WO2009104238A1 - 圧力式膨張弁 - Google Patents
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- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/13—Vibrations
Definitions
- the present invention is a pressure type which is provided between a radiator and an evaporator of a refrigeration cycle, and is configured to send refrigerant to the evaporator side via an orifice even when the valve is closed below the refrigerant set pressure on the radiator side. It relates to an expansion valve.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-174471
- Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-142701
- the expansion valve (expansion device) in Patent Literature 1 includes a valve body and a bellows joined to the valve body to form a pressure reducing adjustment valve.
- a refrigerant such as carbon dioxide is sealed in the bellows, and the refrigerant applied to the outside of the bellows
- the valve body is displaced from the position of the valve port (communication path) by the pressure and temperature to adjust the pressure reduction.
- the conventional expansion valve has the following problems.
- a slight pressure fluctuation occurs due to the disturbance of the refrigerant flow generated in the throttle part around the valve body, and the valve body slightly vibrates due to this pressure fluctuation.
- the disturbance of the refrigerant flow in the throttle part around the valve body becomes large.
- Abnormal noise occurs.
- an evaporator is often disposed immediately in front of the passenger compartment, and there is a problem that an abnormal noise generated from the expansion valve is easily transmitted through the piping and echoes in the passenger compartment.
- the valve installed in the expansion valve slightly vibrates due to the surrounding pressure fluctuation generated by the slight disturbance of the refrigerant flow in the throttle portion, and the disturbance of the refrigerant flow generated in the throttle portion around the valve body increases. Even the very small noise that occurs is a problem.
- Many pressure type expansion valves have a structure in which a valve body is joined to a bellows, and the valve body is floated from a valve port by expansion and contraction of the bellows, and the valve body easily vibrates as described above.
- the pressure type expansion valve according to claim 1 is an expansion valve that is provided between a radiator and an evaporator of a refrigeration cycle, decompresses the refrigerant cooled by the radiator, and sends the refrigerant to the evaporator.
- a valve body that is displaced according to the pressure of the refrigerant on the radiator side, a valve port whose valve opening area changes according to the position of the valve body, and the valve port that is equal to or lower than the refrigerant set pressure on the radiator side
- the orifice is provided inside the outer diameter of the valve body, and the refrigerant passes through the orifice
- the valve body is always urged in one direction by the flow of.
- valve body when the valve body is separated from the valve port, the valve body is always kept at a constant level by the suction force caused by the flow of the refrigerant through the orifice arranged at an arbitrary position with respect to the central axis of the valve port. It is urged in the direction (see FIG. 5). As a result, the center axis of the valve body is inclined from the center axis of the valve port or shifted to the orifice side. Therefore, the valve body is always sucked from the same direction, and the valve body does not vibrate slightly due to slight pressure fluctuations caused by the disturbance of the refrigerant flow in the throttle part. The vibration due to the increase of becomes difficult to occur. Further, since the vibration of the valve body can be reduced, durability is also improved.
- a pressure type expansion valve is the pressure type expansion valve according to the first aspect, wherein the valve body is disposed at a displacement end portion of a pressure adjusting unit that expands and contracts in accordance with the pressure of the refrigerant on the radiator side.
- a coil spring that urges the valve body so as to press the valve body against the displacement end, and the coil spring is disposed on the inner side of the outer diameter of the valve body; Provided with the orifice.
- the refrigerant flowing in from the inlet port side is caused by the flow of the refrigerant flowing in from the inlet port by the cylindrical shield by the cylindrical coil spring having the winding diameter and the number of turns.
- the force can be prevented from acting in one direction on the valve body, and can be applied substantially uniformly to the entire surface of the valve body. As a result, it is possible to prevent the valve body from being urged in one direction by the force generated by the flow of the refrigerant flowing from the inlet port.
- the suction force of the orifice and the force due to the flow of the refrigerant flowing from the inlet port do not act in opposite directions, so that the suction force by the orifice can be obtained reliably and the vibration of the valve body can be reduced. Increases and further prevents the generation of noise.
- the orifice may be provided at any position 360 degrees around the valve port.
- the pressure type expansion valve according to claim 3 is the pressure type expansion valve according to claim 1, and has an inlet port connected to the radiator side and an outlet port connected to the evaporator side.
- the orifice is formed opposite to the inlet port with respect to the valve body.
- noise due to large disturbance of the refrigerant flow due to vibration of the valve body is less likely to occur, and durability is also enhanced.
- the effect of stabilizing the valve body by sucking the orifice is increased, and further the generation of noise is prevented.
- the force that the refrigerant flowing from the radiator side acts on the valve body and the force that the refrigerant passing through the orifice sucks the valve body are the same. Since it becomes a direction, stabilization of a valve body becomes still more reliable.
