JP6899584B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルに用いられる膨張弁に関する。

一般的な車両において、騒音の少ない快適な車内環境を提供すべく、例えばカーエアコン運転時の騒音低減が要求されている。カーエアコン運転に伴う騒音の発生原因は様々であるが、冷凍サイクルに用いられる膨張弁が騒音発生源として注目されることがある。この種の膨張弁において、高圧の冷媒がオリフィスで減圧されてエバポレータへ向かう際に特有の動作音を発するが、特にエンジン室と車室とを仕切る隔壁に膨張弁が設置された場合など、車内に動作音が伝わりやすいため、騒音低減の要請がなされる場合がある。かかる騒音低減のため、膨張弁には種々の工夫がなされている。

特許文献１には、エバポレータへ向かう出口通路に絞り開口を備えた整流板を設けた膨張弁が開示されている。かかる膨張弁によれば、絞り開口を通過する際に冷媒中の気泡が細分化され、それにより気泡の破裂に起因する騒音を低減することができる。

特開２０１３−２３１５７１号公報

更に気泡の破裂に起因する騒音以外にも、冷媒の乱流に起因した騒音が生じる場合があるが、整流板を設けることで、そのような騒音も低減できる。より具体的には、膨張弁のオリフィスで絞られた冷媒は出口通路に至るまでに膨張しつつ進行方向を略９０度転換して流れることとなるが、その際に騒音の原因となる乱流の発生を招く恐れがある。そこで、膨張した冷媒を整流板の絞り開口でもう一度絞ることにより、乱流の発生を防止して消音を図ることができる。これを、所謂「マフラー効果」と称す。

ところで、十分なマフラー効果を発揮するためには、オリフィスから整流板までの冷媒が通過する空間の容積を極力拡大させることが望ましいとされる。一方で、カーエアコン等では部品の小型化が重視されており、膨張弁も極力小型化することが望まれている。しかるに膨張弁を小型化すると、オリフィスから整流板までの空間の容積も抑えられてしまい、十分なマフラー効果を発揮できない恐れがある。

本発明の目的は、コンパクトでありながら、より消音効果を高めることができる膨張弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による膨張弁は、高圧の冷媒を導入する入口通路、該入口通路に連通する弁室、該弁室内に導入された冷媒を減圧するオリフィスを含む膨張室、および該膨張室の下流側に設けられ前記膨張室を通過した冷媒を導出する出口通路を有する弁本体と、前記膨張室と前記出口通路とを仕切るようにして前記弁本体に配置された整流板と、前記オリフィスを開閉する弁部材と、該弁部材を駆動する弁部材駆動装置と、を備える膨張弁であって、前記整流板は、前記膨張室と前記出口通路との境に配置された円形板部と、前記出口通路側へ突出する中空凸部と、前記中空凸部の先端側に形成された絞り孔とを有し、前記中空凸部は、前記円形板部に対して偏心しており、前記中空凸部は円筒状であって、その外径は前記出口通路に挿入される配管の内径と等しい、ことを特徴とする。

前記中空凸部は円筒状であって、その外径は前記出口通路に連結された配管の内径より小さいと好ましい。

前記中空凸部の少なくとも一部は前記配管の内側に配置されていると好ましい。

前記整流板は金属板をプレス加工して形成されると好ましい。

本発明により、コンパクトでありながら、より消音効果を高めることができる膨張弁を提供することができる。

本実施形態における膨張弁の全体構造を模式的に示す図である。 オリフィス周辺の領域ＡＲの拡大図である。 整流板の斜視図である。 本実施形態における膨張弁を冷媒循環システムに適用した例を模式的に示す概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる実施形態における膨張弁１について説明する。なお、以下の実施形態及び比較例の説明において、同一の機能を有する部位、部材については同一の符号を付し、同一の符号が付された部位、部材についての繰り返しとなる説明は省略する。

（方向の定義）
本明細書においては、図面が示された紙面上において、弁体３から作動棒５に向かう方向を「上方向」と定義し、作動棒５から弁体３に向かう方向を「下方向」と定義する。

