JPH09113072A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】上流側の高圧冷媒の圧力が変動して上昇して
も、安定した動作を維持することができる膨張弁を提供
すること。 【解決手段】蒸発器１に送り込まれる高圧冷媒が通る高
圧冷媒流路１３の途中を細く絞って形成された弁座孔１
５に対して上流側から対向するように弁体１６を配置
し、蒸発器１から送り出される低圧冷媒の温度に対応し
て弁体１６を開閉動作させるようにした膨張弁におい
て、弁体１６に、弁座孔１５の入口部との間に形成され
る絞り部２９より下流側の部分と弁体１６の背部側部分
とを連通させる連通孔２７を形成して、その連通孔２７
を介して絞り部２９より下流側の冷媒圧と等圧の背圧を
受ける弁体１６の有効受圧面積Ｓ１を、弁座孔１５の直
径で囲まれる部分の面積Ｓ２より大きくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷凍サイクルに
おいて蒸発器に送り込まれる冷媒の流量制御を行いつつ
冷媒を断熱膨張させるための膨張弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】膨張弁には各種のタイプがあるが、蒸発
器に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧冷媒流路の途中を
細く絞って形成された弁座孔に対して上流側から対向す
るように弁体を配置し、蒸発器から送り出される低圧冷
媒の温度に対応して弁体を開閉動作させるようにした膨
張弁が広く用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】膨張弁に送り込まれる
高圧冷媒には、何らかの原因によって上流側において圧
力変動が発生する場合があり、その圧力変動は、高圧冷
媒液を媒体として膨張弁に伝達される。

【０００４】すると、上述のような従来の膨張弁におい
ては、弁体の上流側の冷媒圧力が圧力変動によって上昇
すると、それが弁体を閉じる方向に作用するので、弁体
の上流側の冷媒圧力がさらに上昇して圧力変動が一層大
きなものになり、膨張弁の動作が非常に不安定なものに
なってしまう場合がある。

【０００５】そこで本発明は、上流側の高圧冷媒の圧力
が変動して上昇しても、安定した動作を維持することが
できる膨張弁を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の膨張弁は、蒸発器に送り込まれる高圧冷媒
が通る高圧冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座
孔に対して上流側から対向するように弁体を配置し、上
記蒸発器から送り出される低圧冷媒の温度に対応して上
記弁体を開閉動作させるようにした膨張弁において、上
記弁体に、上記弁座孔の入口部との間に形成される絞り
部より下流側の部分と上記弁体の背部側部分とを連通さ
せる連通孔を形成して、その連通孔を介して上記絞り部
より下流側の冷媒圧と等圧の背圧を受ける上記弁体の有
効受圧面積（Ｓ１）を、上記弁座孔の直径で囲まれる部
分の面積（Ｓ２）より大きくしたことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示し
ている。図中、１は蒸発器、２は圧縮機、３は凝縮器、
４は、凝縮器３の出口側に接続されて高圧の液体冷媒を
収容する受液器、１０は膨張弁であり、これらによって
冷凍サイクルが形成されており、例えば自動車の室内冷
房装置（カーエアコン）に用いられる。

【０００８】膨張弁１０の本体ブロック１１には、蒸発
器１から圧縮機２へ送り出される低温低圧の冷媒ガスを
通すための低圧冷媒流路１２と、蒸発器１に送り込まれ
る高温高圧の冷媒液を通して断熱膨張させるための高圧
冷媒流路１３とが形成されている。

【０００９】低圧冷媒流路１２は、入口側の端部が蒸発
器１の出口に接続され、出口側が圧縮機２の入口に接続
されている。高圧冷媒流路１３は、入口側の端部が受液
器４の出口に接続され、出口側が蒸発器１の入口に接続
されている。

【００１０】低圧冷媒流路１２と高圧冷媒流路１３とは
互いに平行に形成されており、これに垂直な貫通孔１４
が低圧冷媒流路１２と高圧冷媒流路１３との間を貫通し
ている。また、低圧冷媒流路１２から外方に抜けるよう
に、貫通孔１４と同じ向きに形成された開口部には、感
温室３０が取り付けられている。

【００１１】高圧冷媒流路１３の途中には、流路面積を
途中で狭く絞った形の弁座孔１５が中央部に形成されて
いて、その弁座孔１５に対して上流側から対向して弁体
１６が配置されている。

【００１２】弁体１６は、弁座孔１５の入口部に対向す
る部分の表面が半球状に形成されている。そして、弁座
孔１５の入口部に形成されたテーパ面と弁体１６の表面
との間の隙間の最も狭い部分が高圧冷媒流路１３の絞り
部２９になり、そこから下流側において高圧冷媒が断熱
膨張する。

【００１３】弁体１６の半球状部より後方の部分は筒状
に形成されている。そして、弁座孔１５に比べて細く形
成された頭部は、弁座孔１５内を通って弁座孔１５の下
流側まで突出している。

