(57)【要約】【課題】全体の組み上げ、各機器の設置、配管等に要する手間やコストを削減することができるとともに、全体の占有スペースを可及的に縮小できる冷凍サイクル及びそれに用いられる膨張弁を提供する。【解決手段】圧縮機、凝縮器、蒸発器、内部熱交換器、及び、膨張弁１１２を備え、前記内部熱交換器において、前記凝縮器から前記膨張弁に導かれる高温の冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる低温の冷媒との間で熱交換を行うようにされた冷凍サイクルであって、前記膨張弁１１２に取り付けられた配管接続用フランジ５０Ｂに、前記内部熱交換器からの高温冷媒を前記膨張弁１１２内に導入するための高温冷媒用導管１１と、前記蒸発器からの低温冷媒を前記内部熱交換器に導くための低温冷媒用導管１２とが接続され、該フランジ５０Ｂ内に前記高温冷媒及び／又は低温冷媒を流すための熱交換用通路７０Ａ、７０Ｂが設けられて、前記フランジ５０Ｂが前記内部熱交換器として機能するようにされてなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、蒸発器、内部熱交換器、及び、膨張弁を備えると共に、前記内部熱交換器が、前記凝縮器から前記膨張弁に導かれる高温の冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる低温の冷媒との間で熱交換を行うようにされた冷凍サイクルであって、
前記膨張弁に取り付けられた配管接続用フランジが前記内部熱交換器として機能するようにされていることを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記配管接続用フランジに、前記内部熱交換器からの高温冷媒を前記膨張弁内に導入するための高温冷媒用導管と、前記蒸発器からの低温冷媒を前記内部熱交換器に導くための低温冷媒用導管とが接続され、該フランジ内に前記高温冷媒及び／又は低温冷媒を流すための熱交換用通路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
前記配管接続用フランジは、複数枚の板状部材を重ね合わせた積層構造を持ち、前記複数枚の板状部材間に前記熱交換用通路が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
圧縮機、凝縮器、蒸発器、内部熱交換器、及び、膨張弁を備えると共に、前記内部熱交換器が、前記凝縮器から前記膨張弁に導かれる高温の冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる低温の冷媒との間で熱交換を行うようにされた冷凍サイクルに用いられ、配管接続用フランジが一体的に取り付けられた冷媒サイクル用膨張弁であって、
前記配管接続用フランジが前記内部熱交換器として機能するようにされていることを特徴とする冷凍サイクル用膨張弁。
【請求項５】
前記配管接続用フランジ内に、前記高温冷媒及び／又は低温冷媒を流すための熱交換用通路が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル用膨張弁。
【請求項６】
前記配管接続用フランジは、複数枚の板状部材を重ね合わせた積層構造を持ち、前記複数枚の板状部材間に前記熱交換用通路が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル用膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーエアコン等に使用される冷凍サイクルに係り、特に、圧縮機、凝縮器、蒸発器、内部熱交換器、及び、膨張弁を備え、内部熱交換器において、凝縮器から膨張弁に導かれる高温の冷媒と蒸発器から圧縮機の吸入側に導かれる低温の冷媒との間で熱交換を行うようにされた冷凍サイクル及びそれに用いられる膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーエアコン等に使用される冷凍サイクルにおいて、冷却能力等を向上させるため、従来、例えば、図５に示される如くのものが提案ないし実用に供されている。すなわち、図示例の冷凍サイクル１０は、圧縮機１０１、凝縮器１０２、蒸発器１０３、内部熱交換器１０４、及び、膨張弁１１０（後述）を備え、内部熱交換器１０４において、凝縮器１０２から膨張弁１１０に導かれる高温高圧の冷媒（液相）と蒸発器１０３から圧縮機１０１の吸入側に導かれる低温低圧の冷媒（気相）との間で熱交換を行うようにしたものである（例えば、下記特許文献１、２、３も参照）。
【０００３】
