(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エバポレータ出口の冷媒の過熱度を検出して前記エバポレータに供給する冷媒の流量を制御する膨張弁において、
膨張すべき冷媒が導入される第１ポートの入口圧力と膨張された冷媒が導出される第２ポートの出口圧力との差圧が設定差圧よりも低下したときに前記第１ポートと前記第２ポートとの間の通路を閉じる低差圧感知閉止手段を備えていることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記低差圧感知閉止手段は、前記過熱度に応じて開閉する開閉弁の弁座を構成するとともに前記開閉弁の開閉方向に移動自在に配置されて前記入口圧力と前記出口圧力との前記差圧が前記設定差圧以上のときは前記差圧によって可動範囲の開弁方向先端位置に静止される可動弁座と、前記差圧が前記設定差圧よりも低下したときに前記可動弁座を閉弁方向に移動させて前記開閉弁の弁体に圧接させることで前記開閉弁を閉弁させる付勢部材とを有することを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【請求項３】
前記開閉弁と並列に設置され、前記過熱度が大きくなるに従って前記開閉弁よりも大口径の弁孔を絞る方向に制御する大口径制御弁を備え、
前記大口径制御弁は、前記過熱度による前記開閉弁の制御に連動してパイロット弁が動作することにより主弁を開閉させるパイロット作動弁であり、前記主弁の調圧室と前記パイロット弁との間に配置されて、前記大口径制御弁を制御状態にするかどうかの切り換えをノーマルクローズの電磁弁で行うことを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
【請求項４】
前記低差圧感知閉止手段は、前記過熱度に応じて開閉する開閉弁の上流側または下流側の冷媒通路に設置された差圧弁であることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【請求項５】
前記開閉弁と並列に設置され、前記過熱度が大きくなるに従って前記開閉弁よりも大口径の弁孔を絞る方向に制御する大口径制御弁を備え、
前記大口径制御弁は、前記過熱度による前記開閉弁の制御に連動してパイロット弁が動作することにより主弁を開閉させるパイロット作動弁であり、前記主弁の調圧室と前記パイロット弁との間に配置されて、前記大口径制御弁を制御状態にするかどうかの切り換えをノーマルオープンの電磁弁で行うことを特徴とする請求項４記載の膨張弁。
【請求項６】
前記低差圧感知閉止手段は、前記過熱度に応じて開閉する開閉弁の下流側の冷媒通路に設置された差圧弁と、前記差圧弁と同軸に配置されて前記差圧弁とは反対側に前記第１ポートの前記入口圧力を受圧するピストンとを備え、前記ピストンが受圧する前記入口圧力と前記差圧弁が受圧する前記出口圧力との差圧が前記設定差圧よりも低下したとき前記冷媒通路を閉じるようにしたことを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【請求項７】
前記開閉弁と並列に設置され、前記過熱度が大きくなるに従って前記開閉弁よりも大口径の弁孔を絞る方向に制御する大口径制御弁を備え、
前記大口径制御弁は、前記過熱度による前記開閉弁の制御に連動してパイロット弁が動作することにより主弁を開閉させるパイロット作動弁であり、前記主弁の調圧室と前記パイロット弁との間に配置されて、前記大口径制御弁を制御状態にするかどうかの切り換えをノーマルオープンの差圧弁で行うことを特徴とする請求項６記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膨張弁に関し、特に電気自動車またはハイブリッド電気自動車に搭載される車両用空調装置にて凝縮された液冷媒を膨張させて冷房運転および除湿暖房運転に必要な低温の冷媒を得る膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車においては、内燃機関の冷却水が暖房運転に必要な十分に高い温度にならないことから冷却水を暖房用の熱源に利用することができず、電気自動車にあっては、暖房用の熱源になり得るものはない。そのため、車両用の空調装置には、冷房運転、暖房運転、除湿暖房運転が可能なヒートポンプ式のものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の装置によれば、外気または内気を導入して温度が調整された空気を車室内に吹き出すダクト内に、エバポレータおよび内部コンデンサと、内部コンデンサを通過する空気の割合を調整するエアミックスドアとを備えている。冷凍サイクルは、コンプレッサから、内部コンデンサ、第１のリキッドタンク、第１の膨張弁、外部熱交換器、第２のリキッドタンク、第２の膨張弁およびエバポレータを介して再びコンプレッサに戻る閉回路によって構成されている。
【０００４】
完全な冷房運転時は、第１の膨張弁を全開にし、外部熱交換器をコンデンサとして機能させ、第２の膨張弁の開度を調整することによって低温の冷媒をエバポレータに供給し、エアミックスドアは、内部コンデンサを完全にバイパスさせる側に切り換えられる。この冷房運転時における空気吹出し温度の調整は、内部コンデンサを通過する空気の割合を増やすようにエアミックスドアを調整することによって行われる。
【０００５】
暖房運転時は、第１の膨張弁の開度を調整して外部熱交換器をエバポレータとして機能させ、第２の膨張弁を全開にして外部熱交換器で吸熱された冷媒をエバポレータに供給し、エアミックスドアは、内部コンデンサを完全に通過させる側に切り換えられる。このとき、エバポレータでは、導入された空気との間で多少の熱交換が行われているので、窓ガラスの曇りを防止できる程度の除湿が行われている。
【０００６】
