(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温・高圧の液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の冷媒にする弁部と、冷媒の圧力および温度に応じた変位を生じるダイヤフラムと、本体ブロックを貫通して配置され前記ダイヤフラムの変位を前記弁部へ伝達して前記弁部の開度を制御するロッドとを備えた膨張弁において、
前記弁部は、弁座と弁体とからなる第１の絞りの下流側に前記弁座と連続して最大流量を制限する第２の絞りを備え、前記第２の絞りは、前記弁座の径よりも縮径されたオリフィスからなることを特徴とする膨張弁。
【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の冷凍サイクルで使用されて、高温・高圧の液冷媒を減圧・膨張させて低温・低圧の霧状の冷媒にするとともに、エバポレータ出口で冷媒の蒸発状態が適度な過熱度を持つよう冷媒流量を調節する機能を持った膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エアコンでは、コンプレッサが冷媒ガスを圧縮して高温・高圧にし、これをコンデンサで冷却して凝縮液化し、これをレシーバ／ドライヤで気液分離した後、高温・高圧の液冷媒を膨張弁で減圧・膨張させることにより低温・低圧の冷媒にし、これをエバポレータで蒸発させてコンプレッサへ戻している。
【０００３】
その膨張弁は、レシーバ／ドライヤからの高温・高圧の液冷媒をオリフィスを構成する弁を通すことにより低温・低圧の冷媒にしてエバポレータに供給するとともに、エバポレータ出口の冷媒の圧力・温度を感知して弁を通る冷媒の流量を制御し、冷房負荷の変動およびコンプレッサの回転数の変動に応じて冷媒量を制御する働きをする。
【０００４】
図５は従来の膨張弁の構成例を示す中央縦断面図である。
この膨張弁１において、その本体ブロック２の側部に設けられた冷媒管路接続穴３は、レシーバ／ドライヤから高温・高圧の冷媒を供給する高圧冷媒配管が接続され、冷媒管路接続穴４は、この膨張弁１にて断熱膨張された低温・低圧の冷媒をエバポレータへ供給する低圧冷媒配管が接続され、冷媒管路接続穴５は、エバポレータ出口からの冷媒配管が接続され、冷媒管路接続穴６は、コンプレッサへ至る冷媒配管が接続され、図示の矢印は冷媒の流れ方向を示している。
【０００５】
冷媒管路接続穴３から冷媒管路接続穴４へ連通する流体通路には、弁座７が本体ブロック２と一体に形成され、その弁座７の上流側には、弁座７と対向してボール状の弁体８が配置されている。また、冷媒管路接続穴３側の流体通路には、弁体８を弁座７に着座させるよう付勢する圧縮コイルスプリング９が配置されている。この圧縮コイルスプリング９は、本体ブロック２の下端に螺着されたセット値調整用のアジャストねじ１０によって受けられている。
【０００６】
本体ブロック２の上端部には、パワーエレメントが設けられている。このパワーエレメントは、厚い金属製のアッパーハウジング１１およびロアハウジング１２と、これらによって囲まれた空間を仕切るよう配置された可撓性のある金属薄板からなるダイヤフラム１３と、このダイヤフラム１３の下面に配置されたダイヤフラム受け盤１４とによって構成されている。
【０００７】
ダイヤフラム受け盤１４の下方には、ダイヤフラム１３の変位を弁体８へ伝達するロッド１５が配置されている。このロッド１５は、本体ブロック２に形成された貫通孔１６を挿通している。
【０００８】
この貫通孔１６は、その上部に大径部１６ａ、下部に小径部１６ｂを有しており、大径部１６ａの上部開口端は、テーパ状の面取りがされた形状に形成されている。貫通孔１６の大径部１６ａには、ロッド１５と貫通孔１６との間を完全にシールするシール部材であるＯリング１７が配置され、貫通孔１６における冷媒のバイパス漏れを完全に防止している。
【０００９】
また、ロッド１５は、その上方部分が筒状部１８および保持部材１９によって保持されている。筒状部１８の下端部は貫通孔１６の大径部１６ａに嵌入されていて、その下部端面が貫通孔１６の上部開口端方向へのＯリング１７の移動を規制している。
【００１０】
ロッド１５の上端部は、その軸線に直角に交わる平面に対して傾斜された状態でダイヤフラム受け盤１４の下面に当接されており、ダイヤフラム１３の軸線方向の動きをロッド１５に対して軸線方向および横方向に与え、その横方向の荷重が、冷媒管路接続穴３における高圧冷媒に圧力変動があったときに、ロッド１５の軸線方向の振動を抑制するようにしている。
【００１１】
図６は従来の膨張弁の弁部近傍を示す部分拡大断面図である。
この膨張弁１の弁部は、冷媒管路接続穴３から冷媒管路接続穴４へ連通するよう本体ブロック２にオリフィス２０が穿設され、そのオリフィス２０の上流側周縁にテーパ部２１が形成されている。そして、オリフィス２０のエッジ部またはテーパ部２１のテーパ面が、ボール状の弁体８を着座させる弁座７となっている。これにより、弁座７と弁体８との間の隙間が高圧冷媒を絞る可変オリフィスを構成している。
【００１２】