- FIG. 6 is a diagram showing a basic configuration of an in-vehicle air conditioner using the pressure type expansion valve of the embodiment.
- This air conditioner includes a compressor 100 to which vehicle power is transmitted, a radiator 110, a heat exchanger 120 for exchanging heat between a refrigerant in a high pressure line and a refrigerant in a low pressure line, and the pressure type expansion valve according to the embodiment. 10, an evaporator 130, and an accumulator 140.
- the compressor 100, the heat radiator 110, the heat exchanger 120, the pressure type expansion valve 10, the evaporator 130, and the accumulator 140 are loop-connected by the refrigerant path, and comprise the refrigerating cycle.
- coolant the refrigerant
- the refrigerant compressed by the compressor 100 is supplied to the radiator 110 as indicated by solid arrows, and the refrigerant cooled by the radiator 110 is sent to the pressure expansion valve 10 via the heat exchanger 120.
- the pressure type expansion valve 10 expands and depressurizes the refrigerant and sends it to the evaporator 130 as will be described later. Then, the interior of the vehicle is cooled by the evaporator 130, and a cooling function is obtained.
- the refrigerant evaporated in the evaporator 130 is supplied to the accumulator 140 and circulated from the accumulator 140 to the compressor 100.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the pressure expansion valve 10 of the embodiment in a closed state
- FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the pressure expansion valve 10 in an opened state
- FIG. 3 is a valve body of the pressure expansion valve 10.
- 4 is a detailed view of the valve seat and the orifice
- the pressure type expansion valve 10 of this embodiment includes a valve housing 1, a valve body 2, a valve seat portion 3, a coil spring 4, and a pressure adjusting portion 5.
- the valve housing 1 includes a valve chamber 1A, an inlet port 11 that communicates with the valve chamber 1A and is connected to a refrigerant passage on the heat exchanger 120 side (heat radiator 110 side), and a refrigerant on the evaporator 130 side.
- An outlet port 12 connected to the passage is formed.
- the central axis L1 of the inlet port 11 and the central axis L2 of the outlet port 12 are offset in parallel.
- a pressure control chamber 1B is formed on the side opposite to the outlet port 12 with respect to the valve chamber 1A, and the pressure control chamber 1B is connected to the valve chamber 1A through the introduction hole 13.
- an attachment hole 14 for attaching the pressure adjusting unit 5 is formed in the upper part of the pressure control chamber 1B.
- the valve body 2 is disposed in the valve chamber 1A from the end of the pressure control chamber 1B, and the valve seat portion 3 is disposed between the valve chamber 1A and the outlet port 12.
- the valve seat portion 3 is formed with a valve port 31 and an orifice 32 that connect the valve chamber 1 ⁇ / b> A and the outlet port 12.
- the coil spring 4 is disposed around the valve body 2, and one end of the coil spring 4 is brought into contact with the valve seat portion 3 and the other end is brought into contact with the step portion 21 of the valve body 2 so as to be compressed. . That is, the coil spring 4 urges the valve body 2 in a direction away from the valve seat portion 3.
- the pressure adjusting unit 5 is disposed in the pressure control chamber 1B.
- the pressure adjusting unit 5 includes a bellows 51, a spring receiver 52, a lid 53, a stopper tube 54, an adjustment screw lid 55, and an adjustment spring. 56, a guide 57, and a ball 58.
- 4A and 4B are diagrams showing details of the bellows 51, the spring receiver 52, the lid 53, and the stopper tube 54.
- FIG. 4A is a vertical cross-sectional view
- FIG. 4B is a partially broken plan view of the bellows 51.
- 4 (C) is a partially enlarged sectional view of the bellows 51.
- the bellows 51 is made of a copper alloy, and is formed in a substantially cylindrical shape by bulging the copper alloy.
- the bellows 51 has flanges 511 and 512 at both ends thereof, and cylindrical guide portions 511a and 512a extending from both ends to the center side inside the flanges 511 and 512, respectively. Further, a plurality of peak portions 513 and a plurality of valley portions 514 are alternately arranged between the guide portion 511a and the guide portion 512a.
- the stopper tube 54 has a large-diameter tube 54 a, a small-diameter tube 54 b, and a cylindrical portion 54 c positioned therebetween.
- the stopper tube 54 press-fits the small-diameter tube 54 b into the fitting hole 53 a of the lid 53. Is integrated with the lid 53.
- the cylindrical portion 54c is fitted into the guide portion 512a on the other flange 512 side of the bellows 51 and positioned, and the flange portion 512 is welded to the lid 53 so that the stopper pipe 54 and the lid 53 is fixed to the other end of the bellows 51.
- a conducting path 541 is formed at the center of the stopper pipe 54, and atmospheric pressure is introduced into the inner space 51 ⁇ / b> A of the bellows 51 through the conducting path 541.