この暖房運転のとき、エバポレータによる除湿が不要なフルヒート運転の場合には、第２の膨張弁およびエバポレータをバイパスさせるバイパス管を設け、外部熱交換器で蒸発した冷媒を直接コンプレッサに向かわせることが行われている。ここで、暖房運転時に除湿を行うかどうかは、バイパス管に二方向弁を設け、その二方向弁を開閉することによって行われる。すなわち、二方向弁を閉弁することにより、外部熱交換器からの冷媒は、第２の膨張弁およびエバポレータを通過して、コンプレッサに行くが、そのとき、第２の膨張弁の開度を調整することによってエバポレータで導入された空気を除湿させることができる。一方、二方向弁を開弁し、第２の膨張弁を閉弁することにより、外部熱交換器からの冷媒は、二方向弁を介してコンプレッサに行くので、エバポレータでの熱交換は行われず、フルヒート運転となる。
【０００７】
この特許文献１に記載のシステムでは、エバポレータの冷媒流れ方向の手前にある膨張弁は、電動式のものを使用しているので、膨張弁を閉弁し、二方向弁を開弁することによって運転モードをフルヒート運転にすることができる。
【０００８】
ところが、エバポレータの冷媒流れ方向手前に設置されている膨張弁は、高価な電子制御の電動式膨張弁に代えて自律制御の可能な温度式膨張弁にしたいという要求がある。この場合、温度式膨張弁は、これが設置されている車室内が極寒状態になっていてその空気温度を検出しているような特殊な場合を除いて通常は開いており、電動式膨張弁のように完全に閉弁することはない。そのため、微少ではあるが、バイパスされるべき冷媒の一部がエバポレータへ漏れて、そのエバポレータで熱交換が生じてしまうことがある。このような熱交換は、フルヒート運転時の損失になる。このような損失は、バイパス管の二方向弁に代えて膨張弁へ向かう配管とバイパス管との接続部に三方向弁を設置することによってなくすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、三方向弁は、構造が複雑で高価であるので、バイパス管の二方向弁はそのままにしながら、膨張弁に電子制御の不要な温度式膨張弁を使いたいが、通常の温度式膨張弁では、フルヒート運転時に損失が生じてしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、車両用空調装置がフルヒート運転の運転モードにあるときに、エバポレータへ冷媒が漏れることのない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】
【００１２】
本発明では上記の課題を解決するために、エバポレータ出口の冷媒の過熱度を検出して前記エバポレータに供給する冷媒の流量を制御する膨張弁において、膨張すべき冷媒が導入される第１ポートの入口圧力と膨張された冷媒が導出される第２ポートの出口圧力との差圧が設定差圧よりも低下したときに前記第１ポートと前記第２ポートとの間の通路を閉じる低差圧感知閉止手段を備えていることを特徴とする膨張弁が提供される。
【００１３】
このような膨張弁によれば、車両用空調装置がフルヒート運転しているエバポレータ休止運転状態のときのように入口圧力と出口圧力との差圧が設定差圧よりも低下したときに低差圧感知閉止手段が第１ポートと第２ポートとの間の通路を閉じる。これにより、膨張弁は、エバポレータへの通路が閉じられることで、冷媒がエバポレータへ漏れることは確実になくなり、エバポレータでの不要な熱交換が防止されることでフルヒート運転時の損失をなくすことができる。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成の膨張弁は、低差圧感知閉止手段が低差圧時に第１ポートと第２ポートとの間の通路を確実に閉じるので、エバポレータをバイパスする回路を二方向弁で構成した冷凍サイクルに使用した場合に、フルヒート運転時の損失を確実になくすことができるという利点がある。
【００１５】
低差圧感知閉止手段は、低差圧時に可動弁座が閉弁方向に移動する構成とすることにより、過熱度の大きさに関係なく閉弁するので、簡単な構成で第１ポートと第２ポートとの間の通路を確実に閉じることができる。
【００１６】
低差圧感知閉止手段は、膨張弁の上流側の第１ポートまたは下流側の第２ポートに設けた差圧弁とすることにより、除湿暖房運転のときにエバポレータにおける適切な蒸発量を確保するように機能する過熱度制御の大口径制御弁を併用した温度式膨張弁にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の膨張弁を適用した車両用空調装置の冷凍サイクルの構成例を示すシステム図である。
【図２】第１の実施の形態に係る膨張弁を示す中央縦断面図である。
【図３】冷凍サイクルの動作を説明する図であって、（Ａ）は冷房運転時の冷凍サイクルを示すモリエル線図、（Ｂ）は除湿暖房運転時の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
【図４】第２の実施の形態に係る膨張弁を示す中央縦断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係る膨張弁を示す中央縦断面図である。
【図６】第４の実施の形態に係る膨張弁を示す中央縦断面図である。
【図７】図６のシャフトの軸線に沿って直角方向に切断した中央縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、車両用空調装置の冷凍サイクルにてエバポレータの出口における冷媒の過熱度が所定の値を維持するようにエバポレータの入口に供給する冷媒の流量を制御する過熱度感知の温度式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。
【００１９】
図１は本発明の膨張弁を適用した車両用空調装置の冷凍サイクルの構成例を示すシステム図である。
