JP3146722B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業状の利用分野】本発明は膨張弁に関するもので、
特に自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いる膨張弁に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の冷凍サイクル用の膨張弁
は車室内温度、外気温、乗車人員、湿度などによって決
まる冷房負荷の変動に応じて、蒸発器出口の冷媒のスー
パーヒートを一定に保つべく適正な冷媒量を蒸発器に供
給するスーパーヒート制御を行うよう構成されている。

【０００３】例えば、車室内温度が高く冷房負荷が大き
くなったときは、膨張弁開度を変えなければ蒸発器出口
の冷媒のスーパーヒートも高くなるので、スーパーヒー
トを一定に保つために膨張弁の開度を大きくして蒸発器
に供給する冷媒量を増やす。一方、冷房負荷が小さくな
ったときは、蒸発器出口の冷媒のスーパーヒートも低く
なるので、スーパーヒートを一定に保つために膨張弁の
開度を絞って蒸発器に供給する冷媒量を少なくする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、スー
パーヒート一定制御では冷房負荷が小さいときは膨張弁
の開度を絞り、さらに冷媒の高圧圧力も低下しているの
で流せる冷媒流量は減少してしまう。図１０に示すよう
に低圧圧力を一定にした場合、高圧圧力が１５→１０→
５kgｆ／cm² Ｇと低くなるにつれて、膨張弁前後の差圧
が小さくなり、同じ弁全開の状態でもａ→ｂ→ｃと流せ
る冷媒流量は少なくなってしまう。

【０００５】特に自動車用空調装置では、冬期の内気モ
ードの様に、蒸発器に導入する内気は２５℃程度の高温
で蒸発器の冷房負荷は高く、多くの冷媒流量が必要にも
かかわらず、外気は低く凝縮器部では低温低圧となり、
膨張弁に導入される冷媒の高圧圧力が低くなるため膨張
弁前後の差圧が小さくなり、同一スーパーヒートでは高
圧圧力が高いときと同じ流量が確保できない。したがっ
て圧縮機に流入する冷媒の量も減少し、冷媒中に混合さ
れた潤滑油の循環率を確保することが困難となり、圧縮
機の摺動部が十分に潤滑されず焼き付けをおこす恐れが
ある。

【０００６】このため膨張弁の感温筒特性を変えて同一
スーパーヒートにおける膨張弁の開度を大きくし、冷媒
の流量を増やし、圧縮機の摺動部の潤滑を保つことも可
能であるが、夏期の高圧圧力が高いときにスーパーヒー
トに対する流量のゲインを非常に高くすることになりハ
ンチングが発生するため実現困難である。ここで、流量
のゲインとは、ゲイン＝流量／スーパーヒート のこと
である。 一方、同一ゲインで膨張弁の開度を大きくす
るためには、スーパーヒートの大きなところでバランス
しなければ冷媒の流量を増やせないため、蒸発器の効率
および温度分布を悪化させてしまうばかりか、内気温度
以上に冷媒を加熱することはできないので、スーパーヒ
ートを大きくとるといっても限界が生じてしまう。

【０００７】そこで、より低いスーパーヒートでバラン
スさせることが望まれるが図１０のｄ点のように、ます
ます流せる流量が確保できない。本発明は上記問題点に
鑑み、冬期など冷房負荷が小さく冷媒の高圧圧力が低い
ときでも十分な冷媒流量を供給でき、同時に圧縮機への
潤滑油の還流量を確保し、圧縮機の焼き付けを防止でき
る膨張弁を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の膨張弁は上記目
的を達成するため、圧縮機、凝縮器、および蒸発器とと
もに冷凍サイクルを構成する膨張弁であって、前記膨張
弁の外枠を形成する膨張弁本体と、前記膨張弁本体内に
形成され、前記凝縮器と連通してこの凝縮器にて凝縮し
た冷媒が導入される入口冷媒通路と、前記膨張弁本体内
に形成され、前記入口冷媒通路より導入された冷媒を断
熱膨張させる流路絞り部と、前記膨張弁本体内に形成さ
れ、前記流路絞り部にて断熱膨張された冷媒を前記蒸発
器に供給する出口冷媒通路と、前記膨張弁本体内に形成
され、一端は前記蒸発器に接続され、他端は前記圧縮機
に接続された吸入冷媒通路と、前記流路絞り部を開閉す
る弁体と、熱伝導性の良い材質から形成され、前記吸入
冷媒通路を通って移動可能に配設された感温棒と、前記
感温棒により、前記吸入冷媒通路を通過する前記蒸発器
出口側の冷媒の温度が伝えられる感熱室と、前記吸入冷
媒通路を通過する前記蒸発器出口側の冷媒の圧力が導入
される均圧室と、前記感熱室と前記均圧室との圧力に応
じて、前記感温棒を移動させる圧力応動部材と、前記感
温棒に隣接して配設され、前記流路絞り部上流の高圧側
冷媒の圧力が導入される圧力室とを備えており、前記高
圧冷媒の圧力の低下につれて、前記弁体が開く方向に力
を受けるように、前記圧力室は前記感温棒に前記高圧側
冷媒の圧力を作用させるいう技術手段を採用する。