- the guide 57 is fitted to the spring receiver 52, and the guide 57 slides in contact with the inner wall of the pressure control chamber 1B, so that the spring receiver 52 is moved in the pressure control chamber 1B. It can move up and down. Then, the movement of the cylindrical portion 52 a of the spring receiver 52 is restricted by coming into contact with the lower end of the large-diameter tube 54 a of the stopper tube 54.
- the small-diameter pipe 54b and the lid 53 of the stopper pipe 54 are fitted in the fitting holes 55a and 55b of the adjustment screw lid 55, respectively, and the stopper pipe 54 and the lid 53 are made to crimp by crimping the end of the small-diameter pipe 54b.
- the adjustment screw cover 55 is fixed.
- a thread 55 c is formed around the adjustment screw lid 55, and a thread 14 a is formed on the inner periphery of the upper portion of the mounting hole 14 of the valve housing 1.
- the adjustment screw lid 55 is attached to the valve housing 1 by screwing the screw threads 55c and 14a.
- the adjustment spring 56 is disposed around the bellows 51, and the adjustment spring 56 is in a compressed state with one end abutting against the guide 57 and the other end abutting against the adjustment screw lid 55. That is, the adjustment spring 56 urges the spring receiver 52 in a direction away from the adjustment screw lid 55.
- the ball 58 is fitted in the fitting hole 2 a of the valve body 2 and is fitted in the centering recess 52 b of the spring receiver 52.
- the high-pressure refrigerant from the heat exchanger 120 flows into the valve chamber 1A from the inlet port 11, and flows out to the outlet port 12 through the orifice 32 in the valve closed state of FIG. Further, in the valve open state of FIG. 2, the high-pressure refrigerant flows out from the valve chamber 1 ⁇ / b> A through the valve port 31 and the orifice 32 to the outlet port 12. As described above, the refrigerant flows out of the orifice 32 or the valve port 31 so that the high-pressure refrigerant flowing into the valve chamber 1A is expanded and depressurized.
- the refrigerant pressure between the valve chamber 1A and the pressure control chamber 1B connected to the valve chamber 1A by the introduction hole 13 becomes high in the valve closed state of FIG. 1, the refrigerant pressure and bellows in the pressure control chamber 1B are increased.
- the bellows 51 is compressed in the longitudinal direction by the pressure difference from the atmospheric pressure in the inner space 51A of the 51, the spring receiver 52 rises, and the valve body 2 and the ball 58 urged by the coil spring 4 rise.
- the valve port 31 is opened as shown in FIG.
- the area of the gap between the valve port 31 and the valve body 2, that is, the valve opening area increases as the refrigerant pressure in the pressure control chamber 1B increases.
- the relationship between the refrigerant pressure and the valve opening area is set in advance in consideration of the elastic characteristics of the adjusting spring 56 and the coil spring 4 and the elastic characteristics of the bellows 51, and is finely adjusted by turning the adjusting screw lid 55. .
- the orifice 32 of the valve seat portion 3 is formed inside the outer diameter D of the valve body 2.
- the position of the orifice 32 should just be formed in the arbitrary positions around the valve port 31.
- FIG. 5 the valve body 2 is always urged in one direction (left direction in the figure) by the suction force caused by the flow of the refrigerant (arrow) passing through the orifice 32. Accordingly, the central axis L4 of the valve body 2 is inclined from the central axis L5 of the valve port 31 or shifted to the orifice 32 side.
- valve body 2 is always in the state of being sucked from the same direction, and even if a slight pressure fluctuation occurs due to the turbulence of the refrigerant flow through the throttle portion that is the gap between the valve body 2 and the valve port 31, 2 does not vibrate even by this pressure fluctuation. Thereby, noise reduction of the air conditioner itself can be achieved. Also, durability is increased.
- the coil spring 4 urges the valve body 2, but the coil spring 4 is disposed on the inner side of the outer diameter D of the valve body 2.
- An orifice 32 is formed inside the position where the coil spring 4 is disposed. Therefore, a part of the refrigerant flowing in from the inlet port 11 is blocked by the coil spring 4, and the force of the refrigerant flowing into the valve chamber 1A acting on the valve body 2 is applied to the entire valve body 2 substantially uniformly. be able to. Thereby, the effect to the stabilization of the valve body 2 by suction of the orifice 32 becomes large.
- the orifice 32 is formed on the side opposite to the inlet port 11 with respect to the valve body 2. Therefore, since the force that the refrigerant flowing from the inlet port 11 acts on the valve body 2 and the force that the refrigerant passing through the orifice 32 sucks the valve body 2 are in the same direction, the stabilization of the valve body 2 is further ensured. .
