WO2013128529A1

WO2013128529A1 - 膨張弁および冷凍サイクル

Info

Publication number: WO2013128529A1
Application number: PCT/JP2012/007931
Authority: WO
Inventors: 龍福島; 水野　秀一; 照之堀田; 健一藤原; 松田　亮; 横田　浩
Original assignee: 株式会社デンソー; 株式会社不二工機
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-09-06
Also published as: JP2013178060A

Abstract

　蒸発器（６）で蒸発したガス冷媒が通過する第２の通路（４０）の内周壁面（４０ａ）のうちの軸方向の下側内周壁面部に大径孔（１６）が凹設され、貫通孔（１７）の上端より突き出る作動棒（１９）の一端側が大径孔（１６）の内部を通って第２の通路（４０）の内部まで延設されている。よって、感温棒（１８）は、作動棒（１９）に対向する軸方向の端面（１８ａ）が、第２の通路（４０）の内部で作動棒（１９）の端面（１９ｅ）に当接している。また、作動棒（１９）の一端側の端部（１９ｄ）には、貫通孔（１７）と作動棒（１９）との間の摺動隙間（１７ａ）を通って第２の通路（４０）へ噴出する液冷媒が感温棒（１８）に衝突することを抑制する遮蔽カバー（２２）が取り付けられている。

Description

膨張弁および冷凍サイクル

関連出願の相互参照

　本開示は、２０１２年２月２９日に出願された日本国特許出願第２０１２－４２９９４号に基づくものであり、この開示をもってその内容を本明細書中に開示したものとする。

　本開示は、膨張弁と、該膨張弁を備える冷凍サイクルに関する。

　従来、空調装置の冷凍サイクルに使用される外部均圧式の膨張弁が知られている。

　例えば、特許文献１に開示された膨張弁は、いわゆるボックス型と呼ばれるもので、図１３（ａ）に示す様に、蒸発器に向かって冷媒が通過する第１の通路１００と、蒸発器から圧縮機に戻る冷媒が通過する第２の通路１１０と、ガス冷媒が封入されたダイヤフラム室１２０と、第１の通路１００に設けられる絞り孔１３０の開度を調整する弁体１４０と、第２の通路１１０を流れる冷媒の温度を感知してダイヤフラム室１２０のガス冷媒に伝達する感温棒１５０と、この感温棒１５０の動きを弁体１４０に伝達する作動棒１６０等より構成され、蒸発器の出口温度（冷媒の過熱度）が一定となるように、弁体１４０のリフト量が調節される。

　この膨張弁は、蒸発器の入口と出口との圧力差（外均差圧と呼ぶ）により、第１の通路１００から第２の通路１１０へ冷媒が漏れることを防止するために、図１３（ｂ）に示す様に、感温棒１５０の外周面に凹設された周溝にＯリング１７０が装着され、このＯリング１７０によって、感温棒１５０を収納する収納孔１８０とのクリアランスが気密にシールされている。

　ところで、近年、小型の冷媒噴射装置であるエジェクタを搭載した冷凍サイクルシステム（ＥＣＳ：Ejector Cycle Systemと呼ぶ）が開発されている。このＥＣＳでは、エジェクタを搭載していない従来の冷凍サイクルと比較して、蒸発器の入口と出口との圧力差（外均差圧）が大きくなる。このため、従来のように、感温棒１５０と収納孔１８０とのクリアランスをＯリング１７０でシールする構造では、Ｏリング１７０が外均差圧により押されることで、図１３（ｂ）に示す様に、感温棒１５０に閉弁方向（図示矢印方向）の力が作用するため、弁開度の制御性が悪化する。また、外均差圧により押されたＯリング１７０が感温棒１５０と収納孔１８０とのクリアランスに噛み込むことにより、Ｏリング１７０の耐久性が低下する。

日本国特開２００３－３０２１２５号公報（ＵＳ２００３／０１８９１０４Ａ１に対応）

　本開示は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、Ｏリングを使用することなく、蒸発器をバイパスする漏れ冷媒を抑制できる膨張弁を提供することにある。さらに、本開示の別の目的は、上記の膨張弁を備えた冷凍サイクルを提供することにある。

　本開示の第１の態様では、ダイヤフラム作動部、第１の通路、第２の通路、弁本体、感温棒、作動棒および弁体を備える冷凍サイクル用の膨張弁を提供する。ダイヤフラム作動部は、ダイヤフラムによって閉じられ、温度に応じて圧力が変化する作動ガスが封入されたダイヤフラム室を形成している。ダイヤフラムは、ダイヤフラム室内に封入された作動ガスの圧力変化に応じて軸方向に変位する。第１の通路は、冷凍サイクルの蒸発器に送られる冷媒が通過する絞り孔、冷媒の流れ方向において絞り孔より上流側に設けられた入口ポート、および冷媒の流れ方向において絞り孔より下流側に設けられた出口ポートを有する。第２の通路には、蒸発器から冷凍サイクルの圧縮機に戻る冷媒が通過する。弁本体は、第１の通路および第２の通路を形成すると共に、軸方向に穿設されて出口ポートと第２の通路との間を連通する貫通孔を有する。感温棒は、軸方向に延びるとともに、第２の通路内に露出され、第２の通路を流れる冷媒の温度をダイヤフラムに伝達する。作動棒は、弁本体の貫通孔に摺動自在に挿通されている。作動棒には、ダイヤフラムが軸方向に変位した際、ダイヤフラムの軸方向における変位が感温棒を介して伝達される。弁体は、作動棒の動きに連動して絞り孔を通過する冷媒の流量を調整する。

　この第１の態様では、第２の通路の内周壁面には、弁本体の貫通孔に連通して、該貫通孔から延出する作動棒の一部を収容する大径孔が軸方向に凹設されている。第２の通路の内周壁面に開口する大径孔の開口部の内径は、感温棒の外径より大きい。

