JPH0621746B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は自動車用空気調和装置等の冷房サイクルに組み
込まれる膨張弁に関する。

（従来の技術） 自動車用空気調和装置の冷房サイクルを示すと第３図の
通りであり、冷房サイクル１はクラッチ２を介して図示
しない走行用エンジンにより駆動されるコンプレッサ３
と、このコンプレッサ３により高温高圧になったガス冷
媒を冷却して凝縮するためのコンデンサ４と、ここで凝
縮された冷媒の気液分離と冷媒中の水分や塵埃の除去を
行なうリキッドタンク５と、このリキッドタンク５から
の冷媒を膨張させる膨張弁６と、車室内に吹き出される
空気を冷却するためにこの空気と冷媒とを熱交換するエ
バポレータ７とを配管８により連結して構成されてい
る。この冷房サイクル１における冷媒の流れをモリエル
線図に示すと第４図の通りである。第４図において、符
号Ｌは飽和液線、符号Ｖは飽和蒸気線を示し、符号Ａ〜
Ｄは冷房サイクル中における第３図に示す符号Ａ〜Ｄに
対応する位置を示す。第４図に示すように、コンプレッ
サ３により断熱圧縮されて高温高圧となったガス冷媒
（Ａ位置）は、コンデンサ４にて外部に熱を放出して低
温高圧の液冷媒（Ｂ位置）となる。次いでこの液冷媒は
膨張弁６を通りここで絞り膨張がなされて霧状の冷媒
（Ｃ位置）となる。この霧状の冷媒はエバポレータ７に
入って外部より熱を吸収して気化蒸発し、空気の冷却作
用を果した後、Ｄ位置でコンプレッサ３に吸入される。

コンプレッサ３に吸入される冷媒の中に液状の冷媒が含
まれていると、コンプレッサ３が液圧縮をすることにな
るので、コンプレッサ３には第４図においてＳＨで示す
所定の冷媒過熱度つまりスーパーヒート量を有する冷媒
が吸入されるようにしている。

このような冷房サイクル１に使用される膨張弁６は、エ
バポレータ７の熱的負荷の変動に応じて、必要冷房能力
に合った冷媒流量を自動調整しつつ、冷媒の膨張を行な
うためのものであり、従来、実開昭５８−１７５２７２
号公報に示すものがある。このような従来の膨張弁６の
一例を示すと第５図の通りである。ケーシング１０内に
は入口側流路１１と出口側流路１２とが形成され、これ
らの入口側流路１１と出口側流路１２とを結ぶスロート
部１３にこれを開閉する弁体１４が装着されている。入
口側流路１１は配管により第３図に示すコンデンサ４に
リキッドタンク５を介して接続され、出口側流路１２は
配管によりエバポレータ７に接続される。

ケーシング１０には均圧ケース１５が取付けられ、この
均圧ケース１５内に設けられたダイヤフラム１６の外側
には圧力室１７が形成されている。この圧力室１７はエ
バポレータ７の出口側に取付けられて内部に冷媒が封入
された感温筒１８に連通されており、感温筒１８内の冷
媒の温度変化による圧力室１７内の圧力変化によりダイ
ヤフラム１６が作動するようになっている。ダイヤフラ
ム１６は作動棒１９により弁体１４に連結されている。
弁体１４に当接するリテーナ２０と、出口側流路１２内
にねじ止めされたばね押え２１との間には、コイルばね
２２が設けられ、このばねコイル２２により弁体１４に
はスロート部１３を閉じる方向の弾発力が付与されてい
る。第５図に示す膨張弁６は内部均圧式膨張弁と呼ばれ
るタイプのものであり、ケーシング１０に形成された連
通孔２３によりダイヤフラム１６の内側と出口側流路１
２とが連通されている。

弁体１４の開度は、圧力室１７内のガスの圧力により弁
体１４を開く方向に作用する力と、連通孔２３を介して
ダイヤフラム１６の内側に作用する冷媒の圧力及び、コ
イルばね２２の弾発力により弁体１４を閉じる方向に作
用する力との釣り合いによって定まり、その開度に応じ
た流量の冷媒がエバポレータ７内に流入することにな
る。

