JP2007126134A - 車両後席空調装置用膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 前席空調装置のみを稼動し後席空調装置の稼動を中断した場合でも、圧縮機と後席空調装置間の冷媒に含有されたオイルが圧縮機へ供給できる車両後席空調装置用膨張弁を提供する。
【解決手段】
本発明は、後席用蒸発機の出口と圧縮機とを連結するように設置される低圧冷媒流路と、冷媒が流入する流入部、後席用蒸発機の入り口に連結される流出部、及び流入部と流出部とを連結するオリフィスを備える高圧冷媒流路と、昇降可能に設置される圧力伝達棒と連結される感温筒と、オリフィス及び流入部と通じる連通路に、圧力伝達棒と連係してオリフィスの開度を調節するように設置されるボール弁とを含んでなる車両後席空調装置用膨張弁において、オリフィスは、ボール弁のボールが定着する連通路側の傾斜拡管部を備え、ボール弁のボールが傾斜拡管部に定着した状態でも連通路と流出部とを連通させるようにブリーディング流路が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両後席空調装置用膨張弁に係り、特に、前席空調装置だけを稼動し後席空調装置の稼動を中断した場合、圧縮機と後席空調装置間の停滞した冷媒の流れを後席空調装置用膨張弁のブリーディング（ｂｌｅｅｄｉｎｇ）流路によって循環させるようにすることにより、圧縮機と後席空調装置間の冷媒に含有されたオイルが圧縮機に供給できる車両後席空調装置用膨張弁に関する。

車両用後席空調装置は、前席空調装置のみでは車両の室内を快適に冷／暖房し得ない程度に車両の室内容積が大きい乗合車またはＲＶ（Ｒｅｃｒｅａｔｉｏｎａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）車両または高級車両などに適用し、前席空調装置と連係して主に車体の後側の密閉空間に設置されてデュアル空調装置（Ｄｕａｌ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）を構成する。このようなデュアル空調装置を適用した車両の例を図１に示す。

図１に示したデュアル空調装置は、前席空調装置１０と後席空調装置３０とを含む。

前席空調装置１０は、冷媒を圧縮して吐き出す圧縮機１２と、圧縮機１２から吐き出される冷媒を凝縮する凝縮機１４と、凝縮機１４によって凝縮される冷媒を気液分離するレシーバードライヤー（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｄｒｙｅｒ）１６と、レシーバードライヤー１６から排出される冷媒を膨張させる前席用膨張弁１８と、前席用空調ケース２０に内蔵され、前席用膨張弁１８からの冷媒と前席用送風機２６からの空気とを熱交換させ、冷媒を圧縮機１２に送ると共に空気を冷気に変える前席用蒸発機２２と、前席用空調ケース２０に内蔵され、内部を流れる冷却水と前席用送風機２６からの空気とを熱交換させて空気を温気に変える前席用ヒーターコア（Ｈｅａｔｅｒ Ｃｏｒｅ）２４とを含んでなる。

また、後席空調装置３０は、前席空調装置１０のレシーバードライヤー１６から排出される冷媒を膨張させる後席用膨張弁３４と、後席用空調ケース３２に内蔵され、後席用膨張弁３４からの冷媒と後席用送風機４０からの空気とを熱交換させ、冷媒を圧縮機１２へ送ると共に空気を冷気に変える後席用蒸発機３６と、後席用空調ケース３２に内蔵され、内部を流れる冷却水と後席用送風機４０からの空気とを熱交換させて空気を温気に変える後席用ヒーターコア３８とを含んでなる。

一方、前席用膨張弁１８または後席用膨張弁３４は、前席用蒸発機２２または後席用蒸発機３６の入り口に設置され、レシーバードライヤー１６から排出される高温高圧の冷媒を膨張させて露状の低圧状態に変えて蒸発機へ供給することにより、蒸発効率を高める作用をする。

また、車両空調装置の熱負荷が外気温度、湿度、乗車人員、圧縮機１２の回転数などによって変化するため、このような変化に対応した各機器の能力が最大限発揮できるようにサイクル内を循環する冷媒量を調節する必要があり、膨張弁１８、３４はこの冷媒流量を調節する機能も有する。

