(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度式膨張弁のダイヤフラム室に連通するキャピラリチューブに感温筒を連結し、該感温筒外周に断面略円形のコイルバネからなるリング状部材を抱持させ、該感温筒を圧縮機吸入管に固定し、蒸発器出口配管温度の基準熱量に対して、前記コイルバネの線径が一定のとき、その巻数を変更して圧縮機の吸入管から前記感温筒への熱伝達特性を調整するようにしたことを特徴とする温度式膨張弁のハンチング防止方法。
【請求項２】
該リング状部材がコイルバネの巻数が一定のとき、その線径を変更して圧縮機の吸入管から前記感温筒への熱伝達特性を調整するようにした請求項１記載の温度式膨張弁のハンチング防止方法。
【請求項３】
該リング状部材が断面略円形のリングを１本以上分離して列設し、前記断面円形の一部に切欠きを設けたものである請求項１又は請求項２記載の温度式膨張弁のハンチング防止方法。
【請求項４】
温度式膨張弁のダイヤフラム室に連通するキャピラリチューブに感温筒を連結し、該感温筒外周に断面矩形のコイルバネからなるリング状部材を抱持させ、該感温筒を圧縮機吸入管に固定し、蒸発器出口配管温度の基準熱量に対して、前記コイルバネの板厚、板幅が一定のとき、その巻数を変更して圧縮機の吸入管から前記感温筒への熱伝達特性を調整するようにしたことを特徴とする温度式膨張弁のハンチング防止方法。
【請求項５】
該リング状部材がコイルバネの巻数が一定のとき、その板厚、板幅を変更して圧縮機の吸入管から前記感温筒への熱伝達特性を調整するようにした請求項４記載の温度式膨張弁のハンチング防止方法。
【請求項６】
該リング状部材が断面矩形のリングを１本以上分離して列設し、前記断面円形の一部に切欠きを設けたものである請求項４又は請求項５記載の温度式膨張弁のハンチング防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルに用いられる膨張弁のハンチング防止方法に関し、例えば、車両用エアコンにおいて、この冷凍サイクル中の冷媒の温度に応じてその開度を制御するのに適切な温度式膨張弁のハンチング防止方法に関する。
【０００２】
冷凍サイクルは、たとえば冷房時には、圧縮機で圧縮して高温高圧となった冷媒を凝縮器で冷却し、これを膨張弁で膨張させて低圧化し、蒸発器で蒸発させて室内空気を冷却し、圧縮器に戻すことにより冷凍サイクルを構成している。この膨張弁においては、通常、蒸発器の出口部分の冷媒の温度、即ち圧縮機の吸入管部分の冷媒の温度をこの吸入管に密着させた感温筒に熱伝達することにより、管温筒内部の気体の圧力を変化させ、これをキャピラリチューブにより膨張弁内のダイヤフラムの作動室に導入し、適宜このダイヤフラムに冷媒の対向圧力を作用させ、これらの圧力によるダイヤフラムの変形により膨張弁の弁体を開閉することにより冷媒の流量調整を行っている。
【０００３】
このような冷凍サイクルに用いられる感温筒式の膨張弁装置においては、冷凍サイクルの状態が膨張弁装置の開度変化に追従する際の時間差により、ハンチングを発生することがある。例えば、感温筒が冷凍サイクルの過熱状態を検知すると、膨張弁装置の弁部が直ちに開き、冷媒の流量が増加するが、蒸発器を通過して圧縮機へ向かう冷媒が吸込管１の温度を下げるまでにはある程度の時間（通常１〜２分）が費やされる。この間、膨張弁装置は吸込管の温度が高いまま（過熱状態）なので、膨張弁装置の弁部はさらに開かれてしまう。
【０００４】
そして、ある程度の時間が経過した後には吸込管の温度は下がるが、過熱状態、特に弁開度を開き過ぎたために、冷凍サイクルは液バック状態になってしまう。すると、感温筒が冷凍サイクルの液バツク（吸込管温度の低下）を検知すると、膨張弁装置は弁部を閉じて冷媒の流量を減少させるが、ここでも蒸発器を通過して圧縮機へ向かう冷媒が吸込管の温度を下げるまでにはある程度の時間が費やされる。この間、膨張弁装置は吸込管の温度が低いまま（液バック状態）なので、膨張弁装置の弁部はさらに閉ざされてしまう。そして、このような状態を幾度か繰り返して冷凍サイクルが安定するが、このハンチングが発生すると、弁部の絞り及び冷媒流量が安定せず、熱交換効率が著しく低下する。
【０００５】
上記のような、ハンチングは、個々の冷凍機の容量や作動特性によって異なるため、各冷凍機に適合した感温筒から膨張弁作動部に至るまでの作動特性を選定しなければならない。各機器毎の最適な作動特性を得るため、感温筒部分で調整するために、従来から各種の手段が提案されており、
（１）感温筒の材質や形状を変える。
