JPH08291954A - 温度式膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第１の目的は部品点数の低減によって構造の
簡略化を図ることにあり、第２の目的は小型化および軽
量化を図ることにある。 【構成】 膨張弁１は、ゴム製のベローズ１６を介して
対向する上部ベローズ室２３と下部ベローズ室１９とを
有し、上部ベローズ室２３にはキャピラリチューブ９を
介して冷媒蒸発器５の出口冷媒温度に相当する飽和圧力
が導入されて、下部ベローズ室１９には弁ハウジング１
０に設けられた圧力導入路２１を通って冷媒蒸発器５の
冷媒蒸発圧力が導入される。弁ハウジング１０には、ベ
ローズ１６の変位に伴って弁開度を可変する弁体１８が
組込まれており、この弁体１８は、上部ベローズ室２３
の圧力に抗して、弁ハウジング１０に組付けられたゴム
バネ２５によって付勢されており、上部ベローズ室２３
の圧力と下部ベローズ室１９の圧力＋ゴムバネ２５の付
勢力とが釣り合った位置にバランスする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクルに使用さ
れる温度式膨張弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両用空調装置等に使用され
る冷凍サイクルでは、高温高圧の液冷媒を減圧膨張させ
る減圧手段として温度式膨張弁が多く用いられている。
この温度式膨張弁は、減圧手段としての機能だけでな
く、冷媒蒸発器の出口冷媒が一定の過熱度を持つように
弁開度を調節して冷媒流量を制御する流量制御機能を果
たす。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、冷凍サイクルの
制御システムおよび構成の多様化により、膨張弁の小
型、軽量化が望まれている。特に、同一サイクル中に膨
張弁以外で流量制御機能を持つ機器（例えば、蒸発圧力
調整弁、可変容量コンプレッサ等）を備えるシステムで
は、膨張弁の流量制御機能があまり大きく要求されてい
ないのが現実である。即ち、ある程度の流量制御が行な
えれば良いことから、部品点数を減らして構造を簡単に
するとともに、小型で軽量な膨張弁が望まれている。

【０００４】本発明は、上記事情に基づいて成されたも
ので、第１の目的は、部品点数の低減によって構造の簡
略化を図ることにあり、第２の目的は、小型化および軽
量化を図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の構成を採用した。請求項１では、
冷媒蒸発器の出口冷媒温度に相当する飽和圧力と前記冷
媒蒸発器の冷媒蒸発圧力との圧力差に応じて変位するダ
イヤフラムと、このダイヤフラムに連動して弁開度を可
変する弁体と、前記冷媒蒸発器の出口冷媒が過熱度を持
つように前記弁体を付勢するバネ部材とを備え、このバ
ネ部材は、ゴム製であり、前記バネ部材を収容する弁ハ
ウジングに対して、自身の弾性変形によって気密に装着
されていることを特徴とする。

【０００６】請求項２では、冷媒蒸発器の出口冷媒温度
に相当する飽和圧力と前記冷媒蒸発器の冷媒蒸発圧力と
の圧力差に応じて変位するゴム製のベローズと、このベ
ローズに連動して前記冷媒蒸発器へ流れる冷媒流量を調
節する弁機構とを備えたことを特徴とする。

【０００７】請求項３では、冷媒蒸発器の出口冷媒温度
に相当する飽和圧力と前記冷媒蒸発器の冷媒蒸発圧力と
の圧力差に応じて変位する変位部材と、この変位部材に
連動して弁開度を可変する弁体と、前記冷媒蒸発器の出
口冷媒が過熱度を持つように前記弁体を付勢するバネ部
材とを備え、前記変位部材は、ゴム製のベローズであ
り、前記バネ部材は、ゴム製で、前記バネ部材を収容す
る弁ハウジングに対して、自身の弾性変形によって気密
に装着されていることを特徴とする。

【０００８】請求項４では、請求項１または３に記載し
た温度式膨張弁において、前記バネ部材は、前記弁ハウ
ジングに形成された高圧側の冷媒通路内に配されている
ことを特徴とする。

【０００９】請求項５では、請求項２または３に記載し
た温度式膨張弁において、前記ベローズを介して対向す
る下部ベローズ室と上部ベローズ室とを有し、前記下部
ベローズ室には前記冷媒蒸発器の冷媒蒸発圧力が作用
し、前記上部ベローズ室には、冷凍サイクルに使用され
る冷媒と同一の冷媒が封入されて、前記冷媒蒸発器の出
口冷媒温度に相当する飽和圧力が作用することを特徴と
する。

