JP6253345B2 - 可変オリフィス装置 - Google Patents

Description

本発明は、流路を流れる流体の温度に応じて流量（弁開度）を自動的に調節できるようされた可変オリフィス装置に関する。

例えば、ルームエアコンやカーエアコン等の冷媒回路においては、その流路を流れる冷媒の流量を、その流体の温度に応じて変化させること、例えば、冷媒温度が高い場合にはその流量を増加させ、冷媒温度が下がるに従いその流量を減少させること、が望まれる場合がある。

前記のように、流路を流れる流体の流量を、その流体の温度に応じて変化させるべく、流路に可変オリフィス装置を設けることは、従来より考えられているが、従来の可変オリフィス装置は、組み立て性、流路（導管）への組み込み性等がさほど考慮されておらず、構造が複雑で部品点数が多く、製造コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明の発明者等は、上記問題を解消すべく、可変オリフィス装置として、先に、図７に示される如くのものを提案している（特許文献１も参照）。この可変オリフィス装置９は、線膨張係数の異なる異種材料からなるオリフィスケース１０と弁体２０とを備え、オリフィスケース１０の一端側（大径部１２）に絞り通路１４が形成され、オリフィスケース１０内に弁体２０が伸縮自在に挿入されるとともに、該弁体２０の基端部（雄ねじ部）がオリフィスケース１０の他端側（の雌ねじ部）に螺合固定され、流体の温度変化に応じて生じるオリフィスケース１０と弁体２０との伸縮量の差により、絞り通路１４を流れる流体の流量を調整するようにされている。

かかる可変オリフィス装置９においては、絞り通路１４の右側の開口端（弁座１５）と弁体２０の先端に設けられた円錐状弁体部２５における弁座１５への着座部分との離隔距離ΔＬが弁開度を表わす指標とされ、この離隔距離ΔＬが大きいほど、絞り通路１４を流れる流体の流量が増加する。そして、離隔距離ΔＬは、線膨張係数の異なる異種材料からなるオリフィスケース１０と弁体２０との、流体の温度変化に応じて生じる伸縮量の差により変化する。

ここで、例えば、弁体２０が金属製で、オリフィスケース１０が樹脂製とされ、冷媒回路を構成する導管８内を流体（高圧の冷媒）が可変オリフィス装置９の一端側（大径部１２側）から他端側に向けて流されると仮定すると、冷媒は、絞り通路１４から該絞り通路１４と弁体２０の先端との間に形成される隙間を通り、さらに、導管８に内接する矩形断面外形の筒状ケース部１１に形成された通し穴１６からその外周四面と導管８の内周面との間に形成された流路に流出して導管８の下流側へと流れる。

絞り通路１４を出た冷媒は膨張して降温されるため、可変オリフィス装置９を流れる冷媒の温度は次第に下がり、この冷媒温度の低下により、弁体２０及びオリフィスケース１０（の筒状ケース部１１）は縮むが、その縮み量は、金属製の弁体２０に比して樹脂製のオリフィスケース１０の方がかなり大きく（線膨張係数は５〜１０倍）、その縮み量の差だけ、前記離隔距離ΔＬで表わされる弁開度が小さくなり、これによって、絞り通路１４を流れる冷媒流量が減少される。このように、先に提案された可変オリフィス装置９においては、弁体２０及びオリフィスケース１０が感温部として働き、流路を流れる流体の流量を、その流体の温度に応じて可変とすることができる。

また、この可変オリフィス装置９は、基本的には、オリフィスケース１０と弁体２０の２部品で構成されるので、構造の簡素化、部品点数の削減が図られ、さらに、オリフィスケースに弁体を螺合させること等により簡単に組み立てることができる上、Ｏリングを装着する等して流路（導管）に押し込むだけで組み付けることができるので、組み立て性、流路（導管）への組み込み性等に優れたものとなり、製造コスト、組立及び組込コストの低減を図ることができる。

