JP7026979B2 - 膨張弁 - Google Patents

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Description

本発明は膨張弁に関し、特に冷凍サイクルに好適な温度式膨張弁に関する。
自動車用空調装置の冷凍サイクルには一般に、循環する冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された冷媒を絞り膨張させる膨張弁、その冷媒の蒸発潜熱により車室内の空気を冷却する蒸発器が設けられている。膨張弁としては、例えば、蒸発器から導出される冷媒が所定の過熱度を有するように、蒸発器の出口側の冷媒の温度および圧力を感知して弁開度を調整し、蒸発器へ送出する冷媒の流量を制御する温度式膨張弁が用いられる(例えば特許文献1参照)。
このような膨張弁のボディには、凝縮器から蒸発器へ向かう冷媒を通過させる第1の通路と、蒸発器から戻ってきた冷媒を通過させる第2の通路とが形成される。第1の通路には弁孔が形成され、その弁孔に対向するように弁体が配設される。弁体は、弁孔に接離して蒸発器へ向かう冷媒の流量を調整する。また、ボディの一端には取付孔が設けられ、連通孔を介して第2の通路と連通している。この取付孔にパワーエレメントが取り付けられる。パワーエレメントは、第2の通路を流れる冷媒の温度および圧力を感知して作動し、その駆動力がシャフトを介して弁体に伝達される。シャフトは、第1の通路と第2の通路との隔壁を貫通し、一端側がパワーエレメントに接続され、他端側が弁体に接続される。
パワーエレメントは、ボディに組み付けられるハウジングと、そのハウジングを密閉空間と開放空間とに仕切るダイヤフラムと、開放空間に配置されるディスクと、を備える。密閉空間には感温用ガスが封入され、開放空間は第2の通路に連通する。第2の通路を流れる冷媒の一部が開放空間に出入りする。その冷媒の温度および圧力に応じて密閉空間が膨張又は収縮することでダイヤフラムが変位し、その変位による駆動力がディスクを介してシャフトに伝達される。蒸発器の出口の冷媒温度が低くなると密閉空間が収縮するため、弁部が閉弁方向に作動する。逆に、その冷媒温度が高くなると密閉空間が膨張するため、弁部が開弁方向に作動する。このようなパワーエレメントの自律的な作動により弁部の開度が調整され、蒸発器出口の冷媒の過熱度が適正に制御される。開放空間に導入された冷媒の温度をダイヤフラムへ効率的に伝達するために、ディスクには一般に熱伝導率の大きい材質からなるものが用いられる。
ところで、冷凍サイクルの低負荷時には、蒸発器の出口から送出される冷媒において液相成分の割合が大きくなり、その液冷媒(液滴)がパワーエレメントの開放空間に導かれてディスクに付着することがある。液冷媒(液相)はガス冷媒(気相)に比べて熱伝達の時定数(以下、単に「時定数」ともいう)が小さいため、熱伝導率の高いディスクに付着することで、弁部が頻繁に開閉するハンチングを生じさせる可能性がある。
そこで、このハンチングを抑制するために、パワーエレメントの開放空間と第2の通路とを連通させる連通路に閉鎖板を設け、その閉鎖板に設けた均圧穴を介してのみ冷媒の流通を許容することで開放空間への液冷媒の導入を規制する技術も提案されている(例えば特許文献2参照)。この構成では、閉鎖板が段付円板状をなし、その中心にシャフトの挿通孔が設けられ、その挿通孔からオフセットした位置に小径の均圧穴が設けられる。閉鎖板には、均圧穴が第2の通路におけるシャフトよりも下流側に開口するように配置される。また、閉鎖板の小径部が連通路に嵌合することにより、第2の通路における連通路の位置での段差をなくし、冷媒通過音の低減を図っている。
特開2013-242129号公報 特開2013-245921号公報
しかしながら、特許文献2に記載の構成では、閉鎖板に挿通孔とは別に均圧穴を加工する必要がある。また、シャフトの作動を阻害することがないよう、閉鎖板の外形と挿通孔との同軸度を確保する必要があり、閉鎖板に高い加工精度が要される。さらに、均圧穴が中心からオフセットすることで閉鎖板に方向性が現れるため、均圧穴の位置を確認しながら閉鎖板を組み付ける必要がある。これらのことが加工工数および作業工数の増加につながり、製造コストが嵩む要因となっていた。一方、発明者らが検証した結果、パワーエレメント内への液冷媒の導入抑制に関し、均圧穴をシャフトよりも下流側に設けることの優位性は認められなかった。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、制御ハンチングを防止しつつ、良好に機能する膨張弁を低コストに提供することにある。