　上記の構成によれば、蒸発器で蒸発したガス冷媒が第２の通路を流れる際に、ガス冷媒の一部が弁本体に形成された大径孔の内部を通り抜ける。言い換えると、第２の通路から大径孔へガス冷媒の一部が流れ込むことにより、貫通孔と作動棒との間の摺動隙間を通って第１の通路の出口ポートから第２の通路へ噴出する冷媒量を少なくできる。その結果、蒸発器をバイパスした冷媒の温度を感温棒が誤検知することを低減できるので、弁開度の制御性が向上する。上記の様に、本開示の膨張弁は、Ｏリングを使用することなく、第２の通路へ噴出する冷媒量を低減できるので、Ｏリングの廃止によるコストダウンが可能である。

　本開示の第２の態様では、上記の第１の態様における膨張弁において、上記の大径孔の構成に加えて、または上記の大径孔の構成に代えて、弁本体には、ガス冷媒を出口ポートから弁本体の貫通孔の内周壁面と作動棒の外周壁面との間の摺動隙間に導くバイパス孔が形成されている。

　上記の構成によれば、絞り孔を通過して出口ポートへ流出した冷媒のうち、主にガス冷媒がバイパス孔より貫通孔と作動棒との間の摺動隙間を通って第２の通路へ漏れるため、蒸発器をバイパスする液冷媒の量を少なくできる。これにより、液冷媒の温度を感温棒が誤検知することはないので、弁開度の制御性が向上する。また、蒸発器をパイパスする液冷媒の量を少なくできるので、蒸発器の性能低下を抑制できる。さらに、蒸発器で蒸発に寄与しないガス冷媒は、蒸発器へ供給されることなく、蒸発器をバイパスして第２の通路へ漏れるので、蒸発器の圧損を低減できる効果もある。

　上記の様に、本開示の膨張弁は、Ｏリングを使用することなく、冷媒の漏れ量（蒸発器をバイパスする液冷媒量）を低減できるので、Ｏリングの廃止によるコストダウンが可能である。

　本開示の第３の態様では、上記の第１の態様における膨張弁において、上記の大径孔の構成に加えて、または上記の大径孔の構成に代えて、弁本体には、絞り孔と出口ポートとの間を連通する連通室を形成し、弁本体の貫通孔は、連通室と第２の通路との間を連通している。さらに、膨張弁は、弁本体の貫通孔に圧入されるとともに、軸方向に貫通する貫通孔を備え、軸方向の一端が第２の通路に開口し、軸方向の他端が連通室に開口するパイプを備える。作動棒は、パイプの貫通孔に摺動自在に挿通されている。ダイヤフラムが軸方向に変位した際、作動棒には、ダイヤフラムの軸方向における変位が感温棒を介して伝達される。パイプは、軸方向の他端が、連通室に開口する弁本体の貫通孔の開口端より突き出て連通室の内部まで延設されている。作動棒は、パイプの貫通孔に挿通される摺動軸部と第２の通路とは軸方向反対側に位置する摺動軸部の端部に連接されて絞り孔の内部に延びる小径ロッドとを有している。摺動軸部は、小径ロッドに繋がる端部がパイプの軸方向の他端の端面より連通室の内部へ突き出て設けられている。小径ロッドは、摺動軸部より外径が小さく形成されて、摺動軸部の端部との間に段差を有する。

　上記の構成によれば、連通室の内部へ突き出る摺動軸部の端部（終端）と小径ロッドとの間に段差が形成されているので、絞り孔と小径ロッドとの隙間を通って連通室へ流入した液冷媒は、前記の段差に当たって作動棒の径方向外側へ飛散する。これにより、パイプと作動棒（摺動軸部）との摺動隙間に液冷媒が吸い込まれることはなく、ガス冷媒のみが吸い込まれるため、液冷媒が蒸発器をバイパスして第２の通路へ漏れることを抑制できる。その結果、液冷媒の温度を感温棒が誤検知することはなく、弁開度の制御性が向上する。

　また、蒸発器をパイパスして第２の通路へ漏れる液冷媒の量を少なくできるので、蒸発器の性能低下を抑制できる。

　さらに、蒸発器で蒸発に寄与しないガス冷媒は、殆ど蒸発器へ供給されることはなく、蒸発器をバイパスして第２の通路へ漏れるので、蒸発器の圧損を低減できる効果もある。また、パイプの他端側を連通室の内部まで延設しているので、その延設されたパイプの長さだけ作動棒のシール長が延長されるため、蒸発器をバイパスして第２の通路へ漏れる液冷媒の量を低減できる効果が増大する。

　上記のように、本開示の膨張弁は、Ｏリングを使用することなく、冷媒の漏れ量（蒸発器をバイパスする冷媒量）を低減できるので、Ｏリングの廃止によるコストダウンが可能である。

　本開示の第４の態様では、蒸発器と、該蒸発器に接続された上記の第１～第３の態様における構成のうちのいずれか１つを備える膨張弁と、エジェクタとを備える冷凍サイクルを提供する。エジェクタは、第１の通路の出口ポートを通過した冷媒を取り込んで減圧膨張させるノズルを内蔵すると共に、ノズルの周囲に生じる圧力低下を利用して蒸発器で蒸発した冷媒を吸引した後、ノズルより噴出する一次流れと、圧力低下を利用して吸引した二次流れとを混合して蒸発器に送り込む。

　エジェクタを用いた冷凍サイクルの場合、絞り孔で減圧された冷媒と蒸発器から圧縮機へ戻るガス冷媒との圧力差が大きくなるため、Ｏリングを使用しない膨張弁では、蒸発器をバイパスして第２の通路へ漏れる冷媒量が多くなる。これに対し、本開示の膨張弁であれば、Ｏリングを使用しなくても、蒸発器をバイパスして第２の通路へ漏れる冷媒量を少なくでき、且つ、感温棒での漏れ冷媒の温度誤検知を抑制できるので、エジェクタを搭載した冷凍サイクルに好適に用いることができる。

