JP2013047602A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の膨張弁を用いて冷房効率を高めることができ、しかも、部品点数及びコストの節減を図ることのできる膨張弁を提供する。
【解決手段】コンデンサから冷媒が供給される流入流路と、流入流路に供給された冷媒を分流させてエバポレータに排出する第１・１１４及び第２・１１５の排出流路と、流入流路１１１と第１及び第２の排出流路との間をそれぞれ連通させる第１・１１２及び第２・１１３のオリフィスとが形成された本体１１０と、第１及び第２のオリフィスの開度を調節して冷媒の流量を調節する第１・１２１及び第２・１２２の弁と、その位置を変化させるシャフト１２０とを備え、第１及び第２の排出流路のうちどちらか一方は流入流路の上部側に形成され、他方は流入流路の下部側に形成され、第１及び第２の弁のうち一方は第１のオリフィスの入口を開閉する位置に設けられ、他方は第２のオリフィスの出口を開閉する位置に設ける。
【選択図】図７

Description

本発明は膨張弁に係り、さらに詳しくは、単一の膨張弁を用いてコンデンサから供給された冷媒を分流させてそれぞれ膨張させた後にエバポレータに排出するとき、単一のシャフトにより位置が変化する第１及び第２の弁を用いて第１及び第２のオリフィスの開度（絞り度ともいう）を異なるように調節することのできる膨張弁に関する。

車両用空調装置は、夏季や冬季に自動車の室内を冷暖房したり、降雨時や冬季にウィンドシールドに凍りついた霜などを除去したりして、運転者が前後方視野を確保できるようにすることを目的に設置される自動車の内蔵品であり、この種の空調装置は、通常、暖房システムと冷房システムを兼ね備えていて、外気や内気を選択的に取り込ませてその空気を加熱または冷却した後に自動車の室内に吹き出すことにより自動車の室内を冷暖房または換気する。

このような空調装置の一般的な冷凍サイクルは、通常、図１に示すように、冷媒を圧縮して送出するコンプレッサ１と、コンプレッサ１から送出される高圧の冷媒を凝縮するコンデンサ２と、コンデンサ２において凝縮されて液化した冷媒を絞り膨張させる、例えば、膨張弁３と、膨張弁３により絞り膨張された低圧の液相冷媒を車両の室内側に吹き出される空気と熱交換して冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用により室内に吐き出される空気を冷却するエバポレータ４などが冷媒パイプ５により連結されてなり、次のような冷媒の循環過程を経て自動車の室内を冷房する。

自動車の空調装置の冷房スイッチ（図示せず）がオンになると、まず、コンプレッサ１がエンジンの動力により駆動して低温低圧の気相冷媒を吸入、圧縮して高温高圧の気体状態でコンデンサ２に送出し、コンデンサ２はコンプレッサ１から供給された気相冷媒を外気と熱交換して高温高圧の液体に凝縮する。
コンデンサ２から高温高圧の状態で送出される液相冷媒は膨張弁３の絞り作用により急速に膨張されて低温低圧の湿飽和状態でエバポレータ４に送られ、エバポレータ４は膨張弁３から供給された冷媒を、ブロア（図示せず）により車両の室内に吹き出される空気と熱交換させる。
エバポレータ４において外部空気と熱交換された冷媒は、蒸発し、低温低圧の気体状態で排出され、再びコンプレッサ１に吸入されて、上述した冷凍サイクルを循環することになる。
上記の冷媒循環過程において、車両室内の冷房は、ブロア（図示せず）により吹き出される空気がエバポレータ４の周囲を通過する際、エバポレータ４内を循環する液相冷媒の蒸発潜熱により冷却されて車両室内に吐き出されることにより行われる。

一方、コンデンサ２と膨張弁３との間には、気相冷媒と液相冷媒を分離するレシーバドライバ（図示せず）が介設されて膨張弁３に液相の冷媒のみを供給する。
しかしながら、上述した冷凍サイクルでは冷房効率を向上させることに限界があるため、図２に示すように、多重蒸発により冷房効率の向上を図る多重蒸発システムが開発されている（特許文献１参照）。
図２に示す多重蒸発システムは、２台のエバポレータ４ａ、４ｂを並設してなるものであり、一つの膨張弁３を通過した冷媒を分流させてそれぞれのエバポレータ４ａ、４ｂに供給する。

ここで、図３に基づき、膨張弁３を簡略に説明すると、膨張弁３は、コンデンサ２から供給される冷媒を膨張させた後にエバポレータ４ａ、４ｂに供給するため下部の流入流路３２と排出流路３３との間にオリフィス３４を形成し、上部にはエバポレータ４ａ、４ｂから排出された冷媒をコンプレッサ１に供給するため連結流路３７を形成した本体３１と、オリフィス３４を通過する冷媒の流量を調節する弁３５と、連結流路３７内を流動する冷媒の温度変化に応じて変位するダイアフラム３６により昇降して弁３５を移動するシャフト３８とを有している。
この構造により、空気流動の上流側にある１台目のエバポレータ４ａが空気を１次冷却し、２台目のエバポレータ４ｂは１次冷却された空気を再冷却するため、冷房効率が向上するのである。