本発明のある態様の膨張弁は、上流側から流入した冷媒を絞り膨張させて蒸発器へ供給し、蒸発器から戻ってきた冷媒の圧力と温度を感知して弁部の開度を制御する膨張弁であって、上流側から蒸発器へ向けて流れる冷媒が通過する第1の通路と、蒸発器から戻ってきた冷媒が通過する第2の通路と、第1の通路に設けられた弁孔と、第2の通路に連通する取付孔と、を有するボディと、弁孔に接離して弁部の開度を調整する弁体と、取付孔を閉止するようにボディに取り付けられるハウジングと、ハウジング内を感温媒体が封入された密閉空間と第2の通路に連通する開放空間とに仕切るダイヤフラムと、開放空間に配置されてダイヤフラムに当接するディスクと、を有するパワーエレメントと、第1の通路と第2の通路との隔壁に設けられた第1挿通孔を貫通し、一端側がディスクを介してダイヤフラムに接続され、他端側が弁体に接続され、ダイヤフラムの変位による軸線方向の駆動力を弁体に伝達するシャフトと、第1挿通孔において第2の通路に向けて開口する大径部に収容され、シャフトに摺動荷重を付与する部材と、開放空間と第2の通路とを離隔する一方、シャフトを挿通させるための第2挿通孔を中心軸に沿って同軸状に有し、第2の通路から開放空間への冷媒の流入を第2挿通孔におけるシャフトとの間隙に制限する流入規制部と、を備える。
第2挿通孔は、シャフトとの間隙により形成される開口面積が7.0mm以下となるように形成される。流入規制部は、ボディとハウジングとの間に配置され、取付孔からの脱落が規制された遮蔽部材からなる。ボディは、取付孔と第2の通路とを連通させる連通孔を有する。遮蔽部材が、取付孔と連通孔との境界に形成される段部に支持される。連通孔の内径が、第1挿通孔の大径部の内径よりも大きい。
この態様によると、流入規制部を設けたことにより、第2の通路から開放空間への冷媒の流入が許容されつつも、適度に制限される。特に挿通孔の開口面積を上記設定としたことにより、後述する実施形態でも述べるように、制御ハンチングの発生を抑制できる。一方、上記挿通孔が、シャフトを挿通する機能と、冷媒の流入を適度に制限する機能の双方を兼ねる。さらに、上記挿通孔とシャフトとの間に間隙が形成されるため、流入規制部の寸法精度を厳密に管理する必要性を低減できる。このため、流入規制部に要する加工工数を低減でき、膨張弁を低コストに提供できる。
本発明によれば、制御ハンチングを防止しつつ、良好に機能する膨張弁を低コストに提供できる。
実施形態に係る膨張弁の断面図である。 パワーエレメントおよびその周辺構造を表す図である。 膨張弁の感温作用を表す図である。 ハンチング検証試験の結果を表す図である。 ハンチング検証試験の結果を表す図である。 挿通孔の開口度合いとハンチングの大きさとの関係を表す図である。 変形例に係る膨張弁の主要部の構造を表す図である。
以下、本発明の実施形態を、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造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略することがある。
本実施形態は、本発明の膨張弁を自動車用空調装置の冷凍サイクルに適用される温度式膨張弁として具体化している。この冷凍サイクルには、循環する冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器(室外熱交換器)、凝縮された冷媒を気液に分離する受液器、分離された冷媒を絞り膨張させて送出する膨張弁、その霧状の冷媒を蒸発させてその蒸発潜熱により車室内の空気を冷却する蒸発器(室内熱交換器)が設けられている。ここでは便宜上、膨張弁以外については詳細な説明を省略する。
図1は、実施形態に係る膨張弁の断面図である。
膨張弁1は、アルミニウム合金からなる素材を押出成形して得た部材に所定の切削加工を施して得られたボディ2を有する。ボディ2は角柱状をなし、その内部には冷媒の絞り膨張を行う弁部が設けられている。ボディ2の長手方向の端部には、パワーエレメント3が設けられている。
