(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液冷媒の通る第１の通路とエバポレータからコンプレッサに向う気相冷媒の通る第２の通路を有する弁本体と、上記第１の通路中に設けられるオリフィスと、オリフィスを通過する冷媒量を調節する弁体と、上記弁本体に設けられ、その上下の圧力差により作動するダイアフラムを有するパワーエレメント部と、このダイアフラムの変位により上記弁体を駆動する一端にて上記ダイアフラムに接し、他端にて上記弁体を駆動する感温棒とからなり、上記感温棒には、その上記ダイアフラムに接する面から上記第２の通路内の露出部に達する部分まで形成された有低の穴を有すると共に上記接する面に凹部が形成されてい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】
本発明は空気調和装置、冷凍装置等の冷凍サイクルに用いられる冷媒用の膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の膨張弁は、自動車等の空気調和装置の冷凍サイクルにおいて用いられており、図５は、従来の膨張弁の縦断面図を冷凍サイクルの概略と共に示している。膨張弁１０は、角柱状のアルミ製の弁本体３０には、冷凍サイクルの冷媒管路１１においてコンデンサ５の冷媒出口からレシーバ６を介してエバポレータ８の冷媒入口へと向かう部分に介在される液相冷媒が通過する第１の通路３２と冷媒管路１１においてエバポレ−タ８の冷媒出口からコンプレッサ４の冷媒入口へと向かう部分に介在される気相冷媒が通過する第２の通路３４とが上下に相互に離間して形成されている。
【０００３】
第１の通路３２にはレシ−バ６の冷媒出口から供給された液体冷媒を断熱膨張させるためのオリフィス３２ａが形成されている。オリフィス３２ａは弁本体３０の長手方向に沿った中心線上に位置している。オリフィス３２ａの入口には弁座が形成されていて、弁座には弁部材３２ｃにより支持された弁体３２ｂが存在し、弁体３２ｂと弁部材３２ｃとは溶接により固定されている。弁部材３２ｃは、弁体と溶接により固着されると共に圧縮コイルばねの如き付勢手段３２ｄにより付勢されている。
レシ−バ６からの液冷媒が導入される第１の通路３２は液冷媒の通路となり、入口ポ−ト３２１と、この入口ポ−ト３２１に連続する弁室３５を有する。弁室３５は、オリフィス３２ａの中心線と同軸に形成される有底の室であり、プラグ３９によって密閉されている。
【０００４】
さらに、弁本体３０にはエバポレータ８の出口温度に応じて弁体３２ｂに対して駆動力を与えてオリフィス３２ａの開閉を行うために、小径の孔３７とこの孔３７より径が大径の孔３８が第２の通路３４を貫通して上記中心線の延長線上に形成され、弁本体３０の上端には感熱部となるパワーエレメント部３６が固定されるねじ孔３６１が形成されている。
【０００５】
パワーエレメント部３６は、ステンレス製のダイアフラム３６ａと、このダイアフラム３６ａを挾んで互いに密着して設けられ、その上下に二つの気密室を形成する上部圧力作動室３６ｂ及び下部圧力作動室３６ｃをそれぞれ形成する上カバー３６ｄと下カバー３６ｈと、上部圧力作動室３６ｂにダイアフラム駆動流体となる所定冷媒を封入するための封切管３６ｉとを備え、下部圧力作動室３６ｃは、オリフィス３２ａの中心線に対して同心的に形成された均圧孔３６ｅを介して第２の通路３４に連通されている。第２の通路３４には、エバポレータ８からの冷媒蒸気が流れ、通路３４は気相冷媒の通路となり、その冷媒蒸気の圧力が均圧孔３６ｅを介して下部圧力作動室３６ｃに負荷されている。
【０００６】
さらに下部圧力作動室３６ｃ内にダイアフラム３６ａと当接し、かつ第２の通路３４を貫通して大径の孔３８内に摺動可能に配置されて、エバポレータ８の冷媒出口温度を下部圧力作動室３６ｃへ伝達すると共に、上部圧力作動室３６ｂ及び下部圧力作動室３６ｃの圧力差に伴うダイアフラム３６ａの変位に応じて大径３８内を摺動して駆動力を与えるアルミ製の感温棒３６ｆと、小径の孔３７内に摺動可能に配されて感温棒３６ｆの変位に応じて弁体３２ｂを付勢手段３２ｄの弾性力に抗して押圧するステンレス製の作動棒３７ｆからなり、感温棒３６ｆには第１の通路３２と、第２の通路３４との気密性を確保するための密封部材、例えばＯリング３６ｇが備えられており、感温棒３６ｆと作動棒３７ｆとは当接し、作動棒３７ｆは弁体３２ｂと当接しており、感温棒３６ｆと作動棒３７ｆとで弁体駆動棒が構成されている。したがって、均圧孔３６ｅには、ダイアフラム３６ａの下面から第１の通路３２のオリフィス３２ａまで延出した弁体駆動棒が同心的に配置されていることになる。
【０００７】
圧力作動ハウジング３６ｄの上方の圧力作動室３６ｂ中には公知のダイアフラム駆動流体が充填されていて、ダイアフラム駆動流体には第２の通路３４や第２の通路３４に連通されている均圧孔３６ｅに露出された弁体駆動棒及びダイアフラム３６ａを介して第２の通路３４を流れているエバポレ−タ８の冷媒出口からの冷媒蒸気の熱が伝達される。
