JPH09166373A - 冷凍装置用自動膨張弁並びに該膨張弁を用いた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自動膨張弁の使用可能容量の上限を拡大し、ま
た、この自動膨張弁を用いた冷凍装置にあっては、過大
な冷凍負荷に対し圧縮機吸入ガスの過熱度の異常上昇を
防止し、安全な運転を可能とする。 【解決手段】自動膨張弁の入口部に、この自動膨張弁の
入口側の液冷媒の一部をバイパスするためのバイパス口
を設け、冷凍負荷が過大となった場合にこのバイパス口
を開放する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーエヤコン等の
冷凍装置に用いる自動膨張弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の自動膨張弁の構造を示す。
５１は弁本体であり、５２はダイヤフラム、５４はキャ
ピラリーチューブで、ダイヤフラム上室５３と図７に図
示された感温筒６５とを連絡する。５５はダイヤフラム
下室、５６は均圧管であり、この均圧管５６は図７の圧
縮機吸入管６７に接続され、吸入管６７内の冷媒ガス圧
力をダイヤフラム下室５５に導入する。５７は球状の弁
体、５８は弁体受け台、５９は弁体５７とダイヤフラム
５２とを接続する連結棒、６０はバネで、このバネ６０
は弁体５７及び弁体受け台５８を上方に押し付けてい
る。６１は冷媒入口部６２と冷媒出口部６３とを連結す
る通孔であり、その下方は弁座６４を構成する。

【０００３】図７は、上記従来の自動膨張弁を用いたカ
ーエアコンの冷媒回路図である。６８は圧縮機、６９は
凝縮器、７０は受液器、５６は自動膨張弁１の均圧管、
６５は圧縮機６８の吸入管６７に取り付けられた感温筒
であり、以上の構成によりダイヤフラム５２の上面には
感温筒６５の内部のガス圧力、即ち吸入管６７内の過熱
冷媒ガスの温度に相当したガス圧力が加わり、ダイヤフ
ラム５２の下面にはバネ６０の力と吸入管６７内の冷媒
ガス圧力の和が加わる。そして、これら上面と下面に加
わる力が平衡する位置にダイヤフラム５２の上下位置が
制御され、連結棒５９を介して弁体５７の上下位置が制
御され、これにより弁座６４と弁体５７との間に形成さ
れる流路面積が決まり、通孔６１を流れる冷媒流量が調
整される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の冷凍
装置用自動膨張弁は一定範囲の冷凍負荷に対して制御可
能であって、冷凍負荷が大きくなり、自動膨張弁の制御
範囲を超える領域で使用しなければならない場合、例え
ば、カーエアコンにおいて自動車が高速で走る場合、冷
房負荷の増加が膨張弁の制御範囲に対し過大となり、冷
媒循環量不足の問題が生じ、圧縮機の吸入管内の冷媒過
熱度が増加し、これにより、圧縮機の過熱、焼き付きが
発生するという問題があった。

【０００５】また一方、最大負荷時に制御可能なように
自動膨張弁の容量を定めるということも考えられるが、
この場合は、低負荷時に、ハンチングが発生し易いなど
動作が不安定になるという不具合が発生する。

【０００６】この発明は、この様な従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とす
るところは、自動膨張弁の使用領域を拡大することにあ
り、また、これを適用する冷凍装置の圧縮機の過熱を防
止することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために発明されたものであって、冷凍負荷が大きく
なり、大量の冷媒流量が必要な場合には、前記自動膨張
弁入口側の液冷媒の一部を圧縮機入口側、エバポレータ
入口側等の低圧側にバイパスし、圧縮機に吸入される冷
媒の過熱を防止するものであって、請求項１記載の発明
は、弁座と弁体との間に形成される流路面積により冷媒
流量を制御する冷凍装置用自動膨張弁において、自動膨
張弁の冷媒入口部に、この入口部の液冷媒の一部をバイ
パスさせるバイパス口を設けるとともに、前記弁体のリ
フト量が所定値以下では前記バイパス口を閉じ、前記弁
体のリフト量が所定値以上では前記バイパス口を開く開
閉体を設けたことを特徴とする。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の自動膨張弁において、前記開閉体を前記弁体に連動
して作動可能な機構としたとことを特徴とする。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、膨張手段と
して請求項１記載の自動膨張弁を使用し、前記バイパス
口を圧縮機の吸入管に接続したことを特徴とする。