ボディ2の側部には、受液器側(凝縮器側)から高温・高圧の冷媒を導入する導入ポート6、膨張弁1にて絞り膨張された低温・低圧の冷媒を蒸発器へ向けて導出する導出ポート7、蒸発器にて蒸発された冷媒を導入する導入ポート8、膨張弁1を通過した冷媒を圧縮機側へ導出する導出ポート9が設けられている。本実施形態では、導入ポート6および導出ポート9は、ボディ2の第1側面に開口する。導出ポート7および導入ポート8は、第1側面とは反対側の第2側面に開口する。変形例においては、第1側面と第2側面とが互いに直角をなす面として隣接していてもよい。導入ポート6と導出ポート9との間には、図示しない配管を取り付けるためのねじ穴10が形成されている。各ポートには、配管の継手が接続される。
膨張弁1においては、導入ポート6、導出ポート7およびこれらをつなぐ冷媒通路により第1の通路13が構成されている。第1の通路13の中間部に弁部が設けられている。導入ポート6から導入された冷媒は、その弁部にて絞り膨張されて霧状となり、導出ポート7から蒸発器へ向けて導出される。一方、導入ポート8、導出ポート9およびこれらをつなぐ冷媒通路により第2の通路14が構成されている。第2の通路14は、ストレートに延びており、その中間部がパワーエレメント3の内部と連通している。導入ポート8から導入された冷媒の一部は、パワーエレメント3に供給されて感温される。第2の通路14を通過した冷媒は、導出ポート9から圧縮機へ向けて導出される。
第1の通路13の中間部には弁孔16が設けられ、その弁孔16の導入ポート6側の開口端縁により弁座17が形成されている。弁座17に導入ポート6側から対向するように弁体18が配置されている。弁体18は、弁座17に着脱して弁部を開閉する球状のボール弁体41と、そのボール弁体41を下方から支持する弁体受け43とを接合して構成されている。
ボディ2の下部には、内外を連通させる連通孔19が形成されており、その上半部により弁体18を収容する弁室40が形成されている。弁室40は、弁孔16に連通し、弁孔16と同軸状に形成されている。弁室40は、また、側部にて上流側通路37を介して導入ポート6に連通している。上流側通路37は、弁室40に向けて開口する小孔42を含む。小孔42は、第1の通路13の通路断面が局部的に狭小化されて形成されている。
弁孔16は、下流側通路39を介して導出ポート7に連通している。すなわち、上流側通路37、弁室40、弁孔16および下流側通路39が、第1の通路13を構成している。上流側通路37と下流側通路39とは互いに平行であり、それぞれ弁孔16の軸線に対して直角方向に延在している。なお、変形例においては、上流側通路37と下流側通路39との互いの投影が直角をなすように(互いにねじれの位置となるように)導入ポート6又は導出ポート7の位置を設定してもよい。
連通孔19の下半部には、その連通孔19を外部から封止するようにアジャストねじ20が螺着されている。弁体18(正確には弁体受け43)とアジャストねじ20との間には、弁体18を閉弁方向に付勢するスプリング23が介装されている。アジャストねじ20のボディ2への螺入量を調整することで、スプリング23の荷重を調整することができる。アジャストねじ20とボディ2との間には、冷媒の漏洩を防止するためのOリング24が介装されている。
一方、ボディ2の上面中央には、エンボス状に隆起した支持部60が設けられ、その支持部60の中央には凹状(有底円孔状)の取付孔50が設けられている。取付孔50と第2の通路14との隔壁51を貫通するように連通孔52が設けられている。連通孔52は、取付孔50の底部中央に同軸状に形成されている。パワーエレメント3は、その下部が取付孔50に螺着され、ボディ2の上端開口部を封止するように支持部60に組み付けられている。パワーエレメント3とボディ2との間には、冷媒の漏洩を防止するためのOリング30が介装されている。
パワーエレメント3は、取付孔50を閉止するようにボディ2に取り付けられるハウジング25と、そのハウジング25内を軸線方向に仕切るダイヤフラム28とを備える。ハウジング25は、アッパーハウジング26とロアハウジング27とを軸線方向に組み付けて構成される。アッパーハウジング26は「第1ハウジング」として機能し、ロアハウジング27は「第2ハウジング」として機能する。
