JP5083107B2 - 膨張弁及びそれを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、膨張弁及びそれを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。

従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルとして、例えば特許文献１に記載されているように、放熱器で冷却された冷媒を減圧する手段としてのエジェクタと、２つの蒸発器とを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルが知られている。この冷凍サイクルは、圧縮機、放熱器、膨張弁、流量分配器、エジェクタ及び第１蒸発器が環状に接続されるとともに、流量分配器で分岐してエジェクタに接続される吸引用流路にキャピラリ等の固定絞り及び第２蒸発器が設けられた構成を有している。

エジェクタは、流入した冷媒を取り入れて等エントロピー的に減圧膨張させるノズル部と、ノズル部からの噴出流の吸引作用により吸引用流路の冷媒を吸引する吸引部とを有している。流量分配器で分配された一方の冷媒は、エジェクタのノズル部から高速で噴出される。流量分配器で分配された他方の冷媒は、吸引用流路を通り、固定絞りで減圧されて第２蒸発器で蒸発し、上記ノズル部からの噴出流の吸引作用により吸引部から吸引される。ノズル部から噴出される高速度の冷媒流は、吸引部から吸引された冷媒と混合部で混合され、さらに昇圧部で昇圧されて他方の蒸発器に向けて流出し、当該他方の蒸発器で蒸発した後に圧縮機に吸入される。
特開２００８−８５９１号公報

しかしながら、上記のような冷凍サイクルでは多数の機能部品が必要となるため、開発工数が増加してしまうという問題があった。

本発明の目的は、機能部品点数を削減でき、開発工数を低減できる蒸気圧縮式冷凍サイクル及びそれに用いられる膨張弁を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、第１蒸発器（６）及び第２蒸発器（７）と、第１蒸発器（６）に冷媒を流通させる第１流路（８）と、第１流路（８）から分岐して第２蒸発器（７）に冷媒を流通させる第２流路（９）とを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられる膨張弁であって、冷媒が外部から流入する流入部（３１）と、流入部（３１）からそれぞれ分岐して設けられた第１分岐流路（４０）及び第２分岐流路（５０）と、第１分岐流路（４０）に設けられ、液冷媒を絞り膨張させて気液二相とする第１絞り通路（４１）と、前記第１絞り通路の上流端に設けられた第１弁孔（４２）及び当該第１弁孔（４２）に対して可動する第１弁体（４３）を備え、第１絞り通路（４１）を通過する冷媒の流量を調節する第１弁部（４８）と、第２分岐流路（５０）に設けられ、液冷媒を絞り膨張させて気液二相とする第２絞り通路（５１）と、前記第２絞り通路の上流端に設けられた第２弁孔（５２）及び当該第２弁孔（５２）に対して可動する第２弁体（５３）を備え、第２絞り通路（５１）を通過する冷媒の流量を調節する第２弁部（５８）と、第１弁体（４３）及び第２弁体（５３）を同一のリフト量で連動して作動させる作動棒（６５）と、作動棒（６５）を駆動する駆動部（６２）と、第１分岐流路（４０）を流通した冷媒を第１流路（８）又は第２流路（９）の一方に流出させる第１流出口（４５）と、第２分岐流路（５０）を流通した冷媒を第１流路（８）又は第２流路（９）の他方に流出させる第２流出口（５５）とを有することを特徴とする膨張弁である。

これにより、膨張弁が流路分岐機能を有するとともに、膨張弁内の第１分岐流路（４０）及び第２分岐流路（５０）にはそれぞれ絞り通路（４１、５１）が形成される。したがって、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて流量分配器や固定絞り等の機能部品を省略できるため、蒸気圧縮式冷凍サイクルの機能部品点数を削減でき、開発工数を低減できる。

請求項２に記載の発明は、第１弁部（４８）及び第２弁部（５８）は、互いに異なる開弁特性を有していることを特徴としている。

これにより、第１分岐流路（４０）及び第２分岐流路（５０）に対し冷媒を所定の流量分配比で分配できる。

請求項３に記載の発明は、第１弁部（４８）及び第２弁部（５８）での流量比は、リフト量に応じて変化していることを特徴としている。

これにより、第１分岐流路（４０）及び第２分岐流路（５０）に対する流量分配比をリフト量に応じて制御できる。

請求項４に記載の発明は、流入部（３１）は、冷媒が流入する一端部と閉塞された他端部とを備えた筒状の形状を有し、第１分岐流路（４０）は、第２分岐流路（５０）よりも流入部（３１）の他端側で分岐していることを特徴としている。