この車両用空調装置の冷凍サイクルは、コンプレッサ１と、内部コンデンサ２と、制御弁３およびオリフィス４と、外部熱交換器５と、二方向弁６と、膨張弁７と、エバポレータ８と、アキュムレータ９とを備えている。
【００２０】
コンプレッサ１は、モータが内蔵された電動コンプレッサであり、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量を変化させることができる。このコンプレッサ１の吐出口は、内部コンデンサ２に接続されている。
【００２１】
内部コンデンサ２は、空気温度を調節するよう車室内に配置されたダクトの中の下流側に設置され、コンプレッサ１から吐出された高温の冷媒を導入して凝縮する。内部コンデンサ２は、ダクト内で冷媒の放熱を行うので、エバポレータ８を通過してきた空気を加熱するヒータとして機能する。この内部コンデンサ２の出口は、制御弁３およびオリフィス４に接続されている。
【００２２】
制御弁３およびオリフィス４は、互いに並列に接続されている。制御弁３は、主通路を開閉する弁部とその弁部を開閉駆動するソレノイドとを備え、制御弁３が開弁したときの開口面積は、オリフィス４のそれよりも十分に大きく設定されている。このため、制御弁３が閉弁したときは、内部コンデンサ２から供給された冷媒は、膨張装置としてのオリフィス４を通り、ここで断熱膨張されて外部熱交換器５に供給される。制御弁３が開弁したとき、内部コンデンサ２からの冷媒は、制御弁３をそのまま通過して外部熱交換器５に供給される。
【００２３】
外部熱交換器５は、車室外に設置され、内部を通過する冷媒と外気との間で熱交換を行う。この外部熱交換器５は、冷凍サイクルの運転モードが冷房運転のとき、冷媒を凝縮させるコンデンサとして機能し、暖房運転のときには、冷媒を蒸発させるエバポレータとして機能する。外部熱交換器５の出口は、二方向弁６および膨張弁７の入口に接続されている。
【００２４】
二方向弁６は、膨張弁７およびエバポレータ８をバイパスするよう配管されたバイパス管に設けられ、そのバイパス管を開閉する弁部とその弁部を切換駆動するソレノイドとを備えている。この二方向弁６は、冷房運転および除湿暖房運転の際には閉弁されて、外部熱交換器５から導入される冷媒を膨張弁７へ供給し、フルヒートの暖房運転の際には開弁されて、外部熱交換器５から導入される冷媒をアキュムレータ９へ供給するよう切り換えられる。
【００２５】
膨張弁７は、外部熱交換器５から供給される冷媒を導入するポートＴ１と、断熱膨張されて低温・低圧となった霧状の冷媒をエバポレータ８に導出するポートＴ２と、エバポレータ８から戻ってきた冷媒を通過させるポートＴ３，Ｔ４とを備えている。この膨張弁７は、エバポレータ８の出口における冷媒がポートＴ３，Ｔ４を通過する際に過熱度を検出し、その過熱度が所定の値を維持するようにエバポレータ８の入口に供給する冷媒の流量を制御する温度式膨張弁である。
【００２６】
エバポレータ８は、空気温度を調節するダクト内の上流側に設置され、膨張弁７から吐出された低温の冷媒をダクトに導入された外気または内気との熱交換によって蒸発させる。そのときの蒸発潜熱によって冷却・除湿された空気は、エアミックスドアの開度に応じて内部コンデンサ２を通過するものと、内部コンデンサ２を迂回するものとに振り分けられる。内部コンデンサ２を通過した空気は、そこで加熱される。加熱された空気は、内部コンデンサ２を迂回した空気と内部コンデンサ２の下流側で混合され、所定の温度に調整されて車室内に吹き出される。
【００２７】
アキュムレータ９は、冷凍サイクルを循環する冷媒の一部を溜めておくもので、気液分離された気相冷媒と液相冷媒の下部に溜まった潤滑油とをコンプレッサ１に導出する機能を有している。
【００２８】
図２は第１の実施の形態に係る膨張弁を示す中央縦断面図、図３は冷凍サイクルの動作を説明する図であって、（Ａ）は冷房運転時の冷凍サイクルを示すモリエル線図、（Ｂ）は除湿暖房運転時の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
【００２９】
第１の実施の形態に係る膨張弁１０は、そのボディ１１の下方側部に外部熱交換器５の冷媒の出口に接続されるポートＴ１が設けられ、ボディ１１の反対側の側部には、エバポレータ８に接続されるポートＴ２が設けられている。ボディ１１の上方には、エバポレータ８およびアキュムレータ９が接続されるポートＴ３，Ｔ４が設けられている。
【００３０】
ボディ１１の下方には、ポートＴ１と接続される大径シリンダおよびポートＴ２と接続される小径シリンダとがボディ１１の長手方向（図の上下方向）に同軸配置されている。大径シリンダには、その軸方向に進退自在に可動弁座１２が配置され、可動弁座１２の外周には、シール用のＯリング１３が設けられている。大径シリンダと小径シリンダとの境界に形成される段差部は、可動弁座１２のストッパとして機能し、可動弁座１２の可動範囲の上限を規定している。この可動弁座１２は、また、小径シリンダの中に設置された付勢部材とする圧縮コイルスプリング１４によって図の下方へ付勢されている。この圧縮コイルスプリング１４の荷重は、ポートＴ１の入口圧力Ｐ１とポートＴ２の出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰが、たとえば、０．１ＭＰａとする設定差圧よりも低くなると可動弁座１２を図の下方へ押し下げることができる値に設定されている。
【００３１】
大径シリンダの中には、ボール形状の弁体１５が可動弁座１２に対し接離自在に配置されている。この弁体１５は、大径シリンダの中に配置された圧縮コイルスプリング１６によって可動弁座１２に着座させる方向に付勢されている。圧縮コイルスプリング１６は、ボディ１１の下端面に螺着されたアジャストねじ１７によって受けられている。このアジャストねじ１７は、圧縮コイルスプリング１６の荷重を調整し、延いては、この膨張弁１０によって制御されるべき過熱度の値を設定している。
【００３２】
