(57)【要約】【課題】膨張弁だけで、冷媒ガスの過熱度を設定過熱度に適切に制御すること。【解決手段】流路室１７を流れる流体の動圧を弁開方向に及ぼされる受圧板２３を弁体２０の弁軸部２２に設け、蒸発器１００３の出口側の冷媒流の動圧に感応して蒸発器１００３へ流れる冷媒の流量を弁体２０の流量調整部２１によって制御し、圧縮機１００１に吸い込まれる冷媒ガスの過熱度を設定過熱度に自己制御する。【選択図】図１
2006162133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入口ポートと、第１の出口ポートと、前記第１の入口ポートと前記第１の出口ポートとの間に設けられた弁ポートと、第２の入口ポートと、第２の出口ポートと、前記第２の入口ポートと前記第２の出口ポートとの間に設けられた流路室とを有する弁ハウジングと、
前記弁ポートの開度調整を行う流量調整部と、該流量調整部から前記弁ハウジングを貫通して前記流路室側に突出する軸状に形成され、前記弁ハウジングに対して軸線方向に移動可能に支持された弁軸部とを有し、前記弁ハウジングに対する前記弁軸部の軸線方向への移動により前記流量調整部が前記弁ポートの開閉方向に移動する弁体と、
前記弁軸部のうち前記流路室内に位置する弁軸部部分に設けられ、前記第２の入口ポートから前記第２の出口ポートに向けて前記流路室を流れる流体の動圧を、前記弁ポートの弁開方向に及ぼされる受圧板と、
前記弁体を弁閉方向に付勢する調整ばねと、
を有する流量制御弁。
【請求項２】
凝縮器の出口側に接続される第１の入口ポートと、蒸発器の入口側に接続される第１の出口ポートと、前記第１の入口ポートと前記第１の出口ポートとの間に設けられた弁ポートと、蒸発器の出口側に接続される第２の入口ポートと、圧縮器の入口側に接続される第２の出口ポートと、前記第２の入口ポートと前記第２の出口ポートとの間に設けられた流路室とを有する弁ハウジングと、
前記弁ポートの開度調整を行う流量調整部と、該流量調整部から前記弁ハウジングを貫通して前記流路室側に突出する軸状に形成され、前記弁ハウジングに対して軸線方向に移動可能に支持された弁軸部とを有し、前記弁ハウジングに対する前記弁軸部の軸線方向への移動により前記流量調整部が前記弁ポートの開閉方向に移動する弁体と、
前記弁軸部のうち前記流路室内に位置する弁軸部部分に設けられ、前記第２の入口ポートから前記第２の出口ポートに向けて前記流路室を流れる流体の動圧を、前記弁ポートの弁開方向に及ぼされる受圧板と、
前記弁体を弁閉方向に付勢する調整ばねと、
を有する冷凍サイクル装置用膨張弁。
【請求項３】
前記調整ばねの初期設定荷重を可変設定するばね荷重可変設定手段を有する請求項２記載の冷凍サイクル装置用膨張弁。
【請求項４】
前記ばね荷重可変設定手段は、前記調整ばねを受け持ち、ねじ係合によって軸線方向に取付位置を変更可能なアジャストねじ部材を含んでいる請求項３記載の冷凍サイクル装置用膨張弁。
【請求項５】
前記アジャストねじ部材を回転させる電動モータを有する請求項４記載の冷凍サイクル装置用膨張弁。
【請求項６】
前記弁体を電磁吸引力によって弁閉方向あるいは弁開方向に付勢する電磁コイル装置を有する請求項２〜４の何れか１項記載の冷凍サイクル装置用膨張弁。
【請求項７】
圧縮器と、凝縮器と、蒸発器と、前記蒸発器の出口側の冷媒流の動圧に感応し前記凝縮器より前記蒸発器へ流れる冷媒の流量を制御する膨張弁とを有する冷凍サイクル装置。
【請求項８】
請求項２〜６の何れか１項記載の冷凍サイクル装置用膨張弁を有する冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流量制御弁、冷凍サイクル装置用膨張弁および冷凍サイクル装置に関し、特に、自動車用空調装置等、ＣＯ2 冷媒を用いる冷凍サイクル装置等で使用される流量制御弁、膨張弁および冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクル装置に用いられる膨張弁には、大きく分けて、ダイヤフラムやベローズによる感圧部と感温筒による温度検出部を有する温度式膨張弁と、ステッピングモータ駆動によって弁開度を設定する電動式膨張弁と、電磁力によって弁開度を設定する電磁式膨張弁がある（例えば、特許文献１、２、３）。
【０００３】
温度式膨張弁は、感圧部に作用する２次圧力（蒸発圧力）と感温筒の感知温度（蒸発器出口温度）から過熱度を検出し、圧縮機に吸い込まれる冷媒ガスの過熱度が設定過熱度になるように、蒸発器に流れる冷媒流量を制御するものであるが、冷凍システムとのマッチングにより、ハンチングの問題や、過熱度設定値を手動でしか変更できないと云う問題がある。
【０００４】
特に、車載用のエンジン駆動の非容量制御圧縮機を使用した冷凍サイクルの温度膨張弁では、車両の急加速時に低圧側の圧力が急激に下がることに対し、感温筒の感知温度は時定数等の影響により動作遅れを生じるため、ハンチングを起こし易い。このため、蒸発器吹き出し空気温度が変動し、車室内温度が安定しない。
【０００５】
また、ＣＯ2 冷媒を用いる冷凍サイクル装置の温度式膨張弁を考えた場合、ベローズやダイアフラム等の感圧部（感圧素子）の耐圧設計仕様が難しくなり、コスト高な膨張弁になると云う課題もある。
【０００６】
ステッピングモータによる電動式膨張弁は、過熱度センサによって検出した過熱度が設定過熱度となるように、弁開度をステッピングモータの駆動パルスで指定し、それによって弁開度を調整して蒸発器に流れる冷媒流量を制御するものであるが、弁開度調整の動作遅れにより、過渡期の状態や、負荷の急変動時、エンジン駆動の非容量制御圧縮機を使用した冷凍サイクルでの車両の急加速時に、弁開度が状態変化に追従するのに時間遅れが生じる。
【０００７】
このため、ハンチングを起こし易く、蒸発器吹き出し空気温度が変動し、車室内温度が安定し難い。また、別設置の過熱度センサやコントローラが必要であり、温度式膨張弁に比してコスト高になる。
【０００８】
電磁式膨張弁は、過熱度センサにより検出した過熱度が設定過熱度となるように、弁開度を電磁コイルへのＰＷＭ電流値制御により制御するものであり、ステッピングモータによる電動式膨張弁に比して動作応答性がよく、動作遅れが少なく、制御性がよいが、ステッピングモータによる電動式膨張弁と同様に、別設置の過熱度センサやコントローラが必要であるため、温度式膨張弁に比してコスト高になることは避けられない。
【０００９】
また、ステッピングモータ駆動の電動式膨張弁、電磁式膨張弁のいずれも、別設置の過熱度センサの配管への取り付けのばらつきや、過熱度センサ自体の時定数により、センサ部として検出遅れが生じ、その分、制御性が悪くなる。
【００１０】
この他、蒸発器の入口側における絞り部前後の冷媒差圧によって弁開度を調整して蒸発器に流れる冷媒流量を制御する差圧膨張弁と称されるものがある（例えば、特許文献４）。
【００１１】
しかし、この差圧膨張弁は、蒸発器の入口側における絞り部前後の冷媒差圧によって蒸発器に流れる冷媒流量を制御するから、圧縮機に吸い込まれる冷媒ガスの過熱度を設定過熱度にする制御を適切に行うことが難しい。
【００１２】
また、膨張弁とは別に、蒸発器の出口側と圧縮機の入口側との間の冷媒通路に過熱度制御弁が設けられ、過熱度制御弁によって吸入冷媒の過熱度を制御する冷凍サイクル装置、およびその冷凍サイクル装置で用いられる過熱度制御弁がある（例えば、特許文献５）。