冷房サイクル１に使用される膨張弁としては、従来第６
図に示すような外部均圧膨張弁６がある。この膨張弁６
はチューブ２４によりエバポレータ７の出口部の冷媒の
圧力がダイヤフラム１６の内側に供給されるようになっ
ていることを除き、第５図に示す内部均圧式膨張弁６の
構造とほぼ同様であり、第６図において、第５図に示す
部材と共通する部材には同一の符号を付してある。

（発明が解決しようとする問題点） 第３図に示す冷房サイクル１が停止している状態のとき
には、第５、６図に示す膨張弁６の弁体１４は、コイル
ばね２２の弾発力とダイヤフラム１６の内側に作用する
圧力とによりスロート部１３を閉じている。この状態か
らコンプレッサ３を駆動させると、エバポレータ７内の
圧力が低下してダイヤフラム１６の内側の圧力が低くな
り、圧力室１７の圧力によりダイヤフラム１６を介して
弁体１４を開く力の方がコイルばね２２の弾発力よりも
大きくなって弁体１４は開の状態となる。これにより、
エバポレータ７内に冷媒が供給されることとなる。上述
のように、コイルばね２２の弾発力つまりばね力は、感
温筒１８内のガスの特性と冷媒の飽和圧力特性のみなら
ず、膨張弁６の弁体１４が開閉作用をする弁開度特性に
大きく影響を与えることとなる。

したがって、感温筒１８内のガス特性等を同一の条件と
して、コイルばね２２の弾発力を強くした場合と弱くし
た場合とで比較すると、強い弾発力のコイルばね２２を
用いた膨張弁６では、コンプレッサ３を作動させてから
弁体１４が開いてエバポレータ７に冷媒が流入し始める
ときのエバポレータ７内の圧力はより低くなることか
ら、冷房サイクル１の始動初期において、冷房を開始し
てから所定の冷房状態を得るまでの時間特性、つまりク
ールダウン特性が良好となる。そして、これよりも弱い
弾発力のコイルばね２２を用いた膨張弁６では、エバポ
レータ７内に流入し始めたときにおけるエバポレータ７
内の圧力はより高くなるから、冷媒の蒸発圧力と温度と
の関係より、弾発力が強い場合よりもエバポレータ７の
温度は高くなる。したがって、始動初期の冷房性能つま
り、クールダウン特性は悪くなる。

このように、始動初期のクールダウン特性を良くするに
は、コイルばね２２を弾発力の強いものを用いれば良い
が、この弾発力を強くすると、冷房サイクルが定常状態
の場合、特に炎天下における車両の走行時等のようにエ
バポレータ７の熱負荷が大きい場合には、車室内を充分
に冷房するだけの冷媒量がエバポレータ７内に供給され
なくなる。したがって、このときにはコンプレッサ３に
吸入される冷媒の過熱度が高くなりスーパーヒート量Ｓ
Ｈは、例えば１０〜１５度程度に大きくなる。

そこで、コイルばね２２の弾発力をより弱くし、定常状
態ときに所望の量の冷媒がエバポレータ７内を流れるよ
うにすると、膨張弁６の弁体１４が開き始めるときにお
けるエバポレータ７内の冷媒の圧力は、より高めとなる
ことから、比較的長時間冷房サイクル１を作動させたと
きには多量の冷媒によって充分な冷房性能が得られるの
に対して、冷房サイクル１の始動初期における冷房性
能、つまりクールダウン特性が良くないということにな
る。したがって、この特性のときには、コンプレッサ３
により多量の冷媒が吸入されることから、冷媒の過熱度
は上述した場合よりも低くなり、このときのスーパーヒ
ート量ＳＨは、例えば５度程度である。