ボディ１１は、また、図の上下方向に進退自在にシャフト１８を支持しており、その一端部は小径シリンダおよび可動弁座１２の弁孔を貫通して延びている。シャフト１８の下端面が弁体１５に当接されている。シャフト１８の他端部は、ボディ１１の図の上端部に螺着されたパワーエレメント１９に当接されている。パワーエレメント１９は、アッパーハウジングと、ロアハウジングと、これらによって囲まれた空間を仕切るダイヤフラムと、このダイヤフラムの下面に配置されたディスクとを有し、そのディスクの下面は、シャフト１８の上端面が当接されている。アッパーハウジングとダイヤフラムとによって囲まれた閉止空間には、冷凍サイクルを循環する冷媒に類似した特性を有する物質が封入されている。ロアハウジングとダイヤフラムとによって囲まれた空間は、ポートＴ３，Ｔ４間を連通する戻り冷媒通路に連通しており、この戻り冷媒通路を流れる冷媒を導入できるようになっている。このパワーエレメント１９は、ポートＴ３，Ｔ４間の戻り冷媒通路を流れる冷媒の過熱度を検出し、その過熱度に応じてシャフト１８を介して弁体１５の軸方向位置、すなわち弁開度をフィードバック制御する。ここで、パワーエレメント１９、可動弁座１２および弁体１５は、過熱度に応じて開閉する開閉弁を構成している。
【００３３】
次に、以上の構成の膨張弁１０の動作について図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１において、矢印は、冷媒の流れを示している。また、図１における符号ａ〜ｆは、図３のモリエル線図上の冷凍サイクルに付した点の符号に対応している。なお、図１の膨張弁７は、図２に示した第１の実施の形態に係る膨張弁１０として説明する。
【００３４】
まず、車両用空調装置の運転モードが冷房運転のときは、図１のシステムでは、制御弁３が開弁され、二方向弁６が閉弁される。これにより、内部コンデンサ２および外部熱交換器５は、冷凍サイクルのコンデンサとして機能する。ダクト内では、エアミックスドアが全閉またはそれに近い開度に制御されて内部コンデンサ２を完全にまたはほとんどバイパスさせる側に切り換えられる。このとき、膨張弁１０は、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰが十分大きいので、可動弁座１２は、その差圧ΔＰによって図２に示した上限位置まで移動されてそこに静止している。また、冷房運転のときの冷凍サイクルは、図３の（Ａ）に示した振る舞いとなる。
【００３５】
冷房運転のとき、コンプレッサ１は、アキュムレータ９から冷媒を吸入し（点ａ）、断熱圧縮して高温・高圧の冷媒を吐出する（点ｂ）。コンプレッサ１から吐出された冷媒は、内部コンデンサ２、制御弁３および外部熱交換器５を通過するときに放熱されて凝縮され、膨張弁１０に導入される（点ｅ）。この冷媒は、膨張弁１０に到達するときには、過冷却された液相状態になっている。膨張弁１０では、そのポートＴ１に導入された液冷媒は、可動弁座１２と弁体１５との間の隙間を介してポートＴ２に流れるが、その隙間を通過するときに、断熱膨張されて低温・低圧の蒸気冷媒となる（点ｆ）。この蒸気冷媒は、エバポレータ８に供給され、エバポレータ８では、車室内の空気との熱交換によって蒸発される。このとき、空気は蒸発潜熱により熱が奪われて冷やされ、冷やされた空気が車室内に吹き出されることになる。蒸発された冷媒は、膨張弁１０のポートＴ３に導入され、そのままポートＴ４より導出される。膨張弁１０から導出された冷媒は、アキュムレータ９を介してコンプレッサ１に戻る。このとき、コンプレッサ１に戻される冷媒は、エバポレータ８によって所定の過熱度ＳＨまで過熱された状態になっている。
【００３６】
膨張弁１０は、エバポレータ８から出た冷媒を通過させるとき、パワーエレメント１９によって冷媒の過熱度ＳＨを検出している。この検出値は、シャフト１８を介して弁体１５にフィードバックされ、弁体１５は、検出した過熱度ＳＨが一定になるようにエバポレータ８に供給する冷媒の流量を制御している。すなわち、過熱度ＳＨが大きくなると、パワーエレメント１９は、シャフト１８を介して弁体１５を開弁する方向に駆動する。これにより、エバポレータ８に供給する冷媒の流量が増える。エバポレータ８では、冷媒を蒸発させる熱量は同じなので、流量が増えた分、過熱度ＳＨが小さくなる。逆に、過熱度ＳＨが小さくなると、パワーエレメント１９のダイヤフラムが弁体１５から離れる方向に変位するので、弁体１５は、圧縮コイルスプリング１６の付勢力によって閉弁方向に駆動される。これにより、エバポレータ８に供給する冷媒の流量が減少し、エバポレータ８では、流量が減少した分、過熱度ＳＨが大きくなる。このようにして、膨張弁１０は、エバポレータ８から導出された冷媒の過熱度ＳＨが一定になるように制御している。
【００３７】
次に、車両用空調装置の運転モードが除湿運転の場合について説明する。除湿暖房運転のとき、図１のシステムでは、制御弁３および二方向弁６が閉弁される。これにより、オリフィス４が膨張装置として機能し、外部熱交換器５が冷凍サイクルのエバポレータとして機能する。ダクト内では、エアミックスドアが全開またはそれに近い開度に制御されて内部コンデンサ２を完全にまたはほとんど通過させる側に切り換えられる。このときも、膨張弁１０は、断熱膨張をしているので、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰによって、可動弁座１２は、図２に示した上限位置に静止している。
【００３８】