特開２００２−１８１２２７号公報

しかしながら、上記従来の可変オリフィス装置９は、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、例えば、弁体２０を金属で、オリフィスケース１０を樹脂で構成したとすると、冷媒温度の低下により、弁体２０及びオリフィスケース１０は縮むが、金属製の弁体２０の縮み量より樹脂製のオリフィスケース１０の縮み量の方がかなり大きいので、冷媒温度が大きく低下すると、オリフィスケース１０の絞り通路１４の開口端縁部（弁座）１５が弁体２０の円錐状弁体部２５に押し付けられ、図７（Ｃ）に示される如くに、絞り通路１４が弁体２０により閉塞された閉弁状態となることがある。この閉弁状態からさらに気温が低下する等して、オリフィスケース１０と弁体２０からなる感温部の温度が一層下がると、弁座１５部分が弁体２０の円錐状弁体部２５にさらに強く押し付けられ、弁座１５部分等が変形してしまう。そのため、従前の可変オリフィス装置では、使用可能な温度範囲が狭く、温度降下が激しい環境では、所望の性能が得られなくなるおそれがあった。

また、閉弁してしまうと、冷媒が全く流れなくなってしまうので、冷媒中に混入されているオイルが圧縮機の摺動部分等に回らなくなる等の問題もあった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、流路を流れる流体の流量を、その流体の温度に応じて可変調整とすることができ、かつ、組み立て性、流路（導管）への組み込み性等に優れ、構造の簡素化、部品点数の削減、製造コストの低減を図ることができることに加えて、使用可能な温度範囲を拡大でき、温度降下が激しい環境下でも変形等の不具合を招くことなく所望の性能が得られるようにされた可変オリフィス装置を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る可変オリフィス装置は、一端側に絞り通路、及びその側面に通し穴が形成された筒状のオリフィスケースと、前記絞り通路に対向配置される円錐状弁体部を有する弁体とを備え、前記オリフィスケース内に前記弁体が伸縮自在に挿入されるとともに、該弁体の基端部が前記オリフィスケースの他端側に固定され、流体の温度変化に伴う前記オリフィスケースと前記弁体との伸縮量の差に応じて、前記絞り通路の開口端と前記円錐状弁体部との離隔距離が変化せしめられ、これによって前記通し穴を通って前記絞り通路に流れる流体の流量が自動調整されるようなっているもとで、前記絞り通路と前記円錐状弁体部とは共通の中心線上に配置され、前記絞り通路の通路径が前記円錐状弁体部の最大外径より僅かに大きくされ、前記伸縮量の差に応じて、前記円錐状弁体部が前記絞り通路に挿入可能とされていることを特徴としている。

他の好ましい態様では、前記円錐状弁体部は、相互に背中合わせの第１円錐状部と第２円錐状部とを有するものとされる。

別の好ましい態様では、前記絞り通路は、前記オリフィスケースの一端側に形成された大径通路部において半径方向内方に突出する環状突部で形成された円環状開口部で構成される。

本発明に係る可変オリフィス装置は、絞り通路と円錐状弁体部が共通の中心線上に配置され、絞り通路の通路径が円錐状弁体部の最大外径より大きくされているので、流体の温度変化に伴うオリフィスケースと弁体との伸縮量の差により、絞り通路の弁座相当部分が円錐状弁体部側へ大きく変位したとしても、絞り通路に円錐状弁体部が挿入されるため、絞り通路の弁座相当部分が弁体部に押し付けられることはない。

したがって、本発明によれば、絞り通路の弁座相当部分等が変形してしまう事態を確実に回避できるとともに、使用可能な温度範囲を拡大でき、温度降下が激しい環境下でも所望の性能を得ることができる。

また、絞り通路に円錐状弁体部が挿入されても、完全な閉弁状態とはならず、それらの間に形成される隙間を通じて冷媒が流されるので、冷媒中に混入されているオイルが圧縮機の摺動部分等に供給されるため、圧縮機の焼き付き等を防止することができる。

