JPH09133435A - 膨脹弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷房負荷の変動に応じて冷媒流量を高い精度で
制御することができ、コンプレッサの故障や破損を防止
することができる膨脹弁を提供する。 【解決手段】 弁座４６と弁体１００とで形成される流
路面積によって冷媒流量を制御する膨脹弁４において、
前記弁座４６または弁体１００のシール面に、弁体１０
０の全閉から全開への弁リフト量に対し冷媒流量の変化
勾配が変化する異なる勾配の複数のシール面１０１、１
０２を形成したことを特徴とする膨脹弁である。このよ
うな構成によれば、所定のリフト量を越えると冷媒流量
の変化割合が自動的に変わるようになり、簡単な構造で
冷房負荷に応じた冷媒流量を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクルにお
いて冷媒の流量制御に用いられる膨脹弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】空調装置などに用いられているレシーバ
式冷凍サイクルは、従来、図３に示すように、コンプレ
ッサ１、コンデンサ２、レシーバ３、膨脹弁４およびエ
バポレータ５を備えており、冷媒が上記の順で流れるサ
イクルを構成している。

【０００３】すなわち、ガス状の冷媒はコンプレッサ１
にて高温、高圧に加圧されてコンデンサ２に送られ、こ
のコンデンサ２においてはファンなどで外気が送風され
ることにより高温、高圧のガス状冷媒が強制的に冷却さ
れる。このため冷媒ガスは凝縮の潜熱が冷却風に奪わ
れ、よって液化する。そして、コンデンサ２を流れる間
に過冷却（スーパクール）される。

【０００４】コンデンサ２で液化された上記高圧の冷媒
はレシーバ３に送られ、レシーバ３で減圧される。この
減圧された液冷媒は、膨脹弁４が開かれたときに急激に
膨脹されて低圧、低温の液冷媒となり、この液状冷媒は
エバポレータ５に送られる。エバポレータ５に入った液
状冷媒は、エバポレータ５のチューブ内を流れる間に、
周囲の空気からフィンを通じて蒸発に必要な潜熱を奪っ
て盛んに蒸発し、これにより周囲の空気を冷却し、室内
を冷房する。

【０００５】上記エバポレータ５で霧化した冷媒はコン
プレッサ１に戻され、再び高温、高圧に加熱されてコン
デンサ２へ送られる。以上のような冷媒の冷凍サイクル
を繰り返すことにより、冷媒はエバポレータ５で室内の
空気から熱を奪って室内の空気を冷房し、この熱をコン
デンサ２を介して外気に捨てるようになっている。

【０００６】上記のような空調装置においては膨脹弁４
で冷媒の流量を制御し、かつエバポレータ５出口の冷媒
が適度な過熱度（スーパヒート）を維持するように制御
している。すなわちエバポレータ５を流れる冷媒はエバ
ポレータ５で完全に蒸発が終える程度に過熱度されるよ
うになっており、これによりコンプレッサ１に液冷媒を
戻さないようにしている。

【０００７】このような膨脹弁４としては、例えば図４
に示される温度式膨脹弁が用いられており、この温度式
膨脹弁は、膨脹弁本体４０内にダイアフラム４１を設
け、このダイアフラム４１は膨脹弁本体４０内を圧力室
４２と均圧室４３とに区画している。均圧室４３は、図
示しない配管を介してエバポレータ５の出口部に接続さ
れており、エバポレータ５の冷媒ガス圧が均圧室４３に
導入されるようになっている。

【０００８】上記ダイアフラム４１には弁棒４４が連結
されており、この弁棒４４には弁体４５が取り付けられ
ている。弁体４５は弁座４６に接離するようになってお
り、この弁座４６は上記弁体４５により開度が変化され
る弁孔４６ａを有している。弁孔４６ａは、レシーバ３
に連なる入口接続管４７およびエバポレータ５に連なる
出口接続管４８の間に形成されている。弁体４５にはリ
ターンスプリング４９が連結されており、この弁体４５
はリターンスプリング４９の付勢力を受けて常に弁座４
６に当接する方向、すなわち閉弁方向の力を受けてい
る。

【０００９】上記圧力室４２には細管５１を介して感温
筒５０が接続されている。感温筒５０には不活性ガスお
よび温度に応じて不活性ガスを吸着する吸着剤５２が収
容されている。

【００１０】この感温筒５０はエバポレータ５の出口部
に設置されており、このエバポレータ５出口の冷媒温度
を検出するようになっている。このような構成の膨脹弁
４は、エバポレータ５出口部の冷媒の過熱度が所定値以
上になると感温筒５０に収容した吸着剤５２の温度が上
昇して不活性ガスを放出し、感温筒５０のガス圧を上昇
させる。このガス圧は細管５１を通じて膨脹弁本体４０
の圧力室４２に伝達され、この圧力室４２のガス圧が上
昇する。このガス圧はダイアフラム４１を押し、均圧室
４３の冷媒ガス圧およびリターンスプリング４９の付勢
力との和に打ち勝つと弁棒４４を介して弁体４５を押し
下げる。このことから、弁体４５は弁座４６から離れ、
弁孔４６ａを開く。ゆえに、レシーバ３の冷媒が入口接
続管４７および弁孔４６ａ、出口接続管４８を通じてエ
バポレータ５に送り出されることになり、エバポレータ
５を流れる冷媒の流量が増加する。これによりエバポレ
ータ５出口部の冷媒の過熱度を所定値以下に下げること
ができる。