除湿暖房運転のとき、コンプレッサ１は、アキュムレータ９から冷媒を吸入し（点ａ）、断熱圧縮して高温・高圧の冷媒を吐出する（点ｂ）。コンプレッサ１から吐出された冷媒は、内部コンデンサ２にてエバポレータ８を通過してきた空気との熱交換によって凝縮され、過冷却状態でオリフィス４に導入される（点ｃ）。このとき、内部コンデンサ２を通過してきた空気は、加熱されて車室内に吹き出される。凝縮された液冷媒は、オリフィス４を通過するときに断熱膨張されて低温・低圧の蒸気冷媒となり（点ｄ）、外部熱交換器５に導入される。その冷媒は、外部熱交換器５では、外気との熱交換によって蒸発され、膨張弁１０に導入される（点ｅ）。膨張弁１０では、ポートＴ１より導入された冷媒は、可動弁座１２と弁体１５との間の隙間を通過するときに、断熱膨張されてさらに低温・低圧の蒸気冷媒となる（点ｆ）。この蒸気冷媒は、エバポレータ８に供給され、エバポレータ８では、車室内の空気との熱交換によってさらに蒸発される。このとき、ダクトに導入された空気は、エバポレータ８を通過するときに冷やされることで除湿され、内部コンデンサ２を通過するときに加熱される。エバポレータ８から導出された冷媒は、膨張弁１０およびアキュムレータ９を介してコンプレッサ１に戻る。
【００３９】
このとき、膨張弁１０は、エバポレータ８の出口の冷媒が所定の過熱度ＳＨに維持されるようにエバポレータ８に供給する冷媒の流量を調整している。すなわち、過熱度ＳＨが大きくなると、パワーエレメント１９は、シャフト１８を介して可動弁座１２との間の隙間を開ける方向に弁体１５を駆動する。これにより、エバポレータ８に供給される冷媒の流量が増え、過熱度ＳＨが小さくなる。逆に、過熱度ＳＨが小さくなると、パワーエレメント１９のダイヤフラムが図の上方向に変位するので、弁体１５は、圧縮コイルスプリング１６の付勢力によって閉弁方向に駆動される。これにより、エバポレータ８に供給される冷媒の流量が減少し、過熱度ＳＨが大きくなる。このようにして、この膨張弁１０は、エバポレータ８の出口の冷媒が所定の過熱度ＳＨを維持するように制御する。
【００４０】
次に、車両用空調装置の運転モードがフルヒート運転の場合について説明する。フルヒート運転のとき、図１のシステムでは、制御弁３が閉弁され、二方向弁６は開弁される。これにより、オリフィス４が膨張装置として機能し、膨張弁１０およびエバポレータ８は二方向弁６によってバイパスされる。
【００４１】
このフルヒート運転のとき、オリフィス４が膨張装置として機能し、外部熱交換器５がエバポレータとして機能するので、冷凍サイクルの動作としては、冷房運転のときと同じである。このとき、膨張弁１０およびエバポレータ８がバイパスされることにより、これら膨張弁１０およびエバポレータ８の中はほぼ均圧となり、膨張弁１０の入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰは、圧縮コイルスプリング１４による設定差圧よりも低下する。この結果、可動弁座１２は、圧縮コイルスプリング１４によって、弁体１５に向かって図の下方へ押し下げられ、可動弁座１２が弁体１５に圧接して膨張弁１０は閉弁されることになる。このとき、パワーエレメント１９が過熱度の変化を感知して弁体１５の位置を変化させたとしても、可動弁座１２は、その位置に追従して動くので、膨張弁１０の閉弁状態は、常に維持されることになる。ここでは、可動弁座１２および圧縮コイルスプリング１４は、膨張弁１０の入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰが設定差圧よりも低下したときに、弁体１５と協動してポートＴ１，Ｔ２間の冷媒通路を閉止するので、低差圧感知閉止手段とする。この低差圧感知閉止手段は、フルヒート運転のとき、膨張弁１０が確実に閉止状態になるので、外部熱交換器５からの冷媒がエバポレータ８の側に漏れ出て、エバポレータ８が熱交換をしてしまうということがなくなり、フルヒート運転時の損失を確実になくすことができる。
【００４２】
図４は第２の実施の形態に係る膨張弁を示す中央縦断面図である。なお、この図４において、図２に示した構成要素と同じまたは均等の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適宜省略する。
【００４３】
この膨張弁２０は、低差圧感知閉止手段を、除湿暖房運転のときにエバポレータ８における適切な蒸発量を確保する機能を備えた温度式膨張弁に適用したものである。すなわち、除湿暖房運転のときは、図３の（Ｂ）のモリエル線図において、点ｄと点ｅとの間で外部熱交換器５による冷媒の蒸発が行われ、点ｆと点ａとの間でエバポレータ８による冷媒の蒸発が行われる。このとき、たとえば外部熱交換器５において冷媒のほとんどが蒸発してしまいエバポレータ８での蒸発量がなくなる（点ｄと点ｅとのエンタルピの差が極端に小さくなる）と、エバポレータ８での除湿機能が失われてしまう。加えて、冷凍サイクルを循環するコンプレッサ１の潤滑油は、完全に蒸発した冷媒によっては運ぶことができないので、完全に蒸発する側の外部熱交換器５に留まってしまい、コンプレッサ１に戻されない場合が生じる。この膨張弁２０では、外部熱交換器５での蒸発状態からとエバポレータ８での蒸発状態へ移る状態遷移のポイント（点ｅ，ｆ）を制御してエバポレータ８における適切な蒸発量を確保する機能を備えている。この機能は、具体的には、膨張弁２０の入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰが高くなると、図３の（Ｂ）に点線で示したように、エバポレータ８での蒸発量（点ｆと点ａとのエンタルピの差）が増えるという原理を利用している。
【００４４】
そのために、この膨張弁２０では、第１の実施の形態に係る膨張弁１０に、可動弁座１２の弁孔よりも大きな口径の弁孔を有する大口径制御弁を追加している。この大口径制御弁は、可動弁座１２および弁体１５からなる開閉弁（以下、小口径制御弁という）に並列に配置されてポートＴ１とポートＴ２との通路を開閉する大口径の主弁２１と、弁体がシャフト１８と一体に形成されたパイロット弁２２とを有している。
【００４５】