しかしながら、従来の技術は、膨張弁３内に１本のオリフィス（膨張流路）３４が形成されているため、膨張弁３において膨張した後に排出された冷媒を同一にして分流し、２台のエバポレータ４ａ、４ｂにそれぞれ供給することから、２台のエバポレータ４ａ、４ｂに供給される冷媒の流量を異なるように調節することができないという問題がある。
すなわち、空気流動の上流側にある１台目のエバポレータ４ａには暖かい空気が流入するため相対的に多くの負荷がかかり、２台目のエバポレータ４ｂには１台目のエバポレータ４ａにおいて１次冷却された空気が流入するためかかる負荷は相対的に小さい。冷房効率を向上させるためには、２台のエバポレータ４ａ、４ｂにかかる負荷に応じてそれぞれのエバポレータ４ａ、４ｂに供給される冷媒の流量を調節する必要がある。しかしながら、図２に示す多重蒸発システムの膨張弁３では２台のエバポレータ４ａ、４ｂに供給される冷媒の流量を異なるように調節することができないという問題がある。
このため、従来の膨張弁３を使用する多重蒸発システムでは、冷房効率を向上させることに限界があった。

一方、図４に示すように、２台のエバポレータ４ａ、４ｂを使用し、それぞれのエバポレータ４ａ、４ｂに供給される冷媒流量を異なるように調節するために２つの膨張弁３ａ、３ｂを使用した技術が開示されてはいるものの、この場合には２つの膨張弁３ａ、３ｂを設置するスペースが必要になるだけではなく、構成が複雑であり、しかも、部品点数の増加に起因してコストがアップするという問題がある（特許文献２参照）。

特開２００１−２０６０３９号公報 特開２００８−１０５６４２号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、単一の膨張弁を用いて冷房効率を高めることができ、しかも、部品点数及びコストの節減を図ることのできる膨張弁を提供するところにある。

上記の目的を達成するために、本発明の膨張弁は、コンデンサから冷媒が供給される流入流路と、流入流路に供給された冷媒を分流させてエバポレータに排出する第１及び第２の排出流路と、流入流路から第１及び第２の排出流路に分流される冷媒を膨張させるために流入流路と第１の排出流路との間及び流入流路と第２の排出流路との間をそれぞれ連通させる第１及び第２のオリフィスとが形成された本体と、本体の内部に設けられると共に、第１及び第２のオリフィスの開度を調節して第１及び第２のオリフィスを通過する冷媒の流量を調節する第１及び第２の弁と、本体の内部に昇降自在に設けられて第１及び第２の弁の位置を変化させるシャフトとを備え、第１及び第２の排出流路のうちどちらか一方の排出流路はシャフトの軸方向に沿って流入流路の上部側に形成され、他方の排出流路は流入流路の下部側に形成され、第１及び第２の弁のうちどちらか一方の弁は第１のオリフィスの入口を開閉する位置に設けられ、他方の弁は第２のオリフィスの出口を開閉する位置に設けられたことを特徴とする。

第２のオリフィスは、本体の内部に脱着自在に結合されるオリフィス部材により形成されたことを特徴とする。
オリフィス部材は、流入流路と第２の排出流路との間を連通させるように形成された連通通路に脱着自在に結合される結合胴体と、結合胴体の内周面に形成される第２のオリフィスと、を備えることを特徴とする。
オリフィス部材の結合胴体の外径は、第１の弁の外径に等しいかまたそれよりも大きく形成されたことを特徴とする。

本発明は、コンデンサから供給された冷媒を分流して、エバポレータの第１及び第２の蒸発部に異なる冷媒流量を同時に供給することができ、これにより、エアコンの冷房効率が向上する。
また、単一の膨張弁を用いて冷媒を分流させることから、部品点数及びコストの節減を図ることができる。

さらに、流入流路の上下部に第１及び第２の排出流路を形成すると共に、シャフトの軸方向に沿って第１及び第２のオリフィスを配設することにより、膨張弁内部の第１及び第２のオリフィスの長さ及び第１及び第２の排出流路の長さを短縮することができ、これにより、膨張弁のサイズを減らすことができる。
さらに、第２のオリフィスが形成されたオリフィス部材を膨張弁の本体内部に脱着自在に結合することにより、オリフィス部材の第２のオリフィスのサイズを変化させて第１及び第２の排出流路に分流される冷媒の割合を簡単に変更することができる。
加えて、既存の膨張弁におけるデッドゾーン（エバポレータから吐き出された冷媒が通過する連結流路と流入流路との間）に排出流路（第１の排出流路）をさらに設けて第１及び第２の排出流路を形成することにより、排出流路の追加による膨張弁の肥大化を極力抑えることができる。

通常の車両用エアコンの冷凍サイクルを示す構成図である。 従来の多重蒸発システムを示す構成図である。 図２における膨張弁を示す断面図である。 従来の多重蒸発システムの他の例を示す構成図である。 本発明に係る膨張弁が適用される車両用エアコンの冷凍サイクルを概略的に示す構成図である。 本発明に係る膨張弁が適用される車両用空調装置を示す構成図である。 本発明に係る膨張弁を示す断面斜視図である。 図６の断面図である。 （ａ）は本発明に係る膨張弁において、第１及び第２のオリフィスが閉鎖された場合を示す部分断面図であり、（ｂ）は第１及び第２のオリフィスが開放された場合を示す部分断面図である。 本発明に係る膨張弁において、第２の弁がシャフトとは別設された場合を示す部分断面図である。 本発明に係る膨張弁において、第１及び第２の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第１及び第２の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第１及び第２の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第１及び第２の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第１及び第２の弁の様々な実施形態を示す図である。 本発明に係る膨張弁において、第２のオリフィスが本体に脱着自在に結合されるオリフィス部材を形成した場合を示す断面斜視図である。 図１６の断面図である。

