JPH09133436A - 温度式膨脹弁およびこれを用いた車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷房負荷の変動に応じてきめ細かい冷媒流量の
制御が行え、過熱度が過大になるのを抑止し、コンプレ
ッサの故障や破損を防止することができる温度式膨脹弁
およびこれを用いた車両用空調装置を提供する。 【解決手段】 ダイアフラム４１で区画された圧力室４
２の圧力変動に応じて作動される弁体４５が弁座４６の
弁孔４６ａの開度を制御する膨脹弁本体４０の上記圧力
室４２に、不活性ガスおよび吸着剤を収容した第１の感
温筒６１、第２の感温筒６２および第３の感温筒６３を
接続した温度式膨脹弁である。いずれか１つの感温筒が
温度変化に応じて不活性ガスのガス圧を変化すると、ダ
イアフラムが変位して弁体が作動されて開度が変更され
る。複数の感温筒をそれぞれ条件の異なる温度変化部分
に設置すれば、各温度変化部分に応じて開弁度を制御す
ることができ、冷媒の流量を制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度式膨脹弁およ
びこれを用いた車両用空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用空調装置に用いられているレシー
バ式冷凍サイクルは、従来、図３に示すように、コンプ
レッサ１、コンデンサ２、レシーバ３、膨脹弁４および
エバポレータ５を備えており、冷媒が上記の順で流れる
サイクルを構成している。

【０００３】すなわち、ガス状の冷媒はコンプレッサ１
にて高温、高圧に加圧されてコンデンサ２に送られ、こ
のコンデンサ２においてはエンジンのラジエータ用クー
リングファン等から外気が送風されることにより高温、
高圧のガス状冷媒が強制的に冷却される。このため冷媒
ガスは凝縮の潜熱が冷却風に奪われ、よって液化する。
そして、コンデンサ２を流れる間に過冷却（スーパクー
ル）される。

【０００４】コンデンサ２で液化された上記高圧の冷媒
はレシーバ３に送られ、レシーバ３で減圧される。この
減圧された液冷媒は、膨脹弁４が開かれるときに急激に
膨脹されて、低圧、低温の液冷媒となり、この液状冷媒
はエバポレータ５に送られる。エバポレータ５に入った
液状冷媒は、エバポレータ５のチューブ内を流れる間
に、周囲の空気からフィンを通じて蒸発に必要な潜熱を
奪って盛んに蒸発し、これにより周囲の空気を冷却す
る。冷却された周囲の空気はブロアにより車室内へ送ら
れ車室を冷房する。

【０００５】上記エバポレータ５で霧化した冷媒はコン
プレッサ１に戻され、再び高温、高圧に加熱されてコン
デンサ２へ送られる。以上のような冷媒の冷凍サイクル
を繰り返すことにより、冷媒はエバポレータ５で車室の
空気から熱を奪って車室内空気を冷房し、この熱をコン
デンサ２で外気へ捨てるようになっている。

【０００６】上記のような車両用空調装置においては膨
脹弁４で冷媒の流量を制御し、かつエバポレータ５出口
の冷媒が適度な過熱度（スーパヒート）を維持するよう
に制御している。すなわちエバポレータ５を流れる冷媒
はエバポレータ５で完全に蒸発が終える程度に過熱度さ
れるようになっており、これによりコンプレッサ１に液
冷媒を戻さないようにしている。

【０００７】このような膨脹弁４としては、図４に示さ
れる温度式膨脹弁が用いられており、この温度式膨脹弁
は、膨脹弁本体４０内にダイアフラム４１を設け、この
ダイアフラム４１は膨脹弁本体４０内を圧力室４２と均
圧室４３とに区画している。均圧室４３は、図示しない
配管を介してエバポレータ５の出口部に接続されてお
り、エバポレータ５の冷媒ガス圧が均圧室４３に導入さ
れるようになっている。

【０００８】上記ダイアフラム４１には弁棒４４が連結
されており、この弁棒４４には弁体４５が取り付けられ
ている。弁体４５は弁座４６に接離するようになってお
り、この弁座４６には弁孔４６ａが開設されている。弁
孔４６ａは、レシーバ３に連なる入口接続管４７および
エバポレータ５に連なる出口接続管４８の間に形成され
ている。弁体４５にはリターンスプリング４９が連結さ
れており、この弁体４５はリターンスプリング４９の付
勢力を受けて常に弁座４６に当接する方向、すなわち閉
弁方向の力を受けている。

