JP4415096B2 - 膨張弁取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルを構成するエバポレータの出口側の冷媒温度を感じて内部の弁体を動作制御し、上流側から流入した冷媒を絞り膨張させてエバポレータ側に導出する温度式膨張弁を、エバポレータに取り付ける膨張弁取付構造に関する。

従来より、自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルとして、循環する冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサと、凝縮された冷媒を気液に分離するレシーバと、分離された液冷媒を絞り膨張させる膨張弁と、膨張弁で膨張された冷媒を蒸発させるエバポレータとを備えたものが知られている。

膨張弁としては、例えば、内部に冷媒通路が形成されたブロック状のボディと、そのボディ内に設けられた弁座に着脱自在に配置されて、冷媒通路を通って下流側に送出する冷媒の流量を調整する弁体と、エバポレータの出口側の冷媒温度を感じて内部の弁体を動作制御するパワーエレメントとを備えた温度式膨張弁が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。

この膨張弁の側部には、エバポレータの出入口にそれぞれ接続するための配管と、コンプレッサ及びレシーバ側に接続するための配管が、それぞれ固定プレートを介してねじ接合されて取り付けられる。そして、エバポレータの出口側の圧力と温度をパワーエレメントに導入して、弁体の動作制御を行っている。
特開２０００−２８９４４８号公報（図１、図４等）

しかし、このような膨張弁の取付構造は、２つの固定プレートを介して４つの配管を接続することになるため、部品点数も多く、配管の取付構造全体としても製造コストが嵩むといった問題があった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、温度式膨張弁をエバポレータに取り付ける膨張弁取付構造を、簡易かつ低コストに実現することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、冷凍サイクルを構成するエバポレータに対し、上流側から流入した高圧冷媒を絞り膨張させて前記エバポレータ側に導出する温度式膨張弁を取り付ける膨張弁取付構造において、前記エバポレータの出口側につながる冷媒配管の一端部を係止する一方で、前記エバポレータに接合されることにより、前記冷媒配管を前記エバポレータに押し当てつつ接続する配管接続プレートを備え、前記配管接続プレートは、前記温度式膨張弁を収容するために前記冷媒配管側に開口した収容部と、前記温度式膨張弁につながる上流側配管を接続して、上流側から前記高圧冷媒を導入する冷媒導入ポートと、前記収容部の下流側に連通して前記エバポレータの入口側につながって減圧された冷媒を送出する冷媒送出ポートと、を備え、前記冷媒配管が、前記配管接続プレートの前記収容部から露出した前記温度式膨張弁に前記エバポレータとは反対側で当接するように配置され、前記配管接続プレートを前記エバポレータに対して接合することにより、前記配管接続プレートと前記冷媒配管との間に前記温度式膨張弁を挟むように固定したこと、を特徴とする膨張弁取付構造が提供される。

このような膨張弁取付構造によれば、冷媒配管をエバポレータに接続する用途に用いられる配管接続プレートに、温度式膨張弁の収容部と、温度式膨張弁に高圧冷媒を導入する冷媒導入ポートと、温度式膨張弁で減圧された冷媒を送出する冷媒送出ポートが形成され、この配管接続プレートにより温度式膨張弁のボディが構成されることになる。

さらに、配管接続プレートをエバポレータに対して接合すると同時に、配管接続プレートと冷媒配管との間に温度式膨張弁が挟まれるように固定され、配管接続プレートの収容部からの脱落が防止される。このとき、冷媒配管が温度式膨張弁に当接しているため、冷媒配管の内部を流れるエバポレータの出口側の冷媒温度を効率よく感知することができる。

本発明の膨張弁取付構造によれば、配管接続プレートにより温度式膨張弁のボディが構成され、冷媒配管がこの温度式膨張弁の脱落を防止するストッパを兼ねている。その結果、部品点数が削減され、当該膨張弁取付構造を簡易かつ低コストに実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態は、本発明の膨張弁取付構造を自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルに適用させたものであり、図１は、本実施の形態に係る温度式膨張弁の構造を表す断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

