WO2011122435A1 - 膨張弁 - Google Patents

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valve body
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passage
expansion valve
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和人 小林
敏道 呉羽
亮 松田
浩 横田
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Fujikoki Corp
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Fujikoki Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F25B41/33—Expansion valves with the valve member being actuated by the fluid pressure, e.g. by the pressure of the refrigerant
    • F25B41/335—Expansion valves with the valve member being actuated by the fluid pressure, e.g. by the pressure of the refrigerant via diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/06—Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/068—Expansion valves combined with a sensor
    • F25B2341/0683—Expansion valves combined with a sensor the sensor is disposed in the suction line and influenced by the temperature or the pressure of the suction gas

Definitions

  • the present invention relates to an expansion valve that is incorporated in a refrigeration cycle and controls the flow rate of refrigerant flowing through an orifice according to the temperature of the refrigerant.
  • a high-pressure liquid-phase refrigerant from a condenser is passed through an orifice to a low pressure and sent to an evaporator (evaporator), and from the evaporator to a compressor.
  • evaporator evaporator
  • a temperature expansion valve with a built-in temperature sensing mechanism that adjusts the amount of refrigerant passing by allowing the low-pressure gas-phase refrigerant to pass through and controlling the orifice opening according to the temperature and pressure of the gas-phase refrigerant.
  • the expansion valve disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 is provided with a first passage 102 through which refrigerant from the condenser to the evaporator passes, and is provided above the first passage 102 and from the evaporator to the compressor.
  • the valve body 101 having the orifice 104 provided in the middle of the second passage 103 and the first passage 102 through which the refrigerant is directed and the valve seat 104a formed at the lower end of the orifice 104 are contacted and separated to open and close the orifice 104.
  • the flow rate of the refrigerant circulating in the refrigeration cycle is controlled according to the degree of load.
  • the attachment of the power element 107 to the valve body 101 is performed by screwing a male screw 107a formed on the power element and a female screw 101a formed on the valve body 101.
  • a male screw 107a formed on the power element and a female screw 101a formed on the valve body 101 it is necessary to thread the male screw and the female screw, which is a factor that causes an increase in the manufacturing cost of the expansion valve.
  • the valve body 101 and the power element 107 are sealed with a separate seal member 108.
  • the member 108 causes an increase in the number of parts and an increase in manufacturing cost.
  • FIG. 9 shows a longitudinal sectional view of an example of an expansion valve that solves such a problem.
  • the power element 107 is fixed to a projecting end portion 109 provided so as to protrude into the second passage 103, and a recess 110 provided on the ceiling of the second passage 103.
  • the power element 107 is disposed in the front.
  • the diaphragm driving medium enclosed in the power element 107 is less affected by the outside air temperature, so that the diaphragm driving medium accurately senses the temperature of the refrigerant flowing through the second passage 103.
  • Patent Document 2 shows a longitudinal sectional view of an example of an expansion valve that solves such a problem.
  • the power element 107 is fixed to a protruding end 109 that protrudes into the second passage 103, and a part of the protruding end 109 and the lower part of the power element 107 are below. Becomes a resistance to the refrigerant flowing through the second passage 103, causing a pressure loss of the refrigerant.
  • JP 2008-180476 A Microfilm of Japanese Utility Model Application Sho 62-85873 (Japanese Utility Model Application No. 63-196058)
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and a first object thereof is to manufacture a screw element for fixing the power element to the valve body and a seal member for sealing the periphery of the power element.
  • An object of the present invention is to provide an expansion valve capable of reducing the cost.
  • the second object of the present invention is to improve the accuracy of refrigerant flow rate control by making the power element less susceptible to outside air temperature, and to reduce the pressure loss of the low-pressure refrigerant from the evaporator to the compressor. It is to provide an expansion valve.
  • the first expansion valve according to the present invention includes a first passage through which a refrigerant from the condenser to the evaporator passes, and a refrigerant that is provided above the first passage and that is directed from the evaporator to the compressor.
  • a valve body having an orifice provided in the middle of the second passage and the first passage, a valve body for opening and closing the orifice, an operating rod slidably supported by the valve body, and the operation
  • An expansion valve having a power element for driving the valve body via a rod, the bottomed power element accommodating chamber opening at the upper end of the valve body, and the power element fixed to the upper end of the valve body And a closing member for sealing the opening of the power element accommodation chamber in an airtight state while being sandwiched between and fixed to the bottom wall of the power element accommodation chamber It is.
  • the closing member is fixed to the valve body by welding or welding in order to improve airtightness.
  • the valve body and the closing member are made of metal such as aluminum or an alloy thereof, the closing member can be fixed to the valve body by electron beam welding or laser welding.
  • the closing member when the valve body and the closing member are made of synthetic resin, the closing member can be fixed to the valve body by ultrasonic welding.
  • the second expansion valve is provided in a first passage through which a refrigerant from the condenser to the evaporator passes, and is provided above the first passage and travels from the evaporator to the compressor.
  • a valve body having an orifice provided in the middle of the second passage and the first passage through which the refrigerant passes, a valve body for opening and closing the orifice, an operating rod slidably supported by the valve body,
  • An expansion valve provided with a power element for driving the valve body through the operating rod, wherein a bottomed power element accommodating chamber for accommodating the power element is provided above the second passage,
  • the power element storage chamber and the second passage are communicated with each other.
  • the upper surface of the power element housing chamber with a closing member fixed to the valve body by welding or welding, since it is not necessary to provide a sealing member between the closing member and the valve body. .
  • the closure member is fixed to the valve body by electron beam welding or laser welding, the welded portion can be narrowed, and therefore the thickness of the peripheral wall of the power element housing chamber can be reduced. Therefore, it is preferable for reducing the size of the expansion valve.