- an expansion valve that is provided between a radiator and an evaporator of a refrigeration cycle and decompresses the refrigerant cooled by the radiator and sends the refrigerant to the evaporator, and the refrigerant on the radiator side
- the pressure adjusting portion that expands and contracts according to the pressure of the valve, the valve body that is disposed at the displacement end of the pressure adjusting portion and that is displaced by the expansion and contraction of the pressure adjusting portion, and the valve opening area changes according to the position of the valve body
- the pressure adjusting unit has a bellows that receives the refrigerant pressure from the radiator to the outside, the bellows is made of a copper alloy, and the bellows is the pressure adjusting unit.
- a ridge portion having a shape in which the displacement direction of the displacement end portion is an axis, a rotationally symmetric shape around the axis, and a cross-sectional shape of the side surface portion including the axis is projected to the outside, It is the shape which arranged alternately the trough part of the shape dented to the outside, According to the pressure expansion valve the ratio of the radius and the radius of the valley of the peak portions is characterized in that there is a range of 1.2-1.8, resulting excellent effects.
- the pressure type expansion valve 10 of this embodiment is the one in which the present invention is applied to the above reference example.
- the bellows 51 has a displacement direction of a spring receiver 52 that is a displacement end portion of the pressure adjusting unit 5 as a central axis L3.
- the bellows 51 has a rotationally symmetric shape around the central axis L3, and a cross-sectional shape on the surface including the central axis L3 of the side surface portion, and a peak portion 513 that protrudes from the outside (pressure control chamber 1B); It has a shape in which valley portions 514 having a shape recessed with respect to the outside (pressure control chamber 1B) are alternately arranged.
