電磁弁付膨張弁
【課題】パワーエレメントが蒸発器出口冷媒の温度を正しく感知できる電磁弁付膨張弁にする。
【解決手段】主円柱部１４と副円柱部１５とからなるボディ１６を有し、主円柱部１４のリア側蒸発器７と接続される側およびその反対側は同軸配置の二重管構成を有している。主円柱部１４のリア側蒸発器７と接続される側とは反対側の外管を全周かしめ加工することによってパワーエレメント３５の外周縁部をボディ１６に固定している。これにより、パワーエレメント３５の内側のロアハウジング３７の開口部を大きくすることができ、リア側蒸発器７の出口冷媒をパワーエレメント３５の感温部に容易に到達させることができるため、蒸発器出口冷媒の温度を正しく感知できるようになる。
【解決手段】主円柱部１４と副円柱部１５とからなるボディ１６を有し、主円柱部１４のリア側蒸発器７と接続される側およびその反対側は同軸配置の二重管構成を有している。主円柱部１４のリア側蒸発器７と接続される側とは反対側の外管を全周かしめ加工することによってパワーエレメント３５の外周縁部をボディ１６に固定している。これにより、パワーエレメント３５の内側のロアハウジング３７の開口部を大きくすることができ、リア側蒸発器７の出口冷媒をパワーエレメント３５の感温部に容易に到達させることができるため、蒸発器出口冷媒の温度を正しく感知できるようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁弁と膨張弁とを一体化した電磁弁付膨張弁に関し、特に車室内のフロント側とリア側とが独立して空調することができる自動車用空調装置のリア側回路に用いられる電磁弁付膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車室内のフロント側とリア側とをそれぞれ独立して空調できるようにした自動車用空調装置が知られている。このような自動車用空調装置では、フロント側の空調制御を行うフロント用の膨張弁および蒸発器の回路とリア側の空調制御を行うリア用の膨張弁および蒸発器の回路とを並列に配置して構成した冷凍サイクルが用いられている。
【０００３】
ここで、自動車用空調装置を運転しているとき、乗員の乗車状況に応じて、リア側は空調制御を行わずにフロント側のみ空調制御を行う場合がある。このようにリア側の空調制御を行っていないときには、リア側の回路に設置した電磁弁を閉弁してリア側の回路に冷媒が流れないようにすることが行われている。このような用途に用いられる電磁弁は、設置スペースおよびコストの点から膨張弁と一体に構成した電磁弁付膨張弁が使用されている。
【０００４】
このような電磁弁付膨張弁における電磁弁は、膨張弁の弁体より下流側に配置され、リア側の空調制御を行っていないときは閉弁するようにしている。ここで、電磁弁付膨張弁が電磁弁を閉弁していながらフロント側が空調制御を継続していると、リア側の蒸発器出口の温度を感知して開度を制御する電磁弁付膨張弁の感温部は高温の室温に晒され、膨張弁は全開状態に制御されていることになる。また、フロント側が空調制御を継続していることにより、これと並列に設けられたリア側においても、膨張弁の上流側は高圧圧力になっており、電磁弁の下流側は低圧圧力になっている。このため、このような状況で、リア側の空調を行うべく電磁弁が開弁すると、全開の膨張弁には、その前後の差圧によって大流量の冷媒が急激に流れ、大きな冷媒流動音を発生することがあった。
【０００５】
このような冷媒流動音の発生を抑制するため、電磁弁が閉弁しているとき、膨張弁の上流側の高圧圧力を感温部のダイヤフラムに作用させて膨張弁を閉弁し、これによって電磁弁の開弁時に大流量の冷媒が流れてしまわないようにすることが行われている。このような電磁弁付膨張弁では、感温部のダイヤフラムに高圧圧力を直接作用させる構成のため、感温室を構成しているダイヤフラムおよびハウジングは、高耐圧の材料を使用することになる。
【０００６】
これに対し、高圧圧力を感温部のダイヤフラムに直接的に作用させないようにして、感温室を含むパワーエレメントとして高耐圧仕様ではない普通のものを使用した電磁弁付膨張弁が提案されている（たとえば特許文献１参照。）。この電磁弁付膨張弁は、膨張弁の弁部を内蔵し、４本の配管が接続される継手の機能を持った直方体のボディと、このボディに結合されて膨張弁の弁部を制御するパワーエレメントと、ボディに結合されて弁部の下流側と蒸発器入口への配管が接続される低圧冷媒出口との間の通路を開閉する電磁弁とを備え、パワーエレメントに隣接して圧力室を設けている。その圧力室は、電磁弁の上流側に連通するガイド部材とダイヤフラムに当接しているストッパ部材とによって構成されている。ガイド部材は、その大径部がパワーエレメントをボディに螺着している側のハウジングの中に収容されており、その中にシール部材を介してストッパ部材がパワーエレメントの変位方向に移動自在に嵌め込まれている。この電磁弁付膨張弁は、圧力室が電磁弁の上流側と連通されているので、電磁弁が開くと、圧力室は膨張弁出口の低圧圧力と均圧され、膨張弁は通常の温度式膨張弁として機能する。電磁弁が閉じたときには、圧力室に高圧圧力が導かれ、ストッパ部材がダイヤフラムを弁体から離れる方向に付勢することで、膨張弁は全閉状態になる。これにより、リア側の空調を開始しようとして電磁弁が開弁すると、その開弁時、膨張弁は閉じているので、急激に大流量の冷媒が流れることはなく、冷媒流動音の発生を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００４−１５０６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、引用文献１に記載の電磁弁付膨張弁は、ガイド部材の大径部がパワーエレメントをボディに螺着している側のハウジングの開口部を塞ぐように配置されているので、パワーエレメント内に蒸発器出口の冷媒が導入され難く、パワーエレメントが蒸発器出口冷媒の温度および圧力を正しく感知できないという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、パワーエレメントが蒸発器出口冷媒の温度を正しく感知できる電磁弁付膨張弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記問題を解決するために、冷媒を断熱膨張させる膨張弁とこの膨張弁を閉弁することができる電磁弁とを一体化した電磁弁付膨張弁において、両端が二重管構造に形成された主円柱部およびこの主円柱部に直交する方向に延出された配管接続部を有するボディと、前記主円柱部の一端側の第１外管を気密に閉止するように配置されたパワーエレメントと、前記主円柱部の一端側の第１内管に前記パワーエレメントと当接状態のまま軸方向に進退自在に気密に外嵌されていて前記第１内管の端面との間には圧力室が形成されているピストンと、前記主円柱部の一端側の前記第１内管と他端側の第２内管との間で軸方向に形成される空間に収容され、前記配管接続部の高圧入口と前記主円柱部の前記第２内管との間の通路を前記パワーエレメントおよび前記ピストンの動きに連動して開閉する弁部と、前記ピストンの前記圧力室と前記主円柱部の前記第２内管との間の連通路に配置されて非通電時に閉弁し、通電時に開弁する前記電磁弁と、を備えていることを特徴とする電磁弁付膨張弁が提供される。
【００１０】
このような電磁弁付膨張弁によれば、ボディの主円柱部において、蒸発器が接続される側とは反対側の第１外管をパワーエレメントで閉止することにより、パワーエレメントの蒸発器からの戻り低圧冷媒を受ける側のハウジングの開口部を大きくすることができ、パワーエレメントに蒸発器出口冷媒の温度を正しく感知させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電磁弁付膨張弁は、ボディの主円柱部における二重管構造の外管をパワーエレメントで閉止する構成にしたことで、パワーエレメントの内側のハウジングの開口部を大きくすることができ、これにより、蒸発器出口冷媒をパワーエレメントの感温部に容易に到達させることができるため、蒸発器出口冷媒の温度を正しく感知できるようになるという利点がある。
【００１２】
また、ピストンとパワーエレメントのダイヤフラムとの有効受圧径を等しくしたことによって、蒸発器出口の圧力がキャンセルされ、しかも、ピストンの有効受圧径が従来の電磁弁付膨張弁よりも大きいので、フロント側の冷凍負荷が非常に小さいときのように高圧と低圧との圧力差が小さいときでも、その差圧によって動くピストンは、パワーエレメントの感温室が室温を感知して内圧が高くなることによって開弁方向に作用している付勢力に抗して閉弁方向に動くことができるため、確実に閉弁状態を維持することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空調装置の効率を向上させるために内部熱交換器を備えた冷凍サイクルのリア側空調用の膨張弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