【００１３】
過熱度制御弁により蒸発器の出口側の過熱度に応じて冷媒流量を制御する冷凍サイクル装置は、圧縮機に吸い込まれる冷媒ガスの過熱度を設定過熱度にする制御を適切に行うことができるが、しかし、この冷凍サイクル装置では、膨張弁以外に、別途、過熱度制御弁が必要であり、システム構成が複雑になり、コスト高にもなる。
【特許文献１】特開昭６０−１４２１７５号公報
【特許文献２】特許第２６１５０２１号公報
【特許文献３】特開２００４−９３０３１号公報
【特許文献４】特開２００４−２１８９１８号公報
【特許文献５】特公平７−２１３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明が解決しようとする課題は、冷凍サイクル装置で使用される膨張弁において、自己制御性を有し、動作遅れが少なく、サイクル状態の急変に拘わらず圧縮機に吸い込まれる冷媒ガスの過熱度を設定過熱度に適切に制御し、しかも、ＣＯ2 冷媒を用いる冷凍サイクル装置でも耐圧設計仕様の問題を生じることがないことである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明による流量制御弁は、第１の入口ポートと、第１の出口ポートと、前記第１の入口ポートと前記第１の出口ポートとの間に設けられた弁ポートと、第２の入口ポートと、第２の出口ポートと、前記第２の入口ポートと前記第２の出口ポートとの間に設けられた流路室とを有する弁ハウジングと、軸線方向移動によって前記弁ポートの開度調整を行う流量調整部と、前記流路室内に軸線方向に移動可能に進入した弁軸部とを有する弁体と、前記流路室内における前記弁軸部に設けられ、前記流路室を流れる流体の動圧を弁開方向に及ぼされる受圧板と、前記弁体を弁閉方向に付勢する調整ばねとを有する。
【００１６】
この発明による冷凍サイクル装置用膨張弁は、凝縮器の出口側に接続される第１の入口ポートと、蒸発器の入口側に接続される第１の出口ポートと、前記第１の入口ポートと前記第１の出口ポートとの間に設けられた弁ポートと、蒸発器の出口側に接続される第２の入口ポートと、圧縮器の入口側に接続される第２の出口ポートと、前記第２の入口ポートと前記第２の出口ポートとの間に設けられた流路室とを有する弁ハウジングと、軸線方向移動によって前記弁ポートの開度調整を行う流量調整部と、前記流路室内に軸線方向に移動可能に進入した弁軸部とを有する弁体と、前記流路室内における前記弁軸部に設けられ、前記流路室を流れる冷媒の動圧を弁開方向に及ぼされる受圧板と、前記弁体を弁閉方向に付勢する調整ばねとを有する。
【００１７】
この発明による冷凍サイクル装置用膨張弁は、好ましくは、前記調整ばねの初期設定荷重を可変設定する、ばね荷重可変設定手段を有する。ばね荷重可変設定手段としては、前記調整ばねを受け持ち、ねじ係合によって軸線方向に取付位置を変更可能なアジャストねじ部材があり、更には、ばね荷重設定値、換言すると、過熱度の設定値を、外部操作で変更可能なように、前記アジャストねじ部材を回転させる電動モータを設けることができる。
【００１８】
この発明による冷凍サイクル装置用膨張弁は、好ましくは、過熱度の設定値を外部操作で変更可能なように、前記弁体を電磁吸引力によって弁閉方向あるいは弁開方向に付勢する電磁コイル装置を有する。
【００１９】
この発明による冷凍サイクル装置は、圧縮器と、凝縮器と、蒸発器と、前記蒸発器の出口側の冷媒流の動圧に感応し前記凝縮器より前記蒸発器へ流れる冷媒の流量を制御する膨張弁とを有する。
【００２０】
また、この発明による冷凍サイクル装置は、上述の発明による冷凍サイクル装置用膨張弁を有する。
【発明の効果】
【００２１】
この発明による膨張弁、冷凍サイクル装置における過熱度制御は、冷媒過熱度と冷媒密度とに相関性があり、冷媒密度が一定流路における冷媒流の専ら動圧に相関することを動作原理とし、蒸発器の出口側の冷媒流の専ら動圧に感応して蒸発器へ流れる冷媒の流量を制御し、圧縮機に吸い込まれる冷媒ガスの過熱度を設定過熱度に自己制御する。云うならば、この発明による膨張弁は、自己制御式動圧膨張弁である。そして、この発明による流量制御弁も、専ら自己制御式動圧膨張弁として利用される。
【００２２】
これにより、動作遅れが少なく、サイクル状態の急変が生じたとしても、圧縮機に吸い込まれる冷媒ガスの過熱度が設定過熱度に適切に制御される。さらに、設定過熱度に対し、サイクル状態の急変により蒸発器出口冷媒の過熱度が０℃となった場合にも、乾き度値も検出して動くため、従来の温度式膨張弁よりも早く設定過熱度となるように制御される。また、過熱度設定だけではなく乾き度設定とすることも可能となった。しかも、温度式膨張弁におけるような感圧部を必要としないから、ＣＯ2 冷媒を用いる冷凍サイクル装置でも耐圧設計仕様の問題を生じることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明による膨張弁（流量制御弁）および冷凍サイクル装置の実施形態１を、図１を参照して説明する。
【００２４】
実施形態１による膨張弁は通電閉型の電磁膨張弁１０として構成されている。電磁膨張弁１０は、弁ハウジング１１を有する。弁ハウジング１１には、第１の入口ポート１２と、第１の出口ポート１３と、第１の入口ポート１２と第１の出口ポート１３との間に設けられた弁ポート１４と、第２の入口ポート１５と、第２の出口ポート１６とが形成されている。
【００２５】
弁ハウジング１１は、第１の入口ポート１２と第１の出口ポート１３と間の弁ポート１４を含む流路とは別に、後述の電磁コイル装置３０の固定吸引子３１と共働して、第２の入口ポート１５と第２の出口ポート１６との間に動圧検出用の流路室１７を画定している。
【００２６】
弁ハウジング１１は、第１の入口ポート１２、第１の出口ポート１３及び弁ポート１４を含む流路と流路室１７とを区画する弁ハウジング１１部分に貫設された弁体支持孔１８と、後述する電磁コイル装置３０の固定吸引子３１の下部に圧入かしめ固定されているガイド部材４８とによって、中空軸状の弁体２０を軸線方向（上下方向）に移動可能に支持している。
【００２７】
弁体２０は、軸線方向移動によって弁ポート１４の開度調整を行って弁ポート１４を流れる流体の流量を定量的に制御する流量調整部２１と、流量調整部２１から弁体支持孔１８を貫通して流路室１７内に突出する弁軸部２２とを有する。
【００２８】
弁体２０は、降下移動によって流量調整部２１が弁ポート１４に接近することにより、弁開度を低減し、これとは反対に、上昇移動によって流量調整部２１が弁ポート１４より遠ざかることにより、弁開度を増加する。
【００２９】
弁軸部２２の流路室１７内に位置する部分には受圧板２３が設けられている。受圧板２３は、圧縮コイルばねによる弁ばね２５によって弁軸部２２に係止されたスナップリング２４に押し付けられ、上昇変位を拘束された状態で弁軸部２２の所定位置に取り付けられている。弁ばね２５は、流路室１７の底部と受圧板２３との間に挟まれて、弁体２０を弁開方向に付勢する。
【００３０】
受圧板２３は、第２の入口ポート１５より流路室１７内に流入し、第２の出口ポート１６より流路室１７外に流出することによって流路室１７を流れる流体の動圧を、上昇方向、すなわち弁開方向に及ぼされる。
【００３１】
