JPH04371767A - 自動膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用冷凍装置、空気調
和機等に好適な自動膨張弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍装置の冷媒回路の一例が図４
に示されている。

【０００３】図４において、１は開放型の圧縮機、２は
凝縮器、３はレシーバ、４は温度式膨張弁、５は定圧自
動膨張弁、６は蒸発器、７は吸入圧力調整弁、２２は感
温筒、２３は導圧管である。

【０００４】圧縮機１から吐出された冷媒ガスは凝縮器
２で外気に放熱することによって凝縮液化し、レシーバ
３で液冷媒中に含まれるガス冷媒を分離し、温度式膨張
弁４で絞られることによって断熱膨張し、蒸発器６で庫
内空気を冷却することによって蒸発気化し、吸入圧力調
整弁７で圧力を調整されて圧縮機１に吸入される。

【０００５】冷凍装置の過負荷運転時やプルダウン運転
時には、蒸発器６の能力が凝縮器２の能力に対して過大
となり、圧縮機１の吐出圧力が許容圧力を越えるおそれ
がある。そこで、吸入圧力調整弁７によって圧縮機１に
吸入される冷媒ガスの圧力が設定圧力以上にならないよ
うに冷媒流量を制限して圧縮機１の吐出圧力を許容圧力
以下に抑制している。

【０００６】また、外気温度が低い場合や圧縮機１の回
転数が高い場合には、圧縮機１に吸入される冷媒ガスの
圧力が低下して負圧となる。すると、開放型圧縮機１の
メカニカルシールの摺動面の間隙から空気が冷媒回路内
に侵入したり、摺動面に油切れが発生してメカニカルシ
ールの潤滑不良を惹起する。そこで、定圧自動膨張弁５
によって蒸発圧力が設定圧力以下に低下しないように自
動的に比例制御することにより圧縮機１に吸入される冷
媒ガスの圧力が負圧とならないように抑制している。

【０００７】上記従来の冷凍装置においては、次の欠点
がある。 （１）定常運転に移行して吸入圧力調整弁７が全開とな
ってもこれを冷媒ガスが通過する際の流通抵抗が生ずる
ため定常運転時の能力が低下する。 （２）冬季等凝縮器２の能力が充分で、かつ、圧縮機１
から吐出される冷媒ガスの圧力が低い場合であっても蒸
発器６における冷媒の蒸発圧力、即ち、圧縮機１に吸入
される冷媒ガスの圧力が吸入圧力調整弁７の設定圧力以
上のときはこの吸入圧力調整弁７が圧縮機１に吸入され
る冷媒流量を制限するので、冷凍装置はその最大能力を
発揮できない。

【０００８】上記（１），（２）の欠点を排除するため
に、本出願人は先に特願平０２−１１４１８４号及び特
願平０３−０４１９０８号として、蒸発器出口の冷媒過
熱度を制御する過熱度制御機構を備えた自動膨張弁にお
いて、この膨張弁入口の冷媒圧力が設定圧力以上のとき
蒸発器に流入する冷媒量を吐出圧力制御機構から発信さ
れる、膨張弁入口圧力と蒸発器出口圧力の一次関数であ
る操作圧力により、前記冷媒過熱度制御機構を操作部と
して吐出圧力を制御する機構と、蒸発器出口の冷媒圧力
が設定圧力以下のとき、圧縮機１から吐出された冷媒ガ
スを蒸発器出口に供給して圧縮機１の吸入圧力を制御す
る機構とを設け、予め設定された上記各設定圧力にたい
する実際の運転圧力に応じて予め定めた順序で上記各制
御機構を動作させることを特徴とする自動膨張弁を提案
した。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の膨張弁
には次のような問題点がある。 （１）吸入圧力制御機構を構成する定圧自動膨張弁の一
例的な構造は図５に示す通りである。（この構造は公知
であるので詳細説明は省略する。）図５のダイアフラム
上部空間Ｇには窒素ガスが封入されており常時ダイアフ
ラムに一定の圧力を加えるように設計されている。しか
し、周囲温度や冷媒温度の変動により、窒素ガスが膨張
収縮し、定圧自動膨張弁の制御圧力が変化し、所定の特
性を得られない場合がある。 （２）吸入圧力制御機構が過熱度制御機構と並列に設け
られているため膨張弁全体が大きいものとならざるを得
ない。 （３）過熱度制御機構のキャリアと弁本体とのシールに
Ｏリング１００を用いており、その摺動抵抗により、弁
の動作にヒステリシスを生じ、円滑な制御特性が得られ
ない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として次の（１）〜（３）に記載の自動膨張弁を提
供しようとするものである。 （１）蒸発器の冷媒過熱度を制御する過熱度制御機構を
備えるとともに、膨張弁入口圧力が設定圧力以上のとき
、前記過熱度制御機構の機能を停止させ、同過熱度制御
機構を蒸発器に流入する冷媒量を制御して圧縮機の吐出
圧力を制御する操作部として動作させる吐出圧力制御機
構と、膨張弁出口の冷媒圧力が設定圧力以下のとき、前
記過熱度制御機構をバイパスして蒸発器に流入させて、
圧縮機吸入圧力を制御する吸入圧力制御機構とを備えて
なる自動膨張弁において、吸入圧力制御機構の圧力検知
機構として、内部を真空にしたベローズを具備してなる
ことを特徴とする自動膨張弁。 （２）吸入圧力制御機構の弁機構と、過熱度制御機構の
弁機構とを複座弁構造としてなることを特徴とする上記
（１）に記載の自動膨張弁 （３）過熱度制御機構と内蔵された吸入圧力制御機構と
の間のシール部材として、たわみを利用した化成材を用
いてなることを特徴とする上記（１）に記載の自動膨張
弁。