この冷凍サイクルは、車両のエンジンルーム内に配置されて、冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器２と、凝縮された冷媒を気液に分離して液冷媒を送り出すレシーバ３とを備えている。車室内のフロント側には、液冷媒を絞り膨張させるフロント側膨張弁４と、膨張された冷媒を蒸発させるフロント側蒸発器５とが配置され、車室内のリア側には、液冷媒を絞り膨張させる電磁弁付膨張弁６と、膨張された冷媒を蒸発させるリア側蒸発器７とが配置されている。そして、レシーバ３とフロント側膨張弁４および電磁弁付膨張弁６との間は、内部熱交換器８によって接続されている。また、フロント側蒸発器５およびリア側蒸発器７の近傍には、これらに車室内の空気を通過させるための送風機９，１０が設けられている。
【００１５】
ここで、たとえばフロント側のみ空調を行うときは、電磁弁付膨張弁６がリア側回路の冷媒流路を閉じた状態で、圧縮機１および送風機９が起動される。圧縮機１で圧縮された高温・高圧の冷媒は、凝縮器２にて凝縮され、レシーバ３に溜められる。レシーバ３の液冷媒は、内部熱交換器８を通ってフロント側膨張弁４に供給され、そこで絞り膨張されて低温・低圧の冷媒になる。低温・低圧の冷媒になった冷媒は、フロント側蒸発器５に送られ、そこで送風機９によって送られてきた車室内の空気との熱交換により蒸発される。蒸発された冷媒は、フロント側膨張弁４および内部熱交換器８を介して圧縮機１の入口に送られる。
【００１６】
蒸発した冷媒がフロント側膨張弁４を通過するとき、そのフロント側膨張弁４は、フロント側蒸発器５の冷媒の温度および圧力を感知し、そのフロント側蒸発器５の出口における冷媒が所定の過熱度になるようにフロント側蒸発器５に送り出す冷媒の流量を制御する。内部熱交換器８は、レシーバ３からフロント側膨張弁４に向けて流れる高温の冷媒とフロント側膨張弁４から圧縮機１に向けて流れる低温の冷媒との間で熱交換が行われ、フロント側膨張弁４に送られる冷媒はより冷却され、圧縮機１に送られる冷媒はより過熱されることにより、フロント側膨張弁４の入口と圧縮機１の入口とのエンタルピ差が大きくなる。その結果、冷凍サイクルの成績係数が向上し、圧縮機１を駆動する走行用エンジンの負荷が小さくなり、自動車用空調装置の効率を向上させることができる。
【００１７】
リア側の空調を行うときには、電磁弁付膨張弁６の電磁弁および送風機１０が起動される。これにより、内部熱交換器８にて分岐された高温・高圧の液冷媒が電磁弁付膨張弁６に供給され、そこで絞り膨張されて低温・低圧の冷媒になる。低温・低圧の冷媒になった冷媒は、リア側蒸発器７に送られ、そこで送風機１０によって送られてきた車室内の空気との熱交換により蒸発される。蒸発された冷媒は、電磁弁付膨張弁６および内部熱交換器８を介して圧縮機１の入口に送られる。蒸発した冷媒が電磁弁付膨張弁６を通過するとき、その電磁弁付膨張弁６は、リア側蒸発器７の冷媒の温度および圧力を感知し、そのリア側蒸発器７の出口における冷媒が所定の過熱度になるようにリア側蒸発器７に送り出す冷媒の流量を制御する。
【００１８】
図２は第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図、図３は図２のＡ部拡大断面図、図４は第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。
【００１９】
この第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁１１は、図１の電磁弁付膨張弁６に対応するもので、リア側蒸発器７の冷媒入口および冷媒出口に直接接続するような構成を有している。なお、リア側蒸発器７は、複数のアルミニウムのプレートを積層して構成され、そのヘッダ部分には、冷媒を導入する冷媒入口配管１２および冷媒を導出する冷媒出口配管１３を有している。冷媒出口配管１３は、冷媒入口配管１２を囲うように冷媒入口配管１２と同軸に配置されている。そして、このリア側蒸発器７は、炉中ろう付け加工にて、積層されたプレートを同時に溶接することによって形成されるが、このとき、冷媒入口配管１２および冷媒出口配管１３も一緒に溶接されて一体に形成されている。
【００２０】
電磁弁付膨張弁１１は、図２の左右方向に延びる主円柱部１４に図２の下方向に延びる副円柱部１５が結合され、主円柱部１４の図２の上側が平面にされたような外形を有するボディ１６を備えている。副円柱部１５は、内部熱交換器８の配管と接続される配管接続部を構成している。主円柱部１４および副円柱部１５は、それら三方の端面形状がそれぞれ二重管構造を有している。主円柱部１４は、その中央に膨張弁の可動部が収容される中央孔が軸方向に貫通形成され、その中央孔の周囲にはリア側蒸発器７から導入された低圧冷媒を流す複数の通路が軸方向に貫通形成されている。
【００２１】
主円柱部１４の中央孔には、シャフトガイド１７が圧入され、リング状の弁座１８がかしめ加工によってボディ１６に固定されている。その弁座１８に対して接離自在に弁体１９が配置されている。弁体１９は、スプリング２０によって閉弁方向に付勢されており、そのスプリング２０は、主円柱部１４のリア側蒸発器７側に形成された二重管の内管に圧入されたばね受け部材２１によって受けられていて、そのばね受け部材２１の内管への圧入量によってスプリング２０の荷重が調整されている。
【００２２】
弁体１９は、弁座１８およびシャフトガイド１７を介して軸方向に延びるシャフト２２と一体に形成されている。シャフト２２の弁体１９が形成されている側とは反対側の端部は、ピストン２３に嵌合されている。ピストン２３は、シャフト２２が嵌合されている中央円筒部が主円柱部１４の中央孔に配置され、中央円筒部の弁体１９の側には、シール用のＯリング２４が配置されている。ピストン２３は、また、その中央円筒部の周囲に圧力室２５を構成する環状溝２６が形成され、その環状溝２６には、主円柱部１４のリア側蒸発器７とは反対側に形成された二重管の内管が挿入され、圧力室２５のシールは、内管に周設されたＯリング２７により行われている。
【００２３】
主円柱部１４のばね受け部材２１が圧入されている側にて二重管構造に形成されたものの内管は、この電磁弁付膨張弁１１の低圧冷媒出口２８を構成し、その外周に形成された環状溝は、リア側蒸発器７から戻ってきた冷媒を受け入れる戻り低圧冷媒入口２９を構成している。ここで、この電磁弁付膨張弁１１の低圧冷媒出口２８は、リア側蒸発器７の冷媒入口配管１２に嵌合され、その嵌合部はＯリングによってシールされている。また、電磁弁付膨張弁１１の戻り低圧冷媒入口２９は、リア側蒸発器７の冷媒出口配管１３に嵌合され、先端部を全周かしめ加工することによってリア側蒸発器７と機械的に結合され、冷媒出口配管１３との嵌合部は、Ｏリングによってシールされている。
【００２４】
主円柱部１４の中央孔におけるシャフトガイド１７の設置空間は、副円柱部１５に形成された二重管構造の内管が連通し、主円柱部１４の中央孔の周りに形成された通路は、副円柱部１５に形成された内管と外管との間の空間に連通している。ここで、副円柱部１５の内管は、高圧冷媒入口３０を構成し、副円柱部１５の内管と外管との間の空間は、この電磁弁付膨張弁１１を通過した冷媒が圧縮機１の入口に戻される戻り低圧冷媒出口３１を構成している。したがって、電磁弁付膨張弁１１の高圧冷媒入口３０は、レシーバ３からの高温・高圧の液冷媒が供給される高圧配管３２が嵌合され、Ｏリングによってシールされている。また、電磁弁付膨張弁１１の戻り低圧冷媒出口３１は、戻り低圧配管３３に嵌合され、先端部に内嵌したバックアップリング３４を固定するようにその全周をかしめ加工することによって戻り低圧配管３３と機械的に結合され、戻り低圧配管３３との嵌合部は、Ｏリングによってシールされている。この実施の形態では、副円柱部１５に接続される高圧配管３２および戻り低圧配管３３は、二重管構造になっているが、これが、図１の内部熱交換器８を構成している。
【００２５】
このように、この電磁弁付膨張弁１１は、リア側蒸発器７との接続を互いに同軸の二重管構造として外管の全周かしめ加工で行うようにしたことで、２つの流体の通路の接続を同時に行うことができ、しかも、リア側蒸発器７との接続が同軸であることから、リア側蒸発器７への接合前に、ボディ１６は、低圧冷媒出口２８および戻り低圧冷媒入口２９の同心の軸を中心に回動できるので、高圧配管３２および戻り低圧配管３３が嵌合される高圧冷媒入口３０および戻り低圧冷媒出口３１の開口方向の向きを自由に変更することができる。
【００２６】
主円柱部１４のリア側蒸発器７と結合される側と反対側も二重管構造になっていて、その外管の開口部は、パワーエレメント３５によって閉止されている。このパワーエレメント３５による閉止は、パワーエレメント３５の外周縁部を係止するように外管の開口端を全周かしめ加工することによって封止されている。このパワーエレメント３５は、アッパーハウジング３６およびロアハウジング３７と、外周縁部がこれらによって挟持された状態でともに溶接された可撓性の金属薄板からなるダイヤフラム３８とを備えている。アッパーハウジング３６とダイヤフラム３８とによって囲まれた空間は、感温室を構成し、ここに冷媒ガスなどが充填されている。ロアハウジング３７内には、ピストン２３がダイヤフラム３８に当接状態で配置され、ダイヤフラム３８の変位を弁体１９へ伝達するようにしている。
