JPH0510469A - 温度式膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サイクル中の冷媒が不足しても、冷媒圧縮機
の耐久性低下を招くような、冷媒蒸発器出口における過
熱度の極度な上昇を防止することのできる温度式膨張弁
を提供することを目的とする。 【構成】 膨張弁１は、膨張弁本体１３と感温筒１４と
から成り、膨張弁本体１３には、中間部にオリフィス１
５を有する冷媒通路１６が形成されるとともに、ダイヤ
フラム１７、および弁部材を備える。弁部材は、オリフ
ィス１５を開閉する円錐弁２２と、この円錐弁２２に形
成された流入孔２３を開閉するボール弁２４から成り、
円錐弁２２はスプリング２５により、ボール弁２４はス
プリング３０により、それぞれオリフィス１５および流
入孔２３を閉じるように付勢されている。円錐弁２２
は、ボール弁２４の作動中は閉じており、ボール弁２４
が全開した後、ダイヤフラム１７の変位に応じてオリフ
ィス１５を開口する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクルに使用さ
れる温度式膨張弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両用冷凍サイクルでは、冷
媒蒸発器へ供給される冷媒の減圧手段として温度式膨張
弁が使用されている。この温度式膨張弁は、冷媒蒸発器
出口のガス冷媒が一定の過熱度を持つように、冷媒蒸発
器へ吐出する冷媒流量を調節するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ベルトを介
してエンジンの回転出力によって駆動される車両用冷凍
サイクルでは、冷媒圧縮機がエンジンに直接取付けられ
ており、エンジンの振動が冷媒圧縮機に伝達されること
から、冷媒圧縮機と冷媒凝縮器との間、および冷媒圧縮
機と冷媒蒸発器との間がゴムホースによって接続されて
いる。

【０００４】このため、サイクル中の冷媒が時間ととも
にゴムホースより大気に放出されて、冷媒封入量が次第
に減少する。そして、サイクル作動中にレシーバの液面
がなくなり、膨張弁にガス冷媒が混入しだすと、従来の
温度式膨張弁では必要重量流量の冷媒を流しきることが
できなくなる。

【０００５】その結果、エンタルピの減少に加えて、冷
媒重量流量の減少に伴い、冷房能力が急激に低下する。
また、冷媒蒸発器出口の過熱度が急激に上昇することか
ら、冷媒圧縮機の吸入ガス温度が上昇し、冷媒圧縮機の
耐久性低下を招くという課題を有していた。

【０００６】本発明は、上記事情に基づいて成されたも
ので、その目的は、サイクル中の冷媒が不足しても、冷
媒圧縮機の耐久性低下を招くような、冷媒蒸発器出口に
おける過熱度の極度な上昇を防止することのできる温度
式膨張弁を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、冷媒蒸発器出口の冷媒配管に熱的に接触
して設けられた感温筒内の圧力が作用する一方のダイヤ
フラム室と前記冷媒蒸発器の蒸発圧力が作用する他方の
ダイヤフラム室との圧力差に応じて変位するダイヤフラ
ムと、冷媒の通過する第１絞り部および該第１絞り部と
並列に設けられた第２絞り部と、所定の設定圧で前記第
１絞り部を閉じるように付勢され、前記一方のダイヤフ
ラム室の圧力が前記他方のダイヤフラム室の圧力よりも
前記設定圧以上である時に、前記ダイヤフラムの変位に
応じて前記第１絞り部の開口度合いを調節する第１弁体
と、前記設定圧より高い設定圧で前記第２絞り部を閉じ
るように付勢され、前記第１弁体が前記第１絞り部を全
開した状態で、前記ダイヤフラムの変位に応じて前記第
２絞り部の開口度合いを調節する第２弁体とを備えたこ
とを技術的手段とする。

【０００８】

【作用】上記構成より成る本発明の温度式膨張弁は、一
方のダイヤフラム室に作用する圧力が他方のダイヤフラ
ム室に作用する圧力よりも高く、第１弁体の設定圧以上
になると、第１弁体がダイヤフラムの変位に応じて作動
し、第１絞り部の開度を調節する。

