JP3224139B2 - 温度膨脹弁の製造方法 - Google Patents
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Description
器および温度膨脹弁を主構成要素とする、空調用冷凍シ
ステムに用いる温度膨脹弁の製造方法に関するものであ
る。
テムにおける蒸発器出口の冷媒温度を検知し、その蒸発
温度との温度差(過熱度と呼ぶ)によって、蒸発器に流
れ込む冷媒流量を制御するように弁開閉を行うことにあ
る。
度を感知するための感熱部(通常は感知温度を圧力に変
換する機能も備えている)と、感知した過熱度に相当す
る弁開力を生じさせるためのパワーエレメント部(この
部分は通常、冷媒通路を有する弁体部とは、変形可能な
ダイヤフラムにより区画されている)と、冷媒通路及び
該冷媒通路内におく弁・弁座部と、パワーエレメントか
ら弁・弁座部に力を伝達する部材より成る。
エレメントと連結するに、長いキャピラリー管を用いて
いる。しかしこの種の温度膨脹弁は、車両用など狭い空
間に設置する際には、取付上不便があり、感温部を膨脹
弁内の冷媒流路内に置くことが提案された。
を出た冷媒通路1内に、温度感知機能を有する熱容量の
大きい感温応動部材2を配置し、これとダイヤフラム3
を接触させて、パワーエレメント4内に充填する作動流
体に温度信号を与える。前記感温応動部材2はダイヤフ
ラム3の上側の圧力と下側の圧力との差を弁部材に伝達
する役目も兼務している。
脹弁は、パワーエレメント部4が環境温度と熱交換しや
すい状況にあり、温度膨脹弁の本来の機能を十分に発揮
させ得ないという欠点があった。また、別途に感温部を
有する型の温度膨脹弁においては、環境温度の変動に左
右されないようにするため、吸着剤を封入し、温度信号
を圧力に変換する際、吸着平衝の原理を利用したり、ま
たは感知温度上昇時の圧力応答速度を遅らせ、感知温度
下降時の圧力応答速度と明確に区別して、過敏な弁開閉
応答を防ぐための手段として、固体の熱バラスト材を封
入することも行なわれるが、図3の形態はそれ等の応用
は不可能であった。
37,645(図3と同一部分に同一符号を付した図4
参照)に、上記感温応動部材2を中空にし、ダイヤフラ
ム3の上部室と連通させる方法が開示されている。この
方法はパワーエレメント部4の凝縮性流体圧力が低温部
の温度に支配されることを利用し、冷媒通路内にある感
温応動部材2内にパワーエレメント部4の内部作動流体
を導こうというものである。
境温度によって影響をうける程度は減少する。ただしこ
の構造をとると、圧力差をうけて変形するダイヤフラム
3と中空の感温応動部材2を気密に接合する際に種々の
問題を生ずる。
フラム3と感温応動部材2を溶接することであった。し
かし、従来開示されている接合部の形状は、図5に示す
ように、ダイヤフラム3の中央部に孔を穿設し、その開
口部に中空状の感温応動部材2の外周部を挿入し、当て
板5と共に溶接するものである。
感温応動部材2とダイヤフラム3を一体化すると、次の
ような不具合を生じる。
量の大きいところであり、しかも感熱部を兼ねる感温応
動部材2との接合部が、その中央部である。このため、
上記のような接合では、力を受けて変形するダイヤフラ
ム3の中央部位は、溶接時の熱影響を受けている。この
熱影響を受けたダイヤフラム3は、金属組織的に応力を
受け、繰り返し変形を受けた時に脆弱なものに変質す
る。実際に、上記のような接合方法をとったこの種の温
度膨脹弁は、繰り返し使用の結果、ダイヤフラム3がし
ばしば疲労破壊を発生し、耐久性能の面で信頼性を欠い
ていた。このため、すぐれた機能性故に数々の応用分野
をもちながら、上記形状の温度膨脹弁が車両空調用冷凍
システムに用いられることは殆んどなかった。そこで本
発明は、簡単ではあるが信頼性のあるダイヤフラムと感
温応動部材の接合方法を提供し、あわせてその接合方法
による応用を開示する。
ため、蒸発器から圧縮機に向う冷媒通路の一部を自らの
内部に共有し、且つその通路内に温度感知機能を有する
感温応動部材を内蔵した温度膨脹弁において、この温度
膨脹弁のパワーエレメント部を構成するダイヤフラム