大口径制御弁の主弁２１は、ポートＴ２に連通する小径シリンダに開口した大口径の弁孔を有し、その弁孔と同一軸線上に形成されたシリンダには、弁体が大口径の弁孔を開閉する方向に進退自在に配置されている。シリンダは、弁体によって仕切られているが、弁孔のある側と反対側には調圧室２３が形成され、その調圧室２３には、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングが配置されている。弁体には、パイロット弁２２よりも十分に小さな開口面積を有する貫通孔か穿設され、ポートＴ１に導入された高圧の冷媒が調圧室２３の中に漏れることができるようにしている。
【００４６】
調圧室２３とパイロット弁２２との間には、大口径制御弁を制御状態にするかどうかの切り換えを行うオン・オフ動作の電磁弁２４が配置されている。この電磁弁２４は、通電されていないとき閉弁し、通電されると開弁して大口径制御弁を制御状態にするノーマルクローズの制御弁である。
【００４７】
パイロット弁２２は、パワーエレメント１９によって駆動されるシャフト１８と一体に弁体が形成され、弁孔は、ポートＴ２に連通する空間、すなわち、小口径制御弁の下流側空間に開口されている。
【００４８】
以上の構成の膨張弁２０によれば、冷房運転のとき、電磁弁２４が非通電状態にされて閉弁状態にされる。このとき、調圧室２３は、閉じた空間になっており、貫通孔を介してポートＴ１に連通されている。このため、調圧室２３は、ポートＴ１の高圧の入口圧力Ｐ１に等しい圧力になっており、一方、ポートＴ２は、低圧の出口圧力Ｐ２になっているので、これらの差圧ΔＰによって大口径制御弁の主弁２１は閉じている。同時に、低差圧感知閉止手段の可動弁座１２も、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰによって可動範囲上限位置に移動され、静止している。したがって、膨張弁２０は、小口径制御弁のみによる普通の温度式膨張弁として働く。
【００４９】
除湿暖房運転のときの膨張弁２０は、電磁弁２４が通電により開弁され、調圧室２３とパイロット弁２２とは連通状態になる。この場合、調圧室２３の冷媒は、貫通孔を介して流入される量よりもパイロット弁２２を介してポートＴ２に流出する量が多いので、調圧室２３の中の圧力は、ポートＴ２の出口圧力Ｐ２に近くなる。このため、主弁２１の弁体は、スプリングの付勢力に抗してポートＴ１の高い入口圧力Ｐ１によってリフトされ、大口径制御弁が開弁される。この大口径制御弁は、小口径制御弁に比較して開口面積が非常に大きいので、膨張弁２０は、実質的に、大口径制御弁だけによる制御となる。
【００５０】
この状態で、過熱度ＳＨが大きくなると、パワーエレメント１９は、シャフト１８を駆動してパイロット弁２２を閉弁方向に動かす。これにより、調圧室２３の圧力が上がるので、主弁２１は、その閉弁方向に動き、ポートＴ１の入口圧力Ｐ１（ｅ点）が上がり、外部熱交換器５において蒸発圧力が高くなることで冷媒の蒸発する量が減り、その代わり、エバポレータ８での蒸発量が増えることになる。エバポレータ８での蒸発量が増えることによって、過熱度ＳＨは小さくなる。逆に、過熱度ＳＨが小さくなると、結果的に、過熱度ＳＨが大きくなる方向に制御される。このようにして、膨張弁２０は、エバポレータ８から導出される冷媒の過熱度ＳＨが一定になるように制御し、エバポレータ８での適度な蒸発量を確保している。
【００５１】
フルヒート運転のときの膨張弁２０は、電磁弁２４が非通電により閉弁されて、大口径制御弁が制御状態から外され、閉弁状態が維持される。このとき、膨張弁２０およびエバポレータ８も、冷凍サイクルから外されるので、膨張弁２０の入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰは、圧縮コイルスプリング１４による設定差圧よりも低下する。この結果、可動弁座１２は、圧縮コイルスプリング１４により付勢されて弁体１５に圧接され、小口径制御弁は閉弁される。これにより、膨張弁１０は、小口径制御弁も大口径制御弁も閉弁状態になるので、外部熱交換器５からの冷媒がエバポレータ８の側に漏れることがなくなり、フルヒート運転時の損失を確実になくすことができる。
【００５２】
図５は第３の実施の形態に係る膨張弁を示す中央縦断面図である。なお、この図５において、図４に示した構成要素と同じまたは均等の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適宜省略する。
【００５３】
この膨張弁３０は、低差圧感知閉止手段を、除湿暖房運転のときにエバポレータ８における適切な蒸発量を確保する機能を備えた温度式膨張弁に適用したものであって、ノーマルオープンの電磁弁２４を備えている。また、膨張弁３０の低差圧感知閉止手段として、冷媒出口のポートＴ２に差圧弁３１を備えている。
【００５４】
電磁弁２４は、調圧室２３とパイロット弁２２との間の通路を開閉する弁体がスプリングによって開弁方向に付勢されており、可動鉄芯が固定鉄芯から離れる方向にスプリングによって付勢されており、通電時に可動鉄芯が弁体を付勢して閉弁する構成を有している。この電磁弁２４は、また、冷房または除湿暖房運転時において冷媒入口のポートＴ１が高い入口圧力Ｐ１になっているときに通電により閉弁した場合、その後、非通電にしても、入口圧力Ｐ１と差圧弁３１の上流側の中間圧力Ｐ２’との差圧によって閉弁状態を維持することができる。この電磁弁２４の閉弁状態は、冷凍サイクルの二方向弁６を開弁して運転モードをフルヒート運転に切り換え、入口圧力Ｐ１と差圧弁３１の上流側の中間圧力Ｐ２’との差圧を電磁弁２４の弁体の開弁方向の付勢力よりも低下させることで解除され、開弁状態に戻される。
【００５５】
差圧弁３１は、ポートＴ２の側にエバポレータ８への配管が接続される大径シリンダと小口径制御弁および大口径制御弁の下流側に連通する小径シリンダとを同軸に穿設することにより形成される段差部を弁座としている。差圧弁３１は、下流側の大径シリンダに段差部に対して接離自在に配置された弁体３２と、大径シリンダ内で弁体３２を軸線方向に進退自在に支持する支持部３３と、弁体３２と支持部３３との間に配置されて弁体３２を閉弁方向に付勢する圧縮コイルスプリング３４とを有している。この圧縮コイルスプリング３４の荷重は、差圧弁３１の上流側の中間圧力Ｐ２’とポートＴ２の出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰが、たとえば、０．０１ＭＰａとする設定差圧よりも低くなると弁体３２を付勢して閉弁する値に設定されている。