本発明に係る可変オリフィス装置の実施例１を導管に組み込んだ状態を示し、（Ａ）は、絞り通路と弁体が離隔している状態を、（Ｂ）は、絞り通路に弁体先端部が入り込んだ状態を示す部分切欠断面図。 （Ａ）は図１のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図１のＢ部の拡大図。 本発明に係る可変オリフィス装置の実施例２の構成及び動作説明に供される主要部拡大切欠断面図。 実施例２の説明に供される温度−流量特性を表すグラフ。 実施例１の一変形例を示す主要部拡大切欠断面図。 実施例１の他の変形例を示す主要部拡大切欠断面図。 従来の可変オリフィス装置の一例を示し、（Ａ）は、主要部拡大切欠断面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。（Ｃ）は、絞り通路の弁座部分が弁体に押し付けられた状態を示す主要部拡大切欠断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１〜図６は、本発明に係る可変オリフィス装置の実施形態（実施例１、２、変形例）の説明に供される図であり、各図において、前述した図７に示される従来例の可変オリフィス装置の各部と同一構成部分、同一機能部分、あるいは、対応関係にある部分には共通の符号ないし関連した符号が付されている。なお、本発明を理解しやすくするため、また、作図上の便宜を図るため、各図において、温度変化に伴う各部の伸縮量、離隔距離等は誇張して描かれている。

＜実施例１＞
図１は、本発明に係る実施例１の可変オリフィス装置を導管に組み込んだ状態を示す部分切欠断面図、図２は、第１実施例の主要部の拡大図である。

図示の可変オリフィス装置１は、基本的には、図７（特許文献１の図１、図２）に示される従来例の可変オリフィス装置とは冷媒の流れ方向が異なり、図１（Ａ）において、右側（ＩＮ側）から左側（ＯＵＴ側）へと冷媒が流される、冷媒回路を構成する導管８に組み込まれるようにされており、線膨張係数の異なる異種材料からなるオリフィスケース１０と弁体２０とを備える。ここでは、オリフィスケース１０は樹脂（例えばポリアセタール）製とされ、弁体２０は金属（例えばＳＵＳ３０３）製とされている。

前記導管８、オリフィスケース１０、弁体２０は、共通の中心線Ｏ上に配在されている。

前記オリフィスケース１０は、一端側（図１（Ａ）、図２（Ａ）の左端側）に設けられた大径部１２と、該大径部１２から冷媒流路を形成する導管８に沿って伸びる、前記導管８に内接する（図７（Ｂ）参照）矩形断面外形の筒状ケース部１１と、からなっている。前記大径部１２の中央には、通路径がＤａとされた絞り通路１４が貫通せしめられ、その外周には、流路を封止するためのＯリング１８が装着されるリング溝１３が形成されている。前記絞り通路１４の通路径Ｄａより大きな内径を有する前記筒状ケース部１１の一端部（大径部１２側）の四面にはそれぞれ通し穴１６が形成されている。なお、後述するように、本実施例では、大径部１２の開口端縁部１５に弁体２０の円錐状弁体部２５が着座しない構成となっているが、前記開口端縁部１５を弁座もしくは弁座相当部分と称することがある。

前記弁体２０は、前記筒状ケース部１１に遊挿され、その基端部（右端部）２３外周にオリフィスケース１０の筒状ケース部１１の他端部１８に形成された雌ねじ部１７に螺合せしめられる雄ねじ部２４が形成された円柱状胴部２１と、該円柱状胴部２１から前記大径部１２側に突出せしめられたニードル型弁体部を構成する小径頭部２２と、からなる段付きの棒状体とされている。前記雄ねじ部２４が形成された基端部２３は六角穴付きナットの構成とされ、また、前記雌ねじ部１７における基端部２３より右側には、ゆるみ止め用の六角穴付きロックナット１９が押し当てられている。

加えて、弁体２０における小径頭部２２の先端には、絞り通路１４に対向配置される円錐状弁体部２５が形成されている。

この円錐状弁体部２５と絞り通路１４は共通の中心線Ｏ上に配置され、絞り通路１４の通路径Ｄａは、円錐状弁体部２５の最大外径Ｄｂ（小径頭部２２の外径）より僅かに大きくされている。