すなわち、パワーエレメント3は、アッパーハウジング26とロアハウジング27との間にダイヤフラム28を挟むように介装し、そのロアハウジング27側にディスク29を配置して構成されている。アッパーハウジング26はステンレス材を有蓋状にプレス成形して得られる。ロアハウジング27は、ステンレス材を段付円筒状にプレス成形して得られる。ディスク29は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、両ハウジングよりも熱伝導率が大きい。
パワーエレメント3は、アッパーハウジング26とロアハウジング27との互いの開口部を突き合わせ、その外縁部にダイヤフラム28の外縁部を挟むようにして組み付け、両ハウジングの接合部に沿って外周溶接が施されることにより容器状に形成されている。パワーエレメント3の内部は、ダイヤフラム28により密閉空間S1と開放空間S2とに仕切られ、その密閉空間S1には感温用ガス(「感温媒体」として機能する)が封入されている。ディスク29は、開放空間S2に配置されている。
取付孔50の底部に円板状のプレート31が配設されている。プレート31は、パワーエレメント3の開放空間と第2の通路14とを離隔する一方、中央にシャフト33を貫通させるための挿通孔36を有する。プレート31は、第2の通路14から開放空間S2への冷媒の流入を、挿通孔36におけるシャフト33との間隙に制限する「流入規制部」として機能する。第2の通路14を通過する冷媒の一部は、連通孔52および挿通孔36を介して開放空間S2に導かれる。パワーエレメント3は、その冷媒の圧力および温度を感知して弁部の開閉方向の駆動力を発生する。パワーエレメント3の感温構造については、後に詳述する。
ボディ2の中央部には、第1の通路13と第2の通路14とを離隔する隔壁35を貫通するように挿通孔34が設けられている。この挿通孔34は、小径部44と大径部46とを同軸状に有する段付孔である。小径部44の下端が第1の通路13に向けて開口し、大径部46の上端が第2の通路14に向けて開口する。小径部44は、長尺状のシャフト33を軸線方向に摺動可能に挿通する。大径部46は、後述する防振ばね48を同軸状に収容する取付孔を形成する。
シャフト33は、ステンレス等からなる金属製のロッドであり、ディスク29と弁体18との間に介装されている。これにより、ダイヤフラム28の変位よる駆動力が、ディスク29およびシャフト33を介して弁体18へ伝達され、弁部が開閉される。シャフト33の一端側は第2の通路14を横断し、プレート31を貫通してディスク29に接続される。シャフト33の他端側は、第1の通路13の下流側通路39を横断し、弁孔16を通って弁体18に接続される。
大径部46には、シャフト33に軸線方向と直角な方向の付勢力、つまり横荷重(摺動荷重)を付与するための防振ばね48が収容されている。シャフト33がその防振ばね48の横荷重を受けることにより、冷媒圧力の変動によるシャフト33や弁体18の振動が抑制される。
防振ばね48は、小径部44と同軸状に固定され、シャフト33を同軸状に挿通させるようにして支持する。防振ばね48は、シャフト33を半径方向内向きに付勢して摺動抵抗を与える。なお、防振ばね48の具体的構造については、例えば特開2013-242129号公報に記載の構成を採用することができるため、その詳細な説明を省略する。
本実施形態では、挿通孔34とシャフト33との間のクリアランスを小さくして第1の通路13から第2の通路14への冷媒の漏れを抑制するクリアランスシールが実現されている。変形例においては、挿通孔34とシャフト33との間にOリング等のシールリングを介装し、第1の通路13から第2の通路14への冷媒の漏れを防止するようにしてもよい。
以上のように構成された膨張弁1は、蒸発器から導入ポート8を介して戻ってきた冷媒の圧力及び温度をパワーエレメント3が感知してダイヤフラム28が変位する。このダイヤフラム28の変位が駆動力となり、ディスク29およびシャフト33を介して弁体18に伝達されて弁部を開閉させる。一方、受液器から供給された液冷媒は、導入ポート6から導入され、弁部を通過することにより絞り膨張されて、低温・低圧の霧状の冷媒になる。その冷媒は導出ポート7から蒸発器へ向けて導出される。
次に、パワーエレメントの感温構造について詳細に説明する。
