(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁孔をなすオリフィスおよび弁体をなすボールを備えた自動車用の膨張弁において、
前記オリフィスの径をボールの径で除した値が０．８５ないし０．９６の範囲内にあることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記オリフィスは、その径が５．６ｍｍないし１．９ｍｍの範囲にあ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、特に自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルの中で高温・高圧の液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の気液混合冷媒にするとともにエバポレータ出口での冷媒の状態が所定の過熱度になるように冷媒流量を制御する膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エアコンシステムでは、コンプレッサによって圧縮された高温高圧のガス冷媒をラジエータで凝縮し、高圧の液冷媒を膨張弁で断熱膨張させることで低温低圧の冷媒にし、それをエバポレータにて蒸発させてコンプレッサに戻すような冷凍サイクルが形成されている。低温の冷媒が供給されるエバポレータは、車室内の空気と熱交換を行い、冷房が行われる。
【０００３】
膨張弁は、エバポレータ出口側の冷媒の温度および圧力の変化を感知して内部が昇降圧する感温部と、その感温部の昇降圧により駆動されてエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部とから構成されている。この弁部は、高圧冷媒を受ける冷媒入口と低圧冷媒を供給する冷媒出口とを連通する冷媒通路の途中にその冷媒通路を遮るように設けられた壁に穿設されて弁孔を構成するオリフィスと、このオリフィスに対向して接離可能に設けられて弁体を構成するボールとから成っている。ボールは、オリフィスを塞ぐ方向にばねによって付勢され、また、オリフィスを開ける方向にシャフトを介して感温部により駆動されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
冷媒入口に供給された高圧の液冷媒は、オリフィスの開口端面にある弁座とボールとの隙間を通るときに減圧沸騰して大量の気泡を発生し、気泡と液体分とが混じった冷媒が冷媒出口へと流れる。このとき、気泡の破裂音などを含め大きな流動音が発生し、この流動音が不快な騒音として聴感されるといった問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁部に冷媒が流れることにより発生する流動音を低減することができる膨張弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、弁孔をなすオリフィスおよび弁体をなすボールを備えた自動車用の膨張弁において、前記オリフィスの径をボールの径で除した値が０．８５ないし０．９６の範囲内にあることを特徴とする膨張弁が提供される。
【０００７】
このような膨張弁によれば、オリフィスの径とボールの径との差が小さくなるので、冷媒の流れの障害となる領域が小さくなり、冷媒をスムーズに流すことができるようになる。これにより、オリフィスの径をボールの径で除した値が０．８５ないし０．９６の範囲内であれば、膨張弁としての特性を維持しながら流動音を低減させる効果が大きい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による膨張弁の要部を拡大して示した説明図である。
【０００９】
膨張弁の弁部は、冷媒入口と冷媒出口との間に形成されたオリフィス１と、このオリフィス１に対向して接離可能に設けられたボール２とから構成されている。ここで、オリフィス１の径をｄ、ボール２の径をＤとしたとき、本発明による膨張弁は、オリフィス１の径ｄとボール２の径Ｄとの比ｄ／Ｄを、０．８５から０．９６の範囲に設定するようにしている。
【００１０】
自動車用エアコンシステムに使われる膨張弁では、そのオリフィス１の径ｄは、システムによって要求される特性から決定されるものであって、５．６ｍｍ〜１．９ｍｍの範囲のものが使われている。一方、ボール２の径Ｄは、オリフィス１の径ｄに合わせて適宜設定されるものであるため、オリフィス１の径ｄとボール２の径Ｄとに様々な組み合わせが存在する。そこで、オリフィス１の径ｄとボール２の径Ｄとの比ｄ／Ｄを変化させた場合の騒音値の変化を調べてみた。
【００１１】
図２はオリフィスの径とボールの径との比に対する騒音値の変化を示す図である。
この図２では、縦軸が騒音値を表し、横軸がオリフィス１の径ｄとボール２の径Ｄとの比ｄ／Ｄを表わしている。従来の代表的な膨張弁では、オリフィス１の径ｄが２．６ｍｍ、ボール２の径Ｄが３．９７ｍｍのものがあり、この場合、オリフィス１の径ｄとボール２径Ｄとの比ｄ／Ｄは、０．６５になる。そのような比の場合の騒音値は、約５０ｄＢであった。
【００１２】
