(57)【要約】【課題】膨張弁における最大弁開度近傍での冷媒流量を増加させる。【解決手段】ボディ１６に一体形成された弁座１９に対して上流側から対向配置された半球状の弁体１８の、弁座１９に着座する半球面側とは反対の側に、上流側に向かって外径が小さくなるテーパ面を有する整流部材２０を設ける。冷媒管路接続穴３から入った高圧冷媒は、整流部材２０の先端からテーパ面、側周面へと順に流れる間に整流される。その結果、高圧冷媒は、最大弁開度近傍で、乱流の発生が抑えられて、弁体１８と弁座１９との間の隙間にスムーズに流れ込むようになるので、蒸発器に供給される冷媒流量が増加し、冷凍システムの冷凍能力が向上するようになる。【選択図】        図１
2004162976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器出口の冷媒の温度を感知して前記蒸発器に供給される冷媒の流量を制御する膨張弁において、
弁座に対して上流側から対向配置された弁体に、上流側に向かって外径が小さくなる部分を有し前記弁座と前記弁体との間の隙間へ流れる冷媒を整流する整流部材を設けたことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記弁体は半球状であって半球面側で前記弁座に着座し、半球面側と反対の側に前記整流部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【請求項３】
前記弁体と前記整流部材とが一体に構成されていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【請求項４】
前記蒸発器から送り出される冷媒の温度を感知して変位するダイヤフラムと、先端に前記弁体が固定配置されて前記ダイヤフラムの変位を前記弁体に伝達するロッドと、前記弁体と前記ダイヤフラムとの間に配置されて前記弁体を前記弁座に着座する方向に前記ロッドを付勢する圧縮コイルスプリングと、を有することを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膨張弁に関し、特に自動車用空調システムなどの冷凍サイクルに用いられる膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用空調システムなどの冷凍サイクルには、その冷凍サイクル内を循環する冷媒を断熱膨張させるための膨張弁が組み込まれている。例えば、自動車用空調システムの冷房用冷凍サイクルの場合、膨張弁は、圧縮器で圧縮された後に凝縮器で外気と熱交換されることにより凝縮した高圧冷媒を、断熱膨張して低温低圧の冷媒にする。膨張弁で断熱膨張された低温低圧の冷媒は、その後、蒸発器に供給されて車室内の空気と熱交換され、圧縮器に戻される。
【０００３】
従来、冷凍サイクルに用いられる膨張弁としては、蒸発器から送り出される冷媒の温度に応じて、高圧冷媒を断熱膨張して蒸発器に供給する低温低圧冷媒の流量を制御する温度式のものが広く利用されている。このような膨張弁は、蒸発器からの冷媒の温度変化に伴うダイヤフラムの変位を、高圧冷媒の流路に配置した弁体に伝達し、弁体とこれに対向配置された弁座との間の隙間の大きさ、すなわち弁開度を変化させ、蒸発器へ送る低温低圧冷媒の流量を変化させている。
【０００４】
このような膨張弁の場合、一般には、ボール形状の弁体が、ダイヤフラムのある側と反対側に配置されたスプリングによって、ダイヤフラムの側に付勢されており、ダイヤフラムの変位に伴い弁開度が変化するように構成されている。また、近年では、主に膨張弁を小型化する目的で、スプリングを弁体とダイヤフラムとの間に配置する構成としたものも提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１５２２３２号公報（段落番号［００２２］〜［００２３］，図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボール形状の弁体を有する従来の膨張弁においては、ダイヤフラムが変位して弁開度が大きくなり、断熱膨張して蒸発器へ供給すべき冷媒の流量が増加した場合に、ボール形状の弁体の周囲を冷媒がスムーズに流れずに乱流となり、冷媒の最大流量が抑えられて、最大の冷凍能力が得られないという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁開度が最大近傍で冷媒流量の低下が起きないようにした膨張弁を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、蒸発器出口の冷媒の温度を感知して前記蒸発器に供給される冷媒の流量を制御する膨張弁において、弁座に対して上流側から対向配置された弁体に、上流側に向かって外径が小さくなる部分を有し前記弁座と前記弁体との間の隙間へ流れる冷媒を整流する整流部材を設けたことを特徴とする膨張弁が提供される。