【００１１】なお、ここに「化成材」とはゴム、プラス
チック材料等を云う。

【００１２】

【作用】本発明は上記のように構成されるので次の作用
を有する。 （１）上記（１）の構成にあっては自動膨張弁の吸入圧
力制御機構の圧力検知機構に内部を真空にしたベローズ
を用いるので、ベローズの内部に周囲温度や冷媒温度の
影響を受ける気体がなく、従って、自動膨張弁が絶対圧
力基準で圧縮機の吸入圧力を制御することが出来る。こ
の結果、吸入圧力が正確に制御できる。 （２）上記（２）の構成にあっては自動膨張弁の吸入圧
力制御機の弁機構と、過熱度制御機構の弁機構とを複座
弁構造とするので自動膨張弁が小型軽量になる。 （３）上記（３）の構成にあっては自動膨張弁の過熱度
制御機構と、内蔵された吸入圧力制御機構との間のシー
ルを、たわみを利用した化成材を用いて行なうので、摺
動抵抗による弁の動作のヒステリシスがなくなり円滑な
制御特性が得られる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図３により説明す
る。なお、従来例と同様の部材には同符号を付し、説明
を省略する。

【００１４】図３は、本実施例に係る冷媒回路の一例を
示している。図３に示すように、図４に示す従来の冷媒
回路における吸入圧力調整弁７及び定圧自動膨張弁５を
廃止するとともに温度式膨張弁４に代えて自動膨張弁１
０が取り付けられている。この自動膨張弁１０の詳細が
図１に示される。この自動膨張弁１０は過熱度制御機構
１１と、吐出圧力制御機構１２と、吸入圧力制御機構１
３とを備えている。

【００１５】過熱度制御機構１１と吐出圧力制御機構１
２は、従来（特願平０３−０４１９０８）と類似である
が、図１、図２により詳細説明を行う。

【００１６】過熱度制御機構１１は本体２１、感温筒２
２、導圧管２３、ダイアフラム３２、ロッド２４、弁体
２５、弁口２６、キャリア２７、スプリング２８、均圧
管７（図３参照）等からなり、シール部材６５により、
キャリア２７を本体２１と摺動自在に封密嵌合している
。

【００１７】感温筒２２は図３に示すように蒸発器６出
口の冷媒配管に取り付けられ、かつ、ダイアフラム３２
の上方に限界された作動室２９に導圧管２３によって連
通連結されている。これら感温筒２２、作動室２９、及
び導圧管２３の内部には冷凍装置の冷媒回路内に封入さ
れている冷媒と同種の冷媒が充填されている。

【００１８】ダイアフラム３２の下方に限界された室３
０は、図３の均圧管７を介して蒸発器出口に連通連結さ
れている。ダイアフラム３２は、ロッド２４を介してキ
ャリア２７、弁体２５に連動連結され、このキャリア２
７は、その下方に配設されたスプリング２８によって押
推されるようになっている。

【００１９】しかして、蒸発器６の出口の過熱度が上昇
すると、感温筒２２内に充填された冷媒の圧力と、均圧
管７内圧力との差圧力が増大し、この結果ダイアフラム
３２を押しさげる。ダイアフラム３２が下降すると、ロ
ッド２４、キャリア２７を介して弁体２５がスプリング
２８の弾発力に抗して下降し、弁体２５と弁口２６との
間隙が増大してこの間隙を通る冷媒の流量が増大する。 このようにして従来の膨張弁４と同様この過熱度制御機
構１１によって蒸発器６の出口の冷媒過熱度が予め設定
された一定の値に維持される。