  • a fixing structure such as a screw portion for fixing the power element to the valve body becomes unnecessary. Therefore, it is preferable.
  • a gap is formed between the closing member and the power element and between the power element and the bottom wall in a state where the closing member is fixed to the valve body, and the second passage is formed. The low-pressure refrigerant flowing through the power element can circulate around the power element through the gaps.
  • the first expansion valve according to the present invention does not use the screw fastening of the male screw and the female screw as a structure for fixing the power element to the valve body, it is possible to avoid an increase in manufacturing cost due to the formation of the screw. it can.
  • the closing member is hermetically fixed to the valve body, the power element can be sealed so that there is no leakage of refrigerant without using a sealing member, and the number of parts can be reduced by omitting the sealing member. Thus, an increase in manufacturing cost can be avoided.
  • the power element since the power element is less affected by the outside air temperature when the periphery of the power element is filled with the low-pressure refrigerant introduced from the second passage, the flow rate of the refrigerant passing through the orifice Can be controlled with high accuracy. Moreover, since the power element storage chamber is provided in a state of being separated upward from the second passage, the flow of the low-pressure refrigerant flowing through the second passage is not hindered by the power element. Pressure loss can be reduced.
  • An expansion valve 1 shown in FIG. 1 is used in a refrigeration cycle of an air conditioner such as an automobile, and is disposed inside a prismatic valve body 20 made of aluminum or the like from a refrigerant outlet of a condenser via a receiver.
  • a valve chamber 32 and an orifice 33 for adiabatically expanding the refrigerant are formed.
  • a spherical valve body 34 that opens and closes the orifice 33 in contact with and separates from a valve seat formed on the inlet side of the orifice 33 is disposed, and the valve body 34 is supported by a support member 35.
  • the support member 35 is urged in a direction approaching the valve seat by an urging force of an urging means 36 such as a compression coil spring disposed between the support member 35 and a plug 37 screwed to the lower end of the valve chamber 32.
  • a seal member such as an O-ring 37 a is interposed between the plug 37 and the valve body 20.
  • valve body 20 is formed with a through hole 22 that vertically cuts through the partition wall 21 between the first passage 30 and the second passage 31, and an operating rod 38 made of stainless steel or the like is formed in the through hole 22. Is slidably inserted. The lower end portion of the operating rod 38 is in contact with the valve body 34, and the upper end portion of the operating rod 38 is connected to a power element 40 serving as a temperature-sensitive drive unit described later.
  • the power element 40 is formed between a diaphragm 41 made of a thin metal plate such as flexible stainless steel, an upper cover 42 and a lower cover 43 that sandwich the periphery thereof, and the diaphragm 41 and the upper cover 42.
  • a diaphragm driving medium sealed in the upper pressure chamber 44 and a plug 46 for sealing an opening for injecting the diaphragm driving medium into the upper pressure chamber 44 are provided.
  • a lower pressure chamber 45 formed between the diaphragm 41 and the lower cover 43 communicates with the second passage 31 through a through hole 47 formed concentrically with the center line of the orifice 33 in the valve body 20. .
  • the refrigerant vapor from the evaporator flows through the second passage 31, and the pressure of the refrigerant acts on the lower pressure chamber 45 through the through hole 47.
  • a stopper portion 48 that comes into contact with the lower surface of the diaphragm 41. This stopper portion 48 is supported by the lower cover 43 so as to slide up and down in the lower pressure chamber 45, and an operating rod. 38 is connected to the upper end of 38.
  • the refrigerant temperature on the outlet side of the evaporator is transmitted to the upper pressure chamber 44 directly or via the stopper portion 48.
  • the pressure of the diaphragm drive medium in the upper pressure chamber 44 changes corresponding to the transmitted temperature and acts on the upper surface of the diaphragm 41.
  • the diaphragm 41 is displaced up and down due to the difference between the pressure of the diaphragm driving medium acting on the upper surface of the diaphragm 41 and the refrigerant pressure acting on the lower surface of the diaphragm 41.
  • the valve body 34 is moved closer to or away from the valve seat of the orifice 33. As a result, the refrigerant flow rate is controlled.
  • the outlet temperature of the evaporator rises, and the pressure of the upper pressure chamber 44 that receives the heat rises. Since it is pushed down, the opening of the orifice 33 increases. As a result, the amount of refrigerant supplied to the evaporator increases, and the temperature of the evaporator decreases. Conversely, when the evaporator thermal load decreases, the opening of the orifice 33 decreases and the amount of refrigerant supplied to the evaporator decreases.
  • the upper end of the through hole 22 has a large diameter, and this portion includes an O-ring that seals the periphery of the operating rod 38 in order to ensure airtightness between the first passage 30 and the second passage 31.
  • Such a sealing member (not shown) and an anti-vibration spring member 23 that stably supports the operating rod 38 from the surroundings are provided.
  • a power element storage chamber 24 is provided at the upper end of the valve body 20.
  • the power element housing chamber 24 is formed with a bottom so as to open to the upper end of the valve body 20, and is sealed by a closing member 50 fixed to the upper end of the peripheral wall 26 of the valve body 20.
  • the closing member 50 is fixed to the upper end of the peripheral wall 26 by welding or welding in order to eliminate the need for a sealing member for sealing between the valve body 20.
  • the lower surface of the closing member 50 is formed in a shape substantially matched to the surface of the upper cover 42 of the power element 40, and a plurality of convex portions 53 are circumferentially spaced at the periphery of the lower surface of the closing member 50. Is provided.
  • the convex portion 53 of the closing member 50 comes into contact with the upper cover 42, and the power element 40 is in the power element accommodation chamber 24.