以下、図面に基づき、本発明を詳述する。
まず、本発明に係る膨張弁１００が適用される車両用空調装置は、コンプレッサ１、コンデンサ２、膨張弁１００、エバポレータ６０を冷媒パイプ５により順に連結してなる冷凍サイクルにおいて、膨張弁１００は単一で構成し、エバポレータ６０は２つの蒸発領域に分けて第１の蒸発部６１と第２の蒸発部６２とで構成される。

コンプレッサ１は、動力供給源（エンジンまたはモータなど）から動力を得て駆動し、エバポレータ６０から吐き出された気相冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の気体状態でコンデンサ２に吐き出す。
コンデンサ２は、コンプレッサ１から吐き出された高温高圧の気相冷媒を外気と熱交換させて高温高圧の液体に凝縮し、膨張弁１００に吐き出す。

膨張弁１００は、単一の本体１１０の内部に、２本のオリフィス（膨張流路）１１２、１１３が形成されたものである。このため、コンデンサ２から吐き出された高温高圧の液相冷媒は、本体１１０に流入して２本のオリフィス１１２、１１３を通過しつつそれぞれ膨張して低温低圧の湿飽和状態となった後、それぞれ分流した状態でエバポレータ６０の第１の蒸発部６１及び第２の蒸発部６２に供給される。
膨張弁１００はシャフト１２０により位置が変化する第１及び第２の弁１２１、１２２を用いて第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の開度を調節して複数の蒸発部６１、６２に供給する冷媒流量が互いに異なるように調節することができる。
このとき、単一のブロア１６０から吹き出す空気が複数の蒸発部６１、６２を順に通過するため、膨張弁１００は、複数の蒸発部６１、６２のうち空気流動の上流側に設けられた蒸発部６１に供給される冷媒流量が下流側に設けられた蒸発部６２に供給される冷媒流量よりも多くなるようにすることが好ましい。

以下、膨張弁１００について詳述する。
コンデンサ２と膨張弁１００との間には気相冷媒と液相冷媒を分離するレシーバドライバ（図示せず）を設け、膨張弁１００には液相の冷媒のみが供給されるようにする。
複数のエバポレータ６０は、単一の膨張弁１００内の２本のオリフィス（膨張流路）１１２、１１３を通過しつつそれぞれ膨張された低圧の液相冷媒をそれぞれ受給して、その外周面においてブロア１６０から車両室内に吹き出される空気と熱交換を行なう。冷媒が蒸発することによりえられた蒸発潜熱が大気の熱を吸収し、車両室内に吐き出される空気を冷却する。

このエバポレータ６０は、第１のオリフィス１１２において膨張された冷媒を蒸発させる第１の蒸発部６１と、第２のオリフィス１１３において膨張された冷媒を蒸発させる第２の蒸発部６２と、から構成される。すなわち、単一のエバポレータ６０を２つの蒸発領域に分けて第１の蒸発部６１と第２の蒸発部６２を構成することになる。
もちろん、単一のエバポレータ６０ではなく、独立した２台のエバポレータにより第１の蒸発部６１と第２の蒸発部６２を構成してもよい。
また、第１の蒸発部６１と第２の蒸発部６２は、単一ブロア１６０により吹き出される空気が第１及び第２の蒸発部６１、６２を順次に通過する過程で冷却されるように、第１及び第２の蒸発部６１、６２を通過する空気の流動方向に重なり合うように配設されることがよい。

一方、第１の蒸発部６１は第１のオリフィス１１２側の第１の排出流路１１４と冷媒パイプ５により連結され、第２の蒸発部６２は第２のオリフィス１１３側の第２の排出流路１１５と冷媒パイプ５により連結される。
そして、本発明に係る膨張弁１００は、単一の本体１１０と、第１及び第２の弁１２１、１２２と、シャフト１２０と、作動手段１３０と、から構成される。
本体１１０には、コンデンサ２から冷媒を供給される流入流路１１１と、流入流路１１１に供給された冷媒を分流させてエバポレータ６０の第１の蒸発部６１及び第２の蒸発部６２にそれぞれ排出する第１及び第２の排出流路１１４、１１５と、流入流路１１１から第１及び第２の排出流路１１４、１１５に分流される冷媒を膨張させるように流入流路１１１と第１の排出流路１１４との間及び流入流路１１１と第２の排出流路１１５との間をそれぞれ連通させる第１及び第２のオリフィス１１２、１１３と、が形成される。

第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の直径は、流入流路１１１及び第１及び第２の排出流路１１４、１１５の直径よりも小さく形成される。このため、コンデンサ２から流入流路１１１に供給された冷媒は第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を通過しつつ第１及び第２の排出流路１１４、１１５に分流される過程でそれぞれ膨張することになる。
このとき、第２のオリフィス１１３の直径は第１及び第２の弁１２１、１２２の外径よりも小さく形成されることが好ましい。

