(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温・高圧の冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の冷媒にするとともに、蒸発器出口の冷媒の蒸発状態が所定の過熱度を有するように冷媒流量を制御する膨張弁において、
膨張弁の出口圧力を前記過熱度によって決定される外部信号によって設定できる電磁式定圧弁によって構成し、
前記電磁式定圧弁は、前記出口圧力を受圧するダイヤフラムと、前記出口圧力の高低変化に応じて変位する前記ダイヤフラムによって閉弁方向または開弁方向に弁体が付勢される弁部と、前記外部信号によって前記ダイヤフラムを前記弁部と反対側から付勢することにより前記出口圧力を設定するソレノイド部とを備え、前記外部信号が供給されないときの前記出口圧力の設定を、冷凍サイクル作動時の最低圧力より低く設定したことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記ソレノイド部は、前記出口圧力が前記蒸発器出口の冷媒温度に対応した圧力に設定される電流値で駆動されることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膨張弁に関し、特に自動車のフロント側とリア側とで別々に温度調整することができる自動車用空調装置において、リア側の冷凍サイクルの回路で使用するのに適した膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置には、フロント側とリア側とで別々に室内の温度を調整できるようにしたものがある。このような自動車用空調装置では、室内用熱交換器である蒸発器がフロント側とリア側とにそれぞれに備えられている。これら蒸発器は、冷凍サイクル内では、並列に接続されており、これらに流す冷媒の量をそれぞれ調節することにより、各蒸発器で熱交換される室内空気の温度をそれぞれ調節することができる。
【０００３】
その蒸発器に送り込む冷媒の流量を調節するのが膨張弁である。膨張弁は、一般に、室内空気と熱交換されて蒸発器の出口から送り出される低圧冷媒の温度および圧力の変化を感知して作動するパワーエレメントにより弁を駆動し、蒸発器に送り込まれる冷媒の流量を制御している。
【０００４】
ここで、フロント側およびリア側の両方で独立して空調を行う場合、各蒸発器の出口の冷媒の温度および圧力をもとにそれぞれの膨張弁を制御することになる。また、フロント側のみ空調を行い、リア側の空調は行わない場合には、リア側の蒸発器に冷媒が流れ込まないよう、たとえば電磁弁を使ってリア側の冷媒流路を遮断するようにしている。これにより、冷媒はフロント側のみ流れ、フロント側の空調が可能になる。
【０００５】
また、リア側の冷媒流路を遮断する電磁弁は、フロント側のみの空調を行っているときに、次第にリア側蒸発器に冷媒が溜まり込んでしまい、その結果、フロント側を流れる冷媒が減少して冷力不足になることを防止するために、リア側蒸発器へ冷媒が流れないようにする働きもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自動車用空調装置では、リア側の空調を停止したときにリア側の蒸発器へ冷媒が流れないように、また、リア側の空調を長期停止していた場合には、リア側の蒸発器に冷媒が溜まり込んでしまわないようにするために、リア側の流路を遮断する電磁弁が必要になっている。一方では、自動車用空調装置のコスト低減が望まれている。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、リア側の流路を遮断する機能を膨張弁に持たせることにより自動車用空調装置のコスト低減を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、高温・高圧の冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の冷媒にするとともに、蒸発器出口の冷媒の蒸発状態が所定の過熱度を有するように冷媒流量を制御する膨張弁において、膨張弁の出口圧力を前記過熱度によって決定される外部信号によって設定できる電磁式定圧弁によって構成し、前記電磁式定圧弁は、前記出口圧力を受圧するダイヤフラムと、前記出口圧力の高低変化に応じて変位する前記ダイヤフラムによって閉弁方向または開弁方向に弁体が付勢される弁部と、前記外部信号によって前記ダイヤフラムを前記弁部と反対側から付勢することにより前記出口圧力を設定するソレノイド部とを備え、前記外部信号が供給されないときの前記出口圧力の設定を、冷凍サイクル作動時の最低圧力より低く設定したことを特徴とする膨張弁が提供される。
【０００９】
このような膨張弁によれば、蒸発器に供給する冷媒の出口圧力を一定に制御でき、その出口圧力を外部信号によって設定できることから、出口圧力の設定を冷凍サイクル内の冷媒の最低圧力よりも低く設定することで、弁を全閉状態にすることができ、リア側用の膨張弁として使用した場合に、流路を遮断するための電磁弁が不要になり、自動車用空調装置のコストを低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、フロント側とリア側とで別々に温度調整することができる自動車用空調装置のリア側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。
【００１１】