オリフィス１の径ｄが実用化されている膨張弁の５．６ｍｍ〜１．９ｍｍの範囲内において、ボール２の径Ｄを変えて、オリフィス１とボール２との各種寸法の組み合わせにした場合、比ｄ／Ｄが大きくなるに連れて騒音値が低下することが分かった。これは、オリフィス１の径ｄとボール２の径Ｄとの差が小さくなるので、冷媒の流れの障害となる領域が小さくなり、冷媒をスムーズに流すことができ、これにより冷媒が流れることによって発生する騒音の大きさが低減するものと思われる。膨張弁としての性能を維持しつつ騒音値の低減に効果がある範囲として、オリフィス１の径ｄとボール２の径Ｄとの比ｄ／Ｄが０．７０〜０．９６の範囲にあるのがよく、好ましくは、０．８５〜０．９６の範囲に設定するとよい。
【００１３】
次に、このようなｄ／Ｄの関係を適用した自動車用の膨張弁の実施の形態について説明する。
図３は第１の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【００１４】
この第１の実施の形態に係る膨張弁１０は、膨張弁の最小機能を有し、エバポレータへの配管に部分的に挿入して使用するようにした低コストタイプのものである。この膨張弁１０は、上部にエバポレータ出口側の冷媒の温度の変化を感知して内部が昇降圧する感温部１１を有し、下部にはエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部１２を有している。
【００１５】
感温部１１は、内部がダイヤフラム１３によって仕切られていて冷媒ガスが封入されており、頂部には、感温筒１４が連通状態で接続され、その先端は、エバポレータの出口配管と接触されてエバポレータ出口の冷媒温度を感知するようにしている。
【００１６】
弁部１２は、ボディ１５の長手方向のほぼ中央に高圧冷媒導入溝１６が周設され、この高圧冷媒導入溝１６から中央軸線を通って高圧冷媒通路１７が穿設されている。ボディ１５の下方端部には、軸線方向に低圧冷媒通路１８が穿設されている。高圧冷媒通路１７と低圧冷媒通路１８との間のボディ１５の軸線位置には、弁孔をなすオリフィス１９が連通されており、その低圧冷媒通路１８側の開口端面が弁座になっている。その弁座に対向して弁体をなすボール２０が配置され、そのボール２０は、円錐スプリング２１によって弁座の方向に向けて付勢されている。
【００１７】
ダイヤフラム１３とボール２０との間のボディ１５の軸線位置には、軸線方向に進退自在にシャフト２２が挿通され、感温部１１がエバポレータ出口の冷媒温度を感知することで変化する内部圧力によるダイヤフラム１３の変位をボール２０に伝えるようにしている。
【００１８】
以上の構成の膨張弁において、オリフィス１９の径ｄとボール２０の径Ｄとの比ｄ／Ｄは、０．７０〜０．９６の範囲、好ましくは、０．８５〜０．９６の範囲に設定されている。
【００１９】
図４は第２の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
この第２の実施の形態に係る膨張弁３０は、アングル型またはコーナ型と呼ばれているもので、上部にエバポレータ出口側の冷媒の温度の変化を感知して内部が昇降圧する感温部３１を有し、下部にはエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部３２を有している。
【００２０】
感温部３１は、内部がダイヤフラム３３によって仕切られていて使用冷媒とは異なるガスが封入されており、頂部には、先端部がコイル状に巻回されていてエバポレータ出口の冷媒温度を感知するようにした感温筒３４が連通状態で接続されている。
【００２１】
弁部３２は、Ｌ型のボディ３５に図の横から高圧冷媒通路３６が穿設され、下方の軸線方向に低圧冷媒通路３７が穿設されている。高圧冷媒通路３６と低圧冷媒通路３７との間のボディ３５の軸線位置には、弁孔をなすオリフィス３８が連通されており、その低圧冷媒通路３７側の開口端面が弁座になっている。その弁座に対向して弁体をなすボール３９が配置され、そのボール３９は、スプリング４０によって弁座の方向に向けて付勢されている。
【００２２】
ダイヤフラム３３とボール３９との間のボディ３５の軸線位置には、軸線方向に進退自在にシャフト４１が挿通され、ダイヤフラム３３の下部空間と低圧冷媒通路３７との間には均圧通路４２が設けられている。このシャフト４１は、感温部３１がエバポレータ出口の冷媒温度とエバポレータ入口の冷媒圧力とを感知することで内部圧力が変化することによるダイヤフラム３３の変位をボール３９に伝えるようにしている。
【００２３】
以上の構成の膨張弁において、オリフィス３８の径ｄとボール３９の径Ｄとの比ｄ／Ｄは、０．７０〜０．９６の範囲、好ましくは、０．８５〜０．９６の範囲に設定されている。
【００２４】
図５は第３の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
この第３の実施の形態に係る膨張弁５０は、アングル型またはコーナ型と呼ばれているもので、上部にエバポレータ出口側の冷媒の温度の変化を感知して内部が昇降圧する感温部５１を有し、下部にはエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部５２を有している。
【００２５】
感温部５１は、内部がダイヤフラム５３によって仕切られていて、上部空間には不活性ガスが封入されており、頂部には、活性炭を入れた感温筒５４が連通状態で接続されている。
【００２６】
