JPH05118711A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可変容量コンプレッサを備えた冷凍サイクル
において、低負荷時における冷媒流量を適切に調節す
る。 【構成】 膨張弁本体６内に、コンデンサ２と連通して
同コンデンサ２にて凝縮した冷媒が導入される液冷媒通
路８と、前記液冷媒通路８に対して膨張オリフィス１０
を介して連通し、同オリフィス１０にて断熱膨張された
冷媒をエバポレータ５に供給する霧状冷媒通路９とを設
ける。前記両通路８，９間に前記膨張オリフィス１０と
連通する弁室７を形成し、前記弁室７内には、前記膨張
オリフィス１０を開閉する弁体１２を設ける。更に、前
記弁室７内には、不活性ガスを封入したベローズ１５を
設けるとともに、ベローズ１５により弁体１２を支持す
る。そして、冷媒の圧力が前記封入ガスの圧力より高く
なったときにベローズ１５が収縮して弁体１２が開放動
作される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、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用膨張弁に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の膨張弁は定格容量時及び
容量可変時のいずれの場合においてもスーパーヒート制
御するように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、低負荷時には
冷媒の流量が少なくなって、潤滑油の量が少なくなり、
コンプレッサが焼き付けを起こすおそれがあった。

【０００４】又、容量可変時にスーパーヒート制御が行
われると、そのスーパーヒート制御動作と、コンプレッ
サの容量制御動作とが相互に関連しながら、かつ位相が
ずれて行われることが多い。このような場合には、冷凍
サイクル全体の動作がハンチング状態となり、不安定で
ある。

【０００５】この発明の目的は、可変容量コンプレッサ
を用いた冷凍サイクルにおいて、常に的確な冷媒流量の
調節ができ、コンプレッサの焼き付けやハンチングなど
を防止できる膨張弁を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の膨張弁は、膨
張弁本体内に、コンデンサと連通して同コンデンサにて
凝縮した冷媒が導入される液冷媒通路と、前記液冷媒通
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霧
状冷媒通路と、前記液冷媒通路と前記霧状冷媒通路との
間に形成され、前記膨張オリフィスと連通する弁室と、
前記弁室内に設けられ、前記膨張オリフィスを開閉する
弁体と、冷媒の温度に応じて前記弁体の開閉を制御する
ようにした制御機構とを配設し、更に低温領域における
熱膨張率が冷媒のそれよりも小さい不活性ガスを封入し
たベローズを前記弁室内に設け、そのベローズにより前
記弁体を支持している。

【０００７】

【作用】本発明は上記手段を採用したことにより、中高
負荷のため可変容量コンプレッサが定格容量運転をして
膨張弁に導入される冷媒が高温になる時には、ベローズ
は収縮せず、膨張弁は膨張弁上部に配設されたダイヤフ
ラムの撓み量によりスーパーヒート状態になるよう制御
される。一方、低負荷のため前記コンプレッサが可変容
量運転をして膨張弁に導入される冷媒が低温になる時に
は、ベローズが収縮して、スーパーヒートとは関係なく
膨張弁オリフィスが開く。そして、コンプレッサの運転
に必要な冷媒流量を確保（リキッドバック状態）するこ
とができる。

【０００８】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明をカーエアコン用のボッ
クス型膨張弁に具体化した実施例を図面に従って説明す
る。

【０００９】図１は実施例のカーエアコンの概略を示す
図である。カーエアコンは可変容量コンプレッサ１、コ
ンデンサ２、レシーバ３、ボックス型膨張弁４及びエバ
ポレータ５を備えている。前記ボックス型膨張弁４にお
いて、膨張弁本体６の下部には液冷媒通路８が形成され
ている。さらに、本体６には前記液冷媒通路８より若干
上方位置で、かつ同通路８と相対向して霧状冷媒通路９
が形成されている。液冷媒通路８と霧状冷媒通路９との
間において、本体６には弁室７が形成されている。弁室
７はその上部に膨張オリフィス１０を有し、液冷媒通路
８と霧状冷媒通路９は膨張オリフィス１０を介して連通
している。膨張オリフィス１０の弁室７側には弁座１１
が形成されている。

