JP2011027374A

JP2011027374A - 膨張弁

Info

Publication number: JP2011027374A
Application number: JP2009176033A
Authority: JP
Inventors: Akira Matsuda; 亮松田; Akinori Nanbu; 晶紀南部
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】パワーエレメントの作動流体として、地球温暖化への影響が少ない冷媒を用いるとともに、所望の温度−圧力特性を得られるようにした膨張弁を提供する。
【解決手段】地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１５０以下の人工冷媒と自然冷媒とを混合して成る作動流体が膨張弁のパワーエレメント２０の感温室２０ａに封入される。人工冷媒としては、ＨＦＣ−１５２ａ、ＨＦＣ−４１及びヨウ化トリフルオロメタンから選ばれるものが用いられ、自然冷媒としては、ブタン（Ｒ６００）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、プロパン（Ｒ２９０）、二酸化炭素（Ｒ７４４）及びアンモニア（Ｒ７１７）から選ばれるものが用いられる。更に作動流体は、不活性ガスを所定の混合比で混合して成るものとすることで、所望の温度−圧力特性をより容易に得ることができる。膨張弁の廃棄時において、パワーエレメント内の作動流体が回収できなくても環境への悪影響を低減することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、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。

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凝縮器で凝縮され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。

膨張弁は、蒸発器から圧縮機へ向かう低圧媒体の冷媒通路内に配置された弁体駆動部材（感温ロッド）と、この弁体駆動部材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と同じ又は類似した種類の純度の高い冷媒ガスと不活性ガスが適切な混合比（圧力比）で充填され、作動流体とされている。弁体駆動部材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、感温室内の作動流体が弁体駆動部材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流体の温度−圧力の特性に依存し、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。

ところで、カーエアコン等の冷凍サイクルを廃棄する場合には、サイクルを循環するシステム冷媒の回収は容易であるが、膨張弁のパワーエレメントの感温室は密閉容器に形成されており、膨張弁の廃棄時にこの密閉容器内の封入ガスを回収することは困難である。したがって、結果的に、膨張弁の封入ガスは大気へ放出される場合が多い。

フロン１３４ａ等の地球温暖化係数（ＧＷＰ）の高い冷媒は地球大気の温暖化の原因物質であるとの見方から、近年、欧州冷媒規制等で環境への配慮が求められており、使用できなくなってきている。膨張弁の封入ガスについても、回収が困難であれば、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の低い物質とすることが求められている。

特開２００１−２０１２１２号公報

しかしながら、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低い等、地球温暖化への影響が少ない冷媒ガスは、単一の物質から成る場合、膨張弁の開弁特性として任意の特性を得ることが困難な場合がある。
この発明の目的は、パワーエレメントの作動流体として、地球温暖化への影響が少ない冷媒を用いるとともに、所望の温度−圧力特性を得られるようにした膨張弁を提供することにある。

本発明による膨張弁は、蒸発器からの低圧冷媒の温度を感知して弁開度を制御するパワーエレメントを備えた膨張弁であって、前記パワーエレメントの感温室内に、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１５０以下の人工冷媒又は自然冷媒を２種類以上混合して成る作動流体を封入したことを特徴としている。また、本発明による他の膨張弁は、蒸発器からの低圧冷媒の温度を感知して弁開度を制御するパワーエレメントを備えた膨張弁であって、前記パワーエレメントの感温室内に、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１５０以下の人工冷媒と自然冷媒とを混合して成る作動流体を封入したことを特徴としている。前記人工冷媒は、例えば、ＨＦＣ−１５２ａ、ＨＦＣ−４１及びヨウ化トリフルオロメタンから選ぶことができる。また、前記自然冷媒は、例えば、ブタン（Ｒ６００）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、プロパン（Ｒ２９０）、二酸化炭素（Ｒ７４４）及びアンモニア（Ｒ７１７）から選ぶことができる。

なお、前記作動流体は、前記人工冷媒及び／又は自然冷媒に加えて不活性ガスを所定の混合比で混合して成るものとすることができる。

この発明による膨張弁は、地球温暖化への影響が少ない複数種類の冷媒がパワーエレメントに封入されることになるので、単一の冷媒では得られにくい所望の温度−圧力特性が得られるとともに、廃棄時において回収できなくても環境への悪影響を低減することができる。