【００２７】
ボディ１６の図の上面には、電磁弁３９の装着穴４０が形成され、その装着穴４０の中には筒状の弁座４１が立設され、その弁孔は、膨張弁の弁座１８の下流側に連通している。ボディ１６には、装着穴４０と圧力室２５とを連通する連通路４２が形成されている。圧力室２５に開口している連通路４２の開口端には、微小径の貫通孔を有するオリフィス部材４３が嵌合されている。このオリフィス部材４３は、圧力室２５を出入りする冷媒の流量を制限する機能を有している。また、連通路４２の途中には、膨張弁の弁座１８の上流側に連通する高圧導入孔４４が設けられている。ここで、シャフト２２をその軸方向に進退自在に支持しているシャフトガイド１７は、高圧導入孔４４を微小開度を以って閉止するリード片４５が一体に形成されている。これら高圧導入孔４４およびリード片４５は、逆止弁を構成している。つまり、通常は、膨張弁の弁座１８の上流側から高圧導入孔４４を介して連通路４２へ向かう方向には、概ね冷媒の流れは止められて、高圧の冷媒が微少に漏れていくが、連通路４２内の冷媒圧力が急上昇したときには、開弁してその高圧を高圧導入孔４４を介し膨張弁の弁座１８の上流側へ容易に放出させることができるようにしてある。
【００２８】
電磁弁３９は、ボディ１６の装着穴４０に気密にスリーブ４６が嵌合され、その開口端は、コア４７によって閉止されている。そのコア４７と弁座４１との間のスリーブ４６内には、プランジャ４８が配置されており、その弁座４１との対向端には弁体４９が保持されている。プランジャ４８とコア４７との間には、弁体４９を弁座に着座させる方向にスプリング５０が配置されている。スリーブ４６には、コイル５１が周設され、さらにヨーク５２によって囲撓されている。したがって、この電磁弁３９は、コイル５１への通電がないときには、弁体４９がスプリング５０の付勢力によって弁座４１に着座され、閉弁している。コイル５１への通電があるときには、プランジャ４８がコア４７により吸引され、スプリング５０の付勢力に抗して弁体４９が弁座４１から離れるので、電磁弁３９は、開弁している。
【００２９】
以上の構成の電磁弁付膨張弁１１において、フロント側の空調は行っているが、リア側の空調は停止しているとき、電磁弁３９のコイル５１には給電されないので、図２に示したように、電磁弁３９は閉弁している。これにより、レシーバ３から内部熱交換器８の高圧配管３２を通じて高温・高圧の液冷媒が高圧冷媒入口３０に供給されているので、その液冷媒は、逆止弁の微小開度を通じて連通路４２に漏れ、オリフィス部材４３を介して圧力室２５に導入される。この圧力室２５は、Ｏリング２４，２７によりシールされて閉じた空間になっているのでこれ以上漏れることはなく、したがって、圧力室２５に導入された高圧の冷媒は、ピストン２３をパワーエレメント３５の方へ押し出すように作用する。これに伴って、ピストン２３に結合されたシャフト２２およびこれと一体の弁体１９もパワーエレメント３５の方へ移動され、その移動は、弁体１９が弁座１８に着座することによって停止する。
【００３０】
このとき、膨張弁は閉弁しているので、この電磁弁付膨張弁１１を冷媒が流れることはない。しかも、高圧冷媒が、ピストン２３を駆動して、弁体１９を弁座１８に強制的に着座させているので、膨張弁の閉弁状態を維持することができる。なお、リア側の空調が停止していることによって、圧力室２５に導入された高圧の液冷媒が暖められてさらに高圧になる場合があるが、圧力室２５はそのような異常高圧になった場合は、逆止弁が開弁して膨張弁の上流側へ放出し、減圧させるので、異常高圧による悪影響を防止することができる。
【００３１】
ここで、リア側の空調を行うために電磁弁３９が通電されると、電磁弁３９は図４に示したように開弁する。これにより、連通路４２および圧力室２５に充満されている高圧の液冷媒は、電磁弁３９を通って膨張弁の弁座１８よりも下流側に流出する。このとき、圧力室２５内の液冷媒をオリフィス部材４３のオリフィスを介して流出するので、圧力室２５内の圧力は急減することなく漸減する。パワーエレメント３５は、リア側の空調が止まっているときの車室内の高い空気温度を検出していて、感温室内の圧力は高くなっているので、ピストン２３は、ダイヤフラム３８に押されて膨張弁の開弁方向に緩慢に移動されていき、全開位置で停止する。これにより、膨張弁の前後差圧が大きくても、大流量の高圧冷媒が膨張弁を一気に流れることはないので、冷媒流動音を発生することはない。また、電磁弁３９が通電されている間、逆止弁を介して高圧の冷媒が膨張弁の下流側へ常に微少漏れしていることになる。
【００３２】
これにより、レシーバ３から内部熱交換器８の高圧配管３２を通じて高温・高圧の液冷媒が高圧冷媒入口３０に供給されると、その液冷媒は、弁座１８と弁体１９との間の隙間を通って低圧冷媒出口２８へ流出する。このとき、冷媒は、断熱膨張されて低温・低圧の気液混合冷媒となり、冷媒入口配管１２よりリア側蒸発器７へ導入される。なお、図中の矢印は、冷媒の流れ方向を示している。リア側蒸発器７では、導入された冷媒は、車室内の空気との熱交換により蒸発されて冷媒出口配管１３から流出する。その冷媒は、戻り低圧冷媒入口２９より導入され、複数の低圧冷媒の通路を通じて戻り低圧冷媒出口３１へ流出し、戻り低圧配管３３を介して圧縮機１の入口へ戻される。
【００３３】
膨張弁が全開状態で運転を継続すると、やがて、車室内の空気が冷やされてリア側蒸発器７から戻ってくる冷媒の温度が低くなる。冷媒の温度が低くなると、電磁弁付膨張弁１１は、リア側蒸発器７の出口の冷媒が所定の過熱度になるようにリア側蒸発器７に供給する冷媒の流量を制御することになる。
【００３４】
パワーエレメント３５は、そのロアハウジング３７をボディ１６に固定する方法を採らずに、主円柱部１４の二重管構造となっている外管を全周かしめ加工することでパワーエレメント３５の外周部をボディ１６に固定しているため、ロアハウジング３７の開口部を大きくすることができ、これにより、ダイヤフラム３８とロアハウジング３７とによって囲まれた空間を低圧冷媒の通路と大きく連通させるようにした。このため、リア側蒸発器７から戻ってきた冷媒が低圧冷媒の通路を通過するとき、その冷媒がロアハウジング３７に導入されて、その温度がパワーエレメント３５によって検出される。なお、この電磁弁付膨張弁１１では、リア側蒸発器７から導入された冷媒の圧力は、パワーエレメント３５によって検出されない。これは、ピストン２３の有効受圧径（Ｏリング２７の外径に対応する）をダイヤフラム３８の有効受圧径と同じにしてあるからであり、これによってリア側蒸発器７から戻ってきた冷媒の圧力をキャンセルしている。
【００３５】
パワーエレメント３５は、その感温室内の圧力が検出した冷媒の温度に応じて昇降するので、その温度に応じてダイヤフラム３８が弁体１９の開閉方向に変位する。その変位は、ピストン２３を介してシャフト２２および弁体１９に伝達される。これにより、弁体１９のリフトが変化し、リア側蒸発器７に供給する冷媒の流量を制御することになる。
【００３６】
図５は第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図、図６は第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。なお、この図５および図６において、図２ないし図４に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３７】
この第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁６１は、第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁１１と比較して、逆止弁およびピストン２３の構造を変更している。すなわち、高圧の液冷媒を圧力室２５へ導入する逆止弁を、弁体６２にボールを使用したボール弁にしてある。この逆止弁は、弁座を傷付き弁座にしてあり、これにより、第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁１１のリード弁構造の逆止弁と同様に、全閉時でも高圧の液冷媒が微少漏れできるようにしてある。
【００３８】
また、ピストン２３は、パワーエレメント３５のダイヤフラム３８に直接当接するのではなく、ダイヤフラム３８との間にセンターディスク６３を介在させるようにしている。このセンターディスク６３は、熱伝導率の低い材料で作られており、しかも、ピストン２３との接触面積を小さくしている。これにより、圧力室２５に高温・高圧の液冷媒が導入されることによってピストン２３が高温になっても、その温度がダイヤフラム３８に伝熱して感温室内の圧力が高くなり、高圧による膨張弁の閉弁動作が妨げられるのを防止している。
