JP2000320706A - 温度膨張弁 - Google Patents

温度膨張弁

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JP2000320706A JP11130312A JP13031299A JP2000320706A JP 2000320706 A JP2000320706 A JP 2000320706A JP 11130312 A JP11130312 A JP 11130312A JP 13031299 A JP13031299 A JP 13031299A JP 2000320706 A JP2000320706 A JP 2000320706A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カーエアコン等に装備される温度膨張弁のハ
ンチング現象の防止を図る。 【解決手段】 温度膨張弁の弁本体５０は、弁室５４内
に弁体１２０を有し、蒸発器へ向かう高圧冷媒の流量を
制御する。蒸発器から戻る冷媒は、通路６３内を通過す
る際に感温・圧力伝達部材１００に接触し、温度を伝達
するとともに、冷媒圧力をパワーエレメント部８０側に
伝える。パイプ状の感温・圧力伝達部材は、パワーエレ
メント部８０のダイアフラム８２の位置に応じて弁体１
２０を付勢して高圧冷媒の流量を規制する。感温・圧力
伝達部材１００内には、樹脂製チューブ１４０が挿入さ
れ、チューブ１４０内に熱バラスト材４０が充填され
る。

Description

【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使用
する温度膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷凍サイクルにおいて蒸発器に供
給する冷媒流量の制御と冷媒の減圧の目的に、図２に示
す温度膨張弁が使用されている。図２において、角柱状
の弁本体５１０には、オリフィス５１６が形成されてい
る第１の冷媒通路５１４と、第２の冷媒通路５１９と、
が相互に独立して形成されている。第１の冷媒通路５１
４の一端は蒸発器５１５の入口に連通され、蒸発器５１
５の出口は第２の冷媒通路５１９、圧縮器５１１、凝縮
器５１２、レシーバ５１３を介して第１の冷媒通路５１
４の他端に連結されている。第１の冷媒通路５１４に連
通する弁室５２４にはオリフィス５１６に接離する球形
の弁体５１８を付勢するバイアスバネである付勢手段５
１７が設けられている。なお、弁室５２４はプラグ５２
５で封止され、弁体５１８は支持部５２６を介して付勢
される。弁本体５１０には第２の冷媒通路５１９に隣接
してダイアフラム５２２を有したパワーエレメント５２
０が固定されている。ダイアフラム５２２で仕切られた
パワーエレメント５２０の上方の室５２０ａは気密にさ
れており、温度対応作動流体が封入されている。
【０００３】パワーエレメント５２０の上方の室５２０
ａから延出している小管５２１は上方の室５２０ａから
の脱気及び上方の室５２０ａへの上記温度対応作動流体
の注入に使用された後に端部が密封されている。パワー
エレメント５２０の下方の室５２０ｂでは、弁本体５１
０の中を弁体５１８から第２の冷媒通路５１９を貫通し
て延びる感温・伝達部材たる弁体駆動部材５２３の延出
端が配置されダイアフラム５２２に当接している。弁体
駆動部材５２３は熱容量の大きな材料で形成されてい
て、第２の冷媒通路５１９を流れる蒸発器５１５の出口
からの冷媒蒸気の温度をパワーエレメント５２０の上方
の室５２０ａ中の温度対応作動流体に伝達し、この温度
に対応した圧力の作動ガスを発生させる。下方の室５２
０ｂは弁本体５１０の中で弁体駆動部材５２３の周囲の
隙間を介して第２の冷媒通路５１９に連通されている。
【０００４】従ってパワーエレメント５２０のダイアフ
ラム５２２は上方の室５２０ａ中の温度対応作動流体の
作動ガスの圧力と下方の室５２０ｂ中の蒸発器５１５の
出口における冷媒蒸気の圧力との差にしたがって弁体５
１８のための付勢手段５１７の付勢力の影響の下で弁体
駆動部材５２３によりオリフィス５１６に対する弁体５