【０００９】上記圧力室４２には細管５１を介して感温
筒５０が接続されている。感温筒５０には不活性ガスお
よび温度に応じて不活性ガスを吸着する吸着剤５２が収
容されている。

【００１０】この感温筒５０はエバポレータ５の出口部
に設置されており、このエバポレータ５出口の冷媒温度
を検出するようになっている。このような構成の膨脹弁
４は、エバポレータ５出口部の冷媒の過熱度が所定値以
上になると感温筒５０に収容した吸着剤５２の温度が上
昇して不活性ガスを放出し、感温筒５０のガス圧を上昇
させる。このガス圧は細管５１を通じて膨脹弁本体４０
の圧力室４２に伝達され、この圧力室４２のガス圧が上
昇する。このガス圧はダイアフラム４１を押し、均圧室
４３の冷媒ガス圧およびリターンスプリング４９の付勢
力との和に打ち勝つと、弁棒４４を介して弁体４５を押
し下げる。このことから、弁体４５は弁座４６から離
れ、弁孔４６ａを大きく開く。ゆえに、レシーバ３の冷
媒が入口接続管４７および弁孔４６ａ、出口接続管４８
を通じてエバポレータ５に送り出されることになり、エ
バポレータ５を流れる冷媒の流量が増加する。これによ
りエバポレータ５出口部の冷媒の過熱度を所定値以下に
下げることができる。

【００１１】逆に、エバポレータ５出口部の冷媒の過熱
度が所定値以下になると、吸着剤５２が不活性ガスを吸
着して感温筒５０のガス圧を下げ、これにより圧力室４
２のガス圧を下げ、弁体４５を弁座４６側に近づける。
よって、弁孔４６ａの開度が絞られ、エバポレータ５に
送り込まれる冷媒の量が減少される。このためエバポレ
ータ５出口部の冷媒の過熱度を所定値以上に引上げるこ
とができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のような冷凍サイ
クルにおいては、冷房すべき車室内空気の温度が上昇し
て冷房負荷が増大すると、エバポレータ５での冷媒蒸発
量が増え、過熱度が大きくなる。過熱度が過大になる
と、コンプレッサの吐出温度が異常に上昇し、コンプレ
ッサのオーバヒートや破損をもたらすという心配があ
る。これを防止するには、冷房負荷の増減に拘らず過熱
度を一定に保つ必要がある。

【００１３】従来の場合、エバポレータ５出口部に設置
した感温筒５０の作用で膨脹弁本体４０の圧力室４２の
ガス圧を制御し、これにより弁体４５を作動させるよう
にしていたが、車両用空調装置の場合、冷房負荷の変動
が大きく、従来の感温筒５０だけでの制御では冷房負荷
の変動幅に追従するのが困難であり、冷媒の流量制御が
十分に行えなかった。

【００１４】冷房負荷の変動幅が大きい場合に対して、
感温筒５０に収容する吸着剤を多くすることが考えられ
る。すなわち、吸着剤の量を多くすると、温度変化に対
する不活性ガスの吸着、脱気量が多くなり、密封されて
いる容器内で温度変化に対するガス圧の変動幅が大きく
なる。

【００１５】しかしながら、吸着剤の収容量を多くした
感温筒５０を従来のように一箇所に設置しても、高精度
な冷媒流量の制御が不十分である。すなわち、車両用空
調装置の場合、クーラの運転モードを車室内空気を循環
する循環モードと、走行風などの外気を導入するモード
に切り替え可能になっており、これら車室内空気循環モ
ードと外気導入モードとではエバポレータ５の冷房負荷
が大幅に変動する。

【００１６】そして、車室内空気循環モードの時であっ
ても、日射の強い時などには輻射熱で車室内空気の温度
が高くなるから、エバポレータ５の冷房負荷が増大し、
また外気導入モードの場合であっても、車速が低かった
り外気温が高い場合はエバポレータ５の冷房負荷が大き
く変動する。

【００１７】したがって、このような冷房負荷の大きな
変動に対し、従来の感温筒５０ではエバポレータ５出口
部に設置されて冷媒の過熱度を検出する構造であるか
ら、精度の高い冷媒の流量制御が不十分であるという課
題があった。