図2は、パワーエレメントおよびその周辺構造を表す図である。図2(A)は図1のA部拡大図であり、図2(B)はプレート31の平面図である。
図2(A)に示すように、取付孔50の内周面には雌ねじ部62が形成されている。取付孔50の底部中央(隔壁51)には、上述した連通孔52が設けられている。ボディ2の上面には係止面64が形成され、その係止面64に形成された嵌合溝65にOリング30が嵌着されている。
一方、ロアハウジング27は、下方に向けて段階的に縮径する段付円筒状をなし、その下半部が接続部66を構成している。接続部66の外周面には、雌ねじ部62と螺合可能な雄ねじ部68(「ねじ部」として機能する)が形成されている。ロアハウジング27は、接続部66を取付孔50に螺入していくことによりボディ2に取り付けられる。ロアハウジング27における接続部66の基端部(「係止部」として機能する)は、軸線に対して垂直な係止面70となっており、ボディ2の係止面64と当接可能に構成されている。
ディスク29は、円板状の本体72と、本体72の下面中央から下方に延出する伝熱促進部74とを有する。図示のように伝熱促進部74の側面を大きくとることで、開放空間S2に導入された冷媒の温度を効率よく伝達可能となる。伝熱促進部74の外径は、接続部66の内径よりやや小さい。伝熱促進部74の下面中央には、下方に向けテーパ状に拡径する凹部76が形成されている。本体72の下面には溝部53が設けられている。開放空間S2に流入した冷媒は、溝部53を介してダイヤフラム28の下面に導かれる。
図2(B)にも示すように、プレート31は、上下面がフラットな円板状をなし、その中心軸に沿って挿通孔36が同軸状に設けられている。プレート31は、取付孔50の底部に同軸状に支持され、シャフト33を同軸状に挿通している。なお、ここでいう「同軸」とは軸線が完全に一致する場合はもちろん、ほぼ一致する場合も含む。プレート31の外径は、取付孔50の内径とほぼ等しいが、やや小さくされている。それにより、プレート31の組み付けを容易にしている。プレート31の厚みは、取付孔50の底部とロアハウジング27の下端との間隔Lよりもやや小さい。ロアハウジング27の下端は、プレート31の外周縁近傍の上面と対向する。両者の隙間は、プレート31の厚みよりも小さい。
このようにしてプレート31とロアハウジング27との間に遊びを設けることで、ロアハウジング27のボディ2への締結を確実にし、Oリング30によるシール機能を確保している。一方、ロアハウジング27の下端とプレート31との隙間を微少にすることで、仮にプレート31がバタついたとしても、これを抑制できるようにしている。
シャフト33の上部は、挿通孔36を貫通して開放空間S2に延出し、その先端部が凹部76に挿通され、ディスク29の下面に当接している。
プレート31は樹脂からなり、ハウジング25より硬度が小さく熱伝導率も小さい。挿通孔36とシャフト33との間隙の断面積(「挿通孔36の開口面積」という:散点領域参照)は、第2の通路14から開放空間S2への冷媒の流入出を制限する。その開口面積は、ガス冷媒(気相成分)の通過を促進し、液冷媒(液相成分)の通過を抑制する程度の大きさ(液滴の流入を抑制できる大きさ)に設定されている。本実施形態では5mm程度とされている。
パワーエレメント3をボディ2に組み付ける際には、予めプレート31を取付孔50に挿入しておき、嵌合溝65にOリング30を嵌合させた状態にて、ロアハウジング27を取付孔50に螺入していく。それにより、Oリング30が押し潰されつつパワーエレメント3およびボディ2の双方に密着してシール性を確保する。このようにロアハウジング27を螺入していくと、その係止面70がボディ2の係止面64に係止され、パワーエレメント3の組み付けが完了する。
次に、本実施形態による作用効果について詳細に説明する。
図3は、膨張弁の感温作用を表す図である。図3(A)は本実施形態に係る膨張弁1の感温作用を示し、図3(B)は比較例に係る膨張弁101の感温作用を示す。膨張弁1がプレート31を有するのに対し、膨張弁101がこれを有しない点で両者は異なる。図中の二点鎖線矢印は、冷媒の流れを示す。各図において、同様の構成については同一の符号を付している。