図１に示すように、温度式膨張弁１は、冷凍サイクルを構成するエバポレータの出口側の冷媒温度を感じる感温部を構成するパワーエレメント１０と、パワーエレメント１０により作動されて冷媒流路の開度を調整する弁体２０と、弁体２０を感温部側に付勢する圧縮コイルばね４１（付勢手段に該当する）を支持するばね受け３０（支持部材に該当する）とを備えている。

パワーエレメント１０は、第１ハウジング１１と、第２ハウジング１２と、これらによって囲まれた内部空間を仕切るよう配置された可撓性のある金属薄板からなるダイヤフラム１３と、このダイヤフラム１３の第１ハウジング１１側の面に配置されたディスク１４とを備えている。第１ハウジング１１とダイヤフラム１３とによって囲まれた密閉空間は感温部を構成し、冷凍サイクルに使用される冷媒と同じ冷媒が封入されている。

第１ハウジング１１は、金属板を成形して構成された有底円筒形状の本体を有し、その底部が加締められ、エバポレータの出口につながる冷媒配管の外周面の形状に沿った形状に形成されている。また、底部中央が密閉空間の内方に突出しており、その中央に上記冷媒を封入するために設けられた封入孔１１ａが金属ボール１５を抵抗溶接することによって封止されている。この金属ボール１５は、本体の底部中央の突出部により形成される凹部に収容され、本体の底面から外方に飛び出さないようになっている。また、この第１ハウジング１１の底部とは反対側の開口部には、半径方向外向きに延出するフランジ部１６が形成されている。このフランジ部１６と底部の加締め部との間には、後述するＯリング５２が取り付けられる。

第２ハウジング１２は、金属板を成形して構成された円筒状の本体を有し、その一端側開口部に、半径方向外向きに延出するフランジ部１７が形成され、ダイヤフラム１３の外周部を挟んだ状態で第１ハウジング１１のフランジ部１６に突き当てられている。これら両フランジ部１６，１７が接合する外周部に沿ってレーザ溶接が施されており、密閉空間から外部に冷媒が漏洩することを防止している。また、本体の他端側開口部の内周端縁によって弁座１８が一体に形成され、この弁座１８とフランジ部１７との間に、内部空間と上流側の冷媒流路とを連通させる連通孔１９が形成されている。

ダイヤフラム１３は、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２との接合部により挟持されるように固定され、その基端部を支持点ａとし、両側面に付与される圧力差に応じて第１ハウジング１１側又は第２ハウジング１２側に変位する。

ディスク１４は、円板状の本体を有し、その外周端の近傍点ｂにおいてダイヤフラム１３に周状にレーザ溶接されている。このため、上記支持点ａと近傍点ｂのほぼ中間点を結ぶ円周部分が、ダイヤフラム１３の有効受圧面積を規定することになる。

弁体２０は、第２ハウジング１２の内径よりも小さな外径を有する有底円筒状の本体２１を有し、そのダイヤフラム１３とは反対側の端部が開口している。本体２１の底面には、ダイヤフラム１３側に突出する円柱状の突出部２２が設けられ、この突出部２２の先端外周縁がさらにダイヤフラム１３側にやや突出して接合部２３を構成している。弁体２０は、この接合部２３に沿って所定間隔でスポット溶接が施されることにより、ダイヤフラム１３及びディスク１４に接合されている。また、本体２１の開口端部には、その半径方向外向きに延出するとともに開口端側に向かって傾斜するテーパ状の弁部２４が形成され、弁座１８に着脱自在に構成されている。さらに、図２にも示すように、本体２１の外周部には、第２ハウジング１２の内周面に向かって突出する複数のガイド部２５が所定間隔で周設され、弁体２０は、これらのガイド部２５が第２ハウジング１２の内周面に沿って摺動することにより、その開弁又閉弁方向の動作がガイドされるようになっている。