  • the bottom wall 27 is pressed and fixed.
  • These convex portions 53 serve as a plurality of partial contact portions with respect to the power element 40 of the closing member 50.
  • the fixing method of the closing member 50 to the valve body 20 can be, for example, electron beam welding which is a linear heat source and can deepen the penetration.
  • electron beam welding By the electron beam welding, the valve main body 20 and the closing member 50 are heated to the melting point or higher to be melt welded.
  • the peripheral portion 52 of the closing member 50 corresponding to the peripheral wall 26 of the valve body 20 is irradiated with the electron beam B from the upper side to the lower side, and the irradiation state is maintained.
  • the irradiation position is relatively moved by rotating the valve body 20 and the closing member 50, and the peripheral portion 52 of the closing member 50 is continuously welded to the upper surface 26 a of the peripheral wall 26.
  • the closing member 50 is securely and airtightly fixed to the valve body 20, and leakage of the refrigerant to which the power element 40 is exposed can be prevented.
  • both the power element 40 and the valve body 20 need to be threaded. In the present invention, such threading is not necessary. become. Further, since the space between the closing member 50 and the valve body 20 is sealed, a sealing member such as an O-ring is not necessary. Therefore, manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the expansion valve shown in FIG. 3 is an enlarged perspective view showing a part of the bottom wall 27 of the power element accommodating chamber 24 shown in FIG. 1, and FIG. 4 is an enlarged perspective view showing the power element 40 of the expansion valve shown in FIG. is there.
  • the bottom wall 27 is provided with a plurality of recesses 61 that are radially formed around the central through hole 47 and communicate with the through hole 47.
  • a support portion 62 is formed between the adjacent recesses 61, and the lower cover 43 of the power element 40 is received by the bottom wall 27 of the power element accommodation chamber 24 by the plurality of partial support portions 62. Supported.
  • the end surface 63 of the recess 61 is an inclined surface between the adjacent support portions 62 and 62, and a gap 64 (see FIG. 4) is formed between the lower cover 43 and the through hole 47 and the power through the gap 64.
  • the element storage chamber 24 communicates with the element storage chamber 24. Therefore, the refrigerant flowing through the second passage 31 is introduced into the power element accommodation chamber 24 through the recess 61 as indicated by an arrow in FIG.
  • a plurality of recesses 61 are provided in the bottom wall 27 of the power element accommodation chamber 24.
  • a recess similar to the recess 61 may be provided on the side facing the bottom wall 27.
  • a similar recess can be provided on the side of the lower cover 43 facing the bottom wall 27.
  • a member formed in a waveform in the circumferential direction may be interposed between the bottom wall 27 and the lower cover 43 to provide the same effect as the concave portion 61.
  • circulates between the closing member 50 and the upper cover 42 is formed by providing a recessed part in the closing member 50 or the upper cover 42. It may be. Further, a member that is corrugated in the circumferential direction is interposed between the upper cover 42 and the closing member 50, thereby forming a gap through which the refrigerant flows between the closing member 50 and the upper cover 42. Good.
  • the periphery of the power element 40 is filled with the low-pressure refrigerant introduced from the second passage 31 into the power element accommodating chamber 24, and the power element 40 is less susceptible to the outside air temperature.
  • the flow rate of the refrigerant passing through 33 can be controlled with high accuracy.
  • the power element storage chamber 24 is provided in a state of being separated upward from the second passage 31, so that the power element 40 does not protrude into the second passage 31 and the inner surface of the second passage 31 is substantially flat. Since the flow of the low-pressure refrigerant flowing through the second passage 31 is not hindered, the pressure loss of the low-pressure refrigerant can be reduced.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the expansion valve according to the present invention
  • FIG. 6 is an enlarged sectional view showing a part of the expansion valve shown in FIG.
  • the same reference numerals as those used in FIG. 1 are used for the same portions as the elements and portions of the embodiment shown in FIG.
  • the closing member 50 is formed so as to be fitted inside a cylindrical peripheral wall 26 formed on the upper surface of the valve body 20.
  • laser light is irradiated over the entire circumference from the direction of L 1 or L 2 shown in FIG. 6, and the closing member 50 is fixed to the peripheral wall 26 by welding.
  • An annular convex portion 53 formed on the lower surface of the closing member 50 abuts on the upper cover 42 of the power element 40, whereby the power element 40 is pressed and fixed onto the bottom wall 27 of the power element accommodation chamber 24.
  • a plurality of concave portions are provided on the lower surface of the convex portion 53 at intervals in the circumferential direction, and a gap 54 is formed between the lower portion and the upper cover 42.
  • the lower cover 43 of the power element 40 is formed in a narrow wedge-shaped annular shape, and the inner peripheral portion thereof is opposed to the outer peripheral portion of the stopper portion 48 at a radial interval.
  • a plurality of recesses are provided on the lower surface of the lower cover 43 at intervals in the circumferential direction, and a gap 43 a is formed between the lower cover 43 and the bottom wall 27 of the power element storage chamber 24.
  • the stopper portion 48 is accommodated in a recess 28 formed in the valve body 20.
  • the stopper portion 48 is composed of a large-diameter portion and a small-diameter portion formed on the lower surface thereof.
  • the lower surface of the large-diameter portion is provided with a plurality of concave portions at intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of gaps 48a are formed.
  • the low-pressure refrigerant flowing through the second passage 31 flows into the power element accommodation chamber 24 through the through hole 47 and the gap 48a, and flows around the power element 40 through the gaps 43a and 54.