上述した観点より、従来は膨張弁６の弁体１４の開度特
性を定常の走行状態における熱負荷に合せて設定してい
たため、始動初期のクールダウン特性が良好とならない
という問題点があった。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み、定常時にお
いても所望の冷房性能を維持し得ると共に、冷房サイク
ルの始動初期におけるクールダウン特性をも良好にし得
るようにすることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明は、ケーシング内にそ
れぞれ形成された入口側流路と出口側流路とを結び弁座
が形成されたスロート部にこれを開閉する弁体を装着
し、前記ケーシングに取付けられた均圧ケース内のダイ
ヤフラムと前記弁体とを弁作動棒により連動させて前記
ダイヤフラムにより前記スロート部の開度を調整するよ
うにした膨張弁において、前記ケーシング内に軸方向に
摺動自在に装着されたピストンと前記弁体との間に、前
記弁体に対して前記スロート部を閉じる方向に弾発力を
付与するコイルばねを設け、前記入口側流路と前記ピス
トンとを結び前記ピストンに対して前記コイルばねに向
けて前進させる流体圧を供給する流体案内路を前記ケー
シングに形成し、前記ケーシングに取付けられた電磁石
のアクチュエータにより前記流体案内路を開閉するパイ
ロット弁を設けたことを特徴とする膨張弁である。

（作用） 入口側流路に達した高圧の液冷媒が、電磁石への通電時
に流体案内通路からパイロット弁を通ってピストンを摺
動させると、コイルばねが収縮して弁体がスロート部を
閉じる方向にコイルばねにより加えられる弾発力は大き
くなる。これにより、冷房サイクルの始動初期における
冷房性能、つまりクールダウン特性は良好となる。そし
て、所定時間経過後の定常状態では、電磁石の作動によ
り流体案内通路が遮断されてピストンが上記とは逆方向
に摺動し、コイルばねが伸長することから、コイルばね
の弾発力は相対的に小さくなり、より多くの量の冷媒が
スロート部を通過し定常状態における所望の冷房性能を
得ることが可能となる。

（実施例） 次に、第１、２図に示す本発明の一実施例に係る膨張弁
について説明する。尚、第１、２図において、上記従来
の膨張弁における部材の共通する部材には同一の符号を
付してある。

ケーシング１０内には入口側流路１１と出口側流路１２
とがそれぞれ形成され、これらの入口側流路１１と出口
側流路１２とを結ぶスロート部１３にこれを開閉する弁
体１４が装着されている。入口側流路１１は配管により
第３図に示すコンデンサ４にリキッドタンク５を介して
接続され、出口側流路１２は配管によりエバポレータ７
に接続される。

ケーシング１０には均圧ケース１５が取付けられ、この
均圧ケース１５内に設けられたダイヤフラム１６の外側
には圧力室１７が形成されている。この圧力室１７はエ
バポレータ７の出口側に取付けられて内部に冷媒が封入
された感温筒１８に連通されており、感温筒１８内の冷
媒の温度変化による圧力室１７内の圧力変化によりダイ
ヤフラム１６が作動するようになっている。ケーシング
１０に軸方向に摺動自在に設けられた作動棒１９の一端
には、ダイヤフラム１６と一体のスペーサ２６が当接
し、作動棒１９の他端には弁体１４を支持するリテーナ
２０に当接し、ダイヤフラム１６と弁体１４とが連動状
態となっている。尚、作動棒１９は複数本設けられてい
る。

ケーシング１０内には、出口側流路１２とスロート部１
３との間に、円筒形状の膨張室２７が形成されており、
この膨張室２７内に弁体１４が位置している。更にケー
シング１０内には、この膨張室２７の内周面に沿って軸
方向に摺動自在にピストン３０が装着され、このピスト
ン３０とリテーナ２０との間にはコイルばね２２が設け
られ、このコイルばね２２により弁体１４に対してスロ
ート部１３を閉じる方向の弾発力が付与されている。ピ
ストン３０の弁体１４への最前進移動位置を規制するた
めに、ピストン３０に形成された大径部３１と当接する
径方向端面３２がケーシング１０に形成されている。

ケーシング１０に一体となった円筒形状の支持金具３３
には、パイロットハウジング３４がねじ結合されてお
り、このパイロットハウジング３４の先端面にピストン
３０の後端面が当接することにより、ピストン３０の後
退限位置が規制されている。