また、冷媒量が一定状態で熱負荷が大きい場合、冷媒が蒸発機２２、３６の出口に到達すると、完全に蒸発して熱をさらに吸収するため、冷媒ガスの温度は蒸発温度より高い過熱状態に到達する。過熱度が小さい場合には、問題がないが、過熱度が大きい場合には、圧縮機１２の吐き出し温度が上昇して圧縮機１２のシリンダ（図示せず）が加熱される。逆に、熱負荷が小さい場合には、蒸発機２２、３６の出口でも冷媒の蒸発が完全に行われず、冷媒が液状を含んだ状態で圧縮機１２に吸い込まれて液圧縮が誘発されるので、圧縮機１２の弁ユニット（ｖａｌｖｅ ｕｎｉｔ）（図示せず）が損傷してしまう。膨張弁１８、３４は、このような熱負荷変動があっても適正の冷媒量を蒸発機２２、３６に供給し、過熱度を一定の状態に維持させる作用もする。

前述した膨張弁１８、３４の中でも後席用膨張弁３４の例を図２に示すが、後席用膨張弁３４は、弁ブロック（ｖａｌｖｅ ｂｌｏｃｋ）５０と、弁ブロック５０の上端部に後席用蒸発機３６の出口と圧縮機１２とを連結するように横方向に設置される低圧冷媒流路５２と、弁ブロック５０の下端部に横方向に設置され、レシーバードライヤー１６に連結される流入部５５、後席用蒸発機３６の入り口に連結される流出部５６、及び流入部５５と流出部５６とを連結するオリフィス５７を備える高圧冷媒流路５４と、弁ブロック５０の上端に設置される感温筒６０と、感温筒６０から低圧冷媒流路５２、高圧冷媒流路５４のオリフィス５７にわたって昇降可能に設置される圧力伝達棒６４と、オリフィス５７及び流入部５５と連通する連通路６６に、圧力伝達棒６４と連係してオリフィス５７の開度を調節するように設置されるボール弁６８とを含んでなる。

次に、前述した後席用膨張弁３４の作用について考察する。レシーバードライヤー１６から高圧冷媒流路５４の流入部５５に冷媒が流入すると、圧力伝達棒６４の上下移動によるボール弁６８のボール６９の昇降に伴ってオリフィス５７の開度が調節される。したがって、前記流入部５５に流入する冷媒は、連通路６６、オリフィス５７及び流出部５６を順次経て後席用蒸発機３６へその流量が調節されながら供給できる。すなわち、後席用蒸発機３６から低圧冷媒流路５２へ排出される冷媒の温度が下がると、圧力伝達棒６４を介して感温筒６０に冷媒の温度が伝達される。よって、感温筒６０内のガス室６２の温度が下がって、感温筒６０の内部に設置されたダイアフラム６１が上方に変位し、これにより圧力伝達棒６４が上方に上昇してオリフィス５７の開度が小さくなるので、冷媒流量が減少する。逆に、低圧冷媒流路５２を流れる冷媒の温度が上がると、冷媒流量が増加する。

しかし、図１に示したようなデュアル空調装置を適用した車両は、後席に搭乗者がない場合、通常、前席空調装置１０のみを稼動し後席空調装置３０の稼動を中断するが、前述したような従来の後席用膨張弁３４が適用された状態ではオリフィス５７が遮断されるので、圧縮機１２と後席空調装置３０間の冷媒循環が停滞する。圧縮機１２に流入する冷媒中のオイル含有量をオイル循環率（ＯＣＲ：Ｏｉｌ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）で表わすことができるが、圧縮機１２と後席空調装置３０間の冷媒循環が停滞するため、冷媒循環が停滞している区間の冷媒に含有されたオイルが圧縮機１２に供給できない。よって、図３に示すように、後席空調装置３０を稼動中断したときからオイル循環率が減少することにより、圧縮機１２の稼働時間が経てば経つほど、潤滑不足によって圧縮機１２が固着されるなど圧縮機１２の耐久性能に悪影響を与え、圧縮機１２の駆動騒音が激しくなるという問題点が発生する。
特開２０００−２８３５７６号公報