図１は自動車用空調装置のシステム構成を示す図である。
自動車用空調装置の冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機１と、この圧縮機１の吐出側に接続されて高温・高圧の冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器２と、この凝縮器２の下流側に接続されて凝縮された冷媒から気液を分離し、液冷媒を蓄えておく受液器３とを備えている。この受液器３の出口側は、一方はフロント側、他方はリア側の２つに分かれる。フロント側は、受液器３から供給された液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の冷媒にする温度式膨張弁４およびこの温度式膨張弁４から供給された冷媒と室内空気との熱交換を行うフロント側蒸発器５を介して圧縮機１の吸入側に接続され、リア側は、本発明による膨張弁６およびリア側蒸発器７を介して圧縮機１の吸入側に接続されるように構成されている。リア側蒸発器７の出口配管には、冷媒の温度を検出するサーミスタ８が設けられており、そのサーミスタ８の出力は増幅器９を介して膨張弁６に接続されている。本発明による膨張弁６は、後述するように、リア側蒸発器７に供給する冷媒の出口圧力を増幅器９からの供給電流によって設定できるもので、その供給電流がゼロのとき、全閉する機能を有している。
【００１２】
以上のフロント側およびリア側で空調を行う自動車用空調装置において、フロント側およびリア側の空調を同時に行うときには、圧縮機１によって圧縮された冷媒は、凝縮器２および受液器３を通り、フロント側は、温度式膨張弁４においてフロント側蒸発器５の出口の冷媒温度および冷媒圧力に応じた流量に制御されてフロント側蒸発器５を通って圧縮機１に戻る。リア側では、膨張弁６が受液器３からの冷媒を、サーミスタ８によって検出されたリア側蒸発器７の出口の冷媒温度とリア側蒸発器７に供給される低圧の冷媒圧力とに応じてその低圧の冷媒圧力が設定された圧力になるような流量に制御し、リア側蒸発器７を通って圧縮機１に戻る。
【００１３】
フロント側のみの空調を行うときには、膨張弁６の設定圧力を、リア側蒸発器７にて冷媒が凍結するような温度に相当する圧力値近傍に設定、すなわち増幅器９からの供給電流をゼロに設定する。これにより、冷凍サイクル内では、冷媒が０℃以下になって蒸発器の表面が凍結してしまわないような圧力の範囲で圧縮機１を可変容量制御しているため、膨張弁６は、その設定圧力が冷凍サイクル内の圧力以下であるため、全閉状態になり、リア側蒸発器７に冷媒が寝込んで、フロント側の冷凍サイクルを流れる冷媒の量が不足してしまうことを防ぐことができる。
【００１４】
次に、本発明による膨張弁６の具体的な構成例について説明する。
図２は膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
本発明による膨張弁６は、弁部１１とソレノイド部１２とからなり、外部から電気信号で蒸発圧力を所定の圧力に変更することができる電磁定圧弁を構成している。
【００１５】
弁部１１は、ボディ１３の長手方向外端部に受液器３からの高温・高圧の冷媒を受ける入口孔１４が設けられ、側部にはリア側蒸発器７に膨張した冷媒を供給する出口孔１５が設けられている。入口孔１４から出口孔１５に連通する冷媒流路の途中に、ボディ１３と一体に弁座１６が形成され、この弁座１６に対向してボール形状の弁体１７が上流側に配置されている。この弁体１７は、スプリング１８によって閉弁方向へ付勢されており、その付勢力は、入口孔１４に螺着されているアジャストねじ１９によって調整できるようになっている。
【００１６】
ボディ１３の軸線位置には、その軸線方向に進退自在にシャフト２０が配置されており、その一端には弁体１７がスポット溶接されている。シャフト２０の他端には、図の上面がダイヤフラム２１に当接している当接部材２２が嵌合されている。シャフト２０を進退自在に保持しているボディ１３の近傍には、ダイヤフラム２１の下面の空間が出口孔１５と均圧になるように連通孔２３が穿設されている。
【００１７】
ソレノイド部１２は、ダイヤフラム２１を挟んで弁部１１のボディ１３に固定されたヨーク２４を有している。このヨーク２４の内側には、電磁コイル２５が設けられ、その内側にはコア２６、プランジャ２７およびシャフト２８が同心配置されている。ヨーク２４の上部は、キャップ２９が取り付けられている。
【００１８】
シャフト２８は、コア２６のダイヤフラム２１側の端部に形成された軸受部とキャップ２９の内側に凹設された軸受部とによって支持され、図の下方端は、当接部材３０を介してダイヤフラム２１の上面に当接している。シャフト２８は、また、プランジャ２７が固定されており、そのプランジャ２７は、キャップ２９との間に配置されたスプリング３１によってコア２６の側へ付勢されている。なお、ダイヤフラム２１の上面の空間は、大気に開放されている。
【００１９】
次に、以上の構成の膨張弁６の動作について説明する。
図３は膨張弁の供給電流値に対する制御圧力の変化を示す図、図４は検出温度に対する供給すべき電流値の関係を示す図である。
【００２０】
