(57)【要約】【課題】圧縮機の動力を低減することができる温度−圧力特性を有する温度式膨張弁を提供する。【解決手段】冷凍サイクルの凝縮器２で凝縮した高圧冷媒をオリフィス１８で断熱膨張させて蒸発器４へ供給し、蒸発器４で蒸発した低圧冷媒の温度を作動ガスで感知して弁体１６を駆動することによりオリフィス１８の開度を制御するパワーエレメント４０を備え、作動ガスは、二種類以上の冷媒を混合した混合冷媒のみで構成されることを特徴とする。【選択図】図２
2013250020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルの凝縮器で凝縮した高圧冷媒をオリフィスで断熱膨張させて蒸発器へ供給し、該蒸発器で蒸発した低圧冷媒の温度を作動ガスで感知して弁体を駆動することにより前記オリフィスの開度を制御するパワーエレメントを備え、前記作動ガスは、二種類以上の冷媒を混合した混合冷媒のみで構成されることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記作動ガスは、第一ガス群であるＲ２９０、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆ又はＲ１５２ａから選ばれる第一ガスと、第二ガス群であるペンタン、イソペンタン、ブタン又はイソブタンから選ばれる第二ガスとを混合したガスのみで構成されることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【請求項３】
前記作動ガスの温度と圧力との関係を示す特性曲線において、０℃と１０℃の間の開弁圧力の差が５０〜１３０ｋＰａであることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【請求項４】
前記作動ガスは、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１５０以下のガスであることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコン装置等の冷凍サイクルに用いられる温度式の膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、エアコン装置等の冷凍サイクルにおいては、圧縮機から吐出されて凝縮器で凝縮した高温高圧の冷媒が膨張弁を通じて蒸発器に送られ、その後、再び圧縮機に戻るようになっている。膨張弁は、圧縮機からの高温高圧の冷媒が通過する際に当該冷媒を断熱膨張させるオリフィスと、当該オリフィスの開度を変更する弁体とを備えており、弁体によって流量制御された冷媒が蒸発器に送り込まれる。
【０００３】
膨張弁は、蒸発器から圧縮機へ向かう低圧冷媒の冷媒通路内に配置された作動棒（感温ロッド）と、この作動棒を介して弁体を駆動するパワーエレメントとを備えている。パワーエレメントの感温室には、冷凍サイクルを流れる冷媒（以下「システム冷媒」という。）と同一又は異なる冷媒ガスと不活性ガスとが適切な混合比で充填され、作動ガスとされている。作動棒が感知した低圧冷媒の温度はパワーエレメントの感温室に伝達され、感温室内の作動ガスが膨張・収縮することにより作動棒を介して弁体を駆動してオリフィスを開閉する。膨張弁の開弁特性は作動ガスの温度−圧力特性に依存し、その特性曲線の傾きは、温度変化の際に生じる圧力変動の大きさを示すから、開弁の応答特性を定める重要なファクターである。
【０００４】
図２は膨張弁の開弁圧力特性を示すグラフであり、横軸はシステム冷媒の温度、縦軸は開弁圧力である。
二点鎖線で示すカーブＣはシステム冷媒の飽和圧力特性、破線で示すカーブＣ１は、作動ガスとして単一の冷媒のみを用いたときの飽和圧力特性である。
このグラフにおいて、ある任意のシステム圧力時（図中の２００ｋＰａＧ）の静止過熱度ＳＨ２は、狙いの静止過熱度ＳＨ１（システム効率を上げるための値）よりも大きくなっている。
【０００５】
一点鎖線で示すカーブＣ２は、作動ガスとして、単一の冷媒に不活性ガスを加えたものを使用した場合の飽和圧力特性を示す。
単一の冷媒に不活性ガスを加えることにより、特性曲線Ｃ１がＣ２の位置に移動して狙いの静止過熱度ＳＨ１を得ることができる。
しかし、この不活性ガスは、パワーエレメントの温度が一定であっても、パワーエレメント容積により圧力が変化する。
弁が開弁し始め、徐々に開度が大きくなると、パワーエレメント容積が大きくなり、パワーエレメント内圧力が下がる。
