JPS63150566A

JPS63150566A - 膨張弁

Info

Publication number: JPS63150566A
Application number: JP61296549A
Authority: JP
Inventors: 佐用　耕作; 宮本　誠吾; 手塚　彰; 江見　健二; 敏彦福島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1986-12-15
Publication date: 1988-06-23

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】〔産業上の利用分野〕本発明は冷凍サイクルに設けられる膨張弁に係り、特に
容量制御圧縮機を用いた冷凍サイクルの冷媒流量を制御
するに好適な膨張弁に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、熱負荷が減少したり圧縮機の回転速度が増加した
りした場合に蒸発器の凍結を防止するために、蒸発圧力
又は圧縮機吸入圧力が一定値以下に低下しないように、
吐出容量を制御する圧縮機を使用した冷凍サイクルでは
、ニス・エイ・イー。

テクニカル　ペーパー　シリーズ　＋１１５００４０　
（１９１３５年）第４頁から第５頁（Ｓ　Ａ　Ｅ　、Ｔ
ｅｃ）１ｎｉｃａｌ　ＰａｐｅｒＳｅｒｉｅｓ　８５０
０４０　　（１９８５）　ＰＰ４−５）に記載のように
、蒸発器へ流入する冷媒流量を制御する絞り装置として
、オリフィスチューブと称する内径１．５１程度、長さ
３０ＩＩＩｌｏ程度の小口径管を使用していた。このよ
うな固定絞りを使用することは、圧縮機が吸入圧力を所
定の値以下に低下しないように流量制御を行うシステム
においては、絞り装置における流量制御との干渉を防止
するという点で好適である。また、米国のように比較的
一定速度で長距離を走行する自動車に使用されるカーエ
アコンにおいては、圧縮機の回転速度変化も小さいので
、一定運転条件に対して絞り装置の抵抗値（例えば、チ
ューブ径やチューブ長さ）を任意に選定しても冷房能力
等に問題を生じることはない。

一方、我が国においては米国と異なり、市街地における
頻繁な発進、停止、渋滞時のノロノロ運転から、郊外や
高速道路における高速走行と、その走行条件が大きく変
化し、圧縮機回転速度や凝縮器冷却風量もこれに伴って
大きく変化する。このため高速走行時に好適な冷房運転
が可能なように、絞り装置の抵抗値を選定すると低速時
には相対的に低下する圧縮機や凝縮器の能力に対し、抵
）抗値が過少となり冷媒流量が増加して蒸発温度がゞ゛
上′昇するため車室内の温度が上昇する。また、低速走
行時に快適な運転ができるように絞り装置の抵抗値をｇ
整すると、高速走行時には抵抗値が過大（絞り過ぎ）と
なり冷媒流量が不足して冷房能力不足を惹起する。この
ため、我が国で使用するカーエアコンには、絞り装置と
して流量制御範囲の広い温度式膨張弁が必要不可欠とな
る。

しかし、この温度式膨張弁を、その吸入圧力が所定の値
以下に低下しないように容量制御する圧縮機と組合わせ
て使用すると、第７図に示すように、熱負荷が低下して
圧縮機が容量制御を始めると膨張弁が全閉となり、冷媒
が流れなくなる現象を生じることが解った。このような
状態では冷房不能となるのは当然であるが、更にサイク
ル内を冷媒によって循環させている潤滑油も圧縮機へ戻
らなくなり、潤滑油不足で圧縮機が破損するという重大
な問題を惹起する。なお、第７図は熱負荷の変化に伴っ
て変化するサイクルの高圧側圧力で熱負荷の変化を表現
しである。このように熱負荷が低下すると膨張弁が全閉
となる理由を第６図を′用いて説明する。一般に温度式
膨張弁１は、蒸発器２２の入口に取付けられていて、蒸
発器２２の出口には冷媒の温度を検知する感温ｗＪ５と
冷媒の圧力を膨張弁１の下部圧力室９へ伝達するための
均圧管８とが取付けである。感温筒５には活性炭５ａと
ガス５ｂが封入されていて、活性炭５ａのガス吸着特性
の温度依在性を利用して蒸発器２２の出口における冷媒
の温度Ｔｅａを、これに応じた圧力信号Ｐｂ　としてチ
ューブ６を通して膨張弁１へ伝達する。この圧力は圧力
応動部材であるダイヤフラム２の上部圧力室７に伝えら
れ、ダイヤフラム２およびこれに接する弁駆動棒１３を
介して弁１２を押し下げる方向に力を及ぼす。この蒸発
器２２出口における冷媒の温度Ｔｅａに応じた感温ＷＪ
ｓ内のガス圧力Ｐｂによって弁１２を開けようとする力
と、蒸発器２２出口における冷媒の圧力すなわち下部圧
力室９の圧力Ｐ２によって弁１２を閉じようとする力と
は、弁１２を閉じる方向に働く調整ばね１４の力Ｆｓ　
を調整ねじ１５で調整、　することにより釣合わされ、
蒸発器２２出口にお曾′ける冷媒の過熱度が所定の値と
なるよう弁１２の開度が制御される。ここで、例えば圧
縮機として。