これにより、膨張弁に流入する冷媒が気液二相の場合、気液の慣性力の差異を利用して、第１分岐流路（４０）には液相リッチ側の冷媒を分配し、第２分岐流路（５０）には気相リッチ側の冷媒を分配することができる。

請求項５に記載の発明は、作動棒（６５）は、第１弁体（４３）を作動させる第１分岐部（６５ｂ）と、第１分岐部（６５ｂ）に対して分岐して設けられ、第２弁体（５３）を作動させる第２分岐部（６５ｃ）とを有することを特徴としている。

これにより、第１弁体（４３）及び第２弁体（５３）を連動して作動させることができる。

請求項６に記載の発明は、第１弁体（１４３）及び第２弁体（１５３）は、作動棒（１６５）と同軸上に配置されていることを特徴としている。

これにより、作動棒（１６５）を用いて第１弁体（１４３）及び第２弁体（１５３）を連動して作動させるのが容易になる。

請求項７に記載の発明は、第１蒸発器（６）及び第２蒸発器（７）の少なくとも一方に直結されていることを特徴としている。

これにより、膨張弁を第１蒸発器（６）又は第２蒸発器（７）の少なくとも一方と一体物として取り扱うことができるため、車両等への搭載が容易になる。

請求項８に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（２）と、放熱器（２）で放熱した冷媒のうち一部の冷媒を取り入れてノズル部（５ａ）から噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、当該冷媒流によって冷媒を吸引部（５ｂ）から吸引するエジェクタ（５）と、エジェクタ（５）から流出した冷媒を蒸発させ、圧縮機（１）側に流出させる第１蒸発器（６）と、放熱器（２）で放熱した冷媒のうち残余の冷媒を取り入れて蒸発させ、吸引部（５ｂ）側に流出させる第２蒸発器（７）と、上記発明の膨張弁とを有することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクルである。

また請求項９に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（２）と、放熱器（２）で放熱した冷媒のうち一部の冷媒を取り入れて蒸発させて圧縮機（１）側に流出させる第１蒸発器（１６）と、第１蒸発器（１６）に対し並列に接続され、放熱器（２）で放熱した冷媒のうち残余の冷媒を取り入れて蒸発させて圧縮機（１）側に流出させる第２蒸発器（１７）と、上記発明の膨張弁とを有することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクルである。

これらの発明により、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて上記と同様の効果が得られる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態の蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を示している。この蒸気圧縮式冷凍サイクルは、車両に搭載されるものであって、圧縮機１、放熱器２、レシーバ２ａ、膨張弁３、エジェクタ５及び第１蒸発器６が冷媒配管によって環状に接続されるとともに、膨張弁３内で分岐してエジェクタ５に接続される吸引用流路９に第２蒸発器７が設けられて形成されている。膨張弁３と圧縮機１との間には、第２蒸発器７を経由せずに第１蒸発器６に冷媒を流通させる第１流路８と、第２蒸発器７に冷媒を流通させる第２流路（吸引用流路）９とが存在する。

圧縮機１は、図示しない制御装置によってその作動が制御されるようになっている。圧縮機１は、第１蒸発器６から流出される冷媒を吸入し、高温高圧に圧縮して放熱器２側へ吐出する流体機械であり、図示しない電磁クラッチ及びベルトを介して車両走行用エンジンにより回転駆動される。圧縮機１は、例えば、電磁式容量制御弁に制御装置からの制御信号が入力されることにより吐出容量が可変される斜板式可変容量型圧縮機となっている。本実施形態の圧縮機１では、斜板室の圧力の調整により吐出容量を１００％から０％付近まで連続的に変化させることができる。したがって、吐出容量を０％付近に減少させることにより、圧縮機１を実質的に作動停止状態にすることができる。よって、圧縮機１の回転軸をプーリ及びベルトを介して車両エンジンに常時連結するクラッチレスの構成としてもよい。

放熱器２は、図示しない送風機により強制的に送風される車室外空気との熱交換により、圧縮機１から吐出された高圧冷媒を放熱させて冷却する熱交換器である。放熱器２の冷媒流出側には、冷却された冷媒の気液を分離して、液冷媒のみを膨張弁３側に流出させるレシーバ２ａが設けられている。レシーバ２ａは、放熱器２と一体で形成されている。