【０００９】

【発明の作用効果】本発明は上記手段を採用したことに
より、冷房負荷が大きく圧縮機が高負荷運転をして膨張
弁に導入される冷媒の高圧圧力が高くなるときは、膨張
弁は蒸発器出口の冷媒のスーパーヒートを一定の範囲内
（５℃〜１０℃）に保つように弁開度を制御する。一
方、冷房負荷が小さいときは、前記圧縮機が低負荷運転
をして膨張弁に導入される高圧圧力が低下し、弁体が開
く方向に力を受け流路絞り部の開度が大きくなるので冷
媒の高圧圧力が低下しても、図１１に示すように蒸発器
に導入される冷媒流量が大幅に減少することはない。し
たがって冬期などで高圧圧力が低いときでも蒸発器へ十
分な冷媒流量を供給し、十分な除湿性能と良好な吹き出
し温度分布を得ることができる。また、同時に圧縮機の
潤滑に必要な冷媒流量を確保し、圧縮機の焼き付けを防
止することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を自動車用空調装置の膨張弁に
適用した場合の第１実施例を図にしたがって示す。

【００１１】図１は実施例の自動車用空調装置の冷凍サ
イクルの概略を示すものである。自動車用空調装置は、
圧縮機１、凝縮器２、レシーバ３、膨張弁４および蒸発
器５を備えている。

【００１２】圧縮機１は図示しない電磁クラッチを介し
て自動車エンジンの回転力を受けて駆動する。凝縮器２
は圧縮機１にて断熱圧縮された高温高圧のガス状冷媒を
車室外の空気との熱交換により凝縮し液冷媒とする。レ
シーバ３は凝縮器２にて凝縮された液冷媒を一時貯留す
るとともに冷媒中の水分や塵埃を取り除く図示しないド
ライヤを内蔵している。膨張弁４はこの液冷媒を断熱膨
張して低温低圧の霧状冷媒とする。蒸発器５は車室内へ
送られる空気との熱交換によってこの霧状冷媒を気化さ
せる。

【００１３】前記膨張弁４において、膨張弁本体６のほ
ぼ中央部には、前記レシーバ３を介して前記凝縮器２と
連通する液冷媒通路８が形成されている。さらに、膨張
弁本体６には前記液冷媒通路８より若干下方位置で、か
つ同通路８と相対向した位置に冷媒を前記蒸発器５に供
給する霧状冷媒通路９が形成されている。これらの液冷
媒通路８および霧状冷媒通路９は、それぞれ請求項１記
載の入口冷媒通路および出口冷媒通路を構成している。
前記液冷媒通路８と前記霧状冷媒通路９との間には弁室
７が形成されている。弁室７の上部には冷媒を断熱膨張
させる流路絞り部を構成する膨張オリフィス１０が設け
られ、前記液冷媒通路８と前記霧状冷媒通路９はこの膨
張オリフィス１０および弁室７を介して連通している。
膨張オリフィス１０の弁室７側には弁座１１が形成され
ている。

【００１４】弁室７の下方にはキャップを兼ねる上部に
円筒状部１４ａを有する調整ねじ１４がねじ止めされて
おり、さらに六角ねじ１５によって膨張弁本体６に固定
されている。この調整ねじ１４の円筒状部１４ａ内に
は、有底円筒形状で底部に円形凸部１２ａを有するアル
ミニウム製のスプール１２が上下動可能に配設されてい
る。また、調整ねじ１４の円筒状部１４ａの上方にはス
プール１２が上方へ移動しすぎることを防ぐスプールお
さえ３７が設置されている。なお、このスプール１２は
請求項１記載の弁支持部材を構成している。

【００１５】前記スプール１２と前記調整ねじ１４とに
より圧力室１３が形成されている。この圧力室１３は調
整ねじ１４の円筒部１４ａに開口された連通孔１６、調
整ねじ１４と膨張弁本体６とにより区画形成された空間
１８、および膨張弁本体６に開口された導入孔１７を介
して前記液冷媒通路８と連通している。したがって、圧
力室１３には膨張オリフィス１０により断熱膨張される
前の液冷媒が満たされることになる。また、前述したよ
うにスプール１２には円形凸部１２ａが設けられている
ので、スプール１２が最下点まで下がってきても液冷媒
が満たされる圧力室１３の容積は必ず確保される。

【００１６】前記スプール１２の円筒内部には圧縮コイ
ルばね１９が配設され、圧縮コイルばね１９の上端には
ばね座２０が取り付けられている。そして前記弁座１１
に下方から対向するようにばね座２０には球状の弁体２
１が固定され前記膨張オリフィス１０を開閉するように
なっている。

【００１７】したがって、弁体２１はスプール１２に支
持されるとともに、圧縮コイルばね１９の付勢力によっ
て弁座１１に圧接される。そして、調整ねじ１４による
圧縮コイルばね１９のセット長、ならびに弁室７内の霧
状冷媒の圧力と圧力室１３内の液冷媒の圧力との圧力差
によってきまるスプール１２の位置により弁座１１に対
する弁体２１の圧接力あるいは位置関係が決定されるよ
うになっている。なお、調整ねじ１４にはＯリング２２
が設けられ、弁室７内の気密が保たれている。