図１（ａ）は本開示の実施例１に示す膨張弁の断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）において矢印ＩＢで示す部分の一部拡大図である。図２は冷媒の流れを示す実施例１の膨張弁の要部断面図である。図３は実施例１の遮蔽カバーの変形例を示す膨張弁の要部断面図である。図４は実施例１における冷凍サイクルを示す模式図である。図５は膨張弁の効果を評価する試験方法の説明図である。図６は評価結果の比較図である。図７は本開示の実施例２に示す膨張弁の要部断面図である。図８は本開示の実施例３に示す膨張弁の要部断面図である。図９は図８に示す膨張弁のＩＸ－ＩＸ線における断面図である。図１０は本開示の実施例４に示す膨張弁の要部断面図である。図１１は図１０に示す実施例４の膨張弁の変形例の要部断面図である。図１２（ａ）は本開示の実施例５に示す膨張弁の要部断面図であり、図１２（ｂ）は実施例５の効果を説明する一部拡大断面図である。図１３（ａ）は従来技術に係る膨張弁の断面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）において矢印ＸＩＩＩＢで示す部分の一部拡大図である。

　以下、本開示に基づく実施例を添付図面に基づいて詳述する。

　（実施例１）
　実施例１の膨張弁１は、ボックス型膨張弁とも呼ばれ、小型の冷媒噴射装置であるエジェクタ（後述する）を搭載した冷凍サイクルに使用される。

　冷凍サイクル５０は、例えば、自動車用の空調装置に使用されるもので、図４に示す様に、ガス冷媒を圧縮する圧縮機２と、この圧縮機２で圧縮された高圧のガス冷媒を外気により冷却して液化する凝縮器３と、この凝縮器３で液化された冷媒を減圧する本開示に基づく膨張弁１と、この膨張弁１の下流側で二方向に分岐して、その一方の冷媒通路に接続されるエジェクタ４と、他方の冷媒通路に設けられる固定絞り５と、この固定絞り５で減圧された冷媒およびエジェクタ４で減圧された冷媒を車室内へ送風される空気との熱交換によって蒸発させる蒸発器６などより構成される。

　ここで、蒸発器６は、図４において白抜きの矢印で示す空気の流れ方向に対し風上側の熱交換コア部（以下、風上コア部６ａと呼ぶ）と風下側の熱交換コア部（以下、風下コア部６ｂと呼ぶ）との二層構造に設けられており、固定絞り５で減圧された冷媒が風下コア部６ｂに供給され、エジェクタ４で減圧された冷媒が風上コア部６ａに供給される。風上コア部６ａで空気との熱交換により蒸発したガス冷媒は、膨張弁１を経由して圧縮機２に吸引される。

　エジェクタ４は、膨張弁１の下流側で分岐した一方の冷媒流路より供給される冷媒を減圧して噴出させるノズル４ａを内蔵し、このノズル４ａの周囲に生じる圧力低下を利用して、風下コア部６ｂで蒸発した冷媒を吸引した後、ノズル４ａより噴出する一次流れと、圧力低下を利用して吸引した二次流れとを混合して風上コア部６ａに送り込む。

　続いて、膨張弁１の構造を図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して説明する。

　膨張弁１は、図１（ａ）に示す様に、例えばアルミニウム合金から成る弁本体７を有し、この弁本体７の上端部に設けられた取付穴７ａにダイヤフラム作動部８がねじ結合されている。

　具体的には、ダイヤフラム作動部８は、取付穴７ａにねじ結合によって取り付けられるハウジング８ｄ、ダイヤフラム８ａ、ハウジング８ｄとともにダイヤフラム８ａの外縁部を狭持してダイヤフラム作動部８の外殻を形成するカバー８ｃによって構成される。ハウジング８ｄおよびカバー８ｃは、金属で杯状に形成され、ダイヤフラム８ａの外縁部を狭持した状態で、その外周端部同士が溶接、ろう付け等によって一体に接合されている。これによって、カバー８ｃおよびダイヤフラム８ａの間には、一面がダイヤフラム８ａによって閉じられたダイヤフラム室８ｂが形成され、このダイヤフラム室８ｂに作動ガスが封入されている。ダイヤフラム８ａは、例えば可撓性を有する薄い金属板によって形成され、ダイヤフラム室８ｂに封入され、温度に応じて圧力が変化する作動ガスの圧力変化に応じて変位する。作動ガスは、例えば、冷凍サイクル５０に使用される冷媒ガスと同一種類の飽和ガスである。なお、本実施例では、作動ガスの圧力変化に応じて変位するダイヤフラム８ａの変位方向（図１（ａ）における上下方向）を軸方向と定義する。

　弁本体７には、凝縮器３で液化された冷媒が通過する第１の通路３０と、蒸発器６から圧縮機２へ戻るガス冷媒が通過する第２の通路４０とが形成されている。

　第１の通路３０は、凝縮器３の出口に繋がる冷媒配管が接続される入口ポート９と、蒸発器６の入口に繋がる冷媒配管が接続される出口ポート１０と、入口ポート９と出口ポート１０との間で通路断面積を絞る絞り孔１１と、この絞り孔１１と入口ポート９との間に形成される弁室１２と、絞り孔１１と出口ポート１０との間を連通する連通室１３とを有する。入口ポート９と出口ポート１０は、弁本体７の軸方向において異なる位置に形成され、且つ、絞り孔１１は連通室１３と弁室１２との間を軸方向に穿設されている。また、絞り孔１１の入口側（弁室１２側）には、円錐状のシート面（弁座）１１ａが形成されている。

　図１（ａ）では、第２の通路４０は、弁本体７の軸方向において第１の通路３０より上側に形成され、軸方向と直交する幅方向（図１（ａ）における左右方向）に弁本体７を貫通して形成される。この第２の通路４０には、蒸発器６の出口に繋がる冷媒配管が接続される入口ポート１４と、圧縮機２の入口に繋がる冷媒配管が接続される出口ポート１５とが形成されている。なお、図１（ａ）に記載したＰＨ、ＰＭ、ＰＬ（ＰＨ＞ＰＭ＞ＰＬ）は、それぞれ、凝縮器３で液化された冷媒の圧力、絞り孔１１を通過して減圧された冷媒の圧力、蒸発器６で蒸発したガス冷媒の圧力を表すもので、図４に示す冷凍サイクル５０上のＰＨ、ＰＭ、ＰＬに相当する。