【０００８】
上方の圧力作動室３６ｂ中のダイアフラム駆動流体は上記伝達された熱に対応してガス化し圧力をダイアフラム３６ａの上面に負荷する。ダイアフラム３６ａは上記上面に負荷されたダイアフラム駆動ガスの圧力とダイアフラム３６ａの下面に負荷された圧力との差により上下に変位する。
ダイアフラム３６ａの中心部の上下への変位は弁体駆動棒を介して弁体３２ｂに伝達され弁体３２ｂをオリフィス３２ａの弁座に対して接近または離間させる。この結果、冷媒流量が制御されることとなる。
【０００９】
即ち、エバポレータ８の出口側の気相冷媒温度が上部圧力作動室３６ｂに伝達されるため、その温度に応じて上部圧力作動室３６ｂの圧力が変化し、エバポレータ８の出口温度が上昇する。つまりエバポレータの熱負荷が増加すると、上部圧力作動室３６ｂの圧力が高くなり、それに応じて感温棒３６ｆつまり弁部材駆動棒が下方へ駆動されて弁体の作動棒３７を介して弁体３２ｂを下げるため、オリフィス３２ａの開度が大きくなる。これによりエバポレータ８への冷媒の供給量が多くなり、エバポレータ８の温度を低下させる。逆に、エバポレータ８の出口温度が低下する、つまりエバポレータの熱負荷が減少すると、弁体３２ｂが上記と逆方向に駆動され、オリフィス３２ａの開度が小さくなり、エバポレータへの冷媒の供給量が少なくなり、エバポレータ８の温度を上昇させるのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
かかる膨張弁の用いられる冷凍システムにおいては、蒸発器への冷媒供給が過剰・不足・過剰・不足を短い周期で繰り返す所謂ハンチング現象が知られている。これは膨張弁が環境温度の影響を受けた場合、例えば膨張弁の感温棒に未蒸発の液冷媒が付着して、これを温度変化と感知してエバポレータの熱負荷の変動が生じ、過敏な弁開閉応答に基づくことを原因としている。
【００１１】
このようなハンチング現象が生じると冷凍システム全体の能力を減ずると共に、圧縮機への液戻りが生じ圧縮機に悪影響を生じるという問題がある。
本出願人は、特願平７−３２５３５７号として、図６に示す膨張弁を提案した。この膨張弁１０は、アルミ製の弁体駆動棒を構成する感温棒１００に低熱伝導率の樹脂１０１がインサート形成されて感温棒１００に密着する状態に一体化されている。低熱伝導率の樹脂１０１としては、例えば冷媒等の影響による経時的変化のないＰＰＳ樹脂が用いられる。
上記樹脂１０１は、感温棒１００の気相冷媒が通過する第２の通路３４中に露出している部分以外に下方の圧力作動室３６ｃ中に存在する感温部にまで設けられている。樹脂１０１の厚さとしては、例えば１ｍｍ程度の厚さに設けられる。
【００１２】
また、樹脂１０１は少なくとも感温棒１００の第２の通路３４中に露出する部分にのみ設けてよいのは勿論である。
かかる樹脂１０１を設けることにより、例えばエバポレータからの未蒸発の冷媒が第２の通路３４中に流れ、樹脂１０１に付着しても樹脂１０１は低熱伝導率の材料であるため、エバポレータの熱負荷の変動即ちエバポレータの熱負荷の増加が生じても、膨張弁１０の応答特性は鈍感になり、冷凍システムにハンチング現象が生じるのを避けることができる。
上述した膨張弁は、アルミ製の感温棒１００に樹脂１０１をインサートする必要があり、製造工程にコストがかかるといった問題点がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な構成の変更で、冷凍システムにハンチング現象が生じるのを防止する膨張弁を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく本発明に係る膨張弁は、液冷媒の通る第１の通路とエバポレータからコンプレッサに向かう気相冷媒の通る第２の通路を有する弁本体と、上記第１の通路中に設けられるオリフィスと、オリフィスを通過する冷媒量を調節する弁体と、上記弁本体に設けられ、その上下の圧力差により作動するダイアフラムを有するパワーエレメント部と、このダイアフラムの変位により上記弁体を駆動する一端にて上記ダイアフラムに接し、他端にて上記弁体を駆動する感温棒とからなり、上記感温棒には、その上記ダイアフラムに接する面から上記第２の通路の露出部に達する部分まで形成された有低の穴を有すると共に上記接する面に凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
かくの如く構成された本発明に係る膨張弁は、冷凍システムのハンチング現象の原因となる膨張弁の過敏な弁開閉応答が生じる環境温度の一過性的な変化があっても、弁体駆動棒の感温棒の熱伝導速度を遅くしてあるので、上記過敏な弁開閉応答を避けることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施例の形態を詳細に説明する。