  • the stopper portion 48 is positioned downward by the lower cover 43 of the power element 40, whereas in this embodiment, this positioning is performed by the recess 28 formed in the valve body 20. Since it is performed on the bottom surface, the height of the expansion valve can be made smaller than in the embodiment of FIG. In addition, since the lower cover 43 is not sandwiched between the valve body 20 and the stopper portion 48, variations in the thickness of the lower cover 43 do not affect the position of the diaphragm 41. Therefore, since the position of the diaphragm 41 is determined only by the cutting of the valve body 20 and the processing accuracy of the stopper portion 48, variation in performance can be reduced.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which the valve body and the closing member are made of resin.
  • the same reference numerals as those used in FIG. 1 are used for parts equivalent to the elements and parts of the embodiment shown in FIG.
  • the closure member 50 can be fixed to the valve body 20 by, for example, ultrasonic welding.
  • the upper end of the cylindrical peripheral wall 56 of the valve body 20 is configured in a concentric stepped structure, and the peripheral portion 57 is formed in a stepped structure so that the closing member 50 is fitted into the stepped structure. It is configured.
  • a plurality of convex portions 58 are provided in the peripheral edge portion of the lower surface of the closing member 50 at intervals in the circumferential direction, the power element 40 is accommodated in the power element accommodating chamber 24, and the peripheral edge portion of the closing member 50 is defined as the peripheral wall 56. Then, the convex portion 58 of the closing member 50 comes into contact with the upper cover 42, and the power element 40 is pressed and fixed onto the bottom wall 27 of the power element housing chamber 24.
  • the ultrasonic wave S is continuously applied in the circumferential direction from above the peripheral portion 57 of the closing member 50, whereby the resin is continuously melted at the fitting portion of the step structure of the closing member 50 and the peripheral wall 56. Done.
  • the closing member 50 is securely and airtightly fixed to the valve body 20, and leakage of the refrigerant to which the power element 40 is exposed can be prevented. Also in the present embodiment, the threading of the power element 40 and the valve main body 20 is unnecessary, and the sealing member between the closing member 50 and the valve main body 20 is also unnecessary, so that the manufacturing cost can be reduced.

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Abstract

　弁本体２０の上端に形成された有底のパワーエレメント収容室２４の上端開口は弁本体の上端に電子ビーム溶接等により固着される閉鎖部材５０により気密状態に密閉される。パワーエレメント４０は、閉鎖部材の下面に設けられた凸部５３とパワーエレメント収容室の底壁２７との間に挟み込まれて固定される。パワーエレメントと弁本体にねじ加工を行う必要がなく、パワーエレメントの周囲にシール部材を設ける必要がないので、部品点数及び製品コストを低減することができる。第２の通路３１を流れる低圧冷媒は、弁本体２０の貫通孔４７を通じてパワーエレメント収容室２４に導入される。パワーエレメント４０は、周囲が冷媒で満たされて外気温度の影響を受けにくくなり、冷媒流量制御の精度を向上する。また、パワーエレメント収容室２４は第２の通路３１よりも上方に設けられているので、第２の通路３１を流れる低圧冷媒の圧損を小さくすることができる。