本発明による膨張弁の一例を示す断面図である。本発明による膨張弁の温度−圧力特性の一例を示す特性曲線図である。

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は本発明による膨張弁の温度−圧力特性の一例を示す特性曲線図である。

図１に示す膨張弁において、角柱状の弁本体１０には、圧縮機１１の吐出側からの高温高圧の冷媒が流れる第１の冷媒通路１４と、蒸発器１５からの低圧冷媒が流れる第２の冷媒通路１９とが相互に独立して形成されている。第１の冷媒通路１４の一端は蒸発器１５の入口に連結され、蒸発器１５の出口は第２の冷媒通路１９を介して圧縮機１１に連結され、圧縮機１１は、凝縮器１２及びレシーバ１３を介して第１の冷媒通路１４の他端に連結されている。第１の冷媒通路１４に連通する弁室２４にはオリフィス１６に接離する球形の弁体１８が配置されている。弁体１８は支持部材２６に支持され、バイアスバネである付勢手段１７によってオリフィス１６側に付勢されている。なお、弁室２４はプラグ２５で封止されている。弁本体１０には第２の冷媒通路１９に隣接してダイヤフラム２２を有したパワーエレメント部２０が固定されている。パワーエレメント部２０は、蒸発器１５に供給される冷媒の量を調整するためのもので、弁体駆動部材２３を介して弁体１８を駆動する。ダイヤフラム２２で仕切られたパワーエレメント部２０の上方の感温室２０ａは気密にされており、後述する作動流体が封入されている。

パワーエレメント部２０の感温室２０ａから延出している小管２１については、感温室２０ａからの脱気及び感温室２０ａへの作動流体の注入に使用された後に、端部が密封される。パワーエレメント部２０の下方の室２０ｂには、弁本体１０内において弁体１８から第２の冷媒通路１９を貫通して延びる感温・伝達部材たる弁体駆動部材（感温ロッド）２３の延出端が配置され、ダイヤフラム２２に当接している。弁体駆動部材２３は熱容量の大きな材料で形成されていて、第２の冷媒通路１９を流れる蒸発器１５の出口からの冷媒蒸気の温度をパワーエレメント部２０の感温室２０ａ内の作動流体に伝達し、この温度に対応した圧力の作動ガスを発生させる。下方の室２０ｂは弁体駆動部材２３の周囲の隙間を介して第２の冷媒通路１９に連通している。

パワーエレメント部２０のダイヤフラム２２は、感温室２０ａ内の作動流体の作動ガスの圧力と下方の室２０ｂ内の蒸発器１５の出口における冷媒蒸気の圧力との差にしたがって付勢手段１７の付勢力の影響の下で弁体駆動部材２３により弁体１８を駆動し、オリフィス１６の開度（即ち、蒸発器の入口への液体状の冷媒の流入量）を調整する。

この膨張弁は、冷凍サイクルの蒸発器１５出口の冷媒の温度に対応して蒸発器１５に供給される冷媒の量を自動的に制御する。即ち、蒸発器１５から圧縮機１１に至る第２の冷媒通路１９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、第２の冷媒通路１９内に配置された弁体駆動部材２３からパワーエレメント２０のダイヤフラム２２に熱が伝達されて、パワーエレメント部２０の感温室２０ａ内の作動流体（気体）の圧力が上昇する。感温室２０ａ内の上昇した圧力は、ダイヤフラム２２を介して弁体駆動部材２３を下降させるので、弁体１８はオリフィス１６を開く方向に移動する。蒸発器１５に供給される冷媒の流量が増加することで、蒸発器１５から吐出されて第２の冷媒通路１９内を流れる冷媒の温度が下降する方向に制御される。

本発明による膨張弁の温度−圧力特性の一例が図２に示されている。図２の横軸は冷媒の温度であり、縦軸は冷媒の圧力である。図中、［Ｓ］はシステム冷媒（本実施例ではＨＦＣ−１３４ａ）の飽和蒸気圧曲線、［Ａ］は地球温暖化係数ＧＷＰが１５０以下の人工冷媒（本実施例ではＨＦＣ−１５２ａ）の飽和蒸気圧曲線、［Ｂ］は自然冷媒（本実施例ではＲ６００）の飽和蒸気圧曲線、［Ｃ］は人工冷媒Ａと自然冷媒Ｂと不活性ガス（本実施例ではヘリウム）とを所定の混合比（本実施例では２：２：１）で混合して成る混合流体の飽和蒸気圧曲線である。人工冷媒と自然冷媒と不活性ガスの混合比を変えることで、人工冷媒による特性と自然冷媒による特性の間の任意の温度−圧力特性を示す作動流体を得ることができる。そして、不活性ガスを所定の混合比で封入することにより、より広い範囲内で特性を定めることができる。このように、感温室に封入する冷媒と不活性ガスの種類と混合比を適宜選択することによって任意の飽和圧力特性を得ることができる。すなわち、冷凍システムで要求される特性に最も近い特性曲線を示す冷媒と不活性ガスの組み合わせが、膨張弁のパワーエレメントに用いる作動流体として選ばれる。

