JPH0670541B2 - 冷凍サイクル用膨張弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の利用分野 本発明は冷凍サイクル用膨張弁に関し、例えばカーエア
コンに用いて好適なものである。

従来の技術 コンプレツサから吐出されるガス冷媒をコンデンサで凝
縮させて、これをレシーバ内で気液２相に分離させ、レ
シーバから液冷媒を膨張弁に導いてここで液冷媒を断熱
膨張させてエバポレータに導入して該エバポレータ内で
蒸発させてエバポレータの周囲から熱を奪い、しかる
後、エバポレータからガス冷媒をコンプレツサに戻す冷
凍サイクルにおいて、膨張弁の開度を、エバポレータの
下流側の冷媒圧力と、エバポレータ下流の冷媒温度とに
もとずいて制御することにより冷媒の流量を制御する技
術が知られているが、この技術では、感温筒、外均管等
の接続を必要とし、配管が複雑なために、第２図に示す
膨張弁100が考案されている。

この膨張弁100は本体101を有し、この本体101内に第１
〜第４の通路102,103,104及び105が形成されている。コ
ンプレツサ１は高温、高圧のガス冷媒を吐き出し、コン
デンサ２はこのガス冷媒を凝縮し、凝縮された冷媒はレ
シーバ３内で気液２相に分離される。前記第１の通路10
2はレシーバ３に接続され、レシーバから高圧液冷媒を
受け入れる。第２の通路103は膨張オリフイス106を介し
て第１の通路102と連通し、このオリフイス106を通つた
低圧気液２相冷媒をエバポレータ４に向けて流す。第３
の通路104はエバポレータ４からのガス冷媒を受け入れ
る。第４の通路105は第３の通路104と連通し、エバポレ
ータ４からのガス冷媒をコンプレツサ１へ戻す。

膨張オリフイス106を通る冷媒流量は弁体107の開度によ
り決まる。この弁体107はスプリング108により弁座の方
へばね負荷されており、一方、ピン109が弁体107を弁座
から押し離すように作用する力を弁体107に加える。こ
のピン109は感熱室110と低圧冷媒室111とを仕切るダイ
アフラム112により軸方向に移動可能であり、感熱室110
内の圧力は通路104,105を流れる冷媒の温度に応じて変
化し、低圧冷媒室111は通路104,105と連通する。従つ
て、弁座に対する弁体107の位置は２つの室110,111間の
差圧と、スプリング108のばね力とのバランス位置によ
つて決まり、エバポレータ４から出る冷媒の温度に変化
があれば感熱室110内の圧力に変化が生じてダイアフラ
ム112が変位し、その結果、弁体107が変位してエバポレ
ータ４への冷媒の流量を調節するようになつている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述の構成では、コンプレツサ１の高速
回転時、冷房負荷の増大時等、冷媒循環量の大きい場合
にはスーパーヒートの適正制御が不能となり、スーパー
ヒートの増加を招く。これはコンプレツサ１の過熱を招
くので、コンプレツサ自身の破損、あるいは、高圧ホー
スの破損の原因となる、という問題がある。また、この
問題を解決するべく何等かの保護装置（例えば、コンプ
レツサの吐出温度を検知しコンプレツサをON−OFF制御
する制御装置）を用いた場合、冷房不良、コスト上昇と
いう別の問題を生じていた。

問題点を解決する技術的手段 上述の問題点を解決するために、本発明は、高圧液冷媒
を受け入れる第１の通路と、膨張オリフイスを介して該
第１の通路と連通し該膨張オリフイスを通つた低圧気液
２相冷媒をエバポレータに向けて流す第２の通路と、該
エバポレータからの冷媒を受け入れる第３の通路と、該
第３の通路と連通し該エバポレータからの冷媒をコンプ
レツサへ戻す第４の通路とを備えた冷凍サイクル用膨張
弁において、前記第３の通路の入口から第４の通路の出
口までの間の位置と前記第２の通路との間にバイパス通
路を設けるとともに、前記第２の通路内の冷媒圧力と前
記エバポレータからの冷媒の圧力との差圧に従い前記バ
イパス通路を開閉するバイパス弁を設けたことを特徴と
する冷凍サイクル用膨張弁を提供する。