【００１８】したがって本発明の目的とするところは、
冷房負荷の変動に応じてきめ細かい冷媒流量の制御が行
え、過熱度が過大になるのを抑止し、コンプレッサの故
障や破損を防止することができる温度式膨脹弁およびこ
れを用いた車両用空調装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、ダイアフラムで区画された圧力
室を備え、この圧力室の圧力変動に応じて作動される弁
体およびこの弁体により開度が制御される弁座を有する
膨脹弁本体と；それぞれ上記圧力室に接続され、不活性
ガスおよび温度に応じてこの不活性ガスを吸着する量が
変化する吸着剤とを収容した第１の感温筒、第２の感温
筒および第３の感温筒と；を具備したことを特徴とする
温度式膨脹弁である。

【００２０】ここで、第１の感温筒ないし第３の感温筒
は互いに直列に接続してもよく、並列に接続してもよ
く、または直列と並列を併用してもよい。請求項１の発
明によれば、膨脹弁本体の圧力室に、第１ないし第３の
感温筒を接続したから、少なくともいずれか１つの感温
筒で温度変化に応じた不活性ガスのガス圧が変化する
と、ダイアフラムが変位して弁体が作動され開度を変化
する。複数の感温筒をそれぞれ条件の異なる温度変化部
分に設置すれば、これらの温度変化に応じて開弁度を制
御することができ、すなわち冷媒の流量を複数の温度条
件で制御することができる。よって、従来のように、１
個の感温筒で開弁度を制御する場合に比べてきめ細かな
高精度な制御が実現できる。

【００２１】請求項２の発明は、第１の感温筒、第２の
感温筒および第３の感温筒は、それぞれ吸着剤の収容量
が異なることを特徴とする請求項１に記載の温度式膨脹
弁である。

【００２２】請求項２の発明によれば、各感温筒の圧力
変動をそれぞれ温度変化部分に応じて設定することがで
き、さらに一層きめ細かな冷媒流量の制御が可能にな
る。請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載
の温度式膨脹弁と、コンプレッサと、コンデンサと、レ
シーバおよびエバポレータを有し、上記温度式膨脹弁の
第１の感温筒はエバポレータの出口部に設置してエバポ
レータから出る冷媒の過熱度を検出するとともに、第２
の感温筒はコンデンサまたはレシーバの冷媒出口部に設
置して冷媒の凝縮温度を検知し、かつ第３の感温筒は上
記エバポレータの空気吸込み口付近に設置してエバポレ
ータの吸込み空気の温度を検出するようにしたことを特
徴とする車両用空調装置である。

【００２３】車両用空調装置の場合、車室内空気循環モ
ードから外気導入モードに切り替えた場合、または逆に
切り替えた場合、コンデンサやエバポレータの周囲に導
かれる外気温の条件が急激にかつ大幅に変化することが
ある。例えば、コンデンサやエバポレータの周囲に導か
れる外気温が上昇した場合は、コンデンサから熱を外気
に捨てる能力が低下するのでコンデンサから出る冷媒の
凝縮温度が上昇する。また、エバポレータに吸込まれる
外気温度が上昇すると冷房負荷が増加する。

【００２４】このように、例えば外気温が上昇した場合
は、第２の感温筒がコンデンサから出る冷媒の凝縮温度
を検出して第２の感温筒の封入ガス圧が上昇し、これに
より膨脹弁の弁体を開いて冷媒の流量を増加させ、コン
デンサから出る冷媒の凝縮温度を引き下げる昇を抑える
ことができる。また、第３の感温筒がエバポレータの吸
込み空気温度を検出して第３の感温筒の封入ガス圧が上
昇し、よって膨脹弁の弁体を開いて冷媒の流量を増加さ
せる。このためエバポレータから出る冷媒の過熱度を一
定に保つことができる。よって、冷媒の流量を、エバポ
レータ、コンデンサまたはレシーバおよび吸込み空気の
温度状況などに応じてそれぞれきめ細かく制御すること
ができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下本発明について、図１および
図２に示す一実施例にもとづき説明する。本実施例は車
両用空調装置に用いる冷凍サイクルに適用した例を示
す、図１および図２において、従来と同様の構成であっ
てよい部材は同一番号を付して説明を省略するが、１は
コンプレッサ、２はコンデンサ、３はレシーバ、４は膨
脹弁および５はエバポレータを示す。