（２）感温筒内に応答性を変えるための挿入材を挿入する。
（３）感温筒の外面に熱収縮性チューブや樹脂チューブ等を被覆する。
等の手段が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１の手段は、感温筒の材質をステンレス材やアルミニウム等々の材質を選定し、また、その形状を、冷媒の流通管に接触する部分をこの流通管の外形に適合するようにして接触面積を大きくとり、或いは逆に少なくする等の選定を行い、更には、感温筒をコイル状にして流通管に接触する部分の調整を行うようにしたもの等がある。これらの手段による対応においては、例えば感温筒の材質を選定する際には、大きな範囲の機種毎の調整は可能でも、個々の機器毎の調整は不可能であり、かつ、キャピラリチューブと接合するに際して、異種金属の接合は特別の接合手段を必要とすることが多く、困難である。また、感温筒の形状を調整するものにおいては、感温筒を生産する設備自体で対応しなければならず、機器毎の細かな対応は困難である、という欠点を有する。
【０００７】
上記第２の手段は、感温筒内に、例えば活性炭等の物質を挿入し、熱容量、熱伝導率や吸着特性を調整するものであるが、このものにおいても、感温筒を製作する工程で、所定の特性となる種々の感温筒を製作する必要があり、生産工程が複雑となってコストアップに原因となるほか、且つ機器毎の細かな調整は困難であり、しかも、その特性の調整が困難である等の欠点を有する。
【０００８】
上記第３の手段は、感温筒の外周に熱収縮性チューブや樹脂チューブを被覆し、或いはテフロンやゴム類を塗布もしくは貼付し、また、ルミラーシート等の熱絶縁紙を挟み込む等の手段を講じるものであるが、所定の特性を得るための各部材の厚さの調整が困難であり、ほとんど設計者や施工者の勘に頼らざるを得ず、手間がかかり、且つ所定の特性が得られないことが多い。更に、感温筒に巻くこれらの材料は、温度や湿度の変化の激しい部分においては劣化し、耐候性に乏しいという欠点も存在する。
【０００９】
したがって、本発明は、感温筒の生産設備の変更を必要とせず、安価でしかも各機器毎にハンチング防止特性の微調整が容易であり、調整の自由度が大きく、且つ耐候性にも優れた温度式膨張弁を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、温度式膨張弁のダイヤフラム室に連通するキャピラリチューブに感温筒を連結し、該感温筒外周に断面略円形のコイルバネからなるリング状部材を抱持させ、該感温筒を圧縮機吸入管に固定し、蒸発器出口配管温度の基準熱量に対して、前記コイルバネの線径が一定のとき、その巻数を変更して圧縮機の吸入管から前記感温筒への熱伝達特性を調整するようにしたことを特徴とする温度式膨張弁のハンチング防止方法及び温度式膨張弁のダイヤフラム室に連通するキャピラリチューブに感温筒を連結し、該感温筒外周に断面矩形のコイルバネからなるリング状部材を抱持させ、該感温筒を圧縮機吸入管に固定し、蒸発器出口配管温度の基準熱量に対して、前記コイルバネの板厚、板幅が一定のとき、その巻数を変更して圧縮機の吸入管から前記感温筒への熱伝達特性を調整するようにしたことを特徴とする温度式膨張弁のハンチング防止方法に構成したものである。
【００１１】
本発明は、上記のように構成したので、圧縮吸入管に外周を固定された感温筒は、この感温筒の外周にリング状部材を固定しているので、圧縮機吸入管とはリング状部材を介して接触しており、圧縮吸入管内を流通する冷媒の熱をリング状部材を介して受け、その際、リング状部材の圧縮機吸入管と感温筒との接触面積、リング状部材の材質、リング状部材の断面積等の熱容量等によって設定される任意の特性により熱の伝達特性が調整され、この膨張弁が使用される冷凍機の特性に応じた特性で、感温筒は圧縮機吸入管から熱を受け、キャピラリチューブを介して膨張弁をハンチングのない安定した特性で作動する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。例えば、車両用エアコン等に用いられる冷凍サイクル１は、圧縮機２で圧縮され、高温高圧になった冷媒をコンデンサ３で冷却し凝縮させ、後に詳述する膨張弁４で膨張させ、エバボレータ６で車内の空気と熱交換し、車内の空気の熱を奪って冷媒は温度上昇し、この冷媒は、再び圧縮機に戻り循環する周知の構成となっている。
【００１３】