- the ratio of the radius b of the peak portion 513 to the radius a of the valley portion 514 is 1.4. Even with the configuration of the bellows 51, the pressure type expansion valve 10 of the embodiment is highly durable.
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Abstract
【課題】空気調和機の圧力式膨張弁において冷媒の流れによる弁体２の振動を低減して静穏化を図るとともに、耐久性を高める。
【解決手段】弁ハウジング１に入口ポート１１、弁室１Ａ、出口ポート１２を形成し、弁室１Ａと出口ポート１２との間に弁座部３を配置する。弁座部３に弁ポート３１とオリフィス３２を形成する。弁体２の回りにコイルバネ４を配置して弁体２を保持する。弁室１Ａに連通する圧力制御室１Ｂの冷媒圧力とベローズ５１の内空間５１Ａの大気圧との差圧により弁体２と弁ポート３１の弁開口面積を制御する。オリフィス３２を弁体２の外径より内側で、入口ポート１１と反対側に１箇所形成する。オリフィス３２を流れる冷媒の吸引力を弁体２に対して一方向に作用させる。オリフィス３２の位置をコイルバネ４の内側とする。コイルバネ４で冷媒を遮ることにより弁体２に作用する力を均一にする。
Description
本発明は、冷凍サイクルの放熱器と蒸発器との間に設けられ、放熱器側の冷媒設定圧力以下で弁閉状態でもオリフィスを介して蒸発器側に冷媒を送り出すように構成された圧力式膨張弁に関する。
従来、この種の圧力式膨張弁として、例えば特開２００２－１７４４７１号公報（特許文献１）、特開２００４－１４２７０１号公報（特許文献２）に開示されたものがある。特許文献１における膨張弁（膨張装置）は、弁体とこの弁体に接合したベローズとにより減圧調整弁を構成し、ベローズ内に二酸化炭素等の冷媒を封入し、ベローズの外側にかかる冷媒の圧力、及び温度により弁体を弁ポート（連通路）の位置から変位させて、減圧調整するものである。また、特許文献２における膨張弁も弁体にベローズを接合したものであるが、この特許文献２のものでは、ベローズの内部を大気圧に解放したものである。また、これら特許文献１及び２のものは、弁体が弁ポートを閉じた弁閉状態でも、冷媒が流れるように溝やオリフィスが設けられている。
特開２００２－１７４４７１号公報
特開２００４－１４２７０１号公報
しかしながら、前記従来の膨張弁にあっては次のような問題があった。弁体周囲の絞り部に発生する冷媒流れの乱れにより微少な圧力変動が発生し、この圧力変動により弁体が微少振動し、この結果、弁体周囲の絞り部における冷媒流れの乱れが大きくなり、異音が発生する。特に、自動車用空気調和機においては、客室内の直ぐ前方に蒸発器が配置されることが多く、膨張弁から発生した異音は配管を伝わって車室内に響きやすいという問題がある。よって、膨張弁に設置された弁が、絞り部の冷媒流れの微少な乱れによって発生する周囲の圧力変動によって微振動し、弁体周囲の絞り部に発生する冷媒流れの乱れが大きくなることによって生じる極めて小さな異音でさえも問題になる。なお、圧力式膨張弁は弁体がベローズに接合され、このベローズの伸縮により弁体を弁ポートから浮かせるような構造のものが多く、上記のように弁体が振動し易かった。
また、弁閉状態でも冷媒を流すために弁ポートに溝やスリットを形成したものにあっては、弁体の繰り返しの作動、特に振動により、溝やスリットが変形し、一定開度を保つことができなくなり、膨張弁自体の耐久性の点で問題がある。
本発明は、冷媒の流れによって生じる異音を低減するとともに、耐久性の高い圧力式膨張弁を提供することを課題とする。
請求項１の圧力式膨張弁は、冷凍サイクルの放熱器と蒸発器との間に設けられ、前記放熱器により冷却された冷媒を減圧して前記蒸発器に送り出す膨張弁であって、前記放熱器側の冷媒の圧力に応じて変位する弁体と、該弁体の位置に応じて弁開口面積が変化する弁ポートと、前記放熱器側の冷媒設定圧力以下で前記弁ポートが前記弁体により全閉となっても前記蒸発器側に冷媒を送り出すためのオリフィスと、を備えた圧力式膨張弁において、前記オリフィスを、前記弁体の外径よりも内側に設け、該オリフィスを通る冷媒の流れによって前記弁体が常時一方向に付勢されるようにしたことを特徴とする。
請求項１の圧力式膨張弁において、弁体が弁ポートから離脱すると、この弁体は弁ポートの中心軸に対して任意の位置に配置されたオリフィスを通る冷媒の流れによる吸い込み力で常時一方向に付勢される（図５参照）。この結果、弁体の中心軸が弁ポートの中心軸から傾斜したり、オリフィス側にずれた位置になる。したがって、弁体は常に同じ方向から吸引された状態となり、弁体が絞り部の冷媒流れの乱れによって発生する微少な圧力変動によっても微振動することがなく、振動によって絞り部の冷媒流れの乱れが大きくなることによる振動が発生しにくくなる。また、弁体の振動を低減できるので、耐久性も高くなる。