【００１８】前記膨張弁本体６における前記液冷媒通路
８、および前記霧状冷媒通路９の上方位置には、吸入冷
媒通路を構成する低圧冷媒通路２３が貫通形成されてい
る。そしてこの低圧冷媒通路２３の一端は前記圧縮機１
に接続され、圧縮機１は前記凝縮器２とレシーバ３を介
して前記液冷媒通路８に接続されている。また、前記低
圧冷媒通路２３の他端は前記蒸発器５に接続され、蒸発
器５は前記霧状冷媒通路９と接続されている。

【００１９】前記膨張弁本体６の上部にはねじ孔２４が
形成され、このねじ孔２４内には下部ハウジング２５が
Ｏリング２６を介して気密を保った状態でねじ止めされ
ている。この下部ハウジング２５の上部には薄いステン
レス製の圧力に応じて変位するダイヤフラム２７を挟ん
で上部ハウジング２８が配設固定されている。そして、
下部ハウジング２５と上部ハウジング２８内においてダ
イヤフラム２７の上側に感熱室２９が形成されるととも
に、ダイヤフラム２７の下側には前記ねじ孔２４を含む
均圧室３０が形成されている。また、前記感熱室２９の
上部には、キャピラリ３６が取り付けられており、感熱
室２９とキャピラリ３６の中には温度応答体としてのＲ
１２の冷媒が封入されている。

【００２０】膨張弁本体６には前記低圧冷媒通路２３の
中央部から上方へ向かって第１のプランジャ孔３１ａが
形成されており、この第１のプランジャ孔３１ａは前記
均圧室３０と前記低圧冷媒通路２３とを連通している。

【００２１】また、この第１のプランジャ孔３１ａと対
向するように前記低圧冷媒通路２３の中央部から下方に
向かって第２のプランジャ孔３１ｂが形成され、この第
２のプランジャ孔３１ｂの下端と前記液冷媒通路８との
間には、ロッド孔３２が形成されている。そして、プラ
ンジャ孔３１ａ、３１ｂにはアルミ製の感温棒３３が上
下動可能に配設されており、この感温棒３３の上端のス
トッパ部３３ａは前記均圧室３０内に配置されてダイヤ
フラム２７の下面に当接している。また、感温棒３３の
中央部は前記低圧冷媒通路２３内に露出している。さら
に低圧冷媒通路２３、液冷媒通路８および霧状冷媒通路
９は感温棒３３に装着されたＯリング３４にて気密が保
たれている。

【００２２】前記ロッド孔３２の内部にはステンレス製
の作動棒３５が上下動可能に配設され、この作動棒３５
の上端は前記感温棒３３に当接し、中間部は前記液冷媒
通路８内に露出し、下端は前記膨張オリフィス１０内に
おいて前記弁体２１に当接している。以上の、ダイヤフ
ラム２７、感熱室２９、均圧室３０、感温棒３３、作動
棒３５等により弁体２１の開閉を制御する制御機構が構
成されている。

【００２３】次に、上記構成において本実施例の作動を
図１にしたがって説明する。冷凍サイクルの圧縮機１に
て断熱圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、凝縮器２に
て凝縮され液冷媒となった後、レシーバ３を介して膨張
弁４の液冷媒通路８に導入される。さらにこの液冷媒は
膨張オリフィス１０を通過し、この時断熱膨張されて低
温の霧状冷媒となり弁室７内に導入される。そして、こ
の冷媒は弁室７内から霧状冷媒通路９を通過して、蒸発
器５に導入されて気化しガス状冷媒となる。さらに、蒸
発器５から排出されたガス状冷媒は低圧冷媒通路２３を
経て再び前記圧縮機１に戻る。

【００２４】一方、感温棒３３はばね座２０、弁体２１
および作動棒３５を介して圧縮コイルばね１９により常
に上方に付勢されている。したがって膨張オリフィス１
０の開度を決定する弁座１１に対する弁体２１の位置
は、圧縮コイルばね１９の付勢力および均圧室３０内の
冷媒圧と、感熱室２９内のガス圧とがつりあった位置に
保たれる。なお均圧室３０内の冷媒圧力は蒸発器５にて
蒸発したガス状冷媒の圧力である。

【００２５】そして、低圧冷媒通路２３内には前記感温
棒３３が露出しているため、低圧冷媒通路２３内を通過
するガス状冷媒の熱は熱伝導率の高いアルミ製の感温棒
３３を介してダイヤフラム２７に伝達され、さらに、ダ
イヤフラム２７から感熱室２９内のＲ１２の冷媒に伝達
されてその冷媒が液化・ガス化される。したがって、感
熱室２９内の圧力は蒸発器５出口側の冷媒温度に応じて
変化し、その圧力がダイヤフラム２７を介して感温棒３
３の上面に作用し、さらに作動棒３５に作用する。これ
により、弁体２１が開閉制御されて蒸発器５出口の冷媒
のスーパーヒートが一定となるようにスーパーヒート制
御される。