かかる冷凍サイクル１０に使用されている膨張弁１１０の一例を図６に示す。図示例の膨張弁１１０は、弁本体２０の下部に内部熱交換器１０４からの高温冷媒を導入するための流入口２１と弁シート部２５（弁口２６）を有する弁室２４が設けられるとともに、中央部に流出口２２が設けられ、また、弁本体２０の上部左右に感温用流入口３１及び流出口３２が設けられ、弁本体２０の最上部には、感温用流入口３１から流出口３２へ流れる冷媒の温度変化及び圧力変化に応動する感温感圧応動手段としてのダイアフラム装置４０が取り付けられている。
【０００４】
また、配管接続の便宜を図るため、弁本体２０の外周の左右には、フランジ５０、５０（ここでは右側のもののみ表示）がボルト類１５等で一体に取り付けられ、この配管接続用フランジ５０に形成された通し穴５０ａ、５０ｂを介して、前記流入口２１には前記内部熱交換器１０４からの高温冷媒を膨張弁１１０内（弁室２４内）に導入するための高温冷媒用導管１１が、また、前記流出口３２には前記蒸発器１０３からの低温冷媒を前記内部熱交換器１０４に導くための低温冷媒用導管１２が接続されている、なお、導管１１、１２の先端部付近にはＯリング１３、１４が装着され、導管１１、１２とフランジ５０との外側交差部分にはろう付け等が施されている（通常、弁本体２０にフランジ５０を取り付ける前に、フランジ５０に導管１１，１２をろう付け等で接合しておく）。また、フランジ５０の中央にはボルト通し穴５５ａが形成され、弁本体２０には、ボルト用雌ねじ５５ｂが形成されている。
【０００５】
前記弁室２４には、前記弁口２６を開閉するボール弁体３０と該ボール弁体３０を閉弁方向に付勢するコイルばね２７が配在されている。
【０００６】
前記ダイアフラム装置４０は、前記ボール弁体３０を駆動ロッド３５及び連結体３６を介して開閉方向（上下方向）に駆動するためのダイアフラム４２を有し、該ダイアフラム４２を隔壁としてその上下には、上側圧力室４３と下側圧力室４４とが画成されている。上側圧力室４３は所定圧力のガスが封入されてキャップ４６で密閉されている。下側圧力室４４は、連通開口部４５を介して前記感温用流入口３１及び流出口３２に連通しており、前記ダイアフラム４２の下面側には、蒸発器１０３から内部熱交換器１０４に導かれる低温冷媒の圧力が作用するようになっている。
【０００７】
なお、前記下側圧力室４４、感温用流入口３１及び流出口３２と前記冷媒流出口２２との連通・流通を遮断すべく、弁本体２０における駆動ロッド３５が通される内部中央付近に穴３８が設けられるとともに、この穴３８の内周面と駆動ロッド３５の外周面との間にはシール材としてのＯリング３９が介装されている。また、弁室２４の下部には、ばね圧調節用ナット２８が螺合せしめられ、このばね圧調節用ナット２８の非螺合部分と弁室２４内周面との間にはシール材としてのＯリング２９が介装されている。
【０００８】
したがって、かかる構成の膨張弁１１０では、流出口２２から前記蒸発器１０３へ導出される冷媒の流量（圧力降下度及び温度降下度）を、前記内部熱交換器１０４で熱交換を行う前の低温冷媒の温度及び圧力に応じて調整するようになっている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−３４６４６６号公報
【特許文献２】特開２００７−２４００４１号公報
【特許文献３】特開２００７−３０３７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記した如くの圧縮機１０１、凝縮器１０２、蒸発器１０３、内部熱交換器１０４、及び、膨張弁１１０を備えた冷凍サイクル１０においては、内部熱交換器１０４を組み込んでいることから、全体の組み上げ、各機器の設置、配管等に要するコストが高くなる嫌いがあり、また、その分、全体の占有スペースも大きくなってしまうという問題があり、例えばカーエアコン等として用いる場合には、組立配管等に要する手間、コストの削減や全体の占有スペースの縮小化等を図ることが強く要望されている。
【００１１】
かかる要望に応えるべく、前記特許文献３には、膨張弁に内部熱交換器を組み付けて一つの組立体とすることが提案されている。
【００１２】