したがって、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）に示される如くに、流体の温度変化に伴うオリフィスケース１０と弁体２０との伸縮量の差により、オリフィスケース１０における絞り通路１４が形成されている大径部１２が右方に変位（移動）したとしても、絞り通路１４に円錐状弁体部２５が挿入されるので、絞り通路１４の弁座相当部分（開口端縁部）１５が円錐状弁体部２５に押し付けられることはない。

このような構成とされた本実施例１の可変オリフィス装置１においては、それを組み立てるに当たり、オリフィスケース１０の筒状ケース部１１内に棒状体からなる弁体２０を挿入し、その基端部２３に形成された雄ねじ部２４を筒状ケース部１１の他端部１８に形成された雌ねじ部１７に螺合させて位置決め固定する。この状態では、図１（Ａ）、図２（Ａ）に示される如くに、絞り通路１４の右側の開口端から、弁体２０の円錐状弁体部２５における後端部（最大外径Ｄｂ部分）までの離隔距離がΔＬとされ、この離隔距離ΔＬが弁開度を表わす指標とされる。

この可変オリフィス装置１を、流路を形成する導管８に組み込むに当たっては、オリフィスケース１０の大径部１２の外周にＯリング１８を装着して、導管８内に押し込むだけでよく、これにより、大径部１２と導管８の内周面との間が前記Ｏリング１８により封止され、かつ、図７（Ｂ）に示される如くに、矩形断面外形を有する筒状ケース部１１の四つのコーナー部が前記導管８の内周面に内接するとともに、該筒状ケース部１１の外周四面と導管８の内周面との間に四つの流路が形成される。

この場合、離隔距離ΔＬが大きいほど、前記絞り通路１４を流れる冷媒の流量が増加する。そして、離隔距離ΔＬは、樹脂製のオリフィスケース１０と金属製の弁体２０との、冷媒の温度変化に伴う伸縮量の差により変化する。

ここでは、樹脂（ＰＯＭ）製のオリフィスケース１０の、２０°Ｃにおける線膨張係数は例えば１０２×１０^−６／℃であり、金属（ＳＵＳ３０３）製の弁体２０の線膨張係数は例えば１４．７×１０^−６／℃とされ、冷媒回路を構成する導管８内を高圧の冷媒が可変オリフィス装置１の他端側（ＩＮ側）から一端側（ＯＵＴ側）に向けて流される。

このため、冷媒は、導管８に内接する矩形断面外形の筒状ケース部１１の外周四面と導管８の内周面との間に形成された流路を流れ、筒状ケース部１１に形成された通し穴１６を通り、絞り通路１４と弁体２０の先端との間に形成される隙間から絞り通路１４を通って下流側へと流れる。

その際、導管８に内接する矩形断面外形の筒状ケース部１１の外周四面と導管８の内周面との間に形成された流路を流れる冷媒の温度によって、弁体２０及びオリフィスケース１０（の筒状ケース部１１）が伸縮するが、その伸縮量は、金属製の弁体２０に比して樹脂製のオリフィスケース１０の方がかなり大きく（線膨張係数は５〜１０倍）、その伸縮量の差だけ、前記離隔距離ΔＬで表される弁開度が変化し、これによって、絞り通路１４を流れる冷媒流量が増減する。このように、実施例１の可変オリフィス装置１においては、弁体２０及びオリフィスケース１０が管温部として動作するので、流路を流れる流体の流量を、その流体の温度に応じて可変とすることができる。

また、本実施例１の可変オリフィス装置１は、基本的には、オリフィスケース１０と弁体２０の２部品で構成されるので、構造の簡素化、部品点数が削減が図られ、さらに、オリフィスケース１０に弁体２０を螺合させることにより簡単に組み立てることができる上、Ｏリング１８を装着する等して流路（導管８）に押し込むだけで組み付けることができるので、組み立て性、流路（導管）への組み込み性等に優れたものとなり、製造コスト、組立及び組込コストの低減を図れる。

上記に加えて、円錐状弁体部２５と絞り通路１４は共通の中心線Ｏ上に配置され、絞り通路１４の通路径Ｄａは、円錐状弁体部２５の最大外径Ｄｂより僅かに大きくされていることにより、次のような作用効果も得られる。