【００２６】ここで、図２および図３にしたがい、弁室
７に配設されたスプール１２の作用について説明する。
スプール１２は図２に示すように、前記液冷媒通路８内
の液冷媒の高圧圧力Ｐ₁ と弁室７内の霧状冷媒の低圧圧
力Ｐ₂ との差圧ΔＰにより変位量がリニアに変化する。
なお、差圧ΔＰは以下の式にて表される。

【００２７】

【数１】ΔＰ＝Ｐ₁ −Ｐ₂ 本実施例では、差圧ΔＰが２kgｆ／cm² 以上のときは、
スプール１２の上部が前記スプールおさえ３７に当接す
る最上点に位置し、差圧ΔＰが１kgｆ／cm² 以下のとき
は、スプール１２の凸部の下面が前記調整ねじ１４の円
柱部上面に当接する最下点に位置するように設定されて
いる。

【００２８】したがって図３に示すように中高負荷時に
は、圧縮機１が高負荷運転をして、凝縮器２から供給さ
れる液冷媒の高圧圧力Ｐ₁ が高く差圧ΔＰが２kgｆ／cm
² 以上となりスプール１２は最上点に停止したままだ
が、低負荷時には圧縮機１が低負荷運転をして、前記液
冷媒の低圧圧力Ｐ₁ が低下して差圧ΔＰが２kgｆ／cm²
未満となったときは、スプール１２が下方に移動し、こ
のため圧縮コイルばね１９を介して弁体２１が開放方向
に移動され、その結果、膨張オリフィス１０の開度が大
きくなり冷媒の流量が多くなる。

【００２９】以上により、液冷媒の高圧圧力Ｐ₁ が高く
差圧ΔＰが２kgｆ／cm² 以上となる中高負荷時は、スプ
ール１２は前述した最上点に停止したままで下方に移動
せず、弁体２１は前記ダイヤフラム２７の変位量に対応
して膨張オリフィス１０を開閉する。

【００３０】例えば、車室内の温度が上昇し冷房負荷が
高くなると前記低圧冷媒通路２３を流れる冷媒の温度も
上昇する。そして、感温棒３３、ダイヤフラム２７を介
して伝熱を受けた感熱室２９内のＲ１２がガス化しダイ
ヤフラム２７が下方に変位する。この変位が感温棒３
３、作動棒３５に伝えられて、弁体２１が下方に移動
し、その結果、膨張オリフォス１０の開度が大きくなり
蒸発器５の入口に流入する冷媒量が増加し、蒸発器出口
の冷媒のスーパーヒートを５℃〜１０℃に保つ。一方、
車室内温度が低下し冷房負荷が低下すると前記低圧冷媒
通路２３を流れる冷媒の温度も低下する。その結果、感
熱室２９のＲ１２が液化し作動棒３５が上方へ移動して
膨張オリフィス１０の開度を小さくし、蒸発器５の入口
に向かう冷媒流量を減少させ、蒸発器出口の冷媒のスー
パーヒートを５℃〜１０℃に保つ。

【００３１】次に、液冷媒の高圧圧力Ｐ₁ が低く差圧Δ
Ｐが２kgｆ／cm² 未満となる低負荷時の作動を説明す
る。車室内温度が低く、冷房負荷が小さい時、圧縮機１
は低負荷運転となり凝縮器２から膨張弁４に供給される
液冷媒の温度および圧力が低下する。そして、それにと
もない前記圧力室１３と前記弁室７の差圧ΔＰが小さく
なり、ΔＰが２kgｆ／cm² 未満となるとスプール１２が
下方に移動して弁体２１が開放方向に移動され、蒸発器
５の入口側の冷媒流量を増加させることができる。スプ
ール１２の変位量は図２に示したように差圧ΔＰにより
決定される。そして、蒸発器出口の冷媒のスーパーヒー
トはスプール１２が下方に位置するにつれて低下し、や
がて０℃となり蒸発器に導入される冷媒は完全に蒸発し
ていない気液２相冷媒となる。

【００３２】このようにして低負荷時に、圧縮機１への
潤滑油の還流量を確保できるように冷媒流量が調節さ
れ、冷媒流量増加により蒸発器出口の冷媒のスーパーヒ
ートは低下するが冷房負荷が小さいので問題とはならな
い。したがって、圧縮機１に対する潤滑油の供給が確実
に行われ、焼き付けをおこすおそれがなくなる。

【００３３】ここで、低負荷時にスプール１２の作用に
より蒸発器５には必要量以上の冷媒が送られることにな
るが、余分な量の冷媒は蒸発器５内で蒸発せずに、圧縮
機１に液冷媒が戻るのみで冷房性能上問題はない。ま
た、圧縮機に流入する液冷媒のガス状冷媒に対する比率
は十分小さいので、圧縮機１内における液圧縮の心配も
ない。