請求項２の圧力式膨張弁は、請求項１に記載の圧力式膨張弁であって、前記弁体が、前記放熱器側の冷媒の圧力に応じて伸縮する調圧部の変位端部に配置されるとともに、前記弁体を前記変位端部に押圧するようにして該弁体を付勢するコイルバネを有し、前記弁体の外径よりも内側に前記コイルバネを配置し、さらにその内側に前記オリフィスを設けたことを特徴とする。
請求項２の圧力式膨張弁においては、入口ポート側から流入した冷媒が巻き線径太さと巻き数にて構成される円筒コイルバネによる筒状の遮蔽物によって、入口ポートから流入する冷媒の流れによる力が、弁体に対して一方向に作用することを回避し、弁体の全面に略均一に作用させることが出来る。この結果、入口ポートから流入する冷媒の流れによる力によって弁体が一方向に付勢されることが防止される。これにより、前記オリフィスの吸い込み力と入口ポートから流入する冷媒の流れによる力が相反する方向に作用することがなくなるため、確実にオリフィスによる吸い込み力が得られ、弁体の振動を低減できる効果が大きくなり、さらに騒音の発生が防止される。この場合、特にオリフィスは弁ポートの周囲３６０度のどの位置に設けてもよい。
請求項３の圧力式膨張弁は、請求項１に記載の圧力式膨張弁であって、前記放熱器側に接続される入口ポートと、前記蒸発器側に接続される出口ポートとを有し、前記オリフィスが前記弁体に対して前記入口ポートと反対側に形成されていることを特徴とする。
請求項３の圧力式膨張弁においては、放熱器側から流入する冷媒が弁体に作用する力とオリフィスを通る冷媒が弁体を吸引する力とが同じ方向となるので、弁体の安定化がさらに確実となる。
請求項１の圧力式膨張弁によれば、弁体の振動によって冷媒流れの乱れが大きくなることによる騒音が発生しにくくなるとともに、耐久性も高くなる。
請求項２の圧力式膨張弁によれば、請求項１の効果に加えて、オリフィスの吸い込みによる弁体の安定化への効果が大きくなり、さらに騒音の発生が防止される。
請求項３の圧力式膨張弁によれば、請求項１の効果に加えて、放熱器側から流入する冷媒が弁体に作用する力とオリフィスを通る冷媒が弁体を吸引する力とが同じ方向となるので、弁体の安定化がさらに確実となる。
１０ 圧力式膨張弁
１ 弁ハウジング
１Ａ 弁室
１１ 入口ポート
１２ 出口ポート
１Ｂ 圧力制御室
１３ 導入孔
２ 弁体
３ 弁座部
３１ 弁ポート
３２ オリフィス
４ コイルバネ
５ 調圧部
５１ ベローズ
５１３ 山部
５１４ 谷部
５２ バネ受け
５３ 蓋
５４ ストッパ管
５４１ 導通路
５５ 調整ネジ蓋
５６ 調整バネ
１００ 圧縮機
１１０ 放熱器
１２０ 熱交換器
１３０ 蒸発器
１４０ アキュムレータ
１ 弁ハウジング
１Ａ 弁室
１１ 入口ポート
１２ 出口ポート
１Ｂ 圧力制御室
１３ 導入孔
２ 弁体
３ 弁座部
３１ 弁ポート
３２ オリフィス
４ コイルバネ
５ 調圧部
５１ ベローズ
５１３ 山部
５１４ 谷部
５２ バネ受け
５３ 蓋
５４ ストッパ管
５４１ 導通路
５５ 調整ネジ蓋
５６ 調整バネ
１００ 圧縮機
１１０ 放熱器
１２０ 熱交換器
１３０ 蒸発器
１４０ アキュムレータ
次に、本発明の圧力式膨張弁の実施の形態を図面を参照して説明する。図６は実施形態の圧力式膨張弁を用いた車載用の空気調和機の基本構成を示す図である。この空気調和機は、車両の動力が伝達される圧縮機１００と、放熱器１１０と、高圧ラインの冷媒と低圧ラインの冷媒とを熱交換する熱交換器１２０と、実施形態の圧力式膨張弁１０と、蒸発器１３０と、アキュムレータ１４０とを有している。そして、圧縮機１００、放熱器１１０、熱交換器１２０、圧力式膨張弁１０、蒸発器１３０及びアキュムレータ１４０は、冷媒通路によりループ接続され、冷凍サイクルを構成している。なお、冷媒としては、例えば二酸化炭素のような超臨界で使用する冷媒が用いられている。
圧縮機１００で圧縮された冷媒は、実線の矢印で示すよう放熱器１１０に供給され、この放熱器１１０で冷却された冷媒は熱交換器１２０を介して圧力式膨張弁１０に送られる。圧力式膨張弁１０は後述のように冷媒を膨張減圧して蒸発器１３０に送る。そして、この蒸発器１３０により車室内が冷却され、冷房の機能が得られる。蒸発器１３０で蒸発した冷媒はアキュムレータ１４０に供給され、このアキュムレータ１４０から圧縮機１００に循環される。
図１は実施形態の圧力式膨張弁１０の弁閉状態の縦断面図、図２は同圧力式膨張弁１０の弁開状態の縦断面図、図３は同圧力式膨張弁１０の弁体、弁座及びオリフィスの詳細図、図４は同圧力式膨張弁１０の調圧部の要部を示す図である。この実施形態の圧力式膨張弁１０は、弁ハウジング１と、弁体２と、弁座部３と、コイルバネ４と、調圧部５とを備えている。
弁ハウジング１には、弁室１Ａと、この弁室１Ａに連通するとともに前記熱交換器１２０側（放熱器１１０側）の冷媒通路に接続される入口ポート１１と、前記蒸発器１３０側の冷媒通路に接続される出口ポート１２とが形成されている。なお、入口ポート１１の中心軸Ｌ１と出口ポート１２の中心軸Ｌ２は平行に軸をずらしてある。また、弁室１Ａに対して出口ポート１２と反対側には圧力制御室１Ｂが形成され、この圧力制御室１Ｂは導入孔１３によって弁室１Ａに導通されている。さらに、圧力制御室１Ｂの上部には調圧部５を取り付ける取付孔１４が形成されている。