１８の弁開放度（即ち、蒸発器の入口への液体状の冷媒
の流入量）を調整する。
【０００５】かかる従来の温度膨張弁において、パワー
エレメント５２０が外部雰囲気に露出されていて、上方
の室５２０ａ中の温度対応作動流体が弁体駆動部材４２
３によって伝達される蒸発器出口の冷媒の温度ばかりで
なく外部雰囲気特にエンジンルームの温度の影響も受け
る。さらには蒸発器の出口における冷媒の温度に敏感に
反応し過ぎて頻繁に弁体５１８の開閉を繰り返す所謂ハ
ンチング現象を生起し易いこともある。このハンチング
の要因としては蒸発器の構造、冷凍サイクルの配管の方
法、温度膨張弁の使用方法また熱負荷とのバランス等が
ある。
【０００６】上記ハンチング現象を防止する手段として
熱バラスト材を用いることが従来採用されている。図３
は熱バラスト材を用いた温度膨張弁の断面図であり、図
２の従来の温度膨張弁とはダイアフラムと感温・圧力伝
達部材たる弁体駆動部材の構成が大きく異なっており、
それ以外の構成は基本的に同じである。図３において、
温度膨張弁は角柱状の弁本体５０を有し、弁本体５０に
は、凝縮器５１２を経てレシーバタンク５１３から流入
する液相の冷媒が第１の通路６２に導入されるポート５
２と、第１の通路６２からの冷媒を蒸発器５１５へ送り
出すポート５８と、蒸発器から戻る気相の冷媒が通過す
る第２の通路６３の入口ポート６０と、冷媒を圧縮器５
１１側へ送り出す出口ポート６４が設けられる。
【０００７】液相の冷媒が導入されるポート５２は、弁
本体５０の中心軸線上に設けられる弁室５４に連通し、
弁室５４はナット状のプラグ１３０で封止される。弁室
５４はオリフィス７８を介して冷媒を蒸発器５１５へ送
り出すポート５８に連通する。オリフィス７８を貫通す
る小径のシャフト１１４の先端には球形の弁体１２０が
設置され、弁体１２０は支持部材１２２により支持さ
れ、支持部材１２２はバイアスバネ１２４により弁体１
２０をオリフィス７８に向けて付勢する。弁体１２０が
オリフィス７８との間に形成される間隔を変化すること
によって、冷媒の流路面積が調節される。液相の冷媒
は、オリフィス７８を通過する間に膨張し、第１の通路
６２を通ってポート５８から蒸発器側へ送り出される。
蒸発器から戻る気相冷媒は、ポート６０から導入され、
第２の通路６３を通ってポート６４から圧縮器側へ送り
出される。
【０００８】弁本体５０は、上端部から軸線上に第１の
穴７０が形成され、第１の穴にパワーエレメント部８０
がネジ部等を利用してとりつけられる。パワーエレメン
ト部８０は、感温部を構成するハウジング８１及び９１
と、これらのハウジングに挾み込まれると共に、これら
と溶接により固着されたダイアフラム８２を有し、ダイ
アフラム８２の中央部の円孔に感温・圧力伝達部材１０
０の上端部が、ダイアフラム支持部材８２’と共に全周
溶接にてとりつけられる。なお、ダイアフラム支持部材
８２’はハウジング８１に支持される。
【０００９】ハウジング８１及び９１内には、通路６２
内に流れている冷媒と同じか又は性質の似ている気液二
相の冷媒が温度対応作動流体として封入されていて、封
入後は小管２１により封止される。なお、小管２１の代
わりにハウジング９１に溶接される栓体を用いてもよ
い。ハウジング８１及び９１内は、ダイアフラム８２で
仕切られ上部室８３と下部室８５が形成される。
【００１０】感温・圧力伝達部材１００は、第２の通路
６３中に露出される中空のパイプ状の部材で構成され、
その内部に熱バラスト材４０が収容されている。感温・
圧力伝達部材１００の頂部は上部室８３に連通し、上部
室８３と感温・圧力伝達部材１００の中空部８４とで圧
力空間８３ａを構成する。パイプ状の感温・圧力伝達部
材１００は弁本体５０の軸線上に形成された第２の穴７
２を貫通し、第３の穴７４に挿入される。第２の穴７２
と感温・圧力伝達部材１００との間には隙間が形成さ
れ、この隙間を通って通路６３内の冷媒がダイアフラム
の下部室８５に導入される。
【００１１】感温・圧力伝達部材１００は、第３の穴７
４に対して摺動自在に挿入され、この先端部はシャフト
１１４の一端に連結される。シャフト１１４は弁本体５
０に形成された第４の穴７６に摺動自在に挿入され、そ