【００３４】上記の第１実施例では、低圧冷媒通路が一
体化されたボックス型膨張弁について述べたが、この低
圧冷媒通路を持たない種類の膨張弁でもよい。例えば、
第１実施例の膨張弁４は、均圧室２６の圧力として蒸発
器出口の冷媒圧力を取ってくる外部均圧式であるが、蒸
発器入口の冷媒圧力を取ってくる内部均圧式の膨張弁で
もよい。また、感熱室２９に伝熱される熱を感知する感
熱筒がキャピラリ３６の先端にあるタイプでもよい。さ
らに本発明の膨張弁は、凝縮器と膨張弁の間にレシーバ
を介するサイクルのみでなく、凝縮器と膨張弁を直接接
続し、蒸発器出口において気液を分離するアキュムレー
タを有するサイクル等の他の冷凍サイクルにも適用でき
る。また、圧縮機として可変容量方式のものを用いても
よい。

【００３５】次に、本発明の第２実施例を説明する。図
４は第２実施例の自動車用空調装置の冷凍サイクルの概
略を示すものであり、圧縮機１、凝縮器２、レシ−バ
３、膨張弁４および蒸発器５を備えている。

【００３６】前記膨張弁４において、膨張弁本体６の下
方部には、前記レシーバ３を介して前記凝縮器２と連通
する液冷媒通路８が形成されている。さらに、膨張弁本
体６には前記液冷媒通路８より若干上方位置で、かつ同
通路８と相対向した位置に冷媒を前記蒸発器５に供給す
る霧状冷媒通路９が形成されている。これらの液冷媒８
および霧状冷媒通路９は、それぞれ請求項１記載の入口
冷媒通路８および出口冷媒通路を構成している。

【００３７】前記膨張弁本体６の中央よりやや下方部に
は、前記液冷媒通路８に通じる弁室７が形成されてい
る。弁室７の上部には冷媒を断熱膨張させる膨張オリフ
ィス１０が設けられ、弁室７と前記霧状冷媒通路９とは
この膨張オリフィス１０を介して連通している。膨張オ
リフィス１０の弁室７側には弁座１１が形成されてい
る。弁室７の下方にはキャップを兼ねる上面に円筒凹部
４０ａを有する調整ねじ４０がねじ止めされており、さ
らに六角ねじ１５によって膨張弁本体６に固定されてい
る。

【００３８】前記調整ねじ４０の円筒凹部４０ａには圧
縮コイルばね１９が配設され、圧縮コイルばね１９の上
端にはばね座２０が取り付けられている。そして前記弁
座１１に下方から対向するようにばね座２０には球状の
弁体２１がスポット溶接され前記膨張オリフィス１０を
開閉するようになっている。したがって、弁体２１は圧
縮コイルばね１９の付勢力によって弁座１１に圧接され
る。そして、調整ねじ４０による圧縮コイルばね１９の
セット長により弁座１１に対する弁体２１の圧接力ある
いは位置関係が決定されるようになっている。なお、調
整ねじ４０にはＯリング２２が設けられ、弁室７内の気
密が保たれている。

【００３９】前記膨張弁本体６における前記液冷媒通路
８、および前記霧状冷媒通路９の上方位置には、請求項
３記載の吸入冷媒通路を構成する低圧冷媒通路２３が貫
通形成されている。そしてこの低圧冷媒通路２３の一端
は前記圧縮機１に接続され、圧縮機１は前記凝縮器２と
レシーバ３を介して前記液冷媒通路８に接続されてい
る。また前記低圧冷媒通路２３の他端は前記蒸発器５に
接続され、蒸発器５は前記霧状冷媒通路９と接続されて
いる。

【００４０】前記膨張弁本体６の上部にはねじ孔２４が
形成され、このねじ孔２４内には下部ハウジング２５が
Ｏリング２６を介して気密を保った状態でねじ止めされ
ている。この下部ハウジング２５の上部には薄いステン
レス製の圧力に応じて変位するダイヤフラム２７を挟ん
で上部ハウジング２８が配設固定されている。そして、
下部ハウジング２５と上部ハウジング２８内においてダ
イヤフラム２７の上側に感熱室２９が形成されるととも
に、ダイヤフラム２７の下側には前記ねじ孔２４を含む
均圧室３０が形成されている。また、前記感熱室２９の
上部にはキャピラリ３６が取り付けられており、感熱室
２９とキャピラリ３６の中には温度に応じて内部のガス
を吸着または離脱する活性炭が封入されている。

【００４１】膨張弁本体６には前記低圧冷媒通路２３の
中央部から上方へ向かって第１のプランジャ孔３１ａが
形成されており、この第１のプランジャ孔３１ａは前記
均圧室３０と前記低圧冷媒通路２３とを連通している。

