JPH0979705A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍サイクルに使用される膨張弁に強制的に
弁の開度を大きくする機能を付加する。 【解決手段】 膨張弁１は、弁部１０と弁部１０にとり
つけられる弁操作部５０を有する。弁本体１１は入口ポ
ート１２と出口ポート１３を有し、オリフィス１４に弁
体２０の作動棒２２が挿入される。弁体２０は調整バネ
２６で閉弁方向へ付勢される。作動棒２２はストッパ６
０を介してダイアフラム６２により押圧される。ダイア
フラムの下部の圧力室には均圧用のガス圧力が導入さ
れ、ダイアフラム上部の圧力室には冷媒の感温筒９４か
らのガス圧が導入され、弁の開度を制御する。ダイアフ
ラム上部に配設される形状記憶合金製のバネ５７は、電
気ヒータ８０が動作すると設定温度に加熱され、伸長し
て弁開度を強制的に増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクル等に
使用される膨張弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば特公平６−２１７４６号公報は、
自動車用空調装置に使用される膨張弁を開示する。この
種の膨張弁は、弁の開度を制御する弁体をダイアフラム
により作動させるように構成し、冷媒の温度に対応して
発生するガス圧をダイアフラムが形成する圧力室に導入
して弁の開度を調整する機能を有する。空調装置の冷凍
サイクル中に流れる冷媒ガスの温度が高くなったときに
は、膨張弁の開度を大きくして、冷媒の流量を増加し、
冷凍能力を強化する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の膨張弁にあって
は、弁の開度は、冷媒の温度に対応して一元的に決定さ
れ、必要時に任意に弁の開度を大きくして冷凍能力を増
加させる機構は備えていなかった。本発明は、必要時に
任意に弁開度を増加する手段を備えた膨張弁を提供する
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の膨張弁は、冷媒
の入口ポート及び出口ポートと両ポートを連結するオリ
フィスを有する弁本体と、オリフィスを貫通する作動棒
と、作動棒の先端にとりつけられる弁体と、弁体をオリ
フィスに向けて付勢する調整バネを有する弁部と、弁部
に連結されて作動棒を介して弁体を操作する弁操作部と
を備え、弁操作部は作動棒を押圧するダイアフラムと、
ダイアフラムにより形成されて、冷媒の温度に対応する
ガス圧が導入される圧力室と、設定温度に加熱されたと
きに伸長してダイアフラムを弁が開く方向に付勢する形
状記憶合金製のバネと、形状記憶合金製のバネを加熱す
る電気ヒータとを備えるものである。

【０００５】

【作用】電気ヒータが作動しない間は冷媒の温度に応じ
て弁の開度を調整する膨張弁として作用する。電気ヒー
タが作動すると、形状記憶合金製のバネは伸長し、ダイ
アフラムを押圧して、弁を強制的に開き、冷媒の流量を
増加させる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の膨張弁の全体構造
を示す説明図である。全体を符号１で示す膨張弁は、弁
部１０と、弁部１０の上部にとりつけられる弁操作部５
０とを有する。弁部１０は、弁本体１１と、弁本体１１
内に作動棒２２を介して、摺動自在に挿入される弁体２
０を有する。弁本体１１は入口ポート１２と出口ポート
１３を有し、両ポート間にオリフィス１４が設けれら
る。作動棒２２は、オリフィス１４を貫通し、作動棒２
２の下端に接する弁体２０は、オリフィス１４の入口部
に形成される弁シートに対して接離されて弁開度が調節
される。なお、作動棒２２の上端はストッパ６０に接し
ている。弁体２０は、支持部材２４により支持され、支
持部材２４は調整バネ２６により弁体２０をオリフィス
１４に向けて付勢される。入口ポート１２にねじ込まれ
る中空の調整ナット２８のねじ込み量を調整すること
で、弁体２０に対する押圧力を調整する。なお、弁本体
１１及びストッパ６０はそれぞれ黄銅が用いられ、作動
棒２２にはステンレスが用いられる。

