熱力膨張弁は冷凍システムにおける重要な部品であり、主に冷媒の流量を調節し、蒸発器出口の冷媒が適切な過熱状態にあることを確保し、それによって冷凍システムの効率と安定性を高めるために用いられる。

一、開閉原理

熱膨張弁の開閉は3つの基本圧力に依存する：

F 1（温包圧力）：ダイヤフラム上面に作用し、バルブ開放方向に位置する。温包は吸気管路に取り付けられ、吸気管路の温度が変化すると、温包内の媒体状態が変化し、圧力が変化する。温包圧力が蒸発圧力とばね力の和より大きい場合、ダイヤフラムは上に移動し、バルブを押して開く傾向がある。

F 2（蒸発圧力）：バルブ閉弁方向に作用する。蒸発圧力は蒸発器内の冷媒が蒸発する際の圧力であり、バルブの開きを阻害する。

F 3（スプリング圧力）：同様にダイヤフラム底面に作用し、バルブ閉方向に位置する。スプリングは過熱度を設定するために使用され、スプリングの付勢力を調節することでバルブの開き具合を変更することができる。

熱膨張弁を調整すると、ダイアフラム側の温包圧力と他方側に作用する蒸発圧力とばね力の和が釣り合い、弁の開閉制御が実現される。

二、過熱度

定義：過熱度とは、蒸発器出口における冷媒蒸気の実温度と対応圧力における飽和温度との差であり、吸入管に温包を取り付けた位置を測定して得られる。測定単位：ケルビン（K）。

作用：過熱度は膨張弁による液体充填の調整の信号として使用される。例えば、過熱度が高すぎると、蒸発器内の冷媒が不足し、蒸発器の有効利用面積が減少し、冷房量が低下し、このとき膨張弁は自動的に開度を増大し、冷媒の流量を増加することを説明する、逆に、過熱度が低すぎると、圧縮機は湿った蒸気を吸い込み、液撃を引き起こす可能性があり、膨張弁は開度を下げ、冷媒の流量を減らすことができる。

三、過冷却度

定義：過冷却度とは、凝縮器出口における冷媒液体の実際の温度と対応する圧力における飽和温度との差である。測定単位：ケルビン（K）。

作用：冷媒の過冷却度は膨張弁前面の冷媒中の蒸気気泡の発生を防止するために非常に必要である。冷媒中の蒸気気泡は膨張弁の容量を低下させ、蒸発器への液体供給を減少させる。過冷却度は、凝縮器出口に過冷却器を設置するか、凝縮器内の自然過冷却を利用することで実現でき、多くの場合、4〜5 Kの過冷却度で十分である。

四、熱膨張弁MOP

定義：MOPは圧縮機の吸気圧力がある値を超えないように制限するために、熱膨張弁に作られた専門的な設計である。MOP設定点は圧縮機の定格吸気圧力、システムの安全運転要求などの要素に基づいて決定される。

動作原理

MOP機能を持たない熱力膨張弁：感温バッグ内に充填された媒体の大部分は液体の型式で存在し、感温バッグが圧縮機吸気管路に接触し、熱を受けたり、冷たくなったりすると、内部の媒体液体が蒸発してガスになったり、ガスが凝縮して液体になったりして圧力変化を引き起こし、毛細管が膜片に作用することによって弁口開度の変化を引き起こし、冷媒の流量を調節し、最終的に過熱を制御する。

MOP機能付き熱膨張弁：感温バッグ内に微量の液体を充填し、大部分の媒体はガス状態である。圧縮機が冷媒流量が大きく、吸気圧力が高い場合には、圧縮機吸気管路の温度が高く、

ある設定点に達すると、熱力膨張弁の感温バッグ内の液体をすべて気体に蒸発させることができ、温度が上昇し続けると、感温バッグ内の単一状態の気体圧力の変化は非常に顕著ではなく、ほとんど変わらないので、弁の開度が増加し続けず、圧縮機の吸気圧力が上昇し続けないことを制限することができる。MOP設定点とは、適用されるシステムが許容できる最大吸気圧力を指す。例えば高温の場合、MOP機能は圧縮機の吸気圧力が高すぎることを防止し、圧縮機と冷凍システムを保護することができる。

五、膨張弁の取り付け

取り付け位置：膨張弁は蒸発器の前にある液体管路に取り付けなければならず、その温包はできるだけ蒸発器に近い吸気管路に固定しなければならない。外圧平衡がある場合は、平衡管を吸気管路に接続する必要があります。膨張弁を取り付ける場合、出入口方向を逆にすることはできず、激しい振動や衝突を避けるべきである。

温包は水平吸気管に設置することが好ましく、方位は時計1〜4点の間の対応する位置であり、位置は管路の外径に依存する。[本文出所公衆番号：冷凍百科]これは、この方位が吸気管内の冷媒の真の温度をよりよく反映し、管路底部の液溜まりや頂部温度異常による測定精度への影響を回避できるからである。

六、膨張弁調整

出荷時の設定：膨張弁の出荷時の設定はほとんどの用途の要求を満たすことができ、出荷時の静止過熱度は一般的に4℃に設定されている。

調整方法：調節レバーを時計回りに回転（閉める）、弁の静止過熱度が増加する、調節レバーを反時計回りに回転させ（開大）、バルブの静止過熱度を減少させる。一般に、調節レバーは1回転し、1〜2℃の間の過熱度変化を静止する。

蒸発器中の過熱度が高すぎると、液体冷媒の供給不足が原因である可能性があり、膨張弁の設置レバーを徐々に反時計回りに回転させることができ、調整後は一定時間待ってシステムを安定させ、過熱度の変化状況を観察し、変動が観察されるまで待って、過熱度を下げるべきである。調整時には調節レバーをゆっくり回転させ、過度な調整によりシステムが不安定にならないようにしなければならない。蒸発器中の過熱度が適切かどうかを判断するには、蒸発器出口の冷媒状態を観察し、蒸発器出入口の温度と圧力を測定するなどの方法により行うことができる。