JPH05113273A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弁体が絞り孔に対して横にずれることがな
く、冷媒の圧力損失が少なく、且つ外形が小さくてコン
パクトな膨張弁を提供すること 【構成】 入口通路と出口通路との間を連通させる絞り
孔と、前記絞り孔を下流側から塞ぐ位置に支持される球
状の弁体と、蒸発器の出口付近の冷媒の過熱度に応じて
前記球状の弁体を押し下げるように作動するアクチュエ
ータと、前記出口通路内に螺合されて位置を調整可能と
された環状の調節ねじ２３と、前記球状の弁体を弾性的
に支持するために、前記環状の調節ねじ２３の中に取り
付けられると共に弾性のある線材からなり前記球状の弁
体を受け止める環状部分２９と環状部分２９の周上にス
ポット溶接点３３により接続する３本乃至４本程度の放
射状部分３０とから構成されたばね２８とを備えている
膨張弁。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍装置の冷凍サイク
ル中に使用される膨張弁に関するもので、例えば自動車
に搭載される冷凍装置に適したものである。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルの冷媒回路に使用される膨
張弁は、液状の冷媒を狭い絞り孔を通して噴出させるこ
とにより急激に減圧膨張させて、低温低圧の霧状の冷媒
にするために、また、蒸発器の出口における冷媒の過熱
度に対応して蒸発器へ供給する冷媒の流量を制御するた
めに使用される弁であって、それによって蒸発器全体を
有効に利用することができると共に、圧縮機へ液状の冷
媒が戻って液体圧縮の状態になるのを防止することがで
きるものである。

【０００３】従来の冷凍装置に使用されている膨張弁
は、一般に図４に示したような構造を有する。図４にお
いて、１は従来の膨張弁、２は弁本体、３は中空のアク
チュエータで、アクチュエータ３の内部はダイヤフラム
４によって上室５及び下室６に区切られている。弁本体
２には冷媒の入口通路７及び出口通路８が形成されてお
り、入口通路７は図示しない冷媒回路の受液器へ接続さ
れて、液状の冷媒を受入れると共に、出口通路８は蒸発
器へ接続されて、減圧された霧状の冷媒を送り出す。入
口通路７と出口通路８は狭い絞り孔９によって連通して
おり、絞り孔９にはそれを下流側から塞ぐ形で球状の弁
体１０が配置される。球状の弁体１０は弁押さえ１１の
上面の窪みに乗っており、弁押さえ１１は、出口通路８
にねじ込まれた調節ねじ１２によって支持されているコ
イルばね１３によって上方へ付勢され、球状の弁体１０
を絞り孔９の方へ押しつける。なお、図中１４は出口通
路８の内壁に設けられた雌ねじであり、それに対して螺
合するばね受けとしての調節ねじ１２は、例えば中央に
レンチが挿入され得る六角形の孔を有し外周に雄ねじを
形成されたもので、中央の孔が出口通路８における冷媒
通路となる。

【０００４】アクチュエータ３の上室５にはキャピラリ
チューブ１５の一端が接続されており、他端は図示しな
い蒸発器の出口温度を検出する感温筒に連通しており、
内部には冷媒と同じガスとか、不活性ガスのような流体
が封入されている。従って、上室５には蒸発器の出口付
近の冷媒温度に対応する流体圧力が作用することにな
る。それに対抗して、アクチュエータ３の下室６にはダ
イヤフラム４を押し上げようとする流体圧力が通路１６
を通じて供給される。この圧力としては、普通、蒸発器
の出口の冷媒圧力とか、膨張弁１の出口通路８の冷媒圧
力等が導かれている。作動状態において、ダイヤフラム
４はその上下両面に作用する圧力の差によって変位する
が、その変位がプレート１７及びロッド１８を介して球
状の弁体１０に伝えられ、コイルばね１３に設定された
圧縮力との釣り合いによって球状の弁体１０が絞り孔９
を開く程度（弁開度）が決まる。従って、蒸発器出口に
おける冷媒の過熱度の高低に応じて弁開度を変更して、
蒸発器へ送る冷媒の流量を増減させる。