すなわち、冷媒温度の低下により、弁体２０及びオリフィスケース１０は縮むが、金属製の弁体２０の縮み量より樹脂製のオリフィスケース１０の縮み量の方がかなり大きいので、冷媒温度や外気温が大きく低下すると、絞り通路１４の弁座相当部分１５が円錐状弁体部２５（の右端）より右方に変位（移動）する場合がある。

図７に示される従来例のものにおいては、かかる変位が発生すると、弁座１５部分が弁体２０の円錐状弁体部２５に強く押し付けられ、弁座１５部分等が変形してしまうおそれがあったが、本実施例１では、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）に示される如くに、絞り通路１４の弁座相当部分１５が円錐状弁体部２５（の右端）より右方に変位したとしても、絞り通路１４に円錐状弁体部２５が挿入されるので、絞り通路１４の弁座相当部分１５が円錐状弁体部２５に押し付けられることはない。

したがって、本実施例１の可変オリフィス装置１では、絞り通路１４の弁座相当部分１５等が変形してしまう事態を確実に回避できるとともに、使用可能な温度範囲を拡大でき、温度降下が激しい環境下でも所望の性能を得ることができる。

また、絞り通路１４に円錐状弁体部２５が挿入されても、完全な閉弁状態とはならず、それらの間に形成される隙間を通じて冷媒が流されるので、冷媒中に混入されているオイルが圧縮機の摺動部分等に供給されるため、圧縮機の焼き付き等を確実に防止することができる。

＜実施例２＞
図３は、実施例２の可変オリフィス装置２を導管に組み込んだ状態を示す主要部拡大切欠断面図である。

以下、前述した実施例１（図１、図２）及び従来例（図７）と本実施例２の可変オリフィス装置２との相違点を重点的に説明し、重複説明を省略する。

本実施例２の可変オリフィス装置２は、オリフィスケース１０の大径部１２に筒状ケース部１１の内径と同径の大径通路部３１が形成されており、この大径通路部３１の左右方向中央付近に、半径方向内方に突出する断面三角形状の環状突部３３からなる円環状開口部３４が形成されており、この円環状開口部３４が実施例１及び従来例における絞り通路１４となっている。

また、弁体２０における段付き小径頭部２２の先端部には、相互に背中合わせの第１円錐状部２５Ａと第２円錐状部２５Ｂ、及びそれらの間の円板状部２５Ｃとからなる円錐状弁体部２５’が設けられ、前記第２円錐状部２５Ｂが小径頭部２２の先端部に連接している。なお、円錐状弁体部２５’のうち例えば円板状部２５Ｃの厚さ（中心線Ｏ方向の長さ）は適宜に変更することができるし、該円板状部２５Ｃを省略して第１円錐状部２５Ａと第２円錐状部２５Ｂの底面同士を背中合わせしてもよい。

この円錐状弁体部２５’と円環状開口部３４は共通の中心線Ｏ上に配置され、円環状開口部３４の開口径は、円錐状弁体部２５’の最大外径、すなわち、第１円錐状部２５Ａ及び第２円錐状部２５Ｂの底面の外径並びに円板状部２５Ｃの外径より僅かに大きくされている。

この実施例２の可変オリフィス装置２においては、図４の温度−流量特性に示されているように、オリフィスケース１０と弁体２０とで構成される感温部の温度が所定温度Ｔａ（°Ｃ）に達する前と後とでその流量特性が反転するようになっている。

すなわち、感温部が高温状態から所定温度Ｔａ（°Ｃ）近くまで低下するときは、図３（Ｂ）に示される如くに、円環状開口部３４（の右側の開口端）と第１円錐状部２５Ａの底面までの離隔距離ΔＬが次第に狭くなってきて、通過流量が減じられる。また、感温部の温度が所定温度Ｔａ（°Ｃ）付近であるときは、円環状開口部３４に円板状部２５Ｃが入り込み（図３（Ａ）に示される状態）、この状態では、閉弁はされていないが、流量が最小量で一定となる。また、感温部の温度が所定温度Ｔａ（°Ｃ）よりさらに低下するときは、円環状開口部３４（の左側の開口端）と第２円錐状部２５Ｂの底面までの離隔距離ΔＬが次第に広くなって、通過流量が増大される。