【００１０】また、請求項４記載の発明は、膨張手段と
して請求項１記載の自動膨張弁を使用し、前記バイパス
口を蒸発器の入口管に接続したことを特徴とする。

【００１１】従って、上記の様に構成された自動膨張弁
では、必要冷媒循環量の増加に対しバイパス口を開放
し、弁入口側の液冷媒をバイパスさせるので、冷媒循環
量の不足を来さない。

【００１２】特に、請求項１記載の冷凍装置用自動膨張
弁においては、弁体のリフト量によりバイパス口を開閉
する開閉体を設けたので、必要な場合のみ液冷媒をバイ
パスし、通常冷凍負荷領域においては制御が確実に行わ
れる。

【００１３】請求項２記載の冷凍装置用自動膨張弁で
は、前記バイパス口の開閉が弁体に連動して作動させる
機構としたので、負荷の増加に対し確実に作動し、ま
た、簡易に使用可能となった。

【００１４】請求項３記載の冷凍装置では、前記バイパ
ス口が圧縮機の吸入管に接続されるため、冷凍負荷が増
加した場合、前記バイパス口から液冷媒がバイパスさ
れ、吸入ガスの以上過熱が防止され、圧縮機の焼損が防
止される。

【００１５】請求項４に記載の冷凍装置では、前記バイ
パス口が蒸発器の入口管に接続されるので、冷凍負荷が
増加した場合、液冷媒が前記バイパス口から蒸発器へバ
イパスされるため 、蒸発器には冷凍負荷に見合う冷媒
量が供給され、圧縮機吸入ガス過熱度の上昇が抑制さ
れ、圧縮機の焼損が防止される。

【００１６】

【発明の実施の形態】

【００１７】以下本発明の第１の実施形態を図１乃至図
４に基づき説明する。図４は、本発明に係わる自動膨張
弁を用いたカーエアコン等冷凍装置の冷媒回路図であっ
て、６８は圧縮機、６９は凝縮器、７０は受液器、１は
自動膨張弁、６６は蒸発器であって、これらを順次接続
し冷媒回路を構成する。そして、自動膨張弁１の詳細構
造については図１から図３に基づき後記するが、自動膨
張弁１の感温筒６５を圧縮機６８の吸入管６７の表面に
密着固定し、吸入管６７内を移動する冷媒の温度に対応
する圧力を自動膨張弁１のダイヤフラム上室５３に導入
している。また、均圧管５６を吸入管６７に接続し、吸
入管６７内の圧力をダイヤフラム下室５５に導入してい
る。更に、自動膨張弁１内の冷媒入口側に通じるキャピ
ラリーチューブ３を吸入管６７に接続し、自動膨張弁１
の入口側の液冷媒を吸入管６７にバイパス可能としてい
る。

【００１８】次に、図１は前記図４の冷媒回路に用いた
自動膨張弁の全体構造を示す、また同図においては、図
６の従来のものと同一の部分には同一の符号を付してい
る。

【００１９】図１において、自動膨張弁１の弁本体５１
は、下方に冷媒入口部６２を、また側方に冷媒出口部６
３を備え、内部にほぼＬ字状の冷媒通路を構成してい
る。また、弁本体５１の上部にはダイヤフラム５２によ
り上下２室に分離されるダイヤフラム室を有する。即
ち、ダイヤフラム５２の上方がダイヤフラム上室５３で
あり、下方がダイヤフラム下室５５である。そして、ダ
イヤフラム上室５３には、感温筒６５に連なるキャピラ
リーチューブ５４が接続されており、感温筒６５の作用
により吸入管６７の冷媒ガス温度に対応する冷媒圧力が
作用するように構成されている。また、ダイヤフラム下
室５５には、均圧管５６が接続されており、均圧管５６
を介し吸入管６７内の冷媒ガス圧力が作用するように構
成されている。

【００２０】５７は球状の弁体であって、連結棒５９を
介しダイヤフラム５２の動きが弁体５７に伝えられるよ
うになっている。弁座６４は、冷媒入口部６２と冷媒出
口部６３とを連絡する通孔６１の下方に形成されてお
り、ダイヤフラム５２に連動する弁体５７が、弁座６４
に対し垂直方向、図においては下方向から遠近するよう
になっている。