地球温暖化係数ＧＷＰが１５０以下の人工冷媒としては、例えば、ＨＦＣ−１５２ａ、ＨＦＣ−４１、ヨウ化トリフルオロメタン等から選ぶことができる。また、自然冷媒としては、例えば、ブタン（Ｒ６００）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、プロパン（Ｒ２９０）、二酸化炭素（Ｒ７４４）、アンモニア（Ｒ７１７）等から選ぶことができる。また、不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムや窒素等から選ぶことができる。

上記のような地球温暖化係数ＧＷＰが１５０以下の人工冷媒と自然冷媒とを混合して成る作動流体に代えて、地球温暖化係数ＧＷＰが１５０以下の複数の人工冷媒を混合した冷媒を用いて任意の特性を得ることもできる。地球温暖化係数ＧＷＰが１５０以下の人工冷媒としては、例えば上に例示したものから選択することができる。また、この混合冷媒に、更に上に例示した不活性ガスを混合して任意の温度−圧力特性を得ることもできる。

更に、上記のような、地球温暖化係数ＧＷＰが１５０以下の人工冷媒と自然冷媒とを混合して成る作動流体や、地球温暖化係数ＧＷＰが１５０以下の複数の人工冷媒を混合して成る作動流体に代えて、地球温暖化係数ＧＷＰが１５０以下の複数の自然冷媒を混合して成る作動流体を用いて任意の特性を得ることもできる。自然冷媒としては、例えば、上に例示した中から２種類以上を選択することができる。また、この混合冷媒に更に不活性ガスを混合して任意の温度−圧力特性を得ることもできる。

以上説明したように、地球温暖化係数ＧＷＰが１５０以下の人工冷媒や自然冷媒であっても、これらを複数種類混合し、更に不活性ガスを追加充填するなどして、任意の温度−圧力特性を得ることが可能となるので、冷凍システムに要求される温度−圧力特性を持つ作動流体を得ることが可能となる。また、膨張弁のパワーエレメントの感温室に封入する作動流体を、システム冷媒やそれに近い冷媒とは異なるものとすることができるので、膨張弁の廃棄の際に、作動流体を回収できなくても、環境への悪影響を軽減することができる

１膨張弁１０弁本体
１１圧縮機１２凝縮器
１３レシーバ１４第１の冷媒通路
１５蒸発器１６オリフィス
１７付勢手段１８弁体
１９第２の冷媒通路２０パワーエレメント部
２０ａ感温室２０ｂ室
２１小管２２ダイヤフラム
２２弁体駆動部材（感温ロッド）２４弁室
２５プラグ２６支持部材

Claims

蒸発器からの低圧冷媒の温度を感知して弁開度を制御するパワーエレメントを備えた膨張弁であって、前記パワーエレメントの感温室内に、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１５０以下の人工冷媒又は自然冷媒を２種類以上混合して成る作動流体を封入したことを特徴とする膨張弁。
蒸発器からの低圧冷媒の温度を感知して弁開度を制御するパワーエレメントを備えた膨張弁であって、前記パワーエレメントの感温室内に、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１５０以下の人工冷媒と自然冷媒を混合して成る作動流体を封入したことを特徴とする膨張弁。
前記人工冷媒は、ＨＦＣ−１５２ａ、ＨＦＣ−４１及びヨウ化トリフルオロメタンから選ばれることを特徴とする請求項１又は２記載の膨張弁。
前記自然冷媒は、ブタン（Ｒ６００）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、プロパン（Ｒ２９０）、二酸化炭素（Ｒ７４４）及びアンモニア（Ｒ７１７）から選ばれることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の膨張弁。
前記作動流体は、不活性ガスを所定の混合比で混合して成るものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の膨張弁。