【００３９】
このような電磁弁付膨張弁６１において、電磁弁３９が非通電状態にあるとき、図５に示したように、電磁弁３９は閉弁される。これにより、高圧の液冷媒は、逆止弁を微少漏れして、高圧導入孔４４から連通路４２に導入され、オリフィス部材４３を介して圧力室２５に導入される。したがって、ピストン２３は、膨張弁の弁体１９が弁座１８に着座するまでパワーエレメント３５の方へ移動され、フロント側の空調が行われている間、膨張弁の全閉状態が維持される。
【００４０】
電磁弁３９が通電されると、図６に示したように、電磁弁３９は開弁し、連通路４２および圧力室２５内の冷媒は、膨張弁の下流側へ流出される。オリフィス部材４３が圧力室２５から流出する冷媒の流量を制限することで、圧力室２５の圧力は漸減するので、ピストン２３は急激に膨張弁の開弁方向に動くことはなく、したがって、ピストン２３に固定されたシャフト２２と一体の弁体１９も急激に開弁方向に動くことはないので、大流量の冷媒が流れることはなく、冷媒流動音の発生が抑制される。
【００４１】
図７は第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図、図８は第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。なお、この図７および図８において、図５および図６に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４２】
この第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁７１は、第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁６１と比較して、逆止弁および電磁弁３９の弁構造を変更している。すなわち、この電磁弁付膨張弁７１では、電磁弁３９の装着穴４０がシャフトガイド１７を圧入している中央孔まで貫通されており、そこにプラグ７２が配置されている。このプラグ７２は、その上端がスリーブ４６に嵌合され、下端部がシャフトガイド１７の中まで延出されている。
【００４３】
プラグ７２には、プランジャ４８と対向する面に筒状の弁座４１が一体に形成され、この弁座４１に対して接離する弁体４９は、プランジャ４８と一体に形成されている。プラグ７２のプランジャ４８側とは反対側の端面は、凹設されていて、そこには逆止弁の弁体７３が収容されている。この弁体７３は、筒状の弁座４１と同軸に形成された弁孔を閉じる方向にスプリング７４によって付勢されている。その弁孔内には、シャフト７５が挿入されている。シャフト７５の上部は、プランジャ４８に固定され、下端面は、電磁弁３９が非通電状態のとき、逆止弁の弁孔より突出して逆止弁を開弁するように弁体７３をリフトさせる位置にあり、電磁弁３９が通電状態のときは、逆止弁の弁孔の中に退避して逆止弁を閉弁する位置にある。弁孔の中間部には、ピストン２３の圧力室２５に連通する連通路４２に開口した開口部を有しており、その開口部は微小径に形成されてオリフィス７６を構成している。また、プラグ７２に形成された筒状の弁座４１の周囲の空間は、膨張弁の下流側へ連通するようボディ１６に形成された連通路７７に連絡している。したがって、この電磁弁３９は、非通電時に、圧力室２５を膨張弁の上流側へ連通し、通電時には、圧力室２５を膨張弁の下流側へ連通するように切り換える三方電磁弁になっている。
【００４４】
このような電磁弁付膨張弁７１において、電磁弁３９が非通電状態にあるとき、図７に示したように、電磁弁３９は、コア４７に関してプランジャ４８を付勢しているスプリング５０により、連通路７７を閉じるように弁体４９が弁座４１に着座され、同時に、逆止弁を開弁している。これにより、高圧の液冷媒は、逆止弁およびオリフィス７６を介して連通路４２に入り、圧力室２５に導入される。したがって、ピストン２３は、膨張弁の弁体１９が弁座１８に着座するまでパワーエレメント３５の方へ移動され、フロント側の空調が行われている間、フロント側膨張弁４に供給される冷媒の高圧によって膨張弁の全閉状態が維持される。
【００４５】
電磁弁３９が通電されると、図８に示したように、電磁弁３９はコア４７にプランジャ４８が吸引されて弁体４９が弁座４１よりリフトされるとともに逆止弁の弁体７３が弁孔を閉じる。これにより、連通路４２および圧力室２５内の冷媒は、膨張弁の下流側へ流出される。このとき、オリフィス７６が膨張弁の下流側へ流出する冷媒の流量を制限することで、圧力室２５の圧力は漸減され、したがって、ピストン２３が膨張弁を開弁する動きを遅らせることができるので、大流量の冷媒が一気に流れることはなく、冷媒流動音の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図である。
【図８】第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ レシーバ
４ フロント側膨張弁
５ フロント側蒸発器
６ 電磁弁付膨張弁
７ リア側蒸発器
８ 内部熱交換器
９，１０ 送風機
１１ 電磁弁付膨張弁
１２ 冷媒入口配管
１３ 冷媒出口配管
１４ 主円柱部
１５ 副円柱部
１６ ボディ
１７ シャフトガイド
１８ 弁座
１９ 弁体
２０ スプリング
２１ ばね受け部材
２２ シャフト
２３ ピストン
２４ Ｏリング
２５ 圧力室
２６ 環状溝
２７ Ｏリング
２８ 低圧冷媒出口
２９ 戻り低圧冷媒入口
３０ 高圧冷媒入口
３１ 戻り低圧冷媒出口
３２ 高圧配管
３３ 戻り低圧配管
３４ バックアップリング
３５ パワーエレメント
３６ アッパーハウジング
３７ ロアハウジング
３８ ダイヤフラム
３９ 電磁弁
４０ 装着穴
４１ 弁座
４２ 連通路
４３ オリフィス部材
４４ 高圧導入孔
４５ リード片
４６ スリーブ
４７ コア
４８ プランジャ
４９ 弁体
５０ スプリング
５１ コイル
５２ ヨーク
６１ 電磁弁付膨張弁
６２ 弁体
６３ センターディスク
７１ 電磁弁付膨張弁
７２ プラグ
７３ 弁体
７４ スプリング
７５ シャフト
７６ オリフィス
７７ 連通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁弁と膨張弁とを一体化した電磁弁付膨張弁に関し、特に車室内のフロント側とリア側とが独立して空調することができる自動車用空調装置のリア側回路に用いられる電磁弁付膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車室内のフロント側とリア側とをそれぞれ独立して空調できるようにした自動車用空調装置が知られている。このような自動車用空調装置では、フロント側の空調制御を行うフロント用の膨張弁および蒸発器の回路とリア側の空調制御を行うリア用の膨張弁および蒸発器の回路とを並列に配置して構成した冷凍サイクルが用いられている。
【０００３】
ここで、自動車用空調装置を運転しているとき、乗員の乗車状況に応じて、リア側は空調制御を行わずにフロント側のみ空調制御を行う場合がある。このようにリア側の空調制御を行っていないときには、リア側の回路に設置した電磁弁を閉弁してリア側の回路に冷媒が流れないようにすることが行われている。このような用途に用いられる電磁弁は、設置スペースおよびコストの点から膨張弁と一体に構成した電磁弁付膨張弁が使用されている。
【０００４】
このような電磁弁付膨張弁における電磁弁は、膨張弁の弁体より下流側に配置され、リア側の空調制御を行っていないときは閉弁するようにしている。ここで、電磁弁付膨張弁が電磁弁を閉弁していながらフロント側が空調制御を継続していると、リア側の蒸発器出口の温度を感知して開度を制御する電磁弁付膨張弁の感温部は高温の室温に晒され、膨張弁は全開状態に制御されていることになる。また、フロント側が空調制御を継続していることにより、これと並列に設けられたリア側においても、膨張弁の上流側は高圧圧力になっており、電磁弁の下流側は低圧圧力になっている。このため、このような状況で、リア側の空調を行うべく電磁弁が開弁すると、全開の膨張弁には、その前後の差圧によって大流量の冷媒が急激に流れ、大きな冷媒流動音を発生することがあった。
【０００５】
このような冷媒流動音の発生を抑制するため、電磁弁が閉弁しているとき、膨張弁の上流側の高圧圧力を感温部のダイヤフラムに作用させて膨張弁を閉弁し、これによって電磁弁の開弁時に大流量の冷媒が流れてしまわないようにすることが行われている。このような電磁弁付膨張弁では、感温部のダイヤフラムに高圧圧力を直接作用させる構成のため、感温室を構成しているダイヤフラムおよびハウジングは、高耐圧の材料を使用することになる。
【０００６】