【００１０】

【作用および発明の効果】

（請求項１）弁体を付勢するバネ部材をゴム製としたこ
とにより、バネ部材自身の弾性変形により、弁ハウジン
グに対して気密にバネ部材を装着することができる。即
ち、ゴム材の持つ弾性によって弁体を付勢するバネ材と
しての機能を持たせることができるとともに、弁ハウジ
ングに対するシール機能も持たせることができる。これ
により、弁ハウジングに対して専用のシール機能を持つ
部品を廃止して部品点数を減らすことができる。

【００１１】（請求項２）冷媒蒸発器の出口冷媒温度に
相当する飽和圧力と冷媒蒸発器の冷媒蒸発圧力との圧力
差に応じて変位する変位部材としてゴム製のベローズを
使用していることから、金属製のダイヤフラムを使用す
る場合と比較して大きな変位量が得られる。従って、ベ
ローズの直径を小さくして小型化しても、金属製のダイ
ヤフラムと同一の変位量を得ることが可能となる。これ
により、ベローズを小型化することで、ベローズを保持
する周辺部品の小型、軽量化（即ち、膨張弁の小型、軽
量化）が可能となる。また、ゴム製のベローズを用いる
ことにより、冷媒が断熱膨張した時に生じる高周波振動
をベローズで吸収できるため、冷媒通過音の低減が可能
となる。

【００１２】（請求項３）バネ部材をゴム製として、且
つゴム製のベローズを用いたことにより、請求項１に記
載した発明の効果に加えて、請求項２に記載した発明の
効果を得ることができる。即ち、シール機能を持つ部品
の廃止による部品点数の低減、およびベローズの小型化
に伴う膨張弁の小型、軽量化を図ることができるととも
に、冷媒通過音の低減が可能となる。

【００１３】（請求項４）ゴム製のバネ部材を高圧側の
冷媒通路内（即ち、高温の液冷媒雰囲気）に配したこと
により、高負荷時には冷媒温度の影響によってバネ部材
のバネ定数が低下する。従って、低負荷時または中負荷
時の冷媒温度に基づいて過熱度を設定すれば、高負荷時
には過熱度が低下することにより、冷媒圧縮機に吸引さ
れる冷媒温度、即ち、吐出冷媒温度の低減効果が得られ
る。

【００１４】（請求項５）ベローズがゴム製であること
からガス透過性を有している。このため、上部ベローズ
室に封入された冷媒がベローズを透過して下部ベローズ
室側およびベローズのシール部より透過して大気側へ漏
洩することがあるが、上部ベローズ室に封入された冷媒
を、冷凍サイクルに使用する冷媒と同一種類としたこと
により、ガス冷媒の漏洩が生じても上部ベローズ室の圧
力を確保することができる。即ち、上部ベローズ室から
ベローズを透過して下部ベローズ室およびベローズのシ
ール部より透過して大気へガス冷媒が漏洩しても、下部
ベローズ室の圧力より下がることはなく、下部ベローズ
室と均圧になるため、温度式膨張弁としての作動に影響
を与えることはない。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の温度式膨張弁の一実施例を図
面に基づいて説明する。図１は温度式膨張弁の断面図で
ある。本実施例の温度式膨張弁１（以下、膨張弁１と略
す）は、図１に示すように、冷媒圧縮機２、冷媒凝縮器
３、レシーバ４、および冷媒蒸発器５の各機能部品とと
もに周知の冷凍サイクルを構成して、それぞれ冷媒配管
６により接続されている。

【００１６】膨張弁１は、冷媒蒸発器５の上流に配され
る弁本体７、冷媒蒸発器５の出口側配管に固定される感
温筒８、および弁本体７と感温筒８とを結ぶキャピラリ
チューブ９を備える。弁本体７は、冷媒通路（下述す
る）が形成された弁ハウジング１０を備える。冷媒通路
は、レシーバ４の出口に連通する高圧通路１１、冷媒蒸
発器５の入口に連通する低圧通路１２、弁ハウジング１
０を貫通する貫通孔１３を介して高圧通路１１と低圧通
路１２とを直線的に連通する高圧側連通路１４と低圧側
連通路１５から成る。