作用 通常運転時には、バイパス弁はバイパス通路を閉じてお
り、膨張弁は通常の膨張弁作用を行うが、コンプレツサ
の過熱が問題となるような場合には、エバポレータでの
冷媒圧力損失が増大するので、第２の通路内の冷媒圧力
とエバポレータから出る冷媒の圧力との間の圧力差が増
大することになり、バイパス弁はこの圧力差に応じてバ
イパス通路を開いて第２の通路から冷却能力の高い気液
２相冷媒を第４の通路へバイパスさせ、コンプレツサの
過熱を防止する。

実施例 第１図は本発明を実施した膨張弁200を示すもので、同
図において第２図の従来例と同様な部分には同一の参照
数字を付して示してある。膨張弁200は概略円筒形のも
のである。レシーバ３に接続される第１の通路102は本
体101内でその半径方向に延び、その内端は本体101の下
端部内に形成された弁室113に連通している。エバポレ
ータ４に接続される第２の通路103は本体101の軸方向に
おいて第１の通路102から幾分ずらされ、かつ、第１の
通路102と直径方向に対向した位置で本体101の半径方向
に形成されている。膨張オリフイス106は弁室113を第２
の通路103に連通させている。膨張オリフイス106は弁室
113内に向いて開いた弁座を有する。弁体107は弁室113
内に配置された球体から成る。この球体はスプリング10
8の内端に支持された円盤114の上面に固着されている。
スプリング108の外端はＯリング116を介して弁室113内
へねじ込まれたほぼカツプ形のバランス調節ねじ115の
底壁内面に支承されている。従つて、バランス調節ねじ
115を回すことにより、弁体107を弁座に向けて押すばね
力が調節される。

感温室110は本体101の上端側に設けられている。より詳
しく述べると、本体101とは別体の２つのほぼ円形で笠
形の部材117,118の外周縁部がダイアフラム112の外周縁
部を気密に挟持した状態で互いに固着され、外側の笠形
部材117とダイアフラム112との間に前記感温室110が形
成されている。内側の笠形部材118の内周縁は円筒形部
分118aと一体に接続し、この円筒形部分118aが本体101
の上端面の中央に凹設された凹所から成る低圧冷媒室11
1の内周面に気密にはめ込まれている。感温室110内には
冷凍サイクルで用いられる冷媒（例えば、Ｒ−12）のガ
スが封入されている。

エバポレータ４に接続される第３の通路104とコンプレ
ツサ１に接続される第４の通路105は、図示実施例で
は、互いに整合して連通した状態で、低圧冷媒室111と
前記第２の通路103との間で本体101内に形成されてその
半径方向に延びている。本体101内には、また、例圧冷
媒室111から、第３と第４の通路104,105の会合部（接続
部）まで軸方向に延びる第１の中心軸穴119が形成され
ている。同様に、第３と第４の通路104,105の会合部か
ら第２の通路103まで軸方向に延びる第２の中心軸穴120
が本体101内に形成されている。従つて、第１と第２の
中心軸穴119,110は互いに軸方向に整合するが、第１の
中心軸穴119の方が第２の中心軸穴120よりも内径が大で
ある。第２の中心軸穴120の下半分はその上半分よりも
小径になつており、この小径の下半分が膨張オリフイス
106と軸方向に整合している。

ダイアフラム112の、低圧冷媒室111に対面した面には熱
伝導性の良い材料から成る当て部材121が取り付けられ
ている。前記第１と第２の中心上記穴119,120には熱伝
導性の良い材料（例えば、ステンレス）から成るプラン
ジヤ122が軸方向に可動に配置されている。プランジヤ1
22の上端は当て部材121の下面中央に形成された下向き
凹所の下向き底面に当接し、また、同プランジヤ122の
下部は第２の中心軸穴120の大径上半分の内面とＯリン
グ123を介して気密に摺接する。第１の中心軸穴119とプ
ランジヤ122との間の間隙は軸方向の通路119aを形成
し、この通路119aが第３及び第４の通路104,105の会合
部を低圧冷媒室111に連通させている。プランジヤ122の
下端から、プランジヤ122よりも小径のピン109が突出し
て第２の中心軸穴120の小径下半分を摺動自在に貫通
し、その下端部が第２の通路103及び膨張オリフイス106
を貫通して前記弁体107に達している。すなわち、ピン1
09の最下端は弁体107を構成する球体の表面に当接して
いる。