しかしながら、前記特許文献３に所載の冷凍サイクルでは、内部熱交換器として二重管構造のものが用いられているので、手間・コスト削減効果、全体の占有スペースの縮小化等をさほど図ることができないのが実情である。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、全体の組み上げ、各機器の設置、配管等に要する手間やコストを削減することができるとともに、全体の占有スペースを可及的に縮小できる冷凍サイクル及びそれに用いられる膨張弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る冷凍サイクルは、基本的には、圧縮機、凝縮器、蒸発器、内部熱交換器、及び、膨張弁を備えると共に、前記内部熱交換器が、前記凝縮器から前記膨張弁に導かれる高温の冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる低温の冷媒との間で熱交換を行うようにされ、前記膨張弁に取り付けられた配管接続用フランジが前記内部熱交換器として機能するようにされていることを特徴としている。
【００１５】
好ましい態様では、前記配管接続用フランジに、前記内部熱交換器からの高温冷媒を前記膨張弁内に導入するための高温冷媒用導管と、前記蒸発器からの低温冷媒を前記内部熱交換器に導くための低温冷媒用導管とが接続され、該フランジ内に前記高温冷媒及び／又は低温冷媒を流すための熱交換用通路が設けられる。
【００１６】
前記配管接続用フランジは、好ましくは、複数枚の板状部材を重ね合わせた積層構造を持ち、前記複数枚の板状部材間に前記熱交換用通路が設けられる。
【００１７】
一方、本発明に係る冷凍サイクル用膨張弁は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、内部熱交換器、及び、膨張弁を備えると共に、前記内部熱交換器が、前記凝縮器から前記膨張弁に導かれる高温の冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる低温の冷媒との間で熱交換を行うようにされた冷凍サイクルに用いられ、配管接続用フランジが一体的に取り付けられ、前記配管接続用フランジが前記内部熱交換器として機能するようにされていることを特徴としている。
【００１８】
そして、前記配管接続用フランジ内には、前記高温冷媒及び／又は低温冷媒を流すための熱交換用通路が設けられている。
【００１９】
この場合、前記配管接続用フランジは、好ましくは、複数枚の板状部材を重ね合わせた積層構造を持ち、前記複数枚の板状部材間に前記熱交換用通路が設けられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る冷凍サイクルでは、膨張弁には通常備えられる配管接続用フランジ内に、高温冷媒及び／又は低温冷媒を流すための熱交換用通路が設けられて、当該フランジが内部熱交換器として機能するようにされているので、従来例のように膨張弁から離れた部位に内部熱交換器を配置する場合に比して、全体の組み上げ、各機器の設置、配管等に要する手間やコストを削減することができるとともに、全体の占有スペースを大幅に縮小することができる。また、膨張弁には通常備えられる配管接続用フランジを内部熱交換器として利用しているので、二重管構造の内部熱交換器を用いる場合に比べて低コストで製作することができるとともに、配管や組立作業も容易に行え、さらに、スペース的にも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の冷凍サイクル用膨張弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る冷凍サイクル用膨張弁の第１実施例を示している。本実施例の膨張弁１１１は、前述した図５に示される如くの冷凍サイクル１０に使用されるものである。また、本実施例の膨張弁１１１は、配管接続用フランジ部分を内部熱交換器１０４として機能するようにしたもので、膨張弁の基本構成部分は図６に示される膨張弁１１０と略同じであり、図示第１実施例の膨張弁１１１については、図６に示される膨張弁１１０の各部に対応する部分には同一の符号を付して重複説明を省略し、以下においては、相異点を重点的に説明する。
【００２３】
図示第１実施例における膨張弁１１１の配管接続用フランジ５０Ａは、高温冷媒用導管１１（第１の導管１１ａと第２の導管１１ｂから成る）と低温冷媒用導管１２とが接続され、該フランジ５０Ａ内に第１の導管１１ａからの高温冷媒を流すための熱交換用通路６０Ａ、６０Ｂ（後述）が設けられている。
【００２４】
前記フランジ５０Ａは、図１に加えて図２を参照すればよくわかるように、矩形板状の中間板材５３とその表側と裏側に重ね合わされた同形の一対の溝付き板材５１、５１とを備えた積層構造体となっており、それら中間板材５３及び溝付き板材５１、５１は、弁本体２０にボルト１５で共締め固定されている。
【００２５】
詳細には、前記溝付き板材５１、５１には、前記従来例の導管通し穴５０ａ（高温側）、５０ｂ（低温側）に相当する通し穴５１ａ、５１ｂが形成されているが、前記中間板材５３には、従来例の通し穴５０ｂに相当する通し穴５３ｂは形成されているものの、従来例の通し穴５０ａに相当する通し穴は形成されていない（盲蓋として使用）。
