JPH109720A - 温度式膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンチング現象の発生を防止する。 【解決手段】 コイルバネ４６を、弁体４４が絞り通路
４３を開き始めるた時に、ダイヤフラム４９が、中立状
態より上方（第１圧力室５０の体積が縮小する向き）に
所定量変位するように設定し、かつ、過熱度の変化量に
対するダイヤフラム４９のリフト量の変化量が、過熱度
が高くなるほど大きくなるように非線となるようにコイ
ルバネ４６のばね定数ｋおよび初期設定値を適切に選定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクル内を
循環する冷媒の循環量を制御する温度式膨張弁に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】温度式膨張弁は、周知のごとく、蒸発器
出口側の温度を感知する感温筒内のガス圧を第１圧力室
に導入するとともに、蒸発器内の圧力を第２圧力室に導
入し、両圧力室の圧力差が蒸発器出口での冷媒の加熱度
に応じて変化することを利用して絞り通路の開度を調節
するものである。

【０００３】つまり、温度式膨張弁は、過熱度が大きい
ときは、冷房負荷（熱負荷）が大きいので、絞り通路の
開度を大きくし、また、加熱度が小さいときは、冷房負
荷が小さいので、絞り通路の開度を小さくすることによ
り、冷凍サイクルの冷房能力を制御するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、加熱
度の変化に対して絞り通路の開度は線形的に変化し、か
つ、冷媒の循環量の変化量に対する冷凍能力の変化量が
大きいので、特に冷房負荷が小さいときには、絞り通路
が頻繁に開閉されるという、いわゆるハンチング現象が
発生する。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、ハンチング現象
の発生を防止することができる温度式膨張弁を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に
記載の発明では、弾性部材（４６）は、弁体（４４）が
絞り通路（４３）を開き始めるた時に、圧力応動部材
（４９）が、第１圧力室（５０）の体積が縮小する向き
に所定量変位しているように設定されており、かつ、両
圧力室（５０、５１）の圧力差、圧力応動部材（４９）
の剛性および前記弾性部材（４６）の弾性係数によって
決定される蒸発器（５）出口側の冷媒の過熱度に対する
圧力応動部材（４９）の変位の変化量は、過熱度が高く
なるほど大きくなるように非線形的に変化することを特
徴とする。

【０００７】これにより、後述するように、冷房負荷の
小さい状態では、過熱度の変化量に対して圧力応動部材
（４９）の変位の変化量が小さくなるので、絞り通路
（４３）が頻繁に開閉することを防止することができ
る。つまり、ハンチング現象を防止することができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態
記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施の形
態について説明する。 （実施形態）図１は、本発明を自動車空調用冷凍サイク
ルの温度式膨張弁（以下、膨張弁と略す。）に適用した
実施形態を例示するもので、冷凍サイクルは、自動車エ
ンジンにより駆動される圧縮機１、この圧縮機１から吐
出されたガス冷媒を冷却、凝縮する凝縮器２、この凝縮
器２からの冷媒を溜めて、冷媒の気液を分離し、液冷媒
のみを導出する受液器３、本発明による膨張弁４、およ
びこの温度式膨張弁４で減圧、膨張した低温低圧の気液
２相冷媒を蒸発させる蒸発器５とから構成されている。

【０００９】次に、膨張弁４について詳述すると、４０
はアルミニュウム等の金属で成形された弁ハウジング
で、受液器３からの液冷媒が導入される円筒状の冷媒入
口４１、および蒸発器５の入口側に連通する円筒状の冷
媒出口４２を有している。そして、この冷媒入口４１と
冷媒出口４２との間に、冷媒を減圧する絞り通路４３が
設けられており、この絞り通路４３の開度は球状の金属
製弁体４４により調整できるようになっている。

【００１０】球状の弁体４４は図１の上下方向に移動可
能なもので、その下側にはスプリング受け座４５が配設
されており、この受け座４５にコイルバネ（弾性部材）
４６の一端が当接し、支持されている。このコイルバネ
４６の他端は、円筒状の冷媒入口４１の内壁面にねじ止
めにより移動可能に装着された取付荷重調整板（図示せ
ず）に当接し、支持されている。