これは、所定の弁開度にするための圧力差が必要になることであり、結果としてスーパーヒートが過大になり、圧縮機の動力が大きくなってしまう。
【０００６】
また、近年、地球温暖化対策として、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低い冷媒からなる作動ガスを膨張弁に用いることが提案されている。しかしながら、この種の作動ガスが単一の物質からなる場合、所望の開弁特性を得るのが困難な場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２７３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述した不具合を解消する膨張弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の膨張弁は、冷凍サイクルの凝縮器で凝縮した高圧冷媒をオリフィスで断熱膨張させて蒸発器へ供給し、該蒸発器で蒸発した低圧冷媒の温度を作動ガスで感知して弁体を駆動することにより前記オリフィスの開度を制御するパワーエレメントを備え、前記作動ガスは、二種類以上の冷媒を混合した混合冷媒のみで構成されるものである。このような構成によれば、パワーエレメントの温度が一定であれば、パワーエレメント容積に関係なくパワーエレメント内圧力を一定に保つことができるので、上述した不具合を解消することができる。
【００１０】
前記作動ガスは、例えば、第一ガス群であるＲ２９０、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆ又はＲ１５２ａから選ばれる第一ガスと、第二ガス群であるペンタン、イソペンタン、ブタン又はイソブタンから選ばれる第二ガスとを混合したものとすることができる。
【００１１】
また、前記作動ガスは、その温度と圧力との関係を示す特性曲線において、０℃と１０℃の間の開弁圧力の差が５０〜１３０ｋＰａのものとすることができる。
【００１２】
そして、前記作動ガスは、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１５０以下のガスとすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による膨張弁は、パワーエレメントの温度が一定であれば、パワーエレメント容積に関係なくパワーエレメント内圧力を一定に保つことができるので、圧縮機の動力を低減することができる所望の温度−圧力特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による膨張弁の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の膨張弁と従来の膨張弁の温度−圧力特性を示す特性曲線図である。
【図３】ダイアフラム下圧力と弁リフトとの関係を示す特性曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付した図面に基づいて、本発明による膨張弁の実施例を説明する。図１は本発明による膨張弁の一例を示す断面図、図２は本発明と従来の膨張弁の温度−圧力特性を示す特性曲線図である。
【００１６】
図１に示す冷凍サイクルにおいて、圧縮機１、凝縮器２、レシーバ３を通って液化された冷媒は、角柱状の弁本体１０の入口通路１２を通って弁室１４に導入される。弁室１４内には球状の弁体１６がオリフィス１８の入口に形成された弁座１８ａに対向して配設され、弁体１６は支持部材２０によりコイルスプリング２２を介して弁座１８ａに向けて付勢されるように支持される。コイルスプリング２２はバイアスバネとして機能し、プラグ２４のねじ込み量に応じてバイアス力が調整される。
【００１７】
オリフィス１８を通った冷媒は、出口通路３０から蒸発器４に送られ、外気との間で熱交換が行われる。蒸発器４を出た冷媒は、弁本体１０のパワーエレメント４０に近接した位置に設けられた冷媒の戻り通路３２を通って圧縮機１側へ戻る。パワーエレメント４０は、蒸発器４に供給される冷媒の量を調整するためのもので、作動棒５０を介して弁体１６を駆動し、オリフィス１８の開度を調節する。作動棒５０は、弁本体１０に形成された凹部１０ａ内に装着されたリング状の防振バネ部材６０によって支持されている。この防振バネ部材６０は、作動棒５０に同軸状に外嵌され、作動棒５０の軸方向の移動を許容しつつ作動棒５０の径方向の移動を抑制するように構成されており、高圧冷媒の圧力変動によって生じる弁体１６の不安定な動作を抑制する。