なお、受圧板２３には専ら動圧のみが作用するよう、受圧板２３の外縁と流路室１７の内壁面との間に、適正な間隙２６が設定されている。
【００３２】
弁ハウジング１１の上部には電磁コイル装置３０が取り付けられている。電磁コイル装置３０は、弁ハウジング１１の上部にかしめ等によって固定された固定吸引子３１と、固定吸引子３１の上部に固定装着されたプランジャチューブ３２と、プランジャチューブ３２の上端に固定装着された上蓋プラグ３３および上蓋プラグ３３にねじ係合したアジャストねじ部材３４とを有する。なお、固定吸引子３１とアジャストねじ部材３４には各々気密用のＯリング３５、３６が取り付けられている。
【００３３】
固定吸引子３１およびプランジャチューブ３２の外周部には、外凾３７、磁路ガイド部材３８、コイル部３９、コイル通電用の電気コネクタ４０等によるコイルユニット４１が固定されている。
【００３４】
固定吸引子３１には中心貫通孔４２が軸線方向に貫通形成されている。弁体２０の弁軸部２２は中心貫通孔４２を非接触で軸線方向に移動可能に貫通していると共に、固定吸引子３１の下部に圧入かしめ固定されているガイド部材４８を接触状態で貫通し、弁軸部２２の上端部２７は、プランジャチューブ３２の内側に画定されたプランジャ室４３内に位置している。この弁軸部２２の上端部２７は、電磁コイル装置３０のプランジャ４４に、僅かなクリアランスをもって挿入されている。
【００３５】
固定吸引子３１は、上端面が磁気吸引面４５になっており、コイル部３９に通電するコイル電流に応じて発生する磁気吸引力によってプランジャ４４の下端面４６を磁気吸引面４５の側に吸引する。この磁気吸引力は、プランジャ４４と弁体２０との連結体に下向きの力として作用し、弁体２０を弁閉方向に付勢する。
【００３６】
プランジャ４４とアジャストねじ部材３４との間には圧縮コイルばねによる調整ばね２８が取り付けられている。調整ばね２８は、プランジャ４４と弁体２０との連結体を、降下方向、つまり、弁閉方向に付勢している。
【００３７】
以上のように構成された電磁膨張弁１０は、圧縮機１００１、凝縮器１００２、蒸発器１００３を含む空調装置等の冷凍サイクル装置に組み込まれるものであり、第１の入口ポート１２を冷媒配管１００４によって凝縮器１００２の出口側に接続され、第１の出口ポート１３を冷媒配管１００５によって蒸発器１００３の入口側に接続され、第２の入口ポート１５を冷媒配管１００６によって蒸発器１００３の出口側に接続され、第２の出口ポート１６を冷媒配管１００７によって圧縮器１００１の入口側に接続されている。そして、圧縮器１００１の出口側は冷媒配管１００８によって凝縮器１００２の入口側に接続されている。
【００３８】
この接続により、弁ポート１４の開度調整を行う弁体２０の流量調整部２１は、蒸発器１００３へ流れる冷媒の流量を制御し、受圧板２３は蒸発器１００３の出口側の冷媒流の動圧を弁開方向に及ぼされ、専らこの動圧により弁開方向の荷重を発生する。これにより、電磁膨張弁１０は、蒸発器１００３の出口側の冷媒流の動圧に感応して蒸発器１００３へ流れる冷媒の流量を制御する。
【００３９】
なお、弁体２０が中空軸状であり、その中空部２９がプランジャ室４３に連通していることにより、プランジャ室４３の内圧は、第１の入口ポート１２と第１の出口ポート１３と間の弁ポート１４を含む流路を通過する凝縮器１００２の出口側の冷媒の圧力、つまり、凝縮圧力Ｐｃ相当の圧力となる。
【００４０】
上述の電磁膨張弁１０において、調整ばね２８のばね荷重をＦ１、電磁コイル装置３０の磁気吸引力による荷重をＦ２、受圧板２３に発生する荷重をＦ３、弁ばね２５のばね荷重をＦ４、弁体２０の流量調整部２１に作用する後述の差圧荷重をＦ５とすると、その各荷重のベクトルは、図２に示されているようになり、平衡式は式（１）で表される。
【００４１】
Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ５＝Ｆ３＋Ｆ４          …（１）
よって、この平衡式（１）を満たす範囲内で、磁気吸引力による荷重Ｆ２を電磁コイル装置３０のコイル電流値制御によって変化させることで、電磁膨張弁１０の平衡値（設定過熱度）を可変設定することができる。なお、当然のことであるが、電磁コイル装置３０の非通電時、つまり、電磁コイル装置３０の磁気吸引力による荷重Ｆ２が０である時には、電磁膨張弁１０の全開状態が得られる。
【００４２】
ところで、受圧板２３に発生する荷重Ｆ３は、式（２）で表される。
【００４３】
Ｆ３＝Ｆ＋Ｆ３Ａ          …（２）
このうち、Ｆは、流路室１７を流れる冷媒流れの動圧による発生荷重であり、Ｆ３Ａは、弁体２０の外径Ｄ１と受圧板２３の外径Ｄ３の面積差分｛（Ｄ３2 −Ｄ１2 ）π｝／４に対する第２の入口ポート１５の圧力Ｐｓｈと第２の出口ポート１６の圧力Ｐｓｌとの差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓｌ）による発生荷重であり、式Ｆ３Ａ＝｛（Ｐｓｈ−Ｐｓｌ）・（Ｄ３2 −Ｄ１2 ）π｝／４によって示される。
【００４４】
弁体２０の流量調整部２１に作用する差圧荷重Ｆ５は、弁体２０の外径Ｄ１と弁ポート１４の内径Ｄ２の面積差分｛（Ｄ１2 −Ｄ２2 ）π｝／４に対する凝縮圧力Ｐｃと蒸発圧力Ｐｅとの差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）による発生荷重であり、式Ｆ５＝｛（Ｐｃ−Ｐｅ）・（Ｄ１2 −Ｄ２2 ）π｝／４によって示される。これにより、弁体２０は凝縮圧力Ｐｃの影響を受け、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の増大により、弁開閉特性を弁閉方向にシフトさせることができる。
【００４５】
なお、弁体２０の外径Ｄ１と弁ポート１４の内径Ｄ２とを同一径にすることにより、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の影響をゼロにすることができる。
【００４６】
ここで、ＣＯ2 冷媒（Ｒ−７４４）による冷凍サイクル装置の蒸発器出口側の冷媒の過熱度と冷媒密度との関係、冷媒密度と受圧板発生荷重との関係、過熱度、乾き度と受圧板発生荷重との関係を、図３〜図８を参照して説明する。
【００４７】
図３は、蒸発器出口側の冷媒の過熱蒸気時に着目したモリエル線図であり、図４は、同じく蒸発器出口側の冷媒の過熱蒸気時における過熱度ＳＨと蒸発器出口側冷媒密度ρとの関係を示している。蒸発器出口側冷媒の過熱度ＳＨが増加すると、それに応じて蒸発器出口側の冷媒密度ρが減少する。
【００４８】
図５は、蒸発器出口側の冷媒の湿り蒸気時に着目したモリエル線図であり、図６は、同じく蒸発器出口側の冷媒の湿り蒸気時における乾き度Ｘと蒸発器出口側の冷媒密度ρとの関係を示している。蒸発器出口側冷媒の乾き度Ｘが増加すると、それに応じて蒸発器出口側の冷媒密度ρが減少する。
【００４９】
図７は、蒸発器出口側の冷媒密度ρと、流路室１７を流れる冷媒流れの動圧による発生荷重Ｆとの関係を示している。蒸発器出口側の冷媒密度ρが減少すると、流路室１７を流れる冷媒流れの動圧が増加する。
【００５０】
ここで、蒸発器出口側の冷媒密度ρが減少すると、流路室１７を流れる冷媒流れの動圧による発生荷重Ｆが増加する原理を説明する。