これに対し、高圧圧力を感温部のダイヤフラムに直接的に作用させないようにして、感温室を含むパワーエレメントとして高耐圧仕様ではない普通のものを使用した電磁弁付膨張弁が提案されている（たとえば特許文献１参照。）。この電磁弁付膨張弁は、膨張弁の弁部を内蔵し、４本の配管が接続される継手の機能を持った直方体のボディと、このボディに結合されて膨張弁の弁部を制御するパワーエレメントと、ボディに結合されて弁部の下流側と蒸発器入口への配管が接続される低圧冷媒出口との間の通路を開閉する電磁弁とを備え、パワーエレメントに隣接して圧力室を設けている。その圧力室は、電磁弁の上流側に連通するガイド部材とダイヤフラムに当接しているストッパ部材とによって構成されている。ガイド部材は、その大径部がパワーエレメントをボディに螺着している側のハウジングの中に収容されており、その中にシール部材を介してストッパ部材がパワーエレメントの変位方向に移動自在に嵌め込まれている。この電磁弁付膨張弁は、圧力室が電磁弁の上流側と連通されているので、電磁弁が開くと、圧力室は膨張弁出口の低圧圧力と均圧され、膨張弁は通常の温度式膨張弁として機能する。電磁弁が閉じたときには、圧力室に高圧圧力が導かれ、ストッパ部材がダイヤフラムを弁体から離れる方向に付勢することで、膨張弁は全閉状態になる。これにより、リア側の空調を開始しようとして電磁弁が開弁すると、その開弁時、膨張弁は閉じているので、急激に大流量の冷媒が流れることはなく、冷媒流動音の発生を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００４−１５０６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、引用文献１に記載の電磁弁付膨張弁は、ガイド部材の大径部がパワーエレメントをボディに螺着している側のハウジングの開口部を塞ぐように配置されているので、パワーエレメント内に蒸発器出口の冷媒が導入され難く、パワーエレメントが蒸発器出口冷媒の温度および圧力を正しく感知できないという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、パワーエレメントが蒸発器出口冷媒の温度を正しく感知できる電磁弁付膨張弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記問題を解決するために、冷媒を断熱膨張させる膨張弁とこの膨張弁を閉弁することができる電磁弁とを一体化した電磁弁付膨張弁において、両端が二重管構造に形成された主円柱部およびこの主円柱部に直交する方向に延出された配管接続部を有するボディと、前記主円柱部の一端側の第１外管を気密に閉止するように配置されたパワーエレメントと、前記主円柱部の一端側の第１内管に前記パワーエレメントと当接状態のまま軸方向に進退自在に気密に外嵌されていて前記第１内管の端面との間には圧力室が形成されているピストンと、前記主円柱部の一端側の前記第１内管と他端側の第２内管との間で軸方向に形成される空間に収容され、前記配管接続部の高圧入口と前記主円柱部の前記第２内管との間の通路を前記パワーエレメントおよび前記ピストンの動きに連動して開閉する弁部と、前記ピストンの前記圧力室と前記主円柱部の前記第２内管との間の連通路に配置されて非通電時に閉弁し、通電時に開弁する前記電磁弁と、を備えていることを特徴とする電磁弁付膨張弁が提供される。
【００１０】
このような電磁弁付膨張弁によれば、ボディの主円柱部において、蒸発器が接続される側とは反対側の第１外管をパワーエレメントで閉止することにより、パワーエレメントの蒸発器からの戻り低圧冷媒を受ける側のハウジングの開口部を大きくすることができ、パワーエレメントに蒸発器出口冷媒の温度を正しく感知させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電磁弁付膨張弁は、ボディの主円柱部における二重管構造の外管をパワーエレメントで閉止する構成にしたことで、パワーエレメントの内側のハウジングの開口部を大きくすることができ、これにより、蒸発器出口冷媒をパワーエレメントの感温部に容易に到達させることができるため、蒸発器出口冷媒の温度を正しく感知できるようになるという利点がある。
【００１２】
また、ピストンとパワーエレメントのダイヤフラムとの有効受圧径を等しくしたことによって、蒸発器出口の圧力がキャンセルされ、しかも、ピストンの有効受圧径が従来の電磁弁付膨張弁よりも大きいので、フロント側の冷凍負荷が非常に小さいときのように高圧と低圧との圧力差が小さいときでも、その差圧によって動くピストンは、パワーエレメントの感温室が室温を感知して内圧が高くなることによって開弁方向に作用している付勢力に抗して閉弁方向に動くことができるため、確実に閉弁状態を維持することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空調装置の効率を向上させるために内部熱交換器を備えた冷凍サイクルのリア側空調用の膨張弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
この冷凍サイクルは、車両のエンジンルーム内に配置されて、冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器２と、凝縮された冷媒を気液に分離して液冷媒を送り出すレシーバ３とを備えている。車室内のフロント側には、液冷媒を絞り膨張させるフロント側膨張弁４と、膨張された冷媒を蒸発させるフロント側蒸発器５とが配置され、車室内のリア側には、液冷媒を絞り膨張させる電磁弁付膨張弁６と、膨張された冷媒を蒸発させるリア側蒸発器７とが配置されている。そして、レシーバ３とフロント側膨張弁４および電磁弁付膨張弁６との間は、内部熱交換器８によって接続されている。また、フロント側蒸発器５およびリア側蒸発器７の近傍には、これらに車室内の空気を通過させるための送風機９，１０が設けられている。
【００１５】
ここで、たとえばフロント側のみ空調を行うときは、電磁弁付膨張弁６がリア側回路の冷媒流路を閉じた状態で、圧縮機１および送風機９が起動される。圧縮機１で圧縮された高温・高圧の冷媒は、凝縮器２にて凝縮され、レシーバ３に溜められる。レシーバ３の液冷媒は、内部熱交換器８を通ってフロント側膨張弁４に供給され、そこで絞り膨張されて低温・低圧の冷媒になる。低温・低圧の冷媒になった冷媒は、フロント側蒸発器５に送られ、そこで送風機９によって送られてきた車室内の空気との熱交換により蒸発される。蒸発された冷媒は、フロント側膨張弁４および内部熱交換器８を介して圧縮機１の入口に送られる。
【００１６】
蒸発した冷媒がフロント側膨張弁４を通過するとき、そのフロント側膨張弁４は、フロント側蒸発器５の冷媒の温度および圧力を感知し、そのフロント側蒸発器５の出口における冷媒が所定の過熱度になるようにフロント側蒸発器５に送り出す冷媒の流量を制御する。内部熱交換器８は、レシーバ３からフロント側膨張弁４に向けて流れる高温の冷媒とフロント側膨張弁４から圧縮機１に向けて流れる低温の冷媒との間で熱交換が行われ、フロント側膨張弁４に送られる冷媒はより冷却され、圧縮機１に送られる冷媒はより過熱されることにより、フロント側膨張弁４の入口と圧縮機１の入口とのエンタルピ差が大きくなる。その結果、冷凍サイクルの成績係数が向上し、圧縮機１を駆動する走行用エンジンの負荷が小さくなり、自動車用空調装置の効率を向上させることができる。
【００１７】
リア側の空調を行うときには、電磁弁付膨張弁６の電磁弁および送風機１０が起動される。これにより、内部熱交換器８にて分岐された高温・高圧の液冷媒が電磁弁付膨張弁６に供給され、そこで絞り膨張されて低温・低圧の冷媒になる。低温・低圧の冷媒になった冷媒は、リア側蒸発器７に送られ、そこで送風機１０によって送られてきた車室内の空気との熱交換により蒸発される。蒸発された冷媒は、電磁弁付膨張弁６および内部熱交換器８を介して圧縮機１の入口に送られる。蒸発した冷媒が電磁弁付膨張弁６を通過するとき、その電磁弁付膨張弁６は、リア側蒸発器７の冷媒の温度および圧力を感知し、そのリア側蒸発器７の出口における冷媒が所定の過熱度になるようにリア側蒸発器７に送り出す冷媒の流量を制御する。
【００１８】
図２は第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図、図３は図２のＡ部拡大断面図、図４は第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。
【００１９】
この第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁１１は、図１の電磁弁付膨張弁６に対応するもので、リア側蒸発器７の冷媒入口および冷媒出口に直接接続するような構成を有している。なお、リア側蒸発器７は、複数のアルミニウムのプレートを積層して構成され、そのヘッダ部分には、冷媒を導入する冷媒入口配管１２および冷媒を導出する冷媒出口配管１３を有している。冷媒出口配管１３は、冷媒入口配管１２を囲うように冷媒入口配管１２と同軸に配置されている。そして、このリア側蒸発器７は、炉中ろう付け加工にて、積層されたプレートを同時に溶接することによって形成されるが、このとき、冷媒入口配管１２および冷媒出口配管１３も一緒に溶接されて一体に形成されている。