また、第１及び第２の排出流路１１４、１１５のうちどちらか一方の排出流路はシャフト１２０の軸方向に沿って流入流路１１１の上部側に形成され、他方の排出流路は流入流路１１１の下部側に形成される。
このとき、相対する流入流路１１１の一方の端部と第１及び第２の排出流路１１４、１１５の一方の端部はシャフト１２０の軸方向に重なり合うように形成される。
すなわち、本体１１０の下部から順に第２の排出流路１１５、流入流路１１１、第１の排出流路１１４が所定の間隔をもって積み重ねられる構造を有する。各流路の相対する一方の端部が互いに重なり合うように形成され、それぞれの重なり合う個所に第１及び第２のオリフィス１１２、１１３が形成されることにより、単一の流入流路１１１に流入した冷媒がその上下側の第１及び第２の排出流路１１４、１１５に分流されることになる。
そして、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３は、流入流路１１１の上下部にシャフト１２０の軸方向に沿って形成されて第１及び第２の排出流路１１４、１１５とそれぞれ連通される。

一方、流入流路１１１はコンデンサ２の出口側と冷媒パイプ５により連結され、第１の排出流路１１４はエバポレータ６０の第１の蒸発部６１と冷媒パイプ５により連結され、第２の排出流路１１５はエバポレータ６０の第２の蒸発部６２と冷媒パイプ５により連結される。
また、本体１１０にはエバポレータ６０から排出された冷媒をコンプレッサ１に供給するための連結流路１１６が形成される。
連結流路１１６の一方の側はエバポレータ６０の出口側と冷媒パイプ５により連結され、他方の側はコンプレッサ１の入口側と冷媒パイプ５により連結される。
このため、エバポレータ６０から排出された冷媒は本体１１０の連結流路１１６を通過した後にコンプレッサ１に供給されることになる。
連結流路１１６は、図示の如く、入口と出口が９０°をなすように形成されてもよいが、１８０°をなすように形成されてもよい。また、流入流路１１１と第１及び第２の排出流路１１４、１１５がなす角度もまた１８０°であってもよく、９０°であってもよい。

第１及び第２の弁１２１、１２２は、本体１１０の内部に設けられると共に、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の開度を調節して第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を通過する冷媒の流量を調節する。
ここで、第１及び第２の弁１２１、１２２のうちどちらか一方の弁は第１のオリフィス１１２の入口１１２ａを開閉する位置に設けられ、他方の弁は第２のオリフィス１１３の出口１１３ａを開閉する位置に設けられる。
図中、第１の弁１２１が流入流路１１１の内部において第１のオリフィス１１２の入口１１２ａの下側に設けられて第１のオリフィス１１２の開度を調節し、第２の弁１２２は第２の排出流路１１５の内部において第２のオリフィス１１３の出口１１３ａの下側に設けられて第２のオリフィス１１３の開度を調節する。

また、第１の弁１２１により入口１１２ａが開閉される第１のオリフィス１１２はシャフト１２０の軸方向に沿って上側に配設され、第２の弁１２２により出口１１３ａが開閉される第２のオリフィス１１３はシャフト１２０の軸方向に沿って下側に配設される。
このように、第１の弁１２１は第１のオリフィス１１２の入口１１２ａを開閉するように、且つ、第２の弁１２２は第２のオリフィス１１３の出口１１３ａを開閉するように設けられることにより、単一のシャフト１２０により位置を変えることができる第１及び第２の弁１２１、１２２が正常的に開閉作動を行うことが可能になる。
もし、第１及び第２の弁１２１、１２２が両方とも第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の入口だけを開閉する位置に設けられるか、または、出口だけを開閉する位置に設けられるとしたならば、単一のシャフト１２０を軸方向に駆動して第１及び第２の弁１２１、１２２を円滑に駆動することは困難となり、２本のシャフトが必要になるなど構造が複雑化してしまう。

そして、シャフト１２０は単一のシャフト１２０により形成されて、本体１１０の内部に昇降自在に設けられると共に、第１及び第２の弁１２１、１２２の位置を変えることができる。
シャフト１２０は本体１１０の内部に垂直方向に流動自在に設けられて下端部が第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の中心を貫通することになる。これにより、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３は垂直に設けられたシャフト１２０と同心上に形成されることになる。
シャフト１２０の上端部は本体１１０の上端部に設けられる作動手段１３０に連結される。

一方、シャフト１２０は本体１１０の内部に垂直方向に設けられるため、連結流路１１６、第１の排出流路１１４、第１のオリフィス１１２、流入流路１１１、第２のオリフィス１１３を貫通することになる。
さらに、連結流路１１６と、流入流路１１１及び第１及び第２の排出流路１１４、１１５はそれぞれシャフト１２０に対して直角方向に形成される。
作動手段１３０は本体１１０の上端部に設けられるものであり、エバポレータ６０から排出される冷媒の温度に応じて膨張または収縮しながら変位してシャフト１２０を移動させる。