【００５１】
まず、定常流では、以下の連続の式が成り立つ。
【００５２】
質量流量＝ρＱ＝ρＶＡ＝一定          …（３）
ここで、ρ：密度、Ｑ：体積流量、Ｖ：流速、Ａ：流路断面積
この式（３）において、質量流量ρＱ一定のもとに、密度ρが減少すると、流路断面債Ａが一定であるから、流速Ｖが増加することとなる。弁リフト一定（流路断面積Ａ一定）、質量流量ρＱ一定で、蒸発器の負荷増により、蒸発器出口側冷媒の過熱度ＳＨが増加したことを想定すると、図３、図４から、蒸発器出口側の冷媒密度ρが減少する。例えば、密度ρが１／２に減少すると、流速Ｖは２倍となる。従って、密度ρが１／ｎに減少すると、流速Ｖはｎ倍となる。
【００５３】
次に、動圧は下式（４）で表される。
【００５４】
動圧Ｐａ＝全圧Ｐｔ−静圧Ｐｓ＝（１／２）ρ・Ｖ2           …（４）
また、動圧板流量計では、以下の関係が成り立つ。
【００５５】
動圧による発生荷重ｆ∝ρ・Ｖ2             …（５）
式（４）は、動圧Ｐａが、ρ・Ｖ2 に比例することを表しており、式（５）は、動圧による発生荷重ｆが、ρ・Ｖ2 に比例することを表している。
【００５６】
式（５）の関係から、密度ρが１／ｎに減少し、流速Ｖがｎ倍に増加した場合には、式（５）の右項は、（ρ／ｎ）（ｎＶ）2 により、動圧による発生荷重ｆは、ｎ倍に増加することになる。これに対し、密度ρがｎ倍に増加し、流速Ｖが１／ｎに減少した場合には、式（５）の右項は、（ρ・ｎ）（Ｖ／ｎ）2 により、動圧による発生荷重ｆは、１／ｎ倍に減少することになる。
【００５７】
したがって、密度ρが減少すると、動圧による発生荷重ｆは増加し、密度ρが増加すると、動圧による発生荷重ｆは減少する。式（４）の関係から、動圧Ｐａについても同様の関係が成り立つ。
【００５８】
図８は、蒸発器出口側の冷媒の過熱度ＳＨや蒸発器出口側の冷媒の乾き度Ｘと受圧板発生荷重Ｆ３との関係との関係を示している。蒸発器出口側の冷媒の過熱度ＳＨや乾き度Ｘが増加すると、受圧板発生荷重Ｆが増加する。これにより、蒸発器出口側の冷媒の過熱度ＳＨや乾き度Ｘが増加すると、受圧板発生荷重Ｆの増加に伴い弁開度が大きくなり、蒸発器１００３への冷媒流量が多くなり、蒸発器出口側の冷媒の過熱度ＳＨや乾き度Ｘが減少する。
【００５９】
図９は、電磁膨張弁１０の設定位置での発生荷重、即ち、調整ばね荷重Ｆ１と電磁コイル装置３０の磁気吸引力による荷重Ｆ２とを足し合わせた発生荷重（Ｆ１＋Ｆ２）と、コイル電流との関係を示している。図９では、コイル電流Ｉａ〜Ｉｂで、発生荷重（Ｆ１＋Ｆ２）がＦａ〜Ｆｂの範囲で比例的に変化し、所定の過熱度設定値可変幅（制御域）が得られる。
【００６０】
図１０は、電磁膨張弁１０の弁リフト量と各種発生荷重との関係を示している。図１０において、特性線Ｌａは、弁体２０の弁リフト量と弁ばね２５のばね荷重Ｆ４との関係を、特性線Ｌｂｈは、コイル電流値＝「大」（Ｉｂ）における、電磁膨張弁１０の設定位置での発生荷重（Ｆ１＋Ｆ２）と、弁体２０の弁リフト量との関係を、特性線Ｌｂｎは、コイル電流値＝「中」における、電磁膨張弁１０の設定位置での発生荷重（Ｆ１＋Ｆ２）と弁体２０の弁リフト量との関係を、特性線Ｌｂｌは、コイル電流値＝「小」（Ｉａ）における、電磁膨張弁１０の設定位置での発生荷重（Ｆ１＋Ｆ２）と弁体２０の弁リフト量との関係を各々示している。そして、点Ｂｎは、平衡点の一例として、コイル電流値＝「中」時の平衡点を示している。
【００６１】
つぎに、図１に示されているように、冷凍サイクル装置に組み込まれた電磁膨張弁１０の動作を詳細に説明する。
【００６２】
蒸発器出口側の冷媒の過熱度ＳＨが設定過熱度に適合している時には、式（１）が釣り合いの関係にあるため、上下の力がバランスし、この時の弁リフト位置を維持する。
【００６３】
過熱度ＳＨが設定過熱度より小さくなると、動圧による発生荷重ΔＦ分、受圧板２３に発生する荷重Ｆ３が減少するため、式（１）の右項が小さくなり、弁体２０は弁閉方向に移動する。これにより、蒸発器１００３への流入冷媒量が減少し、過熱度ＳＨが増加方向となり、過熱度ＳＨが設定過熱度に近づく。
【００６４】
また、過熱度が０℃で、蒸発器出口側の冷媒の乾き度Ｘが１以下の場合、乾き度Ｘが小さくなると、動圧による発生荷重ΔＦ分、受圧板２３に発生する荷重Ｆ３が減少するため、式（１）の右項が小さくなり、弁体２０は弁閉方向に移動する。これにより、蒸発器１００３への流入冷媒量が減少し、乾き度Ｘと過熱度ＳＨが増加方向となり、過熱度ＳＨが設定過熱度に近づく。
【００６５】
これに対し、過熱度ＳＨが設定過熱度より大きくなると、動圧による発生荷重ΔＦ分、受圧板２３に発生する荷重Ｆ３が増加するため、式（１）の右項が大きくなり、弁体２０は弁開方向に移動する。これにより、蒸発器１００３への流入冷媒量が増加し、過熱度ＳＨが減少方向となり、過熱度ＳＨが設定過熱度に近づく。
【００６６】
この電磁膨張弁１０では、電磁コイル装置３０のコイル電流制御によって設定過熱度を可変設定し、設定過熱度に対して蒸発器出口側の冷媒過熱度ＳＨに増減が生じた場合には、その偏差をなくす方向に、弁開度を自己制御するから、蒸発器出口側の冷媒過熱度ＳＨを常に安定した過熱度に制御することができる。
【００６７】
また、電磁膨張弁１０は、温度式膨張弁のようなダイヤフラムやベローズによる感圧部を必要としないから、ＣＯ2 冷媒を用いる冷凍サイクル装置でも耐圧設計仕様の問題を生じることがない。
【００６８】
図１に示されている実施形態の電磁膨張弁１０では、下継手側が第１の入口ポート１２、横継手側が第１の出口ポート１３となっているが、この電磁膨張弁１０は、図１１に示されているように、横継手側を第１の入口ポート１２、下継手側を第１の出口ポート１３とすることもできる。この場合には、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の増大により、弁開閉特性が弁開方向にシフトすることになる。なお、図１１において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けているので、その説明については省略する。
【００６９】
また、図１２は、ブロック式本体構造のものに適用した電磁膨張弁１０の実施形態を示している。なお、図１２においても、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けているので、その説明については省略する。
【００７０】
この発明による膨張弁（流量制御弁）および冷凍サイクル装置の実施形態２を、図１３を参照して説明する。なお、図１３においても、図１に対応する部分には、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００７１】
実施形態２による膨張弁は通電開型の電磁膨張弁５０として構成されている。実施形態２では、弁ばね２５の取付方向が実施形態１のものと異なり、弁ばね２５は、流路室１７の天井部と受圧板２３との間に挟まれて、弁体２０を弁閉方向に付勢する。
【００７２】
弁ハウジング１１の上部には電磁コイル装置６０が取り付けられている。電磁コイル装置６０は、弁ハウジング１１の上部にかしめ等によって固定された取付部材６１と、取付部材６１の上部に固定装着されたプランジャチューブ６２と、プランジャチューブ６２の上端に固定装着された固定吸引子６３と、固定吸引子６３にねじ係合したアジャストねじ部材６４とを有する。なお、取付部材６１とアジャストねじ部材６４には各々気密用のＯリング６５、６６が取り付けられている。
