JP2773373B2 - 冷凍サイクル用膨張弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は冷凍サイクル用膨張弁に係り、詳しくは可
変容量コンプレッサを備えたカーエアコン等の冷凍サイ
クルに用いられ、コンプレッサからの高圧縮冷媒を断熱
膨張させてエバポレータに供給する膨張弁に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、可変容量コンプレッサを備えた冷凍サイクル用
の膨張弁といては、実開昭64−13471号公報に記載のも
のを挙げることができる。この膨張弁は外部均圧式であ
り、管熱筒内の不活性ガスの熱膨張率を調整すること
で、いわゆるクロスチャージとなるように設定されてい
る。そして、エバポレータの熱負荷が低く冷媒流量の少
ないときには、液相状態の冷媒がコンプレッサに戻され
（リキッドバックされ）、冷媒内に含有された潤滑油に
てコンプレッサ内の機構が潤滑されるようになってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この膨張弁においては、冷媒流量が多
くリキッドバックの必要がないときでもリキッドバック
が行われて冷房能力が低下してしまう虞がある。

本発明の目的は、簡単な構成にて冷房能力を確保した
上で、コンプレッサを確実に潤滑することができる冷凍
サイクル用膨張弁を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、膨張弁本体内に形成され、コンデンサと連
通して同コンデンサにて凝縮された冷媒が導入される第
１の通路と、前記膨張弁本体内に形成され、前記第１の
通路に対して膨張オリフィスを介して連通し、同オリフ
ィスにて断熱膨張された冷媒をエバポレータに供給する
第２の通路と、前記膨張弁本体内に形成され、前記エバ
ポレータを通過した冷媒が導入される第３の通路と、前
記膨張弁本体内に形成され、前記第３の通路と連通して
同通路からの冷媒を可変容量コンプレッサに戻す第４の
通路と、前記膨張オリフィスを開閉する弁体と、ダイヤ
フラムにて内部が感熱室と冷媒室とに区画されるととも
に、同感熱室内に前記冷媒と異なる熱膨張率の不活性ガ
スを封入したハウジングと、前記膨張弁本体内に前記第
３又は第４の通路を貫通するように形成されたプランジ
ャ孔と、前記プランジャ孔内に摺動可能に配設され、前
記ハウジングのダイヤフラムと前記弁体とを接続して同
ダイヤフラムの撓み量に応じて弁体を移動させて膨張オ
リフィスの開度を調整するとともに、前記第３又は第４
の通路内を通過する冷媒の温度を前記感熱室内の不活性
ガスに伝達するプランジャと、前記膨張弁本体内及びプ
ランジャに形成され、前記第２の通路内と前記冷媒室内
とを連通させる冷媒導入路とを備えた冷凍サイクル用膨
張弁を要旨とするものである。

〔作用〕

ハウジングの冷媒室内には冷媒導入路を経て第２の通
路内の冷媒圧（エバポレータ入口側の冷媒圧）が加わ
り、又、感熱室内の不活性ガス圧は第３又は第４の通路
を通過する冷媒（エバポレータ出口側の冷媒）の温度に
応じて変化する。従って、ダイヤフラムは冷媒室と感熱
室との圧力差に基づいて撓み、プランジャを介して弁体
を移動させて膨張オリフィスの開度を調整する。

この際、冷媒室内の冷媒と感熱室内の不活性ガスとの
熱膨張率が異なることからクロスチャージとなり、エバ
ポレータの熱負荷が低く冷媒流量の少ないときのスーパ
ーヒートが低くなる。従って、液相状態の冷媒がコンプ
レッサに戻されて潤滑に供される。

又、この膨張弁は冷媒室内にエバポレータ入口側の冷
媒圧を加える内部均圧式であるため、冷媒流量の増加に
伴いエバポレータ内の圧力損失が大きくなると、スーパ
ーヒートが増大されて冷房能力が高められる。

さらに、エバポレータ入口側の冷媒圧は膨張弁本体と
プランジャに形成された冷媒導入路を経て冷媒室内に加
わる。このように膨張弁の外部に冷媒導入路のための配
管材を設けることなく、その冷媒導入路がプランジャを
利用して形成される。