なお、上述したダイヤフラム１３の有効受圧面積を規定する中間点の半径方向の位置と、弁部２４が弁座１８に着座した際の着座点の半径方向の位置はほぼ等しくなるように構成されており、この弁部２４が弁座１８に着座した際には、高圧冷媒を受圧する弁体２０の有効受圧面積と、ダイヤフラム１３の有効受圧面積とがほぼ等しくなるように構成されている。

ばね受け３０は、金属板を成形して構成され、第２ハウジング１２の外径とほぼ等しい内径を有する有底円筒状の本体３１を備え、その開口端部が第２ハウジング１２に圧入により外嵌されている。また、その開口端は、半径方向外向きに延出するフランジ部３２が設けられ、このフランジ部３２と第２ハウジング１２のフランジ部１７とによって連通孔１９を上流側冷媒流路に連通させるポート３３が構成される。また、このフランジ部３２は、温度式膨張弁１に後述するＯリング５１を取り付けた際のストッパの機能も有する。

また、本体３１の底部中央には、弁体２０とは反対側に突出する円形の凹部３４が設けられ、弁体２０の本体２１の内部を構成する凹部との間に、弁体２０をダイヤフラム１３側に付勢する圧縮コイルばね４１が介装されている。この圧縮コイルばね４１の弾性力（セット値）は、ばね受け３０の第２ハウジング１２への圧入量によって設定される。さらに、本体３１のこの凹部３４の外周部には、内外を連通させる複数の連通孔３５が所定の間隔で形成されている。従って、弁部２４と弁座１８との間に形成された絞り流路を通過して減圧された冷媒は、この連通孔３５を通って下流側の冷媒流路に送出される。

次に、本実施の形態の膨張弁取付構造について説明する。図３は、当該膨張弁取付構造の構成を表す断面図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
図３に示すように、この膨張弁取付構造は、上述した温度式膨張弁１のエバポレータ（図中二点鎖線）に対する取付構造であり、エバポレータの出口側につながる冷媒配管６０と、この冷媒配管６０をエバポレータに押し当てつつ接続する配管接続プレート７０が介在している。

冷媒配管６０は、その先端部がエバポレータの出口ポートに接続され、この冷媒配管６０の先端部の外周面と出口ポートの内周面との間にはＯリング８１が配置され、冷媒の外部への漏洩を防止している。また、冷媒配管６０には、先端近傍にその延出方向に加締られて半径方向外向きに突出したフランジ部６１が形成されている。この冷媒配管６０は、エバポレータとの接続部の近傍でほぼ直角に曲げられ、配管接続プレート７０に平行に延びるように配置されている。

配管接続プレート７０は、図４にも示されるように、所定の厚みを有する略直方体形状の本体７１を有し、その長手方向の片側端面のエバポレータ寄りの位置には、冷媒配管６０の管径よりやや大きな幅で延出し、冷媒配管６０をエバポレータに対して係止する係止部７２が設けられている。また、本体７１の長手方向中央よりもやや係止部７２寄りの冷媒配管６０と干渉しない位置には、エバポレータとの接合部７７が側方に突出して設けられている。この接合部７７は、その冷媒配管６０に対向する側の面に円形の座グリが設けられており、その中央を貫通してボルトを挿通する挿通孔７８が形成されている。

図３に戻り、本体７１には、その中央部を厚み方向に貫通するように、温度式膨張弁１を収容可能な収容部７３が形成されている。この収容部７３は、エバポレータとは反対側に複数段にわたって大きくなる段付円孔形状をなし、そのエバポレータ側の端部からは、エバポレータの入口ポートに接続される円ボス状の冷媒送出ポート７４が延出して設けられている。この冷媒送出ポート７４の外周面と入口ポートの内周面との間にはＯリング８２が配置され、冷媒の外部への漏洩を防止している。