Description

膨張弁
　本発明は、冷凍サイクルに組み入れられて冷媒の温度に応じてオリフィスを流れる冷媒の流量を制御する膨張弁に関する。
　自動車に搭載される空調装置等の冷凍サイクルにおいては、コンデンサ（凝縮器）からの高圧の液相冷媒を、オリフィスを通過させることで低圧にしてエバポレータ（蒸発器）に送るとともに、エバポレータからコンプレッサに戻る低圧の気相冷媒を通過させて、その気相冷媒の温度と圧力に応じてオリフィスの開度を制御することにより、冷媒の通過量を調整する感温機構内蔵型の温度膨張弁が使用されている（特許文献１参照）。
　上記の特許文献１に開示されている膨張弁は、図８に示すように、コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路１０２、この第１の通路１０２の上方に設けられエバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路１０３及び第１の通路１０２の途中に設けられたオリフィス１０４を有する弁本体１０１と、オリフィス１０４の下端に形成された弁座１０４ａに接離してオリフィス１０４を開閉する弁体１０５と、弁本体１０１に摺動自在に支持された作動棒１０６と、第２の通路１０３の上方に設けられ作動棒１０６を介して弁体１０５を駆動するパワーエレメント１０７とを備えており、負荷の程度に応じて冷凍サイクルを循環する冷媒の流量を制御している。
　パワーエレメント１０７の弁本体１０１への取付けについては、パワーエレメントに形成された雄ねじ１０７ａと弁本体１０１に形成された雌ねじ１０１ａとの螺合により行われている。この場合、雄ねじと雌ねじのねじ加工が必要であるが、このねじ加工は膨張弁の製造コスト上昇をもたらす要因となっている。また、パワーエレメント１０７と弁本体１０１の間から気相冷媒が外部に漏れるのを防止するために弁本体１０１とパワーエレメント１０７との間を別部品のシール部材１０８でシールしており、このシール部材１０８が部品点数の増加と製造コストの上昇の要因となっている。
　ところで、従来の一般的な膨張弁においては、パワーエレメントは、弁本体の外部に露出するように設けられているため、作動棒を駆動するダイアフラム駆動媒体を充填した圧力室が外気温度の影響を受け易く、エバポレータから出た冷媒の温度変化に対する応答性が低下するという問題がある。
　図９には、こうした問題の解決を図った膨張弁の一例の縦断面図が示されている。図９に示す膨張弁においては、図８に示す膨張弁の構成要素と同等のものには同じ符号を付して、再度の説明を省略する。図９に示す膨張弁においては、パワーエレメント１０７が第２の通路１０３内に突出して設けられている突端部１０９に対して固着されており、第２の通路１０３の天井に設けた凹所１１０にパワーエレメント１０７を配設している。このように構成することで、パワーエレメント１０７内部に封入されたダイアフラム駆動媒体が外気温度の影響を受けにくくなるため、ダイアフラム駆動媒体が第２の通路１０３を流れる冷媒の温度を忠実に感知するようになり、正確な冷媒流量制御を行うことができる（特許文献２）。
　しかしながら、この膨張弁においては、パワーエレメント１０７が第２の通路１０３内に突出して設けられている突端部１０９に対して固着されており、この突端部１０９及びパワーエレメント１０７の下側の一部が第２の通路１０３を流れる冷媒に対して抵抗となるため、当該冷媒の圧損を招いている。
特開２００８－１８０４７６号公報 実願昭６２－８５８７３号（実開昭６３－１９６０５８号）のマイクロフィルム
　本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、パワーエレメントを弁本体に固着するためのねじ加工やパワーエレメントの周囲をシールするシール部材を不要にして製造コストの低減を図ることができる膨張弁を提供することにある。　
　また、本発明の第２の目的は、パワーエレメントが外気温度の影響を受けにくくすることにより冷媒流量制御の精度向上を図るとともに、エバポレータからコンプレッサへ向かう低圧冷媒の圧力損失を低減することができる膨張弁を提供することにある。
　上記第１の目的を達成するため、本発明による第１の膨張弁は、コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路、該第１の通路の上方に設けられエバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路及び前記第１の通路の途中に設けられたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを開閉する弁体と、前記弁本体に摺動自在に支持された作動棒と、該作動棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントとを備えた膨張弁であって、前記弁本体の上端に開口する有底のパワーエレメント収容室と、前記弁本体の上端に固着され前記パワーエレメントを前記パワーエレメント収容室の底壁との間に挟み込んで固定するとともに前記パワーエレメント収容室の開口を気密状態に密閉する閉鎖部材とを設けたことを特徴としている。
　本発明による第１の膨張弁において、気密性の向上のために閉鎖部材を溶接又は溶着により弁本体に固着するのが好ましい。そして、弁本体と閉鎖部材がアルミニウム又はその合金等の金属製である場合には、閉鎖部材を電子ビーム溶接又はレーザー溶接により弁本体に固着することができる。
　また、本発明による第１の膨張弁において、弁本体と閉鎖部材が合成樹脂製である場合には、閉鎖部材を超音波溶着により弁本体に固着することができる。
　また、上記第２の目的を達成するため、本発明による第２の膨張弁は、コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路、該第１の通路の上方に設けられエバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路及び前記第１の通路の途中に設けられたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを開閉する弁体と、前記弁本体に摺動自在に支持された作動棒と、該作動棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントとを備えた膨張弁であって、前記第２の通路の上方に前記パワーエレメントを収容する有底のパワーエレメント収容室を設けるとともに、該パワーエレメント収容室と前記第２の通路とを連通させたことを特徴としている。