膨張弁３は、放熱器２（レシーバ２ａ）から流入した冷媒を減圧膨張させる絞り手段であるとともに、エジェクタ５のノズル部５ａ側及び第２蒸発器７側の２つの流路に冷媒を所定の分配比で分配する流量分配手段でもある。

図２は、本実施形態における膨張弁３の構成を示す模式的な断面図である。図２中の白抜き太矢印は、冷媒の流れ方向を表している。図２に示すように、膨張弁３は、アルミニウム合金等を用いて作製された略角柱形状の本体ブロック３０を有している。本体ブロック３０には、放熱器２側から冷媒が流入する流入部３１が形成されている。流入部３１は、例えば水平な一方向に延伸する筒状の形状を有している。流入部３１の一端側には、冷媒配管が接続されて放熱器２側から冷媒が流入する流入口３１ａが形成されており、他端側は閉塞面３１ｂにより閉塞されている。

流入部３１からは、第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０がそれぞれ鉛直上方に分岐している。第２分岐流路５０は、流入部３１のうち比較的流入口３１ａ寄りで分岐しており、第１分岐流路４０は、第２分岐流路５０よりも閉塞面３１ｂ側で分岐している。

第１分岐流路４０には、部分的に流路径が絞られて上下方向に延伸する第１絞り通路４１が形成されている。第１絞り通路４１は、流入部３１を介して流入する液冷媒を絞り膨張させて気液二相とするようになっている。第１絞り通路４１の上流端には、テーパ状に形成された第１弁孔４２が設けられている。第１弁孔４２の上流側には、当該第１弁孔４２に対して可動する球状の第１弁体４３が配置されている。第１弁体４３は、コイルばね４４によって閉弁方向に付勢されている。第１弁孔４２及び第１弁体４３は第１弁部４８を構成しており、第１弁部４８は、第１絞り通路４１を通過する冷媒の流量を所定の開弁特性（流量特性）で調節するようになっている。第１絞り通路４１の下流側は、水平方向に延伸する第１流出口４５に接続されている。

第２分岐流路５０には、部分的に流路径が絞られて上下方向に延伸する第２絞り通路５１が形成されている。第２絞り通路５１は、流入部３１を介して流入する液冷媒を絞り膨張させて気液二相とするようになっている。第２絞り通路５１の上流端には、テーパ状に形成された第２弁孔５２が設けられている。第２弁孔５２の上流側には、当該第２弁孔５２に対して可動する球状の第２弁体５３が配置されている。第２弁体５３は、コイルばね５４によって閉弁方向に付勢されている。第２弁孔５２及び第２弁体５３は第２弁部５８を構成している。第２弁部５８は、第２絞り通路５１を通過する冷媒の流量を、第１弁部４８の開弁特性とは独立して設定された所定の開弁特性で調節するようになっている。第２絞り通路５１の下流側は、第１流出口４５よりも上方に配置されて第１流出口４５に平行に延伸する第２流出口５５に接続されている。第１流出口４５及び第２流出口５５間には、上下方向に貫通する貫通孔４６が形成されている。貫通孔４６は、例えば第１絞り通路４１と同軸に形成されている。

本体ブロック３０において第１流出口４５及び第２流出口５５よりも上部には、第１蒸発器６から圧縮機１に至る冷媒流路の一部として過熱度検出通路６０が形成されている。過熱度検出通路６０と第２分岐流路５０との間には、上下方向に貫通する貫通孔６１が形成されている。

また、過熱度検出通路６０において貫通孔６１の開口端に対向する位置には、感温駆動部６２が取り付けられている。感温駆動部６２は、例えばステンレス鋼を用いて薄膜状に形成されたダイヤフラム６３と、ダイヤフラム６３により密閉され、過熱度検出通路６０を流通する冷媒の温度が伝達される飽和状態の冷媒が封入された密閉空間６４とを有している。ダイヤフラム６３は、密閉空間６４内外の圧力差に応じて上下方向に変形変位するようになっている。