【００１１】球状の弁体４４の図１の上側には、金属製
の弁作動棒（弁作動部材）４７の一端が溶接等により接
合されており、この弁作動棒４７の他端はストッパー部
材４８に当接している。このストッパー部材４８はダイ
ヤフラム（圧力応動部材）４９に常時当接して、ダイヤ
フラム４９の変位を弁作動棒４７に伝達するものであ
る。

【００１２】ダイヤフラム４９の上下には、第１、第２
圧力室５０、５１が形成されており、第１圧力室５０に
はキャピラリチューブ５２を介して、蒸発器５出口の冷
媒温度を感知する感温筒５３が連通しており、この感温
筒５３内のガス圧力（蒸発器５出口の冷媒温度に応じた
ガス飽和圧力）が第１圧力室５０に導入されるようにな
っている。

【００１３】また、第２圧力室５１には、弁ハウジング
４０に開けられた連通穴（内部均圧通路）５４を通し
て、絞り通路４３下流の低圧側冷媒圧力が導入されるよ
うになっている。上記第１、第２圧力室５０、５１は、
ダイヤフラム４９と、受け部材５５および蓋部材５６と
のサンドウイッチ構造により構成されており、このサン
ドウイッチ構造にて、膨張弁４のエレメント部４Ａが構
成される。なお、本実施形態では、ダイヤフラム４９の
外縁部に、図１、４に示すように、波形状の折曲部が形
成されているが、これは、ダイヤフラム４９の機械的強
度を低下させることなく、ダイヤフラム４９を撓み易く
するため（剛性を小さくするため）の形状である。した
がって、後述するように、ダイヤフラム４９に折曲部を
形成せず、単純な円盤形状としてもよい。

【００１４】次に、膨張弁４の作動および特徴について
述べる。図２の複数本の曲線（以下、ダイヤフラム特性
線ＤＬと呼ぶ。）は、加熱度をパラメータとして、ダイ
ヤフラム４９の変位と両圧力室５０、５１の圧力差によ
って弁作動部材４７に及ぼす荷重との関係を示してお
り、直線（ばね特性線ＳＬと呼ぶ。）は、コイルバネ４
６の弾性力（荷重）と変形量との関係を示している。

【００１５】なお、ダイヤフラム特性線ＤＬは、第１圧
力室５０内の冷媒の飽和蒸気密度、冷媒の温度およびダ
イヤフラム４９の剛性によって決定するものである。す
なわち、複数本のダイヤフラム特性線ＤＬのうち、紙面
上方側の曲線ほど過熱度が大きい。また、図２中、ダイ
ヤフラム４９の正（＋）方向の変位とは、第１圧力室５
０の体積が縮小する方向（紙面上方）、つまり、絞り通
路４３の開度を小さくする方向の変位をいい、変位０の
状態を中立状態と呼ぶ（図４の４９’の状態）。

【００１６】ところで、上述の説明からも明らかなよう
に、弁体４４には、両圧力室５０、５１の圧力差による
圧力荷重（圧力差とダイヤフラムの面積との積）Ｆ
₁ と、これと対抗する向きにコイルバネ４６の弾性力Ｆ
₂ が作用しているので、弁体４４は、両者Ｆ₁ 、Ｆ₂ と
が釣り合う位置、すなわちダイヤフラム特性線ＤＬと、
ばね特性線ＳＬとの交点で停止する。

【００１７】つまり、膨張弁４は、両圧力室５０、５１
の圧力差を機械的に検出することにより、蒸発器４の出
口側での過熱度を検出し、後述するように、この圧力差
を弁体４４に直接作用させて絞り通路４３の開度を調節
するものである。そこで、例えばコイルバネ４６のばね
定数ｋを１ｋｇｆ／ｍｍとし、ダイヤフム４９が＋０．
５ｍｍ変位した状態でコイルバネ４６の弾性力Ｆ₂ が１
３ｋｇｆとなるように設定した場合（以下、この状態で
の弾性力Ｆ₂ を初期設定値と呼ぶ。）、蒸発器５の出口
での冷媒の過熱度に対するダイヤフム４９の変位（弁体
４４のリフト量）は、図３に示すように、過熱度が大き
くなるほど、過熱度の変化量に対するダイヤフム４９の
変位の変化量が大きくなように非線形的に変化する。