弁体２は、圧力制御室１Ｂの端部から弁室１Ａ内に配設され、弁座部３は弁室１Ａと出口ポート１２との間に配設されている。弁座部３には弁室１Ａと出口ポート１２とを導通する弁ポート３１とオリフィス３２とが形成されている。コイルバネ４は弁体２の回りに配置され、このコイルバネ４は一端が弁座部３に当接されるとともに他端が弁体２の段差部２１に当接され、圧縮した状態となっている。すなわち、コイルバネ４は弁体２を弁座部３から離間する方向に付勢している。
調圧部５は圧力制御室１Ｂ内に配設されており、この調圧部５は、ベローズ５１と、バネ受け５２と、蓋５３と、ストッパ管５４と、調整ネジ蓋５５と、調整バネ５６と、ガイド５７と、ボール５８とから構成されている。図４はベローズ５１、バネ受け５２、蓋５３及びストッパ管５４の詳細を示す図であり、図４(A) は縦断面図、図４(B)はベローズ５１の一部破砕平面図、図４(C) はベローズ５１の一部拡大断面図である。ベローズ５１は銅合金からなり、銅合金をバルジ加工することにより略円筒形状に形成されている。ベローズ５１はその両端にフランジ５１１，５１２を有し、各フランジ５１１，５１２の内側には両端から中央側に延びる円筒形のガイド部５１１ａ，５１２ａを有している。さらに、このガイド部５１１ａとガイド部５１２ａとの間に、山部５１３と谷部５１４をそれぞれ複数交互に配置した形状となっている。
そして、ベローズ５１の一方のフランジ５１１側に、バネ受け５２の円筒部５２ａをガイド部５１１ａ内に嵌合して位置出しをするとともに、このフランジ５１１の部分で溶接することにより、バネ受け５２がベローズ５１の一端に固着されている。ストッパ管５４は、大径管５４ａと、小径管５４ｂと、その間に位置する円筒部５４ｃとを有し、このストッパ管５４は、小径管５４ｂを蓋５３の嵌合孔５３ａ内に圧入することにより蓋５３と一体にされている。そして、ベローズ５１の他方のフランジ５１２側に、円筒部５４ｃをガイド部５１２ａ内に嵌合して位置出しをするとともに、このフランジ５１２の部分で蓋５３に溶接することにより、ストッパ管５４及び蓋５３がベローズ５１の他端に固着されている。ストッパ管５４の中心には導通路５４１が形成されており、ベローズ５１の内空間５１Ａにはこの導通路５４１を介して大気圧が導入される。
図１に示すように、ガイド５７はバネ受け５２に嵌合されており、このガイド５７が圧力制御室１Ｂの内壁に当接しながら摺動することで、バネ受け５２は圧力制御室１Ｂ内で上下移動可能となっている。そして、バネ受け５２の円筒部５２ａがストッパ管５４の大径管５４ａの下端に当接することで移動が規制される。ストッパ管５４の小径管５４ｂと蓋５３は、調整ネジ蓋５５の嵌合孔５５ａ，５５ｂにそれぞれ嵌合されており、小径管５４ｂの端部をかしめることにより、ストッパ管５４及び蓋５３が調整ネジ蓋５５に固着されている。調整ネジ蓋５５にはその周囲にネジ山５５ｃが形成されており、弁ハウジング１の取付孔１４の上部内周にはネジ山１４ａが形成されている。そして、ネジ山５５ｃ，１４ａを螺合することにより、調整ネジ蓋５５は弁ハウジング１に取り付けられている。
調整バネ５６は、ベローズ５１の回りに配置され、この調整バネ５６は一端がガイド５７に当接されるとともに他端が調整ネジ蓋５５に当接され、圧縮した状態となっている。すなわち、調整バネ５６はバネ受け５２を調整ネジ蓋５５から離間する方向に付勢している。ボール５８は弁体２の嵌合孔２ａ内に嵌合されるとともに、バネ受け５２の芯出し凹部５２ｂ内に嵌合されている。
以上の構成により、熱交換器１２０からの高圧冷媒は入口ポート１１から弁室１Ａに流入し、図１の弁閉状態ではオリフィス３２を通って出口ポート１２に流出する。また、図２の弁開状態では、高圧冷媒は弁室１Ａから弁ポート３１とオリフィス３２を通って出口ポート１２に流出する。このように、オリフィス３２または弁ポート３１を冷媒が流出することで、弁室１Ａに流入する高圧冷媒は膨張減圧される。
次に、図１の弁閉状態で、弁室１Ａと、導入孔１３によって弁室１Ａに導通されている圧力制御室１Ｂとの冷媒圧力が高くなると、圧力制御室１Ｂ内の冷媒圧力とベローズ５１の内空間５１Ａの大気圧との差圧によりベローズ５１が縦方向に圧縮され、バネ受け５２が上昇し、コイルバネ４によって付勢された弁体２とボール５８が上昇する。これにより、図２のように弁ポート３１が開かれる。この弁ポート３１と弁体２との隙間の面積すなわち弁開口面積は、圧力制御室１Ｂ内の冷媒圧力が高いほど広くなる。なお、この冷媒圧力と弁開口面積の関係は、調整バネ５６とコイルバネ４の弾性特性及びベローズ５１の弾性特性を考慮して予め設定してあり、調整ネジ蓋５５を回すことにより微調整される。