【００２６】そして、膨脹弁４は温度式膨脹弁であり、
従来と同様に、４０は膨脹弁本体、４１はダイアフラ
ム、４２は圧力室、４３は均圧室、４４は弁棒、４５は
弁体、４６は弁座、４６ａは弁孔、４７はレシーバ３に
連なる入口接続管、４８はエバポレータ５に連なる出口
接続管であり、および４９はリターンスプリングであ
る。

【００２７】本実施例の膨脹弁４は、上記圧力室４２に
第１の感温筒６１、第２の感温筒６２、および第３の感
温筒６３を接続してある。これら第１ないし第３の感温
筒６１ないし６３は、それぞれ容積が順次小さくなるよ
うに構成されており、内部に収容された吸着剤６４〜６
６の収容量も順次少なくなるように構成されている。そ
して、本例の場合、最も容積の大きな第１の感温筒６１
が細管６７を介して圧力室４２に接続されており、この
第１の感温筒６１は主感温筒となっている。そして、第
２の感温筒６２および第３の感温筒６３は細管６８およ
び６９を介して上記第１の感温筒６１に直列に接続され
ており、これら第２の感温筒６２および第３の感温筒６
３は補助感温筒となっている。

【００２８】このような構成の膨脹弁４は、図１に示す
ように、第１の感温筒６１がエバポレータ５の出口部に
設置されてエバポレータ５から出る冷媒の過熱度を検出
するようになっているとともに、第２の感温筒６２はレ
シーバ３（またはコンデンサ２）の冷媒出口部に設置さ
れて冷媒の凝縮温度を検知するようになっており、さら
に第３の感温筒６３は上記エバポレータ５の空気吸込み
口付近に設置されてエバポレータ５へ導入される吸込み
空気の温度を検出するようになっている。

【００２９】このような構成の実施例について、作用を
説明する。車両用空調装置の運転中に、運転モードを室
内空気循環モードから外気導入モードに切り替える、ま
たは逆に切り替えるなどのように、コンデンサ２やエバ
ポレータ５に送風される外気温度が上昇して冷媒負荷が
増加した場合、エバポレータ５内では冷媒の蒸発量が増
えてエバポレータ５出口部で過熱度が増加する。この場
合は、第１の感温筒６１のガス圧が増加し、このガス圧
は細管６７を通じて膨脹弁本体４０の圧力室４２に伝わ
り、この圧力室４２のガス圧が上昇する。このガス圧は
ダイアフラム４１を押し、均圧室４３の冷媒ガス圧およ
びリターンスプリング４９の付勢力の和に打ち勝つと弁
棒４４を介して弁体４５を押し下げる。このことから、
弁体４５は弁座４６から離れ、弁孔４６ａを大きく開
く。ゆえに、レシーバ３の冷媒が入口接続管４７および
弁孔４６ａ、出口接続管４８を通じてエバポレータ５に
送り出されることになり、エバポレータ５を流れる冷媒
の流量が増加する。これによりエバポレータ５出口部の
冷媒の過熱度を引き下げることができる。

【００３０】また、上記のように外気温度が上昇した場
合、コンデンサ２からの放熱性能が低下してコンデンサ
２やレシーバ３の冷媒出口部における冷媒の凝縮温度が
上昇することがあり、このような状態になると、レシー
バ３（またはコンデンサ２）の冷媒出口部に設置された
第２の感温筒６２のガス圧が増加し、このガス圧は細管
６８、第１の感温筒６１および細管６７を通じて膨脹弁
本体４０の圧力室４２に伝達し、この圧力室４２のガス
圧が上昇する。よって、上記と同様に弁体４５が作動さ
れ弁孔４６ａが開かれる。ゆえに、エバポレータ５に送
られる冷媒の流量が増加する。これによりコンデンサ２
から出る冷媒の凝縮温度を下げることができる。

【００３１】さらに、高温の外気がエバポレータ５に送
風されるようになると冷房負荷が増大し、このような場
合にはエバポレータ５の空気吸込み口付近に設置されて
いる第３の感温筒６３がエバポレータ５への吸込み空気
の温度を検出する。この第３の感温筒６３のガス圧が外
気温度に応じて上昇すると、この圧力は細管６９、第２
の感温筒６２、細管６８、第１の感温筒６１および細管
６７を通じて膨脹弁本体４０の圧力室４２に伝わり、上
記と同様にして弁体４５を作動させて弁孔４６ａを開
く。ゆえに、エバポレータ５に送られる冷媒の流量を増
加し、これによりエバポレータ５出口部の冷媒の過熱度
を一定に保つことができる。