【００１４】弁体１６は、圧縮コイルスプリング１７に
よって弁座孔１５に接近する方向（即ち、閉じ方向）に
付勢されている。１８は、本体ブロック１１に螺合して
取り付けられて圧縮コイルスプリング１７の付勢力を調
整する調整ナット、１９は、高圧冷媒流路１３と外部と
の間をシールするためのＯリング、２０は、高圧冷媒流
路１３と弁体１６の背部の部分２８との間をシールする
ためのＯリングである。

【００１５】貫通孔１４内に挿通されたロッド２３は、
軸線方向に摺動自在に設けられていて、その上端は感温
室３０に達し、中間部分が低圧冷媒流路１２を垂直に横
切って貫通孔１４内を通り、下端は弁体１６の頭部に当
接している。

【００１６】したがって、圧縮コイルスプリング１７の
付勢力に逆らって弁体１６をロッド２３で押して弁座孔
１５から遠ざければ、高圧冷媒流路１３の流路面積が大
きくなる。このように、高圧冷媒流路１３の流路面積は
ロッド２３の移動量に対応して変化し、それによって蒸
発器１に供給される高圧冷媒の量が変化する。

【００１７】２４は、高圧冷媒流路１３と低圧冷媒流路
１２との間をシールするためのＯリングであり、小さな
圧縮コイルスプリング２５によって押し付けられた状態
で本体ブロック１１に装着されている。

【００１８】感温室３０は、厚い金属板製のハウジング
３１と可撓性のある金属製薄板（例えば厚さ０．１ｍｍ
のステンレス鋼板）からなるダイアフラム３２によって
気密に囲まれている。

【００１９】そして、ダイアフラム３２の下面中央部に
面して、大きな皿状に形成されたダイアフラム受け盤３
３が配置されていて、その下面中央部にロッド２３の頂
部が当接している。

【００２０】また、感温室３０内には、冷媒流路１２，
１３内に流されている冷媒と同じか又は性質の似ている
飽和蒸気状態のガスが封入されていて、ガス封入用の注
入孔は、栓３４によって閉塞されている。３６はシール
用のＯリングである。

【００２１】低圧冷媒流路１２と感温室３０との間の不
動部分には、熱伝導率の低いプラスチック材などからな
るブシュ３８が固定されていて、感温室３０側への低圧
冷媒回り込みが規制されている。

【００２２】ただしブシュ３８には、ロッド２３が挿通
された貫通孔３９の他に、低圧冷媒流路１２と感温室３
０側とを連通させるための複数の通気溝４０が貫通して
穿設されているので、低圧冷媒流路１２を流れる低圧冷
媒が、通気溝４０を通って感温室３０側へ少量だけ回り
込む。その結果、低圧冷媒流路１２内を流れる冷媒の温
度が、ゆっくりと感温室３０に伝達される。

【００２３】このように構成された膨張弁においては、
低圧冷媒流路１２内を流れる低圧冷媒の温度が下がる
と、ダイアフラム３２の温度が下がって、感温室３０内
の飽和蒸気ガスがダイアフラム３２の内表面で凝結す
る。

【００２４】すると、感温室３０内の圧力が下がってダ
イアフラム３２が変位するので、ロッド２３が圧縮コイ
ルスプリング１７に押されて移動し、その結果、弁体１
６が弁座孔１５側に移動して高圧冷媒の流路面積が狭く
なるので、蒸発器１に送り込まれる冷媒の流量が減る。

【００２５】低圧冷媒流路１２内を流れる低圧冷媒の温
度が上がると、上記と逆の動作によって弁体１６がロッ
ド２３に押されて弁座孔１５から離れ、高圧冷媒の流路
面積が広がるので、蒸発器１に送り込まれる高圧冷媒の
流量が増える。

【００２６】弁体１６の頭部は、弁座部１５の内径に対
して十分な隙間ができる程度に細い外径に形成されてい
て、その内部に穿設された連通孔２７が、弁座孔１５よ
り下流の高圧冷媒流路１３内と弁体１６の背部２８とを
連通させている。したがって、弁体１６の背部２８の圧
力は、断熱膨張によって圧力が低下した弁座孔１５より
下流の高圧冷媒流路１３内の圧力Ｐ２と常に等圧にな
る。

【００２７】また、背部２８の圧力Ｐ２が弁体１６に作
用する有効受圧面積（即ち、弁体１６の直径で囲まれる
部分の面積）Ｓ１は、弁座孔１５より下流の高圧冷媒流
路１３の圧力Ｐ２が弁体１６に作用する有効受圧面積
（即ち、絞り部２９の外縁で囲まれる部分の面積であ
り、実質的に弁座孔１５の直径で囲まれる部分の面積）
Ｓ２より大きく形成されている。即ち、Ｓ１＞Ｓ２であ
り、この実施の形態においては、例えばＳ１＝２×Ｓ２
に形成されている。