より具体的に、作動手段１３０は、エバポレータ６０から排出されて連結流路１１６を流れる冷媒の温度変化に応じて膨張と収縮をする流体が内部に充填された減温室１３１と、減温室１３１内の流体の膨張と収縮に応じて上下方向に変位しながらシャフト１２０を往復移動させるダイアフラム１３２とから構成される。
一方、作動手段１３０の他の実施形態として、電気式で作動するソレノイド（図示せず）を本体１１０の上端部に配設してもよい。すなわち、印加される電流に応じてソレノイドがシャフト１２０を往復移動させることも可能である。

上述したように、エバポレータ６０の圧力または温度等状態に応じて作動手段１３０により所定の距離だけ移動するシャフト１２０により第１及び第２の弁１２１、１２２の位置が変化して第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の開度が調節され、これにより、第１及び第２の排出流路１１４、１１５により分流されて第１の蒸発部６１及び第２の蒸発部６２にそれぞれ供給される冷媒の流量を調節することが可能になる。
そして、第１及び第２の弁１２１、１２２はシャフト１２０に互いに所定の間隔だけ離間して一体に形成されてもよく、第１の弁１２１のみがシャフト１２０に一体に形成され、第２の弁１２２はシャフト１２０とは別に成形され、シャフト１２０に設置されてもよい。
第１及び第２の弁１２１、１２２がシャフト１２０に一体に形成された場合には、第２のオリフィス１１３の開度を調節する第２の弁１２２がシャフト１２０の先端部に一体に形成され、第１のオリフィス１１２の開度を調節する第１の弁１２１は第２の弁１２２から所定の間隔だけ離れてシャフト１２０の上に一体に形成される。

一方、第１の弁１２１のみがシャフト１２０に一体に形成され、第２の弁１２２がシャフト１２０とは別に成形された場合、第２の弁１２２は本体１１０内部の第２の排出流路１１５内においてシャフト１２０の先端部に当接して移動自在に設けられて第２のオリフィス１１３の開度を調節することになる。
さらに、第２の弁１２２をシャフト１２０の先端部に取り外し自在に形成した場合でも、第２の弁１２２がシャフト１２０の先端部に一体に形成された場合と同様の効果が得られる。
さらに、第２の弁１２２は第２の排出流路１１５の内側に設けられた弾性部材１４１によりシャフト１２０側の方向に弾性的に保持される。
このとき、本体１１０の下端部には弾性部材１４１を取り付けるための取付孔１１７が第２の排出流路１１５と連通するように形成されるが、取付孔１１７はシャフト１２０と同心状に形成される。

さらに、取付孔１１７は密閉部材１４０により密閉される。
一方、取付孔１１７は本体１１０の下端部にシャフト１２０の軸方向にドリル加工を行うときに形成され、このとき、後述するオリフィス部材１５０が結合される連通通路１１８も一緒に形成される。
ここで、弾性部材１４１は密閉部材１４０の上端に載置され、弾性部材１４１と第２の弁１２２との間には第２の弁１２２を安定的に支承できるように受け部材１４２が配備される。

そして、本発明はコンデンサ２から流入流路１１１に供給された冷媒が第１及び第２のオリフィス１１２、１１３により膨張されながら第１及び第２の排出流路１１４、１１５にそれぞれ分流された後にエバポレータ６０の第１及び第２の蒸発部６１、６２に供給されるが、このとき、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３により異なる冷媒流量がそれぞれ分流されて供給されるように第１及び第２の弁１２１、１２２の形状を変化させたり、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の形状を変化させる。

すなわち、空調ケース５０の内部において単一ブロア１６０により吹き出される空気の流動方向の上流側にある第１の蒸発部６１には暖かい空気が流入するため相対的に多目の負荷がかかり、下流側にある第２の蒸発部６２には第１の蒸発部６１において１次冷却された空気が流入するため相対的に少な目の負荷がかかるが、このように負荷が多目にかかる第１の蒸発部６１には相対的に多量の冷媒流量を供給し、負荷が少な目にかかる第２の蒸発部６２には相対的に少量の冷媒流量を供給しなければ、冷房効率を向上させることができない。
このように、単一の膨張弁１００を用いて第１及び第２の蒸発部６１、６２にかかる負荷に応じて異なる冷媒流量を同時に供給することにより、エアコンの冷房効率を向上させると共に、部品点数及びコストの節減を図ることができる。

図１１から図１５は、第１及び第２の弁１２１、１２２を異なる形状を有するように形成した場合の様々な実施形態を示すものである。図１１に示すように、第１及び第２の弁１２１、１２２のうちどちらか一方の弁は球状に形成し、他方の弁は円錐台形状に形成してもよい。同図において、第１の弁１２１を円錐台形状に形成し、第２の弁１２２を球状に形成している。ここで、第１の弁１２１は図１１または図１２に示す形状にしてシャフト１２０に一体に形成してもよい。
図１３は、第１及び第２の弁１２１、１２２のうちどちらか一方の弁は球状に形成し、他方の弁は長円状に形成したものであり、同図において、第１の弁１２１を球状に形成し、第２の弁１２２を長円状に形成している。
図１４は、第１及び第２の弁１２１、１２２のうちどちらか一方の弁は球状に形成し、他方の弁は円柱形状に形成したものであり、同図において、第１の弁１２１を円柱形状に形成し、第２の弁１２２を球状に形成している。