【００１７】弁ハウジング１０には、冷媒蒸発器５の出
口冷媒温度に相当する飽和圧力と冷媒蒸発器５の冷媒蒸
発圧力との圧力差に応じて変位するゴム製のベローズ１
６、貫通孔１３に摺動自在に嵌挿されてベローズ１６の
変位に連動する作動棒１７、この作動棒１７と一体に設
けられて連通路１４、１５の通路断面積を可変する弁体
１８、冷媒蒸発器５出口の過熱度を調整するための調整
部材（後述する）等の部品が組付けられている。貫通孔
１３の上端が開口する弁ハウジング１０の上部には、ベ
ローズ１６との間で下部ベローズ室１９を形成する凹所
２０が設けられている。また、弁ハウジング１０には、
冷媒蒸発器５の蒸発圧力（低圧側圧力）を下部ベローズ
室１９に導入する圧力導入路２１が設けられている。

【００１８】ベローズ１６は、凹所２０を形成する弁ハ
ウジング１０の上部に配されて、その外周部が弁ハウジ
ング１０とベローズ押さえ板２２とに挟持され、このベ
ローズ押さえ板２２との間に上部ベローズ室２３を形成
している。ベローズ押さえ板２２は、ベローズ押さえ板
２２の外側から弁ハウジング１０に螺着されるベローズ
カバー２４によって固定されている。なお、弁ハウジン
グ１０とベローズ押さえ板２２とに挟持されたベローズ
１６の外周部には、弁ハウジング１０側とベローズ押さ
え板２２側とにそれぞれシール部１６ａ、１６ｂが設け
られて、弁ハウジング１０およびベローズ押さえ板２２
との間を気密にシールしている。

【００１９】作動棒１７は、その上端部に円板状の頭部
１７ａが設けられて、この頭部１７ａがベローズ１６の
下面に固着されている。弁体１８は、作動棒１７の下端
部に設けられて、ベローズ１６の変位量に応じて連通路
１４、１５の通路断面積を変更できるテーパ構造（略円
錐形状）を成す。具体的には、作動棒１７の下端面から
図示下方へ向かって弁体１８の断面積が次第に増大する
テーパ構造である。従って、ベローズ１６の変位量（図
示下方への変位量）が大きくなる程、弁体１８が連通路
１４、１５を開口する度合い（以下、弁開度と言う）が
大きくなって、連通路１４、１５を通過する冷媒流量
（即ち、冷媒蒸発器５へ送られる冷媒流量）が増大す
る。

【００２０】調整部材は、ゴムバネ２５（本発明のバネ
部材）と調節ねじ２６から成る。ゴムバネ２５は、貫通
孔１３の下端部に配されて、弁体１８と一体を成す弁受
け部材２７を介して弁体１８を図示上方へ付勢してい
る。このゴムバネ２５は、先端側（弁体１８側）が貫通
孔１３に挿入される円柱形状を呈し、後端部が径方向に
拡大されて、外周に設けられたシール部２５ａによって
貫通孔１３の内周面との間が気密にシールされている。
なお、貫通孔１３に挿入された先端側は、貫通孔１３と
の間に若干の隙間を有しており、貫通孔１３に対して摺
動可能である。調節ねじ２６は、ゴムバネ２５の取付け
荷重を調節するもので、ゴムバネ２５の下側で貫通孔１
３に螺着されている。

【００２１】感温筒８は、キャピラリチューブ９を介し
て上部ベローズ室２３と連通されており、その上部ベロ
ーズ室２３からキャピラリチューブ９を通って感温筒８
内に至るまでの密閉空間には、真空脱気した後に、冷凍
サイクルに使用する冷媒（例えばＨＦＣ−１３４ａ）と
同一の冷媒が封入されている。キャピラリチューブ９
は、その一端側がベローズ押さえ板２２の中央部に接合
されて上部ベローズ室２３に開口しており、他端側が感
温筒８に接合されて感温筒８内に開口している。