と、中空状の感温応動部材とを一体化するにあたり、上
記ダイヤフラムの中央部に開口部を設け、且つその開口
部には一定高さの円筒状立上り部を設け、この立上り部
の高さは少くとも立上り部先端を溶接するとき、立上り
部の先端に加わる熱が立上り部基底部の強度を低下せし
めない寸法に選定し、上記ダイヤフラム立上り部の内周
に上記感温応動部材の外周を挿入し、上記立上り部の外
側に補強部材を組合せ、それぞれの上端部を揃えて溶接
する方法をとる。
する際に、上記感温応動部材の中空部にパワーエレメン
ト内の作動流体を吸着する能力を有した固体吸着剤を挿
入する製造方法をとる。
る温度膨脹弁の上記感温応動部材の中空部分に、空調冷
凍システム内において温度膨脹弁がハンチング等の不具
合現象を生じないようにする目的で、熱バラスト材を挿
入する製造方法をとる。
動部材との接合方法をとると、溶接近傍の部材は温度膨
脹弁として組みあげられたとき、その部分が直接力を受
けて局部的に変形を生ずることはない。力を受けて変形
したり、変形の支点部となるダイヤフラムの部位は、実
質的に熱影響を受けていない。
繰り返し変形強度は損なわれることなく保持される。こ
のようにして信頼性の高い接合方法で、ダイヤフラムと
感温応動部材が一体化されると、この中空状の感温応動
部材に活性炭のような流体吸着物質を挿入し、パワーエ
レメント内に封入する作動流体との間の温度・圧力吸着
平衡特性を利用した、温度信号−圧力信号変換型のパワ
ーエレメントを構成させることができる。
スト材を挿入すると、感温応動部材が温度上昇したとき
は、気・液平衡状態にある作動流体の液相から気相への
相変化に時間遅れが生じる一方、前記感温応動部材が温
度低下をしたときは、気・液平衡状態にある作動流体の
気相から液相への相変化は相対的に低い温度である感温
応動部材の内壁部で生じ、一般的に時間遅れがない。
号応答速度に差をつけておくと、温度膨脹弁が開弁方向
に動くときは相対的に時間がかかり、逆に閉弁方向に動
くときは、相対的に急速であるような開閉弁特性を付与
できる。これは、温度膨脹弁のハンチング防止に有効な
手段の一つである。この手段を実現した温度膨脹弁の作
成は、本発明によって可能となる。
膨脹弁本体Aは、通路13で図示しない圧縮機側配管に
接続し、通路12で図示しない凝縮器側配管に接続して
いる。通路11を蒸発器の入口に、通路10を蒸発器の
出口に連結する。
弁本体Aに入り、弁体14と弁座15で構成するオリフ
ィス部を通過して減圧され弁室16に入る。このとき、
弁体14の位置は次のように規制され、それ故この部分
を通過する液冷媒の量が制御される。
部材17とパワーエレメント18の一体空間19の内部
に封入された作動流体の圧力と、ダイヤフラム20の上
記空間19とは反対側の圧力との圧力差(この圧力差は
一般的には、冷媒の蒸発器出口の過熱度に比例する数値
と考えられる)により、ダイヤフラム20が過熱度大の
ときは下側に変位し、それにともない感温筒も兼ねる感
温応動部材17も下側に変位し、弁作動棒21を介して
前記弁体14を下側に変位させ、開弁方向に押しやる。
一方、過熱度が小さいときは、開弁力はバイアスばね2
2の上側への付勢力に打勝つことができず、弁体14は
閉弁の位置をとる。
温応動部材17とパワーエレメント18の一体空間19
を他から隔離するように構成し、蓋23と蓋受け体24
に、これから述べるダイヤフラム20・感温応動部材1
7の一体化部材によるダイヤフラム周辺部をはさみ込
み、それぞれの端部を溶接する。前記蓋23と蓋受け体
24およびダイヤフラム20の材質はSUS304を用
いた。前記ダイヤフラム20は、変形しやすいように同
心円波形に成形し、且つその中央部を開口させ、図の上
の方向に高さ1.5mmの立上がり部25を設けた。
状の感温応動部材17をさし込み、前記立上り部25の
外側に断面L字状の補強部材26を組み合わせ、それぞ
れの先端部を揃えて先端Bを図2の如く溶接する。前記
立上り部25は、その先端部に溶接熱が加わっている
が、立上り基底部への熱影響はないように立上り高さを
選定したので、立上り基底部に繰返し応力が加わったと
してもダイヤフラム20には十分耐えられる強度があ
る。