【００１８】したがって、絞り通路４３が開き始めるた
時に、ダイヤフラム４９の変位が中立状態より正方向に
所定量変位しているするように弁作動棒４７の長さを選
定することにより、絞り通路４３の開き始めでは、過熱
度の変化量に対するダイヤフム４９の変位の変化量は小
さくなる。ところで、膨張弁４は、従来の技術の欄で述
べたように、過熱度に応じて絞り通路４３の開度を調節
するものであるから、冷房負荷の小さい状態は、絞り通
路４３の開き始めに相当する。したがって、冷房負荷の
小さい状態では、過熱度の変化量に対してダイヤフム４
９の変位の変化量が小さくなるので、絞り通路４３が頻
繁に開閉することを防止することができる。延いては、
ハンチング現象を防止することができる。

【００１９】以上に述べたように、本発明は、コイルバ
ネ４６のばね定数ｋおよび初期設定値を適切に選定する
ことにより、過熱度に対する弁体４を非線形的に変位
（リフト）させてハンチング現象を防止するものである
ので、例えば特公昭５２−３２１１７号公報に記載のよ
うに、ハンチング現象を防止するために弁体をテーパー
状に加工したり、補助バネ等を用いる必要がない。した
がって、部品点数が増加しないので、膨張弁４の製造原
価上昇を防止しつつ、ハンチング現象を防止することが
できる。

【００２０】ところで、本発明は、上述のように、コイ
ルバネ４６のばね定数ｋおよび初期設定値を適切に選定
することにより、ハンチング現象を防止するものである
から、ダイヤフラム４９の形状には影響されない。した
がって、図５に示すように、単純な円盤状のダイヤフラ
ムを用いても本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す膨張弁の半断面正面図
と冷凍サイクル図とを組み合わせた図である。

【図２】ダイヤフラム特性線ＤＬおよびばね特性線ＳＬ
を示すグラフである。

【図３】過熱度とダイヤフラムの変位量との関係を示す
グラフである。

【図４】エレメント部（Ａ部）の拡大図である。

【図５】ダイヤフラムの変形例を示すエレメント部（Ａ
部）の拡大図である。

【符号の説明】

４Ａ…エレメント部、４３…絞り通路、４４…弁体、４
６…コイルバネ（弾性部材）、４７…弁作動棒（弁作動
部材）、４９…ダイヤフラム（圧力応動部材）、５０…
第１圧力室、５１…第２圧力室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍サイクルの蒸発器（５）出口におけ
   る冷媒の過熱度に応答して、高圧側冷媒を減圧し、膨張
   させる温度式膨張弁であって、 ハウジング（４０）と、 前記ハウジング（４０）に設けられ、前記高圧側冷媒を
   減圧し膨張させる絞り通路（４３）と、 前記ハウジング（４０）に設けられ、前記絞り通路（４
   ３）の開度を調整する弁体（４４）と、 前記蒸発器（５）出口側の冷媒温度に応じて内圧が変化
   する第１圧力室（５０）、および前記蒸発器（５）内の
   圧力が導入される第２圧力室（５１）が形成されたエレ
   メント部（４Ａ）と、 前記エレメント部（４Ａ）内に設けられ、前記両圧力室
   （５０、５１）の圧力差に応じて変位する圧力応動部材
   （４９）と、 前記圧力応動部材（４９）の変位に連動して前記弁体
   （４４）を作動させる弁作動部材（４７）と、 前記第１圧力室（５０）内の圧力が前記弁作動部材（４
   ７）を介して前記弁体（４４）に及ぼす作動力に対抗す
   る弾性力を発生する弾性部材（４６）とを備え、 前記弾性部材（４６）は、前記弁体（４４）が前記絞り
   通路（４３）を開き始めるた時に、前記圧力応動部材
   （４９）が、第１圧力室（５０）の体積が縮小する向き
   に所定量変位しているように設定されており、 さらに、前記両圧力室（５０、５１）の圧力差、前記圧
   力応動部材（４９）の剛性および前記弾性部材（４６）
   の弾性係数によって決定される前記蒸発器（５）出口側
   の冷媒の過熱度に対する前記圧力応動部材（４９）の変
   位の変化量は、前記過熱度が高くなるほど大きくなるよ
   うに非線形的に変化することを特徴とする温度式膨張
   弁。