特許第5807613号(P5807613)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5807613
(24)【登録日】2015年9月18日
(45)【発行日】2015年11月10日
(54)【発明の名称】膨張弁
(51)【国際特許分類】
   F25B 41/06 20060101AFI20151021BHJP
   B60H 1/32 20060101ALI20151021BHJP
   F16K 31/68 20060101ALI20151021BHJP
【FI】
   F25B41/06 K
   B60H1/32 613B
   F16K31/68 S
【請求項の数】4
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2012-122216(P2012-122216)
(22)【出願日】2012年5月29日
(65)【公開番号】特開2013-245921(P2013-245921A)
(43)【公開日】2013年12月9日
【審査請求日】2014年7月23日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100102819
【弁理士】
【氏名又は名称】島田 哲郎
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100153084
【弁理士】
【氏名又は名称】大橋 康史
(74)【代理人】
【識別番号】100110489
【弁理士】
【氏名又は名称】篠崎 正海
(74)【代理人】
【識別番号】100133008
【弁理士】
【氏名又は名称】谷光 正晴
(72)【発明者】
【氏名】福島 龍
(72)【発明者】
【氏名】堀田 照之
【審査官】 藤崎 詔夫
(56)【参考文献】
【文献】 特開平10−122706(JP,A)
【文献】 特開2004−205085(JP,A)
【文献】 特開2007−032863(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2009/0045264(US,A1)
【文献】 特開2002−213842(JP,A)
【文献】 特開2009−299285(JP,A)
【文献】 登録実用新案第3145444(JP,U)
【文献】 特開2001−091109(JP,A)
【文献】 特開2001−141335(JP,A)
【文献】 特開平04−327731(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F25B 41/06
B60H 1/32
F16K 31/68
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷凍サイクルのエバポレータ(6)出口における冷媒の過熱度に応じて冷媒流量を調節する膨張弁であって、
開度変位量が調節可能な弁体(14)を有し、前記エバポレータ(6)入口に向う絞り通路(7)と、
前記エバポレータ(6)出口から圧縮機(8)に向う冷媒が通る低圧通路(9)と、
ダイヤフラム(32)により、冷媒が封止された上部空間(35)と、ストッパ(50)を有する下部空間(36)とに仕切られたエレメント部(30)と、
前記ダイヤフラム(32)に当接する前記ストッパ(50)に連結され、前記低圧通路(9)を貫通して、該ダイヤフラム(32)の変位を前記弁体(14)に伝達する作動棒(51)と、を具備する膨張弁において、
前記下部空間(36)と前記低圧通路(9)とを連通する均圧孔(53)を除き、前記下部空間(36)と前記低圧通路(9)とが閉鎖カバー(54)で閉鎖され、
前記均圧穴(53)を通って前記下部空間(36)に、低圧通路(9)を通過する冷媒液滴の流入が抑制されるように構成し、
前記閉鎖カバー(54)において、前記均圧穴(53)は、前記作動棒(51)が前記閉鎖カバー(54)を貫通する、貫通穴(55)とは別に設置されており、
前記均圧穴(53)が、前記低圧通路(9)における前記作動棒(51)の下流流路側に設置され、
前記均圧穴(53’)の中心軸方向が、前記作動棒(51)の軸心に対して斜交し、
前記均圧穴(53’’)の中心軸方向が、前記低圧通路(9)を通過する冷媒液滴が流入しにくい方向に、前記作動棒(51)の軸心に対して斜交していることを特徴とする膨張弁。
【請求項2】
冷凍サイクルのエバポレータ(6)出口における冷媒の過熱度に応じて冷媒流量を調節する膨張弁であって、
開度変位量が調節可能な弁体(14)を有し、前記エバポレータ(6)入口に向う絞り通路(7)と、
前記エバポレータ(6)出口から圧縮機(8)に向う冷媒が通る低圧通路(9)と、
ダイヤフラム(32)により、冷媒が封止された上部空間(35)と、ストッパ(50)を有する下部空間(36)とに仕切られたエレメント部(30)と、