本発明の目的は、前席空調装置のみを稼動し後席空調装置の稼動を中断した場合、圧縮機と後席空調装置間の停滞した冷媒の流れを後席空調装置用膨張弁のブリーディング流路を介して循環させるようにして、圧縮機と後席空調装置間の冷媒に含有されたオイルが圧縮機へ供給できる車両後席空調装置用膨張弁を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、後席用蒸発機の出口と圧縮機とを連結するように設置される低圧冷媒流路（１２０）と、冷媒が流入する流入部（１３２）、後席用蒸発機の入り口に連結される流出部（１３４）、及び前記流入部と前記流出部とを連結するオリフィス（１３６）を備える高圧冷媒流路（１３０）と、前記低圧冷媒流路、前記高圧冷媒流路のオリフィスにわたって昇降可能に設置される圧力伝達棒（１７０）と連結される感温筒（１８０）と、前記オリフィス及び前記流入部と通じる連通路（１５０）に、前記圧力伝達棒と連係して前記オリフィスの開度を調節するように設置されるボール弁（１６０）とを含んでなる車両後席空調装置用膨張弁において、前記オリフィスは、前記ボール弁のボール（１６２）が定着した前記連通路側の傾斜拡管部（１３６ａ）を備え、前記ボール弁のボールが前記傾斜拡管部に定着した状態でも前記連通路と前記流出部とを連通させ得るようにブリーディング流路（１４０）が形成されていることを特徴とする。

前記ブリーディング流路（１４０）は、前記傾斜拡管部（１３６ａ）にグルーブ（１４２）を形成し、前記ブリーディング流路（１４０）は、前記傾斜拡管部（１３６ａ）と接触する前記ボール（１６２）側にグルーブ（１６２ａ）を形成してなることを特徴とする。

前記オリフィス（１３６）は、前記流出部（１３４）側の直管部（１３６ｂ）を備え、前記直管部の直径は２．６〜３．１ｍｍであり、前記ボール弁（１６０）のボール（１６２）の直径は３．１〜３．５ｍｍであることを特徴とする。

前記グルーブ（１４２）は３個〜１２個形成され、前記グルーブ（１４２）の全体通路断面積は直径０．３〜０．８ｍｍの円の断面積に相当することを特徴とする。

本発明に係る車両後席空調装置用膨張弁によれば、後席空調装置の稼動が中断して前席空調装置のみが稼動する場合にも、膨張弁に形成されるブリーディング流路を介して、レシーバードライヤーから流入部に流入する冷媒が、後席用蒸発機に連結される流出部へ所定流量流れるので、圧縮機と後席空調装置間に冷媒が循環できる。したがって、圧縮機と後席空調装置間の冷媒に含有されたオイルが圧縮機に円滑に供給できるので、圧縮機の稼動時間が経てば経つほど、潤滑不足によって圧縮機が固着するなど圧縮機の耐久性能に悪影響を与える現象が防止でき、圧縮機の寿命を延長することができる。また、潤滑効果の上昇によって圧縮機の駆動による騒音を減らすことができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施例を詳細に説明する。

図４に示す通り、本発明の後席空調装置用膨張弁１００は、弁ブロック１１０、低圧冷媒流路１２０、高圧冷媒流路１３０、感温筒１８０、圧力伝達棒１７０、およびボール弁１６０を備える。
低圧冷媒流路１２０は、車両後席空調装置３０（図１参照）を構成する後席用蒸発機３６（図１参照）の出口と、圧縮機１２（図１参照）とを互いに連結するよう弁ブロック１１０の上端部に横方向に設置される。

また、高圧冷媒流路１３０は、凝縮機１４またはレシーバードライヤー１６（図１参照）と後席用蒸発機３６の入り口とを互いに連結するように、弁ブロック１１０の下端部に横方向に設置される。高圧冷媒流路１３０は、凝縮機１４またはレシーバードライヤー１６に連結され、凝縮された冷媒が流入する流入部１３２と、後席用蒸発機３６の入り口に連結される流出部１３４と、流入部１３２と流出部１３４とを互いに連結するオリフィス１３６とを含む。