ここで、図３に示すように、弁座部３のオリフィス３２は、弁体２の外径Ｄよりも内側に形成されている。なお、オリフィス３２の位置は、弁ポート３１の回りの任意の位置に形成されていればよい。こにれより、図５に示すように、オリフィス３２を通る冷媒の流れ（矢印）による吸い込み力で、弁体２は常時一方向（図の左方向）に付勢される。したがって、弁体２の中心軸Ｌ４が、弁ポート３１の中心軸Ｌ５から傾斜したり、オリフィス３２側にずれた位置になる。したがって、弁体２は常に同じ方向から吸引された状態となり、弁体２と弁ポート３１との隙間である絞り部を通る冷媒の流れの乱れによって微少な圧力変動が発生しても、弁体２はこの圧力変動によっても微振動することがない。これにより、空気調和機自体の静音化が図れる。また、耐久性も高くなる。
また、コイルバネ４は弁体２を付勢しているが、このコイルバネ４は弁体２の外径Ｄよりも内側に配置されている。そして、このコイルバネ４を配置した位置の内側にオリフィス３２が形成されている。したがって、入口ポート１１から流入した冷媒がコイルバネ４により一部遮られ、弁室１Ａに流入する冷媒の流れが弁体２に作用する力を、弁体２の全体に対して略均一に作用させることができる。これにより、オリフィス３２の吸い込みによる弁体２の安定化への効果が大きくなる。
また、オリフィス３２は弁体２に対して入口ポート１１と反対側に形成されている。したがって、入口ポート１１から流入する冷媒が弁体２に作用する力とオリフィス３２を通る冷媒が弁体２を吸引する力とが同じ方向となるので、弁体２の安定化がさらに確実となる。
なお、参考例として、冷凍サイクルの放熱器と蒸発器との間に設けられ、前記放熱器により冷却された冷媒を減圧して前記蒸発器に送り出す膨張弁であって、前記放熱器側の冷媒の圧力に応じて伸縮する調圧部と、該調圧部の変位端部に配置され該調圧部の伸縮により変位する弁体と、該弁体の位置に応じて弁開口面積が変化する弁ポートとを備えた圧力式膨張弁において、前記調圧部は、前記放熱器からの冷媒圧力を外側に受けるベローズを有し、前記ベローズは銅合金からなり、前記ベローズは、前記調圧部の前記変位端部の変位方向を軸とし、該軸回りに回転対称の形状で、かつ、側面部の該軸を含む面での断面形状が、前記外側に対して出っ張る形状の山部と、前記外側に対して窪む形状の谷部とを、交互に配置した形状であって、前記山部の半径と前記谷部の半径との比が１．２～１．８の範囲とされていることを特徴とする圧力式膨張弁によれば、優れた効果が得られる。
このような圧力式膨張弁によれば、放熱器側の冷媒の圧力によりベローズに応力が加わるが、この応力に対してベローズの耐久性が極めて高くなることを発明者は見いだした。これにより、圧力式膨張弁自体の耐久性も極めて高くなる。
この実施形態の圧力式膨張弁１０は上記の参考例に本発明を適用したものであり、ベローズ５１は、調圧部５の変位端部であるバネ受け５２の変位方向を中心軸Ｌ３とし、このベローズ５１は中心軸Ｌ３回りに回転対称の形状で、かつ、側面部の中心軸Ｌ３を含む面での断面形状が、外側（圧力制御室１Ｂ）に対して出っ張る形状の山部５１３と、外側（圧力制御室１Ｂ）に対して窪む形状の谷部５１４とを、交互に配置した形状となっている。また、山部５１３の半径ｂと谷部５１４の半径ａとの比が１．４となっている。このベローズ５１の構成によっても、実施形態の圧力式膨張弁１０は耐久性の高いものとなっている。
なお、上記の実施形態では車載用の空気調和機に適用した例について説明したが、その他の空気調和機であってもよい。
Claims (3)
- 冷凍サイクルの放熱器と蒸発器との間に設けられ、前記放熱器により冷却された冷媒を減圧して前記蒸発器に送り出す膨張弁であって、前記放熱器側の冷媒の圧力に応じて変位する弁体と、該弁体の位置に応じて弁開口面積が変化する弁ポートと、前記放熱器側の冷媒設定圧力以下で前記弁ポートが前記弁体により全閉となっても前記蒸発器側に冷媒を送り出すためのオリフィスと、を備えた圧力式膨張弁において、
前記オリフィスを、前記弁体の外径よりも内側に設け、該オリフィスを通る冷媒の流れによって前記弁体が常時一方向に付勢されるようにしたことを特徴とする圧力式膨張弁。 - 前記弁体が、前記放熱器側の冷媒の圧力に応じて伸縮する調圧部の変位端部に配置されるとともに、前記弁体を前記変位端部に押圧するようにして該弁体を付勢するコイルバネを有し、
前記弁体の外径よりも内側に前記コイルバネを配置し、さらにその内側に前記オリフィスを設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧力式膨張弁。 - 前記放熱器側に接続される入口ポートと、前記蒸発器側に接続される出口ポートとを有し、前記オリフィスが前記弁体に対して前記入口ポートと反対側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力式膨張弁。
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