　この場合、前記弁本体に溶接又は溶着により固着される閉鎖部材により前記パワーエレメント収容室の上面を密閉するようにすると、前記閉鎖部材と前記弁本体の間にシール部材を設ける必要がなくなるので好ましい。この場合、前記閉鎖部材を電子ビーム溶接又はレーザー溶接により前記弁本体に固着するようにすると、溶接部を幅狭にすることができるため、パワーエレメント収容室の周壁の厚みを小さくすることができるので、膨張弁を小型化するうえで好ましい。
　また、前記閉鎖部材が前記パワーエレメントを前記パワーエレメント収容室の底壁との間に挟み込んで固定するようにすると、前記パワーエレメントを前記弁本体に固定するねじ部等の固定構造が不要になるので好ましい。この場合、例えば、前記閉鎖部材を前記弁本体に固着した状態で前記閉鎖部材と前記パワーエレメントとの間及び前記パワーエレメントと前記底壁との間にそれぞれ隙間が形成され、前記第２の通路を流れる低圧冷媒が前記各隙間を介して前記パワーエレメントの周囲に流通するように構成することができる。
　本発明による第１の膨張弁は、パワーエレメントを弁本体に固着する構造として雄ねじと雌ねじとのねじ締結を用いていないので、ねじを形成することに起因した製造コストの上昇を回避することができる。また、閉鎖部材を弁本体に気密的に固着するので、シール部材を用いなくてもパワーエレメントの周囲を冷媒漏れがないようにシールすることができ、シール部材を省略して部品点数を低減し、製造コスト上昇を回避することができる。
　本発明による第２の膨張弁は、パワーエレメントの周囲が第２の通路から導入される低圧冷媒で満たされることにより、パワーエレメントが外気温度の影響を受けにくくなるため、オリフィスを通過する冷媒流量を高精度に制御することができる。また、パワーエレメント収容室が第２の通路から上方に離れた状態で設けられることで、第２の通路を流れる低圧冷媒の流れがパワーエレメントにより阻害されないため、従来の膨張弁よりも低圧冷媒の圧損を小さくすることができる。
本発明による膨張弁の一実施例を示す縦断面図である。 図１に示す膨張弁の一部を拡大して示す断面図である。 図１に示すパワーエレメント収容室の底壁の一部を拡大して示す斜視図である。 図１に示す膨張弁のパワーエレメントを拡大して示す斜視図である。 本発明による膨張弁の別の実施例を示す縦断面図である。 図５に示す膨張弁の一部を拡大して示す断面図である。 本発明による膨張弁の更に別の実施例を示す縦断面図である。 従来の膨張弁の一例を示す断面図である。 従来の膨張弁の別の例を示す縦断面図である。
　以下、添付した図面に基づいて、本発明による膨張弁の実施例を説明する。図１に示す膨張弁１は、自動車等の空気調和装置の冷凍サイクルにおいて用いられるものであって、アルミニウム等からなる角柱状の弁本体２０の内部には、コンデンサの冷媒出口からレシーバを介してエバポレータの冷媒入口へと向かう冷媒が通過する高圧側通路となる第１の通路３０と、エバポレータの冷媒出口からコンプレッサの冷媒入口へと向かう冷媒が通過する第２の通路３１とが上下に相互に離間して形成されている。
　第１の通路３０の途中には、弁室３２と、冷媒を断熱膨張させるためのオリフィス３３とが形成されている。弁室３２内には、オリフィス３３の入口側に形成された弁座に接離してオリフィス３３を開閉する球状の弁体３４が配置され、この弁体３４は支持部材３５により支持されている。支持部材３５は弁室３２の下端に螺着されたプラグ３７との間に配置された圧縮コイルばねの如き付勢手段３６の付勢力によって、弁座に接近する方向に付勢されている。プラグ３７と弁本体２０との間にはＯリング３７ａのようなシール部材が介装されている。
　さらに、弁本体２０には、第１の通路３０と第２の通路３１との間の隔壁２１を縦断する貫通孔２２が形成されており、この貫通孔２２にはステンレス等からなる作動棒３８が摺動自在に挿通されている。この作動棒３８の下端部は弁体３４に当接しており、作動棒３８の上端部は後述する感温駆動部となるパワーエレメント４０に連結されている。
　パワーエレメント４０は、可撓性のあるステンレス等の金属製薄板からなるダイアフラム４１と、その周辺部を挟持する上カバー４２及び下カバー４３と、ダイアフラム４１と上カバー４２との間に形成される上部圧力室４４に封入されるダイアフラム駆動媒体と、上部圧力室４４にダイアフラム駆動媒体を注入する開口部を密閉する栓４６とを備えている。ダイアフラム４１と下カバー４３の間に形成される下部圧力室４５は、弁本体２０にオリフィス３３の中心線に対して同心的に形成された貫通孔４７を通じて第２の通路３１に連通されている。第２の通路３１にはエバポレータからの冷媒蒸気が流れ、その冷媒の圧力が貫通孔４７を通じて下部圧力室４５に作用する。下部圧力室４５内にはダイアフラム４１の下面に当接するストッパ部４８が設けられており、このストッパ部４８は、下部圧力室４５内を上下に摺動すべく下カバー４３に支持され、作動棒３８の上端部に連結されている。
　エバポレータの出口側冷媒温度は、直接に又はストッパ部４８を介して上部圧力室４４へ伝達される。上部圧力室４４中のダイアフラム駆動媒体の圧力は伝達される温度に対応して変化し、ダイアフラム４１の上面に作用する。ダイアフラム４１はその上面に作用するダイアフラム駆動媒体の圧力とダイアフラム４１の下面に作用する冷媒圧力との差により上下に変位し、その中心部の上下への変位は作動棒３８を介して弁体３４に伝達され、弁体３４をオリフィス３３の弁座に対して接近または離間させる。この結果、冷媒流量が制御されることとなる。例えば、エバポレータの熱負荷が増加すると、エバポレータの出口温度が高くなって、その熱を受けた上部圧力室４４の圧力が高くなり、それに応じて作動棒３８が下方へ駆動されて弁体３４を押し下げるため、オリフィス３３の開度が大きくなる。これによりエバポレータへの冷媒の供給量が多くなり、エバポレータの温度が低下する。逆にエバポレータの熱負荷が減少すると、オリフィス３３の開度が小さくなってエバポレータへの冷媒の供給量が減少する。
　貫通孔２２の上端は大径となっており、この部分には、第１の通路３０と第２の通路３１の間の気密性を確保するために作動棒３８の周囲をシールするＯリングのような密封部材（図示せず）と、作動棒３８を周囲から安定して支持する防振用のばね部材２３とが設けられている。
　弁本体２０の上端にはパワーエレメント収容室２４が設けられている。このパワーエレメント収容室２４は、弁本体２０の上端に開口するように有底に形成され、弁本体２０の周壁２６の上端に固着された閉鎖部材５０により密閉されている。閉鎖部材５０は、弁本体２０との間をシールするシール部材を不要とするために溶接又は溶着により周壁２６の上端に固着される。