【０００９】
このような膨張弁によれば、整流部材が上流側に向かって外径が小さくなる部分を有しているので、冷媒は整流されて弁座と弁体との間の隙間へスムーズに流れ込むようになる。これにより、弁開度が大きくなっても弁体周囲での乱流の発生が抑えられ、冷媒流量の低下が起きないようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空調システムの冷凍サイクルに組み込まれる膨張弁を例に、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の膨張弁の構成例を示す断面図である。ただし、図１では、開弁状態の膨張弁を示している。
この図１に示す膨張弁１は、ケース２にその上方から挿入した状態で使用される。ケース２は、その側部に、冷凍サイクル内の圧縮器から凝縮器を介して供給されてくる高温高圧の冷媒を受ける配管が接続される冷媒管路接続穴３、およびこの膨張弁１で断熱膨張された低温低圧の冷媒を蒸発器へ供給する配管が接続される冷媒管路接続穴４を有している。さらに、ケース２は、蒸発器出口からの配管に接続される冷媒管路接続穴５、および圧縮器へ至る配管に接続される冷媒管路接続穴６を有している。
【００１２】
膨張弁１の上部には、パワーエレメント７が設けられ、ケース２の上部開口端に螺着されている。パワーエレメント７は、金属製のアッパーハウジング８およびロアハウジング９を有しており、アッパーハウジング８とロアハウジング９との間には、これらによって囲まれた空間を仕切るように可撓性のある薄い金属製のダイヤフラム１０が配置されている。ダイヤフラム１０とアッパーハウジング８とによって囲まれた空間は、冷凍サイクル内を循環させる冷媒と同じ冷媒を充填した後に金属ボール１１を溶接して閉止され、これにより感温室１２が構成されている。ダイヤフラム１０の下面には、ダイヤフラム受け盤１３が配置されている。このダイヤフラム受け盤１３の下方には、ダイヤフラム１０の変位を伝達するためのロッド１４の上端部が挿通されるホルダ１５が、ロアハウジング９に固定して配置されている。このホルダ１５には、均圧穴１５ａがあけられており、ダイヤフラム受け盤１３が配置されたダイヤフラム１０の下側の空間を、冷媒管路接続穴５，６間を連通している流体通路に開放している。
【００１３】
ホルダ１５には、ケース２に形成された貫通孔２ａ内に配置されるボディ１６が適当なねじ込み量で螺着されており、ロッド１４は、このホルダ１５およびボディ１６を挿通している。ここで、ロッド１４には、ホルダ１５内で側方に突出するストッパ１４ａが設けられている。ロッド１４は、ストッパ１４ａが嵌め込まれており、ワッシャを介してストッパ１４ａとボディ１６との間に配置された圧縮コイルスプリング１７によりダイヤフラム受け盤１３に当接させる方向に付勢されている。
【００１４】
ダイヤフラム受け盤１３側と反対側のロッド１４の先端面には、スポット溶接により半球状の弁体１８が、その半球面側で固着されている。この弁体１８は、ボディ１６と一体に形成された弁座１９に対して上流側から対向して配置され、その半球面側で弁座１９と接離するようになっている。圧縮器、凝縮器を経て冷媒管路接続穴３に入ってきた高圧冷媒は、ダイヤフラム１０の変位に伴って弁体１８の半球面側と弁座１９との間にできる隙間を通過する際に断熱膨張されるようになっている。
【００１５】
この半球状の弁体１８には、先端部の外径が上流側に向かって小さくなるように形成されたテーパ面を有する整流部材２０が、弁体１８の平面側に固着されており、この整流部材２０は弁体１８と共に移動するようになっている。弁体１８に整流部材２０を取り付けることにより、冷媒管路接続穴３に入ってきた高圧冷媒を、整流部材２０の先端からテーパ面、テーパ面から側周面へと順に流れる間に整流するようにしている。
【００１６】
以上の構成の膨張弁１において、蒸発器から冷媒管路接続穴５に戻ってきた冷媒の温度が低いとそれに伴ってパワーエレメント７の感温室１２内の温度が下がり、感温室１２内の圧力が低下する。これにより、ダイヤフラム１０は上方に変位し、ロッド１４が圧縮コイルスプリング１７に押し上げられて、ダイヤフラム受け盤１３と共に上方へ移動する。その結果、弁体１８が弁座１９側に移動して弁開度が小さくなり、冷媒管路接続穴３からの高圧冷媒の流路面積が減り、断熱膨張されて蒸発器に供給される冷媒流量が減少する。
【００１７】
逆に、蒸発器からの冷媒の温度が高いとパワーエレメント７の感温室１２内の温度が上がるため、感温室１２内の圧力が上昇し、ダイヤフラム受け盤１３を介してロッド１４が圧縮コイルスプリング１７の付勢力に抗して押し下げられる。そのため、弁体１８が弁座１９から離れる方向へと移動して弁開度が大きくなり、高圧冷媒の流路面積が増加して、蒸発器に供給される冷媒流量が増加する。