感温駆動部６２により駆動される作動棒６５は、根元部６５ａと、根元部６５ａから分岐する２本の分岐部６５ｂ、６５ｃとを備えた刺股状の分岐形状を有している。根元部６５ａは、貫通孔６１に進退自在に挿通されており、基端側はダイヤフラム６３に対して固定されている。根元部６５ａと分岐部６５ｂ、６５ｃとの分岐点は第２分岐流路５０内に位置している。一方の分岐部６５ｂは、貫通孔４６及び第１絞り通路４１を貫通しており、その先端部が第１弁体４３に当接している。分岐部６５ｂと貫通孔４６との間の隙間は、メタルシールによって進退可能にシールされている。他方の分岐部６５ｃは、第２絞り通路５１を貫通しており、その先端部が第２弁体５３に当接している。作動棒６５が上下方向に進退することによって、第１弁体４３及び第２弁体５３は互いに同一のリフト量で連動して作動するようになっている。

過熱度検出通路６０を通過する冷媒の過熱度が上昇し、密閉空間６４内外の圧力差が増大すると、ダイヤフラム６３は下方に変位する。これにより、作動棒６５が押し下げられるため、第１弁体４３及び第２弁体５３はコイルばね４４、５４の付勢力に抗してそれぞれ開弁方向に移動する。一方、過熱度検出通路６０を通過する冷媒の過熱度が低下し、密閉空間６４内外の圧力差が減少すると、ダイヤフラム６３は上方に変位する。これにより、作動棒６５を押し下げる力が弱まり、第１弁体４３及び第２弁体５３はコイルばね４４、５４の付勢力によりそれぞれ閉弁方向に移動する。したがって、第１絞り通路４１を通過する冷媒の流量と、第２絞り通路５１を通過する冷媒の流量とは、第１蒸発器６出口側の冷媒の過熱度が所定の値になるようにそれぞれ調節される。

図３は、膨張弁３の第１弁部４８及び第２弁部５８における開弁特性の一例を示すグラフである。グラフの横軸は作動棒６５による第１弁体４３及び第２弁体５３のリフト量を表し、縦軸は冷媒の流量を表している。曲線Ｃ１は第１弁部４８の開弁特性を示し、曲線Ｃ２は第２弁部５８の開弁特性を示している。図３に示すように、第１弁部４８及び第２弁部５８の開弁特性は互いに異なるように設定されている。本例の第２弁部５８の開弁特性は、第１弁部４８の開弁特性と比較して、リフト量に対する流量の立上がりが遅く、かつ流量の飽和するリフト量が小さくなっている。これにより、第１弁体４３及び第２弁体５３が同一リフト量で作動するとき、第１弁部４８及び第２弁部５８の流量比（第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０に対する流量分配比）はリフト量によって変化するようになっている。

図４は、第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０に対する流量分配特性の一例を示すグラフである。グラフの横軸は冷房負荷（冷媒の流量）を表している。縦軸は、第１分岐流路４０への流量分配比を表している。ここで、第１分岐流路４０への流量分配比は、第１分岐流路４０に分配される冷媒流量をＱ１とし、第２分岐流路５０に分配される冷媒流量をＱ２とすると、Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）で表される。図４に示すように、第１分岐流路４０への流量分配比Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）は、冷房負荷の増加に伴って単調に増加している。言い換えれば、第２分岐流路５０への流量分配比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）は、冷房負荷の増加に伴って単調に減少している。このように本実施形態では、冷房負荷に基づいて第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０への流量分配比を制御できるようになっている。

第１流出口４５又は第２流出口５５のうち一方は、冷媒配管を介してエジェクタ５に接続されている。エジェクタ５は、冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出される冷媒流の吸引作用によって冷媒の循環を行う流体輸送用の冷媒循環手段でもある。エジェクタ５には、膨張弁３から流出する冷媒を取り入れ、その通路面積を小さく絞って冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して等エントロピー的に減圧膨張させるノズル部５ａと、ノズル部５ａの冷媒噴出口と連通するように配置され、後述する第２蒸発器７からの気相冷媒を吸引する吸引部５ｂとが備えられている。

またエジェクタ５には、ノズル部５ａ及び吸引部５ｂの下流側で、ノズル部５ａから噴出される高速度の冷媒と吸引部５ｂからの吸引冷媒とを混合するとともに、混合した冷媒流れを減速し、速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して昇圧させる昇圧部５ｃが設けられている。昇圧部５ｃは、冷媒の通路断面積が徐々に大きくなるディフューザ形状に形成されることで、上記の昇圧機能を有するようになっている。