【００２０】ここで、従来のＯリング等のシール機構で
は、その摺動抵抗により弁の動作にヒステリシスを生じ
ていたが、本発明では、シール部材６５として皿型のゴ
ム、プラスチック等の化成材のたわみを利用したことに
より、スムーズな制御動作をえられる。

【００２１】吐出圧力制御機構１２は、ケース４０、ベ
ローズ４１、スプリング４２、弁体４３、入口弁口４４
及び出口弁口４５等からなる。

【００２２】ケース４０は、通孔５４を介してレシーバ
３と連通している。このケース４０の内部にはベローズ
４１が配設され、ベローズ４１の内部は通孔４６を介し
て大気に連通している。ベローズ４１は、この内部に配
設されたスプリング４２の弾発力によって伸長し、この
ベローズ４１の先端に固定された弁体４３を入口弁口４
４に向かって押推するようになっている。入口弁口４４
は、自動膨張弁１０の入口に連通しており、出口弁口４
５は導圧孔４７を介して均圧管７に連通している。弁室
５３と室５０とは導圧孔４９を介して連通している。ま
た、室５１は導圧孔４７を介して蒸発器出口に連通して
いる。フィードバックピストン４８は室５０と室５１の
圧力差によって発生する推力を弁体４３に加える構造と
なっている。

【００２３】通孔４６から導入された冷媒の圧力は図３
のレシーバ３から供給されるものであるが、圧縮機１の
代用特性といえる。よって、今後は通孔４６の圧力を吐
出圧力と表現する。

【００２４】吐出圧力制御機構１２の内部では次の力関
係が成立する。 　　　　Ｐｃ＝（Ａ／Ｂ）Ｐｈ＋Ｐｅ−（Ｆ／Ｂ）　　
　　　　　　　　………（１）ここに Ｐｃ：弁室５３の圧力 Ｐｈ：吐出圧力制御部流入圧力（通孔４６への導入圧力
） Ｐｅ：蒸発器出口圧力（導圧孔４７の圧力）Ａ　　：ベ
ローズ４１の有効受圧面積 Ｂ　　：フィードバックピストン４８の有効受圧面積Ｆ
　　：スプリング４２の圧縮反力 つまり、吐出圧力制御機構部１２は、吐出圧力と蒸発器
出口圧力の一次関数となる弁室５３の圧力Ｐｃを出力と
して発信する。弁室圧力Ｐｃと吐出圧力Ｐｈの関係を図
２に示す。この弁室圧力Ｐｃは、通孔５２を経由して、
上記過熱度制御機構部１１のキャリア下空間５５に伝達
される。

【００２５】これにより、過熱度制御機構部１１の力の
つり合いは次のようになる。 　　　　Ｐｅ＝（Ｐｂ・Ｄｄ−Ｐｃ・Ｄｃ−Ｆ）／（Ｄ
ｄ−Ｄｃ）　　……（２）ここに Ｐｂ：感温筒２２の内部圧力 Ｄｄ：ダイアフラム３２の有効受圧面積Ｄｃ：キャリア
２７の有効受圧面積 Ｆ　　：スプリング２８、ダイアフラム３２の合成圧縮
反力 感温筒２２内圧力の変化は、蒸発器６及び感温筒２２自
体の熱応答遅れのため、上記吐出圧力制御機構１２の弁
室５３の変化よりもずっと遅く、（２）式に示す蒸発器
出口圧力Ｐｅは、動的には弁室圧力Ｐｃの一次関数とし
て決定される。

【００２６】つまり、吐出圧力Ｐｈの上昇により蒸発器
出口圧力Ｐｅが一次関数として低下するように、冷媒流
量は減少させられる。

【００２７】このようにして吐出圧力Ｐｈは、予め設定
された一定の値以下に維持される。この時のキャリア２
７の動きは皿状の化成材のたわみを利用しており、ヒス
テリシスも無く円滑である。

【００２８】吸入圧力制御機構１３は、内部を真空にし
たベローズ６０、弁軸６１、弁口６２、弁体６３等で構
成されている。弁体６３は、前記過熱度制御機構１１の
弁体２５の内部に組み込まれ、複座弁を構成している。

【００２９】本機構が動作する吸入圧力は、図２に示す
Ｐｃ＝Ｐｅの領域である。吸入圧力が設定圧力まで低下
すると、ベローズ６０の周囲の圧力（膨張弁出口圧力）
と内部圧力（真空）との差圧力にベローズ６０自体の弾
発力が勝り、弁軸６１、弁体６３を上方に押上げ、弁体
６３と弁口６２に間隙が生じ、前記過熱度制御機構１１
の弁体２５に設けられた、孔６４から流入した冷媒が蒸
発器６へ供給される。