ところで、この膨張弁１の流量特性、すなわち、弁リフトに対する流量の変化特性は、オリフィス２０の径と弁体８の径との組み合わせで決定され、それらの組み合わせを変更することで所望の特性を得ている。すなわち、弁リフトに対する流量の変化は、オリフィス２０の径と弁体８の径との組み合わせを互いに変更することで、所望の変化率（傾き）および最大流量の飽和曲線を得ており、オリフィス２０の径と弁体８の径との組み合わせだけで特性を作っている。この流量特性は、エアコンのシステムに応じた膨張弁設定値に合わせて決められる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、膨張弁設定値を変更したいという場合、オリフィスおよび弁体の径の組み合わせを変更することになるが、この場合、弁部は、導入される冷媒の高圧の影響を受けるので、膨張弁設定値は変化するが、同時に流量特性も変化してしまうという問題点があった。
【００１４】
また、最大流量は、オリフィスの径を大きくすると大きくなってしまうため、オリフィスの径を大きくしても同じ最大流量にするには、弁体のストロークを限定すればよいが、寸法公差のばらつきが最大流量のばらつきになってしまうという問題点があった。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、オリフィス（弁座）および弁体の径の組み合わせに関係なく、最大流量を一定値に制限することができる膨張弁を提供することを目的とする。
【００１６】
【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、高温・高圧の液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の冷媒にする弁部と、冷媒の圧力および温度に応じた変位を生じるダイヤフラムと、本体ブロックを貫通して配置され前記ダイヤフラムの変位を前記弁部へ伝達して前記弁部の開度を制御するロッドとを備えた膨張弁において、前記弁部は、弁座と弁体とからなる第１の絞りの下流側に前記弁座と連続して最大流量を制限する第２の絞りを備え、前記第２の絞りは、前記弁座の径よりも縮径されたオリフィスからなることを特徴とする膨張弁が提供される。
【００１７】
このような膨張弁によれば、弁部の絞り構造を、弁座と弁体とによるオリフィス可変の第１の絞りとオリフィス固定の第２の絞りとからなる二段構成にした。これにより、この第２の絞りよりも上流側の弁座の径およびその形状、弁体およびその形状に関係なく、第２の絞りにて最大流量を一定値に制限することができ、弁座の径および弁体の径の組み合わせを、この組み合わせ変更に伴って変化する最大流量を考慮することなく、所望の流量特性になるように変えることができる。
【００１８】
【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構成例を示す中央縦断面図、図２は本発明による膨張弁の弁部近傍を示す部分拡大断面図である。これらの図において、図５および図６に示した従来の膨張弁の構成要素と同じ要素については同じ符号を付してある。
【００１９】
本発明による膨張弁１は、その本体ブロック２の側部に冷媒管路接続穴３，４，５，６が設けられている。レシーバ／ドライヤからの高圧冷媒配管が接続される冷媒管路接続穴３とエバポレータへの低圧冷媒配管が接続される冷媒管路接続穴４との間には、本体ブロック２と一体に形成された弁座７およびその弁座７の上流側から弁座７と対向して配置されたボール状の弁体８からなる弁部が構成されている。弁体８は、これを弁座７に着座させるよう圧縮コイルスプリング９によって付勢されている。この圧縮コイルスプリング９は、本体ブロック２の下端に螺着されたセット値調整用のアジャストねじ１０によって受けられている。
【００２０】
本体ブロック２の上端部には、パワーエレメントが設けられている。このパワーエレメントは、アッパーハウジング１１、ロアハウジング１２、ダイヤフラム１３およびダイヤフラム受け盤１４によって構成されている。ダイヤフラム受け盤１４は、ロッド１５の上端に当接されている。ロッド１５は、本体ブロック２に形成された貫通孔１６を挿通し、下端は弁体８に当接していて、ダイヤフラム１３の変位を弁体８へ伝達するようにしている。
【００２１】
貫通孔１６は、その上部に大径部１６ａ、下部にロッド１５を支持している小径部１６ｂを有している。大径部１６ａには、ロッド１５と貫通孔１６との間の隙間をシールするＯリング１７が配置され、ロッド１５およびＯリング１７を保持する筒状部１８が配置されている。
【００２２】
ロッド１５は、その上端部がダイヤフラム受け盤１４の傾斜された下面に当接され、ダイヤフラム１３の軸線方向の動きをロッド１５に対して軸線方向および横方向に与え、その横方向の荷重が、冷媒管路接続穴３における高圧冷媒の圧力変動に対するロッド１５の軸線方向の振動を抑制するようにしている。
【００２３】
