JP7483250B2

JP7483250B2 - 膨張弁

Info

Publication number: JP7483250B2
Application number: JP2020091153A
Authority: JP
Inventors: 祐亮 ▲高▼橋; 潤哉早川; 裕太郎青木
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2024-05-15
Anticipated expiration: 2040-05-26
Also published as: JP2021188756A

Description

本発明は、膨張弁に関する。

車載用の空調装置などに用いられる冷凍サイクルシステムにおいては、設置スペースや配管を省略するために、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温式の膨張弁が使用されている。一般的な膨張弁は、パワーエレメントの駆動により弁体を開閉させることで、冷媒入口側から冷媒出口側へと供給される冷媒の流量を制御している。また、パワーエレメントの駆動力は、作動棒を介して弁本体内の弁体に伝達される。

ここで、従来の膨張弁においては、オリフィスを通過する冷媒がクランク状に折れ曲がった冷媒流路を通過するため、冷媒のスムーズな流れが阻害され、異音発生を招くおそれがあった。また、作動棒と弁体とが直列に連結されているため、作動棒の軸線方向に沿って弁本体が長くなるという問題もある。

これに対し特許文献１には、レシーバ側に連通する第１ポートと、該第１ポートに直列に配置されエバポレータへ向かう第２ポートとを備え、ポートの軸線方向に可動な弁体が配設された弁本体を有する膨張弁が開示されている。この膨張弁によれば、第１ポートと第２ポートとが直列に配置されるため、スムーズな冷媒の流れを確保することで異音の発生を抑制できる。また、弁体の可動方向と弁体を駆動する作動棒の移動方向とを直交させているため、作動棒の軸線方向に沿った弁本体の長さを抑制することができる。

特許第４８１２４２７号公報

ところで、特許文献１の膨張弁においては、作動棒の先端に形成される第１カム面と、弁体に形成され該第１カム面に当接する第２カム面とが設けられている。作動棒が軸線方向に移動することにより第１カム面が第２カム面を押圧すると、弁体が作動棒の軸線と直交する方向に移動可能となっている。

ここで、作動棒の移動量を弁体に精度良く伝達するためには、第１カム面と第２カム面を精度よく形成する必要があり、製造コストが増大する。また、第１カム面と第２カム面との間に生じる摩擦により、弁体のスムーズな移動を行えないおそれがある。さらに作動棒が弁本体の戻り流路に交差して配置されているため、戻り流路内を流れる冷媒が作動棒に当たり、異音の原因となるカルマン渦などを生じさせるおそれもある。

そこで本発明は、弁本体内におけるスムーズな流体の流れを確保するとともに、弁体の精度良い移動を確保できる膨張弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による膨張弁は、
第１軸に沿って接続された第１流路と第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との間に同軸に形成された弁座とを備えた弁本体と、
前記弁本体内に、移動可能に配置された受動部材と、
前記受動部材に取り付けられ、前記弁座に対して着座可能な弁体と、
前記弁本体に取り付けられたパワーエレメントと、
第２軸に沿って前記パワーエレメントから前記受動部材に駆動力を伝達する作動部材と、を有し、
前記第１軸と前記第２軸とは並行し、
前記弁本体は、基体と、前記基体に取り付けられた蓋体とを有し、前記パワーエレメントは、前記基体と前記蓋体との間に配置されており、
前記蓋体は、前記受動部材の一部に嵌合する中空円筒部を備えている、ことを特徴とする。
本発明による膨張弁は、
第１軸に沿って接続された第１流路と第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との間に同軸に形成された弁座とを備えた弁本体と、
前記弁本体内に、移動可能に配置された受動部材と、
前記受動部材に取り付けられ、前記弁座に対して着座可能な弁体と、
前記弁本体に取り付けられたパワーエレメントと、
第２軸に沿って前記パワーエレメントから前記受動部材に駆動力を伝達する作動部材と、を有し、
前記第１軸と前記第２軸とは並行し、
前記弁本体は、基体と、前記基体に取り付けられた蓋体とを有し、前記パワーエレメントは、前記基体と前記蓋体との間に配置されており、
前記基体は、前記受動部材の移動を案内するガイド部を有し、
前記蓋体は、前記受動部材の一部に嵌合する中空円筒部を備えている、ことを特徴とする。
本発明による膨張弁は、
第１軸に沿って接続された第１流路と第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との間に同軸に形成された弁座とを備えた弁本体と、
前記弁本体内に、移動可能に配置された受動部材と、
前記受動部材に取り付けられ、前記弁座に対して着座可能な弁体と、
前記弁本体に取り付けられたパワーエレメントと、
第２軸に沿って前記パワーエレメントから前記受動部材に駆動力を伝達する作動部材と、を有し、
前記第１軸と前記第２軸とは並行し、
前記弁本体は、前記第１流路及び前記第２流路に並行して、前記パワーエレメントを挟んで前記第１流路及び前記第２流路に対して反対側に第３流路を有する、ことを特徴とする。