【００１１】逆に、エバポレータ５出口部の冷媒の過熱
度が所定値以下になると、吸着剤５２が不活性ガスを吸
着して感温筒５０のガス圧を下げ、これにより圧力室４
２のガス圧を下げ、弁体４５を弁座４６側に近づける。
よって、弁孔４６ａの開度が絞られ、エバポレータ５に
送り込まれる冷媒の量が減少される。このためエバポレ
ータ５出口部の冷媒の過熱度を所定値以上に引上げるこ
とができる。

【００１２】ところで、上記のような機能を奏する膨脹
弁４において、従来の弁体４５は、図５に示すような球
状をなしていた。なお、４５ａは弁体受けである。上記
のような球状弁体４５の場合、弁体４５が弁座４６から
離れる弁リフト量に対し冷媒流量は図６に示す特性図の
ように、ほぼ直線的に変化する。図６の特性Ｂは特性Ａ
に比べて大流量の膨脹弁の特性を示しており、球状弁体
の直径を大きくすることにより得られる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
車両用空調装置などでは、自動車が高速走行していると
きに冷房負荷が大きくなった場合、エバポレータ５で冷
媒の蒸発が活発になるからエバポレータ出口部の冷媒の
過熱度が増加することになり、多量の冷媒流量を必要と
する。しかし、図６の特性Ａをもつ膨脹弁では冷媒流量
を十分に供給することができない。よって、特性Ｂの膨
脹弁を使用することが要請される。

【００１４】一方、特性Ｂの膨脹弁では、冷房負荷が定
格負荷より低い軽負荷の場合、冷媒流量が過剰になって
冷媒の過熱度が小さくなったり、ハンチング等を発生し
易くなり、冷房性能が特性Ａの膨脹弁に比べて若干低下
する。さらに、特性Ｂの膨脹弁の場合、冷媒流量が過剰
になってコンプレッサの起動時に液戻りが発生し易く、
コンプレサの破損の原因となる。このことから、コンプ
レッサの起動時や、軽負荷から定格負荷に亘る運転域で
は特性Ａをもつ膨脹弁を使用することが望ましい。

【００１５】したがって本発明の目的とするところは、
冷房負荷の軽負荷から高負荷まで、負荷の変動に応じて
適正な冷媒流量の制御が行え、過熱度が過大になるのを
抑止し、コンプレッサの故障や破損を防止することがで
きる膨脹弁を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、弁座と弁体とで形成される流路
面積によって冷媒流量を制御する膨脹弁において、前記
弁座および弁体のシール面のうちの少なくとも一方のシ
ール面に、弁体の全閉から全開への弁リフト量に対し冷
媒流量の変化勾配が変化する異なる勾配の複数のシール
面を形成してなることを特徴とする膨脹弁である。

【００１７】請求項１の発明によれば、弁体が弁座に着
座して弁孔を閉止した状態から弁座より離れる方向へ移
動すると、弁体と弁座との間の間隙の変化割合が上記勾
配の異なるシール面に応じて変化し、冷媒流量の変化が
緩やかになるリフト領域と、冷媒流量の変化が急激にな
るリフト領域とが形成される。よって、弁リストの途中
で冷媒流量の変化割合を変えることができる。

【００１８】請求項２の発明は、前記複数のシール面
は、軽負荷から定格負荷域に対応した勾配と、高負荷域
に対応した勾配の少なくとも２つの勾配の異なるシール
面により形成されていることを特徴とする請求項１に記
載の膨脹弁である。

【００１９】請求項２の発明によれば、弁体が弁座に着
座して弁孔を閉止した状態から弁座より離れる方向へ移
動すると、リフト量の少ない領域では冷媒流量の変化が
緩やかになり、軽負荷から定格負荷域に対応した冷媒流
量を得ることができ、またリフト量が定格負荷域を越え
ると冷媒流量の変化が急激になり、高負荷域に対応した
冷媒流量を確保することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明について、図１および
図２に示す一実施例にもとづき説明する。本実施例は図
３および図４に示す冷凍サイクルに用いられる温度式膨
脹弁４に適用した例を示し、図３および図４に示す部材
と同一であってよい部材は同一番号を付して説明を省略
する。

【００２１】図１は、本実施例の膨脹弁において従来と
異なる箇所のみを示すものであり、同図において１００
は弁体である。この弁体１００は大略円錐形をなしてお
り、周側面のシール面には緩勾配部１０１と急勾配部１
０２が形成されており、２段勾配になっている。