パイロットハウジング３４の先端に位置する径方向壁部
には、貫通孔３５が形成され、周壁部には貫通孔３５と
連通する貫通孔３６が形成されている。また、ケーシン
グ１０には一端が入口側流路１１と連通し、他端が貫通
孔３６と連通する貫通孔３７が形成されており、これら
の貫通孔３５、３６、３７は、入口側流路１１とピスト
ン３０とを結びピストン３０に対してコイルばね２２に
向けて前進させる方向の流体圧を供給する流体案内路３
８を構成している。

パイロットハウジング３４には電磁石３９が一体となっ
ており、このパイロットハウジング３４内に形成された
弁室４０には、貫通孔３５を開閉して流体案内路３８の
開閉を行なうパイロット弁４１が設けられ、このパイロ
ット弁４１は電磁石３９により往復動するアクチュエー
タ４２に固着されている。ハウジング３４に一体となっ
たプラグ４３とアクチュエータ４２との間にはコイルば
ね４４が設けられており、電磁石３９に通電がなされて
いないときには、このコイルばね４４の弾発力によりパ
イロット弁４１が貫通孔３５を閉じるようにしている。
したがって、電磁石３９に通電すると、コイルばね４４
の弾発力に抗してアクチュエータ４２が作動し、パイロ
ット弁４１が貫通孔３５を開き、入口側流路１１内の冷
媒が流体案内路３８を通ってピストン３０にまで供給さ
れる。

ピストン３０には入口側流路１１からの流体が入り込む
流体室４５が形成され、このピストン３０の先端の径方
向壁には流体室４５内の流体を逃がすための細孔４６が
形成されている。尚、第１図において、符号４７はシー
ル用のＯリングを示し、符号４８は電磁石３９への電流
供給用のリード線を示す。また、第１図に示す膨張弁は
外部均圧式膨張弁であり、チューブ２４によりエバポレ
ータの出口部の冷媒の圧力がダイヤフラム１６の内側に
供給されるようになっている。

電磁石３９への通電制御を行なう電気回路を示すと第２
図の通りであり、エバポレータ７に取付けられたサーミ
スタ５０はアンプ５１に接続され、サーミスタ５０によ
り検知されたエバポレータ７の外表面の温度に対応する
抵抗値をアンプ５１が検出し、電磁石３９への通電制御
がなされる。例えば、エバポレータ７の外表面の温度が
５℃以上のときには、電磁石への通電がなされるように
設定してある。

次に作用について説明する。冷房サイクル１が停止して
いる状態にあっては、コイルばね２２の弾発力により弁
体１４がスロート部１３を閉じている。この状態の下で
コンプレッサ３を駆動して冷房サイクル１を作動し始め
ると、そのときにエバポレータ７の外表面の温度が、例
えば５℃のような設定温度以上であれば、電磁石３９に
通電されてパイロット弁４１が流体案内路３８を開くこ
とから、入口側流路１１からの冷媒が流体室４５内に供
給される。これにより、ピストン３０は大径部３１が径
方向端面３２に当接するまで、弁体１４に向けて前進し
てコイルばね２２を収縮させ、弁体１４にはこのコイル
ばね２２により強い弾発力がスロート部１３を閉じる方
向に加わることとなる。したがって、弁体１４がスロー
ト部１３を開いてエバポレータ７へ冷媒を流入させるの
は、エバポレータ７内の圧力が比較的低くなった状態の
ときであり、少量の冷媒であっても所望の温度にまでエ
バポレータ７を迅速に冷却することができる。このとき
のスーパーヒート量を１０〜１５度程度にまで設定する
ことが可能となる。これによりクールダウン特性が良好
となる。