図１は本実施の形態の膨張弁１０の縦断面図であり、図５と同一符号は、同一又は均等部分を示し、冷媒供給量を制御する。
【００１８】
図２は図１に示す感温棒２００の単体の正面図である。
膨張弁１０は、アルミ製の本体３０を備え、本体３０は図５で説明した液相冷媒の第１の通路３２と気相冷媒の第２の通路３４を有する。弁室３５に配設された弁体３２ｂは作動棒３７を介して感温棒２００に連結される。
感温棒２００は、アルミ製の円筒部材であって、ダイアフラム３６ａの受け部２０２と、パワーエレメント部３６の下カバー３６ｈに摺動自在に挿入される大径部２０４と、第２の通路３４内に露出される感温部２０６と、シール部材が嵌装される溝部２０８を有する。
【００１９】
図２に詳細に示すように、感温棒２００の中心には、伝熱面積を小とするための構造として有底の穴２１０を設けてある。この穴２１０の形成は、適宜の方法、例えばドリルによる切削加工によって行なわれる。
さらに、図２に示す実施形態では、感温棒に形成される有底の穴は、感温棒のダイアフラムと接する部分から第２の通路内の露出部に達する部分まで形成されているが、本発明はこれに限らず有底の穴の深さは適宜変更できるのは勿論である。
したがって、本発明によれば感温棒２００に有底の穴２１０が形成されるので、感温棒２００には、薄肉部が具備されていることになり、その薄肉部の肉厚寸法ｄは、例えば１ｍｍ程度である。
【００２０】
なお、図１及び図２に示す感温棒では、例えば感温部２０６の直径寸法は６．６ｍｍ、穴２１０の径寸法は４．６ｍｍ、穴２１０の深さは２５ｍｍである。
かかる本発明によれば、第２の通路３４内を流れる気相冷媒の温度は、感温棒２００の感温部２０６に伝達され、ダイアフラムの上部の圧力作動室３６ｂ内のガスに伝達される。
この際に、感温部２０６から上部圧力作動室３６ｂに伝達される熱の速度が早すぎると、先に述べたハンチング現象の原因となる。
【００２１】
本発明の感温棒２００にあっては、ダイアフラムの受け部から第２の通路内の露出部に達する穴を設けて、肉厚を薄くした薄肉部となっている。
そこで、熱伝導率の高いアルミ製の感温棒にあって、伝熱面積を低減させることによって、ダイアフラム部に伝達される熱の伝熱速度を遅くすることができる。
これによりハンチング現象の発生を防止することができる。
【００２２】
以上の述べた本発明の実施の形態以外に本発明においては、感温棒に凹部を設けても同様に伝熱面積を小とすることができる。図３はその場合の実施形態を示す図である。図において、感温棒２００にはパワーエレメント部のダイアフラムと接する面の中心部に凹部２２０が形成してあり、この凹部によりダイアフラムの中心部は感温棒上面と非接触になる。なお、凹部２２０の深さ、大きさは適宜変更可能である。
この実施形態によれば、第２の通路３４内を流れる気相冷媒の温度は、感温棒２００の感温部２０６に伝達され、ダイアフラムの上部の圧力作動室３６ｂ内のガスに伝達される。しかし感温棒２００に形成された凹部２２０により、伝熱面積が小となっているため、伝達される熱の速度が遅くなり、ハンチング現象を防止できる。
【００２３】
さらに、図４は図３に示す凹部２２０と、図２に示す有底の穴２１０とを形成した場合の本発明の実施の形態を示す図であり、この場合においても、伝熱面積を小とすることができる。なお、図４において２２０ａは凹部を示し、２１０ａは有底の穴を示す。
なお、かかる実施形態における感温棒の有底の穴は、第２の通路内に達する場合を示したが、上記の穴の深さは適宜に変えることができるのは勿論であり、例えば深さを小さくして伝熱面積を小とすることも可能であり、また凹部についてもその大きさを適宜変化できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明による膨張弁は、膨張弁の過敏な弁開閉応答を防止し、冷凍サイクルに生じるハンチング現象を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の膨張弁の縦断面図。
【図２】本発明の一実施の形態の要部を示す感温棒の正面図。
【図３】本発明の他の実施の形態の要部を示す感温棒の縦断面図。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態の要部を示す感温棒の縦断面図。
【図５】従来の膨張弁の縦断面図と冷凍サイクルの概略を示す図。
【図６】本出願人が提案した膨張弁の縦断面図。
【符号の説明】
１０  膨張弁
３０  弁本体
３２ａ  オリフィス
３２ｂ  弁体
３６  パワーエレメント
３６ａ  ダイアフラム
２００  感温棒
２１０  穴
【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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