この場合、図４において、ａ、ｂ、ｃ、ａ’、ｂ’、ｃ’に示されているように、第１円錐状部２５Ａ及び第２円錐状部２５Ｂの円錐面の傾斜度合い（中心角）等を変更することにより、流量勾配（流量の増減度合い）等の温度−流量特性を任意に変えることができ、それによって、制御特性、利便性、設計自由度等を向上させることができる。

他の作用効果は実施例１と略同様であるので、説明を省略する。

＜実施例１の変形例＞
なお、実施例１の可変オリフィス装置１においても、図５に示される如くに、実施例２と同様に、オリフィスケース１０の大径部１２に筒状ケース部１１の内径と同径の大径通路部３１を形成するとともに、この大径通路部３１の左右方向中央付近に、半径方向内方に突出する断面三角形状の突部３３からなる円環状開口部３４を形成し、この円環状開口部３４を実施例１及び従来例における絞り通路１４とすることができる。

また、実施例１、２においては、流路を封止するためにＯリング１８が用いられているが、Ｏリング１８の代わりに、図６に示される如くに、金属製の導管８にスピニング加工を施して環状溝部８ａを形成するとともに、該環状溝部８ａをリング溝１３に嵌め込んで流路の封止並びに当該可変オリフィス装置の流路への組み付けを行うようにしてもよい。

また、実施例１、実施例２、及び実施例１の変形例においては、高圧の冷媒を可変オリフィス装置の他端側（ＩＮ側）から一端側（ＯＵＴ側）に向けて流していたが、これとは逆に一端側（ＯＵＴ側）から他端側（ＩＮ側）に向けて冷媒を流すように構成してもよい。

１、２ 可変オリフィス装置
８ 導管
１０ オリフィスケース
１１ 筒状ケース部
１２ 大径部
１４ 絞り通路
１５ 弁座相当部分（開口端縁部）
１６ 通し穴
１７ 雌ねじ部
２０ 弁体
２１ 胴部
２２ 小径頭部
２３ 基端部
２４ 雄ねじ部
２５ 円錐状弁体部
２５Ａ 第１円錐状部
２５Ｂ 第２円錐状部
２５Ｃ 円板状部
３１ 大径通路部
３３ 環状突起
３４ 円環状開口部（絞り通路）
Ｄａ 通路径
Ｄｂ 最大外径
Ｏ 中心線
ΔＬ 離隔距離（弁開度）

Claims (3)

1. 一端側に絞り通路、及びその側面に通し穴が形成された筒状のオリフィスケースと、
   前記絞り通路に対向配置される円錐状弁体部を有する弁体とを備え、
   前記オリフィスケース内に前記弁体が伸縮自在に挿入されるとともに、該弁体の基端部が前記オリフィスケースの他端側に固定され、流体の温度変化に伴う前記オリフィスケースと前記弁体との伸縮量の差に応じて、前記絞り通路の開口端と前記円錐状弁体部との離隔距離が変化せしめられ、これによって前記通し穴を通って前記絞り通路に流れる流体の流量が自動調整される可変オリフィス装置であって、
   前記絞り通路と前記円錐状弁体部とは共通の中心線上に配置され、
   前記絞り通路の通路径が前記円錐状弁体部の最大外径より僅かに大きくされ、
   前記伸縮量の差に応じて、前記円錐状弁体部が前記絞り通路に挿入可能とされていることを特徴とする可変オリフィス装置。
2. 前記円錐状弁体部は、相互に背中合わせの第１円錐状部と第２円錐状部とを有していることを特徴とする請求項１に記載の可変オリフィス装置。
3. 前記絞り通路は、前記オリフィスケースの一端側に形成された大径通路部において半径方向内方に突出する環状突部で形成された円環状開口部で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変オリフィス装置。
   

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