　弁本体７には、図１（ｂ）に示す様に、第２の通路４０の入口ポート１４と出口ポート１５との間に位置する第２の通路４０の内周壁面４０ａにおいて、軸方向の反ダイヤフラム８ａ側である下側内周壁面部に開口する大径孔１６と、この大径孔１６と連通室１３との間を軸方向に貫通する貫通孔１７とが形成されている。

　大径孔１６は、第２の通路４０の内周壁面４０ａのうちの反ダイヤフラム８ａ側の内周壁面部に軸方向に凹設され、貫通孔１７に連通している。内周壁面４０ａに開口する大径孔１６の開口部１６ａの開口径（内径）は、貫通孔１７の内径より大きく形成され、さらに、後述する感温棒１８の外径よりも大きく形成されている。

　貫通孔１７は、絞り孔１１の中心と同心上に形成され、軸方向の一端（図１（ｂ）上端）が大径孔１６の底面１６ｂに開口し、軸方向の他端が連通室１３に開口している。

　弁本体７の内部には、第２の通路４０を流れるガス冷媒、つまり、蒸発器６で蒸発したガス冷媒の温度（熱エネルギー）を感知してダイヤフラム８ａに伝達する上記の感温棒１８と、ダイヤフラム８ａの変位が感温棒１８を介して伝達される作動棒１９と、この作動棒１９の動きに連動して上記の絞り孔１１を通過する冷媒流量を調節する弁体２０等が組み込まれている。

　感温棒１８は、例えば、熱伝導率が高いアルミニウム製で円柱形状に設けられ、軸方向に延びるとともに、第２の通路４０内に一部が露出されている。感温棒１８の上端は、ダイヤフラム８ａの下端面（反ダイヤフラム室側の面）に当接するストッパ部２１と一体に設けられている。この構成に代えて、ストッパ部２１を感温棒１８とは別体に形成し、両者を結合するようにしてもよい。ストッパ部２１は、ダイヤフラム室８ｂに封入された作動ガスの圧力上昇によってダイヤフラム８ａが図１（ａ）下方へ変位した時に、そのダイヤフラム８ａの最大変位量を規制する働きを有する。

　作動棒１９は、貫通孔１７に摺動自在に挿通され、貫通孔１７の上端より突き出る軸方向の一端側が大径孔１６の内部を通って第２の通路４０の内部まで延設され、貫通孔１７の下端より突き出る軸方向の他端側が連通室１３を軸方向に通り抜けて絞り孔１１の内部に挿入され、軸方向の先端面が弁体２０に当接している。また、作動棒１９の一端側の端部１９ｄには、図１（ｂ）に示す様に、遮蔽カバー２２が取り付けられている。この遮蔽カバー２２は、感温棒１８より熱伝導率の低い材料（熱伝導率の小さい材料）、例えば樹脂材料によって形成される。この遮蔽カバー２２は、作動棒１９の外周に圧入される筒状に形成され、且つ、遮蔽カバー２２の一端側の端部に径方向の外側へ延設されるフランジ部２２ａが設けられ、このフランジ部２２ａの上端面２２ａ１が感温棒１８の下端面１８ａに当接している。フランジ部２２ａの外径は、感温棒１８の外径と同一寸法、あるいは、感温棒１８の外径より大きく形成される。

　弁体２０は、例えば、図１（ａ）に示す様に、球形のボール弁であり、絞り孔１１の入口側に形成されるシート面１１ａに対向して弁室１２に配設され、スプリング２３の荷重を受けて絞り孔１１を閉じる閉弁方向（図１（ａ）の上方向）へ付勢されている。スプリング２３の荷重は、弁本体７に螺子結合される調節ねじ２４によって調節できる。

　次に、膨張弁１の作動を説明する。

　絞り孔１１を通過する冷媒流量は、弁体２０の開度、つまり、シート面１１ａに対する弁体２０のリフト量によって決定される。その弁体２０は、ダイヤフラム８ａを図１（ａ）の下方へ付勢するダイヤフラム室８ｂのガス圧力と、弁体２０を閉弁方向（図１（ａ）上方）へ付勢するスプリング２３の荷重＋ダイヤフラム８ａを図１（ａ）の上方へ付勢する蒸発器６の出口圧力とが釣り合った位置に移動する。

　例えば、冷房負荷が小さい時、すなわち、蒸発器６の出口温度が低い時は、感温棒１８を介してダイヤフラム８ａに伝達されるガス冷媒の温度が低いため、ダイヤフラム室８ｂに封入されている作動ガスの圧力が低くなる。その結果、ダイヤフラム８ａが図１（ａ）の上方へ変位して、弁体２０のリフト量（弁開度）が小さくなることで、絞り孔１１を通過する冷媒流量が低減する。

　一方、冷房負荷が大きくなると、蒸発器６の出口温度が高くなり、感温棒１８を介してダイヤフラム８ａに伝達されるガス冷媒の温度が高くなるため、ダイヤフラム室８ｂに封入されている作動ガスの圧力が高くなる。その結果、ダイヤフラム８ａが図１（ａ）の下方へ変位して、弁体２０のリフト量（弁開度）が大きくなることで、絞り孔１１を通過する冷媒流量が増加する。

　以上の動作により、通常のサイクル運転時には、蒸発器６で蒸発したガス冷媒の過熱度が所定値（例えば略１０℃）になるように絞り孔１１の弁開度を制御して、絞り孔１１を通過する冷媒流量を調節している。