（膨張弁の概要）
図１〜図３を参照して、本実施形態における膨張弁１の概要について説明する。図１は、実施形態における膨張弁１の全体構造を、エバポレータに接続される配管ともに模式的に示す図である。なお、図１において、パワーエレメント８に対応する部分は側面図で示されており、その他の部分は断面図で示されている。図２は、オリフィス周辺の領域ＡＲの拡大図であり、（ａ）は本実施形態の拡大図であり、（ｂ）、（ｃ）は比較例における同一部位の拡大図である。図３は、整流板の斜視図である。

膨張弁１は、弁室ＶＳを備えるアルミニウム製の弁本体２と、弁体３と、付勢部材４と、作動棒５と、リングばね６とを具備する。

弁本体２は、弁室ＶＳに加え、第１流路２１および第２流路２２を備える。第１流路２１は、例えば、供給側流路（入口流路ともいう）であり、弁室ＶＳには、供給側流路を介して流体が供給される。第２流路２２は、例えば排出側流路（出口流路ともいう）であり、弁室ＶＳ内の流体は、排出側流路を介して膨張弁外に排出される。第２流路２２にはエバポレータ（図１で不図示）まで延在して連結される配管Ｈ１が接続されている。配管Ｈ１の端部外周には、第２流路２２の内壁に当接するようにしてＯ−リングＯＲが配置され、冷媒漏れを防止している。

弁本体２の第２流路２２の入口近傍には、配管Ｈ１内に進入するようにして整流板３０が配置されている。図３に示すように、整流板３０は略シルクハット形状をしており、具体的には、円形板部３１と、円形板部３１に一体的に設けられた中空円筒形状の中空凸部３２とを有し、中空凸部３２の先端には、開口（絞り孔ともいう）３３が形成されている。なお、円形板部３１と中空凸部３２とは互いに偏心しているが、同軸であってもよい。

整流板３０は、本実施形態ではＳＵＳなどの板材をプレス成形することにより形成されているが、樹脂から形成してもよい。また円形板部３１と中空凸部３２とは別体として、それらを接合することにより、整流板を形成してもよい。円形板部３１の外周が、第２流路２２の内壁にカシメまたは圧入などの手法で取り付けられている。

図１において、中空凸部３２の外径をＤ２とし、配管Ｈ１の内径をＤ１としたときに、Ｄ２≦Ｄ１が成立するようになっている。よって、図１に示すように中空凸部３２を配管Ｈ１の内部へと進入させるようにして、整流板３０を組み付けることができる。ただし、配管Ｈ１との組み付け誤差を考慮すると、スムーズな組み付けを行うためにＤ２＜Ｄ１とすることがより望ましい。

弁体３は、弁室ＶＳ内に配置される。弁体３が弁本体２の弁座２０に着座しているとき、第１流路２１と第２流路２２とは非連通状態となる。一方、弁体３が弁座２０から離間しているとき、第１流路２１と第２流路２２とは連通状態となる。

付勢部材４は、弁体３を弁座２０に向けて付勢する。付勢部材４は、例えばコイルばねである。

作動棒５の下端は、弁体３に接触している。また、作動棒５は、付勢部材４による付勢力に抗して弁体３を開弁方向に押圧することができる。作動棒５が下方向に移動するとき、弁体３は弁座２０から離間し、膨張弁１が開状態となる。

弁座２０の下流に配置された小径のオリフィス２７から整流板３０の開口３３までの空間を、膨張室ＥＸという。すなわち、整流板３０は膨張室ＥＸと第２流路２２とを仕切っている。膨張室ＥＸに対して薄肉の壁を隔てて、他部材との締結のために使用するボルト穴２５が形成されている。

リングばね６は、作動棒５の振動を抑制する防振部材である。このリングばね６は、作動棒５の外周面５５と、弁本体２の内周面２６ａとの間に配置される。ただし、リングばね６は必ずしも必須ではない。