図3(A)に示すように、導入ポート8には、蒸発器の出口側と膨張弁1とをつなぐ配管80の先端部(継手)が接続される。配管80の先端部の外周面にはシール用のOリング82が嵌着されており、冷媒の外部への漏洩を防止している。また、配管80の先端部近傍には半径方向外向きに突出するフランジ部84が形成されており、そのフランジ部84がボディ2の側面に係止されることにより、第2の通路14に対する配管80の挿入量が規定されている。
一方、導出ポート9には、圧縮機の入口側と膨張弁1とをつなぐ配管90の先端部(継手)が接続される。配管90の先端部の外周面にはシール用のOリング92が嵌着されており、冷媒の外部への漏洩を防止している。また、配管90の先端部近傍には半径方向外向きに突出するフランジ部94が形成されており、そのフランジ部94がボディ2の側面に係止されることにより、第2の通路14に対する配管90の挿入量が規定されている。なお、これらの配管80,90は、それぞれ図示しない配管固定プレートを介してボディ2に固定されるが、その説明については省略する。
本実施形態において、蒸発器から導出された冷媒の大部分は、配管80の出口から第2の通路14を直進して配管90の入口に入り、圧縮機へと導かれる。一方、冷媒の一部は、配管80の出口から広がるように流れ、配管90の先端面96や連通孔52の下流側内側面にて当たって方向転換し、パワーエレメント3の側へ流れる。しかし、その方向転換した冷媒のほとんどは、プレート31に当たって第2の通路14へと戻され、配管90の入口へ導かれる。その方向転換した冷媒の一部が、挿通孔36を通過して開放空間S2へ導かれる。
一方、開放空間S2の冷媒は、逆に、挿通孔36および連通孔52を通って第2の通路14へ導出され、配管90の入口へ導かれる。このようにして、冷媒が開放空間S2に適度に出入りする。それにより、パワーエレメント3が、蒸発器の出口の温度および圧力をリアルタイムで安定に感知できる。連通孔52に液冷媒が導かれた場合、その液冷媒はプレート31にて積極的に受け止められ、開放空間S2へ導かれることが抑制される。このため、制御ハンチングが防止又は抑制される。
これに対し、図3(B)に示す比較例においては、連通孔52に液冷媒が導かれた場合、その液冷媒がそのまま開放空間S2へ導かれる。このため、制御ハンチングを生じさせる可能性が高い。言い換えれば、本実施形態によれば、簡素な構造のプレート31を取付孔50に配置するのみで、制御ハンチングを効果的に抑制できる。
図4および図5は、ハンチング検証試験の結果を表す図である。本試験では、ボディおよびハウジングを透明な樹脂にて形成した試験品を用いることにより、冷凍サイクルを運転したときの冷媒の流れを可視化した。図4は本実施形態による実験結果を示し、図5は比較例による実験結果を示す。比較例は、本実施形態のプレート31を有しないものとした。各図の上段は過熱度がゼロのときの感温部付近の冷媒の流れを示し、下段は冷凍サイクルを最小容量運転から通常運転に切り替えたときのハンチングの測定結果を示す。各図の下段において、横軸は冷凍サイクルの運転切替からの経過時間(秒)を示し、縦軸は蒸発器の出口における冷媒の過熱度(℃)を示す。図6は、挿通孔36の開口度合いとハンチングの大きさとの関係を表す図である。同図の横軸が挿通孔36の開口面積(mm)を示し、縦軸が過熱度の振れ幅(℃)を示す。
図4の下段に示すように、本実施形態によれば、運転切替から約200秒を経過すると過熱度がほぼ一定となり、安定していることが分かる。また、図4の上段に示すように、過熱度がゼロ、つまり冷媒が気液二相の状態において、その気相成分が開放空間S2に安定に導入されていることが分かる。これに対し、図5の下段に示すように、比較例では時間の経過にかかわらず、過熱度が大きく変動していることが分かる。また、図5の上段に示すように、過熱度がゼロの状態において、気液二相冷媒が開放空間S2へ勢いよく流入していることが分かる(泡状態参照)。なお、運転切替から約200秒は、冷凍サイクルが定常運転に移行して安定するまでの時間である。したがって、冷凍サイクルの定常運転状態において比較すると、比較例では制御ハンチングが顕著にみられるが、本実施形態ではそれが抑えられていることが分かる。
そして図6に示すように、挿通孔36を介した冷媒の流通を許容しつつもその開口面積を7.0mm以下に設定することで、本実施形態によるハンチング抑制効果が大きくなることが分かった。