【００２２】次に、本実施例の膨張弁１の作動を説明す
る。レシーバ４から送られた液冷媒は、高圧通路１１か
ら高圧側連通路１４を通り、弁体１８と連通路１４、１
５との隙間を通過する際に断熱膨張して霧状の冷媒とな
り、低圧側連通路１５および低圧通路１２を通って冷媒
蒸発器５へ送られる。ここで、連通路１４、１５を通っ
て高圧通路１１から低圧通路１２へ流れる冷媒流量は、
弁体１８が連通路１４、１５を開口する度合い、即ち弁
開度によって決まる。その弁体１８は、ベローズ１６を
図示下方へ付勢する上部ベローズ室２３の圧力（感温筒
８内の冷媒圧力）と、ベローズ１６を図示上方へ付勢す
る下部ベローズ室１９の圧力（冷媒蒸発器５の蒸発圧
力）＋ゴムバネ２５の付勢力とが釣り合った位置にバラ
ンスする。

【００２３】いま、車室内の温度が上昇して冷媒蒸発器
５で急激に冷媒が蒸発すると、冷媒蒸発器５出口の過熱
度が高くなって感温筒８内の冷媒圧力が上昇する。この
結果、感温筒８内の圧力上昇がキャピラリチューブ９を
介して上部ベローズ室２３へ伝達されることにより、ベ
ローズ１６が図示下方へ押し下げられて、作動棒１７と
ともに弁体１８が図示下方へ移動して弁開度が大きくな
る。これにより、冷媒蒸発器５へ送られる冷媒流量が増
加する。

【００２４】また、車室内の温度が低下して冷媒蒸発器
５出口の過熱度が低くなると、上記の作動とは逆に、ベ
ローズ１６が図示上方へ押し上げられて、作動棒１７と
ともに弁体１８が図示上方へ移動して弁開度が小さくな
ることにより、冷媒蒸発器５へ送られる冷媒流量が減少
する。

【００２５】（本実施例の効果）本実施例の膨張弁１
は、弁体１８を付勢するゴムバネ２５に、ゴムバネ２５
自身の弾性を利用したシール部２５ａを設けて、このシ
ール部２５ａで貫通孔１３との間を気密にシールするこ
とができる。これにより、専用のシール部材（例えばＯ
リング等）を使用する必要がないことから、その分、部
品点数を減らして構造の簡略化を図ることができる。

【００２６】また、ゴムバネ２５を高圧側となる液冷媒
雰囲気（即ち、高圧側連通路１４または高圧通路１１）
に配置することにより（なお、図１ではゴムバネ２５を
貫通孔１３に配置しているが、図１は膨張弁１の構造を
模式的に示すものであり、実際の構造とは異なる）、高
負荷時には冷媒温度の影響を受けてゴムバネ２５のバネ
定数が低下する。従って、例えば低負荷時に設定した過
熱度に対して、高負荷時には弁開度が基準より大きくな
ることから過熱度が低下する。これにより、冷媒圧縮機
２に戻るガス冷媒の温度が低下して吐出温度の低減効果
が得られることから、冷媒圧縮機２内のシール部品や冷
媒圧縮機２に接続されるゴムホース等に与える熱の影響
を抑えることができるため、シール部品やゴムホース等
の寿命を延ばすことができる。

【００２７】本実施例では、従来の膨張弁に使用される
金属製ダイヤフラムに相当する部品としてゴム製のベロ
ーズ１６を使用しているが、ゴム製であるためにガス透
過性を有している。このため、上部ベローズ室２３に封
入された冷媒がベローズ１６を透過して下部ベローズ室
１９側およびベローズ１６のシール部１６ｂより透過し
て大気側へ漏洩することがあるが、本実施例のように、
上部ベローズ室２３からキャピラリチューブ９を通って
感温筒８に至る密閉空間に、冷凍サイクルに使用する冷
媒（例えばＨＦＣ−１３４ａ）と同一の冷媒を封入する
ことにより、密閉空間内の圧力を確保することができ
る。

【００２８】即ち、上部ベローズ室２３からベローズ１
６を透過して下部ベローズ室１９およびベローズ１６の
シール部１６ｂより透過して大気側へガス冷媒が漏洩し
ても、下部ベローズ室１９の圧力より下がることはな
く、下部ベローズ室１９と均圧になる（エアコンは停止
時が大半であり、この停止時に均圧となる）ため、膨張
弁１としての作動に影響を与えることはない。