前記ダイヤフラム(32)に当接する前記ストッパ(50)に連結され、前記低圧通路(9)を貫通して、該ダイヤフラム(32)の変位を前記弁体(14)に伝達する作動棒(51)と、を具備する膨張弁において、
前記下部空間(36)と前記低圧通路(9)とを連通する均圧孔(53)を除き、前記下部空間(36)と前記低圧通路(9)とが閉鎖カバー(54)で閉鎖され、
前記均圧穴(53)を通って前記下部空間(36)に、低圧通路(9)を通過する冷媒液滴の流入が抑制されるように構成し、
前記均圧穴(53)が、前記作動棒(51)の径より大きい貫通穴であり、前記下部空間(36)には、前記通路(9)を通過する冷媒液滴が、前記作動棒(51)によって、前記均圧穴(53)に向けて跳ね返らないように、流線型のカバー(57)を前記作動棒(51)に設置したことを特徴とする膨張弁。
【請求項3】
前記均圧穴(53)が、前記作動棒(51)の径より大きい貫通穴であり、前記下部空間(36)には、前記通路(9)を通過する冷媒液滴の前記均圧穴(53)への流入を阻止する邪魔板(56)が設置されていることを特徴とする請求項に記載の膨張弁。
【請求項4】
前記均圧穴(53)が、前記作動棒(51)の径より大きい貫通穴であり、前記均圧穴(53)が、前記低圧通路(9)の上流流路側において、前記作動棒(51)と密着又は近接するように設置されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷凍サイクル内を循環する冷媒の循環量や圧力を制御する温度作動式膨張弁であって、機械式ボックス型膨張弁に関する。
【背景技術】
【0002】
図8に見られるように、周知の温度作動式膨張弁は、エバポレータ6の出口側の温度Tを感知する感温筒内の圧力PTをダイヤフラム32の上部空間35に導入する。感温筒内には冷凍サイクルと同一冷媒が気液混合状態で封入されており、感温筒内の圧力PTは温度Tに対応した飽和圧力を示している。ダイヤフラム32の下部空間36は、均圧管を介して、エバポレータ6の出口圧力PE(飽和圧力と同じ)となっている。PTとPEの差圧ΔPが、過熱度SHに相当する差圧となる。エバポレータ6の過熱度SHが上昇する(冷房負荷:大)と、ダイヤフラム上部空間35の圧力が上昇し、ダイヤフラム32が下方に変位し、弁体14をスプリング16に抗して開き、冷媒流量を増加する。過熱度SHが小さくなる(冷房負荷:小)とその逆の作動をする。
【0003】
このようにして、温度式膨張弁は、最適な弁開度を決定して、冷凍サイクルの冷房能力を制御するものである。均圧管を介してエバポレータ6の出口圧力をフィードバックする上述のタイプは、外部均圧式と呼ばれ、一方、構造をシンプルにするためエバポレータ6の入口圧力で代用したものは、内部均圧式と呼ばれる。
【0004】
外部均圧式膨張弁として、特許文献1などに見られるように、一般にボックス型膨張弁と称される形式のものが知られている。図9は、特許文献1と同様なボックス型膨張弁の一例である。この従来技術は、エバポレータ6の出口冷媒が圧縮機8に戻る低圧通路9を、膨張弁1と一体に内蔵したものである。エバポレータ6の出口冷媒の圧力及び温度を直接感知して、ダイヤフラム32のダイヤフラム変位量を調整し、それにより、弁体14の開度、すなわち、弁絞り通路部の開度を調整することができるものである。
【0005】
通常、ボックス型膨張弁1において、作動棒51からストッパ50に伝熱される熱伝達の時定数(応答性)は適切に設定されており、弁体14が頻繁に開閉してハンチングが発生しないようになされている。図9に示すように膨張弁1の従来構造では、外部均圧部の穴62の加工のため、上部からφ7.0mm程度の作動棒径より大きい貫通穴55が開けられた構造となっている。このような構造では、貫通穴55を通じて液冷媒(液滴)が流入して、ハンチング性を悪化させてしまう。すなわち、過熱度が少ない運転領域(実際には気液混合状態)において、液滴が、図9に示すように貫通穴55を通過して、直接ストッパ50に付着したりして、時定数を短縮させるようなことがあり、時定数が不安定となりハンチング性に問題が生じていた。
【0006】
その他のボックス型膨張弁の従来技術には、樹脂カバーで感温部分の全体を覆うことにより、膨張弁の時定数(応答性)を遅くし、ハンチングの低減を図るものがある。