弁部５２は、Ｌ型のボディ５５に図の下方の軸線方向に高圧冷媒通路５６が穿設され、横からは低圧冷媒通路５７が穿設されている。高圧冷媒通路５６と低圧冷媒通路５７との間のボディ５５の軸線位置には、弁孔をなすオリフィス５８が連通されており、その高圧冷媒通路５６側の開口端面が弁座になっている。その弁座に対向して弁体をなすボール５９が配置され、そのボール５９は、スプリング６０によって弁座の方向に向けて付勢されている。
【００２７】
ダイヤフラム５３とボール５９との間のボディ５５の軸線位置には、軸線方向に進退自在にシャフト６１が挿通され、ダイヤフラム５３の下部空間と低圧冷媒通路５７との間には均圧通路６２が設けられていて、感温部５１がエバポレータ出口の冷媒温度および入口の圧力を感知することで変化する内部圧力によるダイヤフラム５３の変位をボール５９に伝えるようにしている。
【００２８】
以上の構成の膨張弁において、オリフィス５８の径ｄとボール５９の径Ｄとの比ｄ／Ｄは、０．７０〜０．９６の範囲、好ましくは、０．８５〜０．９６の範囲に設定されている。
【００２９】
図６は第４の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
この第４の実施の形態に係る膨張弁７０は、ブロック型またはボックス型と呼ばれているもので、上部にエバポレータから出てきた冷媒の温度および圧力の変化を感知して内部が昇降圧する感温部７１を有し、下部にはエバポレータ入口側に供給される冷媒の流量を制御する弁部７２を有している。
【００３０】
感温部７１は、内部がダイヤフラム７３によって仕切られていて、上部空間には冷媒ガスが封入されている。
弁部７２は、ボディ７４の図の下方において、横方向から位置をずらして高圧冷媒通路７５および低圧冷媒通路７６が穿設されている。高圧冷媒通路７５と低圧冷媒通路７６との間のボディ７４の軸線位置には、弁孔をなすオリフィス７７が連通されており、その低圧冷媒通路７６側の開口端面が弁座になっている。その弁座に対向して弁体をなすボール７８が配置され、そのボール７８は、スプリング７９によって弁座の方向に向けて付勢されている。
【００３１】
ボディ７４の図の上方には、横方向に冷媒通路８０が穿設されている。この冷媒通路８０に一方の開口端（図の左側）はエバポレータ出口側に接続され、反対側の開口端はコンプレッサの吸入側に接続される。この冷媒通路８０は、感温部７１のダイヤフラム７３によって仕切られた下部空間に連通されている。
【００３２】
ダイヤフラム７３とボール７８との間のボディ７４の軸線位置には、軸線方向に進退自在にシャフト８１が挿通され、感温部７１が冷媒通路８０を流れる冷媒の温度および圧力を感知することで変化する内部圧力によるダイヤフラム７３の変位をボール７８に伝えるようにしている。
【００３３】
以上の構成の膨張弁において、オリフィス７７の径ｄとボール７８の径Ｄとの比ｄ／Ｄは、０．７０〜０．９６の範囲、好ましくは、０．８５〜０．９６の範囲に設定されている。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、オリフィス１の径ｄとボール２の径Ｄとの比ｄ／Ｄが０．８５ないし０．９６になるような構成にした。これにより、オリフィス１の径ｄとボール２の径Ｄとの差が小さくなり、冷媒の流れの障害となる領域が小さくなるので、冷媒がスムーズに流れるようになる。これにより、膨張弁としての特性を維持しつつ流動音を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による膨張弁の要部を拡大して示した説明図である。
【図２】オリフィスの径とボールの径との比に対する騒音値の変化を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【図６】第４の実施の形態に係る膨張弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  オリフィス
２  ボール
１０  膨張弁
１１  感温部
１２  弁部
１３  ダイヤフラム
１４  感温筒
１５  ボディ
１６  高圧冷媒導入溝
１７  高圧冷媒通路
１８  低圧冷媒通路
１９  オリフィス
２０  ボール
２１  円錐スプリング
２２  シャフト
３０  膨張弁
３１  感温部
３２  弁部
３３  ダイヤフラム
３４  感温筒
３５  ボディ
３６  高圧冷媒通路
３７  低圧冷媒通路
３８  オリフィス
３９  ボール
４０  スプリング
４１  シャフト
４２  均圧通路
５０  膨張弁
５１  感温部
５２  弁部
５３  ダイヤフラム
５４  感温筒
５５  ボディ
５６  高圧冷媒通路
５７  低圧冷媒通路
５８  オリフィス
５９  ボール
６０  スプリング
６１  シャフト
６２  均圧通路
７０  膨張弁
７１  感温部
７２  弁部
７３  ダイヤフラム
７４  ボディ
７５  高圧冷媒通路
７６  低圧冷媒通路
７７  オリフィス
７８  ボール
７９  スプリング
８０  冷媒通路
８１  シャフト
【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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