さらに、本体７１には、収容部７３の側部から係止部７２とは反対側の端面に向けて貫通する冷媒導入ポート７５が設けられており、温度式膨張弁１とその上流側の図示しないレシーバとを接続する上流側配管７６の端部を圧入により接続している。この冷媒導入ポート７５は、その一端側が温度式膨張弁１のポート３３の幅とほぼ同じ内径を有し、他端側が上流側配管７６の外径とほぼ同じ内径を有する。そして、その中間部がテーパ状に滑らかに接続されている。

この収容部７３には、温度式膨張弁１が、その外周面にシール用のＯリング５１，５２を装着した状態で収容される。このため、冷媒の外部への漏洩が防止される。温度式膨張弁１の収容部７３から僅かに露出した部分には冷媒配管６０の一部が当接しているため、この温度式膨張弁１の収容部７３からの脱落は防止されている。

次に、本実施の形態の膨張弁取付構造の組付方法の例について説明する。
まず、配管接続プレート７０の冷媒導入ポート７５に上流側配管７６を接続し、続いて、Ｏリング５１，５２を周設した温度式膨張弁１を、ばね受け３０側から収容部７３に挿入して収容する。

続いて、配管接続プレート７０の冷媒送出ポート７４にＯリング８２を装着する一方、冷媒配管６０の先端部にＯリング８１を装着する。この状態で、配管接続プレート７０の係止部７２を冷媒配管６０の先端部に嵌めこむようにして、配管接続プレート７０と冷媒配管６０とを仮止めする。このとき、冷媒配管６０の外周部が温度式膨張弁１の第１ハウジング１１を覆うように当接する。

そして、この状態から、冷媒送出ポート７４及び冷媒配管６０の先端部をそれぞれエバポレータの入口ポート、出口ポートに接続するようにして、配管接続プレート７０及び冷媒配管６０をエバポレータのボディに取り付ける。そして、配管接続プレート７０の挿通孔７８に図示しないボルトを挿入し、これを図示しないエバポレータのボディに形成されたねじ孔に螺合させて締結する。これにより、配管接続プレート７０がエバポレータに対して固定される。このとき、冷媒配管６０のフランジ部６１が配管接続プレート７０の係止部７２に外側から係止されるため、冷媒配管６０もエバポレータに固定される。さらにこのとき、冷媒配管６０が温度式膨張弁１に外側から当接してこれを係止するため、温度式膨張弁１が配管接続プレート７０に対して安定に固定される。

次に、温度式膨張弁１の動作について説明する。図５は図３の部分拡大図である。図６は、冷媒温度と冷媒圧力との関係を示すグラフであり、図示の曲線は、感温部（密閉空間）に充填された冷媒の温度・圧力特性を示している。

冷凍サイクルにおいて、コンプレッサで圧縮された後、コンデンサで凝縮され、さらにレシーバにて気液に分離されて送出された高温・高圧の液冷媒は、上流側配管７６を通って冷媒導入ポート７５に導入され、連通孔１９を介して温度式膨張弁１の内部空間に流入する。

この高圧冷媒は、弁体２０と第２ハウジング１２との間の冷媒通路を通り、一方でその冷媒圧力をダイヤフラム１３に付与し、他方でその冷媒圧力を弁体２０に付与する。このとき、ダイヤフラム１３に付与された冷媒圧力は、これに接合した弁体２０に付与されることになるが、上述のようにダイヤフラム１３の有効受圧面積と弁体２０の有効受圧面積とがほぼ等しくなるように構成されているため、弁体２０に直接付与された冷媒圧力がこれとバランスする。このため、弁体２０に付与される高圧冷媒の圧力は、実質的にキャンセルされ、弁体２０の動作には影響しないことになる。