前記本体101内には、前記第２の通路103と前記第４の通
路105との間に、バイパス通路124が形成されている。バ
イパス通路124の上流側端部、すなわち、第２の通路103
に開口した端部は、下流側端部、すなわち、第４の通路
105に開口した端部、よりも小径となつており、両者間
に弁座が形成されている。この弁座に対して球体から成
る弁体125がコイルスプリング126により弾力的に押し付
けられている。コイルスプリング126の端部はバイパス
通路124の下流端部に形成された内ねじと螺合する調整
ねじ127により支承されており、この調整ねじ127の中心
には小穴がある。弁体125及びそれと協働する弁座がバ
イパス弁128を構成する。

次に、上述の膨張弁200の作動を説明する。

レシーバ３からの液冷媒は第１の通路102を通り弁室113
に入り、この弁室から膨張オリフイス106を通り第２の
通路103に入るが、膨張オリフイスを通る時に減圧され
て体積が増え、気液２相冷媒となる。この冷媒が第２の
通路103からエバポレータ４に入りその中で蒸発してガ
ス冷媒となる。このガス冷媒が第３の通路104に入り、
この通路104と接続する第４の通路105からコンプレツサ
１に向かう。この時に、エバポレータ４から第３の通路
104に入つたガス冷媒の熱がプランジヤ122及び当て部材
121を通つてダイアフラム112に伝達され、このダイアフ
ラムの熱が感温室110内のガスに伝わるので、この感温
室110内の圧力がエバポレータ４からのガス冷媒の温度
に応じて変化する。換言すれば、感温室110は第３及び
第４の通路104,105を通るガス冷媒の状態を感知する。
一方、低圧冷媒室111には通路119aを介して第３及び第
４の通路104,105内のガス冷媒の圧力が作用しているの
で、この圧力はダイアフラム112の下面に作用する。ま
た、弁体107を上方に押すスプリング108のばね力もピン
109、プランジヤ122及び当て部材121を介してダイアフ
ラム112の下面に作用する。従つて、弁座に対する弁体1
07の位置、従つて、膨張オリフイス106の開度は２つの
室110,111間の差圧と、スプリング108のばね力とがバラ
ンスする位置で決まることになり、このようにして、平
常時に膨張弁200からエバポレータ４へ送出される冷媒
の流量が調節される。

コンプレツサ１の高速回転時、あるいは、冷房負荷増大
時等、コンプレツサの過熱が問題となる状態の時には、
冷媒循環量が増大し、エバポレータでの冷媒圧力損失も
増大する。従つて、第２の通路103と第４の通路105との
間の圧力差が増大し、スプリング126で押し付けられて
いた弁体125はその押し付け力に抗して、圧力差に応じ
た開度に開く。これにより、膨張オリフイス106直後
の、冷却能力に優れた気液２相冷媒がバイパス通路124
を通つて第２の通路103から第４の通路105へ流れ、ここ
でエバポレータ４からのガス冷媒に混合されるので、ガ
ス冷媒の温度が下がる。このようにして、コンプレツサ
１へは温度の下がつた冷媒が吸入されるため、コンプレ
ツサの過熱が防止される。

バイパス通路124は第４の通路105の出口の方へ向いて形
成されているため、第２の通路103からエバポレータ４
をバイパスして第４の通路105へ流れる冷媒の温度は、
エバポレータからのガス冷媒の温度を感温室110に伝え
るプランジヤ122の検温作用に影響を与えない。

また、バイパス弁を構成する弁体125をその弁座に押し
付けるスプリング126の押し付け力は自由に選べるが、
強過ぎればスーパーヒート防止効果が弱まり、反対に、
弱すぎると冷房能力低下を招くので、おおよそ0.3ない
し0.8kg／cm²になるようにバイパス弁128の口径を考慮
して設定すると良い。