弁本体２の上部には、戻り流路（戻り通路ともいう）２３が形成されている。戻り流路２３にはエバポレータ（図１で不図示）から延在する配管Ｈ２が接続されている。配管Ｈ２の端部外周には、戻り流路２３の内壁に当接するようにしてＯ−リングＯＲが配置され、冷媒漏れを防止している。

次に、比較例と比較することにより、本実施形態の効果について説明する。まず、図２（ｂ）に示す比較例１において、整流板３０Ａは円形板部３１のみからなり、円形板部３１は開口３３を有する。かかる開口３３は、整流板３０の開口３３と同形状であるものとする。また、膨張室ＥＸの容積は、本実施の形態に比べ比較的小さくなっている。

図２（ｂ）に示す比較例１においても、いわゆるマフラー効果によって、開弁時における弁座２０と弁体３との間及びオリフィス２７を通過した後に冷媒より発する通過音を、ある程度低減することができる。

これに対し、図２（ｃ）に示す比較例２のように、同じ整流板３０Ａを用いても、膨張室ＥＸの容積を増大させることで、いわゆるマフラー効果が高まり、より大きな通過音低減効果が期待できる。ところが、例えば弁本体２にボルト穴２５を設けるなどすると、干渉を避けるべく膨張室ＥＸの容積が制限されてしまい、それ以上の通過音低減効果を得ることが困難となる。

そこで、本実施の形態では、図２（ａ）に示すように中空凸部３２を有する整流板３０を用いることで、オリフィスを含む膨張室ＥＸの容積をさらに拡大することができ、いわゆるマフラー効果を一層高めることができるため、より大きな通過音低減効果が期待できる。特に、中空凸部３２の一部を配管Ｈ１内に挿入することで、配管Ｈ１との干渉を抑制できるとともに、膨張室ＥＸの容積を高めつつも弁本体２のコンパクトな外形を維持することができる。かかる効果は、カーエアコンなどに用いる膨張弁において、特に重要である。なお、中空凸部３２の径及び長さ、開口３３の面積や形状などは、製品の仕様に応じて最適なものを選択できる。また、膨張室ＥＸの穴径（中空凸部３２の中心軸と直交する方向の径）も、図２（a）に示した大きさには限定されず、任意の径とすることができる。

（膨張弁１の適用例）
図４を参照して、膨張弁１の適用例について説明する。図４は、上述した実施形態における膨張弁１を冷媒循環システム１００に適用した例を模式的に示す概略断面図である。

図４に記載の例では、膨張弁１は、コンプレッサ１０１と、コンデンサ１０２と、エバポレータ１０４とに流体接続されている。

また、膨張弁１は、弁本体２、弁体３、付勢部材４、作動棒５、リングばね６、第１流路２１、第２流路２２に加え、パワーエレメント８と、戻り流路２３とを備える。弁体３と弁座２０とで弁部材を構成し、パワーエレメント８と付勢部材４と作動棒５とで弁部材駆動装置を構成する。

図４を参照して、コンプレッサ１０１で加圧された冷媒は、コンデンサ１０２で液化され、膨張弁１に送られる。また、膨張弁１で断熱膨張された冷媒は、配管Ｈ１を通ってエバポレータ１０４に送り出され、エバポレータ１０４で、エバポレータの周囲を流れる空気と熱交換される。エバポレータ１０４から戻る冷媒は、配管Ｈ２から膨張弁１（より具体的には、戻り流路２３）を通ってコンプレッサ１０１側へ戻される。

膨張弁１には、コンデンサ１０２から高圧冷媒が供給される。より具体的には、コンデンサ１０２からの高圧冷媒は、第１流路２１を介して、弁室ＶＳに供給される。弁室ＶＳ内には、弁体３が、弁座２０に対向して配置されている。また、弁体３は、弁体サポート２９によって支持されており、弁体サポート２９は、付勢部材４（例えば、コイルばね）によって、上向きに付勢されている。換言すれば、弁体３は、付勢部材４によって閉弁方向に付勢されている。付勢部材４は、弁体サポート２９と、付勢部材受け部材２４との間に配置されている。図４に記載の例では、付勢部材受け部材２４は、弁本体２に装着されることにより弁室ＶＳを封止するプラグである。

