置調節やロックナット１９のねじ込み等を行う。

この可変オリフィス装置１を流路を形成する金属製の導管８に組み込むにあたっては、導管８にスピニング加工を施して環状溝部８ａを形成するとともに、該環状溝部８ａを大径部１２Ａに形成された環状のリング溝１３に嵌め込む。これにより、大径部１２Ａの外周面と導管８の内周面との間が前記環状溝部８ａで封止されるとともに、当該可変オリフィス装置１の導管８への組み込みが完了する。

かかる構成の可変オリフィス装置１においては、冷媒の温度変化に伴うオリフィスケース１０（の基端側ケース部１１）と弁体２０との伸縮量の差に応じて、横通し孔３０の左端３０ａと前記対接外周面部２１の左端２１ａとの離隔距離ΔＬが変化する。これに伴い、前記横通し孔３０の実効開口面積Ｓ、すなわち、図２（Ｂ）の破線ハッチングで示されているように、横通し孔３０の円弧状部分と弁体２０の対接外周面部２１の左端２１ａ（直線）とで形成される弓形状開口（隙間）部分３２の面積Ｓが変化し、これによってオリフィスケース１０内を通過する冷媒の流量が自動調整される。

この場合、離隔距離ΔＬ及び実効開口面積Ｓが大きいほど、オリフィスケース１０を通過する冷媒の流量が増加する。そして、離隔距離ΔＬ及び実効開口面積Ｓは、樹脂製のオリフィスケース１０と金属製の弁体２０との冷媒の温度変化に伴う伸縮量の差により変化する。

ここでは、樹脂（ＰＯＭ）製のオリフィスケース１０（の基端側ケース部１１）の、２０℃における線膨張係数は例えば１０２×１０^-６／℃であり、金属（ＳＵＳ３０３）製の弁体２０の線膨張係数は例えば１４．７×１０^-６／℃とされ、冷媒回路を構成する導管８内を高圧の冷媒が可変オリフィス装置１の右端側（他端側、ＩＮ側）から左端側（一端側、ＯＵＴ側）に向けて流される。

このため、冷媒は、図２（Ａ）に矢印で示されているように、導管８とオリフィスケース１０（の基端側ケース部１１）との間に形成された略円環状の流路を通り、先端側ケース部１２の大径部１２Ａに形成された横通し孔３０に入り、該横通し孔３０と弁体２０の左端２１ａとで形成される図２（Ｂ）の破線ハッチングで示されている弓形状開口部分３２を通り、先端側ケース部１２内を通ってオリフィスケース１０外に流出し、導管８の下流側へと流れる。

その際、導管８とオリフィスケース１０（の基端側ケース部１１）との間に形成された流路を流れる冷媒の温度によって、弁体２０及びオリフィスケース１０（の基端側ケース部１１）が伸縮するが、その伸縮量は、金属製の弁体２０に比して樹脂製のオリフィスケース１０の基端側ケース部１１の方がかなり大きく（線膨張係数は５〜１０倍）、その伸縮量の差だけ、前記離隔距離ΔＬ並びに横通し孔３０の実効開口面積Ｓで表される弁開度が変化し、これによって、オリフィスケース１０を流れる冷媒流量が増減する。このように、実施例の可変オリフィス装置１においては、弁体２０及びオリフィスケース１０が管温部として動作するので、流路を流れる流体の流量を、その流体の温度に応じて可変とすることができる。

また、本実施形態の可変オリフィス装置１は、基本的には、オリフィスケース１０と弁体２０の２部品で構成されるので、構造の簡素化、部品点数の削減が図られ、さらに、オリフィスケース１０に弁体２０を螺合させることにより簡単に組み立てることができる上、導管８にスピニング加工を施すことで流路に当該可変オリフィス装置１を組み込むことができるので、組み立て性、流路（導管）への組み込み性等に優れたものとなり、製造コスト、組立及び組込コストの低減を図ることができる。

上記に加えて、本実施例の可変オリフィス装置１では、オリフィスケース１０の一端側の周側部に横通し孔３０が開口されるとともに、オリフィスケース１０に棒状の弁体２０が嵌挿され、冷媒の温度変化に伴うオリフィスケース１０と弁体２０との伸縮量の差に応じて、横通し孔３０の一端３０ａと弁体２０の対接外周面部２１の一端２１ａとの離隔距離ΔＬが変化し、これによって、横通し孔３０の実効開口面積Ｓ（弓形状開口部分３２の面積Ｓ）が変化して、オリフィスケース１０を通過する冷媒の流量が自動調整されるようになっている。すなわち、従来のように弁体（弁体部）が着座する弁座を有していないので、冷媒の温度変化に伴うオリフィスケース１０と弁体２０との伸縮量の差が大きくなっても、図１（Ｂ）や図４に示される如くに、弁体２０の左端が相対的に横通し孔３０よりも左方に変位して、横通し孔３０が弁体２０により閉じられることはあっても、弁体２０にオリフィスケース１０部分が相対的に押し付けられることはない。

したがって、本実施例では、オリフィスケースの弁座部分等が変形してしまう事態を確実に回避できるとともに、使用可能な温度範囲を拡大でき、温度降下が激しい環境下でも所望の性能を得ることができる。また、従来構造で設けられていた円錐状弁体部、絞り通路、弁座等が不要となるので、部品加工コスト等を抑制することができるとういう利点も得られる。