膨張弁６は、冷媒としてフロンＨＦＣ−１３４ａを使用した場合、図３に示したように、ソレノイド部１２に供給する電流値ｉをゼロから最大電流ｉmaxまで変化させたときに、出口孔１５の出口圧力Ｐｘが０．１４７〜０．４ＭＰａＧの間で設定されることを示している。すなわち、電流値ｉがゼロのときは、出口圧力Ｐｘが０．１４７ＭＰａＧになるように圧力が制御され、ソレノイド部１２にある値の電流を流したときには、それに対応する圧力になるように出口圧力Ｐｘを制御することになる。この電流値ｉがゼロのときに出口圧力Ｐｘが０．１４７ＭＰａＧとなるようにするには、スプリング１８，３１の荷重およびアジャストねじ１９を調整することによって設定される。
【００２１】
これにより、冷凍サイクル内では、冷媒がリア側蒸発器７に凍結現象を生じさせる温度より下がらないように、圧縮機１をたとえば０．２〜０．４ＭＰａＧの圧力範囲内で可変容量制御していることから、電流値ｉをゼロにして、膨張弁６の圧力を０．１４７ＭＰａＧに設定することは、膨張弁６は全閉状態になることを意味している。
【００２２】
次に、膨張弁６の出口圧力Ｐｘがソレノイド部１２によって設定された圧力に一定に制御される理由を説明する。まず、ダイヤフラム２１には、その受圧面積Ａを有する下面に連通孔２３を介して出口圧力Ｐｘを受けているので、図の上向き方向のＰｘ・Ａという力と、弁体１７を付勢しているスプリング１８の荷重Ｆ１とが働く。また、ダイヤフラム２１の上面に働く図の下向きの力は、スプリング３１の荷重Ｆ２と、電流値ｉを供給することによってプランジャ２７がコア２６に吸引される力ｆ（ｉ）と、受圧面積Ａに大気圧がかかることによる図の下向き方向の力との和となる。したがって、ダイヤフラム２１にかかる力関係は、大気圧をゼロとすると、
【００２３】
【数１】
Ｆ２＋ｆ（ｉ）＝Ｐｘ・Ａ＋Ｆ１
で表される。これらの項のうち、ダイヤフラム２１の受圧面積Ａ、スプリング１８の荷重Ｆ１およびスプリング３１の荷重Ｆ２は変らないので定数であり、プランジャ２７の吸引力ｆ（ｉ）は、電流値ｉによって決まる値なので、結局、出口圧力Ｐｘは、その電流値ｉによって決まる圧力に制御されることになる。
【００２４】
ここで、出口圧力Ｐｘが高くなると、ダイヤフラム２１は図の上方へ押し上げられるため、弁体１７は閉弁方向に移動して出口圧力Ｐｘを低くし、逆に、出口圧力Ｐｘが低くなると、ダイヤフラム２１は図の下方へ押し下げられるため、弁体１７は開弁方向に移動して出口圧力Ｐｘを高くするように制御されて、出口圧力Ｐｘが電流値ｉによって設定された圧力に制御される。
【００２５】
その電流値ｉは、サーミスタ８によって検出されたリア側蒸発器７出口の冷媒温度によって決められる。この関係は、図４に示したように、リア側蒸発器７出口の冷媒温度Ｔｅが低いときは、電流値ｉを小さく、冷媒温度Ｔｅが高いときには、電流値ｉを大きくする。したがって、リア側蒸発器７出口の冷媒温度Ｔｅが低くなると、電流値ｉを小さくし、これによって膨張弁６の設定圧力が小さくなって出口圧力Ｐｘを小さく設定して冷媒流量を少なく制御し、冷媒温度Ｔｅが高くなった場合は、出口圧力Ｐｘを大きく設定して冷媒流量が多くなるよう制御する。
【００２６】
このように、この膨張弁６は、その出口圧力Ｐｘとリア側蒸発器７出口の冷媒温度Ｔｅとを感じて冷媒流量を制御しているため、冷媒の温度および圧力を感じて低圧側の冷媒の過熱度を制御する温度式膨張弁にほかならない。
【００２７】
以上、本発明をその好適な実施の形態について詳述したが、本発明はこの特定の実施の形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の膨張弁は、電流値ｉをゼロにすることによって全閉する機能を有することから、上記の実施の形態では、フロント側のみの空調の場合にリア側蒸発器に冷媒が寝込んでしまうのを防ぐためにリア側蒸発器の手前で流路を全閉にする必要のあるリア用の膨張弁に適用した場合を示したが、当然ながら、フロント側の温度式膨張弁としても適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、膨張弁を、出口圧力を外部信号によって設定できる電磁式定圧弁によって構成した。これにより、出口圧力の設定を冷凍サイクル内の冷媒の最低圧力よりも低く設定することで、弁を全閉状態にすることができるため、リア側用の膨張弁として使用した場合に、流路を遮断するための電磁弁が不要になり、自動車用空調装置のコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車用空調装置のシステム構成を示す図である。
【図２】膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図３】膨張弁の供給電流値に対する制御圧力の変化を示す図である。
【図４】検出温度に対する供給すべき電流値の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  圧縮機
２  凝縮器
３  受液器
４  温度式膨張弁
５  フロント側蒸発器
６  膨張弁
７  リア側蒸発器
８  サーミスタ
９  増幅器
１１  弁部
１２  ソレノイド部
１３  ボディ
１４  入口孔
１５  出口孔
１６  弁座
１７  弁体
１８  スプリング
１９  アジャストねじ
２０  シャフト
２１  ダイヤフラム
２２  当接部材
２３  連通孔
２４  ヨーク
２５  電磁コイル
２６  コア
２７  プランジャ
２８  シャフト
２９  キャップ
３０  当接部材
３１  スプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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