以上においては、第１及び第２の弁１２１、１２２が異なる形状を有するように形成された場合のみを説明したが、さらに、第１及び第２の弁１２１、１２２を同一の形状を有するように形成し、サイズを異にして形成してもよい。
例えば、図１５は、第１及び第２の弁１２１、１２２を両方とも円錐台形状に形成したものであるが、第１の弁１２１は相対的に高さが低い円錐台形状であり、第２の弁１２２は相対的に高さが高い円錐台形状である。
これらの他にも、第１及び第２の弁１２１、１２２の両方を球状に形成してもよく、このように第１及び第２の弁１２１、１２２の形状が同一の形状である場合には、第１及び第２の弁１２１、１２２のサイズを異にして形成することが好ましい。もちろん、第１及び第２の弁１２１、１２２の形状やサイズを同一に形成した場合には第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の形状を変えて形成することが好ましい。

一方、図示はしないが、第１及び第２の弁１２１、１２２のうち少なくとも一方の弁を多面体形状に形成してもよい。
このように、第１及び第２の弁１２１、１２２の形状またはサイズを変えて形成することにより、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３により異なる冷媒流量が供給されるようにしてもよい。
そして、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３により異なる冷媒流量を供給するようにするために、上記のように第１及び第２の弁１２１、１２２の形状を異にする方法の他にも、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３のサイズを異にして形成する方法を採用してもよい。
例えば、図９に示すように、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を互いに直径が異なるように形成する方法が有る。

さらには、第１及び第２の弁１２１、１２２が載置されるように第１のオリフィス１１２の入口１１２ａ側と第２のオリフィス１１３の出口１１３ａ側にそれぞれ載置面１１２ｂ、１１３ｂを形成するが、第１のオリフィス１１２の入口１１２ａ側の載置面１１２ｂの形状と第２のオリフィス１１３の出口１１３ａ側の載置面１１３ｂの形状を変えて形成してもよい。
このとき、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の載置面１１２ｂ、１１３ｂと第１及び第２の弁１２１、１２２との間の間隔に応じて冷媒流量が調節される。
また、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の載置面１１２ｂ、１１３ｂのうちどちらか一方の載置面は曲面状に形成され、他方の載置面は傾斜面に形成されることが好ましい。同図において、第１のオリフィス１１２の入口１１２ａ側の載置面１１２ｂを曲面状に形成し、第２のオリフィス１１３の出口１１３ａ側の載置面１１３ｂは傾斜面に形成している。

さらに、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の載置面１１２ｂ、１１３ｂはそれぞれ面積、角度、深さ、直径などを変えて形成してもよい。加えて、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の載置面１１２ｂ、１１３ｂの形状を同一の形状に形成する場合にはサイズを異にして形成してもよい。
このように、第１及び第２の弁１２１、１２２の形状やサイズを変えて形成するか、あるいは、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の形状やサイズを変えて形成することにより、シャフト１２０が所定の距離移動した場合、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の載置面１１２ｂ、１１３ｂから第１及び第２の弁１２１、１２２がそれぞれ離れる間隔が互いに異なってくる結果、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を通過する冷媒の流量も異なってき、これにより、第１の蒸発部６１及び第２の蒸発部６２に異なる冷媒流量を供給することができる。

さらに、図１６及び図１７は、シャフト１２０の軸方向に沿って下側に配設された第２のオリフィス１１３を本体１１０の内部に脱着自在に結合させたオリフィス部材１５０を示す図である。
オリフィス部材１５０は、流入流路１１１と第２の排出流路１１５との間を連通させるように形成された連通通路１１８に脱着自在に結合される結合胴体１５１と、結合胴体１５１の内周面に形成される第２のオリフィス１１３とから構成される。
すなわち、本体１１０の下端部においてシャフト１２０の軸方向にドリル加工を行うことにより流入流路１１１と第２の排出流路１１５を連通させる連通通路１１８を形成し、連通通路１１８の内周面にオリフィス部材１５０を脱着自在に結合する。

第２のオリフィス１１３を本体１１０に脱着可能なオリフィス部材１５０に形成する理由は、シャフト１２０の組立に際して、本体１１０の下側から上側に向かって組み立てるとき、シャフト１２０に形成された第１の弁１２１が第２のオリフィス１１３を通過しなければ、第１のオリフィス１１２の入口１１２ａ側に位置することができないため、第２のオリフィス１１３を本体１１０に脱着可能なオリフィス部材１５０に形成しなければシャフト１２０の組み立てが不可能になるのである。
さらに、第１の弁１２１はシャフト１２０に一体に形成され、第２の弁１２２は第１の弁１２１及びシャフト１２０から取り外し自在に設置されて、本体１１０内部の連通通路１１８にオリフィス部材１５０を先に結合した後、シャフト１２０の端部に第２の弁１２２を結合することになる。

すなわち、図示の如く、第１及び第２の弁１２１、１２２の間にオリフィス部材１５０が位置するためには、第２の弁１２２を第１の弁１２１及びシャフト１２０から取り外し自在に別設することが好ましい。
このため、組み立ての手順は、本体１１０にシャフト１２０を先に組み付けて第１の弁１２１を本体１１０内部の定位置に位置付けた後、第２のオリフィス１１３付きオリフィス部材１５０を本体１１０の連通通路１１８に嵌通する。この後、シャフト１２０の端部に取り外し自在に別設された第２の弁１２２を結合する。