第３図は第２図に示す従来の膨張弁100による制御と上
述の実施例の膨張弁200による制御とを比較して示した
Ｐ−ｉ線図（モリエル線図）で、図中において実線は膨
張弁100のもの、破線は膨張弁200のバイパス弁128が開
いた時のものである。従来の膨張弁100を用いた冷凍サ
イクルでは、Ｂまで圧縮されたガス冷媒はＣに至るまで
コンデンサ、レシーバで放熱し、ＣからＤまで膨張弁10
0で断熱膨張し、ＤからＡまでエバポレータで熱交換
し、Ａの状態でコンプレツサに入り、ＡからＢまで圧縮
される。これに対し、膨張弁200を用いた冷凍サイクル
では、第４の通路105において、エバポレータ４からの
ガス冷媒とバイパス通路124からの気液２相冷媒とが混
合されて、コンプレツサへ入る冷媒の温度が下げられる
ので、Ａよりもエンタルピ（ｉ）の低いＡ′の状態でコ
ンプレツサに戻ることになり、コンプレツサにより圧縮
されてＢ′の状態で吐出される。

第３図から分かるように、膨張弁200を用いた場合のス
ーパーヒートSH_Iは従来の膨張弁100を用いた場合のスー
パーヒートSH_Pよりもはるかに小さくなり、その分だけ
コンプレツサ吐出温度が低くなる。第３図のモリエル線
図において、Ｂ点の温度は110℃、Ｂ′の温度は95℃
で、その差は15℃であるが、これだけの温度差を得るの
に、バイパス通路124を通る冷媒流量をコンプレツサが
作り出す冷媒流量の６％程度で十分である。

以上の実施例においては、バイパス通路124は第２の通
路103と第４の通路105との間に設けられているが、第３
の通路104の入口から第４の通路の出口までの間の任意
の位置と第２の通路との間を結ぶ位置ならばどこでもよ
い。すなわち、例えば第２の通路103と第３の通路104と
の間に設けてもよい。なぜなら、バイパス通路124を冷
媒が流れるのは異常時のみであり、しかも、その流量は
エバポレータ４から第３の通路104へ入流する冷媒流量
に比して非常に小さいため、プランジヤ122の検温作用
に対する影響も非常に小さいからである。また、バイパ
ス弁128の弁体125は球体から成るが、これは球体に限ら
ず、円錐形や平板状のものでも良い。また、バイパス弁
のスプリング126はコイルスプリングに限られず、皿ば
ね等でも実施可能である。

効果 以上の説明から明らかなように、本発明の冷凍サイクル
用膨張弁200は冷凍サイクルの通常運転時には通常の膨
張弁作用を行い、コンプレツサの過熱が問題となるよう
な状態の時にはバイパス弁128が開いて膨張オリフイス1
06直後から冷却能力に富む気液２相冷媒を第４の通路10
5に流してエバポレータからのガス冷媒に混合させるの
で、コンプレツサに戻る冷媒は温度が下げられてからコ
ンプレツサに吸入されるから、従来の膨張弁100に簡単
な構成のバイパス通路124及びバイパス弁128を設けるの
みでコンプレツサの過熱を確実に防止することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による膨張弁を用いた冷凍サ
イクルを示すブロツク図、 第２図は従来の膨張弁を用いた冷凍サイクルのブロツク
図、 第３図は第１図と第２図に示す膨張弁の作動の説明に供
したＰ−ｉ線図（モリエル線図）である。 １……コンプレツサ、２……コンデンサ、３……レシー
バ、４……エバポレータ、200……膨張弁、101……本
体、102……第１の通路、103……第２の通路、104……
第３の通路、105……第４の通路、106……膨張オリフイ
ス、107……弁体、110……感温室、112……ダイアフラ
ム、122……プランジヤ、124……バイパス通路、128…
…バイパス弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧液冷媒を受け入れる第１の通路と、膨
   張オリフイスを介して該第１の通路と連通し該膨張オリ
   フイスを通つた低圧気液２相冷媒をエバポレータに向け
   て流す第２の通路と、該エバポレータからの冷媒を受け
   入れる第３の通路と、該第３の通路と連通し該エバポレ
   ータからの冷媒をコンプレツサへ戻す第４の通路とを備
   えた冷凍サイクル用膨張弁において、 前記第３の通路の入口から第４の通路の出口までの間の
   位置と前記第２の通路との間にバイパス通路を設けると
   ともに、前記第２の通路内の冷媒圧力と前記エバポレー
   タからの冷媒の圧力との差圧に従い前記バイパス通路を
   開閉するバイパス弁を設けたことを特徴とする冷凍サイ
   クル用膨張弁。