第11章 膨張弁と自動制御機器
膨張弁の役割、温度自動膨張弁の感温筒と均圧方式、キャピラリチューブ・電子膨張弁、圧力調整弁・電磁弁・圧力スイッチなどの自動制御機器の働きを押さえる。
1. 膨張弁の役割
膨張弁は、凝縮器から来た高圧の液冷媒を、絞って圧力を下げ、蒸発しやすい状態にする弁です。同時に、蒸発器へ送る冷媒の量を調整します（日本冷凍空調学会『冷凍用自動制御機器』）。
膨張弁を通るとき、冷媒は外と熱や仕事のやりとりをしないので、比エンタルピーは変わりません。圧力と温度が下がり、液の一部が蒸発して、液と蒸気のまじった状態で蒸発器に入ります。p-h線図では、膨張は真下へ下ろす縦の線（等比エンタルピー線）で表されます。
2. 温度自動膨張弁
温度自動膨張弁は、蒸発器の出口の冷媒蒸気の過熱度が一定になるように、弁の開き方を自動で調整します。
・感温筒を蒸発器出口の吸込み管に密着させて取り付け、出口の蒸気の温度を感じとる。感温筒は吸込み管の水平部に付け、液がたまりやすいトラップの部分は避ける
・過熱度＝蒸発器出口の蒸気の温度−蒸発温度。例：出口2℃、蒸発温度−5℃なら過熱度は7K
・過熱度を大きく設定しすぎると、蒸発器の中で蒸気だけが流れる部分が増え、蒸発器の能力を十分に使えない。小さくしすぎると液戻りのおそれ
均圧のしかたには2種類あります。
・内部均圧形 … 蒸発器入口側の圧力を弁の中で受ける
・外部均圧形 … 均圧管で蒸発器出口の圧力を弁に伝える。均圧管は感温筒より圧縮機側の吸込み管につなぐ。蒸発器での圧力降下が大きいとき（ディストリビュータを使うときなど）に用いる
トラブルの例：
・感温筒が管から外れると、まわりの暖かい温度を感じて弁が大きく開き、液戻りの原因になる
・感温筒の封入ガスが漏れると、弁を開く力がなくなって閉じ、冷媒が流れず冷えなくなる
・容量が大きすぎる弁は開閉をくり返すハンチングを起こしやすく、小さすぎる弁は冷媒が不足して過熱度が大きくなる
感温筒の中に封入する冷媒（チャージ）のしかたにも種類があり、液チャージ・ガスチャージ・クロスチャージなどがあります（日本冷凍空調学会『冷凍用自動制御機器』にも「感温筒封入方式」の章があります）。
・液チャージ … 感温筒の中に液が常に残るだけ封入したもの。弁本体の温度の影響を受けにくい
・ガスチャージ … 封入量を少なくしたもの。感温筒の温度がある温度を超えると封入した冷媒がすべて蒸気になり、それ以上は圧力がほとんど上がらないので、吸込み圧力を上限で抑え（最高作動圧力、MOP）、圧縮機の過負荷を防げる。弱点は、弁本体（ダイヤフラム部）が感温筒より冷えると、封入ガスがそこで凝縮して正しく制御できなくなること。そのため弁本体は感温筒より高い温度に保つ（メーカーの仕様でも、MOP付きの封入方式は「エレメント部温度≧感温筒温度」が使用条件）
・クロスチャージ … 装置の冷媒とは別の種類の物質を封入して、温度による働き方を調整したもの
3. その他の膨張弁
・定圧膨張弁 … 蒸発圧力をほぼ一定に保つように働く
・キャピラリチューブ … 細くて長い管の流れの抵抗で圧力を下げる。負荷に応じて流量を積極的に調整する働きはない。家庭用冷蔵庫や小形の空調機に使われる
・電子膨張弁 … 温度センサや圧力センサの信号をもとに、電気的に弁の開度を調整する
4. 圧力調整弁・電磁弁・その他の制御機器
・蒸発圧力調整弁 … 蒸発器の出口に付け、蒸発圧力が設定値より下がらないようにする（冷えすぎ・凍結の防止）
・吸入圧力調整弁 … 圧縮機の吸込み側に付け、吸込み圧力が設定値より上がらないようにして、電動機の過負荷を防ぐ
・凝縮圧力調整弁 … 冬期などに凝縮圧力が下がりすぎないようにする
・自動制水弁（節水弁） … 凝縮圧力に応じて冷却水量を調整する
・電磁弁 … 電気の信号で開閉する弁。開度を細かく調整するのではなく、全開・全閉で流れを止めたり通したりする。流れの方向が決まっているものは、逆向きに付けると正しく働かない
・四方切換弁 … ヒートポンプで冷媒の流れる向きを切り換え、冷房と暖房を切り換える
電磁弁には、開き方で2つの方式があります。
・直動式 … 電磁コイルの力で弁を直接引き上げて開く。弁の前後に圧力差がなくても作動できる。小口径のものに向く
・パイロット式 … 電磁コイルで小さなパイロット弁を開き、弁の前後の圧力差を利用して主弁を開く。小さなコイルで大きな弁を動かせるが、作動には一定以上の圧力差（最低作動圧力差）が必要
5. 保護のためのスイッチと法令
・高圧圧力スイッチ … 吐出し圧力（凝縮圧力）が異常に上がったとき圧縮機を止める
・低圧圧力スイッチ … 吸込み圧力が下がったとき圧縮機を止める（発停の制御にも使われる）
・油圧保護圧力スイッチ … 強制給油式の圧縮機で、給油圧力が不足したとき圧縮機を止める
・断水リレー … 冷却水や冷水が断水したり減ったりしたとき圧縮機を止める
高圧ガス保安法の冷凍保安規則（冷凍則）は、バルブについて次のように定めています。
・製造設備に設けたバルブ又はコックには、作業員が適切に操作できるような措置を講ずること。ただし、操作ボタン等を使わずに自動制御で開閉されるバルブ又はコックは除く（冷凍則 第7条第1項第17号）
・バルブを操作する場合には、材質・構造・状態を勘案して過大な力を加えないよう必要な措置を講ずること（冷凍則 第9条第4号）
断水リレーには、フロースイッチが使われます。配管の中に入れたパドル（羽根）が水の流れで押されて動くことで流れの有無を検出し、断水や流量の低下のときに接点を切り換えて圧縮機を止めます。
また冷凍則は、安全弁に付帯して設けた止め弁は、常に全開しておくこと（安全弁の修理又は清掃のため特に必要な場合を除く）と定めています（冷凍則 第9条第1号、第14章）。
POINT
6. ここだけは覚える
・膨張弁＝減圧＋流量調整。通過しても比エンタルピーは変わらない
・温度自動膨張弁は蒸発器出口の過熱度を一定に保つ。感温筒は蒸発器出口の吸込み管（水平部）
・蒸発器の圧力降下が大きい（ディストリビュータ）→外部均圧形
・感温筒が外れる→弁が開いて液戻り／封入ガスが漏れる→弁が閉じて冷えない
・弁が大きすぎ→ハンチング、小さすぎ→冷媒不足で過熱度大
・キャピラリチューブは流量調整の働きなし
・蒸発圧力調整弁＝下がりすぎ防止（蒸発器出口）／吸入圧力調整弁＝上がりすぎ防止（圧縮機吸込み）
・電磁弁は全開・全閉、自動制水弁は凝縮圧力で冷却水量を調整
・高圧・低圧・油圧保護圧力スイッチ、断水リレー