昇圧部５ｃの冷媒流れ方向下流側には第１蒸発器６が接続されている。第１蒸発器６は、強制的に送風される外部空気からの吸熱作用によって、内部を流通する冷媒を蒸発させる熱交換器（吸熱器）である。第１蒸発器６の冷媒流出側は、冷媒配管によって圧縮機１の吸入側に接続されている。

第１流出口４５又は第２流出口５５のうち他方は、吸引用流路９に接続されている。吸引用流路９には、第２蒸発器７が設けられている。第２蒸発器７は、強制的に送風される外部空気からの吸熱作用によって、内部を流通する冷媒を蒸発させる熱交換器（吸熱器）である。第２蒸発器７は、外部空気の流れにおいて第１蒸発器６の下流側に直列配置されている。

ここで、本実施形態では、第１蒸発器６及び第２蒸発器７は一体的に構成されており、膨張弁３は第１蒸発器６及び第２蒸発器７に機械的に直結されている。これにより、第１蒸発器６、第２蒸発器７及び膨張弁３を一体物として取り扱うことができるため、車両への搭載が容易になる。

また本実施形態では、第２蒸発器７に流入する冷媒の流量調整と減圧は、膨張弁３の第１弁部４８又は第２弁部５８により行うことができるため、膨張弁３と第２蒸発器７との間にはキャピラリ等の固定絞りが設けられていない。

図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。この制御装置には、操作パネル（図示せず）からの各種操作信号や、各種センサ群からの検出信号等が入力されるようになっている。制御装置は、これらの入力信号に基づいて各種機器（主に圧縮機１）の作動を制御する。

次に、上記構成に基づく本実施形態の作動の一例について説明する。乗員の操作により空調作動信号及び設定温度信号等が制御装置に入力されると、制御装置は、圧縮機１の電磁クラッチに通電して当該電磁クラッチを接続状態とする。これにより、車両走行用エンジンから回転駆動力が圧縮機１に伝達される。

そして、制御装置から圧縮機１の電磁式容量制御弁に制御電流（制御信号）が出力されると、圧縮機１の吐出容量が調節され、圧縮機１は第１蒸発器６から気相冷媒を吸入、圧縮して吐出する。

圧縮機１から圧縮吐出された高温高圧の気相冷媒は、放熱器２に流入する。放熱器２では高温高圧の冷媒が車室外空気により冷却されて凝縮する。放熱器２から流出した放熱後の高圧冷媒は、レシーバ２ａに流入して気液二相に分離される。

そして、レシーバ２ａから流出した液相冷媒は、膨張弁３に流入する。膨張弁３に流入した液相冷媒は、第１弁部４８及び第２弁部５８によって第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０に所定の流量分配比で分配される。図４に示したように、第１分岐流路４０には冷房負荷が高いほど高い流量分配比で分配され、第２分岐流路５０には冷房負荷が高いほど低い流量分配比で分配される。第１分岐流路４０に分配された冷媒は、第１絞り通路４１で減圧されて気液二相となり、第１流出口４５から流出する。第２分岐流路５０に分配された冷媒は、第２絞り通路５１で減圧されて気液二相となり、第２流出口５５から流出する。第１流出口４５から流出した冷媒又は第２流出口５５から流出した冷媒の一方はエジェクタ５のノズル部５ａに向かい、他方は吸入用流路９を通って第２蒸発器７に向かう。

エジェクタ５のノズル部５ａに流入した冷媒は、ノズル部５ａにより減圧されて膨張する。この減圧膨張時に冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されるので、冷媒はノズル部５ａの噴出口から高速度となって噴出する。そして、この冷媒噴出流の冷媒吸引作用により、第２蒸発器７を通過した後の冷媒が吸引部５ｂから吸引されることになる。

ノズル部５ａから噴出した冷媒と吸引部５ｂに吸引された冷媒は、ノズル部５ａの下流側の昇圧部５ｃに流入する。この昇圧部５ｃでは通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。

昇圧部５ｃから流出した冷媒は、第１蒸発器６に流入する。第１蒸発器６では、低圧冷媒が外部空気から吸熱して蒸発する。つまり、外部空気が冷却されることになる。第１蒸発器６を通過後の冷媒は、圧縮機１に吸入されて再び圧縮される。