【００３０】これにより従来の定圧自動膨張弁と同様に
圧縮機１の吸入冷媒圧力を予め設定された圧力以上に維
持する。このとき、ベローズ６０の内部は真空なので流
入する冷媒の温度や、周囲の温度には全く影響されない
。

【００３１】以上の通り本実施例によれば、吸入圧力が
設定圧力まで低下すると、周囲の圧力と内部の圧力との
差圧力によって働くベローズ６０の内部を真空にし、内
部の力としては弾性力のみによる構成としたので、ベロ
ーズ６０が周囲温度や冷媒温度によって内部圧力変化を
全く受けず、従って、圧縮機１の吸入冷媒圧力をきわめ
て正確に制御できるという利点がある。

【００３２】また、弁体２５のなかに更に弁体６３を組
込んだ複座弁の構成としたので、実質的に２個の弁の作
用を１個の大きさの弁が果たすこととなり、自動膨張弁
が小型軽量化するという利点がある。また、本体２１と
キャリア２７との気密摺動部をゴム又はプラスチック等
の化成材よりなるシール部材６５でシールし、かつ、形
状を皿形としてたわみを利用できる構成としたので、気
密性は高いにも拘らず、摺動抵抗が発生せず、従って弁
動作に摺動摩擦に伴うヒステリシスが生じずきわめて円
滑な制御特性が得られるという利点がある。

【００３３】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。

【００３４】即ち、本発明は、蒸発器の冷媒過熱度を制
御する過熱度制御機構を備えると共に、膨張弁入口の冷
媒圧力が設定圧力以上のとき、前記過熱度制御機構の機
能を停止させ、同過熱度制御機構を蒸発器に流入する冷
媒量を制御して圧縮機の吐出圧力を制御する操作部とし
て動作させる吐出圧力制御機構と、膨張弁出口の冷媒圧
力が設定圧力以下のとき、前記過熱度制御機構をバイパ
スして蒸発器に流入させて、圧縮機吸入圧力を制御する
吸入圧力制御機構とを備えてなる自動膨張弁において、
吸入圧力制御機構を過熱度制御機構内部に複座弁として
内蔵し、皿形の化成材をシール部材として具備し、その
圧力検知機構として、内部を真空にしたベローズを具備
せしめたことにより、次の効果を有する。

【００３５】膨張弁の周囲温度や冷媒温度等の影響を受
けず、絶対圧力基準で圧縮機の吸入圧力を制御すること
が出来る。従って、吸入圧力が正確に制御でき、安全な
運転が可能となる。ヒステリシスの小さい、良好な制御
特性を得られる。自動膨張弁が、小型・軽量・安価にで
き、装着性に優れ経済的メリットも大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る自動膨張弁の縦断面図
である。

【図２】上記実施例に係る、吐出圧力制御機構が発信す
る吐出圧力と、弁室圧力の関係を示す図である。

【図３】上記実施例に係る冷媒回路を示す模式図である
。

【図４】従来の冷媒回路を示す模式図である。

【図５】従来の圧縮機吸入圧力制御機構を構成する定圧
自動膨張弁の構造を示す縦断面である。

【符号の説明】

１０　　自動膨張弁 １１　　過熱度制御機構 １２　　吐出圧力制御機構 １３　　吸入圧力制御機構 ２５　　弁体 ６０　　ベローズ ６３　　弁体 ６５　　シール部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　蒸発器の冷媒過熱度を制御する過熱度
   制御機構を備えるとともに、膨張弁入口圧力が設定圧力
   以上のとき、前記過熱度制御機構の機能を停止させ、同
   過熱度制御機構を蒸発器に流入する冷媒量を制御して圧
   縮機の吐出圧力を制御する操作部として動作させる吐出
   圧力制御機構と、膨張弁出口の冷媒圧力が設定圧力以下
   のとき、前記過熱度制御機構をバイパスして蒸発器に流
   入させて、圧縮機吸入圧力を制御する吸入圧力制御機構
   とを備えてなる自動膨張弁において、吸入圧力制御機構
   の圧力検知機構として、内部を真空にしたベローズを具
   備してなることを特徴とする自動膨張弁。
2. 【請求項２】　　吸入圧力制御機構の弁機構と、過熱度
   制御機構の弁機構とを複座弁構造としてなることを特徴
   とする請求項１に記載の自動膨張弁。
3. 【請求項３】　　過熱度制御機構と内蔵された吸入圧力
   制御機構との間のシール部材として、たわみを利用した
   化成材を用いてなることを特徴とする請求項１に記載の
   自動膨張弁。