【００１０】弁室７内には下方よりキャップを兼ねる調
節ねじ１４が螺合されている。その調節ねじ１４内には
冷媒Ｒ１２と窒素とよりなる不活性ガスを封入した銅製
のベローズ１５が嵌合されており、そのベローズ１５は
内外圧の差圧により収縮される。尚、この不活性ガスと
冷媒とは熱膨張率が異なる性質を有する。又、ベローズ
１５は小形でかつ金属製であるためベローズ１５内の封
入ガスは冷媒の温度変化に対してほとんど瞬時に追従す
る。

【００１１】べローズ１５上面にはベローズ押さえ１６
及び圧縮コイルばね１７が介裝され、圧縮コイルばね１
７の上端にはばね座１３が取り付けられている。そし
て、前記弁座１１に下方から対向するようにばね座１３
には球状の弁体１２が固定され、膨張オリフィス１０を
開閉するようになっている。

【００１２】従って、弁体１２はベローズ１５に支持さ
れるとともに、圧縮コイルばね１７の付勢力によって弁
座１１に圧接される。そして、調節ねじ１４による圧縮
コイルばね１７のセット長、並びにベローズ１５の伸縮
量を伴うベローズ長により弁座１１に対する弁体１２の
圧接力あるいは位置関係が変更されるようになってい
る。尚、調節ねじ１４にはＯリング１８が設けられ、弁
室７内の気密が保たれている。

【００１３】又、前記膨張弁本体６における通路８，９
の上方位置には低圧冷媒通路１９が貫通形成されてい
る。そして、低圧冷媒通路１９の一端は車両のエンジン
にて駆動される可変容量コンプレッサ１に接続され、そ
のコンプレッサ１はコンデンサ２とレシーバ３を介して
前記液冷媒通路８に接続されている。又、霧状冷媒通路
９は車室側のエバポレータ５と接続され、このエバポレ
ータ５は前記低圧冷媒通路１９の他端と接続されてい
る。

【００１４】一方、前記膨張弁本体６の上部にはねじ孔
２０が形成され、そのねじ孔２０内には下部ハウジング
２１がＯリング２２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２１上には薄いステンレス鋼よ
りなるダイヤフラム２３を挟んで上部ハウジング２４が
配設固定されている。その結果、両ハウジング２１，２
４内においてダイヤフラム２３の上側に感熱室２５が形
成されるとともに、下側には前記ネジ孔２０を含む均圧
室２６が形成されている。又、感熱室２５内には温度応
答体としての不活性ガスが封入されている。

【００１５】前記ねじ孔２０はプランジャ孔２８ａを介
して前記低圧冷媒通路１９と連通している。又、前記プ
ランジャ孔２８ａと対向するように本体６には、低圧冷
媒通路１９の中央部から下方へ向かってプランジャ孔２
８ｂが形成され、プランジャ孔２８ｂの下端と霧状冷媒
通路９との間には、ロッド孔２９が形成されている。そ
して、プランジャ孔２８ａ，２８ｂ内にはアルミ製の感
温棒３０が上下動可能に嵌挿され、同感温棒３０の上端
のストッパ部３０ａは前記均圧室２６内に配置されてダ
イヤフラム２３の下面に当接している。又、感温棒３０
の中間部は低圧冷媒通路１９内に露出している。さら
に、低圧冷媒通路１９と冷媒通路８，９とは感温棒３０
に装着されたＯリング３１にてシール状態（気密）が保
たれている。

【００１６】又、前記ロッド孔２９内にはステンレス製
の作動棒３２が上下動可能に配設され、その作動棒３２
の上端は前記感温棒３０に当接し、中間部は前記霧状冷
媒通路９内に露出し、下端は前記膨張オリフィス１０内
において前記弁体１２に当接している。このように、前
記感熱室２５、感温棒３０等により弁体１２の開閉を制
御する制御機構が構成されている。

【００１７】次に、このように構成した膨張弁４の作用
を説明する。可変容量コンプレッサ１から吐出された高
圧縮冷媒はコンデンサ２にて凝縮された後、レシーバ
３、膨張弁４の液冷媒通路８を経て弁室７内に導入され
る。さらに、この冷媒は弁室７内から膨張オリフィス１
０を通過し、この時断熱膨張して気液２相冷媒となり霧
状冷媒通路９に至る。その後、冷媒は霧状冷媒通路９か
らエバポレータ５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５が冷却されて車室内の冷房
に供給される。さらに、エバポレータ５から排出された
ガス冷媒は低圧冷媒通路１９を経て再び前記コンプレッ
サ１に戻る。