このような従来技術では、クールダウン時には、時定数が遅くなることで、起動時弁が絞る状態になるまでに時間がかかり、圧縮機に液バックする状態が長く続き性能が低下するといった不具合が発生することがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2004−045026号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記問題に鑑み、冷凍サイクル内を循環する冷媒が、エレメント部のダイヤフラム下部空間に流入しないようにした機械式ボックス型膨張弁を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、冷凍サイクルのエバポレータ(6)出口における冷媒の過熱度に応じて冷媒流量を調節する膨張弁であって、開度変位量が調節可能な弁体(14)を有し、前記エバポレータ(6)入口に向う絞り通路(7)と、前記エバポレータ(6)出口から圧縮機(8)に向う冷媒が通る低圧通路(9)と、ダイヤフラム(32)により、冷媒が封止された上部空間(35)と、ストッパ(50)を有する下部空間(36)とに仕切られたエレメント部(30)と、前記ダイヤフラム(32)に当接する前記ストッパ(50)に連結され、前記低圧通路(9)を貫通して、該ダイヤフラム(32)の変位を前記弁体(14)に伝達する作動棒(51)と、を具備する膨張弁において、前記下部空間(36)と前記低圧通路(9)とを連通する均圧孔(53)を除き、前記下部空間(36)と前記低圧通路(9)とが閉鎖カバー(54)で閉鎖され、前記均圧穴(53)を通って前記下部空間(36)に、低圧通路(9)を通過する冷媒液滴の流入が抑制されるように構成し、前記閉鎖カバー(54)において、前記均圧穴(53)は、前記作動棒(51)が前記閉鎖カバー(54)を貫通する、貫通穴(55)とは別に設置されており、前記均圧穴(53)が、前記低圧通路(9)における前記作動棒(51)の下流流路側に設置され、前記均圧穴(53’)の中心軸方向が、前記作動棒(51)の軸心に対して斜交し、前記均圧穴(53’’)の中心軸方向が、前記低圧通路(9)を通過する冷媒液滴が流入しにくい方向に、前記作動棒(51)の軸心に対して斜交していることを特徴とする膨張弁である。
【0010】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1形態の断面図である。
図2形態の詳細説明図である。
図3形態の断面図である。
図4】本発明の第実施形態の断面図である。
図5形態の断面図である。
図6】本発明の第実施形態の断面図である。
図7】本発明の第実施形態の断面図である。
図8】一般的な膨張弁の作動原理の説明図である。
図9】従来技術の膨張弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術に対する各実施態様の同一構成の部分には、同様に同一の符号を付してその説明を省略する。
【0013】
以下、図1を参照して説明する。この膨張弁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ている。なお、空気調和装置以外にも使用可能である。膨張弁1は、冷凍サイクルの冷媒が流れる冷媒管路において、コンデンサ4の冷媒出口からレシーバ5を経て、エバポレータ6の冷媒入口へと向かう冷媒管路部分に、液相冷媒が通過する絞り通路(減圧膨張通路)7を有する。
【0014】
本体ボディ52には、エバポレータ6の冷媒出口から圧縮機8の冷媒入口へと向かう冷媒管路部分に、低圧冷媒が通過する低圧通路9を有する。そして、絞り通路7と低圧通路9が上下に相互に離間して形成されている。絞り通路7には、レシ−バ5の冷媒出口から供給された液体冷媒を断熱膨張又は流量調節させるためのオリフィスが形成されている。オリフィスの入口には弁座12が形成されていて、弁座12には弁部材13により支持された弁体14(ボール)が着座又は離座するように配設されている。
【0015】
弁部材13は、弁体14が弁座12に押し付けられる方向に、圧縮コイルばね16などからなる付勢手段により付勢されている。圧縮コイルばね16は、弁部材13と弁体14を、弁体14によってオリフィスを閉じる方向に付勢する。レシ−バ5からの液冷媒が導入される絞り通路7は、液冷媒の通路となり、入口ポ−ト7’と、この入口ポ−ト7に連続して、弁体14と弁座12からなるオリフィスが構成され、出口ポ−ト7’’からエバポレータ6の入口に接続している。弁体14は、作動棒51の上下動によって、オリフィスの開度変位量が調整される。
【0016】
エレメント部30は、ダイヤフラム32により仕切られた、冷媒が封止された上部空間35と、ストッパ50を有する下部空間36を有する感熱部である。ダイヤフラム32の上下に、二つの気密室を形成する上部空間35及び下部空間36がそれぞれ形成されている。作動棒51の上端は、下部空間36において、ダイヤフラム32に当接するストッパ50に連結している。作動棒51は、エバポレータ6の冷媒出口から圧縮機8の冷媒入口へと向かう低圧冷媒が通過する低圧通路9において、露出している。このため、低圧冷媒の温度Tが作動棒51を介してストッパ50に伝熱され、ダイヤフラム32を介して上部空間35に伝えられる。上部空間35には、冷凍サイクルと同一冷媒が、気液混合状態で封入されており、上部空間35内の圧力PTは、温度T(過熱度SH)に対応した飽和圧力を示している。一方、作動棒51は、ダイヤフラム32の上部空間35の圧力PTと下部空間36の圧力PEとの差圧ΔPに応答して、オリフィスの開度変位量が調整される。