また、感温筒１８０は、弁ブロック１１０の上端に設置され、低圧冷媒流路１２０、高圧冷媒流路１３０のオリフィス１３６にわたって昇降可能に設置される圧力伝達棒１７０と連結されるが、その内部のガス室１８４の下方に設置されるダイアフラム１８２が圧力伝達棒１７０と連結される。したがって、低圧冷媒流路１２０を流れる冷媒の温度が圧力伝達棒１７０を介してガス室１８４に伝達され、これによるガス室１８４の圧力変化に応じてダイアフラム１８２が上下に変位することにより、圧力伝達棒１７０が昇降できる。

ボール弁１６０は、圧力伝達棒１７０と連係してオリフィス１３６の開度を調節するもので、オリフィス１３６及び流入部１３２と通じる連通路１５０に設置される。ボール弁１６０は、圧力伝達棒１７０の下端と接触状態で配置され、オリフィス１３６の開度を調節するボール１６２と、支持板１６６を介してボール１６２を弾性的に支持するスプリング１６４とを備える。

後席空調装置用膨張弁１００は、空調装置１０（図１参照）のみが稼動し、後席空調装置３０（図１参照）の稼動が中断した状態で、ボール弁１６０のボール１６２がオリフィス１３６に定着した場合にも、後席空調装置３０と圧縮機１２間に冷媒が循環できるようにすることにより、後席空調装置３０の冷媒に含有されたオイルが圧縮機１２へ円滑に復帰できるようにするため、連通路１５０と流出部１３４とを互いに連通させるブリーディング流路１４０を備える。

ブリーディング流路１４０は、図４〜図６に示すように、オリフィス１３６の内周面に連通路１５０と流出部１３４とを連通させるように形成される多数のグルーブ１４２からなってもよい。
具体的に、オリフィス１３６は、流出部１３４側の直管部１３６ｂと、ボール弁１６０のボール１６２が定着する連通路１５０側の傾斜拡管部１３６ａとからなってもよいが、グルーブ１４２は、ボール弁１６０のボール１６２が傾斜拡管部１３６ａに定着する場合にも、連通路１５０と直管部１３６ｂとを連通させるように、傾斜拡管部１３６ａに３個〜１２個が所定の間隔で形成されることが好ましい。従って、ボール弁１６０のボール１６２が傾斜拡管部１３６ａに定着した場合にも、連通路１５０は、グルーブ１４２及び直管部１３６ｂを介して流出部１３４と通じることができる。

図５には３つのグルーブ１４２が形成された例を示しており、図６には６つのグルーブ１４２が形成された例を示す。冷媒の流動性と加工性を考慮すると、６つのグルーブ１４２を形成することが最も好ましい。前述したようなグルーブ１４２は、例えばノッチング（Ｎｏｔｃｈｉｎｇ）工法で形成できる。
また、オリフィス１３６の直管部１３６ｂの直径は２．６〜３．１ｍｍであり、ボール弁１６０のボール１６２の直径は３．１〜３．５ｍｍであることが好ましい。
また、ブリーディング流路１４０の通路断面積、すなわちグルーブ１４２の全体通路断面積は、直径０．３〜０．８ｍｍの円の断面積に相当することが好ましい。

これまで、ブリーディング流路１４０が傾斜拡管部１３６ａの内周面にグルーブ１４２を形成した場合についてのみ説明したが、ここに限定されず、図７に示すように、傾斜拡管部１３６ａと接触するボール１６２の外周面にグルーブ１６２ａを形成してもよい。図７ではボール１６２の外周面にグルーブ１６２ａを格子形状に形成したが、この他にもさらに多様な形状に形成することができる。図示してはいないが、ボール１６２の外周面に凹部（図示せず）を形成してブリーディング流路１４０を構成してもよい。
また、前記ボール弁１６０のボール１６２の形状は、球形だけでなく、円錐形など多様な形状にしてもよい。