膨張弁４もその構成自体は周知のものであるので、その細部の構成、作動については省略し、ここではその概要を述べるにとどめる。図１に示すように、膨張弁４は、その弁本体７の側部にコンデンサ３からの冷媒を導入する入口８を有し下部にエバポレータ６へ冷媒を導出する出口１０を有する。弁本体７の入口８と出口１０間には弁孔１１を形成した弁座部１２を有し、この弁座部１２には、下方からスプリング１３によリボール受１４を介して押圧されるボール弁１５が配置されている。スプリング１３は弁本体の出口部分に設けたスプリング受け部１６を有する調節ネジ１７で受けられ、かつそのスプリング力を調整可能となっている。
【００１４】
弁本体７の上部には、ダイヤフラム２０の周縁を上方と下方から上蓋２１と下蓋２２により挟持し、周辺を溶接により一体化している弁作動部１９を固定している。ダイヤフラム下面中央には当金２３を固定しており、この当金２３の中央突起部２４の下端には先端部がボール面に当接するロッド２５の端部が当接している。ロッド２５は、弁本体の隔壁２６に形成した孔２７を摺動自在に貫通しており、この孔２７部分の気密性保持のために、シールパッキン２８を配置し、小スプリング３０をこのシールパッキン２８と当金２３の下面との間に配置している。また、弁本体７に弁作動部１９を固定するに際しては、弁本体の環状溝３１内にＯリング３２を配置し、この部分のシール性を向上している。
【００１５】
弁作動部１９の上蓋２１には、キヤピラリチューブ３３の基端部を挿入固定しており、キヤピラリチューブ３３の他端部には、感温筒３４を連結している。このキヤピラリチューブ３３及びこれが連通するダイヤフラム上側室３５内には冷媒ガスが充填されており、感温部が、図示されるようにエバボレータ６の出口に連結し、圧縮機２の吸入管９に密着されることにより、吸入管内の冷媒温度が上昇するとき、キヤピラリチューブ内のガス圧が上昇し、ダイヤフラム２０を作動する力を生じる。ダイヤフラム下側室３６には、弁本体７に形成した均圧管３７により、ボール弁１５の下流側の室３８と連通している。
【００１６】
上記構成からなる温度式膨張弁は、先に従来例として述べたものと同一構成をなすものであり、その基本作動も同様である。しかし、本発明の感温膨張弁は、上記感温筒３４部分に大きな特徴を有するものであり、本実施例においては、図２にこの部分の断面を示すように、感温筒３４の外周面４０にその内面が接触するように、リング状部材として図３に示す如きコイルバネ４１を、その弾性力により生じる緊縮力によって感温筒３４を外周から抱持している。この実施例においては、コイルバネ４１の断面は円形をなしている。
【００１７】
上記のような感温筒において、蒸発器出口配管温度を感温筒に伝熱させる応答に関しては、伝熱量をＱとすると基本的には下記の式に従う。
Ｑ＝Ａ・α・ΔＴ
ここで、Ａ：接触面積（上記コイルバネにおいては線径と巻き数との積）
α：熱伝導率（材質によって決定され、銅は約３．９Ｊ/cm・ｓ・ｋ、ステンレスは約０．１５Ｊ/cm・ｓ・ｋ）
ΔＴ：蒸発器出口配管温度と感温筒温度の温度差
である。
【００１８】
更に、応答時間は、本リング状部材の熱容量（材質比熱であり、銅は約０．３８Ｊ/ｇ・ｋ、ステンレスは約０．５１Ｊ/ｇ・ｋ）及び伝熱長さとの関係を持っており、上記実施例においては線径と巻き数によって決定される。
【００１９】
図２において、コイルバネ４１の両端部を除く部分が、感温筒３４の外周面４０に密着しており、この密着している部分におけるコイルバネ４１の巻き数Ｎは、各冷凍機の前記ハンチング特性に応じた最適の値に設定される。その設定に際しては、このコイルバネ４１の線径ｄが一定であるならば、コイルバネ４１の伸縮状態を変え、圧縮機の吸入管から感温筒への熱の伝達を遅くしたいときには、この巻き数Ｎを少なく、即ちコイルバネ４１のピッチＰを大きくする。この特性は図４（イ）に示すように変化するので、希望の任意の値を選択することができる。また、コイルバネ４１の巻き数Ｎ、ピッチＰを変えないときには、コイルバネの線径ｄを適切なものに選定する。このときの特性は図４（ロ）に示すように変化するので、これによっても希望の任意の値を選択することができる。
【００２０】
上記実施例においては、リング状部材としてコイルバネを用いた例を示したが、そのほか図５に示すように、断面円形で一部に切り欠き４２を有するリング４３を複数個列設してもよい。このようなリング４３を用いる際に、上記のような特性を調整するときには、このリング４３の線径ｄが一定であるならば、リング４３の取付数Ｎを調整することにより、希望の任意の値を選択することができる。また、リング４３の取付数Ｎを変えないときには、リング４３の線径ｄを適切なものに選定する。このときの調整に際しても、上記図４（イ），（ロ）の特性図に基づいて調整することができる。