【００２０】
電磁弁付膨張弁１１は、図２の左右方向に延びる主円柱部１４に図２の下方向に延びる副円柱部１５が結合され、主円柱部１４の図２の上側が平面にされたような外形を有するボディ１６を備えている。副円柱部１５は、内部熱交換器８の配管と接続される配管接続部を構成している。主円柱部１４および副円柱部１５は、それら三方の端面形状がそれぞれ二重管構造を有している。主円柱部１４は、その中央に膨張弁の可動部が収容される中央孔が軸方向に貫通形成され、その中央孔の周囲にはリア側蒸発器７から導入された低圧冷媒を流す複数の通路が軸方向に貫通形成されている。
【００２１】
主円柱部１４の中央孔には、シャフトガイド１７が圧入され、リング状の弁座１８がかしめ加工によってボディ１６に固定されている。その弁座１８に対して接離自在に弁体１９が配置されている。弁体１９は、スプリング２０によって閉弁方向に付勢されており、そのスプリング２０は、主円柱部１４のリア側蒸発器７側に形成された二重管の内管に圧入されたばね受け部材２１によって受けられていて、そのばね受け部材２１の内管への圧入量によってスプリング２０の荷重が調整されている。
【００２２】
弁体１９は、弁座１８およびシャフトガイド１７を介して軸方向に延びるシャフト２２と一体に形成されている。シャフト２２の弁体１９が形成されている側とは反対側の端部は、ピストン２３に嵌合されている。ピストン２３は、シャフト２２が嵌合されている中央円筒部が主円柱部１４の中央孔に配置され、中央円筒部の弁体１９の側には、シール用のＯリング２４が配置されている。ピストン２３は、また、その中央円筒部の周囲に圧力室２５を構成する環状溝２６が形成され、その環状溝２６には、主円柱部１４のリア側蒸発器７とは反対側に形成された二重管の内管が挿入され、圧力室２５のシールは、内管に周設されたＯリング２７により行われている。
【００２３】
主円柱部１４のばね受け部材２１が圧入されている側にて二重管構造に形成されたものの内管は、この電磁弁付膨張弁１１の低圧冷媒出口２８を構成し、その外周に形成された環状溝は、リア側蒸発器７から戻ってきた冷媒を受け入れる戻り低圧冷媒入口２９を構成している。ここで、この電磁弁付膨張弁１１の低圧冷媒出口２８は、リア側蒸発器７の冷媒入口配管１２に嵌合され、その嵌合部はＯリングによってシールされている。また、電磁弁付膨張弁１１の戻り低圧冷媒入口２９は、リア側蒸発器７の冷媒出口配管１３に嵌合され、先端部を全周かしめ加工することによってリア側蒸発器７と機械的に結合され、冷媒出口配管１３との嵌合部は、Ｏリングによってシールされている。
【００２４】
主円柱部１４の中央孔におけるシャフトガイド１７の設置空間は、副円柱部１５に形成された二重管構造の内管が連通し、主円柱部１４の中央孔の周りに形成された通路は、副円柱部１５に形成された内管と外管との間の空間に連通している。ここで、副円柱部１５の内管は、高圧冷媒入口３０を構成し、副円柱部１５の内管と外管との間の空間は、この電磁弁付膨張弁１１を通過した冷媒が圧縮機１の入口に戻される戻り低圧冷媒出口３１を構成している。したがって、電磁弁付膨張弁１１の高圧冷媒入口３０は、レシーバ３からの高温・高圧の液冷媒が供給される高圧配管３２が嵌合され、Ｏリングによってシールされている。また、電磁弁付膨張弁１１の戻り低圧冷媒出口３１は、戻り低圧配管３３に嵌合され、先端部に内嵌したバックアップリング３４を固定するようにその全周をかしめ加工することによって戻り低圧配管３３と機械的に結合され、戻り低圧配管３３との嵌合部は、Ｏリングによってシールされている。この実施の形態では、副円柱部１５に接続される高圧配管３２および戻り低圧配管３３は、二重管構造になっているが、これが、図１の内部熱交換器８を構成している。
【００２５】
このように、この電磁弁付膨張弁１１は、リア側蒸発器７との接続を互いに同軸の二重管構造として外管の全周かしめ加工で行うようにしたことで、２つの流体の通路の接続を同時に行うことができ、しかも、リア側蒸発器７との接続が同軸であることから、リア側蒸発器７への接合前に、ボディ１６は、低圧冷媒出口２８および戻り低圧冷媒入口２９の同心の軸を中心に回動できるので、高圧配管３２および戻り低圧配管３３が嵌合される高圧冷媒入口３０および戻り低圧冷媒出口３１の開口方向の向きを自由に変更することができる。
【００２６】
主円柱部１４のリア側蒸発器７と結合される側と反対側も二重管構造になっていて、その外管の開口部は、パワーエレメント３５によって閉止されている。このパワーエレメント３５による閉止は、パワーエレメント３５の外周縁部を係止するように外管の開口端を全周かしめ加工することによって封止されている。このパワーエレメント３５は、アッパーハウジング３６およびロアハウジング３７と、外周縁部がこれらによって挟持された状態でともに溶接された可撓性の金属薄板からなるダイヤフラム３８とを備えている。アッパーハウジング３６とダイヤフラム３８とによって囲まれた空間は、感温室を構成し、ここに冷媒ガスなどが充填されている。ロアハウジング３７内には、ピストン２３がダイヤフラム３８に当接状態で配置され、ダイヤフラム３８の変位を弁体１９へ伝達するようにしている。
【００２７】
ボディ１６の図の上面には、電磁弁３９の装着穴４０が形成され、その装着穴４０の中には筒状の弁座４１が立設され、その弁孔は、膨張弁の弁座１８の下流側に連通している。ボディ１６には、装着穴４０と圧力室２５とを連通する連通路４２が形成されている。圧力室２５に開口している連通路４２の開口端には、微小径の貫通孔を有するオリフィス部材４３が嵌合されている。このオリフィス部材４３は、圧力室２５を出入りする冷媒の流量を制限する機能を有している。また、連通路４２の途中には、膨張弁の弁座１８の上流側に連通する高圧導入孔４４が設けられている。ここで、シャフト２２をその軸方向に進退自在に支持しているシャフトガイド１７は、高圧導入孔４４を微小開度を以って閉止するリード片４５が一体に形成されている。これら高圧導入孔４４およびリード片４５は、逆止弁を構成している。つまり、通常は、膨張弁の弁座１８の上流側から高圧導入孔４４を介して連通路４２へ向かう方向には、概ね冷媒の流れは止められて、高圧の冷媒が微少に漏れていくが、連通路４２内の冷媒圧力が急上昇したときには、開弁してその高圧を高圧導入孔４４を介し膨張弁の弁座１８の上流側へ容易に放出させることができるようにしてある。
【００２８】
電磁弁３９は、ボディ１６の装着穴４０に気密にスリーブ４６が嵌合され、その開口端は、コア４７によって閉止されている。そのコア４７と弁座４１との間のスリーブ４６内には、プランジャ４８が配置されており、その弁座４１との対向端には弁体４９が保持されている。プランジャ４８とコア４７との間には、弁体４９を弁座に着座させる方向にスプリング５０が配置されている。スリーブ４６には、コイル５１が周設され、さらにヨーク５２によって囲撓されている。したがって、この電磁弁３９は、コイル５１への通電がないときには、弁体４９がスプリング５０の付勢力によって弁座４１に着座され、閉弁している。コイル５１への通電があるときには、プランジャ４８がコア４７により吸引され、スプリング５０の付勢力に抗して弁体４９が弁座４１から離れるので、電磁弁３９は、開弁している。
【００２９】
以上の構成の電磁弁付膨張弁１１において、フロント側の空調は行っているが、リア側の空調は停止しているとき、電磁弁３９のコイル５１には給電されないので、図２に示したように、電磁弁３９は閉弁している。これにより、レシーバ３から内部熱交換器８の高圧配管３２を通じて高温・高圧の液冷媒が高圧冷媒入口３０に供給されているので、その液冷媒は、逆止弁の微小開度を通じて連通路４２に漏れ、オリフィス部材４３を介して圧力室２５に導入される。この圧力室２５は、Ｏリング２４，２７によりシールされて閉じた空間になっているのでこれ以上漏れることはなく、したがって、圧力室２５に導入された高圧の冷媒は、ピストン２３をパワーエレメント３５の方へ押し出すように作用する。これに伴って、ピストン２３に結合されたシャフト２２およびこれと一体の弁体１９もパワーエレメント３５の方へ移動され、その移動は、弁体１９が弁座１８に着座することによって停止する。
【００３０】
このとき、膨張弁は閉弁しているので、この電磁弁付膨張弁１１を冷媒が流れることはない。しかも、高圧冷媒が、ピストン２３を駆動して、弁体１９を弁座１８に強制的に着座させているので、膨張弁の閉弁状態を維持することができる。なお、リア側の空調が停止していることによって、圧力室２５に導入された高圧の液冷媒が暖められてさらに高圧になる場合があるが、圧力室２５はそのような異常高圧になった場合は、逆止弁が開弁して膨張弁の上流側へ放出し、減圧させるので、異常高圧による悪影響を防止することができる。
【００３１】