【００２１】６は弁体５７を押圧する弁体受け台、４は
バイパス口２を開閉する開閉体であって、第２図に拡大
図示されているように軸方向に一定の高さを有するリン
グ状に形成されている。開閉体４の上面には細幅の板部
７を有しており、連結軸５により前記弁体受け台６と開
閉体４とが一体的に連結されている。また、弁体受け台
６、連結軸５、開閉体４の一体物は、自動膨張弁１の冷
媒入口部６２内部にネジ止め固定されたバネ受け台６５
上に載置固定されているバネ６０により、常時上方へ押
圧され、弁体受け台６が弁体５７を上方に押圧し、連結
棒５９を介しダイヤフラム５２、弁体５７及び開閉体４
が一体的に移動するように構成される。

【００２２】従って、自動膨張弁１において、ダイヤフ
ラム５２の上面には、ダイヤフラム上室５３の冷媒圧力
即ち吸入管６７の冷媒ガスの温度に対応する冷媒ガス圧
力が下向きに作用し、また、ダイヤフラム５２の下面に
は吸入管６７内の冷媒圧力と前記バネ６０のバネ力との
和の力が上向きに作用し、ダイヤフラム５２の上下面に
作用する力のバランスにより、ダイヤフラム５２の中央
部が上下変動し、この変動に連動して弁体５７のリフト
量、即ち弁体５７と弁座６４との間隔を大小変化し、弁
座６４と弁体５７との間に形成される流路面積を制御す
る。

【００２３】また、自動膨張弁１は、開閉体４が移動す
る部分の弁本体５１の側壁部に、自動膨張弁入口側の液
冷媒の一部をバイパスするバイパス口２を設け、該バイ
パス口２を吸入管６７に連絡するためのキャピラリーチ
ューブ３を接続している。

【００２４】バイパス口２は、図３（ａ），（ｂ）に図
示するように開閉体４の側壁により開閉される。即ち、
図３（ａ）は開閉体４の側壁によりバイパス口２を閉止
している状態を示し、図３（ｂ）は開閉体４が下方に移
動し、バイパス口２を開放した状態を示す。従って、開
閉体４の軸方向の高さは、開閉体４のリフト量が所定値
以下ではバイパス口２を閉じ、開閉体４のリフト量が所
定値以上ではバイパス口２を開くように設定されるので
ある。

【００２５】上記構成において、冷房負荷が低負荷から
定格負荷付近の運転条件、例えば、自動車が低速から中
速であって、圧縮機の回転数が高くない場合では、冷房
負荷が定格付近にあり、冷媒流量が自動膨張弁１の冷媒
制御範囲内となるので、吸入管６７内の冷媒ガスの過熱
度は所定値内となる。従って、感温筒６５からダイヤフ
ラム上室５３に作用するガス圧力は定格状態に対しそれ
ほど大きくないので、弁体５７の弁座６４からの移動
量、即ちリフト量は大きくなく、開閉体４は図３（ａ）
の状態にありバイパス口２は閉止している。

【００２６】一方、自動車が高車速で冷房負荷が大きい
場合は、必要冷媒流量が自動膨張弁１の冷媒制御範囲を
超え、蒸発器６６への冷媒流量が不足するため、吸入管
６７内の冷媒の過熱度が大きくなる。このため、ダイヤ
フラム上面５２に作用する下向きの力が大きくなり、ダ
イヤフラム５２の下方への膨らみが大きくなり、これに
連動して弁体５７のリフト量が大きくなり、開閉体４が
図３（ｂ）の位置まで下がり、バイパス口２を開く。こ
の結果、自動膨張弁１の入口側の液冷媒の一部を、キャ
ピラリーチューブ３を介し吸入管６７にバイパスし、圧
縮機吸入側の冷媒と混合させ、この液冷媒の蒸発冷却作
用により圧縮機６８へ吸入される冷媒ガスを冷却する。
この様にして圧縮機６８の吸入ガスの過熱度の上昇が抑
制される。