本発明により、弁本体内におけるスムーズな流体の流れを確保するとともに、弁体の精度良い移動を確保できる膨張弁を提供することができる。

図１は、本実施形態における膨張弁を、冷媒サイクルシステムに適用した例を模式的に示す概略断面図である。図２は、本実施形態における膨張弁を切断して示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる実施形態について説明する。本実施形態において、パワーエレメントの軸線方向をＬとする。

（膨張弁の概要）
図１を参照して、本実施形態における膨張弁１の概要について説明する。図１は、本実施形態における膨張弁１を、冷媒サイクルシステム１００に適用した例を模式的に示す概略断面図である。図２は、本実施形態における膨張弁を切断して示す斜視図である。

本実施形態では、膨張弁１は、コンプレッサ１０１と、コンデンサ１０２と、エバポレータ１０４とに接続されており、これらにより冷媒サイクルシステム１００が構成される。

膨張弁１は、弁本体２と、弁体（ボール）３と、付勢装置４と、作動棒（作動部材）５と、パワーエレメント８とを具備する。

弁本体２は、基体２００と、蓋体２１０とを有する。直方体形状の基体２００は、袋穴状の大径開口２０１を備えている。大径開口２０１の底面２０２側は長円断面形状であり、それ以外は円形断面形状を有する。大径開口２０１の底面２０２には、中空円筒状のガイド部２０３が形成されている。ガイド部２０３の内側に弁室ＶＣが形成されている。弁室ＶＣは、第２流路２２に連通している。

略円筒状の蓋体２１０は、大径開口２０１内に嵌合される円盤部２１１と、円盤部２１１の片面から突出した中空円筒部２１２とを有する。円盤部２１１の外周に形成された周溝にＯ－リングＯＲ１が配置され、大径開口２０１との間を密封している。

中空円筒部２１２は、円盤部２１１の軸線に対して偏位した位置において、ガイド部２０３に対向するように形成されている。円盤部２１１における中空円筒部２１２が設けられた面に対向する面（図２で上面）には、中空円筒部２１２と同軸に円筒状の第１流路２１が形成されている。

また蓋体２１０には、第１流路２１と並列して、ねじ穴２０４が形成されている。ねじ穴２０４には、外周に雄ねじを形成した円筒状の調整部材２２０が螺合可能に取りつけられている。

大径開口２０１の底面２０２の近傍に配置される付勢装置４は、円形の線材を螺旋状に巻いたコイルばね４１と、受動部材４２とを有する。受動部材４２は、被駆動部４２１と駆動部４２２とを並設してなる略長円筒形状を有する。

被駆動部４２１は、大径開口２０１の底面２０２に対向して凹部４２３を形成しており、凹部４２３内にはコイルばね４１が収容されている。コイルばね４１は、後述するパワーエレメント８に対して相互に中心を合わせて配置されると好ましい。

駆動部４２２は、ガイド部２０３に隙間嵌めにて嵌合する嵌合孔４２４と、嵌合孔４２４と同軸に蓋体２１０側に突出する有頂円筒状のサポート部４２５とを有する。ガイド部２０３の外周に形成された周溝にＯ－リングＯＲ３が配置され、嵌合孔４２４との間を密封している。