【００２６】
そして、前記溝付き板材５１の一面側には、熱交換用通路６０Ａ、６０Ｂとなる一対の平面視概略へ字状の溝６１、６１が左右対称的に形成されている。該溝６１の一端側は前記高温側の通し穴５１ａに開口し、他端側は前記低温側の通し穴５１ｂの近くで閉じられている。
【００２７】
前記中間板材５３には、その表側と裏側に重ね合わされた溝付き板材５１、５１の左右の各溝６１、６１の他端部付近同士を連通させるための貫通穴６３、６３が形成されている。
【００２８】
このような構成とされた膨張弁１１１のフランジ５０Ａ部分においては、凝縮器１０２から第１の導管１１ａを介して送られてくる高温冷媒は、中間板材５３の下部に通し穴が形成されておらずそこが盲蓋として働くので、表側の溝付き板材５１の通し穴５１ａから溝６１に流入し、該溝６１から中間板材５３に形成された貫通穴６３を通って裏側の溝付き板材５１の溝６１に流れ込み、該溝６１から裏側の溝付き板材５１の通し穴５１ａ、第２の導管１１ｂ及び弁本体２０の流入口２１を通って弁室２７に流入する。
【００２９】
この場合、高温冷媒がフランジ５０Ａ内に設けられた溝６１、６１、貫通孔６３、６３、溝６１、６１で構成される熱交換用通路６０Ａ、６０Ｂを流れることにより、高温冷媒と導管１２を流れる低温冷媒との熱交換が行われ、高温冷媒が冷却されるとともに、低温冷媒が昇温されることになる。
【００３０】
このように、本実施例の膨張弁１１１が用いられた冷凍サイクルでは、膨張弁には通常備えられる配管接続用フランジ内に、高温冷媒を流すための熱交換用通路６０Ａ、６０Ｂが設けられて、当該フランジ５０Ａが内部熱交換器として機能するようにされているので、従来例のように膨張弁から離れた部位に内部熱交換器を配置する場合に比して、全体の組み上げ、各機器の設置、配管等に要する手間やコストを削減することができるとともに、全体の占有スペースを大幅に縮小することができる。また、膨張弁には通常備えられる配管接続用フランジを内部熱交換器として利用しているので、二重管構造の内部熱交換器を用いる場合に比べて低コストで製作することができるとともに、配管や組立作業も容易に行え、さらに、スペース的にも有利である。
【００３１】
図３は、本発明に係る冷凍サイクル用膨張弁の第２実施例を示している。本実施例の膨張弁１１２は、第１実施例と同様に、配管接続用フランジ部分を内部熱交換器１０４として機能するようにしたもので、膨張弁の基本構成部分は図１に示される膨張弁１１１と略同じであり、図示第２実施例の膨張弁１１１については、第１実施例の膨張弁１１１の各部に対応する部分には同一の符号を付して重複説明を省略し、以下においては、相異点を重点的に説明する。
【００３２】
図示第２実施例における膨張弁１１２の配管接続用フランジ５０Ｂは、高温冷媒用導管１１と低温冷媒用導管１２とが接続され、該フランジ５０Ｂ内に導管１１からの高温冷媒を流すための熱交換用通路７０Ａ、７０Ｂ（後述）が設けられている。
【００３３】
前記フランジ５０Ｂは、矩形板状の中間板材５３とその表側と裏側に重ね合わされた同形の一対の溝付き板材５１、５１と、表側の溝付き板材５１の表側に重ね合わせられた外側板材５６を備えた４層の積層構造体となっており、それら中間板材５３、溝付き板材５１、５１、及び外側板材５６は、弁本体２０にボルト１５で共締め固定されている。
【００３４】
詳細には、前記溝付き板材５１、５１、中間板材５３、及び外側板材５６には、前記従来例の導管通し穴５０ａ（高温側）、５０ｂ（低温側）に相当する通し穴５１ａ、５１ｂ５３ａ、５３ｂ、５６ａ、５６ｂが形成されている（本実施例では、中間板材５３にも通し穴５３ａが形成されている）。
【００３５】
前記溝付き板材５１の一面側には、図４に示される如くに、熱交換用通路７０Ａ、７０Ｂとなる、前記第１実施例のものより長い一対の溝７１、７１が左右対称的に形成されている。該溝７１、７１の一端側は前記高温側の通し穴５１ａに開口し、他端側は、熱交換効率を高くすべく、前記通し穴５１ｂ（導管１２）の左右半分ずつを包囲するように半円状に曲成されて該溝付き板材５１の上端部付近まで伸ばされ、それらの他端部同士が向かい合って閉じられている。
【００３６】
前記中間板材５３には、その表側と裏側に重ね合わされた溝付き板材５１、５１の左右の各溝７１、７１の他端部付近同士を連通させるための貫通穴７３、７３が形成されている。
【００３７】