一方、吸引用流路９を通って第２蒸発器７に流入した冷媒は、第１蒸発器６で冷却された外部空気から更に吸熱して蒸発する。つまり、外部空気が更に冷却されることになる。第２蒸発器７で蒸発した冷媒は、エジェクタ５の吸引部５ｂから吸引されて、ノズル部５ａを通過した液相冷媒と昇圧部５ｃで混合されて第１蒸発器６に流入していく。

本実施形態によれば、膨張弁３が流路分岐機能を有しているため、分岐を有する冷凍サイクルにおいて流量分配器を省略できる。また、膨張弁３内の第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０にはそれぞれ第１絞り通路４１及び第２絞り通路５１が形成されるため、吸引用流路９の第２蒸発器７よりも上流側に設けられるキャピラリ等の固定絞りを省略できる。したがって、蒸気圧縮式冷凍サイクルの機能部品点数を削減でき、開発工数を低減できる。すなわち、蒸気圧縮式冷凍サイクルの部品コスト及び取付けコストを削減できる。

また本実施形態では、第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０への冷媒の分配は、第１弁部４８及び第２弁部５８の上流側で行われる。したがって、冷媒が単相（液相）域で分配されるため、気液の偏りを考慮する必要がなく、第１弁部４８及び第２弁部５８の開弁特性に基づき安定した流量分配が可能となる。すなわち、第１弁部４８及び第２弁部５８の開弁特性が同一であれば第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０に冷媒を同量ずつ安定して分配でき、第１弁部４８及び第２弁部５８の開弁特性を異ならせれば、冷媒を所定の流量分配比で安定して分配できる。したがって、第１蒸発器６及び第２蒸発器７やノズル部５ａの能力を効率良く発揮させることができる。

さらに本実施形態では、第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０への流量分配比を冷房負荷に応じて異ならせることができる。これにより、高負荷時には第１蒸発器６及び第２蒸発器７での過熱度上昇を抑制でき、低負荷時には圧縮機１への液相冷媒の流入（液バック）を抑制できる。例えば、２つの蒸発器が空気流れに対して直列に配置されている場合、冷房負荷が高いときに風下側の蒸発器に優先して冷媒を流すことによって風下側の蒸発器の過熱度上昇を抑制できる。また、低負荷時にはノズル部５ａ側に優先して冷媒を流すことができるため、ノズル部５ａをチョークさせることが可能となる。

また本実施形態では、流入部３１が筒状の形状を有し、第１分岐流路４０は第２分岐流路５０よりも閉塞面３１ｂ側で分岐している。したがって、膨張弁３に流入する冷媒が気液二相の場合、気液の慣性力の差異を利用して、第１分岐流路４０側には乾き度の比較的低い液相リッチ側の冷媒を分配し、第２分岐流路５０側には乾き度の比較的高い気相リッチ側の冷媒を分配することができる。液相冷媒と気相冷媒は密度が異なるため、このように気液の分配比を異ならせることによって、第１分岐流路４０及び第２分岐流路５０に所定の質量流量分配比で冷媒を分配することも可能になる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態における膨張弁１０３の構成を示す模式的な断面図である。図５に示すように、本実施形態は、第１弁体１４３及び第２弁体１５３がいずれも円錐弁であり、両弁体１４３、１５３が作動棒１６５と同軸上に配置されている点に特徴を有している。

筒状の流入部３１からは、第１分岐流路１４０及び第２分岐流路１５０がそれぞれ上方に分岐している。第１分岐流路１４０は、第２分岐流路１５０よりも閉塞面３１ｂ側で分岐している。

第１分岐流路１４０には、部分的に流路径が絞られて上下方向に延伸する第１絞り通路１４１が形成されている。第１絞り通路１４１の上流端には第１弁孔１４２が流入部３１に面して形成されている。第１弁孔１４２の上流側には、当該第１弁孔１４２に対して可動する円錐弁形状の第１弁体１４３が配置されている。第１弁体１４３は、コイルばね１４４によって閉弁方向に付勢されている。第１弁孔１４２及び第１弁体１４３は第１弁部１４８を構成している。