サポート部４２５の頂壁には、その中央に形成された円錐状の凹部に弁体３が溶接により固着されており、また弁体３の周囲には複数の連通穴４２６が形成されている。

サポート部４２５は、蓋体２１０の中空円筒部２１２の下端側に嵌合している。サポート部４２５の外周に形成された周溝にＯ－リングＯＲ２が配置され、中空円筒部２１２の内周との間を密封している。

中空円筒部２１２は、仕切り壁２１５を備え、仕切り壁２１５の中央に小開口２１６が形成されている。小開口２１６の弁体３側端部に弁座２１７が形成されている。

蓋体２１０の円盤部２１１と、受動部材４２の被駆動部４２１との間に円筒状空間であるエレメント室ＥＣが形成され、エレメント室ＥＣ内にパワーエレメント８と作動棒５が配置されている。

パワーエレメント８は、蓋部材８２と、ダイアフラム８３と、受け部材８４の外周を溶接により固着した構造を有し、蓋部材８２とダイアフラム８３とで形成された空間ＰＯには、注入孔から作動ガスが注入され栓８１により封止されている。ダイアフラム８３と受け部材８４との間の空間ＬＳには、ダイアフラム８３に接するようにしてストッパ部材８５が配置されている。ストッパ部材８５の袋穴内に挿通された作動棒５の突出端が、被駆動部４２１に当接している。作動棒５は省略でき、その場合にはストッパ部材８５が作動部材となる。

基体２００において、第２流路２２に対してパワーエレメント８を挟んで反対側に、戻り流路（第３流路）２３が形成されている。戻り流路２３とエレメント室ＥＣとは、連通路２４を介して連通している。連通路２４は、戻り流路２３を流れる冷媒が流れこみやすいように傾いて形成されている。

基体２００と蓋体２１０を組みつけた弁本体２において、第１流路２１は、例えば供給側流路であり、弁室ＶＣには、供給側流路を介して冷媒（流体ともいう）が供給される。第２流路２２は、例えば排出側流路であり、弁室ＶＣ内の流体は、第２流路２２を介して膨張弁外に排出される。第１流路２１と弁室ＶＣとの間は、小開口２１６により接続されている。図１に示すように、第１流路２１と、小開口２１６と、弁座２１７と、弁室ＶＣと、第２流路２２は、軸線（第２軸）Ｌに平行な共通軸線（第１軸）Ｏを持つ。

弁室ＶＣ内に配置された弁体３が、環状の弁座２１７に着座しているとき、第１流路２１と第２流路２２とは非連通状態となる。ただし、弁体３が弁座２１７に着座しているときでも、制限された量の冷媒を通過させることがある。一方、弁体３が弁座２１７から離間しているとき、第１流路２１と第２流路２２とは連通状態となる。図１、２は、弁体３が弁座２１７から離間した状態を示している。

被駆動部４２１の対向する面に突出端を当接させた作動棒５は、コイルばね４１による付勢力に抗して、軸線Ｌに沿って受動部材４２を弁体３が開弁する開弁方向に押圧することができる。作動棒５が開弁方向に移動するとき、弁体３は、共通軸線Ｏに沿って弁座２１７から離間し、膨張弁１が開状態となる。作動棒５のストローク（可動範囲）が、弁体３の最大リフト量に相当する。

（膨張弁の組付）
コイルばね４１を凹部４２３に収容した受動部材４２を、基体２００の大径開口２０１に取り付けて、ガイド部２０３の外周に嵌合孔４２４の内周を嵌合させる。

その後、作動棒５とストッパ部材８５とを組付けたパワーエレメント８を大径開口２０１に挿入し、受動部材４２の被駆動部４２１の対向する面に作動棒５の突出端を当接させ、さらに大径開口２０１に蓋体２１０の円盤部２１１を嵌合させる。このとき、中空円筒部２１２の先端内周をサポート部４２５の外周に嵌合させることで、基体２００と蓋体２１０の位置決めがなされる。かかる状態で、不図示の締結手段を用いて、基体２００と蓋体２１０とが固定される。