　（実施例１の作用および効果）
　本実施例の膨張弁１は、第２の通路４０の内周壁面４０ａのうちの軸方向の下側内周壁面部（反ダイヤフラム８ａ側の内周壁面部）に大径孔１６が凹設され、貫通孔１７の上端より突き出る作動棒１９の一端側が大径孔１６の内部を通って第２の通路４０の内部まで延設されている。即ち、作動棒１９一端側が大径孔１６に隣接する内周壁面４０ａの隣接部よりも径方向内側まで第２の通路４０の内部に延設されている。このため、感温棒１８は、図１（ｂ）に示す様に、軸方向の反ダイヤフラム側である他端側の端面１８ａ（図１（ｂ）下端面）が、第２の通路４０の内部で作動棒１９の一端側の端面１９ｅ（図１（ｂ）上端面）に当接している。つまり、感温棒１８の下端面１８ａは、大径孔１６の内部まで入り込むことはなく、作動棒１９の一端側が第２の通路４０の内部へ突出している分、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示した従来の膨張弁に使用される感温棒１５０と比較して、感温棒１８の全長が短縮されている。また、大径孔１６は、第２の通路４０の内周壁面４０ａに開口する開口部１６ａの開口径が感温棒１８の外径より大きく形成されている。このため、感温棒１８は、大径孔１６の内周面から径方向および軸方向に離間しており、大径孔１６の内周面に摺接することはない。

　上記の構成によれば、蒸発器６で蒸発したガス冷媒が第２の通路４０を流れる際に、図２に破線矢印Ｇで示す様に、ガス冷媒の一部が大径孔１６の内部を通り抜ける、言い換えると、第２の通路４０の入口ポート１４から大径孔１６へガス冷媒の一部が流れ込む。これにより、蒸発器６の入口と出口との圧力差（外均差圧）による漏れ冷媒の量を少なくできる。つまり、蒸発器６で蒸発したガス冷媒が大径孔１６へ流れ込むことにより、絞り孔１１を通過した冷媒が貫通孔１７の内周壁面と作動棒１９の外周壁面との摺動隙間１７ａを通って第２の通路４０へ漏れることを抑制できるので、蒸発器６をバイパスする漏れ冷媒の量を少なくできる。

　また、感温棒１８と軸方向に対向する作動棒１９の一端側の端部１９ｄには、遮蔽カバー２２が取り付けられているので、貫通孔１７の内周壁面と作動棒１９の外周壁面との間の摺動隙間１７ａを通って第２の通路４０へ噴出した液冷媒が感温棒１８に衝突することを遮蔽カバー２２によって抑制できる。即ち、遮蔽カバー２２は、貫通孔１７の内周壁面の径方向内側において、作動棒１９に沿って軸方向に流動し、大径孔１６へ噴出する液冷媒が感温棒１８に衝突することを抑制できる。

　上記の結果、蒸発器６をバイパスした冷媒による冷え込みを緩和できるので、感温棒１８による冷媒温度の誤検知を抑制できる。なお、遮蔽カバー２２は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した形状に限定されるものではなく、蒸発器６をバイパスした液冷媒が感温棒１８に衝突することを抑制できる形状であれば良く、例えば、図３に示す様に、感温棒１８の他端側の端部（端面１８ａを含む）を包み込む様な形状でも良い。また、必要に応じて、遮蔽カバー２２を、作動棒１９の一端側において、軸方向に作動棒１９の端面１９ｅから大径孔１６の底面１６ｂ側に離間させた位置に配置してもよい。

　ここで、外均差圧による漏れ冷媒の影響を以下の試験により評価した。

　評価要領は、図５に示す様に、ダイヤフラム室８ｂのガス圧力Ｐ０を圧力センサ２５によって計測し、その計測値から圧力相当の温度Ｔ０を算出して、蒸発器６の出口冷媒温度Ｔeva-out との差を比較した。

　試験条件は、以下の通りである。

　・低圧圧力：０．３ＭＰａ
　・蒸発器６の出口温度（冷媒の過熱度）：１０℃
　・冷媒流量：５０kg/h、９０kg/h
　・外均差圧：０．２ＭＰａ、０．５ＭＰａ
　上記の試験結果によると、図６に示す様に、Ｏリング（弾性材料からなるシール部材）２６を使用したモデルＡの構成では、漏れ冷媒を防止できる、つまり、漏れ冷媒による冷え込みが無いので、温度誤差は生じない。これに対し、モデルＡからＯリング２６を廃止したモデルＢの構成では、冷媒流量が５０kg/hの場合で約８℃強、９０のkg/hの場合で略８℃の温度誤差を生じる。

　一方、第２の通路４０に大径孔１６を凹設し、且つ、感温棒１８の全長を短くしたモデルＣの構成では、冷媒流量が５０kg/hの場合で約５℃強、９０のkg/hの場合で３℃強の温度誤差に抑えることができる。さらに、モデルＣに遮蔽カバー２２を取り付けたモデルＤの構成では、冷媒流量が５０kg/hの場合で２℃弱、９０のkg/hの場合で１℃弱まで温度誤差を低減できることが確認された。

　上記のように、モデルＤの構成を採用した実施例１の膨張弁１では、外均差圧による漏れ冷媒の影響を少なくできる、すなわち、漏れ冷媒による冷え込みを緩和できる。その結果、蒸発器６をバイパスした漏れ冷媒の温度を感温棒１８が誤検知することを低減できるので、弁開度の制御性が向上する。また、蒸発器６をバイパスする液冷媒の量を低減できるので、その分、蒸発器６に供給される液冷媒の量が増加することになり、蒸発器６の性能低下を抑制できる。特に、エジェクタ４を搭載する冷凍サイクル５０では、エジェクタ４を搭載していない冷凍サイクルと比較して、外均差圧が大きくなるため、エジェクタ４を搭載する冷凍サイクル５０に実施例１の膨張弁１を採用することは、漏れ冷媒による冷え込みを低減できる点で極めて効果が大きい。

　上記の様に、本実施例の膨張弁１は、Ｏリングを使用しなくても、蒸発器６をバイパスする漏れ冷媒の量を低減できる。言い換えるならば、本実施例では、軸方向において、弁室１２から絞り孔１１、連通室１３、貫通孔１７および大径孔１６を経由して第２の通路４０に到る経路に配置された作動棒１９および感温棒１８にＯリング（弾性材料からなるシール部材）を設ける必要がない。即ち、作動棒の１９の外周面および感温棒１８の外周面を弁本体７に対してＯリングで液密にシールすることなく、蒸発器６をバイパスする漏れ冷媒の量を低減できる。このため、Ｏリングの廃止によるコストダウンが可能である。