圧縮機２３の吸入圧力を感知して、これが所定の値より
も低下した場合、　ＩＩＪ御弁２５がピストン２４の前
面と背面に作用する圧力差を制御して、ピボット２６を
支点としてジャーナル２７の傾転角を減少させ、ピスト
ン２４のストロークを減少させて容量を低下させる方式
のものを使用した場合、熱負荷が減少しても圧縮機２３
の吸入圧力は所定の値以下には下らず、蒸発器２２にお
ける冷媒の圧力も一定値以下には下らない。このため、
熱負荷が低下しても圧縮機２３が容量制御状態にない場
合は、蒸発器２２出口の冷媒の温度と圧力とは共に低下
して弁１２は所定の開度に保たれるが、更に熱負荷が減
少して圧縮機２３が容量制御状態になると蒸発器出口の
冷媒圧力（下部圧力室の圧力Ｐ２）は一定値となり、蒸
発器出口の冷媒温度Ｔ’ｅｏのみ低下する。

ここで感温筒５の温度も低くなるため、活性炭５ａのガ
ス吸着量が増えて、感温筒Ｓ内の圧力Ｐｂ　　（即ち、
上部圧力室の圧力Ｐｚが低下する。

従って、下部圧力室の圧力Ｐ２が一定であるのに対し、
上部圧力室の圧力Ｐ１が低下するため、弁１２は全開と
なる。

圧縮機の吸入圧力が上述の如く所定の値以下に低下しな
いように容量制御する圧縮機に温度式膨張弁を組合せた
サイクルでは、圧縮機が容量制御状態になると、膨張弁
が全閉となり、冷房不能や潤滑油不足による圧縮機破損
を招くという問題を生じていた。

なお、冷凍装置用の膨張弁においては、特開昭６１−７
０３５５号に記載のように、冷凍負荷が減少した場合、
膨張弁が絞り過ぎとなり蒸発圧力が低下することを防止
するための機能を有するものもある。

Ｃ発明が解決しようとする問題点〕上記軸°来の膨張弁では、圧縮機の吸入圧力が所定の値
以下に低下しないように容量制御する圧縮機に対しては
、圧縮機が容量制御状態になると、膨張弁が全開となり
冷房不能、潤滑油不足による一ノー、・圧縮機破損という問題を生じていた。

本発明の目的は、圧縮機が容量制御状態にないときは通
常の過熱度制御を行い、圧縮機が容量制御状態にあると
きは、少なくとも圧縮機の潤滑に必要な潤滑油を循環し
うる冷媒流量を確保し得る膨張弁を提供することである
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、膨張弁の感温筒と上部圧力室とを結ぶ通路
を、冷凍サイクルの運転状態に相関する物理量によって
開閉することにより、達成される。

なお、開閉弁を制御するサイクルに相関する物理量とし
ては、蒸発器出口における冷媒の温度・高圧側（圧縮機
出口から膨張弁入口）における冷媒の圧力及び蒸発器・
凝縮器の吸入空気温度が利用可能であり、いずれも冷凍
サイクルに与えられる熱負荷に感応して変化する信号で
ある。

〔作用〕

冷凍サイクルの運転状態に相関する物理量によって熱負
荷を検出し、該熱負荷が小さくなると膨張弁の感温筒と
上部圧力室とを結ぶ通路を遮断するように動作する。

従って、熱負荷の大きい時には、サイクルの運転に相関
した物理ｔ（例えば蒸発器出口の冷媒温度）はこの状態
に対応した値（本例では高い）となるため、この信号に
より開閉弁を開くよう制御するので、感温筒と上部圧力
室とが連通ずる。このため、従来の温度式膨張弁と同じ
機能を発揮し、熱負荷に対して過不足なく、蒸発器に冷
媒を供給する。一方、熱負荷が小さくなると、サイクル
の運転に相関する物理！（例えば蒸発器出口における冷
媒の温度）はこの状態に応じた値（本例では低く）なり
、所定の温度に達すると開閉弁を閉じるよう制御するの
で、上部圧力室内の圧力は感温筒の温度の如何に拘らず
一定に保持されて、定圧膨張弁の機能を発揮する。従っ
て、熱負荷がノ」１さくなっても膨張弁が全閉となるこ
となく、冷房や圧縮機の潤滑のために必要な冷媒流量を
確保できる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は１本発明に係る膨張弁の一実施例を用いた冷凍
サイクルを示しており、サイクルは圧縮機２３、凝縮器
３０．受液器３１．膨張弁１．蒸発器２２を順次接続し
て構成されている。