【００５６】
以上の構成の膨張弁３０によれば、冷房運転を開始するとき、電磁弁２４が通電されて閉弁状態にされる。これにより、冷房運転開始前に閉弁状態にあった大口径制御弁の調圧室２３は、閉じた空間になる。ポートＴ１の入口圧力Ｐ１が徐々に高くなると、貫通孔を介して連通する調圧室２３の圧力も高くなり、ポートＴ１の入口圧力Ｐ１に等しい圧力になる。一方、冷房運転開始直後の差圧弁３１は、前後差圧が少なくて閉じており、中間圧力Ｐ２’もポートＴ２の出口圧力Ｐ２に等しくなっている。したがって、調圧室２３の圧力（＝Ｐ１）と中間圧力Ｐ２’の差圧により、大口径制御弁は、その閉弁状態を維持し、電磁弁２４も、その閉弁状態を維持する。ポートＴ１の入口圧力Ｐ１が高くなると、膨張弁２０は、小口径制御弁のみによる普通の温度式膨張弁として働く。このとき、差圧弁３１は、その上流側の中間圧力Ｐ２’がポートＴ２の出口圧力Ｐ２よりも十分に高くなるので全開し、小口径制御弁で断熱膨張された冷媒は、ポートＴ２からエバポレータ８に送り出されることになる。この小口径制御弁のみによる冷房運転の動作が安定すると、電磁弁２４は、非通電状態にされる。非通電状態になっても、差圧（Ｐ１−Ｐ２’）による電磁弁２４の閉弁状態は変わらないので、その後の冷房運転中は、電磁弁２４を通電しない分、第２の実施の形態に係る膨張弁２０よりも電磁弁２４の消費電力を低減することができる。
【００５７】
フルヒート運転のときは、冷凍サイクルの二方向弁６が開弁されて、膨張弁３０およびエバポレータ８が冷凍サイクルから外される。これにより、このフルヒート運転が車両用空調装置の起動直後の場合、冷凍サイクル内に差圧はないので、大口径制御弁は閉弁し、電磁弁２４は開弁し、差圧弁３１は閉弁している。一方、このフルヒート運転が冷房運転からの移行の場合、二方向弁６によって膨張弁３０が冷凍サイクルから外されることで、膨張弁３０の入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差圧ΔＰが小さくなる。このとき、差圧弁３１は、その前後差圧が圧縮コイルスプリング３４による設定差圧よりも低下すると閉弁する。これにより、外部熱交換器５からの冷媒がエバポレータ８の側に漏れることがなくなるので、この膨張弁３０は、フルヒート運転時の損失を確実になくすことができる。また、冷房運転時に閉弁されていた電磁弁２４は、その弁体の前後差圧が小さくなることで、開弁状態になる。
【００５８】
除湿暖房運転は、フルヒート運転からの移行となる。このとき、電磁弁２４は、開弁されて調圧室２３とパイロット弁２２とを連通状態にし、大口径制御弁を制御状態にしている。冷凍サイクルの二方向弁６が閉弁されて、外部熱交換器５からの冷媒が膨張弁３０に導入されるようになると、主弁２１の弁体は、ポートＴ１に導入された冷媒の入口圧力Ｐ１によってリフトされ、大口径制御弁が開弁される。その結果、大口径制御弁の下流側の中間圧力Ｐ２’が高くなるので、差圧弁３１は全開となり、膨張弁３０は、大口径制御弁による過熱度制御状態になる。
【００５９】
この制御状態において、過熱度ＳＨが大きくなると、これを感知するパワーエレメント１９は、シャフト１８を駆動してパイロット弁２２を閉弁方向に駆動する。これにより、調圧室２３の圧力が上がるので、主弁２１は、その閉弁方向に動き、ポートＴ１の入口圧力Ｐ１（ｅ点）が上がり、外部熱交換器５において蒸発圧力が高くなることで冷媒の蒸発する量が減り、その代わり、エバポレータ８での蒸発量が増えることになる。エバポレータ８での蒸発量が増えることによって、過熱度ＳＨは小さくなる。逆に、過熱度ＳＨが小さくなると、結果的に、過熱度ＳＨが大きくなる方向に制御される。このようにして、膨張弁３０は、エバポレータ８から導出される冷媒の過熱度ＳＨが一定になるように制御し、エバポレータ８での適度な蒸発量を確保している。
【００６０】
なお、この実施の形態では、差圧弁３１を小口径制御弁および大口径制御弁の下流側のポートＴ２に設置してあるが、ポートＴ１，Ｔ２間に差圧がないときに小口径制御弁と大口径制御弁との通路を同時に閉じていればよいので、上流側のポートＴ１に設置してもよい。
【００６１】
図６は第４の実施の形態に係る膨張弁を示す中央縦断面図、図７は図６のシャフトの軸線に沿って直角方向に切断した中央縦断面図である。なお、この図６および図７において、図５に示した構成要素と同じまたは均等の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適宜省略する。
【００６２】
この膨張弁４０は、低差圧感知閉止手段を、除湿暖房運転のときにエバポレータ８における適切な蒸発量を確保する機能を備えた温度式膨張弁に適用したものであって、第２および第３の実施の形態に係る膨張弁２０，３０よりも省電力化している。また、この膨張弁４０の低差圧感知閉止手段としての差圧弁３１は、ポートＴ１の入口圧力Ｐ１とポートＴ２の出口圧力Ｐ２との差圧によって動くように構成している。
【００６３】
膨張弁４０は、第３の実施の形態に係る膨張弁３０の電磁弁２４を廃止し、電磁弁２４にて電磁力以外にも差圧で動作していた弁体の機能を、図７に示したように、ノーマルオープンの差圧弁４１で実現している。この差圧弁４１は、調圧室２３とパイロット弁２２との間の通路を開閉する弁体がスプリングによって開弁方向に付勢された構成を有している。したがって、この差圧弁４１は、冷房運転のときのように、膨張弁４０の入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２とに大きな差圧があるとき閉弁して、大口径制御弁を閉弁状態にする。差圧弁４１は、また、除湿暖房のときのように、ポートＴ１に導入される冷媒の入口圧力Ｐ１がオリフィス４によって急減されたときには開弁して大口径制御弁をパイロット弁２２による制御状態にする。もちろん、膨張弁４０に差圧が発生しないフルヒート運転のときも、差圧弁４１は開弁するが、これで大口径制御弁が制御動作するわけではない。