の他端が弁体１２０に連結される。
【００１２】かかる構成において、時定数遅延材として
機能する熱バラスト材は次の如く作用する。即ち、熱バ
ラスト材４０として、例えば粒状活性炭を用いた場合に
は、温度対応作動流体と熱バラスト材４０との組み合わ
せは、吸着平衡型でありかなりの温度範囲で圧力を温度
の一次式で近似でき、しかもその一次式の係数は熱バラ
スト材４０として封入した粒状活性炭の量により自由に
設定できるので、温度膨張弁の使用者が温度膨張弁の特
性を自由に設定できる。
【００１３】したがって、吸着平衡型の圧力−温度の平
衡状態の設定には蒸発器５１５の出口からの冷媒蒸気の
温度の上昇時及び下降時のいずれの場合にも比較的時間
がかかり、つまり時定数を大きくし、上記ハンチング現
象の要因である外乱の影響による温度膨張弁の過敏な動
作を抑制することができる空調器の性能を安定させて空
調器の動作効率を向上させる。
【００１４】さらに熱バラスト材として、例えばアルミ
ナ・シリカ焼結体を用いた場合には、温度対応作動流体
と熱バラスト材４０との組み合わせは、気液平衡型であ
る。この場合には、蒸発器５１５の出口からの冷媒蒸気
の温度の上昇時には熱バラスト材４０の多数の微小孔中
に入り込んでいるパワーエレメント２０の一方の室２０
ａ中の温度対応作動流体の液相から気相への変化（ガス
化）が遅らされ、つまり時定数を大きくし、また上記温
度の下降時には上部室８３及び熱バラスト材４０以外の
空間の作動ガスがこれらの壁面で気相から液相へ急速に
変化（液化）するのを妨げない、つまり時定数を小さく
するのである。即ち、前者の場合には蒸発器の入口に流
入する冷媒の流量を序々にしか増大させず、後者の場合
には蒸発器の入口に流入する冷媒の流量を急速に低下さ
せるのである。
【００１５】ここで、温度が下降して急に弁を絞り、蒸
発器への冷媒供給量が減少し、その結果、温度が上昇し
ても弁は急速に開かないので蒸発器への冷媒供給量は急
激に増加することはないのである。このようにして冷凍
サイクルにハンチングが生ずるのを防止できるようにし
ている。蒸気の熱バラスト材を用いた温度膨張弁のハン
チング抑制特性は有効であることから広く採用されてい
る。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなハンチン
グ現象は、個々の冷凍サイクルの作動特性によって異な
り、特に蒸発器から送出される低圧冷媒に細かい温度変
化が生じると冷媒に生じる小さな脈動がそのまま弁体の
開閉動作に伝わってしまい、弁動作が不安定となり、熱
バラスト材を用いてもハンチング現象が抑制できないこ
とが生じる場合がある。
【００１７】そこで本発明は、従来の温度膨張弁を変更
することなくそのまま用いて従来の動作を維持しつつ、
蒸発器から送出される低圧冷媒に細かい温度変化があっ
ても、ハンチング現象を防止して、安定した動作によっ
て、蒸発器に送出される高圧冷媒の量を制御できる温度
膨張弁を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の温度膨張弁は、蒸発器から圧縮器へ向う冷
媒通路を内部に有し、その通路内に温度感知機能を有す
るその内部に中空部の形成された感温・圧力伝達部材を
内蔵した温度膨張弁において、その感温・圧力伝達部材
の中空部の先端をこれを駆動するパワーエレメント部を
構成するダイアフラムの中央開口部に固着し、上記ダイ
アフラムによって形成されるパワーエレメント部内の上
部圧力室と上記中空部とを連通させて作動流体の封入さ
れた密閉空間を形成すると共に、上記中空部に収容され
た熱バラスト材と上記中空部の内壁との間に時定数遅延
材を具備することを特徴としている。
【００１９】また本発明は、減圧すべき液相冷媒の通路
及びエバポレータからコンプレッサへ向う気相冷媒の通
路とを有する弁本体と、弁本体に装着されるパワーエレ
メント部と、液相冷媒の通路に設けられたオリフィスを
流れる冷媒流量を調整する弁体と、パワーエレメント部
を構成するダイアフラムと、ダイアフラムに連結される
感温・圧力伝達部材と、感温・圧力伝達部材と弁体を連