【００２７】次に、図５に基づき第２の実施形態を説明
する。第２の実施形態は、第１の実施形態と比較すると
前記キャピラリーチューブ３の接続だけが異なる。即
ち、この実施形態では、図５の如く前記キャピラリーチ
ューブ３を自動膨張弁１の後流側であって蒸発器６６の
入口側となる配管に接続したものである。

【００２８】第２の実施形態においては、自動車が低速
あるいは中速であって冷房負荷が定格付近にある場合
は、前記第１の実施形態の場合と変わらないが、自動車
が高速になり、冷房負荷が大きくなった場合は、前記図
３（ｂ）の如くバイパス口２が開放され、自動膨張弁１
入口側の液冷媒の一部が蒸発器６６の入口管にバイパス
される。この結果蒸発器６６には冷房負荷に相当する冷
媒循環量が確保されことになり、吸入管６７内の冷媒過
熱度の上昇が抑制される。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明は、冷房負荷が大きくなった場合、開閉
体によりバイパス口を開き、この自動膨張弁の冷媒入口
部の液冷媒の一部をバイパス可能とすることにより、自
動膨張弁の使用可能範囲を拡大する。また、請求項２記
載の発明は、請求項１記載の自動膨張弁において、前記
開閉体を前記弁体に連動して移動させる機構としたこと
により、自動膨張弁を簡易に使用可能としている。ま
た、請求項３記載の発明は、請求項１記載の自動膨張弁
を使用した冷凍装置であって、前記バイパス口を圧縮機
の吸入管に接続することにより、冷房負荷が大きいとき
に、前記バイパス口から自動膨張弁入口部の液冷媒の一
部を圧縮機の吸入側にバイパスし、圧縮機に吸入される
冷媒の過熱度の異常上昇を防止する。また、請求項４に
記載の発明は、請求項１記載の自動膨張弁を使用した冷
凍装置であって、前記バイパス口を蒸発器の入口管に接
続することにより、冷房負荷が大きいときに、前記バイ
パス口から自動膨張弁入口部の液冷媒の一部を蒸発器入
口側にバイパスし、自動膨張弁を通して蒸発器へ流れる
冷媒量の不足を補い、圧縮機に吸入される冷媒の過熱度
の異常上昇を防止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の自動膨張弁の全体構造図。

【図２】第１の実施形態の自動膨張弁の部分拡大図。

【図３】第１の実施形態の自動膨張弁のバイパス口の開
閉状態を示す部分縦断面図。

【図４】第１の実施形態の冷媒回路図。

【図５】第２の実施形態の冷媒回路図。

【図６】従来の自動膨張弁の全体構造図。

【図７】従来の自動膨張弁を用いた冷媒回路図。

【符号の説明】

１ 自動膨張弁 ２ バイパス口 ３ キャピラリーチューブ ４ 開閉体 ５ 連結軸 ６ 弁体受け台 ５１ 弁本体 ５２ ダイヤフラム ５３ ダイヤフラム上室 ５４ キャピラリーチューブ ５５ ダイヤフラム下室 ５７ 弁体 ５９ 連結棒 ６０ バネ ６１ 通孔 ６２ 冷媒入口部 ６３ 冷媒出口部 ６４ 弁座 ６５ バネ受け台 ６６ 蒸発器 ６７ 圧縮機の吸入管 ６８ 圧縮機 ７１ 蒸発器の入口管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座と弁体との間に形成される流路面積
   によって冷媒流量を制御する冷凍装置用自動膨張弁にお
   いて、自動膨張弁の冷媒入口部に、この入口部の液冷媒
   の一部をバイパスさせるバイパス口を設けると共に、前
   記弁体のリフト量が所定値以下では前記バイパス口を閉
   じ、前記弁体のリフト量が所定値以上では前記バイパス
   口を開く開閉体を設けたことを特徴とする冷凍装置用自
   動膨張弁。
2. 【請求項２】前記開閉体を前記弁体に連動して作動可能
   な機構としたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置
   用自動膨張弁。
3. 【請求項３】膨張手段として請求項１記載の自動膨張弁
   を使用し、前記バイパス口を圧縮機の吸入管に接続して
   なることを特徴とする冷凍装置。
4. 【請求項４】膨張手段として請求項１記載の自動膨張弁
   を使用し、前記バイパス口を蒸発器の入口管に接続して
   なることを特徴とする冷凍装置。