以上説明したように、本実施形態によれば、パワーエレメント3の開放空間S2と第2の通路14とを離隔するプレート31を設け、そのプレート31における挿通孔36の開口面積を7.0mm以下に設定したことで、制御ハンチングの発生が効果的に抑制される。また、プレート31をフラットな円板の中心に挿通孔36を設ける簡素な形状としたため、例えばシート材をその形状に打ち抜くだけで容易に得られるなど、低コストに実現できる。プレート31の形状がその中心に対して対称であり、方向性を有しないため、ボディ2への組み付けも容易である。挿通孔36とシャフト33との間に、ガス冷媒の通過を促進する程度の適度な間隙が形成されるため、仮にプレート31の寸法精度に誤差があったとしても、シャフト33に干渉することがない。言い換えれば、プレート31の寸法精度を厳密に管理する必要性を低減できる。すなわち、プレート31の作製および組み付けに要する作業工数を低減でき、膨張弁1を低コストに実現できる。
[変形例]
図7は、変形例に係る膨張弁の主要部の構造を表す図である。図7(A)は第1変形例を示し、図7(B)は第2変形例を示す。
図7(A)に示すように、第1変形例においては、「流入規制部」がパワーエレメント203と一体に設けられている。すなわち、プレート231が、ロアハウジング27の開口端部に固定されている。その固定方法は、圧入でもよいし、溶接、加締め、締結(ねじ接合)その他の固定手段を採用してもよい。プレート231は、その中央に挿通孔36を有し、第2の通路14から開放空間S2への冷媒の流入を制限する。このような構成によっても上記実施形態と同様に制御ハンチングを抑制できる。なお、プレート231は、樹脂からなるものでもよいし、金属からなるものでもよい。後者の場合、アルミニウム又はアルミニウム合金とするなど、ハウジング25よりも熱伝導率が高いものとしてもよい。
図7(B)に示すように、第2変形例においては、「流入規制部」が段付円板状のプレート331とされている。プレート331は、取付孔50の底部に支持される本体310と、連通孔52に部分的に挿通される嵌合部312を有する。プレート331の中央を軸線方向に貫通するように挿通孔36が設けられている。このような構成によっても上記実施形態と同様に制御ハンチングを抑制できる。また、プレート331をボディ2に圧入しなくとも、そのボディ2への組み付け状態を安定化させることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
上記実施形態では、プレート31の外径を取付孔50の内径よりもやや小さくし、プレート31の組付け容易性を高める構成とした。変形例においては、プレート31に圧入代を設け、取付孔50に圧入する構成としてもよい。
上記実施形態では、プレート31の厚みを、取付孔50の底部とロアハウジング27の下端との間隔Lよりもやや小さくし、プレート31とロアハウジング27との間に遊びを設ける構成とした。変形例においては、このような遊びを設けず、ボディ2とロアハウジング27との間にプレート31を挟持させてもよい。それにより、プレート31を安定に支持できる。その場合、プレート31を樹脂材からなるものにするなど、ロアハウジング27よりも硬度の小さいものとするのが好ましい。
上記実施形態では、パワーエレメント3(ハウジング25)をボディ2に対し、ねじ部の螺合により組み付ける構成を例示した。変形例においては、パワーエレメント(ハウジング)とボディとを、圧入や加締めにより組み付けてもよい。
上記実施形態の膨張弁は、冷媒として代替フロン(HFC-134a)など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、本発明の膨張弁は、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルに凝縮器に代わってガスクーラなどの外部熱交換器が配置される。
上記実施形態では、上記膨張弁を、外部熱交換器を経て流入した冷媒を絞り膨張させて蒸発器(室内蒸発器)へ供給するものとして構成する例を示した。変形例においては、上記膨張弁を、ヒートポンプ式の車両用冷暖房装置に適用し、室内凝縮器(室内熱交換器)の下流側に設置してもよい。すなわち、上記膨張弁を、室内凝縮器を経て流入した冷媒を絞り膨張させて外部熱交換器(室外蒸発器)へ供給するものとして構成してもよい。