【００４２】また、この第１のプランジャ孔３１ａと対
向するように前記低圧冷媒通路２３の中央部から下方に
向かって第２のプランジャ孔３１ｂが形成され、この第
２のプランジャ孔３１ｂの下端と前記弁室７との間に
は、前記霧状冷媒通路９と交わることのない位置にロッ
ド孔３２ａ、３２ｂが形成されている。そして、プラン
ジャ孔３１ａ、３１ｂにはアルミ製の感温棒３３が上下
動可能に配設されており、この感温棒３３の上部のスト
ッパ部３３ａは前記均圧室３０内に配置されてダイヤフ
ラム２７の下面に当接している。また、感温棒３３の中
央部は前記低圧冷媒通路２３内に露出している。さらに
低圧冷媒通路２３と前記液冷媒通路８とは感温棒３３に
装着されたブッシュ４１、シール４２，およびＯリング
４３によって気密が保たれている。

【００４３】前記ロッド孔３２ａ、３２ｂの内部にはス
テンレス製の作動棒３５ａ、３５ｂがそれぞれ上下動可
能に配設され、これらの作動棒３５ａ、３５ｂの上端は
前記感温棒３３に当接し、下端は前記弁室７内において
前記ばね座２０に当接している。また、感温棒３３の下
端面と第２のプランジャ孔３１ｂの底面とによって圧力
室４４が形成されている。この圧力室４４は前記ロッド
孔３２ａ，３２ｂにより前記圧力室７と連通しており、
膨張オリフィス１０にて断熱膨張される前の高圧液冷媒
がロッド孔３２ａ，３２ｂの隙間を通って圧力室４４に
満たされることになる。上記した、ダイヤフラム２７、
感熱室２９、均圧室３０、感温棒３３、作動棒３５ａ、
３５ｂ等により弁体２１の開閉を制御する制御機構が構
成されている。

【００４４】次に、上記構成において第２実施例の作動
を図４にしたがって説明する。冷凍サイクルの圧縮機１
にて断熱圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、凝縮器２
にて凝縮され液冷媒となった後、レシーバ３を介して膨
張弁４の液冷媒通路８を通過し弁室７内に導入される。
さらに、この液冷媒は膨張オリフィス１０を通過し、こ
の時断熱膨張されて低温の霧状冷媒となり、霧状冷媒通
路９を通過して、蒸発器５に導入されて気化しガス状冷
媒となる。この後、蒸発器５から排出されたガス状冷媒
は低圧冷媒通路２３を経て再び前記圧縮機１に戻る。

【００４５】一方、感温棒３３はばね座２０および作動
棒３５を介して圧縮コイルばね１９により常に上方に付
勢されている。したがって膨張オリフィス１０の開度を
決定する弁座１１に対する弁体２１の位置は、圧縮コイ
ルばね１９の付勢圧力Ｐ₁ 、圧力室４４内の高圧冷媒圧
力Ｐ₂ 、均圧室３０内の低圧冷媒圧力Ｐ₃ 、および感熱
室２９内のガス圧Ｐ₄ がつりあった位置に保たれる。つ
まり、各圧力のバランスはＰ₁ ＋Ｐ₂ ＋Ｐ₃ ＝Ｐ₄ とな
っている。なお均圧室３０内の低圧冷媒圧力は蒸発器５
にて蒸発したガス状冷媒の圧力である。

【００４６】そして、低圧冷媒通路２３内には前記感温
棒３３が露出しているため、低圧冷媒通路２３を通過す
るガス状冷媒の熱は熱伝導率の高いアルミ製の感温棒３
３を介してダイヤフラム２７に伝達され、さらに、ダイ
ヤフラム２７から感熱室２９内の活性炭に伝達される。
この活性炭は温度に応じて感熱室２９内のガスを吸着ま
たは離脱するもので、周囲の温度が低くなるとガスを吸
着し温度が高くなるとガスを離脱する。したがって感熱
室２９内のガス圧は蒸発器５出口側の冷媒温度に応じて
変化し、そのガス圧がダイヤフラム２７を介して感温棒
３３の上面に作用し、さらに作動棒３５に作用する。こ
れにより、弁体２１が開閉制御されて蒸発器５出口の冷
媒のスーパーヒートが一定となるようにスーパーヒート
制御される。

【００４７】例えば、冷媒の低圧圧力が２kgｆ／cm² で
一定として、冷媒の高圧圧力が４kgｆ／cm² 以上の中高
負荷時に、車室内の温度が上昇し冷房負荷が高くなると
前記低圧冷媒通路２３を流れる冷媒の温度も上昇する。
そして、感温棒３３、ダイヤフラム２７を介して伝熱を
受けた感熱室２９内の活性炭がガスを離脱するので、感
熱室２９内の圧力Ｐ₄ が上昇し、圧力バランスがＰ₁ ＋
Ｐ₂ ＋Ｐ₃ ＜Ｐ₄ となり、ダイヤフラム２７が下方に変
位し、この変位が感温棒３３、作動棒３５ａ、３５ｂに
伝えられて、弁体２１が下方に移動する。その結果、膨
張オリフィス１０の開度が大きくなり蒸発器５の入口に
流入する冷媒量が増加し、蒸発器出口の冷媒のスーパー
ヒートを５℃〜１０℃に保つ。