ムの開口部をできるだけ小さくし、かつ溶接周辺部を広
範囲によってダイヤフラムの上下から補強部材で固定す
る方法も可能である。しかしこの方法には重要な欠点が
ある。
フラムの変形可能な部分が減少し、有効面積がとれなく
なる。また、ダイヤフラムの開口径が小さいときは、た
しかに気・液平衡方式の作動流体封入用にはよいが、本
実施例のように感温応動部材17の中空部を固体で充填
しようとするときは、いったん固体を充填してから、溶
接という手順をふまなければならず、取扱い上きわめて
不利となる。本発明の方法によれば、ダイヤフラム20
と感温応動部材17の一体化を、まず最初の工程で溶接
する故、信頼性も高く且つ取扱いも容易である。
空部分に粒状活性炭17aを充填した。そして、この粒
状活性炭充填の感温応動部材17と前記ダイヤフラム2
0を上述したように溶接して、パワーエレメントと感温
応動部材の一体空間19を作る。この空間を形成する蓋
23には、作動流体封入のための封入キャピラリー27
を取付けておく。このキャピラリー27の一端(図では
封止になっている)から脱気し、この脱気後に作動流体
としてCF4 (R14)を封入し、前記キャピラリー2
7の一端を封止する。
の圧力は、ほぼ感温応動部材17がさらされる蒸発器出
口より圧縮機に向う加熱冷媒ガスの関数である。この吸
着平衡型の特性は、かなりの温度範囲で、圧力が温度の
一次式で近似できるという特徴があり、その一次式の係
数は封入する固体吸着量によって変更可能のため、この
型の温度膨脹弁の使用者にとって、特性がつかみやすい
という長所がある。更に、吸着材と流体との温度・圧力
平衡が達成される迄に時間がかかり、このことは冷凍サ
イクルの動的制御特性を安定させるという特徴がある。
特徴をもった温度膨脹弁の製造例である。また本実施例
の活性炭17aの代りに、固形中空のアルミナ・シリカ
焼結体のような熱バラストを感温応動部材17の中空部
に装着し、作動流体はシステム冷媒と同様のR134a
を封入したパワーエレメントを用いた実施例(他は上述
の実施例と実質的に同様)では、温度−圧力変換は気液
平衡型(飽和温度・蒸気圧特性の利用)であるが、冷凍
システム運転直後は上記吸着特性型よりも急速に冷却能
力があり、かつ安定運転時、外乱因子によってハンチン
グを起こしにくい温度膨脹弁とすることができる。
開口し、その開口部にその高さを十分に選定した円筒状
の立上り部を設け、この立上り部の内周に中空状の感温
応動部材を密着させて挿入し、前記立上り部の外側に補
強部材を沿わせ、それぞれの先端部を揃えて溶接したか
ら、膨脹弁の作動によりダイヤフラムの円筒状立上り部
及びその基底部に繰り返し応力が加わったとしてもダイ
ヤフラムには十分その応力に耐えられる強度がある。
の縦断面図。
動部材一体化の状況を説明するための図1の要部拡大
図。
断面図。
の温度膨脹弁の縦断面図。
0…ダイヤフラム、25…立上り部、26…補強部材。
Claims (3)
- 【請求項1】 蒸発器から圧縮機に向う冷媒通路の一部
を自らの内部に共有し、且つその通路内に温度感知機能
を有する感温応動部材を内蔵した温度膨脹弁において、
この温度膨脹弁のパワーエレメント部を構成するダイヤ
フラムと、中空部を有する感温応動部材とを一体化する
にあたり、上記ダイヤフラムの中央部に開口部を設け、
且つその開口部には一定高さの円筒状立上り部を設け、
該立上り部の高さは少くとも立上り部先端を溶接すると
き、立上り部の先端に加わる熱が立上り部基底部の強度
を低下せしめない寸法に選定し、上記ダイヤフラムの立
上り部の内周に上記感温応動部材の外周を挿入し、上記
立上り部の外側に補強部材を組合せ、それぞれの上端部
を揃えて溶接することを特徴とする温度膨脹弁の製造方
法。 - 【請求項2】 上記感温応動部材の中空部に、パワーエ
レメント内の作動流体を吸着する能力を有した固体吸着
剤を充填することを特徴とする請求項1記載の温度膨脹
弁の製造方法。 - 【請求項3】 上記感温応動部材の中空部に、固体の熱
バラスト材を充填することを特徴とする請求項1記載の
温度膨脹弁の製造方法。
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