第２分岐流路１５０は、流入部３１から分岐して上方に延伸し、途中で屈曲して第１絞り通路１４１の直上を経由している。第１分岐流路１４０及び第２分岐流路１５０間には、第１絞り通路１４１と同軸の貫通孔１４６が形成されている。また第２分岐流路１５０には、第１絞り通路１４１及び貫通孔１４６と同軸の第２絞り通路１５１が形成されている。第２絞り通路１５１の上流端には第２弁孔１５２が形成されている。第２弁孔１５２の上流側には、第１弁体１４３と連動して作動する円錐弁形状の第２弁体１５３が配置されている。第２弁孔１５２及び第２弁体１５３は第２弁部１５８を構成している。

第２弁体１５３は、貫通孔１４６に挿通された棒状の連結部材１５６を介して第１弁体１４３と連結されており、第１弁体１４３、第２弁体１５３及び連結部材１５６は例えば一体的に形成されている。連結部材１５６及び貫通孔１４６間の隙間は、メタルシールによって進退可能にシールされている。

感温駆動部６２により駆動される作動棒１６５は、第１弁体１４３、第２弁体１５３及び連結部材１５６と同軸に配置されており、その下端部は、第２弁体１５３に当接している。作動棒１６５が上下方向に進退することによって、第１弁体１４３及び第２弁体１５３は互いに同一のリフト量で連動して作動するようになっている。

本実施形態では、上記実施形態と同様の効果が得られることに加え、流量制御性に優れる円錐弁が用いられているため、第１弁部１４８及び第２弁部１５８のそれぞれに対し所望の開弁特性を容易に設定することができる。

また本実施形態では、第１弁体１４３及び第２弁体１５３がいずれも作動棒１６５と同軸上に配置されているため、作動棒１６５を分岐させるまでもなく、第１弁体１４３及び第２弁体１５３を容易に連動させることができる。

さらに本実施形態では、作動棒１６５と第１弁体１４３、第２弁体１５３及び連結部材１５６とがいずれも分岐のない棒状の形状を有しているため、膨張弁１０３の組立てが容易になり製造工程が簡略化する。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、エジェクタ５を備えた冷凍サイクルを例に挙げたが、本発明はこれに限られない。例えば図６に示すように、エジェクタを備えず、２つの蒸発器１６、１７が並列に接続された冷凍サイクルにも適用できる。この場合においても上記実施形態と同様に、膨張弁３によって冷媒を両蒸発器１６、１７に安定して分配できるようになる。

また、上記実施形態では温度式の膨張弁を例に挙げたが、電磁式の膨張弁にも適用できる。

さらに、上記実施形態では、第１弁部４８及び第２弁部５８が互いに異なる開弁特性を有し、かつ第１弁部４８及び第２弁部５８の流量比がリフト量によって変化するように設定された例を挙げたが、本発明はこれに限られない。例えば、第１弁部４８及び第２弁部５８の流量比はリフト量に関わらず一定であってもよいし、第１弁部４８及び第２弁部５８の開弁特性は同一であってもよい。

また、上記第１実施形態では、球状の第１弁体４３及び第２弁体５３を例に挙げたが、それぞれ円錐弁形状の弁体を用いることもできる。さらに、上記第２実施形態では、円錐弁形状の第１弁体１４３及び第２弁体１５３を例に挙げたが、それぞれ球状の弁体を用いることもできる。

また、上記実施形態では特に冷媒の種類を特定していないが、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒、二酸化炭素冷媒等の種々の冷媒を用いることができる。

圧縮機１は、斜板式の可変容量型圧縮機に限らず、スクロール式やロータリー式等の固定容量型のものでも良い。またレシーバ２ａを廃止して、第１蒸発器６の冷媒流出側にアキュムレータを設けたものとしても良い。

また上記実施形態における蒸気圧縮式冷凍サイクルは、車両用空調装置だけでなく、家庭用の給湯器用または室内空調用のヒートポンプサイクルに適用することができる。

第１実施形態の蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を示す図である。 第１実施形態の膨張弁の構成を示す模式的な断面図である。 膨張弁の第１弁部及び第２弁部における開弁特性の一例を示すグラフである。 膨張弁の第１分岐流路及び第２分岐流路への流量分配特性の一例を示すグラフである。 第２実施形態の膨張弁の構成を示す模式的な断面図である。 他の実施形態の蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を示す図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
３、１０３ 膨張弁
５ エジェクタ
５ａ ノズル部
５ｂ 吸引部
６、１６ 第１蒸発器
７、１７ 第２蒸発器
３１ 流入部
４０、１４０ 第１分岐流路
４１、１４１ 第１絞り通路
４５ 第１流出口
４８、１４８ 第１弁部
５０、１５０ 第２分岐流路
５１、１５１ 第２絞り通路
５５ 第２流出口
５８、１５８ 第２弁部
６２ 感温駆動部
６５、１６５ 作動棒