【０００５】図４に示された従来の膨張弁１において
は、球状の弁体１０を絞り孔９の方へ押圧するために、
調節ねじ１２によって支持されたコイルばね１３及び弁
押さえ１１が使用されているが、これらは全て出口通路
８内に配置されているために多少とも冷媒の流れを阻害
するので、圧力損失を軽減するために、例えばコイルば
ね１３には、素線間隔の広い（隙間の大きい）ものを使
用しなければならない。その結果、コイルばね１３の長
さが長くなって座屈を起こしやすくなる。コイルばね１
３が座屈すると、球状の弁体１０が絞り孔９を塞ぐ位置
から横にずれるだけでなく、弁体１０の位置が不安定と
なって、過熱度に対して弁開度が一律に定まらない不安
定な状態に陥る恐れがある。

【０００６】実公昭５５−５０４５４号公報には、この
点を改良した膨張弁の一例が記載されている。この例で
は、弁体として小さな軸を有する円錐形のものを用い、
その軸を支持する弁受に脚状の弁ガイドを数本設けて、
この弁ガイドが出口通路の壁内面上を摺動案内されるよ
うに構成している。確かにこの構成によって弁体の姿勢
は正しく保持されるが、弁受の脚状の弁ガイドは出口通
路の壁内面上を摩擦力をもって摺動案内されるので、弁
体の動きが摩擦力によって抵抗を受けるし、弁体が円錐
状であって球状のものを使用することはできないから、
製作の際に円錐形の弁体と絞り孔との軸線を正確に一致
させないと弁作用に支障を来たし、製品毎の弁特性にば
らつきが生じる原因となる。また、弁受は膨張弁の出口
通路の断面積のかなりの部分を塞ぐので、冷媒の流れを
阻害して圧力損失を増大させる。更に、この例でもかな
り長いコイルばねを使うことになるので、前記従来技術
と同様に膨張弁全体が大型化することは避けられない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術が有する前述の問題点に鑑み、球状の弁体が絞り孔に
対して常に安定な位置をとることによって、冷媒の過熱
度に対して所定の割合の弁開度を正確にとり得る膨張弁
を提供することを第１の目的とし、冷媒の流れに対して
与える圧力損失が少ない膨張弁を提供することを第２の
目的とし、更に、従来のものよりも外形が小さくてコン
パクトな膨張弁を提供することを第３の目的とするもの
である。その他の目的は下記の実施例の記載から理解さ
れる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、入口通路と出口通路との間を
連通させる絞り孔と、前記絞り孔を下流側から塞ぐ位置
に支持される球状の弁体と、蒸発器の出口付近の冷媒の
過熱度に応じて前記球状の弁体を押し下げるように作動
するアクチュエータと、前記出口通路内に螺合されて位
置を調整可能とされた環状の調節ねじと、前記球状の弁
体を弾性的に支持するために前記環状の調節ねじの中に
取り付けられると共に弾性のある線材からなり前記球状
の弁体を受け止める環状部分とその周上に接続する３本
乃至４本程度の放射状部分とから構成されたばねとを備
えていることを特徴とする膨張弁を提供する。

【０００９】

【作用】膨張弁としての基本的な作動は従来のものと同
様であるが、本発明の膨張弁においては、球状の弁体を
弾性的に支持するために、環状の調節ねじの中央開口の
中に、弾性のある線材から製作され球状の弁体を受け止
める環状部分と、その周上に接続する同様な材料からな
る３本乃至４本程度の放射状部分とから構成されたばね
を取り付けているので、球状の弁体は、ばねの環状部分
によって常に調節ねじの中心に向かう求心的な力の作用
を受けるのと、コイルばねのように長くないから座屈す
ることもないので、球状の弁体が横にずれることがな
く、正確に絞り孔と一致した位置をとることができる。

【００１０】アクチュエータの作動によって、球状の弁
体がばねを弾性変形させて、絞り孔に対して蒸発器の出
口付近の冷媒の過熱度に応じた弁開度をとるとき、入口
通路にある液状の冷媒は減圧され、絞り孔から出口通路
へ噴出して霧状の冷媒となるが、本発明の場合は、球状
の弁体を支持するばねが、調節ねじの開口内に取り付け
られた線材からなる環状部分と、３本乃至４本程度の線
材からなる放射状部分とから構成された目の粗い網のよ
うなものであるため、霧状の冷媒の流れは殆ど抵抗を受
けることはなく、従来のコイルばね等に比して圧力損失
が少なくなる。しかも、このばねは、厚さが線材の直径
程度しかないから、それによって膨張弁の長さを大きく
することがないので、膨張弁を小型化し得る。