結するシャフトとを備え、上記パワーエレメント部の感
温作用により上記弁体を駆動する膨張弁であって、上記
感温・圧力伝達部材は中空のパイプ形状をなし、その中
空部の先端が上記ダイアフラムの中央部の円孔に取り付
けられる上記中空部と上記パワーエレメントのダイアフ
ラムの上部空間とで密閉空間を形成すると共に、上記感
温・圧力伝達部材の中空部に収容された熱バラスト材と
上記中空部の内壁との間に時定数遅延材を具備したこと
を特徴としている。
【００２０】このような構成を備えた本発明の温度膨張
弁は、感温・圧力伝達部材の中空部の内壁とその中空部
に収容された熱バラスト材との間に時定数遅延材を設け
たので、感温・圧力伝達部材から熱バラスト材への温度
伝達が遅れ、熱バラスト材のみを用いるよりも一層時定
数を大きくすることができる。この結果、感温・圧力伝
達部材が温度上昇したときは温度対応作動流体の液相か
ら気相への相変化に一層の時間遅れを生じさせることと
なり、感温・圧力伝達部材が温度低下したときは、上記
作動流体の気相から液相への急速な変化は妨げられるこ
とはないのであり、温度膨張弁が開弁方向に動くときは
一層の時間を要し、逆に閉弁方向に動くときは、急速で
あることから温度膨張弁のハンチング現象の防止を一層
有効に実施できるのである。
【００２１】また、本発明は時定数遅延材を用いるのみ
であるので従来の温度膨張弁に変更を加えることなくハ
ンチング現象を抑制することが可能となるので、組立て
コストを低くすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下本発明の温度膨張弁の一実施
形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る温
度膨張弁の一実施形態を示す縦断面図であり、本実施の
形態においては、従来の温度膨張弁とは感温・圧力伝達
部材の構成が異なるのみであるから、従来の温度膨張弁
と同一の機能を奏する物については同一の符号を付して
説明を省略する。
【００２３】図１において、１４０は例えば樹脂材又は
ステンレス等からなる時定数遅延材であり、図ではポリ
アセタールからなる樹脂製のチューブを示しており、熱
バラスト材４０と感温・圧力伝達部材１００の中空部の
内壁との間に設けられている。したがって、感温・圧力
伝達部材１００の中空部にはバラスト材４０と樹脂製の
チューブ１４０が具備されていることとなる。本実施形
態では、樹脂製のチューブ１４０は中空部８４に充填さ
れている熱バラスト材４０の存在範囲まで設けられてい
るが、ハンチング現象の程度によって樹脂製のチューブ
を設ける範囲をバラスト材４０の一部の範囲としてもよ
いのは勿論である。
【００２４】而して、本実施形態においては、熱バラス
ト材４０として粒状活性炭を充填し、この粒状活性炭充
填の感温・圧力伝達部材１００とダイアフラム８２を上
述のように溶接して、パワーエレメント部８０と感温・
圧力伝達部材１００の一体空間８３ａを作る。この空間
８３ａを形成する蓋９１には、温度対応作動流体の封入
のための小管（封入キャピラリー）２１を取付けてお
き、この小管２１の一端（図では封止になっている）か
ら脱気し、この脱気後に上記作動流体を封入し、小管２
１の一端を封止する。なお、小管２１の代わりに従来と
同様栓体を用いて封入してもよいのは勿論である。
【００２５】このように構成された上記空間８３ａ内の
圧力は、感温・圧力伝達部材１００がさらされる第２の
通路６３の冷媒ガスの関数となり、かなりの温度範囲で
圧力が温度の一次式で近似できることになる。しかも、
蒸発器の出口からの冷媒上記の温度の上昇時及び下降時
のいずれの場合にも樹脂製チューブ１４０の存在によ
り、熱バラスト材への熱伝達が遅延することにより時定
数を大きくすることができ、これが外乱の影響による温
度膨張弁のハンチング動作をさらに抑制することとな
る。
【００２６】また、熱バラスト材に例えばアルミナ・シ
リカ焼結体を用いた場合にも、蒸発器の出口からの冷媒
上記の温度の上昇時（加熱殿上昇時）には、樹脂材の存
在により熱バラスト材への熱伝達が遅延することにな
り、熱バラスト材４０の多数の微小孔中に入り込んでい