【０００７】作動棒２２の上部は、弁本体１１に設けた
開口部を貫通し、Ｏリング１５でシールされる。Ｏリン
グ１５の上部にはワッシャ１６が載置され、バネ１８の
端部を受ける。バネ１８の他端部はカラー３０に当接
し、弁本体１１に圧入されているカラー３０を貫通して
いる作動棒２２を介して、弁操作部５０内に設けられる
ストッパ６０を押し上げる。弁本体１１に形成される通
路３２は、キャピラリ３４を介してＯリング３７を嵌装
したＯリングパイプ３５に連結され、ナット３６を介し
て冷凍システムの蒸発器（図示せず）の出口管に接続さ
れる。蒸発器の出口管内のガス圧は、キャピラリ３４を
介して弁本体１１の通路３２へ送り込まれ、弁操作部５
０に配設されるダイアフラム６２の第１の圧力室６４内
に送り込まれる。弁操作部５０は、弁本体１１の上部に
螺合される。

【０００８】図２は弁操作部５０の断面図、図３は上面
図、図４は右側面図である。弁操作部５０は、弁本体１
１に螺合されるねじ部を有するケーシング５１とフラン
ジ部材５２によりダイアフラム６２を挾み込み、ヘリア
ーク溶接Ｗ₁で溶着した構造を備える。ダイアフラム６
２の下部は、ストッパ６０で支持されるとともに、第１
の圧力室６４が形成される。ダイアフラム６２の上部に
は第２の圧力室６６が形成される。フランジ部材５２の
上部には、キャップ５５が銀ロー溶接Ｗ₂により固着さ
れるとともに、フランジ部材５２の外周にリング部材５
４が溶着される。

【０００９】キャップ５５は銅合金等の熱伝導の良い材
料でつくられ、内部に形状記憶合金（例えば、古河電気
工業株式会社の商品名古河ＮＴ合金）のコイルバネ５７
が挿入される。形状記憶合金製のコイルバネ５７は設定
温度に加熱されると伸長し、バネ力を発生させる機能を
有する。コイルバネ５７の下端部は樹脂製のバネ受け部
材５８により支持され、バネ受け部材５８はダイアフラ
ム６２の上面に載置される。リング部材５４には樹脂製
のケース７０がねじ７２によりとりつけられる。その時
パッキン５９をキャップ５５とケース７０との間にはさ
み込み防水を保つ。ケース７０内には、電気ヒータ（例
えば、ＴＤＫ株式会社製商品名ＰＴＣサーミスタ発熱用
素子）８０が配設され、電気ヒータ８０の両面には給電
用の電極端子８２，８４が当接される。ケース７０の上
部には樹脂製のカバー７４がねじ７６により固着され
る。

【００１０】図３，図４に示すように、２つの電極８
２，８４は、ケース７０とカバー７４に挾まれて固定さ
れる。第１の電極８２は、湾曲した接触部８２ａを有
し、湾曲した接触部８２ａで電気ヒータ８０に接し、弾
性を利用して電気的な接触を確実とする。第２の電極８
４は、円盤上の接触部８４ａを有し、円盤状の電気ヒー
タ８０に接触する。第２の電極８４は、絶縁シート８５
を介して金属製のキャップ５５の頂部に載置される。

【００１１】電極８２，８４を介して電気ヒータ８０に
給電されると、電気ヒータ８０は発熱し、この熱はキャ
ップ５５内の形状記憶合金製バネ５７を加熱する。加熱
されたバネ５７は伸長し、バネ受け５８を介してダイア
フラム６２をへてストッパ６０を介して作動棒２２側へ
押圧する。

【００１２】一方、樹脂ケース７０に対して取付部材９
２により挿入されるキャピラリ９０の端部は、キャップ
５５を貫通し、キャップ５５と溶接されて第２の圧力室
６６に連通される。キャピラリ９０の他端部には感温筒
９４がとりつけられ、感温筒は蒸発器出口部の冷媒ガス
の温度を感知し、筒内のガス圧を調整する。感温筒９４
内のガス圧は、ダイアフラム６２上部の第２の圧力室６
６内に導入され、ダイアフラム６２を変形させて弁の開
度を調整する。

【００１３】本発明の膨張弁は以上のように、電気ヒー
タを作動させない状態にあっては、従来の膨張弁と同様
に、ダイアフラムの弁作動棒側の圧力室に導入される蒸
発器出口のガス冷媒の圧力と、蒸発器出口の冷媒温度を
感知して発生するガスを、ダイアフラムの上側の圧力室
に導入して、発生するガス圧とがつり合う位置に膨張弁
の開度が調整されて、膨張弁を通過する冷媒の流量が制
御されるものである。電気ヒータに通電されると、発生
する熱により形状記憶合金製のバネが加熱され、設定温
度となるとバネが伸長する。この作用によって、弁の開
度はより大きくなる。そこで、より多量の冷媒が膨張弁
を通過し、冷凍能力を増強することができる。