次に、本発明に係る車両後席空調装置用膨張弁の作用について説明する。
デュアル空調装置を構成する前／後席空調装置１０、３０（図１参照）を全て稼動した場合に、前席空調装置１０を構成するレシーバードライヤー１６から高圧冷媒流路１３０の流入部１３２に冷媒が流入すると、圧力伝達棒１７０の上下移動によるボール弁１６０のボール１６２の昇降に伴ってオリフィス１３６の開度が調節される。したがって、流入部１３２に流入した冷媒は、連通路１５０、オリフィス１３６及び流出部１３４を順次経て後席用蒸発機３６へその流量が調節されながら供給できる。

次に、オリフィス１３６の開度調節構造をより具体的に考察する。後席用蒸発機３６から低圧冷媒流路１２０へ排出される冷媒の温度が下がると、圧力伝達棒１７０を介して感温筒１８０に冷媒の温度が伝達される。したがって、感温筒１８０内のガス室１８４の温度が下がってその内部の気体が凝結することにより、ガス室１８４の圧力が低くなって体積が縮小されるので、感温筒１８０の内部に設置されたダイアフラム１８２が上方に変位する。ダイアフラム１８２の変位に連動して圧力伝達棒１７０が上方に上昇することにより、ボール弁１６０のボール１６２がスプリング１６４の弾性力によって上方に上昇し、オリフィス１３６の開度が縮小されるので、冷媒流量が減少する。逆に、低圧冷媒流路１２０を流れる冷媒の温度が上がると、圧力伝達棒１７０が下降してオリフィス１３６の開度が拡大するので、冷媒流量が増加する。

上述したように、デュアル空調装置の前／後席空調装置１０、３０の両方とも稼動していて、後席に搭乗者がいない場合、前席空調装置１０のみを稼動し、後席空調装置３０の稼動を中断させると、一般にオリフィス１３６が遮断されて圧縮機１２と後席空調装置３０間の冷媒循環が行われず停滞してしまう。したがって、冷媒循環が停滞している区間の冷媒に含有されたオイルが圧縮機１２に供給できなくなるが、本発明では、オリフィス１３６の傾斜拡管部１３６ａに形成されたグルーブ１４２からなるブリーディング流路１４０を介して一定の流量の冷媒が圧縮機１２と後席空調装置３０との間に循環できる。

すなわち、流入部１３２の冷媒が連通路１５０、ブリーディング流路１４０を介してオリフィス１３６の直管部１３６ｂを経て流出部１３４に流れることができるため、後席空調装置３０と圧縮機１２との間を冷媒が所定の流量で循環できる。
圧縮機１２と後席空調装置３０との間を冷媒が所定の流量で循環すると、その区間の冷媒に含有されたオイルが圧縮機１２に円滑に供給できるので、圧縮機１２の循環不足現象を防止することができる。

図８及び図９には、それぞれ本発明に係る膨張弁が適用された車両後席空調装置の稼動を中断した場合のオイル循環率の経時変化を示すグラフを示したが、図８はブリーディング流路１４０の直径を０．３ｍｍにした場合を示し、図９はブリーディング流路１４０の直径を０．４ｍｍにした場合を示す。図８及び図９のに示すように、後席空調装置３０の稼動を中断した場合でも、ブリーディング流路１４０を介してオイルが循環して時間経過に伴ってオイル循環率が減少せず、一定且つ円滑に圧縮機１２に供給されることが分かる。

表１は、本発明が適用された膨張弁と、ブリーディング流路が適用されていない従来の膨張弁に対して、前／後席空調装置を全て稼動したデュアルモード（Ｄｕａｌ Ｍｏｄｅ）の場合と、後席空調装置の稼動を中止し前席空調装置のみを稼動したシングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ）の場合とのオイル循環率を比較したものである。
参考として、表１において、ブリーディング流路を表わす寸法は、冷媒が通過するグルーブ１４２の全体通路断面積に相当する寸法を円の直径で換算して示す。