【００１８】
ダイアフラム４２で仕切られたパワーエレメント４０の上方の感温室４４は気密にされており、後述する作動ガスが封入されている。パワーエレメント４０の頂部には開口部が設けられ、この開口部は、感温室４４の脱気及び感温室４４への作動ガスの注入に使用された後に、栓４８により密封される。パワーエレメント４０の下方の室４６には、戻り通路３２の冷媒が導入され、またダイアフラム４２の下部に配設されるベース部材５２は、ダイアフラム４２の変位を作動棒５０を介して弁体１６に伝達する。
【００１９】
この膨張弁は、冷凍サイクルの蒸発器４出口の冷媒の温度に対応して蒸発器４に供給される冷媒の量を自動的に制御する。即ち、蒸発器４から圧縮機１に至る冷媒の戻り通路３２を流れる冷媒の温度が、例えば負荷の増大によって上昇すると、パワーエレメント４０の感温室４４内の作動ガスの圧力が上昇する。感温室４４内の上昇した圧力は、ダイアフラム４２を介して作動棒５０を下降させるので、弁体１６はオリフィス１８を開く方向に移動する。蒸発器４に供給される冷媒の流量が増加することで、蒸発器４から吐出されて冷媒の戻り通路３２内を流れる冷媒の温度が下降する方向に制御される。
【００２０】
図２は膨張弁の開弁圧力特性を示すグラフであり、横軸はシステム冷媒の温度、縦軸は開弁圧力である。
実線のカーブＣ３は、本発明の作動ガスを備えた膨張弁の特性を示す。この特性曲線の勾配（０℃と１０℃の間の開弁圧力の差Δｐ）は、システム効率（ＣＯＰ）を向上するために５０〜１３０ｋＰａ程度であることが望ましい。
【００２１】
本実施例の膨張弁に使用する作動ガスは、不活性ガスを含まずに第一冷媒ガスと第二冷媒ガスのみで構成される。
作動ガスを構成する第一冷媒ガスと第二冷媒ガスの具体例は以下の通りである。
（第一冷媒ガス）      （第二冷媒ガス）
Ｒ２９０              ペンタン
Ｒ１３４ａ            イソペンタン
Ｒ１２３４ｙｆ        ブタン
Ｒ１５２ａ            イソブタン
【００２２】
本実施例の膨張弁は、上述した特性を有する作動ガスを使用することによって、パワーエレメントの温度が一定であれば、パワーエレメント容積に関係なくパワーエレメント内圧力を一定に保つことができるので、圧縮機の動力を低減することができる温度−圧力特性を有する温度式膨張弁を得ることができる。
【００２３】
図３は本発明の効果を説明するための特性曲線図であり、横軸はダイアフラム下の冷媒圧力、縦軸は弁リフトである。本実施例の作動ガスの特性曲線（実線）の勾配は、不活性ガス入りの作動ガスの特性曲線（一点鎖線）の勾配よりも大きいため、所定の弁開度を得るための圧力差Ｐ１が不活性ガス入りの作動ガスの圧力差Ｐ２よりも小さくなるので、圧縮機の動力を低減することができる。
【００２４】
なお、作動ガスの地球温暖化係数（ＧＷＰ）を１５０以下とすることで、地球温暖化への影響が少ない温度式膨張弁を得ることができる。
【００２５】
以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例の構成に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
例えば、上記実施例では、作動ガスが二種類の冷媒のみで構成されているが、三種類以上の冷媒のみで構成してもよい。
その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施例に種々の改変を施すことができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  圧縮機
２  凝縮器
３  レシーバ
４  蒸発器
１０  弁本体
１２  入口通路
１４  弁室
１６  弁体
１８  オリフィス
２０  支持部材
２２  コイルスプリング
２４  プラグ
３０  出口通路
３２  戻り通路
４０  パワーエレメント
４２  ダイアフラム
４４  感温室
４６  室
４８  栓
５０  作動棒
５２  ベース部材
【図１】
2013250020.tif 000003
【図２】
2013250020.tif 000004
【図３】
2013250020.tif 000005