Claims (9)

1. 第１蒸発器（６）及び第２蒸発器（７）と、
   前記第１蒸発器（６）に冷媒を流通させる第１流路（８）と、
   前記第１流路（８）から分岐して前記第２蒸発器（７）に冷媒を流通させる第２流路（９）とを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられる膨張弁であって、
   冷媒が外部から流入する流入部（３１）と、
   前記流入部（３１）からそれぞれ分岐して設けられた第１分岐流路（４０）及び第２分岐流路（５０）と、
   前記第１分岐流路（４０）に設けられ、液冷媒を絞り膨張させて気液二相とする第１絞り通路（４１）と、
   前記第１絞り通路の上流端に設けられた第１弁孔（４２）及び当該第１弁孔（４２）に対して可動する第１弁体（４３）を備え、前記第１絞り通路（４１）を通過する冷媒の流量を調節する第１弁部（４８）と、
   前記第２分岐流路（５０）に設けられ、液冷媒を絞り膨張させて気液二相とする第２絞り通路（５１）と、
   前記第２絞り通路の上流端に設けられた第２弁孔（５２）及び当該第２弁孔（５２）に対して可動する第２弁体（５３）を備え、前記第２絞り通路（５１）を通過する冷媒の流量を調節する第２弁部（５８）と、
   前記第１弁体（４３）及び前記第２弁体（５３）を同一のリフト量で連動して作動させる作動棒（６５）と、
   前記作動棒（６５）を駆動する駆動部（６２）と、
   前記第１分岐流路（４０）を流通した冷媒を前記第１流路（８）又は前記第２流路（９）の一方に流出させる第１流出口（４５）と、
   前記第２分岐流路（５０）を流通した冷媒を前記第１流路（８）又は前記第２流路（９）の他方に流出させる第２流出口（５５）とを有することを特徴とする膨張弁。
2. 前記第１弁部（４８）及び前記第２弁部（５８）は、互いに異なる開弁特性を有していることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記第１弁部（４８）及び前記第２弁部（５８）での流量比は、前記リフト量に応じて変化していることを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
4. 前記流入部（３１）は、冷媒が流入する一端部と閉塞された他端部とを備えた筒状の形状を有し、
   前記第１分岐流路（４０）は、前記第２分岐流路（５０）よりも前記流入部（３１）の他端側で分岐していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の膨張弁。
5. 前記作動棒（６５）は、前記第１弁体（４３）を作動させる第１分岐部（６５ｂ）と、前記第１分岐部（６５ｂ）に対して分岐して設けられ、前記第２弁体（５３）を作動させる第２分岐部（６５ｃ）とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の膨張弁。
6. 前記第１弁体（１４３）及び前記第２弁体（１５３）は、前記作動棒（１６５）と同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の膨張弁。
7. 前記第１蒸発器（６）及び前記第２蒸発器（７）の少なくとも一方に直結されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の膨張弁。
8. 冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）で放熱した冷媒のうち一部の冷媒を取り入れてノズル部（５ａ）から噴射させて高速度の冷媒流を形成するとともに、当該冷媒流によって冷媒を吸引部（５ｂ）から吸引するエジェクタ（５）と、
   前記エジェクタ（５）から流出した冷媒を蒸発させ、前記圧縮機（１）側に流出させる第１蒸発器（６）と、
   前記放熱器（２）で放熱した冷媒のうち残余の冷媒を取り入れて蒸発させ、前記吸引部（５ｂ）側に流出させる第２蒸発器（７）と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の膨張弁とを有することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
9. 冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）で放熱した冷媒のうち一部の冷媒を取り入れて蒸発させて前記圧縮機（１）側に流出させる第１蒸発器（１６）と、
   前記第１蒸発器（１６）に対し並列に接続され、前記放熱器（２）で放熱した冷媒のうち残余の冷媒を取り入れて蒸発させて前記圧縮機（１）側に流出させる第２蒸発器（１７）と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の膨張弁とを有することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。

Images