【００７３】
プランジャチューブ６２の外周部には、外凾６７、磁路ガイド部材６８、コイル部６９等によるコイルユニット７０が固定されている。
【００７４】
取付部材６１には中心貫通孔７１が軸線方向に貫通形成されている。弁体２０の弁軸部２２は中心貫通孔７１を非接触で軸線方向に移動可能に貫通していると共に、取付部材６１の下部に圧入かしめ固定されているガイド部材７６を接触状態で貫通し、このガイド部材７６と弁ハウジング１１の弁体支持孔１８とによって、中空軸状の弁体２０が軸線方向（上下方向）に移動可能に支持されている。弁軸部２２の上端部２７は、プランジャチューブ６２の内側に画定されたプランジャ室７２内に位置している。この弁軸部２２の上端部２７は、電磁コイル装置７０のプランジャ７３にかしめ固定装着されている。
【００７５】
固定吸引子６３は、下端面が磁気吸引面７４になっており、コイル部６９に通電するコイル電流に応じて発生する磁気吸引力によってプランジャ７３の上端面７５を磁気吸引面７４の側に吸引する。この磁気吸引力は、プランジャ７３と弁体２０との連結体に上向きの力として作用し、弁体２０を弁開方向に付勢する。
【００７６】
プランジャ７３とアジャストねじ部材６４との間には圧縮コイルばねによる調整ばね２８が取り付けられている。調整ばね２８は、実施形態１と同様に、プランジャ７３と弁体２０との連結体を、降下方向、つまり、弁閉方向に付勢している。
【００７７】
なお、この実施形態でも、受圧板２３は、流路室１７内にあり、第２の入口ポート１５より流路室１７内に流入し、第２の出口ポート１６より流路室１７外に流出することによって流路室１７を流れる流体の動圧を、上昇方向、すなわち弁開方向に及ぼされる。
【００７８】
電磁膨張弁５０は、実施形態１の電磁膨張弁１０と同様に、圧縮機１００１、凝縮器１００２、蒸発器１００３を含む空調装置等の冷凍サイクル装置に組み込まれるものであり、第１の入口ポート１２を冷媒配管１００４によって凝縮器１００２の出口側に接続され、第１の出口ポート１３を冷媒配管１００５によって蒸発器１００３の入口側に接続され、第２の入口ポート１５を冷媒配管１００６によって蒸発器１００３の出口側に接続され、第２の出口ポート１６を冷媒配管１００７によって圧縮器１００１の入口側に接続されている。そして、圧縮器１００１の出口側は冷媒配管１００８によって凝縮器１００２の入口側に接続されている。
【００７９】
この接続により、本実施形態でも、弁ポート１４の開度調整を行う弁体２０の流量調整部２１は、蒸発器１００３へ流れる冷媒の流量を制御し、受圧板２３は蒸発器１００３の出口側の冷媒流の動圧を弁開方向に及ぼされ、弁開方向の荷重を発生する。これにより、電磁膨張弁５０は、蒸発器１００３の出口側の冷媒流の動圧に感応して蒸発器１００３へ流れる冷媒の流量を制御する。
【００８０】
上述の電磁膨張弁５０において、調整ばね２８のばね荷重をＦ１、電磁コイル装置６０の磁気吸引力による荷重をＦ２、受圧板２３に発生する荷重をＦ３、弁ばね２５のばね荷重をＦ４、弁体２０の流量調整部２１に作用する差圧荷重をＦ５とすると、その各荷重のベクトルは、図１４に示されているようになり、平衡式は式（６）で表される。
【００８１】
Ｆ１＋Ｆ４＋Ｆ５＝Ｆ２＋Ｆ３          …（６）
よって、この平衡式（６）を満たす範囲内で、磁気吸引力による荷重Ｆ２を電磁コイル装置６０のコイル電流値制御によって変化させることで、電磁膨張弁５０の平衡値（設定過熱度）を可変設定することができる。
【００８２】
この実施形態でも、受圧板２３に発生する荷重Ｆ３は、式（２）で表される。つまり、Ｆ３＝Ｆ＋Ｆ３Ａであり、Ｆは、流路室１７を流れる冷媒流れの動圧による発生荷重であり、Ｆ３Ａは、弁体２０の外径Ｄ１と受圧板２３の外径Ｄ３の面積差分｛（Ｄ３2 −Ｄ１2 ）π｝／４に対する第２の入口ポート１５の圧力Ｐｓｈと第２の出口ポート１６の圧力Ｐｓｌとの差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓｌ）による発生荷重であり、式Ｆ３Ａ＝｛（Ｐｓｈ−Ｐｓｌ）・（Ｄ３2 −Ｄ１2 ）π｝／４によって示される。
【００８３】
また、弁体２０の流量調整部２１に作用する差圧荷重Ｆ５は、弁体２０の外径Ｄ１と弁ポート１４の内径Ｄ２の面積差分｛（Ｄ１2 −Ｄ２2 ）π｝／４に対する凝縮圧力Ｐｃと蒸発圧力Ｐｅとの差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）による発生荷重であり、式Ｆ５＝｛（Ｐｃ−Ｐｅ）・（Ｄ１2 −Ｄ２2 ）π｝／４によって示される。これにより、弁体２０は凝縮圧力Ｐｃの影響を受け、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の増大により、弁開閉特性を弁閉方向にシフトさせることができる。
【００８４】
なお、この実施形態でも、弁体２０の外径Ｄ１と弁ポート１４の内径Ｄ２とを同一径にすることにより、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の影響をゼロにすることができ、また、横継手側を第１の入口ポート１２、下継手側を第１の出口ポート１３とすることにより、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の増大により、弁開閉特性を弁開方向にシフトさせることもできる。
【００８５】
図１５は、電磁膨張弁５０の弁リフト量と各種発生荷重との関係を示している。図１５において、特性線Ｌａは、弁体２０の弁リフト量と弁ばね２５のばね荷重Ｆ４との関係を、特性線Ｌｂｈは、コイル電流値＝「大」（Ｉｂ）における、調整ばね荷重Ｆ１と電磁コイル装置６０の磁気吸引力による荷重Ｆ２とを足し合わせた発生荷重（Ｆ１＋Ｆ２）と、弁体２０の弁リフト量との関係を、特性線Ｌｂｎは、コイル電流値＝「中」における発生荷重（Ｆ１＋Ｆ２）と弁体２０の弁リフト量との関係を、特性線Ｌｂｌは、コイル電流値＝「小」（Ｉａ）における発生荷重（Ｆ１＋Ｆ２）と弁体２０の弁リフト量との関係を各々示している。そして、点Ｂｎは、平衡点の一例として、コイル電流値＝「中」時の平衡点を示している。
【００８６】
この電磁膨張弁５０は、電磁コイル装置６０のコイル電流制御によって設定過熱度を可変設定し、前述した実施形態１の電磁膨張弁１０と同様に、受圧板２３が受ける動圧に感応して、蒸発器出口側の冷媒の過熱度ＳＨと設定過熱度との偏差がなくなるように動作する。つまり、設定過熱度に対して蒸発器出口側の冷媒過熱度ＳＨに増減が生じた場合には、その偏差をなくす方向に、弁開度を自己制御する。これにより、蒸発器出口側の冷媒過熱度ＳＨを常に安定した過熱度に制御することができる。
【００８７】
また、電磁膨張弁５０も、温度式膨張弁のようなダイヤフラムやベローズによる感圧部を必要としないから、ＣＯ2 冷媒を用いる冷凍サイクル装置でも耐圧設計仕様の問題を生じることがない。
【００８８】
また、実施形態２のような通電開型の電磁膨張弁５０は、非通電時閉となるから、空調装置等、冷凍サイクル装置がオフの状態時に、膨張弁を弁閉状態とすることが好ましいことを考えると、節電効果が得られ、省エネルギ性に優れていると云える。