　閉鎖部材５０の下面は、パワーエレメント４０の上カバー４２の表面に略合わせた形状に形成されており、閉鎖部材５０の下面の周縁部には周方向に間隔をおいて複数の凸部５３が設けられている。パワーエレメント収容室２４にパワーエレメント４０を収容し、閉鎖部材５０の周縁部を周壁２６に固着すると、閉鎖部材５０の凸部５３が上カバー４２に当接し、パワーエレメント４０がパワーエレメント収容室２４の底壁２７上に押圧されて固定される。これらの凸部５３は、閉鎖部材５０のパワーエレメント４０に対する複数の部分的な当接部となっている。
　閉鎖部材５０の弁本体２０に対する固着方法は、例えば、線状の熱源であって溶け込みを深くすることができる電子ビーム溶接とすることができる。電子ビーム溶接によって、弁本体２０及び閉鎖部材５０は融点以上に加熱されて溶融溶接がなされる。本実施例の場合、電子ビーム溶接は、弁本体２０の周壁２６に対応する閉鎖部材５０の周縁部５２をその上方から下方向に向かって電子ビームＢを照射し、その照射状態を維持しながら弁本体２０と閉鎖部材５０とを回転させることで照射位置を相対的に移動して、閉鎖部材５０の周縁部５２を周壁２６の上面２６ａに対して連続的に溶接することで行われる。
　電子ビーム溶接を用いると、幅狭の領域での溶接が可能であるため、周壁２６の厚みを小さくすることができる。これによって、弁本体２０におけるパワーエレメント収容室２４が設けられた部分の横幅を小さくできるため、弁本体２０の側面を全高に亘ってストレートな面とすることができ、冷凍サイクルにおける膨張弁周りの配管の取り付けに支障が無くなるとともに膨張弁の小型化を図ることができる。
　上記の周方向に連続的な溶接によって、閉鎖部材５０は弁本体２０に確実に且つ気密的に固定され、パワーエレメント４０が曝される冷媒の漏れを防止することができる。従来のようにパワーエレメント４０を弁本体２０にねじ締結で固着する場合には、パワーエレメント４０及び弁本体２０の両方にねじ加工が必要であったが、本発明ではそのようなねじ加工が不要になる。また、閉鎖部材５０と弁本体２０の間がシールされるので、Ｏリングのようなシール部材も不要になる。よって、製造コストを低減することができる。
　図２は、図１に示す膨張弁の一部を拡大して示す断面図である。図３は図１に示すパワーエレメント収容室２４の底壁２７の一部を拡大して示す斜視図であり、図４は図１に示す膨張弁のパワーエレメント４０を拡大して示す斜視図である。
　図３に示すように、底壁２７には、中央の貫通孔４７の周囲において放射状に形成されるとともに貫通孔４７に連通する複数の凹部６１が設けられている。そして、隣り合う凹部６１間には支持部６２が形成されており、パワーエレメント４０の下カバー４３は、これらの複数の部分的な支持部６２によってパワーエレメント収容室２４の底壁２７に受け止められて支持される。隣り合う支持部６２，６２間において凹部６１の端面６３は傾斜面となっていて下カバー４３との間に隙間６４（図４参照）を形成しており、この隙間６４を通じて貫通孔４７とパワーエレメント収容室２４とが連通している。したがって、第２の通路３１を流れる冷媒は、図２に矢印で示すように、凹部６１を通じてパワーエレメント収容室２４に導入される。
図２に示す実施例では、パワーエレメント収容室２４の底壁２７に複数の凹部６１を設けているが、これに代えて、パワーエレメント４０の下カバー４３を十分な厚みに形成する場合には、下カバー４３において、底壁２７に面する側に凹部６１と同様の凹部を設けてもよい。また、底壁２７に形成する複数の凹部６１に加えて、下カバー４３の底壁２７に面する側にも同様の凹部を設けることができる。更に、周方向に波形に形成されている部材を底壁２７と下カバー４３との間に介在させることで、凹部６１と同様の効果を持たせるようにしてもよい。
　図４に示すように、閉鎖部材５０（二点鎖線で示す）の下面に設けられた凸部５３がパワーエレメント４０の上カバー４２の上面周縁部に当接した状態で凸部５３間に隙間５４が形成され、凹部６１からパワーエレメント収容室２４内に流入する低圧冷媒はこの隙間５４を通じて閉鎖部材５０とパワーエレメント４０の間の空間に流入する。上カバー４２及び下カバー４３は、凸部５３及び支持部６２に当接している箇所以外は低圧冷媒が接触することになるため、上部圧力室４４内のダイアフラム駆動媒体が外気温の影響を受けにくい。
なお、閉鎖部材５０に形成する複数の凸部５３に代えて、閉鎖部材５０又は上カバー４２に凹部を設けることで、閉鎖部材５０と上カバー４２の間に冷媒が流通する隙間を形成するようにしてもよい。更に、周方向に波形に形成されている部材を上カバー４２と閉鎖部材５０の間に介在させることにより、閉鎖部材５０と上カバー４２の間に冷媒が流通する隙間を形成するようにしてもよい。
　以上のように、パワーエレメント４０の周囲が第２の通路３１からパワーエレメント収容室２４に導入される低圧冷媒で満たされることになり、パワーエレメント４０が外気温度の影響を受けにくくなるため、オリフィス３３を通過する冷媒流量を高精度に制御することができる。また、パワーエレメント収容室２４が第２の通路３１から上方に離れた状態で設けられており、パワーエレメント４０が第２の通路３１内に張り出さないとともに第２の通路３１の内面をほぼ平坦にすることができるため、第２の通路３１を流れる低圧冷媒の流れが阻害されることがないので、低圧冷媒の圧損を小さくすることができる。
　図５は本発明による膨張弁の別の実施例を示す縦断面図であり、図６は図５に示す膨張弁の一部を拡大して示す断面図である。本実施例において、図１に示す実施例の要素及び部位と同等の部位には、図１で用いたのと同じ符号を用いることで重複する説明を省略する。
　この膨張弁においては、閉鎖部材５０が弁本体２０の上面に形成された円筒状の周壁２６の内側に嵌合するように形成されている。閉鎖部材５０が周壁２６に嵌合した状態で、図６に示すＬ１又はＬ２の方向からレーザー光が全周にわたって照射され、閉鎖部材５０が周壁２６に溶接固定される。閉鎖部材５０の下面に形成された環状の凸部５３がパワーエレメント４０の上カバー４２に当接し、これによってパワーエレメント４０がパワーエレメント収容室２４の底壁２７上に押圧固定される。凸部５３の下面には、周方向に間隔をおいて複数の凹部が設けられ、上カバー４２との間に隙間５４を形成している。