【００２１】
上記各実施例においては、コイルバネの素材として、断面が円形の線状体である例を示したが、これを図６及び図７に示すように、板巾ｄ、板厚ｔ、ピッチｐのコイルバネ４４を用いることができる。この実施例において、コイルバネ４４のほとんどは感温筒の外周面に接触しており、この実施例のものにおいて、上記特性の調整を行う際には、板巾ｄ、板厚ｔが一定のコイルバネを使用するときは、感温筒３４に接触するコイルバネの巻き数Ｎ、即ちピッチｐを調整することにより、希望の任意の値を選択することができる。また、コイルバネ４４の巻き数Ｎを変えないときには、コイルバネ４４の板厚ｔ、または板巾ｄ、或いはその両者を任意のものに設定することにより調整することができる。このときの調整に際しても、上記図４（イ），（ロ）の特性図に基づいて調整することができる。
【００２２】
上記実施例においては、リング状部材としてコイルバネ４４を用いた例を示したが、そのほか図８に示すように、断面円形で一部に傾斜した切り欠き４５を有するリング４６を複数個列設してもよい。このようなリング４６を用いる際に上記のような特性を調整するときには、このリング４６の板巾ｄ、板厚ｔが一定であるならば、リング４６の取付数Ｎを調整することにより、希望の任意の値を選択することができる。また、リング４６の取付数Ｎを変えないときには、リング４６の線径ｄを適切なものに選定する。このときの調整に際しても、上記図４（イ），（ロ）の特性図に基づいて調整することができる。
【００２３】
なお、上記各実施例において、リング状部材は任意の材質のものを選択することもできる。このときにおいても、上記各実施例のように線径、巻き数等を適宜組み合わせてで調整することができるのは当然である。また、このようなリング状部材の形状を感温筒自体に凹凸状に形成することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、圧縮吸入管に外周を固定された感温筒は、この感温筒の外周にリング状部材を固定しているので、圧縮機吸入管とはリング状部材を介して接触しており、圧縮吸入管内を流通する冷媒の熱をリング状部材を介して受け、その際、リング状部材の圧縮機吸入管と感温筒との接触面積、リング状部材の材質、リング状部材の断面積等の熱容量等によって設定される任意の特性により熱の伝達特性を調整することができ、膨張弁をハンチングのない安定した特性で作動することができる。したがって、従来のもののような感温筒の生産設備の変更を必要とせず、安価でしかも各機器毎にハンチング防止特性の微調整が容易であり、調整の自由度が大きく、且つ耐候性にも優れた温度式膨張弁とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の温度式膨張弁を適用した冷凍回路の構成図である。
【図２】同膨張弁に用いる感温筒部分の断面図である。
【図３】同感温筒に用いられているコイルバネの側面図である。
【図４】同膨張弁に用いているリング状部材の特性図であり、（イ）は線径を一定としたときの特性図、（ロ）は同巻き数を一定としたときの特性図である。
【図５】本発明の他の実施例を示し、（イ）は側面図であり、（ロ）はリング状部材の正面図である。
【図６】本発明の更に他の実施例を示す感温筒部分の断面図である。
【図７】同感温筒に用いられているコイルバネの側面図である。
【図８】本発明の更に他の実施例を示し、（イ）は側面図であり、（ロ）はリング状部材の正面図である。
【符号の説明】
１  冷凍サイクル
２  圧縮機
３  コンデンサ
４  膨張弁
６  エバボレータ
７  弁本体
８  入口
９  吸入管
１０  出口
１１  弁孔
１２  弁座部
１３  スプリング
１４  ボール受
１５  ボール弁
１６  スプリング受け部
１７  調節ネジ
１９  作動部
２０  ダイヤフラム
２１  上蓋
２２  下蓋
２３  当金
２４  中央突起部
２５  ロッド
２６  隔壁
２７  孔
２８  シールパッキン
３０  小スプリング
３１  環状溝
３２  ○リング
３３  キヤピラリチューブ
３４  感温筒
３５  ダイヤフラム上側室
３６  ダイヤフラム下側室
３７  均圧管
３８  室
４０  外周面
４１  コイルバネ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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