このため、弁体２０には、弁部２４を通過して絞り膨張された後の減圧された冷媒圧力Ｐｘのみが、その下流側に付与されることになり、この冷媒圧力Ｐｘがダイヤフラム１３に加わることになる。

すなわち、図６に示したように、弁体２０は、冷媒配管６０から第１ハウジング１１に伝達されたエバポレータの出口側の冷媒温度Ｔｅに応じて感温部で発生した圧力Ｐ（Ｔｅ）と、これに対抗する温度式膨張弁１の出口側の冷媒圧力Ｐｘとの差圧（Ｐ（Ｔｅ）−Ｐｘ）による力と、圧縮コイルばね４１による力とがバランスするように開弁方向又は閉弁方向に動作する。具体的な式で表すと、下記式（１）のようになる。

Ａ（Ｐ（Ｔｅ）−Ｐｘ）＝ｆ０＋Ｋｘ ・・・（１）
ここで、Ａは弁体２０及びダイヤフラム１３の有効受圧面積であり、ｆ０は圧縮コイルばね４１の初期荷重（セット値）であり、Ｋは圧縮コイルばね４１のばね定数であり、ｘは弁部２４の弁座１８からのリフト量である。

すなわち、温度式膨張弁１の出口側の冷媒圧力をエバポレータの出口側の冷媒圧力と実質的に等価とみなして弁体２０を動作制御することができ、温度式膨張弁本来の機能を実現することができる。

絞り膨張された後の低温・低圧の冷媒は、連通孔３５、冷媒送出ポート７４を通って、エバポレータ側に送出される。
以上に説明したように、本実施の形態の膨張弁取付構造によれば、配管接続プレート７０により温度式膨張弁１のボディが構成され、冷媒配管６０がこの温度式膨張弁１の脱落を防止するストッパを兼ねている。その結果、部品点数が削減され、当該膨張弁取付構造を簡易かつ低コストに実現することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神の範囲内での変化変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記実施の形態においては、配管接続プレートの構成例として、図３及び図４に示した配管接続プレート７０の構造のものを示したが、その構造については、エバポレータの出口側につながる冷媒配管の一端部を係止する係止部、温度式膨張弁を収容する収容部、高圧冷媒を導入する冷媒導入ポート、及び減圧された冷媒を送出する冷媒送出ポートを備えるものであればよく、種々の変形が可能である。

また、配管接続プレートに収容される温度式膨張弁の構成例として、図１に示したように、弁体２０がダイヤフラム１３に直接接合された構造を示したが、配管接続プレートに収容されて、その感温部となるパワーエレメントが冷媒配管に接触して係止されるものであればよく、種々の変形が可能である。例えば、実公平４−２２２２８号公報に記載の構造を利用し、ダイヤフラムに連結された作動棒と一体化された弁体にその軸方向に貫通する均圧孔を形成し、その均圧孔の一端側が弁室に開口し、他端側がパワーエレメント側（感温部）に開口する温度式膨張弁としてもよい。この場合、パワーエレメントは、接触した冷媒配管からエバポレータ出口の温度を感知できるようになっており、また、均圧孔を介して膨張弁の出口の圧力を感知できるようになっている。作動棒とボディとの間には、シール部材を介装するなどして、高圧冷媒がパワーエレメント側に直接導入されることがないように構成することができる。

また、上記実施の形態においては、弁体２０の弁部２４が弁座１８に着脱する構成を示したが、弁部２４が弁座１８に挿脱するスプール弁のようなものでもよい。
さらに、上記実施の形態においては、弁体２０に対し、これをダイヤフラム１３側に付勢する圧縮コイルばね４１と、これを受けるばね受け３０とを設けた例を示したが、例えばダイヤフラム１３の剛性を調整するなどして弁体２０に付与される差圧を適正に制御でるようであれば、これら圧縮コイルばね４１及びばね受け３０を省略することもできる。