【０００９】その後、第１弁体が第１絞り部を全開する
と、それまで第２絞り部を閉じていた第２弁体がダイヤ
フラムの変位に応じて作動し、第２絞り部の開口度合い
を調節する。従って、この第２弁体が作動している時
は、第１弁体により全開された第１絞り部と、第２弁体
の開口度合いに応じた第２絞り部の両方を冷媒が流れる
ことになる。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の温度式膨張弁の一実施例を図
１ないし図８に基づき説明する。図１は温度式膨張弁の
断面図である。

【００１１】この温度式膨張弁１（以下膨張弁１と略
す）は、車両用空気調和装置の冷凍サイクル２（図２参
照）に使用されるものである。冷凍サイクル２は、図２
に示すように、電磁クラッチ３を介して車両の走行用エ
ンジン４によって駆動される冷媒圧縮機５と、冷媒圧縮
機５より吐出された高温、高圧のガス冷媒をクーリング
ファン６の送風を受けて凝縮液化する冷媒凝縮器７と、
冷媒凝縮器７から供給された冷媒を一時蓄えるレシーバ
８と、レシーバ８から供給された冷媒を減圧して吐出す
る本発明の膨張弁１と、その減圧された冷媒を送風機９
の送風を受けて蒸発させる冷媒蒸発器１０とから構成さ
れ、それぞれ冷媒配管１１によって接続されている。

【００１２】なお、この冷凍サイクル２は、冷媒圧縮機
５がブラケット（図示しない）を介してエンジン４に直
接取付けられており、そのエンジン４の回転出力がベル
ト１２を介して電磁クラッチ３に伝達される。その為、
エンジン４の振動が冷媒圧縮機５に伝わることから、冷
媒圧縮機５と冷媒凝縮器７との間、および冷媒圧縮機５
と冷媒蒸発器１０との間が、それぞれゴムホース（冷媒
配管１１）によって接続されている。

【００１３】膨張弁１は、膨張弁本体１３と感温筒１４
とから構成されている。感温筒１４は、内部にＲ１２冷
媒が封入されて、冷媒蒸発器１０の出口配管１１ａに熱
的に接触させた状態で固定されており、その出口配管１
１ａを通過する冷媒の温度を感知して温度変化を圧力変
化に変換する。

【００１４】膨張弁本体１３は、中間部にオリフィス１
５（本発明の第２絞り部）が形成された冷媒通路１６
と、ダイヤフラム１７、および冷媒通路１６を流れる冷
媒量を調節する弁部材（後述する）などから構成されて
いる。冷媒通路１６は、オリフィス１５より上流側と下
流側とが９０度を成すように屈曲して形成されている。

【００１５】膨張弁本体１３には、ダイヤフラム１７に
よって仕切られた一方（図１上側）のダイヤフラム室１
８と他方のダイヤフラム室１９とが形成され、一方のダ
イヤフラム室１８には、キャプラリチューブ２０を介し
て感温筒１４内の圧力が作用し、他方のダイヤフラム室
１９には、外均管２１を介して冷媒蒸発器１０の出口側
圧力が作用する。

【００１６】弁部材は、オリフィス１５を通過する冷媒
量を調節する中空状の円錐弁２２（本発明の第２弁体）
と、この円錐弁２２の頂部に形成された流入孔２３（本
発明の第１絞り部）を通過する冷媒量を調節するボール
弁２４（本発明の第１弁体）とから成る。円錐弁２２
は、オリフィス１５の下流側に配されて、スプリング２
５によりオリフィス１５を閉じるように付勢されてい
る。スプリング２５は、冷媒通路１６の下流端部に螺着
された調節ネジ２６に支持されている。円錐弁２２の壁
面には、流入孔２３を通過した冷媒が流れ出るための複
数の流出孔２７が形成されている。