【００６４】
差圧弁３１は、図６に示したように、ポートＴ２の大径シリンダと同軸の小径シリンダ内に配置されてポートＴ１の入口圧力Ｐ１を受圧するピストン４２を備えている。このピストン４２は、入口圧力Ｐ１の受圧面とは反対側にシャフト１８を挟んで配置された複数の連結棒を有し、入口圧力Ｐ１を弁体３２に伝達できるようにしている。このため、ピストン４２は、連結棒および弁体３２の支持体とともに一体に形成されているのがよい。
【００６５】
ここで、車両用空調装置が運転停止しているとき、または、図１に示す二方向弁６が開弁して車両用空調装置がフルヒート運転（または、エバポレータ休止運転）のとき、冷凍サイクル内または以上の構成の膨張弁４０の中に大きな差圧はない。このため、大口径制御弁の主弁２１は、その調圧室内のスプリングにより付勢されて閉弁され、差圧弁４１においても、そのスプリングにより付勢されて開弁されている。
【００６６】
車両用空調装置を冷房運転で起動する場合またはエバポレータ休止運転状態から冷房運転に切り換える場合について説明する。冷房運転は、図１のシステムにて制御弁３が開弁され、二方向弁６が閉弁され、コンプレッサ１が回転することによって開始される。冷房運転を開始しようとする場合、通常は、車室内の温度は高いので、パワーエレメント１９は、その高い温度を感知しているので、小口径制御弁を駆動して開弁し、大口径制御弁のパイロット弁２２は概ね閉じた閉弁状態にある。
【００６７】
コンプレッサ１が回転を開始すると、膨張弁４０のポートＴ１の入口圧力Ｐ１が高くなり、ポートＴ２の出口圧力Ｐ２が低くなるので、その差圧を低差圧感知閉止手段としての差圧弁３１が感知して開弁される。このとき、パイロット弁２２も概ね閉じているので、大口径制御弁は閉じた状態のままとなり、膨張弁４０は、小口径制御弁とパワーエレメント１９とによる通常の温度式膨張弁として動作する。なお、パイロット弁２２が閉じていない場合でも、差圧弁４１は、その前後の差圧により閉弁するので、同じく大口径制御弁の主弁２１は、その閉弁状態を維持することになる。パイロット弁２２が閉じている場合でも、小口径制御弁およびパワーエレメント１９が通常の温度式膨張弁として働いているので、やがて小口径制御弁が流量制御を開始すると、それに連動してパイロット弁２２が開き、差圧弁４１が閉弁することになる。
【００６８】
次に、制御弁３を閉弁して、冷房運転から除湿暖房運転に運転モードの切り換えをしたときには、主弁２１が開弁して大口径制御弁による過熱度制御が行われる。すなわち、除湿暖房運転では、オリフィス４が膨張装置として機能し、外部熱交換器５がエバポレータとして機能する。このとき、オリフィス４が高圧の冷媒を減圧するので、膨張弁４０では、そのポートＴ１に導入される冷媒の入口圧力Ｐ１が急激に低下する。これにより、差圧弁４１の前後差圧が小さくなることによって、まず、差圧弁４１が開弁し、調圧室２３の冷媒を差圧弁４１およびパイロット弁２２を介して小口径弁の下流側空間に流す。したがって、主弁２１が入口圧力Ｐ１によりリフトされることで、大口径制御弁が開弁され、ポートＴ１に導入された冷媒は、主弁２１および差圧弁３１を介してポートＴ２に流れることになる。それ以降、膨張弁４０は、パワーエレメント１９が検出するエバポレータ８の出口の冷媒の過熱度ＳＨに応じて大口径制御弁の絞り制御が行われる。
【００６９】
なお、この膨張弁４０は、冷房運転から除湿暖房運転への運転モードの切換を行うことはできるが、差圧弁４１を閉弁させるアクチュエータを備えていないので、その逆の運転モードの切り換えを行うことができない。しかし、この除湿暖房運転から冷房運転への運転モードの切り換えのときに、一度、運転モードをフルヒート運転へ切り換えることによって可能になる。すなわち、除湿を行わないフルヒート運転は、二方向弁６を開弁し、エバポレータ休止運転状態にする。これにより、主弁２１の前後差圧がなくなって主弁２１が閉弁する。この状態で、制御弁３を開弁して冷房運転を開始すると、ポートＴ１に導入される高圧の入口圧力Ｐ１によって、低差圧感知閉止手段としての差圧弁３１が開弁し、このとき、差圧弁４１は閉弁することになる。このように、除湿暖房運転から冷房運転へ運転モードの切り換えは、一度、運転モードを暖房運転に切り換えることによって可能になる。
【符号の説明】
【００７０】
１  コンプレッサ
２  内部コンデンサ
３  制御弁
４  オリフィス
５  外部熱交換器
６  二方向弁
７  膨張弁
８  エバポレータ
９  アキュムレータ
１０  膨張弁
１１  ボディ
１２  可動弁座
１３  Ｏリング
１４  圧縮コイルスプリング
１５  弁体
１６  圧縮コイルスプリング
１７  アジャストねじ
１８  シャフト
１９  パワーエレメント
２０  膨張弁
２１  主弁
２２  パイロット弁
２３  調圧室
２４  電磁弁
３０  膨張弁
３１  差圧弁
３２  弁体
３３  支持部
３４  圧縮コイルスプリング
４０  膨張弁
４１  差圧弁
４２  ピストン
Ｐ１  入口圧力
Ｐ２  出口圧力
Ｐ２’  中間圧力
【図１】
0005604626.tif 000002
【図２】
0005604626.tif 000003
【図３】
0005604626.tif 000004
【図４】
0005604626.tif 000005
【図５】
0005604626.tif 000006
【図６】
0005604626.tif 000007
【図７】
0005604626.tif 000008