上述の状態から所定時間経過して定常の冷房運転状態と
なると、エバポレータ７が所定の温度以下となる。する
とこれをサーミスタ５０が検知して電磁石３９への通電
が解かれ、パイロット弁４１がコイルばね４４の弾発力
により貫通孔３５を塞ぎ、流体案内路３８を閉じる。
尚、流体室４５内の冷媒は、細孔４６から出口側流路１
２へ漏出する。流体案内路３８が閉じるとピストン３０
には流体圧が作用しなくなり、第１図において実線で示
す位置まで後退する。これにより、コイルばね２２が弁
体１４に対してスロート部１３を閉じる方向に付加する
弾発力は、上述した場合よりも弱くなり、より多くの冷
媒がエバポレータ７内に流入することとなる。このよう
に、多量の冷媒がエバポレータ７内に供給されることか
ら、定常状態における熱負荷に対して充分追随したエバ
ポレータ７の冷却を行なうことが可能となる。この定常
状態におけるスーパーヒート量は５度程度である。

第３図に示す冷房サイクル１の全作動時間に比して、電
磁石３９に通電がなされる冷房初期の段階は、極めて短
時間であり、しかもこの電磁石３９はパイロット弁４１
を作動するためのものであり、小型のもので良いから、
電磁石３９を作動させるために消費される電力は極めて
僅かである。尚、第１図に示す本発明の実施例にあって
は、外部均圧式膨張弁を示すが、内部均圧式膨張弁にも
本発明を実施することが可能であることは言うまでもな
い。

（発明の効果） 以上のように本発明の膨張弁によれば、弁体に対してこ
れを閉じる方向に弾発力を付与するためのコイルばねの
弾発力を変化されることが可能となることから、冷房運
転の初期には強い弾発力を弁体に加えてクールダウン特
性を向上することができる。また、定常状態となったと
きには、弱い弾発力でエバポレータ内に多量の冷媒を供
給し、充分な冷房を行なうことが可能となる。これによ
り、冷房運転の初期と定常状態とにおいて、優れた冷房
性能を維持することができるという効果がある。しか
も、コイルばねを伸縮させてこれの弾発力の変化させる
ために、冷房サイクル内の冷媒を利用するようにし、こ
の冷媒の供給ないし供給停止を行なうための電磁石の消
費電力は極めて僅かで良いという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る膨張弁を示す断面図、
第２図は第１図における電磁石の通電制御を行なうため
の電気回路図、第３図は一般的な自動車用の冷房サイク
ルを示す冷媒回路図、第４図は第３図に示した冷房サイ
クルを示すモリエル線図、第５、６図は従来の膨張弁を
示す断面図である。 ６……膨張弁、７……エバポレータ、１０……ケーシン
グ、１１……入口側流路、１２……出口側流路、１３…
…スロート部、１４……弁体、１５……均圧ケース、１
６……ダイヤフラム、１７……圧力室、１８……感温
筒、１９……作動棒、３０……ピストン、３８……流体
案内路、３９……電磁石、４１……パイロット弁、４２
……アクチュエータ、

フロントページの続き (72)発明者 久保 良一 栃木県佐野市栄町８番地 日本ラヂヱータ ー株式会社佐野工場内 (72)発明者 仙道 功 東京都八王子市椚田町1211―４ (56)参考文献 実開 昭54−99160（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング内にそれぞれ形成された入口側
   流路と出口側流路とを結び弁座が形成されたスロート部
   にこれを開閉する弁体を装着し、前記ケーシングに取付
   けられた均圧ケース内のダイヤフラムと前記弁体とを弁
   作動棒により連動させて前記ダイヤフラムにより前記ス
   ロート部の開度を調整するようにした膨張弁において、
   前記ケーシング内に軸方向に摺動自在に装着されたピス
   トンと前記弁体との間に、前記弁体に対して前記スロー
   ト部を閉じる方向に弾発力を付与するコイルばねを設
   け、前記入口側流路と前記ピストンとを結び前記ピスト
   ンに対して前記コイルばねに向けて前進させる流体圧を
   供給する流体案内路を前記ケーシングに形成し、前記ケ
   ーシングに取付けられた電磁石のアクチュエータにより
   前記流体案内路を開閉するパイロット弁を設けたことを
   特徴とする膨張弁。