【００８９】
この発明による膨張弁（流量制御弁）および冷凍サイクル装置の実施形態３を、図１６を参照して説明する。なお、図１６においても、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００９０】
実施形態３による膨張弁はステッピングモータ駆動の電動式膨張弁８０として構成されている。弁ハウジング１１の上部にはステッピングモータ９０が取り付けられている。
【００９１】
ステッピングモータ９０は、弁ハウジング１１の上部にかしめ等によって固定された取付部材９１と、取付部材９１の上部に固定装着されたキャン状のロータケース９２の内側に画定されたロータ室９３内にあって取付部材９１の上部に固定装着された雌ねじ部材９４と、雌ねじ部材９４の雌ねじ部９５にねじ係合した雄ねじ部９６を有するロータ軸９７（アジャストねじ部材）とを有する。
【００９２】
ステッピングモータ９０は、更に、ロータ室９３内に回転可能に且つ軸線方向に移動可能に設けられてロータ軸９７と固定連結され、外周部を多極着磁されたロータ９８と、ロータ９８の回転回数を制限するストッパ部９９と、ロータケース９２の外周部に固定装着されたステータコイルユニット１００とを有する。
【００９３】
ステータコイルユニット１００は、外凾１０１、上下２段のコイル部１０２、複数個の磁極歯部１０３、コイル通電用の電気コネクタ１０４等を有する樹脂封止型のものである。
【００９４】
取付部材９１には中心貫通孔１０５が軸線方向に貫通形成されている。弁体２０の弁軸部２２は中心貫通孔１０５を非接触で軸線方向に移動可能に貫通していると共に、取付部材９１の下部に圧入かしめ固定されているガイド部材８９を接触状態で貫通し、このガイド部材８９と弁ハウジング１１の弁体支持孔１８とによって、中空軸状の弁体２０が軸線方向（上下方向）に移動可能に支持されている。弁軸部２２の上端部２７は、ロータ室９３内に位置している。
【００９５】
弁軸部２２の上端部２７には、下側ばね受け部材１０６が固定装着されている。ロータ軸９７の下端部１０７には上側ばね受け部材１０８が係合装着されている。上側ばね受け部材１０８と下側ばね受け部材１０６との間には圧縮コイルばねによる調整ばね１０９が挟まれている。調整ばね１０９は、上側ばね受け部材１０８と下側ばね受け部材１０６との間に挟まれて弁体２０を、降下方向、つまり、弁閉方向に付勢している。
【００９６】
ステッピングモータ９０のロータ９８は、コイル部１０２に対するパルス通電により回転し、雌ねじ部９５と雄ねじ部９６とのねじ係合により、ロータ軸９７が回転しながら軸線方向に移動する。これにより、上側ばね受け部材１０８が軸線方向に変位し、この変位に応じて調整ばね１０９のばね荷重が可変設定される。
【００９７】
なお、図１６において、符号ＭＬ0 は、ステッピングモータリフト量がゼロの位置（ロータ上昇位置）を、符号ＭＬｍａｘは、ステッピングモータリフト量が最大の位置（ロータ降下位置）を各々示している。
【００９８】
この実施形態でも、受圧板２３は、流路室１７内にあり、第２の入口ポート１５より流路室１７内に流入し、第２の出口ポート１６より流路室１７外に流出することによって流路室１７を流れる流体の動圧を、上昇方向、すなわち弁開方向に及ぼされる。
【００９９】
電動式膨張弁８０は、実施形態１の電磁膨張弁１０と同様に、圧縮機１００１、凝縮器１００２、蒸発器１００３を含む空調装置等の冷凍サイクル装置に組み込まれるものであり、第１の入口ポート１２を冷媒配管１００４によって凝縮器１００２の出口側に接続され、第１の出口ポート１３を冷媒配管１００５によって蒸発器１００３の入口側に接続され、第２の入口ポート１５を冷媒配管１００６によって蒸発器１００３の出口側に接続され、第２の出口ポート１６を冷媒配管１００７によって圧縮器１００１の入口側に接続されている。そして、圧縮器１００１の出口側は冷媒配管１００８によって凝縮器１００２の入口側に接続されている。
【０１００】
この接続により、本実施形態でも、弁ポート１４の開度調整を行う弁体２０の流量調整部２１は、蒸発器１００３へ流れる冷媒の流量を制御し、受圧板２３は蒸発器１００３の出口側の冷媒流の動圧を弁開方向に及ぼされ、弁開方向の荷重を発生する。これにより、電動式膨張弁８０は、蒸発器１００３の出口側の冷媒流の動圧に感応して蒸発器１００３へ流れる冷媒の流量を制御する。
【０１０１】
上述の電動式膨張弁８０において、調整ばね１０９のばね荷重をＦ１、受圧板２３に発生する荷重をＦ３、弁ばね２５のばね荷重をＦ４、弁体２０の流量調整部２１に作用する後述の差圧荷重をＦ５とすると、その各荷重のベクトルは、図１７に示されているようになり、平衡式は式（７）で表される。
【０１０２】
Ｆ１＋Ｆ５＝Ｆ３＋Ｆ４          …（７）
この実施形態でも、受圧板２３に発生する荷重Ｆ３は、式（２）で表される。つまり、Ｆ３＝Ｆ＋Ｆ３Ａであり、Ｆは、流路室１７を流れる冷媒流れの動圧による発生荷重であり、Ｆ３Ａは、弁体２０の外径Ｄ１と受圧板２３の外径Ｄ３の面積差分｛（Ｄ３2 −Ｄ１2 ）π｝／４に対する第２の入口ポート１５の圧力Ｐｓｈと第２の出口ポート１６の圧力Ｐｓｌとの差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓｌ）による発生荷重であり、式Ｆ３Ａ＝｛（Ｐｓｈ−Ｐｓｌ）・（Ｄ３2 −Ｄ１2 ）π｝／４によって示される。
【０１０３】
また、弁体２０の流量調整部２１に作用する差圧荷重Ｆ５は、弁体２０の外径Ｄ１と弁ポート１４の内径Ｄ２の面積差分｛（Ｄ１2 −Ｄ２2 ）π｝／４に対する凝縮圧力Ｐｃと蒸発圧力Ｐｅとの差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）による発生荷重であり、式Ｆ５＝｛（Ｐｃ−Ｐｅ）・（Ｄ１2 −Ｄ２2 ）π｝／４によって示される。これにより、弁体２０は凝縮圧力Ｐｃの影響を受け、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の増大により、弁開閉特性を弁閉方向にシフトさせることができる。
【０１０４】
なお、この実施形態でも、弁体２０の外径Ｄ１と弁ポート１４の内径Ｄ２とを同一径にすることにより、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の影響をゼロにすることができ、また、横継手側を第１の入口ポート１２、下継手側を第１の出口ポート１３とすることにより、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の増大により、弁開閉特性を弁開方向にシフトさせることもできる。
【０１０５】
調整ばね１０９のばね荷重Ｆ１は、図１８に示されているように、ステッピングモータ８０のリフト量に応じて比例的に変化する。これにより、電動式膨張弁８０の平衡値（設定過熱度）が可変設定される。
【０１０６】
図１８は、電動式膨張弁８０の設定位置での調整ばね荷重Ｆ１とステッピングモータ８０のリフト量との関係を示している。図１８では、ステッピングモータリフト量ＭＬａ〜ＭＬｂで、発生荷重Ｆ１がＦａ〜Ｆｂの範囲で比例的に変化し、所定の過熱度設定値可変幅（制御域）が得られる。