【００２９】このように、ゴム材のガス透過性を利用す
ることにより、従来の金属製ダイヤフラムに代えてゴム
製のベローズ１６を使用することができる。このゴム製
のベローズ１６によれば、金属製ダイヤフラムと比較し
て大きな変位量（上部ベローズ室２３と下部ベローズ室
１９との圧力差に応じて変位する量）が得られる。これ
により、ベローズ１６の直径を小さくしても、金属製ダ
イヤフラムと同一の変位量を得ることが可能なため、ベ
ローズ１６を小型化できる。

【００３０】この結果、ベローズ１６を保持する周辺部
品（本実施例では凹所２０を形成する弁ハウジング１
０、ベローズ押さえ板２２、ベローズカバー２４等）の
小型化が可能となり、延いては膨張弁１の小型、軽量化
を図ることができる。さらに、ゴム製のベローズ１６を
使用することにより、冷媒が断熱膨張した時に生じる高
周波振動をベローズ１６により吸収できるため、冷媒通
過音の低減が可能となる。

【００３１】〔変形例〕本実施例の膨張弁１は、従来の
膨張弁と比較してゴム製のベローズ１６とゴムバネ２５
を使用する点で構造上異なるが、必ずしも両部品を一緒
に使用する必要はない。即ち、ゴムバネ２５のみを使用
して、ゴム製のベローズ１６を使用する代わりに従来通
りの金属製ダイヤフラムを使用しても良い。または、ゴ
ム製のベローズ１６のみを使用して、ゴムバネ２５の代
わりに従来通りのスプリングとシール部材とを使用して
も良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】膨張弁の断面図である。

【符号の説明】

１ 温度式膨張弁 ５ 冷媒蒸発器 １０ 弁ハウジング １１ 高圧通路（高圧側の冷媒通路） １４ 高圧側連通路（高圧側の冷媒通路） １６ ベローズ（変位部材） １８ 弁体 １９ 下部ベローズ室 ２３ 上部ベローズ室 ２５ ゴムバネ（バネ部材）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒蒸発器の出口冷媒温度に相当する飽和
   圧力と前記冷媒蒸発器の冷媒蒸発圧力との圧力差に応じ
   て変位するダイヤフラムと、 このダイヤフラムに連動して弁開度を可変する弁体と、 前記冷媒蒸発器の出口冷媒が過熱度を持つように前記弁
   体を付勢するバネ部材とを備え、 このバネ部材は、ゴム製であり、前記バネ部材を収容す
   る弁ハウジングに対して、自身の弾性変形によって気密
   に装着されていることを特徴とする温度式膨張弁。
2. 【請求項２】冷媒蒸発器の出口冷媒温度に相当する飽和
   圧力と前記冷媒蒸発器の冷媒蒸発圧力との圧力差に応じ
   て変位するゴム製のベローズと、 このベローズに連動して前記冷媒蒸発器へ流れる冷媒流
   量を調節する弁機構とを備えた温度式膨張弁。
3. 【請求項３】冷媒蒸発器の出口冷媒温度に相当する飽和
   圧力と前記冷媒蒸発器の冷媒蒸発圧力との圧力差に応じ
   て変位する変位部材と、 この変位部材に連動して弁開度を可変する弁体と、 前記冷媒蒸発器の出口冷媒が過熱度を持つように前記弁
   体を付勢するバネ部材とを備え、 前記変位部材は、ゴム製のベローズであり、 前記バネ部材は、ゴム製で、前記バネ部材を収容する弁
   ハウジングに対して、自身の弾性変形によって気密に装
   着されていることを特徴とする温度式膨張弁。
4. 【請求項４】請求項１または３に記載した温度式膨張弁
   において、 前記バネ部材は、前記弁ハウジングに形成された高圧側
   の冷媒通路内に配されていることを特徴とする温度式膨
   張弁。
5. 【請求項５】請求項２または３に記載した温度式膨張弁
   において、 前記ベローズを介して対向する下部ベローズ室と上部ベ
   ローズ室とを有し、前記下部ベローズ室には前記冷媒蒸
   発器の冷媒蒸発圧力が作用し、前記上部ベローズ室に
   は、冷凍サイクルに使用される冷媒と同一の冷媒が封入
   されて、前記冷媒蒸発器の出口冷媒温度に相当する飽和
   圧力が作用することを特徴とする温度式膨張弁。