本発明の膨張弁１は、前述従来技術のものと同じく、ダ
イヤフラム２によって上部圧力室７と下部圧力室９とを
仕切ってあり、上部圧力室７はチューブ６を介して蒸発
器２２の出口配管表面に配設した感温筒５に連通され、
一方、下部圧力室９は均圧管８を介して蒸発器２２の出
口配管に連通されている。また、ダイヤフラム２には、
弁駆動棒１３を介して弁１２が連結されており、前記上
部圧力室７の圧力Ｐｉ　と、下部圧力室９の圧力Ｐ２、
及び弁１２に当接した調整ばね１４に与えたばね力Ｆｓ
の三者の釣合いによって、弁開度が変化し１．冷媒流量
が制御される。

ここで、前記上部圧力室７と感温筒５とを結ぶチューブ
６の途中には電磁弁４０が配設され、該電磁弁４０は制
御装置４１により開閉制御される。

該制御装［４１は、蒸発器出口の冷媒温度ＴｅＯを、例
えばサーミスタの如き温度検出体４２で検出し、その信
号を判定処理して電磁弁４０を制御するもので、具体的
には、熱負荷の減少に伴って低下する蒸発器出口の冷媒
温ｆｔ　Ｔ　ｅ　ｏが所定値Ｔｏに達する迄は電磁弁４
０を開に制御し、所定値Ｔｏ以下では閉に制御する。

従って、熱負荷が大きく蒸発器出口の冷媒温度Ｔｅａが
所定値１０以上の時には、感温筒５と上部圧力室７との
間が連通してＰｚ＝Ｐ−となり、従来の温度式膨張弁と
全く同じように、蒸発器出口の冷媒の過熱度が所定の値
となるように弁開度を調整して、冷媒流量を自動制御す
る。一方、熱負荷が小さく蒸発器出口の冷媒温度Ｔ’ｅ
ｏが所定値Ｔｏ以下の時には、電磁弁４０が閉に制御さ
れるため、第２図に示すように上部圧力室７の圧力Ｐ工
は感温筒５の温度がＴｏになった時の圧力ＰＩＯに保た
れる。従って、蒸発器出口の冷媒温度Ｔａｏが下って感
温筒の内圧Ｐｂが低くなっても、上部圧力室７の圧力Ｐ
ｉはＰｚｏ一定のままであり、定圧膨張弁として作動し
、従来の温度式膨張弁に比べ弁１２の開度を大きく制御
することになり、必要最小冷媒流量を確保できる。

上述の実施例は、熱負荷を検出し電磁弁４０の開閉を制
御するための信号として蒸発器出口の冷媒温度Ｔｅａを
用いたが１表１に示すような、冷凍サイクルの運転状態
に相関した物理量も熱負荷により表のように変化するの
で、これらの信号を用いても同様の冷媒流量制御が行な
える。

表　　１第３図は、本発明の他の実施例における膨張弁の総断面
図を示す。

本実施例は、前述の実施例のチューブ６の途中に設けた
電磁弁４０に代って、感温筒５の中に感温板４６を用い
た感温弁４５が配設されており。

それ以外の部分は前述実施例と全く同様であるので説明
は省略する。

前記感温弁４５は、＠４図に示すように外周のつば部４
６ａと連通孔４６ｂとを有し、略皿状に成形されたバイ
メタル（又は、これと類似の感温部材）構成る感温板４
６を、チューブ６の先端の開口部６ａに対向させて活性
炭５ａを仕切るように感温筒５に固定して構成される。

ここで、前記感温弁４５の感温板４６は、感温筒部の温
度が高い時は破線で示すのの形状でチューブ６の開口部
６ａから離れた開弁状態となり、温度が低くなってＴｏ
に達すると反転して■の形状で開口部６ａに当接した閉
弁状態となる。

これによって、熱負荷が大きく蒸発器出口の冷媒温度Ｔ
’ｅｏが所定値Ｔｏ以上の時には、感温弁４５が開弁じ
ているため、活性炭５ａの吸着特性で決まる感温筒内圧
Ｐｂは感温板４６の連通孔４６ｂおよびチューブ６を介
して上部圧力室７に伝わりＰｘ＝Ｐｂとなるので、温度
式膨張弁と全く同じように冷媒流量を制御する。