蓋体２１０のねじ穴２０４に螺合させた調整部材２２０を螺動させることにより、調整部材２２０がパワーエレメント８の端部に付与する押圧力を変更できる。これにより、作動ガスの圧力に対する作動棒５の移動量の調整を行うことができる。

（膨張弁の動作）
図１を参照して、膨張弁１の動作例について説明する。コンプレッサ１０１で加圧された冷媒は、コンデンサ１０２で液化され、膨張弁１に送られる。また、膨張弁１で断熱膨張された冷媒はエバポレータ１０４に送り出され、エバポレータ１０４で、エバポレータの周囲を流れる空気と熱交換される。エバポレータ１０４から戻る冷媒は、膨張弁１（より具体的には、戻り流路２３）を通ってコンプレッサ１０１側へ戻される。

膨張弁１には、コンデンサ１０２から高圧冷媒が供給される。より具体的には、コンデンサ１０２からの高圧冷媒は、第１流路２１を介して弁室ＶＣに供給される。

弁体３が、弁座２１７に着座しているとき（換言すれば、膨張弁１が閉状態のとき）には、弁室ＶＣの上流側の第１流路２１と弁室ＶＣの下流側の第２流路２２とは、非連通状態である。他方、弁体３が、弁座２１７から離間しているとき（換言すれば、膨張弁１が開状態のとき）には、弁室ＶＣに供給された冷媒は、第２流路２２を通ってエバポレータ１０４へ送り出される。なお、膨張弁１の閉状態と開状態との間の切り換えは、パワーエレメント８に接続された作動棒５によって行われる。

パワーエレメント８のダイアフラム８３は、ストッパ部材８５を介して作動棒５の一端に接続される。このため、空間ＰＯ内の作動ガスが液化されると収縮が生じ、作動棒５はパワーエレメント８に近接する方向に移動し、それによりコイルばね４１の付勢力により受動部材４２がガイド部２０３により案内されつつ同方向に変位して、弁体３が弁座２１７に着座する。これにより第１流路２１側から弁室ＶＣへと向かう冷媒の流れが制限される。

一方、液化された空間ＰＯ内の作動ガスが気化されると膨張が生じ、作動棒５はパワーエレメント８から離間する方向に移動して受動部材４２に駆動力を伝達し、それによりコイルばね４１の付勢力に抗して受動部材４２が同方向に変位して弁体３が弁座２１７から離間する。これにより、第１流路２１側から小開口２１６及び連通穴４２６を介して弁室ＶＣへと向かう冷媒の流れが許容される。こうして、膨張弁１の開状態と閉状態との間の切り換えが行われる。

戻り流路２３を流れる冷媒の一部は、連通路２４を介してエレメント室ＥＣ及びパワーエレメント８の空間ＬＳに進入する。このため、戻り流路２３を流れる冷媒の温度、圧力に応じて、空間ＬＳ内の作動ガスの相（気相、液相等）が変化し、作動棒５が駆動される。換言すれば、図１に記載の膨張弁１では、エバポレータ１０４から膨張弁１に戻る冷媒の温度、圧力に応じて、膨張弁１からエバポレータ１０４に向けて供給される冷媒の量が自動的に調整される。

本実施形態によれば、第１流路２１と、小開口２１６と、弁室ＶＣと、第２流路２２が、共通軸線Ｏに沿ってストレートに配置されているため、これらを通過する冷媒の流れがスムーズになり、異音などの発生を抑制できる。

また、パワーエレメント８を、弁本体２内部のエレメント室ＥＣ内に配置したため、外部環境から隔離されることで、空間ＰＯ内の作動ガスが主として戻り流路２３を流れる冷媒の温度、圧力の影響を受け、これにより作動棒５の精度良い動作を確保できる。特に、エレメント室ＥＣの内壁を形成する部位を断熱性の高い素材（例えば樹脂）などから形成することで、エレメント室ＥＣ内の環境を外部環境から良好に隔離することができ、作動棒５のさらに精度良い動作を確保できる。