【0017】
本体ボディ52の上端には、エレメント部30が固定されるねじ孔31が形成されている。エレメント部30は、ダイヤフラム32を挾んで互いに密着して設けられた上カバー33と下カバー34(エレメントうけ)を有している。下部空間36と低圧通路9とは、両者間を連通する均圧孔53を除き、閉鎖板54で閉鎖されている。閉鎖板54には、作動棒51の軸心線に対して偏心位置に、作動棒51を貫通させるための貫通穴55(作動棒51と同径)とは別に、均圧孔53が形成されている。均圧孔53を介して下部空間36は、低圧通路9に連通されている。
【0018】
閉鎖板54は、図2に示すように、別体カバー(樹脂カバー等)で下部空間36を閉鎖している。図2に示すように、本体ボディ52のねじ部31に、エレメント部30の下カバー34をねじ込み、本体ボディ52と、下カバー34の下端面34’との間に、別体カバー54を挟み込むことで固定する。別体カバーの代わりに、本体ボディ52と一体に閉鎖板54を形成して、下部空間36を閉鎖しても良い。
【0019】
均圧孔53は、低圧通路9の圧力が、下部空間36に導入できるような圧力導入穴であればよく、低圧通路9を流れる液滴の流入が阻止されるように径が小さく設定されている。均圧孔53は、下部空間36と低圧通路9とが等圧になるように機能している。62は防振材である。
【0020】
このように、下部空間36には、低圧通路9を通過する冷媒液滴の流入が抑制されるので、液冷媒の流入による耐ハンチング性悪化を解決して、安定した時定数を確保することができる。また、閉鎖板54により流路の段差をなくすことでエッジトーン等による冷媒通過音の低減にも有利な効果がある。均圧穴53が、低圧通路9の作動棒51の下流流路側に設置されていると一層冷媒液滴の流入が抑制される。
【0021】
(第実施形態)
実施形態は、図3に示すように、均圧穴53’の中心軸方向が、作動棒51の軸心に対して斜交している場合の実施形態である。その他は上述の図1形態と同じである。さらに、図4に示すように、均圧穴53’’の中心軸方向が、低圧通路9を通過する冷媒液滴が流入しにくい方向に斜交していると、より効果的である。すなわち、低圧通路9を通過する冷媒の流れ方向と、均圧穴53’’の中心軸方向とが、図4の断面上で鋭角をなすように斜交している場合である。必ずしも図4の断面上で交差しなくても良く、低圧通路9を通過する冷媒液滴が流入しにくい方向に斜交していればよい。
【0022】
図5に示すように、通路9を通過する冷媒液滴の流入を阻止する邪魔板56が設置されている場合の形態である。この場合は、均圧穴53が、従来技術のように、作動棒51と同径の貫通穴55を含むように設置されている。作動棒51には、邪魔板56を一体又は別体で、傘のように設置する。このようにすれば、均圧穴53が作動棒51と同径の貫通穴より大きくても、均圧穴53からの液滴冷媒の下部空間への進入を抑制することができる。これにより、下部空間36への液滴の流入が阻止され、ストッパ50に液滴が直接付着することがなくなり、時定数を短縮させるようなことがなくなる。
【0023】
(第実施形態)
実施形態は、図6に示すように、下部空間36には、通路9を通過する冷媒液滴が、作動棒51に衝突して、均圧穴53(作動棒51と同径の貫通穴より大きい場合)に向けて跳ね返らないように、流線型のカバー57を作動棒51に設置している。冷媒の流れが、図6のB−B線の断面において左右に分散され、図の紙面上、上方向の液滴の流入(下部空間36への流入)を低減させることができる。このようにすれば、閉鎖カバーに設けられた均圧穴53が作動棒51と同径の貫通穴より大きくても、均圧穴53からの液滴冷媒の下部空間36への進入を抑制することができる。これにより、下部空間36への液滴の流入が阻止され、ストッパ50に液滴が直接付着することがなくなり、時定数を短縮させるようなことがなくなる。第実施形態を図5の形態と組み合わせても良い。
【0024】
(第実施形態)
実施形態とその図5の形態との組み合わせにおいて、均圧穴53が、低圧通路9の上流流路側において、作動棒51と密着又は近接するように設置されているようにしても良い(図7参照)。これにより、低圧通路9の作動棒51の上流流路側からの流入が抑制される。この場合、邪魔板56や流線型のカバー57が作動棒51に設置されていなくても、下部空間36への液滴の流入が一部阻止され、ストッパ50に液滴が直接付着することが少なくなり、時定数を短縮させるようなことが少なくなる。また、穴の加工数を削減できるので、加工コスト低減を実現することができる。
【符号の説明】
【0025】
6 エバポレータ
7 絞り通路(減圧膨張通路)
9 低圧通路
14 弁体
32 ダイヤフラム
35 上部空間
36 下部空間
53 均圧穴
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9