【００１８】一方、感温棒３０はばね座１３、弁体１２
および作動棒３２を介して圧縮コイルばね１７にて常に
上方に付勢されている。従って、弁座１１に対する弁体
１２の位置（膨張オリフィス１０の開度）は、圧縮コイ
ルばね１７の付勢力及び均圧室２６内の冷媒圧と、感熱
室２５内のガス圧とが釣り合った位置に保たれる。又、
均圧室２６内の冷媒圧力はエバポレータ５の蒸発圧力で
ある。

【００１９】そして、低圧冷媒通路１９内には感温棒３
０の一部が露出しているため、低圧冷媒通路１９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感温棒
３０を介してダイヤフラム２３に伝達され、さらに、ダ
イヤフラム２３から感熱室２５内の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２５内のガ
ス圧はエバポレータ５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２３を介して感温棒３０
の上面に作用する。これにより、弁体１２が開閉制御さ
れて、エバポレータ５内がスーパーヒート状態となるよ
うに冷媒量が調整される。

【００２０】ここで、図２及び図３に従い、弁室７内に
配設されたベローズ１５の作用について説明する。ベロ
ーズ１５は、図２に示すように、内圧と外圧の差圧によ
り収縮量がリニアに変化する特性を有する。本実施例で
は、差圧２kg／cm² の時の収縮量が差圧ゼロに対して
０．４mmとなるように設定されている。又、図３は本実
施例の冷媒及びベローズ封入ガスの感温特性を示してい
る。この図３では、冷凍サイクルの循環冷媒をＬ１、ま
た、ベローズ１５の封入ガスをＬ２として表している。
そして、冷媒と不活性ガスとの熱膨張率が異なり、前記
封入ガスＬ２の圧力は、中高負荷による高温（約５０℃
以上）時には前記冷媒Ｌ１にほぼ等しく、低負荷による
低温（約５０℃未満）時には前記冷媒Ｌ１よりも圧力が
低くなっている。従って、可変容量コンプレッサ１が定
格容量運転をして、コンデンサ２から供給される冷媒が
中高負荷になる時には、ベローズ１５内のガス圧と外圧
は等しくベローズ１５はベローズ長をほとんど変えない
が、可変容量コンプレッサ１が可変容量運転をして、前
記冷媒が低負荷になる時にはベローズ１５内のガス圧が
外圧よりも低くなりその差圧に応じた量だけベローズ１
５が収縮する。このため、圧縮コイルばね１７を介して
弁体１２が開放方向に移動され、その結果、膨張オリフ
ィス１０の開度が大きくなり冷媒の流量が多くなる。

【００２１】以上により、車室内の温度が上昇し低圧冷
媒通路１９に流入する冷媒の温度も上昇すると、感温棒
３０、ダイヤフラム２３を介して伝熱を受けた感熱室２
５のガスが膨張しダイヤフラム２３が下方に変位する。
この変位が感温棒３０、作動棒３２に伝えられて、膨張
オリフィス１０の開度が大きくなり、エパポレータ５の
入口に向かう冷媒量が増加する。この時、可変容量コン
プレッサ１は高負荷運転となるがベローズ１５は収縮せ
ず、膨張弁は上記したダイヤフラム２３の撓み量に対応
したスーパーヒートをとるよう制御される。

【００２２】又、車室内温度が低下し、低圧冷媒通路１
９を通る冷媒の温度も低下すると、感熱室２５のガス圧
も低下し作動棒３２が上方へ摺動して膨張オリフィス１
０の開度を小さくし、エバポレータ５の入口に向う冷媒
流量を減少させようとする。しかし、この時、可変容量
コンプレッサ１は低負荷運転となりコンデンサ２から供
給される冷媒の温度が低くなる。そして、それにともな
い冷媒と封入ガスとの差圧が大きくなり、ベローズ１５
が収縮して弁体１２が開放方向に移動され、エバポレー
タ５の入口側の冷媒流量を増加させることができる。こ
のようにして低負荷時に、可変容量コンプレッサを用い
た冷凍サイクルの運用に必要な冷媒流量を流通させ、リ
キッドバック状態を保つことができるとともに、冷媒流
量増加によりスーパーヒート制御が停止される。従っ
て、コンプレッサ１に対する潤滑油の供給が確実に行わ
れ、焼き付けを起こすおそれがないばかりでなく、容量
可変にともなうハンチングを防止できる。尚、低負荷時
にベローズ１５の作用によりエバポレータ５には必要量
以上の冷媒が送られることになるが、余分な量の冷媒は
エバポレータ５内で蒸発することがなく、過冷却は生じ
ない。