実施の形態に係る温度式膨張弁の構造を表す断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 膨張弁取付構造の構成を表す断面図である。 図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図３の部分拡大図である。 冷媒温度と冷媒圧力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 温度式膨張弁
１０ パワーエレメント
１１ 第１ハウジング
１２ 第２ハウジング
１３ ダイヤフラム
１４ ディスク
１８ 弁座
１９ 連通孔
２０ 弁体
２２ 突出部
２３ 接合部
２４ 弁部
２５ ガイド部
３０ ばね受け
３３ ポート
３４ 凹部
３５ 連通孔
６０ 冷媒配管
６１ フランジ部
７０ 配管接続プレート
７２ 係止部
７３ 収容部
７４ 冷媒送出ポート
７５ 冷媒導入ポート
７６ 上流側配管
７７ 接合部
７８ 挿通孔
ａ 支持点
ｂ 近傍点

Claims (4)

1. 冷凍サイクルを構成するエバポレータに対し、上流側から流入した高圧冷媒を絞り膨張させて前記エバポレータ側に導出する温度式膨張弁を取り付ける膨張弁取付構造において、
   前記エバポレータの出口側につながる冷媒配管の一端部を係止する一方で、前記エバポレータに接合されることにより、前記冷媒配管を前記エバポレータに押し当てつつ接続する配管接続プレートを備え、
   前記配管接続プレートは、
   前記温度式膨張弁を収容するために前記冷媒配管側に開口した収容部と、
   前記温度式膨張弁につながる上流側配管を接続して、上流側から前記高圧冷媒を導入する冷媒導入ポートと、
   前記収容部の下流側に連通して前記エバポレータの入口側につながって減圧された冷媒を送出する冷媒送出ポートと、
   を備え、
   前記冷媒配管が、前記配管接続プレートの前記収容部から露出した前記温度式膨張弁に前記エバポレータとは反対側で当接するように配置され、前記配管接続プレートを前記エバポレータに対して接合することにより、前記配管接続プレートと前記冷媒配管との間に前記温度式膨張弁を挟むように固定したこと、
   を特徴とする膨張弁取付構造。
2. 前記温度式膨張弁は、
   第１ハウジングと、前記第１ハウジングに接合されて内部空間を形成し、前記第１ハウジングとの接合部とは反対側の開口端部に弁座が形成されるとともに、前記弁座と前記接合部との間に、前記内部空間と上流側の冷媒流路とを連通させる連通孔が形成された第２ハウジングと、前記接合部に介装されて前記内部空間を仕切るよう配置され、前記第１ハウジングとの間に感温部となる密閉空間を形成するダイヤフラムとを備えたパワーエレメントと、
   前記第２ハウジングに所定の冷媒通路を空けて内挿される本体を有し、前記本体の一端が前記ダイヤフラムの前記第１ハウジングとは反対側の面に直接接合され、前記本体の他端部には前記弁座に対して接離可能な弁部が設けられた弁体と、
   を備え、
   前記内部空間において前記高圧冷媒を受圧する前記弁体の有効受圧面積と、前記高圧冷媒を受圧する前記ダイヤフラムの有効受圧面積とがほぼ等しくなるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の膨張弁取付構造。
3. 前記温度式膨張弁は、
   前記弁体を前記ダイヤフラム側に付勢する付勢手段と、
   前記第２ハウジングの前記ダイヤフラムとは反対側に接合されて、前記付勢手段を前記弁体とは反対側で支持するとともに、前記内部空間を下流側の冷媒流路と連通させる第２の連通孔が形成された支持部材と、
   を備え、前記第１ハウジング、前記第２ハウジング及び前記支持部材が、いずれも金属板を成形して構成されたことを特徴とする請求項２記載の膨張弁取付構造。
4. 前記第１ハウジングが、前記エバポレータの出口側につながる冷媒配管の外周面の形状に沿った形状部分を有することを特徴とする請求項２記載の膨張弁取付構造。
   

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