そして、本実施例では、導管１１の先端部が、外側板材５６、溝付き板材５１、中間板材５３、及び溝付き板材５１に形成された高温側の通し穴５６ａ、５１ａ、５３ａ、５１ａを介して流入口２１内に挿入されており、この導管１１の先端部には、盲蓋として働く有底の蓋用筒材８０が圧入等で挿着されている。また、導管１１には、前記表側及び裏側の溝付き板材５１、５１の左右一対の溝７１、７１に連なるように、左右一対の連通穴７５、７５、７６、７６が形成されるとともに、前記蓋用筒材８０にも、前記裏側の溝付き板材５１の溝７１、７１及び連通穴７６、７６に連なるように連通穴８１、８１が形成されている。また、導管１１には、弁本体２０（流入口２１）、中間板材５３（通し穴５３ａ）、及び外側板材５６（通し穴５６ａ）との間をシールするため、Ｏリング１６、１７、１８が装着されている。
【００３８】
このような構成とされた膨張弁１１１のフランジ５０Ｂ部分においては、凝縮器１０２から導管１１を介して送られてくる高温冷媒は、導管１１に挿着された蓋用筒材８０（の底部）が盲蓋として働くので、導管１１に形成された連通穴７５から表側の溝付き板材５１の溝７１に流入し、該溝７１から中間板材５３に形成された貫通穴７３を通って裏側の溝付き板材５１の溝７１に流れ込み、該溝７１から導管１１に形成された連通穴７６→蓋用筒材８０に形成された連通穴８１→蓋用筒材８０内→流入口２１を通って弁室２７に流入する。
【００３９】
この場合、高温冷媒がフランジ５０Ｂ内に設けられた溝７１、７１、貫通孔７３、７３、溝７１、７１等で構成される熱交換用通路７０Ａ、７０Ｂを流れることにより、高温冷媒と導管１２を流れる低温冷媒との熱交換が行われ、高温冷媒が冷却されるとともに、低温冷媒が昇温されることになる。
【００４０】
このように、本実施例の膨張弁１１２が用いられた冷凍サイクルにおいても、第１実施例と同様に、膨張弁には通常備えられる配管接続用フランジ内に、高温冷媒を流すための熱交換用通路７０Ａ、７０Ｂが設けられて、当該フランジ５０Ｂが内部熱交換器として機能するようにされているので、従来例のように膨張弁から離れた部位に内部熱交換器を配置する場合に比して、全体の組み上げ、各機器の設置、配管等に要する手間やコストを削減することができるとともに、全体の占有スペースを大幅に縮小することができる。また、膨張弁には通常備えられる配管接続用フランジを内部熱交換器として利用しているので、二重管構造の内部熱交換器を用いる場合に比べて低コストで製作することができるとともに、配管や組立作業も容易に行え、さらに、スペース的にも有利である。
【００４１】
なお、上記した実施例においては、中間板材５３と２枚の溝付き板材５１とを重ね合わせることにより熱交換用通路を形成するようにしているが、必ずしもこのような構成にする必要はなく、重ね合わせる板材の種類や枚数、溝の形状、本数等は適宜変更してもよいことは勿論である。また、フランジには高温冷媒を流す熱交換用通路のみが形成されているが、それに代えて、あるいは、それに加えて、フランジに低温冷媒を流す熱交換用通路を形成してもよい。また、積層板材（５１、５３、５６）間等において冷媒の洩れが懸念される場合は、適宜にシール材等を配在すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る冷凍サイクル用膨張弁の第１実施例を示す部分切欠縦断面図。
【図２】第１実施例の膨張弁に備えられる配管接続用フランジの分解斜視図。
【図３】本発明に係る冷凍サイクル用膨張弁の第２実施例を示す部分切欠縦断面図。
【図４】第２実施例の配管接続用フランジに用いられる溝付き板材の平面図。
【図５】従来の冷凍サイクルの一例を示す概略構成図。
【図６】従来の冷凍サイクルで使用されている膨張弁の一例を示す部分切欠縦断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１０    冷凍サイクル
１０１  圧縮機
１０２  凝縮器
１０３  蒸発器
１０４  内部熱交換器
１１１、１１２  膨張弁
１１    高温側の導管
１２    低温側の導管
２０    弁本体
２１    流入口
３２    流出口
２４    弁室
３０    ボール弁体
４０    ダイアフラム装置
４３    上側圧力室
４４    下側圧力室
５０Ａ、５０Ｂ  膨張弁
５１    溝付き板材
５３    中間板材
６０Ａ、６０Ｂ、７０Ａ、７０Ｂ  熱交換用通路
６１、７１  溝
６３、７３  貫通穴
８０    蓋用筒材
【図１】
2010127573.tif 000003
【図２】
2010127573.tif 000004
【図３】
2010127573.tif 000005
【図４】
2010127573.tif 000006
【図５】
2010127573.tif 000007
【図６】
2010127573.tif 000008