【００２３】（第２実施例）図４に、第２実施例におけ
るカーエアコンの概略並びにボックス型膨張弁３３を示
す。前記ボックス型膨張弁３３は、第１実施例で説明し
たボックス型膨張弁４と異なり、液冷媒通路８を前記弁
室７の上方に形成して弁室７と同通路８とが膨張オリフ
ィス１０を介して連通しており、霧状冷媒通路９を液冷
媒通路８の下方に形成している。よって、可変容量コン
プレッサ１から吐出された冷媒はコンデンサ２、レシー
バ３、膨張弁３３の液冷媒通路８並びに膨張オリフィス
１０を経て温度低下をともないながら弁室７内に導入さ
れる。そして、この冷媒は弁室７内から霧状冷媒通路９
を通過して、前記エバポレータ５内に導入された後、エ
バポレータ５から低圧冷媒通路１９に排出されて再びコ
ンプレッサ１に戻る。

【００２４】又、図５には、第２実施例で用いる冷媒及
び封入ガスの感温特性を示しており、冷凍サイクルの循
環冷媒をＬ３、前記感熱室２５封入ガスをＬ４、ベロー
ズ１５封入ガスをＬ５で表している。この時、前記ベロ
ーズ封入ガスＬ５はＭＯＰ（Most Operating Pressure
）値を摂氏２０度で１．９kg／cm² に設定して封入さ
れている。よって、前記感熱室封入ガスＬ４はほぼ全域
で温度に対応した圧力応答性を示すが、前記ベローズ封
入ガスＬ５はＭＯＰの設定により摂氏２０度より下がる
場合のみ温度に圧力応答していることが分かる。従っ
て、負荷が高くて前記コンデンサ２から前記膨張オリフ
ィス１０を通過して断熱膨張した冷媒が所定の温度より
も高く、前記ベローズ１５内のガスが高温の時には、前
記ベローズ１５は収縮しないが、負荷が低くて前記の断
熱膨張した冷媒が所定の温度よりも低くなり、前記ベロ
ーズ１５内のガスが低温の時には、前記ベローズ１５は
循環冷媒と不活性ガスとの差圧分だけ収縮することにな
り、前記膨張オリフィス１０の開度を大きくするように
作用する。

【００２５】この結果、可変容量コンプレッサ１が可変
容量運転をしてコンデンサ２から供給される冷媒が低負
荷になる時に、スーパーヒート状態が停止されるように
膨張オリフィス１０を開いて冷媒流量を多くして、低負
荷時のリキッドバックを確保するとともに、ハンチング
を防止することができる。

【００２６】尚、この発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、上記各実施例では低圧冷媒通路も一体化
されたボックス型膨張弁について述べたが、例えば、こ
の低圧冷媒通路を持たない種類の膨張弁に用いてもよ
い。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明では、可変容
量コンプレッサの容量が変可する場合等の低負荷時にお
いて、ベローズを収縮させて、冷凍サイクルの運用上、
適切な冷媒量に調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のカーエアコンの概略を示す図であ
る。

【図２】ベローズの収縮特性を示す図である。

【図３】第１実施例における冷媒及びベローズ封入ガス
の感温特性を示す図である。

【図４】第２実施例のカーエアコンの概略を示す図であ
る。

【図５】第２実施例における冷媒及び封入ガスの感温特
性を示す図である。

【符号の説明】

２…コンデンサ、４…膨張弁、５…エバポレータ、６…
膨張弁本体、７…弁室、８…液冷媒通路、９…霧状冷媒
通路、１０…膨張オリフィス、１２…弁体、１５…ベロ
ーズ。

Claims (1)

【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した冷媒が導入される液
   冷媒通路と、 前記膨張弁本体内に形成され、前記液冷媒通路に対して
   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霧状冷媒通路
   と、 前記液冷媒通路と前記霧状冷媒通路との間に形成され、
   前記膨張オリフィスと連通する弁室と、 前記弁室内に設けられ、前記膨張オリフィスを開閉する
   弁体と、 冷媒の温度に応じて前記弁体の開閉を制御するようにし
   た制御機構とを備えた膨張弁において、 冷媒が低温のときに収縮するベローズを前記弁室内に設
   け、 そのベローズにより前記弁体を支持したことを特徴とす
   る膨張弁。