ここで、リア側の空調を行うために電磁弁３９が通電されると、電磁弁３９は図４に示したように開弁する。これにより、連通路４２および圧力室２５に充満されている高圧の液冷媒は、電磁弁３９を通って膨張弁の弁座１８よりも下流側に流出する。このとき、圧力室２５内の液冷媒をオリフィス部材４３のオリフィスを介して流出するので、圧力室２５内の圧力は急減することなく漸減する。パワーエレメント３５は、リア側の空調が止まっているときの車室内の高い空気温度を検出していて、感温室内の圧力は高くなっているので、ピストン２３は、ダイヤフラム３８に押されて膨張弁の開弁方向に緩慢に移動されていき、全開位置で停止する。これにより、膨張弁の前後差圧が大きくても、大流量の高圧冷媒が膨張弁を一気に流れることはないので、冷媒流動音を発生することはない。また、電磁弁３９が通電されている間、逆止弁を介して高圧の冷媒が膨張弁の下流側へ常に微少漏れしていることになる。
【００３２】
これにより、レシーバ３から内部熱交換器８の高圧配管３２を通じて高温・高圧の液冷媒が高圧冷媒入口３０に供給されると、その液冷媒は、弁座１８と弁体１９との間の隙間を通って低圧冷媒出口２８へ流出する。このとき、冷媒は、断熱膨張されて低温・低圧の気液混合冷媒となり、冷媒入口配管１２よりリア側蒸発器７へ導入される。なお、図中の矢印は、冷媒の流れ方向を示している。リア側蒸発器７では、導入された冷媒は、車室内の空気との熱交換により蒸発されて冷媒出口配管１３から流出する。その冷媒は、戻り低圧冷媒入口２９より導入され、複数の低圧冷媒の通路を通じて戻り低圧冷媒出口３１へ流出し、戻り低圧配管３３を介して圧縮機１の入口へ戻される。
【００３３】
膨張弁が全開状態で運転を継続すると、やがて、車室内の空気が冷やされてリア側蒸発器７から戻ってくる冷媒の温度が低くなる。冷媒の温度が低くなると、電磁弁付膨張弁１１は、リア側蒸発器７の出口の冷媒が所定の過熱度になるようにリア側蒸発器７に供給する冷媒の流量を制御することになる。
【００３４】
パワーエレメント３５は、そのロアハウジング３７をボディ１６に固定する方法を採らずに、主円柱部１４の二重管構造となっている外管を全周かしめ加工することでパワーエレメント３５の外周部をボディ１６に固定しているため、ロアハウジング３７の開口部を大きくすることができ、これにより、ダイヤフラム３８とロアハウジング３７とによって囲まれた空間を低圧冷媒の通路と大きく連通させるようにした。このため、リア側蒸発器７から戻ってきた冷媒が低圧冷媒の通路を通過するとき、その冷媒がロアハウジング３７に導入されて、その温度がパワーエレメント３５によって検出される。なお、この電磁弁付膨張弁１１では、リア側蒸発器７から導入された冷媒の圧力は、パワーエレメント３５によって検出されない。これは、ピストン２３の有効受圧径（Ｏリング２７の外径に対応する）をダイヤフラム３８の有効受圧径と同じにしてあるからであり、これによってリア側蒸発器７から戻ってきた冷媒の圧力をキャンセルしている。
【００３５】
パワーエレメント３５は、その感温室内の圧力が検出した冷媒の温度に応じて昇降するので、その温度に応じてダイヤフラム３８が弁体１９の開閉方向に変位する。その変位は、ピストン２３を介してシャフト２２および弁体１９に伝達される。これにより、弁体１９のリフトが変化し、リア側蒸発器７に供給する冷媒の流量を制御することになる。
【００３６】
図５は第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図、図６は第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。なお、この図５および図６において、図２ないし図４に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３７】
この第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁６１は、第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁１１と比較して、逆止弁およびピストン２３の構造を変更している。すなわち、高圧の液冷媒を圧力室２５へ導入する逆止弁を、弁体６２にボールを使用したボール弁にしてある。この逆止弁は、弁座を傷付き弁座にしてあり、これにより、第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁１１のリード弁構造の逆止弁と同様に、全閉時でも高圧の液冷媒が微少漏れできるようにしてある。
【００３８】
また、ピストン２３は、パワーエレメント３５のダイヤフラム３８に直接当接するのではなく、ダイヤフラム３８との間にセンターディスク６３を介在させるようにしている。このセンターディスク６３は、熱伝導率の低い材料で作られており、しかも、ピストン２３との接触面積を小さくしている。これにより、圧力室２５に高温・高圧の液冷媒が導入されることによってピストン２３が高温になっても、その温度がダイヤフラム３８に伝熱して感温室内の圧力が高くなり、高圧による膨張弁の閉弁動作が妨げられるのを防止している。
【００３９】
このような電磁弁付膨張弁６１において、電磁弁３９が非通電状態にあるとき、図５に示したように、電磁弁３９は閉弁される。これにより、高圧の液冷媒は、逆止弁を微少漏れして、高圧導入孔４４から連通路４２に導入され、オリフィス部材４３を介して圧力室２５に導入される。したがって、ピストン２３は、膨張弁の弁体１９が弁座１８に着座するまでパワーエレメント３５の方へ移動され、フロント側の空調が行われている間、膨張弁の全閉状態が維持される。
【００４０】
電磁弁３９が通電されると、図６に示したように、電磁弁３９は開弁し、連通路４２および圧力室２５内の冷媒は、膨張弁の下流側へ流出される。オリフィス部材４３が圧力室２５から流出する冷媒の流量を制限することで、圧力室２５の圧力は漸減するので、ピストン２３は急激に膨張弁の開弁方向に動くことはなく、したがって、ピストン２３に固定されたシャフト２２と一体の弁体１９も急激に開弁方向に動くことはないので、大流量の冷媒が流れることはなく、冷媒流動音の発生が抑制される。
【００４１】
図７は第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図、図８は第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。なお、この図７および図８において、図５および図６に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４２】
この第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁７１は、第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁６１と比較して、逆止弁および電磁弁３９の弁構造を変更している。すなわち、この電磁弁付膨張弁７１では、電磁弁３９の装着穴４０がシャフトガイド１７を圧入している中央孔まで貫通されており、そこにプラグ７２が配置されている。このプラグ７２は、その上端がスリーブ４６に嵌合され、下端部がシャフトガイド１７の中まで延出されている。
【００４３】
プラグ７２には、プランジャ４８と対向する面に筒状の弁座４１が一体に形成され、この弁座４１に対して接離する弁体４９は、プランジャ４８と一体に形成されている。プラグ７２のプランジャ４８側とは反対側の端面は、凹設されていて、そこには逆止弁の弁体７３が収容されている。この弁体７３は、筒状の弁座４１と同軸に形成された弁孔を閉じる方向にスプリング７４によって付勢されている。その弁孔内には、シャフト７５が挿入されている。シャフト７５の上部は、プランジャ４８に固定され、下端面は、電磁弁３９が非通電状態のとき、逆止弁の弁孔より突出して逆止弁を開弁するように弁体７３をリフトさせる位置にあり、電磁弁３９が通電状態のときは、逆止弁の弁孔の中に退避して逆止弁を閉弁する位置にある。弁孔の中間部には、ピストン２３の圧力室２５に連通する連通路４２に開口した開口部を有しており、その開口部は微小径に形成されてオリフィス７６を構成している。また、プラグ７２に形成された筒状の弁座４１の周囲の空間は、膨張弁の下流側へ連通するようボディ１６に形成された連通路７７に連絡している。したがって、この電磁弁３９は、非通電時に、圧力室２５を膨張弁の上流側へ連通し、通電時には、圧力室２５を膨張弁の下流側へ連通するように切り換える三方電磁弁になっている。
【００４４】
このような電磁弁付膨張弁７１において、電磁弁３９が非通電状態にあるとき、図７に示したように、電磁弁３９は、コア４７に関してプランジャ４８を付勢しているスプリング５０により、連通路７７を閉じるように弁体４９が弁座４１に着座され、同時に、逆止弁を開弁している。これにより、高圧の液冷媒は、逆止弁およびオリフィス７６を介して連通路４２に入り、圧力室２５に導入される。したがって、ピストン２３は、膨張弁の弁体１９が弁座１８に着座するまでパワーエレメント３５の方へ移動され、フロント側の空調が行われている間、フロント側膨張弁４に供給される冷媒の高圧によって膨張弁の全閉状態が維持される。