【００２８】その結果、受液器４から送り込まれてくる
高圧冷媒の圧力をＰ１とすると、冷媒から弁体１６に対
しては、（Ｐ１−Ｐ２）×（Ｓ１−Ｓ２）の力が、弁体
１６を開こうとする方向に作用している。

【００２９】したがって、上流側の高圧冷媒流路１３内
に圧力変動が生じて、例えば圧力が瞬間的にΔＰ上昇す
ると、その圧力は、ΔＰ×（Ｓ１−Ｓ２）の力で弁体１
６を開こうとする方向に作用し、弁体１６が瞬間的に開
き方向に移動する。

【００３０】すると、上流側から伝わってきた上昇圧力
成分ΔＰは、瞬時に弁座孔１５を通ってその下流側に抜
け、断熱膨張により低下する圧力中に吸収されて消えて
しまい、弁体１６はすぐに元の状態に戻る。

【００３１】図２は、本発明の第２の実施の形態の膨張
弁１０を部分的に拡大して示しており、弁体１６に形成
された連通孔２７を変更した以外は上述の第１の実施の
形態と同じである。

【００３２】先にも述べたように、弁座孔１５の入口口
元部のテーパ面と弁体１６との間の隙間の面積が最も狭
い部分が、高圧冷媒の断熱膨張が開始される絞り部２９
である。

【００３３】したがって、その絞り部２９より下流側の
冷媒圧力は、弁座孔１５内も含めて断熱膨張によって低
下した圧力Ｐ２であるから、連通孔２７は、弁座孔１５
より上流側であっても、絞り部２９より下流側の部分と
連通していればよい。

【００３４】そこで、この実施の形態においては、弁体
１６の頭部を弁座孔１５内まで伸ばすことなく短く形成
して、連通孔２７に連通して弁体１６の頭部に形成され
た横溝２７ａを、絞り部２９より僅かに下流側に開口さ
せている。ただし、弁体１６が閉じる直前の状態では、
絞り部２９はほぼ弁座孔１５の入口口元部であり、横溝
２７ａは弁座孔１５内に開口する。

【００３５】このように構成すると、第１の実施の形態
に比べて連通孔２７の加工が非常に容易であり、上昇圧
力成分ΔＰを吸収する作用は、第１の実施の形態と同程
度となる。

【００３６】図３は、本発明の第３の実施の形態の膨張
弁１０を示しており、感温室３０のハウジング３１内に
連通して突設された感温管４５が低圧冷媒流路１２内の
冷媒温度を感知するようにしたタイプの膨張弁に本発明
を適用したものである。なお、第１及び第２の実施の形
態と同じ機能の部分には第１及び第２の実施の形態と同
じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００３７】この実施の形態においては、連通孔２７部
分の構成は第２の実施の形態と同じであるが、筒状に形
成された弁体１６の後半部内に調整ナット１８が嵌合し
ていて、その嵌合部にシール用のＯリング２０が装着さ
れている。

【００３８】したがってその嵌合部が、断熱膨張後の冷
媒圧Ｐ２が作用する弁体１６の背部２８の外径であり、
その部分の断面積が有効受圧面積Ｓ１になって、第１及
び第２の実施の形態と同様の作用が得られる。

【００３９】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、膨張弁を感温室と別体に設けて、両者の
間をキャピラリチューブで接続した方式のものなどにも
適用することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、絞り部より下流側の冷
媒圧と等圧の背圧を受ける弁体の有効受圧面積を弁座孔
の直径で囲まれる部分の面積より大きくしたことによ
り、上流側の高圧冷媒の圧力が変動して圧力が上昇する
と、それが弁体を開く方向に作用するので、上昇圧力成
分は断熱膨張による圧力低下部側に吸収されて消えてし
まう。したがって、冷媒流路内の圧力変動がすぐに安定
し、膨張弁が安定した動作を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の膨張弁の縦断面図
である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の膨張弁の部分拡大
縦断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の膨張弁の縦断面図
である。

【符号の説明】

１ 蒸発器 １０ 膨張弁 １３ 高圧冷媒流路 １５ 弁座孔 １６ 弁体 ２７ 連通孔 ２７ａ 横溝 ２９ 絞り部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧
   冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対して
   上流側から対向するように弁体を配置し、上記蒸発器か
   ら送り出される低圧冷媒の温度に対応して上記弁体を開
   閉動作させるようにした膨張弁において、 上記弁体に、上記弁座孔の入口部との間に形成される絞
   り部より下流側の部分と上記弁体の背部側部分とを連通
   させる連通孔を形成して、その連通孔を介して上記絞り
   部より下流側の冷媒圧と等圧の背圧を受ける上記弁体の
   有効受圧面積（Ｓ１）を、上記弁座孔の直径で囲まれる
   部分の面積（Ｓ２）より大きくしたことを特徴とする膨
   張弁。