【００４８】一方、車室内温度が低下し冷房負荷が低く
なると前記低圧冷媒通路２３を流れる冷媒の温度も低下
する。その結果、感熱室２９内の活性炭がガスを吸着す
るので、感熱室２９内の圧力Ｐ₄ が低下し圧力バランス
がＰ₁ ＋Ｐ₂ ＋Ｐ₃ ＞Ｐ₄ となるので作動棒３５が上方
へ移動して、膨張オリフィス１０の開度を小さくする。
そして、蒸発器５の入口に向かう冷媒流量を減少させ、
蒸発器出口の冷媒のスーパーヒートを５℃〜１０℃に保
つ。

【００４９】次に、液冷媒の高圧圧力が低く４kgｆ／cm
² 未満となる低負荷時の作動を説明する。冷房負荷が小
さいため、圧縮機１は低負荷運転となり凝縮器２から膨
張弁４に供給される液冷媒の高圧圧力が低下すると、こ
の液冷媒で満たされる圧力室４４内の圧力Ｐ₂ が低下す
るので、圧力バランスがＰ₁ ＋Ｐ₂ ＋Ｐ₃ ＜Ｐ₄ とな
り、弁体２１が下方に移動し膨張オリフィス１０の開度
が大きくなるので、蒸発器５の入口側の冷媒流量を増加
させることができる。そして蒸発器出口の冷媒のスーパ
ーヒートは弁体２１が下方に位置するにつれて低下し、
やがて０℃となり蒸発器５に導入される冷媒は完全に蒸
発していない気液２相冷媒となる。このことは図１１に
おいて、図１０に示す従来の膨張弁の特性と比較して、
高圧圧力Ｐh が１５→１０→５kgｆ／cm² と低くなるに
つれて、同一弁開度でのスーパーヒートは低下するが、
同一スーパーヒートにおける冷媒の流量を増加させるこ
とができる。例えば、圧縮機に冷媒を液バックさせるス
ーパーヒート１．５℃付近でも、ｄ点に示すように図１
１のほうが図１０よりも冷媒流量を確保できる。ここで
図１１におけるａ，ｂ，ｃは各高圧圧力における弁の全
開ポイントであり、ａ’、ｂ’、ｃ’は弁の開き始めの
ポイントである。

【００５０】このようにして、低負荷時は冷媒流量増加
によりスーパーヒート制御が停止され、圧縮機１への潤
滑油の還流量を確保できるように冷媒流量が調節され
る。したがって圧縮機１に対する潤滑油の供給が確実に
行われ、焼き付けをおこすおそれがなくなる。また、蒸
発器５へ十分な冷媒流量が供給でき、十分な除湿性能と
良好な吹き出し温度分布を得ることができる。

【００５１】ここで、低負荷時に蒸発器５には必要以上
の冷媒が送られることになるが、余分な量の冷媒は蒸発
器５内で蒸発せずに、圧縮機１に液冷媒が戻るのみで冷
房性能上問題はない。また、圧縮機に流入する液冷媒の
ガス状冷媒に対する比率は十分小さいので、圧縮機１に
おける液圧縮の心配もない。

【００５２】次に、本発明の第３実施例を図５にしたが
って説明する。図４に示した第２実施例の膨張弁４にお
いて、感温棒３３下面の圧力室４４に温度の高い高圧液
冷媒を導くと、感温棒３３における検出温度が、感熱室
２９に伝えるべきの蒸発器出口のガス状冷媒の温度より
も高くなり、正確な温度が伝達されなくなるおそれがあ
る。そこで、図５に示す第３実施例では感温棒３３の下
部を断熱材による感温部３３ｂとすることによって上記
の問題を解決する。

【００５３】図４に示した第２実施例の膨張弁４におい
て、圧力室４４に満たされる液冷媒の高圧圧力が通常の
１５kgｆ／cm² Ｇ程度のときに、蒸発器５出口の冷媒の
スーパーヒートが５℃〜１０℃となるように設定して
も、高圧圧力が３０kgｆ／cm²Ｇ程度の非常な高圧にな
ったときには、圧力室４４内の圧力Ｐ₂ の値が大きくな
り圧力バランスがＰ₁ ＋Ｐ₂ ＋Ｐ₃ ＞Ｐ₄ となり、弁体
２１が上方に移動して膨張オリフィス１０の開度が小さ
くなるので、蒸発器出口の冷媒のスーパーヒートがほぼ
２倍の値で制御されてしまう。

【００５４】このことを防止するため、図６に示す第４
実施例では、副弁用ボデー５０、オリフィス５１、ボー
ル弁５２、および圧縮ばね５３により副弁５４を構成し
圧力室４４の下側に配設する。そして、圧力室４４内の
液冷媒の圧力Ｐ₂ が大きくなりすぎたときは、この副弁
５４にてその冷媒を減圧し、霧状冷媒通路９へ圧力を逃
がすことにより蒸発器出口のスーパーヒートが高くなり
すぎないように調節する。

【００５５】図７に示す第５実施例では、上述した第４
実施例において圧力室４４の下側に副弁５４を配設した
ことを利用して、副弁に突起５５を取り付ける。この突
起５５によって膨張オリフィス１０の下流に生じるガス
冷媒噴流のジェットコアを消滅させ、噴流の乱流拡散層
を全体として小さくする。これによって、冷凍サイクル
の起動時などのガス冷媒噴流によるジェットコア発生で
の騒音を低減できる。