【００１７】ボール弁２４は、ダイヤフラム１７に連結
されたプッシュロッド２８に支持されて、円錐弁２２の
内部に配され、台座２９を介してスプリング３０により
流入孔２３を閉じるように付勢されている。スプリング
３０は、円錐弁２２の底部側（図１下側）開口端部に螺
着された調節ネジ３１に支持されている。

【００１８】ここで、円錐弁２２およびボール弁２４を
付勢するスプリング２５およびスプリング３０の付勢力
は、ボール弁２４が流入孔２３を開口する際の設定圧力
よりも、円錐弁２２がオリフィス１５を開口する際の設
定圧力の方が大きくなるように、調節ネジ２６および調
節ネジ３１により調節されている。

【００１９】従って、ボール弁２４は、円錐弁２２がオ
リフィス１５を閉じた状態で、ダイヤフラム１７の変位
に応じて作動し、一方のダイヤフラム室１８に作用する
圧力と、他方のダイヤフラム室１９に作用する圧力およ
びスプリング３０の付勢力とが釣り合ったところで静止
する。そして、その時のボール弁２４の開度に応じた一
定量の冷媒が、流入孔２３を通過して冷媒蒸発器１０へ
吐出される。

【００２０】なお、ボール弁２４の開度は、図３（ダイ
ヤフラム差圧と冷媒流量との関係を示すグラフ）に示す
ように、ダイヤフラム差圧の上昇とともに大きくなり、
台座２９の底面が調節ネジ３１に当接した時点（図３の
ｂ点）で全開となる。円錐弁２２は、ボール弁２４が全
開した後、さらにダイヤフラム差圧が上昇することでオ
リフィス１５を開く（図ｃ点）。このとき、オリフィス
１５の開口径が流入孔２３の開口径よりはるかに大きい
ため、冷媒通路１６を流れる冷媒流量は、オリフィス１
５の開口により急激に上昇する。

【００２１】次に、本実施例の作動を説明する。まず、
サイクル内の冷媒量が正規に充填されている時には、ダ
イヤフラム差圧が、例えば、図３のａ点でバランスし、
その時のボール弁２４の開度に応じた冷媒量が流入孔２
３を通過して流れている。

【００２２】サイクル内の冷媒が、ゴムホースなどから
大気に放出されて不足し、レシーバ８に液面がなくなる
と、膨張弁１の入口にガス冷媒が混入しだす。その結
果、冷媒重量流量が減少して、冷媒蒸発器１０出口の冷
媒過熱度が上昇するため、その過熱度を一定に保とうと
して、ボール弁２４が全開（図３のｂ点）することでバ
ランスし、必要な冷媒重量流量が確保される。

【００２３】その後、さらに冷媒が不足して過熱度が大
きくなり、ダイヤフラム差圧が上昇すると、円錐弁２２
がオリフィス１５を開きはじめる（図３のｃ点）。これ
により、ボール弁２４の開弁だけでは流しきれなかった
冷媒重量流量を確保することができ、冷媒不足に伴う冷
房能力の低下を抑えることができる。

【００２４】なお、従来の膨張弁を使用した場合と、本
実施例の膨張弁１を使用した場合とで、冷媒封入量の変
化に対するエンタルピ差比、冷媒重量流量比、冷房能力
比、過熱度、冷媒圧縮機５の吐出温度の関係を順に図４
ないし図８に示す。この図４ないし図８において、従来
の膨張弁を使用した場合を破線グラフで示し、本実施例
の膨張弁１を使用した場合を実線グラフで示す。

【００２５】これらの結果より、膨張弁の弁口径が制限
される従来の膨張弁を使用した場合には、冷媒封入量が
約６００ｇまで減少すると、冷媒重量流量の急激な低下
により、過熱度の上昇および冷房能力の急激な低下を招
くが、本実施例の膨張弁１を使用した場合では、このよ
うな急激な変化は見られず、冷媒封入量が約３００ｇま
で減少しても、必要な冷媒重量流量を確保することがで
きる。