【００１１】

【実施例】図１から図３に本発明の第１実施例としての
膨張弁２０を示す。膨張弁２０を構成する各構造部分の
うち、アクチュエータ３、ダイヤフラム４、上室５、下
室６、入口通路７、絞り孔９、球状の弁体１０、キャピ
ラリチューブ１５、通路１６、プレート１７及びロッド
１８は、図４に示した従来例と実質的に同じものであっ
てよいから、それらには同じ参照符号を付している。図
３に示す第１実施例の膨張弁２０が図４に示した従来例
と若干形状を異にする部分は、弁本体２１、出口通路２
２、調節ねじ２３及び雌ねじ２４等であって、図４に見
られる弁押さえ１１やコイルばね１３は、第１実施例の
膨張弁２０においては設けない。

【００１２】その代わりに、第１実施例の膨張弁２０に
おいては特殊な形状のばねを、調節ねじ２３自体の内部
に設けている。第１実施例における要部である調節ねじ
２３の付近を拡大して示したものが図１及び図２であっ
て、図２は図１におけるＡ−Ａ断面を示している。これ
らの図面に明示されているように、例えばステンレス鋼
から製作される調節ねじ２３は、内部に大きな開口２５
を有する環状体であって、外周には弁本体２１の出口通
路２２内面に設けられた雌ねじ２４に螺合する雄ねじ２
６と、ドライバーの爪が挿入し得るような４箇所（３箇
所等でもよい）の切欠き２７を備えている。球状の弁体
１０を弾性的に支持する特殊な形状のばね２８は、弁体
１０を受け止める環状部分２９と、それに接続されて切
欠き２７の方へ伸びる４本（３本等でもよい）の放射状
部分３０とからなっている。

【００１３】ばね２８のうち中央の環状部分２９は、例
えば、線径１ｍｍ程度のステンレス鋼線或いはピアノ線
のような強靱で弾性のあるワイヤを、小さい輪になるよ
うに接続して、球状の弁体１０の直径よりも十分小さい
直径をもつ円環を形成したものである。また、ばね２８
の放射状部分３０は、前記と同様な材質のワイヤの一端
を環状部分２９の周上を均等に分ける点３３においてス
ポット溶接し、他端を調節ねじ２３の半径方向の孔３１
に挿通して切欠き２７の中に出し、環状部分２９の中心
を調節ねじ２３の中心と合わせてから、抜けないように
先端を捩ったのち、点３２においてスポット溶接し、余
分な長さを切断したものである。なお、ばね２８の環状
部分２９の形は円環状のものに限らず、スポット溶接点
３３を設け得るものならば、多角形等の任意の形状であ
ってもよい。

【００１４】第１実施例の膨張弁２０は調節ねじ２３に
取り付けられた特殊な形状のばね２８を有するので、調
節ねじ２３を雌ねじ２４に螺合回転させて調整すると、
球状の弁体１０は、ばね２８の環状部分２９に乗って安
定に支持され、調節ねじ２３の弾力によって絞り孔９の
方へ付勢される。これによって必要な初期設定荷重を与
えることができる。この際、ばね２８の環状部分２９に
よって球状の弁体１０には求心的な力が作用し、自動的
に弁体１０を調節ねじ２３の中心、従って絞り孔９の中
心に合わせようとするから、弁体１０の横ぶれが防止さ
れて、弁体１０は常に正しい位置に保持される。

【００１５】前述のように、蒸発器の出口付近における
冷媒の過熱度が大きくなって、アクチュエータ３の上室
５の圧力が下室６の圧力に対して高くなると、ダイヤフ
ラム４が下方へ移動してロッド１８を介して球状の弁体
１０を下方へ押圧する。その結果、ばね２８は僅かに変
形して、球状の弁体１０が力の釣り合う位置まで下降す
るのを許し、絞り孔９の開口面積が大きくなって、入口
通路７から出口通路２２へ絞り孔９を通って噴出する冷
媒の流量が増加する。いうまでもなく、上室５の圧力が
減少するときは前記と反対の作動がおこる。なお、ばね
２８の変形は主として放射状部分３０の僅かな伸縮や屈
曲等の変形によって生じるが、環状部分２９の僅かな伸
縮や変形も、ばね２８の変形分に加わる。