さらに本実施形態では、作動棒５の移動方向（軸線Ｌ）と弁体３の移動方向（共通軸線Ｏ）とが平行であるため、一般的に複雑な構造であって摩擦などが生じやすい駆動方向変換手段を設ける必要がなく、弁体３のスムーズな移動を確保できるともに、膨張弁１を低コストで製造できる。また、作動棒５の移動量が弁体３の移動量に等しいため、調整部材２２０を用いたパワーエレメント８の調整も容易に行える。

また、膨張弁１の戻り流路２３内に突出する部材を設けていないため、戻り流路２３内を冷媒がスムーズに流れ、異音の原因となるカルマン渦などを生じさせることがない。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。

１：膨張弁
２：弁本体
２００：基体
２１０：蓋体
３：弁体
４：付勢装置
５：作動棒
８：パワーエレメント
２１７：弁座
２１：第１流路
２２：第２流路
２３：戻り流路
４１：コイルばね
４２：受動部材
１００：冷媒サイクルシステム
１０１：コンプレッサ
１０２：コンデンサ
１０４：エバポレータ
ＶＣ：弁室
ＥＣ：エレメント室

Claims

第１軸に沿って接続された第１流路と第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との間に同軸に形成された弁座とを備えた弁本体と、
前記弁本体内に、移動可能に配置された受動部材と、
前記受動部材に取り付けられ、前記弁座に対して着座可能な弁体と、
前記弁本体に取り付けられたパワーエレメントと、
第２軸に沿って前記パワーエレメントから前記受動部材に駆動力を伝達する作動部材と、を有し、
前記第１軸と前記第２軸とは並行し、
前記弁本体は、基体と、前記基体に取り付けられた蓋体とを有し、前記パワーエレメントは、前記基体と前記蓋体との間に配置されており、
前記蓋体は、前記受動部材の一部に嵌合する中空円筒部を備えている、
ことを特徴とする膨張弁。
第１軸に沿って接続された第１流路と第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との間に同軸に形成された弁座とを備えた弁本体と、
前記弁本体内に、移動可能に配置された受動部材と、
前記受動部材に取り付けられ、前記弁座に対して着座可能な弁体と、
前記弁本体に取り付けられたパワーエレメントと、
第２軸に沿って前記パワーエレメントから前記受動部材に駆動力を伝達する作動部材と、を有し、
前記第１軸と前記第２軸とは並行し、
前記弁本体は、基体と、前記基体に取り付けられた蓋体とを有し、前記パワーエレメントは、前記基体と前記蓋体との間に配置されており、
前記基体は、前記受動部材の移動を案内するガイド部を有し、
前記蓋体は、前記受動部材の一部に嵌合する中空円筒部を備えている、
ことを特徴とする膨張弁。
前記蓋体は、前記パワーエレメントに当接する調整部材を螺合するねじ穴を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の膨張弁。
第１軸に沿って接続された第１流路と第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との間に同軸に形成された弁座とを備えた弁本体と、
前記弁本体内に、移動可能に配置された受動部材と、
前記受動部材に取り付けられ、前記弁座に対して着座可能な弁体と、
前記弁本体に取り付けられたパワーエレメントと、
第２軸に沿って前記パワーエレメントから前記受動部材に駆動力を伝達する作動部材と、を有し、
前記第１軸と前記第２軸とは並行し、
前記弁本体は、前記第１流路及び前記第２流路に並行して、前記パワーエレメントを挟んで前記第１流路及び前記第２流路に対して反対側に第３流路を有する、
ことを特徴とする膨張弁。
前記弁本体は、基体と、前記基体に取り付けられた蓋体とを有し、前記パワーエレメントは、前記基体と前記蓋体との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の膨張弁。
前記基体は、前記受動部材の移動を案内するガイド部を有する、
ことを特徴とする請求項５に記載の膨張弁。
前記蓋体は、前記受動部材の一部に嵌合する中空円筒部を備えている、
ことを特徴とする請求項５または６に記載の膨張弁。
前記蓋体は、前記パワーエレメントに当接する調整部材を螺合するねじ穴を有する、
ことを特徴とする請求項５～７のいずれか一項に記載の膨張弁。