【００２６】その結果、過熱度の上昇も抑えられて、冷
房能力の急激な低下もなく、耐久性を低下させるような
冷媒圧縮機５の異常な加熱が防止される。

【００２７】次に、本発明の第２実施例を説明する。図
９は、本実施例の冷凍サイクル図である。本実施例で
は、２つの膨張弁１ａ、１ｂを並列に配したもので、一
方の膨張弁１ａは、第１実施例で示したボール弁２４が
流入孔２３を開くときのダイヤフラム差圧で開弁し、他
方の膨張弁１ｂは円錐弁２２がオリフィス１５を開くと
きのダイヤフラム差圧で開弁する。

【００２８】従って、一方の膨張弁１ａおよび他方の膨
張弁１ｂの冷媒重量流量は、ダイヤフラム差圧に対し
て、図１０（一方の膨張弁１ａ：実線グラフ、他方の膨
張弁１ｂ：破線グラフ）に示すように変化し、第１実施
例と同様に、必要重量流量の冷媒を一方の膨張弁１ａで
流しきれなくなった時に、他方の膨張弁１ｂが開弁する
ことで必要な冷媒重量流量を確保することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の膨張弁は、第１弁体が第１絞り
部を全開した状態で、さらに第２弁体が第２絞り部を開
くことができるため、サイクル内の冷媒封入量が減少し
て、膨張弁の入口にガスが混入しだすような場合でも、
第２弁体が第２絞り部を開くことで、必要重量流量の冷
媒を流すことができる。

【００３０】従って、流量不足による過熱度の極度な上
昇を防止して、冷房能力の低下を抑えることができると
ともに、冷媒圧縮機の吸入ガス温度の上昇が抑えられる
ことにより、冷媒圧縮機の耐久性低下を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】膨張弁の断面図である。

【図２】冷凍サイクル図である。

【図３】ダイヤフラム差圧と冷媒流量との関係を示すグ
ラフである。

【図４】冷媒封入量とエンタルピ差比との関係を示すグ
ラフである。

【図５】冷媒封入量と冷媒流量重量比との関係を示すグ
ラフである。

【図６】冷媒封入量と冷房能力比との関係を示すグラフ
である。

【図７】冷媒封入量と過熱度との関係を示すグラフであ
る。

【図８】冷媒封入量と冷媒圧縮機の吐出温度との関係を
示すグラフである。

【図９】第２実施例に係る冷凍サイクル図である。

【図１０】第２実施例に係るダイヤフラム差圧と冷媒重
量流量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 温度式膨張弁 １０ 冷媒蒸発器 １４ 感温筒 １５ オリフィス（第２絞り部） １６ 冷媒通路 １７ ダイヤフラム １８ 一方のダイヤフラム室 １９ 他方のダイヤフラム室 ２２ 円錐弁（第２弁体） ２３ 流入孔（第１絞り部） ２４ ボール弁（第１弁体）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】ａ）冷媒蒸発器出口の冷媒配管に熱的に接
   触して設けられた感温筒内の圧力が作用する一方のダイ
   ヤフラム室と前記冷媒蒸発器の蒸発圧力が作用する他方
   のダイヤフラム室との圧力差に応じて変位するダイヤフ
   ラムと、 ｂ）冷媒通路に設けられた第１絞り部および該第１絞り
   部と並列に設けられた第２絞り部と、 ｃ）所定の設定圧で前記第１絞り部を閉じるように付勢
   され、前記一方のダイヤフラム室の圧力が前記他方のダ
   イヤフラム室の圧力よりも前記設定圧以上である時に、
   前記ダイヤフラムの変位に応じて前記第１絞り部の開口
   度合いを調節する第１弁体と、 ｄ）前記設定圧より高い設定圧で前記第２絞り部を閉じ
   るように付勢され、前記第１弁体が前記第１絞り部を全
   開した状態で、前記ダイヤフラムの変位に応じて前記第
   ２絞り部の開口度合いを調節する第２弁体とを備えた温
   度式膨張弁。