【００１４】以上の説明では膨張弁としてキャピラリチ
ューブを有する場合について述べたが、本発明はそれ以
外の膨張弁、例えばキャピラリチューブを用いない構造
の温度膨張弁にも適用できるのは勿論である。即ち、図
５はその膨張弁を示す本発明の一実施例の構成を示す縦
断面図であり、図６は図５の側面を矢印Ａ方向から見た
全体の外観構成を示す側面図である。なお、図６におい
て１００は膨張弁を取り付けるボルト用の貫通孔であ
る。この膨張弁は、弁部１１０を構成する弁本体１３０
と、弁部１１０に配設される作動制御部５０とを有す
る。弁部１１０は、その外形が略長方形状をなし、その
下方部１２０は肉盗みされて薄肉に形成されている。か
かる弁本体１３０の以下に述べる構造は公知であり、図
５は公知の弁部に図２の作動制御部を図１と同様にして
配設した膨張弁である。

【００１５】弁部１１０には、冷凍サイクルを構成する
コンデンサ２５５の冷媒出口からレシーバ２５６を介し
てエバポレータ２５８の冷媒入口へと向かう部分に介在
される第１の通路１３２と、エバポレータ２５８の冷媒
出口からコンプレッサ２５４の冷媒入口へと向かう部分
に介在される第２の通路１３４とが上下に相互に離間し
て形成されている。

【００１６】第１の通路１３２にはレシーバ２５６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
弁孔１３２ａが形成されている。弁孔１３２ａの入口に
は弁座が形成されていて、弁座には弁体１３２ｂが圧縮
コイルばねの如き付勢手段１３２ｃにより付勢されてい
る。レシーバ２５６からの液冷媒が導入される第１の通
路１３２は液冷媒の通路となり、入口ポート１３１と、
この入口ポート１３１に連続する弁室１３５を有する。
弁室１３５は、弁孔１３２ａと同軸に形成される有底の
室であり、プラグ１３７よって密閉されている。

【００１７】弁部１１０の上端には弁体１３２ｂを駆動
するための作動制御部５０が装着されている。作動制御
部５０の構成は図１及び図２に示す作動制御部５０と同
一の構成であり、同一符号は同一部分を示している。作
動制御部５０は、弁部１１０の上端にパッキン１７０を
介しフランジ部材２１２がネジ込みにより装着されてい
る。作動制御部５０を構成するキャップ５５内には、冷
媒ガスが封入されており、冷媒ガスを封入するためのチ
ューブ９０は、冷媒ガスの封入後封じ切られる。封入さ
れた冷媒ガスはダイアフラム６２の上部のガス室６６に
送られることとなる。ダイアフラム６２の下部のガス室
６４は、第２の通路１３４の圧力が伝えられる。

【００１８】第２の通路１３４には、エバポレータ２５
８の冷媒出口からの冷媒蒸気が流れ、通路１３４は気相
冷媒の通路となり、その冷媒蒸気の圧力が均圧孔１３６
ｅを介して下方の圧力作動室１３６ｃに負荷されてい
る。この下方の圧力作動室１３６ｃは弁孔１３２ａの中
心線に対して同心的に形成された均圧孔１３６ｅを介し
て第２の通路１３４に連通されているのである。

【００１９】均圧孔１３６ｅには、ダイアフラム６２の
下面から第１の通路１３２の弁孔１３２ａまで延出した
弁体駆動棒１３６ｆが同心的に配置されている。弁体駆
動棒１３６ｆはその上端はストッパ６０を形成し、その
下端には作動棒１４０と接触し、又作動棒１４０の下端
には弁体１３２ｂと接触している。弁体駆動棒１３６ｆ
は圧力作動室１３６ｃの内部表面及び第２の通路１３４
と第１の通路１３２との隔壁により上下方向に摺動自在
に支持されていて、下端を弁体１３２ｂに当接させてい
る。なお上記隔壁における弁体駆動棒の摺動案内孔に対
応した弁体駆動棒１３６ｆの外周面の領域には第１の通
路１３２と第２の通路１３４との間の冷媒の漏れを防止
するパッキン１３６ｇが設けられている。なお、弁本体
１３０、弁体駆動棒１３６ｆ及びストッパ６０はそれぞ
れアルミニウム合金を用い、ダイアフラム６２はステン
レス鋼を用いている。