ここで、第２の弁１２２はシャフト１２０の端部に押し込まれて結合される。
また、オリフィス部材１５０の結合胴体１５１の外径は第１の弁１２１の外径に等しいかまたはそれよりも大きく形成されることが好ましい。
すなわち、第１の弁１２１の外径がオリフィス部材１５０が載置される連通通路１１８の内径（オリフィス部材１５０の結合胴体１５１の外径）に等しいかまたはそれよりも小さく形成されなければ、シャフト１２０を本体１１０の下側から上側に向かって組み立てることが困難になる。
さらに、第１及び第２の排出流路１１４、１１５は同一の直径を有するように形成される。

すなわち、図７及び図８においては、第１の排出流路１１４と連結された第１の蒸発部６１に相対的に多目の冷媒流量を供給するように第１の排出流路１１４の直径を第２の排出流路１１５よりも大きく形成しているが、第１及び第２の蒸発部６１、６２にそれぞれ供給すべき冷媒流量が異なってくるとしても、図１７に示すように製品生産性即ち、量産性を高めるために第１及び第２の排出流路１１４、１１５を同一の直径を有するように形成してもよい。
この場合、第１及び第２の排出流路１１４、１１５の直径が同一であっても、第１及び第２の弁１２１、１２２及び第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を用いて冷媒流量を異なるように調節することができる。

一方、以上においては、流入流路１１１は１本であり、排出流路は第１及び第２の排出流路１１４、１１５の２本である場合についてのみ説明したが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、流入流路１１１は１本であるものの、排出流路１１４、１１５は２本以上の複数である構成も採用可能である。このときには、２本以上の排出流路１１４、１１５の数に対応して第１及び第２の弁１２１、１２２の数も増やせばよい。

以下、本発明に係る膨張弁及びこれを備えた車両用空調装置の作用を説明する。
まず、コンプレッサ１において圧縮される高温高圧の気相冷媒はコンデンサ２に流入する。
コンデンサ２に流入した気相冷媒は外部空気との熱交換により凝縮されながら高温高圧の液相冷媒に相変化した後、単一の膨張弁１００の流入流路１１１に流入する。
流入流路１１１に流入した冷媒は第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を通って第１及び第２の排出流路１１４、１１５にそれぞれ分流される。
このとき、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を通って第１及び第２の排出流路１１４、１１５にそれぞれ分流される過程で冷媒は減圧膨張される。

さらに、シャフト１２０の移動時に第１及び第２の弁１２１、１２２の位置が変化し、このとき、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３の開度が異なるように調節される。すなわち、本発明においては、第１のオリフィス１１２の方が第２のオリフィス１１３よりも相対的に多目に開放されるため、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を通ってそれぞれ分流される冷媒もまた第１のオリフィス１１２に相対的に多目の流量が分流されることになる。
引き続き、第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を通って第１及び第２の排出流路１１４、１１５にそれぞれ分流されながら減圧膨張された冷媒は低温低圧の霧化状態となってエバポレータ６０の第１の蒸発部６１と第２の蒸発部６２にそれぞれ流入する。このとき、第１の蒸発部６１に相対的に多量の冷媒流量が流入する。

エバポレータ６０の第１の蒸発部６１及び第２の蒸発部６２に流入した低温低圧の冷媒は単一のブロア１６０により車両の室内側に吹き出される空気と熱交換して蒸発すると同時に、冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用を用いて車両の室内に吹き出される空気を冷却させることになる。
この後、エバポレータ６０の第１の蒸発部６１及び第２の蒸発部６２から排出された低温低圧の冷媒は合流されて膨張弁１００の連結流路１１６を経由するが、このとき、連結流路１１６を流れる冷媒の温度や圧力により収縮または膨張する作動手段１３０によりシャフト１２０が移動しながら第１及び第２の弁１２１、１２２の位置を変化させるため、エバポレータ６０の状態（圧力、温度）に応じて第１及び第２のオリフィス１１２、１１３を通過する冷媒の流量が調節され、これにより、冷房負荷に適切に対応することが可能になる。
引き続き、膨張弁１００の連結流路１１６を経た冷媒はコンプレッサ１に流入しながら上述の如き冷凍サイクルを再循環する。

１：コンプレッサ
２：コンデンサ
３：膨張弁
４：エバポレータ
４ａ：第１のエバポレータ
４ｂ：第２のエバポレータ
５：冷媒パイプ
３１：本体
３２：下部の流入流路
３３：排出流路
３４：オリフィス（膨張流路）
３５：弁
３６：ダイアフラム
３７：連結流路
３８：シャフト
５０：空調ケース
６０：エバポレータ
６１：第１の蒸発部
６２：第２の蒸発部
１００：膨張弁
１１０：本体
１１１：流入流路
１１２：第１のオリフィス
１１２ａ：第１のオリフィスの入口
１１２ｂ：第１のオリフィスの入口側の載置面
１１３：第２のオリフィス
１１３ａ：第２のオリフィスの出口
１１３ｂ：第２のオリフィスの出口側の載置面
１１４：第１の排出流路
１１５：第２の排出流路
１１６：連結流路
１１７：取付孔
１１８：連通通路
１２０：シャフト
１２１：第１の弁
１２２：第２の弁
１３０：作動手段
１３１：減温室
１３２：ダイアフラム
１４０：密閉部材
１４１：弾性部材
１４２：受け部材
１５０：オリフィス部材
１５１：結合胴体
１６０：ブロア