【００３２】以上の説明のように、本実施例の温度式膨
脹弁４を用いれば、エバポレータ５の出口、コンデンサ
２やレシーバ３の出口、およびエバポレータ５の空気吸
込み口付近の温度に応じてそれぞれ冷媒の流量を制御す
るから、室内空気循環モードと外気導入モードとの運転
モードの切替えや、車室内空気循環モードの時であって
も日射の強い時などに輻射熱で車室内空気の温度が高く
なったり、また外気導入モードの場合に外気温が高いな
どのように、冷房負荷が大きく変動することがあって
も、冷房負荷が変動する原因箇所およびその状況に応じ
て冷媒流量を制御するようになり、よって冷媒の流量を
きめ細かく制御することが可能になる。

【００３３】なお、上記実施例では、本発明の温度式膨
脹弁を車両用空調装置の冷凍サイクルに適用した例を説
明したが、本発明の温度式膨脹弁は種々の冷凍サイクル
に実施可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、複数の感温筒をそれぞれ条件の異なる温度変化部
分に設置することができ、各温度変化部分に応じて開弁
度を制御することができ、よって冷房負荷の変動に応じ
てきめ細かい冷媒流量の制御が可能になり、過熱度が過
大になるのを抑止してコンプレッサの故障や破損を防止
することができる。

【００３５】また、請求項２の発明によれば、各感温筒
の圧力変動をそれぞれ温度変化部分に応じて設定するこ
とができ、さらに一層きめ細かな冷媒流量の制御が可能
になる。

【００３６】請求項３の発明によれば、例えば、冷房負
荷が増加してエバポレータの過熱度が増大した場合は第
１の感温筒が冷媒の過熱度を検出して弁体の開度を制御
し、また冷媒の凝縮温度が上昇した場合は、第２の感温
筒が冷媒の凝縮温度を検出して弁体の開度を制御し、さ
らにエバポレータの吸込み空気温度が上昇して冷房負荷
が増加した場合でも、第３の感温筒がエバポレータの吸
込み空気温度を検出して弁体の開度を制御する。よっ
て、いずれの場合でも冷媒の流量を制御して過熱度の上
昇を抑えることができ、冷房負荷が変動する原因箇所お
よびその状況に応じて冷媒流量の制御が可能になり、コ
ンプレッサの故障や破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す温度式膨脹弁の構成を
示す図。

【図２】同実施例の温度式膨脹弁を用いた車両用空調装
置の冷凍サイクルを示す構成図。

【図３】従来の温度式膨脹弁を用いた車両用空調装置の
冷凍サイクルを示す構成図。

【図４】従来の温度式膨脹弁の構成を示す図。

【符号の説明】

１…コンプレッサ ２…コンデンサ ３…レシーバ ４…膨脹弁 ５…エバポレータ ４０…膨脹弁本体 ４１…ダイアフラム ４２…圧力室 ４５…弁体 ４６…弁座 ４６ａ…弁孔 ６１…第１の感温筒 ６２…第２の感温筒 ６３…第３の感温筒 ６４〜６６…吸着剤 ６７〜６９…細管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイアフラムで区画された圧力室を備
   え、この圧力室の圧力変動に応じて作動される弁体およ
   びこの弁体により弁孔の開度が制御される弁座を有する
   膨脹弁本体と；それぞれ上記圧力室に接続され、不活性
   ガスおよび温度に応じてこの不活性ガスの吸着量を変化
   する吸着剤とを収容した第１の感温筒、第２の感温筒お
   よび第３の感温筒と；を具備したことを特徴とする温度
   式膨脹弁。
2. 【請求項２】 上記第１の感温筒、第２の感温筒および
   第３の感温筒は、それぞれ吸着剤の収容量が異なること
   を特徴とする請求項１に記載の温度式膨脹弁。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の温度式
   膨脹弁と、コンプレッサと、コンデンサと、レシーバお
   よびエバポレータを有し、 上記温度式膨脹弁の第１の感温筒はエバポレータの出口
   部に設置してエバポレータから出る冷媒の過熱度を検出
   するとともに、第２の感温筒はコンデンサまたはレシー
   バの冷媒出口部に設置して冷媒の凝縮温度を検知し、か
   つ第３の感温筒は上記エバポレータの空気吸込み口付近
   に設置してエバポレータの吸込み空気の温度を検出する
   ようにしたことを特徴とする車両用空調装置。