また、この膨張弁では、パワーエレメント４０の下カバー４３が幅の小さい断面楔形の環状に形成されており、その内周部はストッパ部４８の外周部と径方向に間隔をおいて対向している。下カバー４３の下面には、周方向に間隔をおいて複数の凹部が設けられ、パワーエレメント収容室２４の底壁２７との間に隙間４３ａを形成している。そして、ストッパ部４８は、弁本体２０に形成された凹部２８に収容されている。ストッパ部４８は、大径部とその下面に形成された小径部とから成り、大径部の下面には、周方向に間隔をおいて複数の凹部が設けられ、凹部２８の底面との間に複数の隙間４８ａを形成している。第２の通路３１を流れる低圧冷媒は、貫通孔４７、隙間４８ａを介してパワーエレメント収容室２４に流入し、隙間４３ａ及び５４を介してパワーエレメント４０の周囲に流通する。
　図１に示す実施例では、ストッパ部４８の下方への位置決めをパワーエレメント４０の下カバー４３で行っているのに対し、本実施例では、この位置決めを弁本体２０に形成された凹部２８の底面で行っているので、図１の実施例よりも膨張弁の高さを小さくすることができる。また、弁本体２０とストッパ部４８との間に下カバー４３を挟み込んでいないため、下カバー４３の厚みのバラツキがダイアフラム４１の位置に影響を与えることがない。したがって、弁本体２０の切削加工とストッパ部４８の加工精度のみによってダイアフラム４１の位置が決まることになるので、性能のバラツキを少なくすることができる。
図７は弁本体及び閉鎖部材を樹脂製とした実施例である。図１に示す実施例の要素及び部位と同等の部位には、図１で用いたのと同じ符号を用いることで再度の説明を省略する。図７に示す膨張弁５５においては、弁本体２０への閉鎖部材５０の固着は例えば超音波溶着で行うことができる。
　この膨張弁５５においては、弁本体２０の円筒状の周壁５６の上端は同心状の段差構造に構成されており、閉鎖部材５０はこの段差構造に嵌合するように、周縁部５７が段差構造に構成されている。閉鎖部材５０の下面の周縁部には周方向に間隔をおいて複数の凸部５８が設けられており、パワーエレメント収容室２４にパワーエレメント４０を収容し、閉鎖部材５０の周縁部を周壁５６に固着すると、閉鎖部材５０の凸部５８が上カバー４２に当接し、パワーエレメント４０がパワーエレメント収容室２４の底壁２７上に押圧されて固定される。超音波溶着は、閉鎖部材５０の周縁部５７の上方から超音波Ｓを周方向に連続して作用させることにより、閉鎖部材５０と周壁５６の段差構造の嵌合部において樹脂が連続溶融されて行われる。
　上記の周方向に連続的な溶着によって、閉鎖部材５０は弁本体２０に確実に且つ気密的に固定され、パワーエレメント４０が曝される冷媒の漏れを防止することができる。本実施例においても、パワーエレメント４０及び弁本体２０のねじ加工が不要で、閉鎖部材５０と弁本体２０の間のシール部材も不要であるため、製造コストを低減することができる。
　なお、上記の各実施例において、閉鎖部材を弁本体に固着する手段として電子ビーム溶接、超音波溶着、レーザー溶接を用いた場合について説明したが、これに代えて、ＴＩＧ溶接等、溶接するべき材料（同種金属同士のみならず異種金属同士）に応じて、種々の公知の手段を用いることができる。
　以上、本発明の具体的な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施例に種々の改変を施すことができる。

Claims (9)

  1. 　コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路、該第１の通路の上方に設けられエバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路及び前記第１の通路の途中に設けられたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを開閉する弁体と、前記弁本体に摺動自在に支持された作動棒と、該作動棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントとを備えた膨張弁において、
    　前記弁本体の上端に開口する有底のパワーエレメント収容室と、前記弁本体の上端に固着され前記パワーエレメントを前記パワーエレメント収容室の底壁との間に挟み込んで固定するとともに前記パワーエレメント収容室の開口を気密状態に密閉する閉鎖部材とを設けたことを特徴とする膨張弁。
  2. 　前記閉鎖部材が溶接又は溶着により前記弁本体に固着されることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
  3. 　前記弁本体と前記閉鎖部材が金属製であり、前記閉鎖部材が電子ビーム溶接又はレーザー溶接により前記弁本体に固着されることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
  4. 　前記弁本体と前記閉鎖部材が合成樹脂製であり、前記閉鎖部材が超音波溶着により前記弁本体に固着されることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
  5. 　コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路、該第１の通路の上方に設けられエバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路及び前記第１の通路の途中に設けられたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを開閉する弁体と、前記弁本体に摺動自在に支持された作動棒と、該作動棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントとを備えた膨張弁において、
    　前記第２の通路の上方に前記パワーエレメントを収容する有底のパワーエレメント収容室を設けるとともに、該パワーエレメント収容室と前記第２の通路とを連通させたことを特徴とする膨張弁。
  6. 　前記弁本体に溶接又は溶着により固着される閉鎖部材により前記パワーエレメント収容室の上面が密閉されることを特徴とする請求項５記載の膨張弁。
  7. 　前記弁本体と前記閉鎖部材が金属製であり、前記閉鎖部材が電子ビーム溶接又はレーザー溶接により前記弁本体に固着されることを特徴とする請求項６記載の膨張弁。
  8. 　前記閉鎖部材が前記パワーエレメントを前記パワーエレメント収容室の底壁との間に挟み込んで固定することを特徴とする請求項５又は６記載の膨張弁。
  9. 　前記閉鎖部材を前記弁本体に固着した状態で前記閉鎖部材と前記パワーエレメントとの間及び前記パワーエレメントと前記底壁との間にそれぞれ隙間が形成され、前記第２の通路を流れる低圧冷媒が前記各隙間を介して前記パワーエレメントの周囲に流通するように構成したことを特徴とする請求項８記載の膨張弁。
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