【００４５】
電磁弁３９が通電されると、図８に示したように、電磁弁３９はコア４７にプランジャ４８が吸引されて弁体４９が弁座４１よりリフトされるとともに逆止弁の弁体７３が弁孔を閉じる。これにより、連通路４２および圧力室２５内の冷媒は、膨張弁の下流側へ流出される。このとき、オリフィス７６が膨張弁の下流側へ流出する冷媒の流量を制限することで、圧力室２５の圧力は漸減され、したがって、ピストン２３が膨張弁を開弁する動きを遅らせることができるので、大流量の冷媒が一気に流れることはなく、冷媒流動音の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の非通電状態を示す断面図である。
【図８】第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の通電状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ レシーバ
４ フロント側膨張弁
５ フロント側蒸発器
６ 電磁弁付膨張弁
７ リア側蒸発器
８ 内部熱交換器
９，１０ 送風機
１１ 電磁弁付膨張弁
１２ 冷媒入口配管
１３ 冷媒出口配管
１４ 主円柱部
１５ 副円柱部
１６ ボディ
１７ シャフトガイド
１８ 弁座
１９ 弁体
２０ スプリング
２１ ばね受け部材
２２ シャフト
２３ ピストン
２４ Ｏリング
２５ 圧力室
２６ 環状溝
２７ Ｏリング
２８ 低圧冷媒出口
２９ 戻り低圧冷媒入口
３０ 高圧冷媒入口
３１ 戻り低圧冷媒出口
３２ 高圧配管
３３ 戻り低圧配管
３４ バックアップリング
３５ パワーエレメント
３６ アッパーハウジング
３７ ロアハウジング
３８ ダイヤフラム
３９ 電磁弁
４０ 装着穴
４１ 弁座
４２ 連通路
４３ オリフィス部材
４４ 高圧導入孔
４５ リード片
４６ スリーブ
４７ コア
４８ プランジャ
４９ 弁体
５０ スプリング
５１ コイル
５２ ヨーク
６１ 電磁弁付膨張弁
６２ 弁体
６３ センターディスク
７１ 電磁弁付膨張弁
７２ プラグ
７３ 弁体
７４ スプリング
７５ シャフト
７６ オリフィス
７７ 連通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を断熱膨張させる膨張弁とこの膨張弁を閉弁することができる電磁弁とを一体化した電磁弁付膨張弁において、
両端が二重管構造に形成された主円柱部およびこの主円柱部に直交する方向に延出された配管接続部を有するボディと、
前記主円柱部の一端側の第１外管を気密に閉止するように配置されたパワーエレメントと、
前記主円柱部の一端側の第１内管に前記パワーエレメントと当接状態のまま軸方向に進退自在に気密に外嵌されていて前記第１内管の端面との間には圧力室が形成されているピストンと、
前記主円柱部の一端側の前記第１内管と他端側の第２内管との間で軸方向に形成される空間に収容され、前記配管接続部の高圧入口と前記主円柱部の前記第２内管との間の通路を前記パワーエレメントおよび前記ピストンの動きに連動して開閉する弁部と、
前記ピストンの前記圧力室と前記主円柱部の前記第２内管との間の連通路に配置されて非通電時に閉弁し、通電時に開弁する前記電磁弁と、
を備えていることを特徴とする電磁弁付膨張弁。
【請求項２】
前記パワーエレメントは、前記主円柱部の前記第１外管を全周かしめ加工することによって前記ボディに固定されていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項３】
前記ピストンは、前記パワーエレメントのダイヤフラムの変位を前記弁部の弁体へ伝達するディスクと一体になっていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項４】
前記ピストンと前記パワーエレメントのダイヤフラムの変位を前記弁部の弁体へ伝達するディスクとは、別体になっていて、前記ディスクは、熱伝導率の低い材料で作られていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項５】
前記配管接続部の前記高圧入口と前記圧力室側の前記連通路との間に配置されて前記連通路から前記高圧入口への流れを許容し、全閉時には、前記高圧入口に導入された高圧の液冷媒を前記連通路へ微少漏れするようにした逆止弁を備えていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項６】
前記電磁弁は、前記逆止弁と一体に形成され、非通電による閉弁時に前記逆止弁を開弁し、通電による開弁時に前記逆止弁を閉弁する三方電磁弁としたことを特徴とする請求項５記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項７】
前記圧力室側の前記連通路に、前記ピストンの進退動作を遅らせるオリフィスを有していることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項８】
前記ピストンおよび前記パワーエレメントは、前記ピストンと前記パワーエレメントのダイヤフラムとが受圧する有効受圧径を等しくしたことを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項１】
冷媒を断熱膨張させる膨張弁とこの膨張弁を閉弁することができる電磁弁とを一体化した電磁弁付膨張弁において、
両端が二重管構造に形成された主円柱部およびこの主円柱部に直交する方向に延出された配管接続部を有するボディと、
前記主円柱部の一端側の第１外管を気密に閉止するように配置されたパワーエレメントと、
前記主円柱部の一端側の第１内管に前記パワーエレメントと当接状態のまま軸方向に進退自在に気密に外嵌されていて前記第１内管の端面との間には圧力室が形成されているピストンと、
前記主円柱部の一端側の前記第１内管と他端側の第２内管との間で軸方向に形成される空間に収容され、前記配管接続部の高圧入口と前記主円柱部の前記第２内管との間の通路を前記パワーエレメントおよび前記ピストンの動きに連動して開閉する弁部と、
前記ピストンの前記圧力室と前記主円柱部の前記第２内管との間の連通路に配置されて非通電時に閉弁し、通電時に開弁する前記電磁弁と、
を備えていることを特徴とする電磁弁付膨張弁。
【請求項２】
前記パワーエレメントは、前記主円柱部の前記第１外管を全周かしめ加工することによって前記ボディに固定されていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項３】
前記ピストンは、前記パワーエレメントのダイヤフラムの変位を前記弁部の弁体へ伝達するディスクと一体になっていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項４】
前記ピストンと前記パワーエレメントのダイヤフラムの変位を前記弁部の弁体へ伝達するディスクとは、別体になっていて、前記ディスクは、熱伝導率の低い材料で作られていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項５】
前記配管接続部の前記高圧入口と前記圧力室側の前記連通路との間に配置されて前記連通路から前記高圧入口への流れを許容し、全閉時には、前記高圧入口に導入された高圧の液冷媒を前記連通路へ微少漏れするようにした逆止弁を備えていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項６】
前記電磁弁は、前記逆止弁と一体に形成され、非通電による閉弁時に前記逆止弁を開弁し、通電による開弁時に前記逆止弁を閉弁する三方電磁弁としたことを特徴とする請求項５記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項７】
前記圧力室側の前記連通路に、前記ピストンの進退動作を遅らせるオリフィスを有していることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【請求項８】
前記ピストンおよび前記パワーエレメントは、前記ピストンと前記パワーエレメントのダイヤフラムとが受圧する有効受圧径を等しくしたことを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２４９４５（Ｐ２００９−２４９４５Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８９１４３（Ｐ２００７−１８９１４３）
【出願日】平成１９年７月２０日（２００７．７．２０）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２０日（２００７．７．２０）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
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