膨張弁

科目：

はじめに
毛細管
サーモスタット式膨張弁 (TEV)
保管庫

導入：
膨張弁は空調システムに欠かせない部品です。これは、ドライヤー/フィルターエレメントとエバポレーターの間のラインの制限として機能し、高圧から低圧への移行を引き起こします。下の画像では、膨張バルブ (ブロックバルブとして設計) が緑色の枠で囲まれています。

コンプレッサーからの冷媒はフィルター/乾燥エレメントを通過した後、約 15 bar の圧力と約 45 ℃の温度で膨張弁に到達します。冷媒は膨張弁から蒸発器に流れます。冷媒が膨張弁の絞りを通過すると、圧力が大幅に低下します。圧力が下がると冷媒の沸点も下がります。冷媒は蒸発し始め、液体から気体に変化します。液体から蒸気へのこの相変化において、冷媒は環境から熱を吸収します。この放出された熱は蒸発器を通過する空気から抽出され、空気が冷却されます。この冷却された空気が室内に導かれ、エアコンが生成する冷却されて乾燥した空気が生成されます。

膨張弁には、キャピラリー膨張弁とサーモスタット膨張弁 (TEV) というさまざまな種類があります。TEV (サーモスタット膨張弁) は「ブロックバルブ」とも呼ばれます。これらについては以下で説明します。

毛細管:
空調システムでは、キャピラリーまたはオリフィスと呼ばれる単純なタイプの膨張弁に遭遇することがあります。新しい車両では、膨張バルブには通常キャピラリーが装備されなくなり、サーモスタット (制御) 膨張バルブが装備されています。

キャピラリを使用した空調システムでは、冷却能力を正確に調整することができません。圧力が高くなりすぎたり、エバポレーターが冷えすぎたりすると、通常、エアコンのコンプレッサーのスイッチがオフになります。

毛細管膨張弁の外側は通常プラスチックでできており、内側には特殊なチューブが入っています。そのチューブの前後にフィルターがあります。毛細管は急激な圧力降下を引き起こし、冷媒の沸騰温度を急速に下げ、液体から気体に変化させます。毛細管の構造によって圧力がどの程度低下するかが決まり、これが冷媒が蒸発器に入るときの温度に影響します。キャピラリにはさまざまなサイズがあり、異なる寸法のキャピラリを取り付けるとシステムの冷却能力が変わります。蒸発器内の蒸発が少ない場合、これは通常、冷却が少ないことを意味します。

キャピラリを備えた空調システムでは、通常、低圧セクションにもアキュムレータがあります。キャピラリーの開口部が固定されているため、これにより液体がコンプレッサーに吸い込まれるのを防ぎます。アキュムレータには、濾過、水分の除去 (乾燥)、冷媒の保管など、他の重要な役割もあります。冷媒は、一部の液滴を伴うガスとして蒸発器からアキュムレータに入ります。アキュムレータ内の分離スクリーンにより、液体粒子が確実に側面に沈みます。乾燥剤は冷媒から水分を除去します。さらに、蒸気はコンプレッサーによって上部の約 1 ミリメートルの小さな開口部から吸い込まれ、少量の油も一緒に取り込まれます。

毛細管を備えた空調システムでは、次の誤動作が発生する可能性があります。

詰まり: 冷媒内の汚染物質によって毛細管が詰まると、冷却能力が低下する可能性があります。
寸法が正しくない: 場合によっては、システムの冷却能力を調整するために、キャピラリを異なる寸法のものと交換する必要がある場合があります。これは、システム変更の場合や、蒸発器の凍結や冷却不足など、元の仕様が必要な性能を満たしていない場合に必要になる場合があります。
システム的な問題: 空調システムに継続的なパフォーマンスの問題があり、他のコンポーネントがチェックされていて良好な状態にある場合は、キャピラリーが原因である可能性があります。キャピラリーが損傷している可能性がありますが、これは簡単には確認できません。

サーモスタット膨張弁 (TEV):
現在の車両で通常見られる空調システムは、TEV と略称されるサーモスタット制御式膨張弁を備えたシステムです。サーモスタット膨張弁はシステムを毛細管に置き換えるもので、基本的には絞りであり、その開口部のサイズは蒸発器から流れるガスの温度によって制御されます。

さまざまなバージョンがあります。キャピラリーの交換に加えて、フィルター/ドライヤーエレメントも異なります。フィルター/乾燥機は凝縮器の直後に配置され、液体の冷媒を処理します。温度は蒸発器の後に測定されます。十分な冷媒が流れないために蒸発器の温度が高くなりすぎると、開口部が大きくなり、より多くの冷媒が蒸発器に流入できるようになり、温度が再び下がります。サーモスタット膨張弁は、温度 (および圧力) を一定の制限内で一定に保ちます。これは、蒸気の状態の冷媒がコンプレッサーによって確実に吸入されるため、低圧セクションでアキュムレーターを使用する必要がなくなることも意味します。