【００１６】図５は本発明の第２実施例としての膨張弁
３４を示したもので、本発明の特徴として、調節ねじ２
３内に取り付けられた特殊な形状のばね２８によって球
状の弁体１０を支持している点は第１実施例と同じであ
り、その作用、効果も同じであるが、膨張弁３４は基本
的な構造が、第１実施例の膨張弁２０とは異なってい
る。しかしながら、膨張弁３４の基本的な構造自体は従
来から知られているものである。そこで、第１実施例と
ほぼ同様な働きをする構造部分には同じ参照符号を付す
ことにより説明を省略し、構造や作用の異なる部分のみ
を説明する。

【００１７】図５において、３５は図示しない蒸発器と
その下流側（圧縮機等）とを結ぶ冷媒通路の一部となる
通路で、ここで冷媒の熱の一部がプレート１７と一体の
アルミニウム製の伝熱ロッド３６に吸収され、その熱が
アクチュエータ３内でプレート１７とダイヤフラム４を
介して上室５に伝えられる。この場合のキャピラリチュ
ーブ１５は感温筒に連通しておらず、流体を封入された
後に末端を閉塞されている。従って、アクチュエータ３
の上室５の流体温度及び圧力は、蒸発器の出口の冷媒温
度に対応したものとなる。また、アクチュエータ３の下
室６には通路３５の冷媒の圧力、即ち蒸発器の出口の冷
媒圧力が導かれているから、アクチュエータ３のダイヤ
フラム４は、蒸発器出口の冷媒の過熱度に応答して変位
することになる。この際、本発明の特徴とするばね２８
は、第１実施例と同様な作動をなし、同様な効果を奏す
る。なお、３７は出口通路２２を弁本体２１の側方に設
けるための盲栓である。

【００１８】

【発明の効果】本発明の膨張弁は、球状の弁体が環状部
分と放射状部分からなる特殊な形状のばねに支持される
ことによって、弁体が絞り孔に対して常に安定な位置を
とることができるので、冷媒の過熱度に対して所定の割
合の弁開度を正確にとることができること、空隙率の高
い形状のばねが大きな中心開口を有する調節ねじの中に
形成されるため、冷媒の流れに対して与える圧力損失が
少ないこと、更に、長いコイルばねを使用しないので、
従来のものよりも外形が小さくてコンパクトなものにな
ること、等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の要部を示す平面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の第１実施例の全体構造を示す縦断正面
図である。

【図４】従来例を示す縦断正面図である。

【図５】本発明の第２実施例の全体構造を示す縦断正面
図である。

【符号の説明】

１…従来の膨張弁 ３…アクチュエータ ４…ダイヤフラム ７…入口通路 ８…出口通路 ９…絞り孔 １０…球状の弁体 １１…弁押さえ １２…調節ねじ １３…コイルばね １５…キャピラリチューブ １８…ロッド ２０…第１実施例の膨張弁 ２２…出口通路 ２３…調節ねじ ２４…雌ねじ ２５…開口 ２６…雄ねじ ２８…ばね（本発明） ２９…環状部分 ３０…放射状部分 ３２、３３…スポット溶接点 ３４…第２実施例の膨張弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口通路と出口通路との間を連通させる
   絞り孔と、前記絞り孔を下流側から塞ぐ位置に支持され
   る球状の弁体と、蒸発器の出口付近の冷媒の過熱度に応
   じて前記球状の弁体を押し下げるように作動するアクチ
   ュエータと、前記出口通路内に螺合されて位置を調整可
   能とされた環状の調節ねじと、前記球状の弁体を弾性的
   に支持するために前記環状の調節ねじの中に取り付けら
   れると共に弾性のある線材からなり前記球状の弁体を受
   け止める環状部分とその周上に接続する３本乃至４本程
   度の放射状部分とから構成されたばねとを備えているこ
   とを特徴とする膨張弁。