〔実施例〕

以下、この発明をカーエアコン用の膨張弁に具体化し
た一実施例を図面に従って説明する。

第１図は実施例のカーエアコンの概略を示す図であ
る。この図に示すように、膨張弁１の本体２は略円筒形
状をなし、その本体２の下面には弁室３が形成されてい
る。又、本体２の下部には側方より第１の通路４が形成
され、この第１の通路４は前記弁室３と連通している。
さらに、本体２には前記第１の通路４より若干上方位置
に、かつ相対向する側より第２の通路５が形成されてい
る。この第２の通路５は膨張オリフィス６を介して前記
弁室３と連通し、オリフィス６の弁室３側には弁座７が
形成されている。

前記弁室３内において弁座７の下方位置には球状の弁
体８が配設され、その弁体８にはばね座９が溶接されて
いる。弁室３内には下方より調整ねじ10が螺合し、調整
ねじ10とばね座９との間には圧縮コイルばね11が介装さ
れている。従って、弁体８は圧縮コイルばね11の付勢力
によって弁座７に圧接されるとともに、調整ねじ10にて
圧縮コイルばね11のセット長が変わると弁座７に対する
圧接力が変更されるようになっている。尚、調整ねじ10
にはＯリング12が設けられ、弁室３内の気密が保たれて
いる。

又、前記本体２における第１及び第２の通路4,5の上
方位置には第３及び第４の通路13,14が相対向する側よ
り形成され、両通路13,14は本体２内で互いに連通して
いる。そして、第４の通路14は車両のエンジンにて駆動
される可変容量コンプレッサ15に接続され、そのコンプ
レッサ15はコンデンサ16とレシーバ17を介して前記第１
の通路４に接続されている。又、第２の通路５は車室内
のエバポレータ18と接続され、このエバポレータ18は前
記第３の通路13と接続されている。

一方、前記本体２の上部にはねじ孔19が形成され、そ
のねじ孔19内には下部ハウジング20がＯリング21を介し
て気密を保った状態で螺合している。下部ハウジング20
上にはダイヤフラム22を挟んで上部ハウジング23が配設
され、この３つの部材20,22.23は周囲を互いに固着され
ている。その結果、両ハウジング20,23内においてダイ
ヤフラム22の上側に感熱室24が設けられるとともに、下
側には前記ねじ孔19内を含む冷媒室25が設けられてい
る。又、上部ハウジング23にはパイプ26が接続され、こ
のパイプ26を介して感熱室24内には所定の熱膨張率の不
活性ガス（本実施例ではR13）が予め封入されている。

前記本体２のねじ孔19内にはプランジャ孔27が上方よ
り形成され、同プランジャ孔27は前記第３及び第４の通
路13,14と連通するとともに、両通路13,14の下側まで延
びている。又、プランジャ孔27の下側には、より小径の
ロッド孔28は前記第２の通路５と連通している。そし
て、プランジャ孔27内にはアルミ製のプランジャ29が上
下動可能に嵌挿され、同プランジャ29の上端部29aは前
記冷媒室25内に配置されてダイヤフラム22の下面に当接
している。又、プランジャ29の中間部は第３及び第４の
通路13,14内に露出している。さらに、プランジャ29の
外周とプランジャ孔27の内周とは、第３及び第４の通路
13,14の上側と下側とにおいてそれぞれＯリング30a,30b
にて気密が保たれている。

又、前記ロッド孔28内にはステンレス製の作動ロッド
31が上下動可能に配設され、その作動ロッド31の上端は
前記プランジャ29に当接し、中間部は前記第２の通路５
内に露出し、下端は前記膨張オリフィス６内において前
記弁体８に当接している。

前記本体２には第２の通路５とプランジャ孔27の下部
を連通させるように第１冷媒路32が形成されている。
又、プランジャ29の下端部には水平方向に第２冷媒路33
が貫設され、この第２冷媒路33はプランジャ29の下面に
形成された切欠き34と連通している。さらに、プランジ
ャ29にはその軸心に沿って第３冷媒路35が形成され、こ
の第３冷媒路35は前記第２冷媒路33と連通している。
又、プランジャ29には前記冷媒室25内において水平方向
に第４冷媒路36が貫設され、この第４冷媒路36にて第３
冷媒路35と冷媒室25とが連通している。

従って、第２通路内は第１から第４冷媒路32,33,35,3
6を経て冷媒室25内と連通し、その結果、第２の通路５
内を通過する冷媒圧が冷媒室25内に導入されるようにな
っている。本実施例では第１から第４冷媒路32,33,35,3
6の内径を例えば1.2mmに設定し、これらの各冷媒路によ
って冷媒導入路を構成している。