　（実施例２）
　この実施例２は、実施例１に記載した膨張弁１に対し、図７に示す様に、第１の通路３０の出口ポート１０と貫通孔１７との間を連通するバイパス孔２７を形成した一例である。なお、実施例１と同一の符号は、同一の構成を示すものである。

　このバイパス孔２７は、連通室１３より軸方向の上側（具体的には、軸方向における連通室１３と、大径孔１６の間）で、貫通孔１７と直交する弁本体７の幅方向（図７における左右方向）に出口ポート１０と貫通孔１７との間を貫通して形成される。上記の構成によれば、出口ポート１０と貫通孔１７との間がバイパス孔２７によって直接通じているため、絞り孔１１を通過して連通室１３から出口ポート１０へ流出した冷媒のうち、主にガス冷媒がバイパス孔２７より貫通孔１７の内周壁面と作動棒１９の外周壁面との間の摺動隙間１７ａを通って第２の通路４０へ漏れる。すなわち、蒸発器６をバイパスする液冷媒の量が少なくなる。これにより、液冷媒の漏れによる冷え込みを緩和できるので、冷媒温度の誤検知を抑制でき、弁開度の制御性が向上する。

　また、液冷媒の漏れが少なくなる分、蒸発器６へ送られる液冷媒の量が増加するため、蒸発器６の性能低下を抑制できる。さらに、蒸発器６で蒸発に寄与しないガス冷媒の多くが蒸発器６をバイパスすることにより、蒸発器６の圧損を低減できる効果もある。

　（実施例３）
　この実施例３は、実施例１に記載した膨張弁１に対し、図８に示す様に、貫通孔１７の内周にパイプ２８を圧入し、そのパイプ２８の貫通孔２８ａに作動棒１９を摺動自在に挿入した一例である。なお、実施例１と同一の符号は、同一の構成を示すものである。

　パイプ２８は、軸方向の一端側が貫通孔１７の上側開口端１７ｂまで延設され、軸方向の他端側が、連通室１３に開口する貫通孔１７の下側開口端１７ｃより突き出て連通室１３の内部まで延設されている。

　作動棒１９は、パイプ２８の貫通孔２８ａに挿通される摺動軸部１９ａと、この摺動軸部１９ａの軸方向の他端側の端部１９ａ１に連接されて絞り孔１１の内部を通る小径ロッド１９ｂとを有している。摺動軸部１９ａは、第２の通路４０とは軸方向反対側に位置する摺動軸部１９ａの端部１９ａ１、即ち、小径ロッド１９ｂに繋がる軸方向の終端側の端部（図示下端部）１９ａ１がパイプ２８の端面２８ｃより連通室１３の内部へ突き出て設けられている。

　一方、小径ロッド１９ｂは、摺動軸部１９ａより外径が小さく形成され、摺動軸部１９ａの端部１９ａ１との間に段差１９ｃを有して摺動軸部１９ａに連接されている。

　上記の構成によれば、連通室１３の内部へ突き出る摺動軸部１９ａの端部１９ａ１と小径ロッド１９ｂとの間に段差１９ｃが形成されているので、図９に示す様に、小径ロッド１９ｂの外周に沿って絞り孔１１を通過した液冷媒は、上記の段差１９ｃに当たって作動棒１９の径方向外側へ飛散する。これにより、パイプ２８の貫通孔２８ａの内周壁面と作動棒１９（摺動軸部１９ａ）の外周壁面との間の摺動隙間２８ｂに液冷媒が吸い込まれることは殆どなく、ガス冷媒のみが吸い込まれるため、蒸発器６をバイパスした冷媒による冷え込みを緩和できる。その結果、感温棒１８による冷媒温度の誤検知を抑制できるので、弁開度の制御性が向上する。また、液冷媒の漏れが無くなるので、蒸発器６の性能低下を抑制できる。さらに、蒸発器６で蒸発に寄与しないガス冷媒は、蒸発器６へ供給されることなく、蒸発器６をバイパスして第２の通路４０へ漏れるので、蒸発器６の圧損を低減できる効果もある。

　さらに、パイプ２８の貫通孔２８ａの内周壁面と、作動棒１９（摺動軸部１９ａ）の外周壁面との間の摺動隙間２８ｂを通って大径孔１６へ噴出する液冷媒があったとしても、該液冷媒は、遮蔽カバー２２によってブロックされ、感温棒１８への衝突が抑制される。即ち、遮蔽カバー２２は、貫通孔１７の内周壁面の径方向内側において、パイプ２８内の摺動隙間２８ｂを作動棒１９に沿って軸方向に流動し、大径孔１６へ噴出する液冷媒が感温棒１８に衝突することを抑制できる。

　また、パイプ２８の他端側を連通室１３の内部まで延設しているので、実施例１の構成と比較して作動棒１９の軸線方向におけるシール長（図９参照）が延長されるため、蒸発器６をバイパスして第２の通路４０へ漏れる漏れ冷媒の量を低減できる効果が増大する。

　（実施例４）
　この実施例４は、図１０に示す様に、作動棒１９に対向する感温棒１８の他端側の端部１８ｅが先端（端面１８ａ側）に向かって外径が次第に小さくなるテーパ状に形成される一例である。なお、実施例１と同一の符号は、同一の構成を示すものである。

　感温棒１８の端部１８ｅをテーパ状に形成することで、蒸発器６で蒸発したガス冷媒が第２の通路４０を流れる際に、ガス冷媒の一部が大径孔１６の内部へ流れ込み易くなるため、蒸発器６をバイパスして第２の通路４０へ漏れる冷媒の量を低減できる効果が大きくなる。