一方、熱負荷が減少して蒸発器出口の冷媒温度ＴｅＯが
所定値Ｔｏ迄下がると、感温弁４５が閉弁するため、感
温筒５とチューブ６との間が遮断され、上部圧力室７の
圧力はＰｒｏ一定となり、前述の実施例と同様に定圧膨
張弁として作動し、必要な冷媒流量を確保できる。

本実施例は、メカニカルな感温素子（例えばバイメタル
）を用いて機械的に上部圧力室７と感温筒５の間の開閉
制御を行うことができるため、前述した電気的な制御法
に比べて簡単で安価である。

また、感温弁４５に、バイメタル以外の感温フェライト
やワックス等を応用しても、同様の動作をする膨張弁を
得ることができる。

第１図に示した実施例の効果を第５図を用いて説明する
。本図は本発明による流量制御の一例を従来技術のそれ
と比較して示したもので、第７図（従来例）に対応して
高圧側圧力Ｐｈ　を横軸にとっている。また１表１に示
した熱負荷に対応して変化する物理量も図中に併記した
様に変化する。

ここで、熱負荷が減少すると高圧側圧力Ｐｈや蒸発器出
口の冷媒温度Ｔｅａは低下し、高圧側圧力Ｐｈが約７　
、５　ｋｇ／ｃｍ”Ｇ　あるいは蒸発器出口の冷媒温度
ＴｅａがＴｏに達すると、感温筒５と上部圧力室７との
間が遮断される。これによって、上部圧力室７の圧力Ｐ
１は感温筒５の温度がＴｏになった時の圧力Ｐｚｏに保
たれるので、定圧膨張弁として作動しはじめる。従って
、熱負荷の減少に対する冷媒流量の減少は緩和されるた
め、低熱負荷になっても潤滑油が圧縮機２３へ戻るため
の限界冷媒流量は確保される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の膨張弁によれば、圧縮機
吸入圧力が所定の値以下に低下しないように容量制御を
行う圧縮機を使用したサイクルにおいて、圧縮機が容量
制御状態にないときは従来の温度式膨張弁同様、広い運
転範囲で良好な流量制御を行い、容量制御状態にあると
きは定圧膨張弁として作動し、必要冷媒を流し得るので
、冷房不能や潤滑油不足による圧縮機の破損を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における膨張弁を用いた冷凍
サイクルを示すサイクル構成図、第２図は本発明の膨張
弁の上部圧力室の圧力特性図、第３図は本発明の他の実
施例における膨張弁の縦断面図、第４図は第３図の膨張
弁に用いる感温板の斜視図、第５図は本発明の一実施例
における膨張弁の流量特性図、第６図は従来の膨張弁を
用いた冷凍サイクルの要部構成図、第７図は第６図のサ
イクルにおける膨張弁の流量特性図である。１・・・膨張弁、２・・・ダイヤフラム、５・・・感温
筒、６・・・チューブ、６ａ・・・開口部、７・・・上
部圧力室、８・・・均圧管、９・・・下部圧力室、２２
・・・蒸発器、２３・・・圧縮機、４０・・・電磁弁、
４１・・・制御装置、４２第　３　の４４（連速ル〕ピ１　・β０場ジノＥ＃’Ｅ二＆７ア　（関・ｂカで２ζ１や飯　　
　　′鶴８臂１゛“°嵩

Claims

【特許請求の範囲】

１．　冷凍サイクルの蒸発器の出口における冷媒の温度
を検出する感温筒と、上記の感温筒に封入されて、前記
冷媒の温度に応じて圧力が変化するガスと、前記冷媒の
圧力と、前記ガスの圧力と、バネの力とを受け、これら
の力の釣合で変位が定まる圧力応動部材と、上記の応動
部材によつて開閉される弁とを有する膨張弁において、
前記感温筒内のガスの圧力を前記圧力応動部材に導く管
路の途中に開閉弁を設け、かつ、冷凍サイクルの運転状
態に伴つて変化する物理量によつて前記管路途中の開閉
弁を開閉制御するように構成したことを特徴とする膨張
弁。
２．　前記の物理量は、蒸発器出口における冷媒の温度
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
膨張弁。
３．　前記の物理量は、前記冷凍サイクルの圧縮機出口
から膨張弁入口までの間における冷媒の圧力であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の膨張弁。
４．　前記の物理量は、前記蒸発器が吸入する空気の温
度であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の膨張弁。
５．　前記の物理量は、前記冷凍サイクルの凝縮器が吸
入する空気の温度であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の膨張弁。
６．　前記の管路途中の開閉弁は、バイメタル及び感温
フエライト、及びワツクス、並びに、これらと類似の感
温部材の何れか一つによつて開閉駆動されるものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の膨張弁
。