【０１０７】
図１９は、電動式膨張弁８０の弁リフト量と各種発生荷重の関係を示している。図１９において、特性線Ｌａは、弁体２０の弁リフト量と弁ばね２５のばね荷重Ｆ４との関係を、特性線Ｌｂｈは、ステッピングモータリフト量＝「大」（ＭＬｂ）における調整ばね荷重Ｆ１と弁体２０の弁リフト量との関係を、特性線Ｌｂｎは、ステッピングモータリフト量＝「中」における調整ばね荷重Ｆ１と弁体２０の弁リフト量との関係を、特性線Ｌｂｌは、ステッピングモータリフト量＝「小」（ＭＬａ）における調整ばね荷重Ｆ１と弁体２０の弁リフト量との関係を各々示している。そして、点Ｂｎは、平衡点の一例として、ステッピングモータリフト量＝「中」時の平衡点を示している。
【０１０８】
この電動式膨張弁８０は、ステッピングモータ９０のパルス制御によって設定過熱度を可変設定し、前述した実施形態１の電磁膨張弁１０と同様に、受圧板２３が受ける動圧に感応して、蒸発器出口側の冷媒の過熱度ＳＨと設定過熱度との偏差がなくなるように動作する。つまり、設定過熱度に対して蒸発器出口側の冷媒過熱度ＳＨに増減が生じた場合には、その偏差をなくす方向に、弁開度を自己制御する。これにより、蒸発器出口側の冷媒過熱度ＳＨを常に安定した過熱度に制御することができる。
【０１０９】
また、電動式膨張弁８０も、温度式膨張弁のようなダイヤフラムやベローズによる感圧部を必要としないから、ＣＯ2 冷媒を用いる冷凍サイクル装置でも耐圧設計仕様の問題を生じることがない。
【０１１０】
この発明による膨張弁（流量制御弁）および冷凍サイクル装置の実施形態４を、図２０を参照して説明する。なお、図２０においても、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【０１１１】
実施形態４による膨張弁は手動式膨張弁１１０として構成されている。手動式膨張弁１１０は、弁ハウジング１１の上部に、手動式ばね荷重設定部１１１を有する。
【０１１２】
手動式ばね荷重設定部１１１は、弁ハウジング１１の上部にかしめ等によって固定装着されたばねケース部材１１２と、ねじ部１１３によってばねケース部材１１２にねじ係合した上側ばね受け部材を兼ねたアジャストねじ部材１１４とを有する。なお、ばねケース部材１１２とアジャストねじ部材１１４には各々気密用のＯリング１１５、１１６が取り付けられている。
【０１１３】
ばねケース部材１１２には中心貫通孔１１７が軸線方向に貫通形成されている。弁体２０の弁軸部２２は中心貫通孔１１７を非接触で軸線方向に移動可能に貫通していると共に、ばねケース部材１１２の下部に圧入かしめ固定されているガイド部材１２１を接触状態で貫通し、このガイド部材１２１と弁ハウジング１１の弁体支持孔１８とによって、中空軸状の弁体２０が軸線方向（上下方向）に移動可能に支持されている。弁軸部２２の上端部２７は、ばねケース部材１１２内部のばね室１１８内に位置している。
【０１１４】
弁軸部２２の上端部２７には、下側ばね受け部材１１９が固定装着されている。上側ばね受け部材をなすアジャストねじ部材１１４と下側ばね受け部材１１９との間には圧縮コイルばねによる調整ばね１２０が挟まれている。調整ばね１２０は、アジャストねじ部材１１４と下側ばね受け部材１１９との間に挟まれて弁体２０を、降下方向、つまり、弁閉方向に付勢している。
【０１１５】
手動式ばね荷重設定部１１１は、手操作によってアジャストねじ部材１１４のねじ込み量を調節されることにより、アジャストねじ部材１１４が軸線方向に変位し、この変位に応じて調整ばね１２０のばね荷重が可変設定される。
【０１１６】
なお、図２０において、符号Ｓ0 は、アジャストねじ部材１１４の最小ねじ込み位置を、符号Ｓｍａｘは、アジャストねじ部材１１４の最大ねじ込み位置を各々示している。
【０１１７】
この実施形態でも、受圧板２３は、流路室１７内にあり、第２の入口ポート１５より流路室１７内に流入し、第２の出口ポート１６より流路室１７外に流出することによって流路室１７を流れる流体の動圧を、上昇方向、すなわち弁開方向に及ぼされる。
【０１１８】
手動式膨張弁１１０は、実施形態１の電磁膨張弁１０と同様に、圧縮機１００１、凝縮器１００２、蒸発器１００３を含む空調装置等の冷凍サイクル装置に組み込まれるものであり、第１の入口ポート１２を冷媒配管１００４によって凝縮器１００２の出口側に接続され、第１の出口ポート１３を冷媒配管１００５によって蒸発器１００３の入口側に接続され、第２の入口ポート１５を冷媒配管１００６によって蒸発器１００３の出口側に接続され、第２の出口ポート１６を冷媒配管１００７によって圧縮器１００１の入口側に接続されている。そして、圧縮器１００１の出口側は冷媒配管１００８によって凝縮器１００２の入口側に接続されている。
【０１１９】
この接続により、本実施形態でも、弁ポート１４の開度調整を行う弁体２０の流量調整部２１は、蒸発器１００３へ流れる冷媒の流量を制御し、受圧板２３は蒸発器１００３の出口側の冷媒流の動圧を弁開方向に及ぼされ、弁開方向の荷重を発生する。これにより、手動式膨張弁１１０は、蒸発器１００３の出口側の冷媒流の動圧に感応して蒸発器１００３へ流れる冷媒の流量を制御する。
【０１２０】
上述の手動式膨張弁１１０において、調整ばね１２０のばね荷重をＦ１、受圧板２３に発生する荷重をＦ３、弁ばね２５のばね荷重をＦ４、弁体２０の流量調整部２１に作用する後述の差圧荷重をＦ５とすると、その各荷重のベクトルは、図２１に示されているようになり、平衡式は式（８）で表される。
【０１２１】
Ｆ１＋Ｆ５＝Ｆ３＋Ｆ４          …（８）
この実施形態でも、受圧板２３に発生する荷重Ｆ３は、式（２）で表される。つまり、Ｆ３＝Ｆ＋Ｆ３Ａであり、Ｆは、流路室１７を流れる冷媒流れの動圧による発生荷重であり、Ｆ３Ａは、弁体２０の外径Ｄ１と受圧板２３の外径Ｄ３の面積差分｛（Ｄ３2 −Ｄ１2 ）π｝／４に対する第２の入口ポート１５の圧力Ｐｓｈと第２の出口ポート１６の圧力Ｐｓｌとの差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓｌ）による発生荷重であり、式Ｆ３Ａ＝｛（Ｐｓｈ−Ｐｓｌ）・（Ｄ３2 −Ｄ１2 ）π｝／４によって示される。
【０１２２】
また、弁体２０の流量調整部２１に作用する差圧荷重Ｆ５は、弁体２０の外径Ｄ１と弁ポート１４の内径Ｄ２の面積差分｛（Ｄ１2 −Ｄ２2 ）π｝／４に対する凝縮圧力Ｐｃと蒸発圧力Ｐｅとの差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）による発生荷重であり、式Ｆ５＝｛（Ｐｃ−Ｐｅ）・（Ｄ１2 −Ｄ２2 ）π｝／４によって示される。これにより、弁体２０は凝縮圧力Ｐｃの影響を受け、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の増大により、弁開閉特性を弁閉方向にシフトさせることができる。
【０１２３】
なお、この実施形態でも、弁体２０の外径Ｄ１と弁ポート１４の内径Ｄ２とを同一径にすることにより、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の影響をゼロにすることができ、また、横継手側を第１の入口ポート１２、下継手側を第１の出口ポート１３とすることにより、差圧（Ｐｃ−Ｐｅ）の増大により、弁開閉特性を弁開方向にシフトさせることもできる。