Claims (14)

1. コンデンサ（２）から冷媒が供給される流入流路（１１１）と、前記流入流路（１１１）に供給された冷媒を分流させてエバポレータ（６０）に排出する第１及び第２の排出流路（１１４、１１５）と、前記流入流路（１１１）から前記第１及び第２の排出流路（１１４、１１５）に分流される冷媒を膨張させるために前記流入流路（１１１）と前記第１の排出流路（１１４）との間及び前記流入流路（１１１）と前記第２の排出流路（１１５）との間をそれぞれ連通させる第１及び第２のオリフィス（１１２、１１３）とが形成された本体（１１０）と、
   前記本体（１１０）の内部に設けられると共に、前記第１及び第２のオリフィス（１１２、１１３）の開度を調節して前記第１及び第２のオリフィス（１１２、１１３）を通過する冷媒の流量を調節する第１及び第２の弁（１２１、１２２）と、
   前記本体（１１０）の内部に昇降自在に設けられて前記第１及び第２の弁（１２１、１２２）の位置を変化させるシャフト（１２０）とを備え、
   前記第１及び第２の排出流路（１１４、１１５）のうちどちらか一方の排出流路は前記シャフト（１２０）の軸方向に沿って前記流入流路（１１１）の上部側に形成され、他方の排出流路は前記流入流路（１１１）の下部側に形成され、前記第１及び第２の弁（１２１、１２２）のうちどちらか一方の弁は前記第１のオリフィス（１１２）の入口（１１２ａ）を開閉する位置に設けられ、他方の弁は前記第２のオリフィス（１１３）の出口（１１３ａ）を開閉する位置に設けられたたことを特徴とする膨張弁。
2. 前記入口（１１２ａ）が開閉される第１のオリフィス（１１２）は前記シャフト（１２０）の軸方向に沿って上側に配設され、前記出口（１１３ａ）が開閉される前記第２のオリフィス（１１３）は前記シャフト（１２０）の軸方向に沿って下側に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記シャフト（１２０）の軸方向に沿って下側に配設された前記第２のオリフィス（１１３）は、前記本体（１１０）の内部に脱着自在に結合されるオリフィス部材（１５０）により形成されたことを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
4. 前記オリフィス部材（１５０）は、前記流入流路（１１１）と前記第２の排出流路（１１５）との間を連通させるように形成された連通通路（１１８）に脱着自在に結合される結合胴体（１５１）と、前記結合胴体（１５１）の内周面に形成される前記第２のオリフィス（１１３）と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の膨張弁。
5. 前記オリフィス部材（１５０）の前記結合胴体（１５１）の外径は、前記第１の弁（１２１）の外径に等しいかまたそれよりも大きく形成されたことを特徴とする請求項４に記載の膨張弁。
6. 前記第１の弁（１２１）は前記シャフト（１２０）に一体に形成され、
   前記第２の弁（１２２）は前記第１の弁（１２１）及び前記シャフト（１２０）から取り外し自在に別設されて、前記シャフト（１２０）の端部に結合されることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
7. 前記第２のオリフィス（１１３）の直径は前記第１及び第２の弁（１２１、１２２）の外径よりも小径であることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
8. 前記第１及び第２の排出流路（１１４、１１５）は同一の直径を有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
9. 前記第１及び第２の弁（１２１、１２２）は異なる形状を有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
10. 前記第１及び第２の弁（１２１、１２２）は同一の形状を有するように形成され、異なるサイズて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
11. 前記第１及び第２のオリフィス（１１２、１１３）は異なる直径を有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
12. 前記第１及び第２の弁（１２１、１２２）が載置されるように前記第１及び第２のオリフィス（１１２、１１３）にはそれぞれ載置面（１１２ｂ、１１３ｂ）が形成され、前記それぞれの載置面（１１２ｂ、１１３ｂ）は異なる形状を有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
13. 前記第１及び第２の弁（１２１、１２２）が載置されるように前記第１及び第２のオリフィス（１１２、１１３）にはそれぞれ載置面（１１２ｂ、１１３ｂ）が形成され、前記それぞれの載置面（１１２ｂ、１１３ｂ）は同一の形状を有するように形成され、異なるサイズで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
14. 前記第１及び第２の弁（１２１、１２２）が載置されるように前記第１及び第２のオリフィス（１１２、１１３）にはそれぞれ載置面（１１２ｂ、１１３ｂ）が形成され、
    前記第１及び第２の弁（１２１、１２２）は、前記シャフト（１２０）が所定の距離移動した場合に前記第１及び第２のオリフィス（１１２、１１３）の前記載置面（１１２ｂ、１１３ｂ）からそれぞれ離れる間隔が異なるように構成されて、前記第１及び第２のオリフィス（１１２、１１３）を通過する冷媒の流量を変えたことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。

Images