温度式膨張弁は次の XNUMX つのタイプに分類できます。

内部または外部の均圧機能を備えたリモートセンサー (リモートバルブ制御) 付き膨張バルブ。
内部または外部膜を備えたブロックバルブ。
電子制御式膨張弁。

これらのタイプの膨張弁については、以下のセクションで説明します。

リモートセンサーと内部圧力均一化を備えたサーモスタット膨張弁:
温度式膨張弁は、測定部と実際の膨張弁に接続されるセンサーまたはバルブの XNUMX つの部分で構成されます。測定セクションはガスで満たされており、蒸発器の出口にあります。通過する冷媒が少なすぎるために蒸発器の出口の温度が上昇すると、ガスが膨張して圧力が上昇します。その後、ピンがボールを押して解放し、より多くの冷媒が蒸発器に流入し、出口の温度が再び低下します。センサーから膜にかかる力がバネの力と蒸発器の入口側の冷媒の圧縮力の合計を超えると、ボールはすぐに解放されます。蒸発器後の温度が低くなりすぎると、逆のことが起こります。バネの力によりボールがシートに押し戻され、開口部が狭くなり、冷媒の流れが減少します。したがって、TEV バルブは冷媒の温度を一定に維持します。サーモスタット膨張弁は温度を測定し、圧力に変換します。圧力制御によりバルブが作動します。

リモートセンサーと外部均圧機能を備えたサーモスタット膨張弁:
圧力の均一化はダイヤフラムの下の圧力に関係します。膜下の空間が蒸発器入口側に接続されている場合、蒸発器内で発生する圧力損失は考慮しません。結局のところ、温度測定は蒸発器の出口側で行われ、制御は入口側で行われます。圧力損失が 0,2 bar を超える場合は、外部均圧機能付き膨張弁の使用をお勧めします。膜下の空間を蒸発器の出口側に接続すると、圧力損失が補償されます。外部圧力の均等化は通常、より大きなシステムに適用されます。

外部制御ダイヤフラム付きブロックバルブ
ブロックバルブは蒸発器の入口配管と出口配管に取り付けられています。入口ラインは蒸発器の出口ラインの隣にあります。ブロックバルブの底部で、冷媒は液体の状態でフィルター/ドライヤー (凝縮器) から入り、蒸発器に向かう途中でボールバルブを通過します。膜の上には一定量のガス状冷媒があります。このガスは、蒸発器から来るガスの温度を想定します。温度が上昇すると、圧力の増加によりピンが下方に押され、その結果、供給ラインの流れの開口部が大きくなります。これにより、より多くの冷媒が蒸発器に流入し、温度が下がります。逆の状況では、ボールバルブが閉じ、蒸発器に入る冷媒が少なくなり、温度が上昇します。

内部調整膜付きブロックバルブ:
内部制御膜を備えたブロックバルブには、蒸発器の出口側に冷媒が入ったサーモヘッドがあります。サーモカップ内の冷媒は、蒸発器から出た冷媒の温度と同じになります。高温では冷媒が膨張し、カプセルのダイヤフラムがロッドを押し下げてボールバルブの開口部を広げます。逆に、温度が低いと膜が上昇し、開口部が小さくなります。これら XNUMX つの状況を以下の図に示します。

電子制御サーモスタット式膨張弁：
Electronically Controlled Expansion Valve（略称EEV）は、エアコンのECUを使用して制御できます。これにはステッピングモーターを使用できます。このステッピングモーターにより、針の開度を小刻みに増減させることができます。室内の希望温度に応じて、ECU は電気制御のエアコンコンプレッサーと膨張バルブを使用して、容量を非常に迅速に調整できます。

考えられる故障:
作業場では膨張弁に問題が発生しました。問題は通常、汚染によって発生し、膨張バルブが詰まったり、開いたままになったりします。

バルブが詰まっている：
目詰まりは冷媒中の汚染物質によって引き起こされます。詰まりの結果、蒸発器に入る冷媒が少なすぎるため、圧力が上昇し、コンプレッサーが過熱する危険性があります。
バルブは開いたままになります。
バルブを開いたままにしておくと、過剰な量の冷媒がコンプレッサーに入ります。蒸発器内のすべての冷媒がガスに変わっていない場合、（過剰な）量の液体冷媒がコンプレッサーに入り、コンプレッサーに液体ショックが発生する可能性があります。

フィルター/ドライヤーを定期的に交換することで、汚染を防ぐのは簡単です。