【０１２４】
調整ばね１２０のばね荷重Ｆ１は、図２２に示されているように、アジャストねじ部材１１４のねじ込み量、つまり調整ねじ締込みリフト量に応じて比例的に変化する。これにより、手動式膨張弁１１０の平衡値（設定過熱度）が可変設定される。
【０１２５】
図２２は、手動式膨張弁１１０の設定位置での調整ばね荷重Ｆ１とアジャストねじ部材１１４の締込みリフト量との関係を示している。図２２では、ジャストねじ部材１１４の締込みリフト量ＳＬａ〜ＳＬｂで、発生荷重Ｆ１がＦａ〜Ｆｂの範囲で比例的に変化し、所定の過熱度設定値可変幅（制御域）が得られる。
【０１２６】
図２３は、手動式膨張弁１１０の弁リフト量と各種発生荷重の関係を示している。図２３においても、特性線Ｌａは、弁体２０の弁リフト量と弁ばね２５のばね荷重Ｆ４との関係を、特性線Ｌｂｈは、締込みリフト量＝「大」（ＳＬｂ）における調整ばね荷重Ｆ１と弁体２０の弁リフト量との関係を、特性線Ｌｂｎは、締込みリフト量＝「中」における調整ばね荷重Ｆ１と弁体２０の弁リフト量との関係を、特性線Ｌｂｌは、締込みリフト量＝「小」（ＳＬａ）における調整ばね荷重Ｆ１と弁体２０の弁リフト量との関係を各々示している。そして、点Ｂｎは、平衡点の一例として、締込みリフト量＝「中」時の平衡点を示している。
【０１２７】
この手動式膨張弁１１０は、手動によるアジャストねじ部材１１４によって設定過熱度を所定値に設定し、前述した実施形態１の電磁膨張弁１０と同様に、受圧板２３が受ける動圧に感応して、蒸発器出口側の冷媒の過熱度ＳＨと設定過熱度との偏差がなくなるように動作する。つまり、設定過熱度に対して蒸発器出口側の冷媒過熱度ＳＨに増減が生じた場合には、その偏差をなくす方向に、弁開度を自己制御する。これにより、蒸発器出口側の冷媒過熱度ＳＨを常に安定した過熱度に制御することができる。
【０１２８】
また、手動式膨張弁１１０も、温度式膨張弁のようなダイヤフラムやベローズによる感圧部を必要としないから、ＣＯ2 冷媒を用いる冷凍サイクル装置でも耐圧設計仕様の問題を生じることがない。
【０１２９】
なお、この発明による冷凍サイクル装置で使用する冷媒は、Ｒ−７４４（ＣＯ2 ）に限られることはなく、Ｒ−２２のような指定フロン系、Ｒ−１３４ａ、Ｒ−４１０Ａ、Ｒ−４０７Ｃ、Ｒ−４０４Ａのような代替フロン系、Ｒ−７１７のようなアンモニア冷媒、Ｒ−６００ａ（イソブタン）のような炭化水素系冷媒等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】この発明による膨張弁（流量制御弁）および冷凍サイクル装置の実施形態１を示す断面図・ブロック図である。
【図２】実施形態１による膨張弁の弁体作用荷重のベクトルを示す説明図である。
【図３】ＣＯ2 冷媒（Ｒ−７４４）による冷凍サイクル装置の蒸発器出口側の冷媒の過熱蒸気時に着目したモリエル線図である。
【図４】ＣＯ2 冷媒（Ｒ−７４４）による冷凍サイクル装置の蒸発器出口側の冷媒の過熱蒸気時における過熱度と冷媒密度との関係を示すグラフである。
【図５】ＣＯ2 冷媒（Ｒ−７４４）による冷凍サイクル装置の蒸発器出口側の冷媒の湿り蒸気時に着目したモリエル線図である。
【図６】ＣＯ2 冷媒（Ｒ−７４４）による冷凍サイクル装置の蒸発器出口側の冷媒の湿り蒸気時における乾き度と蒸発器出口側の冷媒密度との関係を示すグラフである。
【図７】蒸発器出口側の冷媒密度と実施形態１による膨張弁の受圧板発生荷重との関係を示すグラフである。
【図８】蒸発器出口側の冷媒の過熱度や乾き度と実施形態１による膨張弁の受圧板発生荷重との関係を示すグラフである。
【図９】実施形態１による膨張弁の設定位置での発生荷重とコイル電流値との関係を示すグラフである。
【図１０】実施形態１による膨張弁の弁リフト量と発生荷重の関係を示すグラフである。
【図１１】実施形態１による膨張弁および冷凍サイクル装置の変形実施形態を示す断面図・ブロック図である。
【図１２】実施形態１による膨張弁の他の変形実施形態を示す断面図である。
【図１３】この発明による膨張弁（流量制御弁）および冷凍サイクル装置の実施形態２を示す断面図・ブロック図である。
【図１４】実施形態２による膨張弁の弁体作用荷重のベクトルを示す説明図である。
【図１５】実施形態２による膨張弁の弁リフト量と各種発生荷重の関係を示すグラフである。
【図１６】この発明による膨張弁（流量制御弁）および冷凍サイクル装置の実施形態３を示す断面図・ブロック図である。
【図１７】実施形態３による膨張弁の弁体作用荷重のベクトルを示す説明図である。
【図１８】実施形態３による膨張弁の設定位置での調整ばね荷重とステッピングモータリフト量との関係を示すグラフである。
【図１９】実施形態３による膨張弁の弁リフト量と各種発生荷重の関係を示すグラフである。
【図２０】この発明による膨張弁（流量制御弁）および冷凍サイクル装置の実施形態４を示す断面図・ブロック図である。
【図２１】実施形態４による膨張弁の弁体作用荷重のベクトルを示す説明図である。
【図２２】実施形態４による膨張弁の設定位置での調整ばね荷重とアジャストねじ部材の締込み量との関係を示すグラフである。
【図２３】実施形態４による膨張弁の弁リフト量と各種発生荷重の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３１】
１０、５０  電磁膨張弁
１１  弁ハウジング
１２  第１の入口ポート
１３  第１の出口ポート
１４  弁ポート
１５  第２の入口ポート
１６  第２の出口ポート
１７  流路室
１８  弁体支持孔
２０  弁体
２１  流量調整部
２２  弁軸部
２３  受圧板
２４  スナップリング
２５  弁ばね
２６  間隙
２７  上端部
２８、１０９、１２０  調整ばね
２９  中空部
３０、６０  電磁コイル装置
３１、６３  固定吸引子
３２、６２  プランジャチューブ
３３  上蓋プラグ
３４  アジャストねじ部材
３５、３６、６５、６６、１１５、１１６  Ｏリング
３７、６７、１０１  外凾
３８、６８  磁路ガイド部材
３９、６９、１０２  コイル部
４０、１０４  電気コネクタ
４１、７０  コイルユニット
４２、７１、１０５、１１７  中心貫通孔
４３、７２  プランジャ室
４４、７３  プランジャ
４５、７４  磁気吸引面
４６  下端面
６１、９１  取付部材
６４  アジャストねじ部材
７５  上端面
８０  電動式膨張弁
９０  ステッピングモータ
９２  ロータケース
９３  ロータ室
９４  雌ねじ部材
９５  雌ねじ部
９６  雄ねじ部
９７  ロータ軸
９８  ロータ
９９  ストッパ部
１００  ステータコイルユニット
１０３  磁極歯部
１０６  下側ばね受け部材
１０７  下端部
１０８  上側ばね受け部材
１１０  手動式膨張弁
１１１  手動式ばね荷重設定部
１１２  ばねケース部材
１１３  ねじ部
１１４  アジャストねじ部材
１１８  ばね室
１１９  下側ばね受け部材
１００１  圧縮機
１００２  凝縮器
１００３  蒸発器
１００４〜１００８  冷媒配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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