表１に示すように、シングルモードで稼動する場合、従来の膨張弁に比べて、本発明の膨張弁のオイル循環率が著しく高いうえ、時間が経つにつれてオイル循環率が低下しないことが分かる。また、表１には示していないが、圧縮機と後席空調装置との間に所定の流量の冷媒が循環する場合にも、時間た経つにつれて冷房性能が低下しないことが分かる。

デュアル空調装置（Ｄｕａｌ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）が適用された車両を示す構成図である。 従来の車両後席空調装置用膨張弁を示す断面図である。 従来の車両後席空調装置の稼動を中断した場合の時間によるオイル循環率の変化を示すグラフである。 本発明に係る車両後席空調装置用膨張弁の例を示す断面図である。 図４に示した膨張弁のオリフィスを底面側から眺めた拡大図である。 図４に示した膨張弁のオリフィスを底面側から眺めた他の例を示す拡大図である。 本発明に係る膨張弁におけるボール弁のボールを示す斜視図である。 それぞれ本発明に係る膨張弁が適用された車両後席空調装置の稼動を中断した場合の時間によるオイル循環率の変化を示すグラフである。 それぞれ本発明に係る膨張弁が適用された車両後席空調装置の稼動を中断した場合の時間によるオイル循環率の変化を示すグラフである。

符号の説明

１２０ 低圧冷媒流路
１３０ 高圧冷媒流路
１３２ 流入部
１３４ 流出部
１３６ オリフィス（Ｏｒｉｆｉｃｅ）
１３６ａ 傾斜拡管部
１３６ｂ 直管部
１４０ ブリーディング（Ｂｌｅｅｄｉｎｇ）流路
１４２ グルーブ（Ｇｒｏｏｖｅ）
１５０ 連通路
１６０ ボール弁（Ｂａｌｌ Ｖａｌｖｅ）
１６２ ボール
１６２ａ グルーブ
１７０ 圧力伝達棒
１８０ 感温筒

Claims (6)

1. 後席用蒸発機の出口と圧縮機とを連結するように設置される低圧冷媒流路（１２０）と、
   冷媒が流入する流入部（１３２）、後席用蒸発機の入り口に連結される流出部（１３４）、及び前記流入部と前記流出部とを連結するオリフィス（１３６）を備える高圧冷媒流路（１３０）と、
   前記低圧冷媒流路、前記高圧冷媒流路のオリフィスにわたって昇降可能に設置される圧力伝達棒（１７０）と連結される感温筒（１８０）と、
   前記オリフィス及び前記流入部と通じる連通路（１５０）に、前記圧力伝達棒と連係して前記オリフィスの開度を調節するように設置されるボール弁（１６０）とを含んでなる車両後席空調装置用膨張弁において、
   前記オリフィスは、前記ボール弁のボール（１６２）が定着した前記連通路側の傾斜拡管部（１３６ａ）を備え、前記ボール弁のボールが前記傾斜拡管部に定着した状態でも前記連通路と前記流出部とを連通させ得るようにブリーディング流路（１４０）が形成されていることを特徴とする車両後席空調装置用膨張弁。
2. 前記ブリーディング流路（１４０）は、前記傾斜拡管部（１３６ａ）にグルーブ（１４２）を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の車両後席空調装置用膨張弁。
3. 前記ブリーディング流路（１４０）は、前記傾斜拡管部（１３６ａ）と接触する前記ボール（１６２）側にグルーブ（１６２ａ）を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の車両後席空調装置用膨張弁。
4. 前記オリフィス（１３６）は、前記流出部（１３４）側の直管部（１３６ｂ）を備え、前記直管部の直径は２．６〜３．１ｍｍであり、前記ボール弁（１６０）のボール（１６２）の直径は３．１〜３．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の車両後席空調装置用膨張弁。
5. 前記グルーブ（１４２）は３個〜１２個形成されていることを特徴とする請求項２に記載の車両後席空調装置用膨張弁。
6. 前記グルーブ（１４２）の全体通路断面積は直径０．３〜０．８ｍｍの円の断面積に相当することを特徴とする請求項２に記載の車両後席空調装置用膨張弁。

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