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。
1 膨張弁、2 ボディ、3 パワーエレメント、6 導入ポート、7 導出ポート、8 導入ポート、9 導出ポート、13 第1の通路、14 第2の通路、16 弁孔、18 弁体、25 ハウジング、28 ダイヤフラム、29 ディスク、31 プレート、33 シャフト、34 挿通孔、36 挿通孔、50 取付孔、51 隔壁、52 連通孔、80 配管、90 配管、203 パワーエレメント、231 プレート、S1 密閉空間、S2 開放空間。

Claims (7)

  1. 上流側から流入した冷媒を絞り膨張させて蒸発器へ供給し、前記蒸発器から戻ってきた冷媒の圧力と温度を感知して弁部の開度を制御する膨張弁であって、
    上流側から前記蒸発器へ向けて流れる冷媒が通過する第1の通路と、前記蒸発器から戻ってきた冷媒が通過する第2の通路と、前記第1の通路に設けられた弁孔と、前記第2の通路に連通する取付孔と、を有するボディと、
    前記弁孔に接離して前記弁部の開度を調整する弁体と、
    前記取付孔を閉止するように前記ボディに取り付けられるハウジングと、前記ハウジング内を感温媒体が封入された密閉空間と前記第2の通路に連通する開放空間とに仕切るダイヤフラムと、前記開放空間に配置されて前記ダイヤフラムに当接するディスクと、を有するパワーエレメントと、
    前記第1の通路と前記第2の通路との隔壁に設けられた第1挿通孔を貫通し、一端側が前記ディスクを介して前記ダイヤフラムに接続され、他端側が前記弁体に接続され、前記ダイヤフラムの変位による軸線方向の駆動力を前記弁体に伝達するシャフトと、
    前記第1挿通孔において前記第2の通路に向けて開口する大径部に収容され、前記シャフトに摺動荷重を付与する部材と、
    前記開放空間と前記第2の通路とを離隔する一方、前記シャフトを挿通させるための第2挿通孔を中心軸に沿って同軸状に有し、前記第2の通路から前記開放空間への冷媒の流入を前記第2挿通孔における前記シャフトとの間隙に制限する流入規制部と、
    を備え、
    前記第2挿通孔は、前記シャフトとの間隙により形成される開口面積が7.0mm以下となるように形成され、
    前記流入規制部が、前記ボディと前記ハウジングとの間に配置され、前記取付孔からの脱落が規制された遮蔽部材からなり、
    前記ボディは、前記取付孔と前記第2の通路とを連通させる連通孔を有し、
    前記遮蔽部材が、前記取付孔と前記連通孔との境界に形成される段部に支持され、
    前記連通孔の内径が、前記第1挿通孔の前記大径部の内径よりも大きいことを特徴とする膨張弁。
  2. 前記遮蔽部材が、フラットな円形のプレートからなり、その中心に前記第2挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
  3. 前記プレートの外径が前記取付孔の内径よりも小さく、前記プレートが前記取付孔に対して径方向に固定されておらず、
    前記取付孔の内径と前記プレートの外径との差が、前記第2挿通孔の内径と前記シャフトの外径との差よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の膨張弁。
  4. 前記ハウジングの開口端が前記取付孔に挿入され、
    前記プレートの厚みは、前記取付孔の底部と前記ハウジングの開口端との間隔よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の膨張弁。
  5. 前記遮蔽部材が、前記ハウジングと前記ボディとに挟持されていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の膨張弁。
  6. 前記遮蔽部材が、前記ハウジングよりも硬度が小さい樹脂材からなることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の膨張弁。
  7. 前記第2挿通孔が真円形状の断面を有することを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の膨張弁。
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