膨張弁１の弁部は、図２に詳細に示したように、冷媒管路接続穴３から冷媒管路接続穴４へ連通するよう本体ブロック２にオリフィス２０が穿設されており、そのオリフィス２０の下流側に縮径された絞り部２２が形成され、上流側周縁にテーパ部２１が形成されている。そして、オリフィス２０のエッジ部またはテーパ部２１のテーパ面が、ボール状の弁体８を着座させる弁座７となっている。
【００２４】
これにより、弁座７と弁体８との間の隙間が高圧冷媒を絞る第１の絞りを構成し、この下流側に弁座７と連続して設けられた絞り部２２が第２の絞りを構成している。第１の絞りは、パワーエレメントのダイヤフラム１３が感知する冷媒温度によって弁部の通路断面積が変化する可変絞りであり、第２の絞りは、冷媒の状態などに影響されない固定絞りになっていて、ここでこの膨張弁の最大流量を制限している。
【００２５】
このオリフィス２０において、第１の絞りの部分は径Ａ、第２の絞りをなす絞り部２２は径Ｂを有しているとする。また、オリフィス２０における絞り部２２の長さはＬ１、オリフィス２０の全長はＬ２であり、弁体８の径はＣとする。
【００２６】
図３は膨張弁の流量特性の一例を示す図である。
この図において、横軸は弁リフト、縦軸は流量を表している。ここで、オリフィス２０をストレート形状で形成した従来構造の弁部の流量特性を実線で表している。
【００２７】
本発明の膨張弁によれば、オリフィス２０の下流側に絞り部２２による第２の絞りを設けたことにより、この膨張弁が流すことのできる最大流量を決めることができ、また、オリフィス２０の上流側の弁座７の径Ａと弁体８の径Ｃとの組み合わせを変更することにより従来の流量特性の傾き（変化率）の特性に合わせることができる。つまり、この膨張弁は、その最大流量を、弁座７の径Ａおよび形状、弁体８の径Ｃおよび形状（この例ではボール形状）に関係なく、絞り部２２の径Ｂだけで制限することができる。したがって、弁座７の径Ａと弁体８の径Ｃとの組み合わせを変更したことで、最大流量が変化したとしても、その最大流量は、絞り部２２で制限するため、組み合わせの自由度が高くなり、絞り部２２は固定絞りであるため、公差のばらつきによる最大流量のばらつきも生じない。
【００２８】
図４は膨張弁の流量特性の別の例を示す図である。
最大流量は、絞り部２２で制限できるため、弁座７の径Ａと弁体８の径Ｃとの組み合わせを変更することで、従来構造の特性とは異なる流量特性にすることができる。この特性例によれば、たとえば弁座７の径Ａおよび弁体８の径Ｃを相対的にともに大きくしていくと、傾きが急になり、最大流量も大きくなるが、オリフィス２０の下流側に固定絞りである絞り部２２を設けることで、最大流量を従来の特性の最大流量に容易に抑えることができるようになり、破線で示したような流量特性を得ることができる。
【００２９】
なお、上記の例では、弁座７の径Ａと弁体８の径Ｃとの組み合わせを変更することで所望の流量特性を得ていたが、特に断熱膨張が行われる弁部では、絞り部２２の長さＬ１、オリフィス２０の全長Ｌ２、および絞り部２２の径Ｂを変更しても所望の流量特性にすることができる。これは、液相から気液二相状態に変化する弁部では、オリフィス２０の径および長さが配管抵抗として大きく影響を受けるからである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、オリフィスの下流部に弁座と連続して第２の絞りを設ける構成にした。これにより、最大流量を、この第２の絞りよりも上流側の弁座径およびその形状、弁体およびその弁体形状に関係なく一定値に制限できるため、最大流量を考慮することなく、弁座の径および弁体の径の組み合わせを変えることができる。この組み合わせを変えることにより、最大流量が同じでありながら、従来構造の流量特性と同じ流量特性にしたり、または、違う流量特性にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による膨張弁の構成例を示す中央縦断面図である。
【図２】本発明による膨張弁の弁部近傍を示す部分拡大断面図である。
【図３】膨張弁の流量特性の一例を示す図である。
【図４】膨張弁の流量特性の別の例を示す図である。
【図５】従来の膨張弁の構成例を示す中央縦断面図である。
【図６】従来の膨張弁の弁部近傍を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１  膨張弁
２  本体ブロック
３，４，５，６  冷媒管路接続穴
７  弁座
８  弁体
９  圧縮コイルスプリング
１０  アジャストねじ
１１  アッパーハウジング
１２  ロアハウジング
１３  ダイヤフラム
１４  ダイヤフラム受け盤
１５  ロッド
１６  貫通孔
１６ａ  大径部
１６ｂ  小径部
１７  Ｏリング
１８  筒状部
１９  保持部材
２０  オリフィス
２１  テーパ部
２２  絞り部
【図１】
0004043195.tif 000002
【図２】
0004043195.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004043195.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004043195.tif 000007