るパワーエレメント部８０の上部室８３中の温度対応作
動流体の液相から気相への変化（ガス化）が遅らされ、
また上記温度の下降時（加熱度の下降時）には上部室８
３及び熱バラスト材４０以外の空間の作動ガスがこれら
の壁面で気相から液相へ急速に変化（液化）するのを妨
げない。即ち、前者の場合には蒸発器の入口に流入する
冷媒の流量を熱バラスト材のみの場合に比較して、一層
序々にしか増大させず、後者の場合には蒸発器の入口に
流入する冷媒の流量を急速に低下させることができる。
【００２７】以上述べた本発明の実施形態においては、
時定数遅延材の材質及び厚さを適宜選定することにより
時定数を選定することができるのは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明の温度膨張弁は、感温・圧力伝達部材の中空部に樹脂
を熱バラスト材を用いてハンチング現象を抑制する構成
としたので、時定数を大きくすることができ、ハンチン
グ現象をより効果的に抑制することができる。また、本
発明の温度膨張弁は従来の温度膨張弁を大幅に変更する
ことがないので、組立工程を容易にし、製造コストを低
減した信頼性の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図。
【図２】従来の装置を示す断面図。
【図３】従来の装置を示す断面図。
【符号の説明】
４０ 熱バラスト材 ５０ 弁本体 ８０ パワーエレメント部 １００ 感温・圧力伝達部材 １４０ 樹脂製チューブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H057 AA01 BB01 CC06 DD01 EE02 FC05 HH07 HH18 3H061 AA07 BB03 CC01 DD02 EA22 EA25 EC13 EC17 ED07 GG05 GG20

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 蒸発器から圧縮器へ向う冷媒通路を内部
    に有し、その通路内に温度感知機能を有するその内部に
    中空部の形成された感温・圧力伝達部材を内蔵した温度
    膨張弁において、その感温・圧力伝達部材の中空部の先
    端をこれを駆動するパワーエレメント部を構成するダイ
    アフラムの中央開口部に固着し、上記ダイアフラムによ
    って形成されるパワーエレメント部内の上部圧力室と上
    記中空部とを連通させて作動流体の封入された密閉空間
    を形成すると共に、 上記中空部に収容された熱バラスト材と上記中空部の内
    壁との間に時定数遅延材を具備することを特徴とする温
    度膨張弁。
  2. 【請求項２】 減圧すべき液相冷媒の通路及びエバポレ
    ータからコンプレッサへ向う気相冷媒の通路とを有する
    弁本体と、弁本体に装着されるパワーエレメント部と、
    液相冷媒の通路に設けられたオリフィスを流れる冷媒流
    量を調整する弁体と、パワーエレメント部を構成するダ
    イアフラムと、ダイアフラムに連結される感温・圧力伝
    達部材と、感温・圧力伝達部材と弁体を連結するシャフ
    トとを備え、上記パワーエレメント部の感温作用により
    上記弁体を駆動する膨張弁であって、 上記感温・圧力伝達部材は中空のパイプ形状をなし、そ
    の中空部の先端が上記ダイアフラムの中央部の円孔に取
    り付けられる上記中空部と上記パワーエレメントのダイ
    アフラムの上部空間とで密閉空間を形成すると共に、上
    記感温・圧力伝達部材の中空部に収容された熱バラスト
    材と上記中空部の内壁との間に時定数遅延材を具備した
    ことを特徴とする温度膨張弁。
  3. 【請求項３】 上記時定数遅延材は、上記中空部の上記
    熱バラスト材の収容されている範囲に設けられているこ
    とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度膨
    張弁。
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