【００２０】作動制御部５０のキャップ５５内には、冷
媒ガスが充填されていて、第２の通路１３４や第２の通
路１３４に連通されている均圧孔１３６ｅに露出された
弁体駆動棒１３６ｆ及びダイアフラム６２を介して第２
の通路１３４を流れているエバポレータ２５８の冷媒出
口からの冷媒蒸気の熱が伝達され、作動制御部５０は、
感温部として動作することになる。したがって、上記感
温部の冷媒ガスに伝達される熱に対応した圧力をダイア
フラム６２の上面に負荷し、ダイアフラム６２は上面に
負荷されたガスの圧力とダイアフラムの下面に負荷され
た圧力との差により上下に変位する。この変位は、弁体
駆動棒１３６ｆを介して弁体１３２ｂに伝達され弁体１
３２ｂを弁孔１３２ａの弁座に対して接近又は離間さ
せ、この結果、冷媒流量が制御されることとなる。

【００２１】そして、作動制御部５０の電極８２，８４
を介して電気ヒータ８０に給電すると、発熱体たる電気
ヒータ８０は発熱し、この熱はキャップ５５内の形状記
憶合金製バネ５７を加熱する。加熱されたバネ５７は伸
長し、バネ受け５８を介してダイアフラム６２をへてス
トッパ６０を介して弁体駆動棒１３６ｆ側へ押圧する。
したがって、電気ヒータを加熱しない状態にあっては、
従来の膨張弁と同様に、ダイアフラムの上部のガス室６
６のガス圧力とダイアフラムの下部のガス室６４の圧力
との差により、ダイアフラムは上下に変位し、弁穴１３
２ａの開度が調整されて、通過する冷媒の流量が制御さ
れる。

【００２２】電気ヒータに給電すると、発生する熱によ
り形状記憶合金製のバネが加熱され、設置温度となるバ
ネが伸長する。この作用によって、図５の如く弁の開度
はより大きくなる。そこで、より多くの冷媒が膨張弁を
通過し、冷凍能力を増強することができることとなる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上のように、冷凍システムに
使用される膨張弁において、電気ヒータと電気ヒータに
より加熱されたときに伸長して、弁を開く方向に付勢す
る形状記憶合金製のバネとを備えてなるものである。膨
張弁を通過する冷媒の流量を増加させる必要があるとき
には、電気ヒータに通電し、弁の開度を大きくする。形
状記憶合金製のバネによる弁の開閉作用は、電磁弁等に
よる開閉作用に比べて緩やかなものとなる。したがっ
て、急激な冷媒ガス圧の変動等も回避され、ダイアフラ
ムをはじめとする機器の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膨張弁の一実施例の構成を示す説明
図。

【図２】弁操作部の断面図。

【図３】弁操作部の上面図。

【図４】弁操作部の右側面図。

【図５】本発明の膨張弁の他の実施例の構成を示す説明
図。

【図６】図５に示す膨張弁の側面図。

【符号の説明】

１ 膨張弁 １０ 弁部 １１ 弁本体 １２ 入口ポート １３ 出口ポート １４ オリフィス ２０ 弁体 ２２ 作動棒 ２６ 調整バネ ３０ カラー ５０ 弁操作部 ５１ ケーシング ５４ リング部材 ５５ キャップ ５７ 形状記憶合金製バネ ５８ バネ受け部材 ６０ ストッパ ７０ ケース ７４ カバー ８０ 電気ヒータ ８２，８４ 電極端子 ９０ キャピラリ ９４ 感温筒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒の入口ポート及び出口ポートと両ポ
   ートを連結するオリフィスを有する弁本体と、オリフィ
   スを貫通する作動棒と、作動棒の先端にとりつけられる
   弁体と、弁体をオリフィスに向けて付勢する調整バネを
   有する弁部と、弁部に連結されて作動棒を介して弁体を
   操作する弁操作部とを備え、 弁操作部は作動棒を押圧するダイアフラムと、ダイアフ
   ラムにより形成されて、冷媒の温度に対応するガス圧が
   導入される圧力室と、設定温度に加熱されたときに伸長
   してダイアフラムを弁が開く方向に付勢する形状記憶合
   金製のバネと、形状記憶合金製のバネを加熱する電気ヒ
   ータとを備えてなる膨張弁。