また、オリフィスケース１０に弁体２０が伸縮自在に嵌挿されていることから、横通し孔３０が弁体２０により閉じられても（実効開口面積が０とされても）、弁体２０の外周面とオリフィスケース１０（先端側ケース部１２）の内周面１０ａとの間には僅かに隙間が形成され、この隙間を通じて冷媒が流されるので、冷媒中に混入されているオイルが圧縮機の摺動部分等に供給され、その結果、圧縮機の焼き付き等を防止することができる。

なお、本実施例の可変オリフィス装置１においては、横通し孔３０が径方向で視て円形とされているが、横通し孔３０の形状はこれに限られることはなく、所望する流量特性に応じて任意に選定することができる。例えば図５（Ａ）に示される如くに、横通し穴を三角形としてもよい。この場合も、横通し孔３０’の左端３０ａと対接外周面部２１の左端２１ａとの離隔距離ΔＬが変化すると、横通し孔３０’の実効開口面積Ｓ’、すなわち、図５（Ａ）の破線ハッチングで示されているように、横通し孔３０’の左端部と弁体２０の対接外周面部２１の左端２１ａ（直線）とで形成される三角形状隙間部分３２’の面積Ｓ’が変化し、これによってオリフィスケース１０内を通過する冷媒流量が冷媒温度に応じて調整される。なお、前記横通し孔は、上記した円形や三角形以外に、楕円形状や四角形や五角形等の多角形状であってもよい。
また、横通し穴の個数やサイズも、所望する流量特性に応じて任意に選定することができる。

また、本実施例の可変オリフィス装置１においては、弁体２０が丸棒状を呈し、該弁体２０の左端面が中心線Ｏに対して垂直な垂直切断面とされるとともに、左端側外周面全体がオリフィスケース１０（先端側ケース部１２）の内周面１０ａに接する対接外周面部２１とされているが、これに限られることはなく、例えば図５（Ｂ）のように、対接外周面部２１の左側に、内周面１０ａに当接しない円錐面部２２を連設してもよい。このように円錐面部２２を連設することにより、該円錐面部２２が案内面となって冷媒の流れが円滑化される等の利点が得られる。

また、本実施例の可変オリフィス装置１においては、流路の封止、当該可変オリフィス装置への組み付け、並びに流量調整を精緻に行うために大径部１２Ａ及び横通し孔３０を含む先端側ケース部１２を金属製としたが、該先端側ケース部１２は基端側ケース部１１と同様に樹脂製としてもよい。

また、本実施例においては、金属製の導管８にスピニング加工を施して環状溝部８ａを形成するとともに、該環状溝部８ａを大径部１２Ａのリング溝１３に嵌め込んで流路の封止並びに当該可変オリフィス装置への組み付けを行っているが、スピニング加工の代わりに、大径部１２Ａのリング溝１３にＯリングを装着して流路を封止してもよい。

また、前記実施例においては、高圧の冷媒を可変オリフィス装置の他端側（右端側）から一端側（左端側）に向けて流していたが、これとは逆に一端側（左端側）から他端側（右端側）に向けて冷媒を流すように構成してもよい。

１ 可変オリフィス装置
８ 導管
１０ オリフィスケース
１１ 基端側ケース部
１１Ａ 弁体固定用雌ねじ部
１１Ｂ 円筒状部
１１Ｃ 連結用雌ねじ部
１２ 先端側ケース部
１２Ａ 大径部
１２Ｂ 孔開き円筒状部
１２Ｃ 連結用雄ねじ部
１９ ロックナット
２０ 弁体
２１ 対接外周面部
２２ 円錐面部
２３ 基端部
２４ 雄ねじ部
２６ マイナス溝
３０ 横通し孔
３２ 弓形状開口部分
ΔＬ 離隔距離（弁開度）
Ｓ 実効開口面積

Claims (5)

1. 一端側の周側部に横通し孔が開口された筒状のオリフィスケースと、前記横通し孔の実効開口面積を変化させるべく前記オリフィスケース内に伸縮自在に嵌挿されるとともに、その基端部が前記オリフィスケースの他端側に固定された棒状の弁体とを備え、
   前記弁体は、前記オリフィスケースにおける前記横通し孔周辺の内周面に当接する対接外周面部を有し、流体の温度変化に伴う前記オリフィスケースと前記弁体との伸縮量の差に応じて前記横通し孔の一端と前記対接外周面部の一端との離隔距離が変化し、これによって前記横通し孔の実効開口面積が変化され、これによって前記オリフィスケース内を通過する流体の流量が自動調整され、
   前記弁体は丸棒状を呈し、該弁体の一端側に円錐面部と前記対接外周面部とが順次連設されている可変オリフィス装置。
2. 前記オリフィスケースの一端側に大径部が形成されるとともに、該大径部の近傍に前記横通し孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変オリフィス装置。
3. 前記オリフィスケースは、前記大径部及び前記横通し孔を含む金属製もしくは樹脂製の先端側ケース部と、前記弁体の基端部がその他端部に固定される樹脂製の基端側ケース部とで分割構成され、前記弁体は、金属製の棒状体で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の可変オリフィス装置。
4. 前記オリフィスケースは段付き円筒状を呈していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の可変オリフィス装置。
5. 前記横通し孔は、円形、楕円形、又は多角形を呈していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可変オリフィス装置。

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