【００１８】
ここで、膨張弁１の冷媒流量特性について述べる。上記構成の膨張弁１の冷媒流量特性を検討するにあたっては、膨張弁１との比較のため、以下の図２に示す従来の構成の膨張弁を用いる。
【００１９】
図２は比較に用いた膨張弁の構成を示す断面図である。図２では、図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。この図２に示す膨張弁１ａは、ロッド１４の下端面にボール形状の弁体１８ａが固着されている点で、図１に示した膨張弁１と相違し、その他の構成および弁開閉の動作原理は、図１の膨張弁１と同じである。
【００２０】
図３は冷媒流量特性を示す図である。図３では、横軸は閉弁時の位置からの弁体のリフト量（ｍｍ）、縦軸は蒸発器側に送り出される冷媒流量（ｋｇ／ｈ）を示し、リフト量を増加させていったとき、すなわち弁開度を大きくして高圧冷媒の流路面積を大きくしていったときの冷媒流量の変化を示している。この図３において、実線は弁体１８に整流部材２０を取り付けた膨張弁１についてのリフト量変化に伴う冷媒流量変化を示し、点線はボール形状の弁体１８ａを有する膨張弁１ａについてのリフト量変化に伴う冷媒流量変化を示している。
【００２１】
まず、ボール形状の弁体１８ａを有する膨張弁１ａの場合、図３に示すように、弁体１８ａのリフト量が比較的小さいときには、冷媒流量はリフト量の増加に伴いほぼ直線的に増加する。さらにリフト量が大きくなると、リフト量の増加分に対する冷媒流量の増加分は次第に小さくなり、最終的に冷媒流量は飽和してほぼ一定の値を示す。
【００２２】
弁体１８に整流部材２０を取り付けた膨張弁１の場合も同様に、リフト量の増加に伴い冷媒流量が増加し、最終的にほぼ一定の値を示す。しかし、弁体１８に整流部材２０を取り付けた場合には、弁体１８のリフト量が大きいときにボール形状の弁体１８ａの場合の冷媒流量を上回るようになる。
【００２３】
すなわち、弁開度がある程度大きくなった場合には、ボール形状の弁体１８ａの膨張弁１ａでは、冷媒管路接続穴３から入ってきた高圧冷媒は、弁体１８ａと弁座１９との間の隙間にスムーズに流れず、弁体１８ａの周囲で乱流となってしまう。これに対し、膨張弁１では、弁体１８に整流部材２０が取り付けられていることで、高圧冷媒が、整流部材２０の先端からテーパ面、側周面へと順に流れて行く間に整流され、乱流の発生が抑えられる。その結果、高圧冷媒は、弁体１８と弁座１９との間の隙間にスムーズに流れ込むようになる。これにより、弁開度が大きくなった場合であっても、その弁開度に応じた量の冷媒を、冷媒流量の変動を抑えて安定して蒸発器に供給することができるようになる。
【００２４】
このように、膨張弁の弁体に整流部材を設けることにより、ボール形状の弁体を用いた場合に比べて、最大弁開度近傍での冷媒流量を増やすことができるので、冷凍システムの冷凍能力を向上させることが可能になる。
【００２５】
なお、圧縮コイルスプリングを弁体の下部に配置した構成の膨張弁であっても、その弁体に整流部材を設けた構成とすることが可能である。
また、整流部材としては、図１に示したような形状を有しているもののほか、高圧冷媒の上流側に向かって次第に外径が小さくなる円錐形状または流線形状のものを用いることもできる。また、ここでは弁体と整流部材とを別体で構成したが、これらを一体とした構成としてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、弁座に対して上流側から対向配置された弁体に、上流側に向かって外径が小さくなる部分を有する整流部材を設け、弁座と弁体との間の隙間へ流れる冷媒を整流する構成にした。これにより、冷媒は、その隙間へスムーズに流れ込むようになり、最大弁開度近傍での冷媒流量を増やすことができるので、冷凍システムの冷凍能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膨張弁の構成例を示す断面図である。
【図２】比較に用いた膨張弁の構成を示す断面図である。
【図３】冷媒流量特性を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ  膨張弁
２  ケース
２ａ  貫通孔
３，４，５，６  冷媒管路接続穴
７  パワーエレメント
８  アッパーハウジング
９  ロアハウジング
１０  ダイヤフラム
１１  金属ボール
１２  感温室
１３  ダイヤフラム受け盤
１４  ロッド
１４ａ  ストッパ
１５  ホルダ
１５ａ  均圧穴
１６  ボディ
１７  圧縮コイルスプリング
１８，１８ａ  弁体
１９  弁座
２０  整流部材
【図１】
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【図２】
2004162976.tif 000004
【図３】
2004162976.tif 000005