【００５６】第６実施例では図８に示すように、作動棒
３５が弁口内を通過しているタイプの膨張弁でも圧力室
４４と低圧冷媒通路２３とをブッシュ４１、シール４
２、およびＯリング４３によって気密を保ち、また圧力
室４４と霧状冷媒通路９とをブッシュ７１、シール７
２、およびＯリング７３とによって気密を保つ。そして
圧力室４４と弁室７とを連通する霧状冷媒通路９とは交
わらない連通孔５６を開口することにより、上記の実施
例で示したような、膨張弁４に導入される冷媒の高圧圧
力が低いほど、同一スーパーヒートでも十分な冷媒流量
を確保できる膨張弁を実現することができる。

【００５７】図９に示す第７実施例のように蒸発器の下
流に、ＥＰＲ（蒸発圧力調整弁）６５を備えた冷凍サイ
クルにおいても本発明の膨張弁は実施することができ
る。ここでＥＰＲとは、蒸発器の蒸発圧力を一定値以上
に保って蒸発器のフロストを防ぐための減圧弁である。
この場合、ＥＰＲ６５による冷媒の減圧を利用して、十
分な冷媒流量を確保することができる。つまり、膨張弁
４の弁体２１を下方に移動させるためダイヤフラム２７
下の均圧室３０に、ＥＰＲ６５によって減圧された冷媒
の圧力を導く。そこで、ＥＰＲ６５下流に圧力検値管６
０を設置して、この圧力検値管６０に外均管６１の一端
を接続する。また、膨張弁本体６には外均管６１の他端
と均圧室３０とを連通する貫通孔６２を開口する。そし
て、ＥＰＲで減圧された後の冷媒の圧力を圧力検値管６
０にて検値し、外均管６１と貫通孔６２とを介して均圧
室３０に導く。この時、均圧室３０と低圧冷媒通路２３
とはブッシュ６３とＯリング６４とによってシールし、
ＥＰＲ６５上流の冷媒とＥＰＲ６５下流の冷媒が混合し
ないようにする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の膨張弁および冷凍サイク
ルの概要を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例のスプールの変位量の特性
を示す図である。

【図３】本発明の第１実施例のスプールの作動状態を示
す説明図である。

【図４】本発明の第２実施例の膨張弁および冷凍サイク
ルの概要を示す図である。

【図５】本発明の第３実施例の膨張弁および冷凍サイク
ルの概要を示す図である。

【図６】本発明の第４実施例の膨張弁および冷凍サイク
ルの概要を示す図である。

【図７】本発明の第５実施例の膨張弁および冷凍サイク
ルの概要を示す図である。

【図８】本発明の第６実施例の膨張弁および冷凍サイク
ルの概要を示す図である。

【図９】本発明の第７実施例の膨張弁および冷凍サイク
ルの概要を示す図である。

【図１０】従来の膨張弁の流量特性を示す図である。

【図１１】本発明の膨張弁の流量特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ４ 膨張弁 ５ 蒸発器 ６ 膨張弁本体 ７ 弁室 ８ 液冷媒通路 ９ 霧状冷媒通路 １０ 膨張オリフィス １２ スプール １３ 圧力室 ２１ 弁体 ２３ 低圧冷媒通路 ４４ 圧力室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭54−99160（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 41/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、および蒸発器とともに
   冷凍サイクルを構成する膨張弁であって、 前記膨張弁の外枠を形成する膨張弁本体と、 前記膨張弁本体内に形成され、前記凝縮器と連通してこ
   の凝縮器にて凝縮した冷媒が導入される入口冷媒通路
   と、 前記膨張弁本体内に形成され、前記入口冷媒通路より導
   入された冷媒を断熱膨張させる流路絞り部と、 前記膨張弁本体内に形成され、前記流路絞り部にて断熱
   膨張された冷媒を前記蒸発器に供給する出口冷媒通路
   と、 前記膨張弁本体内に形成され、一端は前記蒸発器に接続
   され、他端は前記圧縮機に接続された吸入冷媒通路と、 前記流路絞り部を開閉する弁体と、 熱伝導性の良い材質から形成され、前記吸入冷媒通路を
   通って移動可能に配設された感温棒と、 前記感温棒により、前記吸入冷媒通路を通過する前記蒸
   発器出口側の冷媒の温度が伝えられる感熱室と、 前記吸入冷媒通路を通過する前記蒸発器出口側の冷媒の
   圧力が導入される均圧室と、 前記感熱室と前記均圧室との圧力に応じて、前記感温棒
   を移動させる圧力応動部材と、 前記感温棒に隣接して配設され、前記流路絞り部上流の
   高圧側冷媒の圧力が導入される圧力室とを備えており、 前記高圧冷媒の圧力の低下につれて、前記弁体が開く方
   向に力を受けるように、前記圧力室は前記感温棒に前記
   高圧側冷媒の圧力を作用させることを特徴とする膨張
   弁。