次に、このように構成した膨張弁の作用を説明する。

前記可変容量コンプレッサ15から吐出された高圧縮冷
媒はコンデンサ16にて凝縮された後、レシーバ17、第１
の通路４を経て弁室３内に導入される。さらに、この冷
媒は弁室３内から膨張オリフィス６を通過し、このとき
断熱膨張して気液２相冷媒となり第２の通路５に至る。
その後、冷媒は第２の通路５からエバポレータ18内に導
入され気化してガス冷媒となる。このときエバポレータ
18が冷却されて車室内の冷房に供される。さらに、エバ
ポレータ18から排出されたガス冷媒は第３及び第４の通
路13,14を経て再び前記コンプレッサ15に戻る。

上記したように第３及び第４の通路13,14内にはプラ
ンジャ29の一側が露出しているため、両通路13,14内を
通過するガス冷媒の熱は熱伝導率の高いアルミ製のプラ
ンジャ29を介して前記ダイヤフラム22に伝達され、さら
に、ダイヤフラム22から感熱室24内の不活性ガスに伝達
されてそのガスが膨張・収縮される。従って、感熱室24
内のガス圧はエバポレータ18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22の上面に作用す
る。尚、このとき熱伝導率の低いステンレス製の作動ロ
ッド31は、第２の通路５内の冷媒温度がプランジャ29に
伝達されるのを防止している。

又、上記したように第２の通路５内を通過する冷媒は
第１から第４冷媒路の冷媒路32,33,35,36を経て冷媒室2
5内に導かれる。従って、冷媒室25内の冷媒圧は常に第
２の通路５内の冷媒圧と等しくなり、その冷媒圧がダイ
ヤフラム22の下面に作用する。

尚、第３及び体４の通路13,14内の冷媒圧が冷媒室25
内に直接作用するのが前記Ｏリング30aにて防止される
とともに、第３及び第４の通路13,14内の冷媒圧がプラ
ンジャ孔27内に漏れて、その圧力が第２から第４冷媒路
33,35,36を経て間接的に冷媒室25内に作用するのが前記
Ｏリング30bにて防止される。従って、冷媒室25内の圧
力は第３及び第４の通路13,14内の冷媒圧のみに応じて
変化する。

さらに、プランジャ29はばね座９、弁体８及び作動ロ
ッド31を介して圧縮コイルばね11にて常に上方に付勢さ
れている。従って、弁座７に対する弁体８の位置（膨張
オリフィス６の開度）は、圧縮コイルばね11の付勢力及
び冷媒室25内の冷媒圧と、感熱室24内のガス圧とが釣り
合った位置に保たれる。そして、この膨張オリフィス６
の開度に応じてエバポレータ18に供給される冷媒量が調
整される。

一方、上記したように冷凍サイクル内を循環する冷媒
の熱膨張率と感熱室24内に封入された不活性ガスの熱膨
張率とが異なることからクロスチャージとなり、エバポ
レータ18の熱負荷が小さく可変容量コンプレッサ15の冷
媒吐出量の少ないときには、液相状態の冷媒がコンプレ
ッサ15に戻され（リキッドバックされ）、冷媒内に含有
された潤滑油にてコンプレッサ15の機構が潤滑される。

第２図は本実施例の膨張弁１と従来のクロスチャージ
させた外部均圧式の膨張弁との冷媒流量及びスーパーヒ
ートの関係を示す図で、本実施例の膨張弁１の特性線を
L1で示し、従来の膨張弁の特性線をL2で示している。こ
の図に示すように、本実施例の膨張弁１は冷媒流量の低
い領域におけるスーパーヒートが従来の膨張弁に近い値
を示していることから、冷媒流量の少ないときはリキッ
ドバックが行われることがわかる。

又、本実施例の膨張弁１は、エバポレータ18入口側の
冷媒圧を冷媒室25内に作用させる内部均圧式であること
から、冷媒流量の増加に伴ってエバポレータ内の圧力損
失が大きくなると、第２図に示すように、必然的にスー
パーヒートが増大されて冷房能力が高められる。これに
対して従来の膨張弁では実用に適さない第２図のハッチ
ングの領域にはみ出し、スーパーヒートの不足から必要
な冷房能力が得られないことがわかる。