　なお、図１０に示す感温棒１８は、全長を短くした短尺タイプではないが、実施例１と同様に、感温棒１８を短尺化しても良い。つまり、短尺化した感温棒１８の端部をテーパ状に形成することもできる。また、図１１に示す様に、実施例４の構成（感温棒１８の端部をテーパ状に形成する）に加えて、作動棒１９に遮蔽カバー２２を取り付けることもできる。

　（実施例５）
　この実施例５は、図１２（ａ）に示す様に、感温棒１８に対向する作動棒１９の一端側の端部１９ｄを半球状に形成した一例である。なお、実施例１と同一の符号は、同一の構成を示すものである。この場合、図１２（ｂ）に示す様に、感温棒１８の図示下端面１８ａに半球状を有する作動棒１９の端部１９ｄの先端が点接触するため、感温棒１８と作動棒１９との接触面積を小さくできる。その結果、作動棒１９から感温棒１８への熱伝導による冷え込みを抑制できる効果がある。

Claims

　冷凍サイクル（５０）用の膨張弁であって、
　ダイヤフラム（８ａ）によって閉じられ、温度に応じて圧力が変化する作動ガスが封入されたダイヤフラム室（８ｂ）を形成し、前記ダイヤフラム室（８ｂ）内に封入された前記作動ガスの圧力変化に応じて前記ダイヤフラム（８ａ）が軸方向に変位するダイヤフラム作動部（８）と、
　前記冷凍サイクル（５０）の蒸発器（６）に送られる冷媒が通過する絞り孔（１１）、前記冷媒の流れ方向において前記絞り孔（１１）より上流側に設けられた入口ポート（９）、および前記冷媒の流れ方向において前記絞り孔（１１）より下流側に設けられた出口ポート（１０）を有する第１の通路（３０）と、
　前記蒸発器（６）から前記冷凍サイクル（５０）の圧縮機（２）に戻る冷媒が通過する第２の通路（４０）と、
　前記第１の通路（３０）および第２の通路（４０）を形成すると共に、前記軸方向に穿設されて前記出口ポート（１０）と前記第２の通路（４０）との間を連通する貫通孔（１７）を有する弁本体（７）と、
　前記軸方向に延びるとともに、前記第２の通路（４０）内に露出され、前記第２の通路（４０）を流れる前記冷媒の温度を前記ダイヤフラム（８ａ）に伝達する感温棒（１８）と、
　前記弁本体（７）の前記貫通孔（１７）に摺動自在に挿通され、前記ダイヤフラム（８ａ）が前記軸方向に変位した際、前記ダイヤフラム（８ａ）の前記軸方向における変位が前記感温棒（１８）を介して伝達される作動棒（１９）と、
　前記作動棒（１９）の動きに連動して前記絞り孔（１１）を通過する前記冷媒の流量を調整する弁体（２０）と
を備え、
　前記第２の通路（４０）の内周壁面（４０ａ）には、前記弁本体（７）の前記貫通孔（１７）に連通して、該貫通孔（１７）から延出する前記作動棒（１９）の一部を収容する大径孔（１６）が前記軸方向に凹設されており、前記内周壁面（４０ａ）に開口する前記大径孔（１６）の開口部（１６ａ）の内径が前記感温棒（１８）の外径より大きい膨張弁。
　冷凍サイクル（５０）用の膨張弁であって、
　ダイヤフラム（８ａ）によって閉じられ、温度に応じて圧力が変化する作動ガスが封入されたダイヤフラム室（８ｂ）を形成し、前記ダイヤフラム室（８ｂ）内に封入された前記作動ガスの圧力変化に応じて前記ダイヤフラム（８ａ）が軸方向に変位するダイヤフラム作動部（８）と、
　前記冷凍サイクル（５０）の蒸発器（６）に送られる冷媒が通過する絞り孔（１１）、前記冷媒の流れ方向において前記絞り孔（１１）より上流側に設けられた入口ポート（９）、および前記冷媒の流れ方向において前記絞り孔（１１）より下流側に設けられた出口ポート（１０）を有する第１の通路（３０）と、
　前記蒸発器（６）から前記冷凍サイクル（５０）の圧縮機（２）に戻る冷媒が通過する第２の通路（４０）と、
　前記第１の通路（３０）および第２の通路（４０）を形成すると共に、前記軸方向に穿設されて前記出口ポート（１０）と前記第２の通路（４０）との間を連通する貫通孔（１７）を有する弁本体（７）と、
　前記軸方向に延びるとともに、前記第２の通路（４０）内に露出され、前記第２の通路（４０）を流れる前記冷媒の温度を前記ダイヤフラム（８ａ）に伝達する感温棒（１８）と、
　前記弁本体（７）の前記貫通孔（１７）に摺動自在に挿通され、前記ダイヤフラム（８ａ）が前記軸方向に変位した際、前記ダイヤフラム（８ａ）の前記軸方向における変位が前記感温棒（１８）を介して伝達される作動棒（１９）と、
　前記作動棒（１９）の動きに連動して前記絞り孔（１１）を通過する前記冷媒の流量を調整する弁体（２０）と
を備え、
　前記弁本体（７）には、ガス冷媒を前記出口ポート（１０）から前記弁本体（７）の前記貫通孔（１７）の内周壁面と前記作動棒（１９）の外周壁面との間の摺動隙間（１７ａ）に導くバイパス孔（２７）が形成されている膨張弁。
　冷凍サイクル（５０）用の膨張弁であって、
　ダイヤフラム（８ａ）によって閉じられ、温度に応じて圧力が変化する作動ガスが封入されたダイヤフラム室（８ｂ）を形成し、前記ダイヤフラム室（８ｂ）内に封入された前記作動ガスの圧力変化に応じて前記ダイヤフラム（８ａ）が軸方向に変位するダイヤフラム作動部（８）と、
　前記冷凍サイクル（５０）の蒸発器（６）に送られる冷媒が通過する絞り孔（１１）、前記冷媒の流れ方向において前記絞り孔（１１）より上流側に設けられた入口ポート（９）、および前記冷媒の流れ方向において前記絞り孔（１１）より下流側に設けられた出口ポート（１０）を有する第１の通路（３０）と、