【００２２】上記弁体１００は弁棒４４を介して図４に
示すダイアフラム４１に連結されている。そして、上記
弁体１００にはばね受座１０３が形成されており、この
ばね受座１０３にはリターンスプリング４９の上端が当
接している。

【００２３】このような構成の実施例における作用を説
明する。弁体１００が弁座４６に当接して弁孔４６ａを
閉止している状態から、エバポレータ５出口部の冷媒の
過熱度に応じて感熱筒５０のガス圧が変化すると、この
ガス圧に応答してダイアフラム４１が作動し、これによ
り弁棒４４が下向きに押されると、弁体１００は弁座４
６から離れ、弁孔４６ａを開く。

【００２４】弁体１００のリフト量が小さな軽負荷から
定格負荷までの運転域では、弁体１００と弁座４６との
間の開口面積は緩勾配部１０１の緩傾斜シート面に支配
される。このため、弁体１００のリフト量に対する弁孔
４６ａの開口面積の変化割合は比較的緩やかであり、図
２のａに示すように、冷媒流量の変化具合も緩やかにな
る。

【００２５】弁体１００のリフト量が定格負荷を越える
大きな運転域では、弁体１００と弁座４６との間の開口
面積は急勾配部１０２の急傾斜シート面に支配される。
このため、弁体１００のリフト量に対する弁孔４６ａの
開口面積の変化割合は急激に変化するようになり、よっ
て図２のｂに示すように、冷媒流量の変化具合も急激に
なる。

【００２６】このような構成によれば、軽負荷から定格
負荷までの運転域では、冷媒流量の変化具合が緩やかで
あるから冷媒流量が過剰にならず、よってエバポレータ
５出口部における冷媒の過熱度の低下が抑止され、過熱
度の低下に起因する冷房性能の低下を防止することがで
きる。また、冷媒流量が過剰にならないから、コンプレ
ッサ１起動時の液戻りを防止することができる。

【００２７】そして、定格負荷を越える大きなリフト量
域では、冷媒流量の変化具合が急激になり、冷媒流量を
増加させることができる。これにより、例えば自動車が
高速走行するときにコンプレッサ１が高速回転となりか
つ冷房負荷が大きい運転条件では、冷媒流量を大幅に増
加させることができる。このためエバポレータ５出口部
の冷媒過熱度の増加を抑止することができ、コンプレッ
サ１の過熱を防止することができる。

【００２８】したがって、１個の膨脹弁で流量特性の切
換えが自動的におこなえ、構造が簡単であるとともに、
弁体１００の動きもシンプルであるから確実な作動がな
され、流量特性を確実に切換えることができるようにな
る。

【００２９】なお、上記実施例では、本発明の温度式膨
脹弁を車両用空調装置の冷凍サイクルに適用した例を説
明したが、本発明の膨脹弁は種々の冷凍サイクルに実施
可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、所定のリフト量を越えると冷媒流量の変化割合が
自動的に変わるようになり、簡単な構造で冷房負荷に応
じた冷媒流量を得ることができる。

【００３１】請求項２の発明によれば、リフト量が少な
い領域では冷媒流量の変化が緩やかになり、軽負荷から
定格負荷域に対応した冷媒流量を得ることができ、また
リフト量が定格負荷域を越えると冷媒流量の変化が急激
になり、高負荷域に対応した冷媒流量を確保することが
できる。したがって、自動的に冷房負荷に応じた冷媒流
量を設定することができ、コンプレッサの過熱故障など
が防止されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す温度式膨脹弁の弁体部
分の構成図。

【図２】同実施例の温度式膨脹弁を用いた弁リフト量と
冷媒流量の関係を示す特性図。

【図３】本発明および従来の温度式膨脹弁を用いた車両
用空調装置の冷凍サイクルを示す構成図。

【図４】本発明および従来の温度式膨脹弁の全体構造を
示す図。

【図５】従来の温度式膨脹弁の弁体部分の構成図。

【図６】従来の温度式膨脹弁を用いた弁リフト量と冷媒
流量の関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…コンプレッサ ２…コンデンサ ３…レシーバ ４…膨脹弁 ５…エバポレータ ４０…膨脹弁本体 ４１…ダイアフラム ４２…圧力室 ４６…弁座 ４６ａ…弁孔 ５０…感温筒 １００…弁体 １０１…緩勾配部 １０２…急勾配部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座と弁体とで形成される流路面積によ
   って冷媒流量を制御する膨脹弁において、 前記弁座および弁体のシール面のうちの少なくとも一方
   のシール面に、弁体の全閉から全開への弁リフト量に対
   し冷媒流量の変化勾配が変化する異なる勾配の複数のシ
   ール面を形成してなることを特徴とする膨脹弁。
2. 【請求項２】 前記複数のシール面は、軽負荷から定格
   負荷域に対応した勾配と高負荷域に対応した勾配の少な
   くとも２つの勾配の異なるシール面により形成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の膨脹弁。