さらに、エバポレータ18出口側の冷媒温度はプランジ
ャ29の熱伝導を利用して感熱室24に伝達され、又、エバ
ポレータ18入口側の冷媒圧は本体２とプランジャ29に形
成した各冷媒路32,33,35,36を経て冷媒室25に加わる。
このように本体はダイヤフラム22の撓みを弁体８に伝え
る役割を果たすプランジャ29を利用することで冷媒温度
と冷媒圧の伝達がなされる。

このように本実施例の膨張弁１は、冷凍サイクル内を
循環する冷媒と熱膨張率の異なる不活性ガスを感熱室24
内に封入するとともに、エバポレータ18入口側の冷媒圧
を冷媒室25内に加える内部均圧式の構成とした。従っ
て、エバポレータ18の熱負荷が低いときにはリキッドバ
ックが行われてコンプレッサ15内の構成を確実に潤滑す
ることができ、エバポレータ18の熱負荷が高く冷媒流量
が中程度以上のときにはスーパーヒートを大きくして冷
房能力を高めることができる。

又、本実施例の膨張弁１は、プランジャ29を利用する
ことで冷媒温度と冷媒圧の伝達がなされるようにしたた
め、前記感熱室24を感熱筒に連結するための配管材（キ
ャピラリチューブ）や第２の通路５内の冷媒を冷媒室25
内に導くための配管材を配管する必要がない。従って、
膨張弁１の構成が複雑化するのを防止することができる
とともに、膨張弁１の外部に配管材が突出するのが防止
されるため、この膨張弁１の車両への組付作業を容易に
することができる。

尚、この発明は上記実施例に限定されることはなく、
例えば、上記実施例ではカーエアコン用の膨張弁１に具
体化したが、住宅用エアコンの膨張弁に具体化してもよ
い。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明の冷凍サイクル用膨張弁に
よれば、簡単な構成にて冷房能力を確保した上で、コン
プレッサを確実に潤滑することができるという優れた効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のエアコンの概略を示す図、第２図は本
実施例の膨張弁と従来の膨張弁との冷媒流量及びスーパ
ーヒートの関係を示す図である。 ２は本体、４は第１の通路、５は第２の通路、６は膨張
オリフィス、８は弁体、13は第３の通路、14は第４の通
路、15は可変容量コンプレッサ、16はコンデンサ、18は
エバポレータ、20は下部ハウジング、22はダイヤフラ
ム、23は上部ハウジング、24は感熱室、25は冷媒室、27
はプランジャ孔、29はプランジャ、32は冷媒導入路を構
成する第１冷媒路、33は冷媒導入路を構成する第２冷媒
路、冷媒導入路を構成する35は第３冷媒路、36は冷媒導
入路を構成する第４冷媒路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】膨張弁本体内に形成され、コンデンサと連
   通して同コンデンサにて凝縮された冷媒が導入される第
   １の通路と、 前記膨張弁本体内に形成され、前記第１の通路に対して
   膨張オリフィスを介して連通し、同オリフィスにて断熱
   膨張された冷媒をエバポレータに供給する第２の通路
   と、 前記膨張弁本体内に形成され、前記エバポレータを通過
   した冷媒が導入される第３の通路と、 前記膨張弁本体内に形成され、前記第３の通路と連通し
   て同通路からの冷媒を可変容量コンプレッサに戻す第４
   の通路と、 前記膨張オリフィスを開閉する弁体と、 ダイヤフラムにて内部が感熱室と冷媒室とに区画される
   とともに、同感熱室内に前記冷媒と異なる熱膨張率の不
   活性ガスを封入したハウジングと、 前記膨張弁本体内に前記第３又は第４の通路を貫通する
   ように形成されたプランジャ孔と、 前記プランジャ孔内に摺動可能に配設され、前記ハウジ
   ングのダイヤフラムと前記弁体とを接続して同ダイヤフ
   ラムの撓み量に応じて弁体を移動させて膨張オリフィス
   の開度を調整するとともに、前記第３又は第４の通路内
   を通過する冷媒の温度を前記感熱室内の不活性ガスに伝
   達するプランジャと、 前記膨張弁本体及びプランジャに形成され、前記第２の
   通路内と前記冷媒室内とを連通させる冷媒導入路と を備えたことを特徴とする冷凍サイクル用膨張弁。