　前記蒸発器（６）から前記冷凍サイクル（５０）の圧縮機（２）に戻る冷媒が通過する第２の通路（４０）と、
　前記第１の通路（３０）および第２の通路（４０）を形成すると共に、前記絞り孔（１１）と前記出口ポート（１０）との間を連通する連通室（１３）を形成し、前記軸方向に穿設されて前記連通室（１３）と前記第２の通路（４０）との間を連通する貫通孔（１７）を有する弁本体（７）と、
　前記軸方向に延びるとともに、前記第２の通路（４０）内に露出され、前記第２の通路（４０）を流れる前記冷媒の温度を前記ダイヤフラム（８ａ）に伝達する感温棒（１８）と、
　前記弁本体（７）の前記貫通孔（１７）に圧入されるとともに、前記軸方向に貫通する貫通孔（２８ａ）を備え、軸方向の一端が前記第２の通路（４０）に開口し、軸方向の他端が前記連通室（１３）に開口するパイプ（２８）と、
　前記パイプ（２８）の前記貫通孔（２８ａ）に摺動自在に挿通され、前記ダイヤフラム（８ａ）が前記軸方向に変位した際、前記ダイヤフラム（８ａ）の前記軸方向における変位が前記感温棒（１８）を介して伝達される作動棒（１９）と、
　前記作動棒（１９）の動きに連動して前記絞り孔（１１）を通過する冷媒流量を調整する弁体（２０）と
を備え、
　前記パイプ（２８）は、前記軸方向の他端が、前記連通室（１３）に開口する前記弁本体（７）の前記貫通孔（１７）の開口端（１７ｃ）より突き出て前記連通室（１３）の内部まで延設され、
　前記作動棒（１９）は、前記パイプ（２８）の前記貫通孔（２８ａ）に挿通される摺動軸部（１９ａ）と、前記第２の通路（４０）とは軸方向反対側に位置する前記摺動軸部（１９ａ）の端部（１９ａ１）に連接されて前記絞り孔（１１）の内部に延びる小径ロッド（１９ｂ）とを有し、
　前記摺動軸部（１９ａ）は、前記小径ロッド（１９ｂ）に繋がる前記端部（１９ａ１）が前記パイプ（２８）の前記軸方向の他端の端面（２８ｃ）より前記連通室（１３）の内部へ突き出て設けられ、
　前記小径ロッド（１９ｂ）は、前記摺動軸部（１９ａ）より外径が小さく形成されて、前記摺動軸部（１９ａ）の端部（１９ａ１）との間に段差（１９ｃ）を有する膨張弁。
　請求項２または３に記載の膨張弁において、
　前記第２の通路（４０）の内周壁面（４０ａ）には、前記弁本体（７）の前記貫通孔（１７）に連通して、該貫通孔（１７）から延出する前記作動棒（１９）の一部を収容する大径孔（１６）が前記軸方向に凹設されており、前記内周壁面（４０ａ）に開口する前記大径孔（１６）の開口部（１６ａ）の内径が前記感温棒（１８）の外径より大きい膨張弁。
　請求項１または４に記載の膨張弁において、
　前記作動棒（１９）は、前記弁本体（７）の前記貫通孔（１７）および前記大径孔（１６）に挿通され、前記軸方向の反弁体（２０）側である一方の端部（１９ｄ）が、前記第２の通路（４０）の内部まで突出して設けられ、
　前記感温棒（１８）は、軸方向の反ダイヤフラム（８ａ）側である他端側の端面（１８ａ）が、前記第２の通路（４０）の内部で前記作動棒（１９）の前記一方の端部（１９ｄ）の端面（１９ｅ）に当接している膨張弁。
　請求項１、４および５のうちのいずれか一項に記載の膨張弁において、
　前記軸方向の反弁体（２０）側である前記作動棒（１９）の一端側には、前記弁本体（７）の前記貫通孔（１７）の内周壁面の径方向内側において、前記作動棒（１９）に沿って軸方向に流動し、前記大径孔（１６）へ噴出する液冷媒が前記感温棒（１８）に衝突することを抑制する遮蔽カバー（２２）が取り付けられている膨張弁。
　請求項６に記載の膨張弁において、
　前記遮蔽カバー（２２）は、前記感温棒（１８）より熱伝導率の小さい材料で形成されている膨張弁。
　請求項１および４～７のうちのいずれか一項に記載の膨張弁において、
　前記感温棒（１８）は、軸方向の反ダイヤフラム側である他端側の端部（１８ｅ）が、先端に向かって外径が次第に小さくなるテーパ状に形成されている膨張弁。
　請求項１および４～７のうちのいずれか一項に記載の膨張弁において、
　前記作動棒（１９）は、前記軸方向の反弁体側である一端側の端部（１９ｄ）が半球状に設けられ、前記感温棒（１８）の軸方向の反ダイヤフラム側である他端側の端面（１８ａ）に点接触している膨張弁。
　請求項１および４～９のうちのいずれか一項に記載の膨張弁において、
　前記感温棒（１８）が、前記大径孔（１６）の内周面から離間している膨張弁。
　請求項１～１０のうちのいずれか一項に記載の膨張弁において、
　前記作動棒（１９）の外周面および前記感温棒（１８）の外周面が、弁本体（７）に対して液密にシールされていない膨張弁。
　蒸発器（６）と、
　前記蒸発器（６）に接続された請求項１～１１のうちのいずれか一項に記載の膨張弁（１）と、
　前記第１の通路（３０）の出口ポート（１０）を通過した冷媒を取り込んで減圧膨張させるノズル（４ａ）を内蔵すると共に、前記ノズル（４ａ）の周囲に生じる圧力低下を利用して前記蒸発器（６）で蒸発した冷媒を吸引した後、前記ノズル（４ａ）より噴出する一次流れと、圧力低下を利用して吸引した二次流れとを混合して前記蒸発器（６）に送り込むエジェクタ（４）と
を備える冷凍サイクル。