弁体３が、弁座２０に着座しているとき（換言すれば、膨張弁１が閉状態のとき）には、弁室ＶＳの上流側の第１流路２１と弁室ＶＳの下流側の第２流路２２とは、非連通状態である。他方、弁体３が、弁座２０から離間しているとき（換言すれば、膨張弁１が開状態のとき）には、弁室ＶＳに供給された冷媒は、第２流路２２を通って、エバポレータ１０４へ送り出される。このとき、オリフィス２７の通過後に容積の大きな膨張室ＥＸに進入し、その後整流板３０の開口３３を通過することで、通過音が効果的に低減されることとなる。なお、膨張弁１の閉状態と開状態との間の切り換えは、パワーエレメント８に接続された作動棒５によって行われる。

図４に記載の例では、パワーエレメント８は、膨張弁１の上端部に配置されている。パワーエレメント８は、上蓋部材８１と、中央部に開口を有する受け部材８２と、上蓋部材８１と受け部材８２との間に配置されたダイアフラム（不図示）とを備える。上蓋部材８１とダイアフラムとによって囲まれる第１空間には、作動ガスが充填される。

ダイアフラムの下面は、ダイアフラム支持部材を介して作動棒に接続される。このため、第１空間内の作動ガスが液化されると、作動棒５は上方向に移動し、液化された作動ガスが気化されると、作動棒５は下方向に移動する。こうして、膨張弁１の開状態と閉状態との間の切り換えが行われる。

ダイアフラムと受け部材８２との間の第２空間は、戻り流路２３と連通している。このため、戻り流路２３を流れる冷媒の温度、圧力に応じて、第１空間内の作動ガスの相（気相、液相等）が変化し、作動棒５が駆動される。換言すれば、図４に記載の膨張弁１では、エバポレータ１０４から膨張弁１に戻る冷媒の温度、圧力に応じて、膨張弁１からエバポレータ１０４に向けて供給される冷媒の量が自動的に調整される。なお、図４に記載の例では、戻り流路２３は、凹部２６と連通しており、凹部２６が、戻り流路２３の下方に配置されている。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。

例えば、整流板３０の中空凸部は、中空円筒形状の代わりに、中空のテーパ形状（中空円錐台形状）や中空角筒形状であってよい。

１ ：膨張弁
２ ：弁本体
３ ：弁体
４ ：付勢部材
５ ：作動棒
６ ：リングばね
８ ：パワーエレメント
２０ ：弁座
２１ ：第１流路
２２ ：第２流路
２３ ：戻り流路
２４ ：付勢部材受け部材
２５ ：ボルト穴
２６ ：凹部
２７ ：オリフィス
３０ ：整流板
３１ ：円形板部
３２ ：中空凸部
３３ ：開口
１００ ：冷媒循環システム
１０１ ：コンプレッサ
１０２ ：コンデンサ
１０４ ：エバポレータ
ＥＸ ：膨張室
Ｈ１，Ｈ２：配管
ＶＳ ：弁室

Claims (3)

1. 高圧の冷媒を導入する入口通路、該入口通路に連通する弁室、該弁室内に導入された冷媒を減圧するオリフィスを含む膨張室、および該膨張室の下流側に設けられ前記膨張室を通過した冷媒を導出する出口通路を有する弁本体と、
   前記膨張室と前記出口通路とを仕切るようにして前記弁本体に配置された整流板と、
   前記オリフィスを開閉する弁部材と、
   該弁部材を駆動する弁部材駆動装置と、
   を備える膨張弁であって、
   前記整流板は、前記膨張室と前記出口通路との境に配置された円形板部と、前記出口通路側へ突出する中空凸部と、前記中空凸部の先端側に形成された絞り孔とを有し、
   前記中空凸部は、前記円形板部に対して偏心しており、
   前記中空凸部は円筒状であって、その外径は前記出口通路に挿入される配管の内径と等しい、
   ことを特徴とする膨張弁。
2. 前記中空凸部の少なくとも一部は前記配管の内側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記整流板は金属板をプレス加工して形成される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁。

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