JP2008149812A - 自動車用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部熱交換器を効率よく配置でき、効率のよい運転を可能にした自動車用空調装置を提供する。
【解決手段】蒸発器６の冷媒出口に直結されたケース７内に温度式の膨張弁５を収容し、そのケース７の中で膨張弁５の入口と高圧の液冷媒を受ける配管とを接続し、膨張弁５の出口と蒸発器６の冷媒入口とを接続し、そのケース７とファイヤウォール１０に設置される管継手９との間に、膨張弁５の入口に送られる高圧冷媒とケース７から圧縮機１へ戻る低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器４を結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車用空調装置に関し、特に車室内側の構成要素をコンパクトに配置しつつ効率のよい運転を可能にした自動車用空調装置に関する。

自動車用空調装置は、一般に、車両用のエンジンによって駆動される圧縮機と、圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を気液に分離して液冷媒を蓄えておくレシーバと、高温・高圧の液冷媒を絞り膨張させて低温・低圧の霧状の冷媒にする膨張弁と、霧状の冷媒を車室内の空気と熱交換することにより蒸発させて圧縮機へ戻す蒸発器とを備えている。膨張弁は、蒸発器の冷媒出口における冷媒の温度および圧力を感知して蒸発器へ送り込まれる冷媒の流量を制御するようにした温度式のものが広く使用されている。

このような構成の自動車用空調装置では、圧縮機、凝縮器およびレシーバは、車両用のエンジンが格納されているエンジンルーム内に配置され、蒸発器は、車室内に配置されている。また、膨張弁については、蒸発器と圧縮機およびレシーバとの間に配置されるが、エンジンルームと車室とを隔てるファイヤウォールに設置されていて、そのボディブロックが車室内の蒸発器とエンジンルーム内の圧縮機およびレシーバとを接続する配管の継手を兼ねるようにすることも知られている（たとえば、特許文献１参照。）。これは、自動車への組み付けがエンジンルーム内と車室内とで別個に行われ、最終的には、ファイヤウォールにてエンジンルーム内の圧縮機およびレシーバと車室内の蒸発器とを膨張弁を介して配管しなければならないので、膨張弁のボディブロックが配管の継手を兼ねることは構成的には非常に合理的であるということができる。

また、冷媒として二酸化炭素を用いた超臨界冷凍サイクルにおいて、その効率、すなわち、成績係数および冷凍能力の向上を図るために内部熱交換器を設け、放熱器を出て膨張装置に入る冷媒と蒸発器を出て圧縮機に戻る冷媒とを熱交換させることが知られている（たとえば、特許文献２参照。）。

このような思想は、冷媒として一般に使用されているフロン（ＨＦＣ−１３４ａ）またはこれと同等または類似の物性を有するガスを用いた冷凍サイクルにおいても同様に冷凍サイクルの効率が改善されるものと期待されている。
特開２００１−２３５２５９号公報（図１１、図１７、図１８） 特開２００１−１０８３０８号公報

しかしながら、内部熱交換器を設置する場合、それらの出入口を新たに配管しなければならないので、冷凍サイクルが構成的に複雑になり、自動車への組み付け作業も難しくなるという問題点があった。また、内部熱交換器は、蒸発器を出た冷媒を凝縮器から膨張弁へ送られる冷媒によって過熱してから圧縮機へ戻すため、冷凍負荷が低いときは冷凍サイクルの効率を向上させることができるが、冷凍負荷が高いときには、圧縮機へ戻される冷媒の温度が高くなり過ぎる傾向があり、圧縮機の潤滑オイルが熱劣化しやすくなるという問題点もある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、内部熱交換器を効率よく配置でき、効率のよい運転を可能にした自動車用空調装置を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、蒸発器の冷媒出口に直結されたケース内に、入口には高圧冷媒を受ける配管が接続され、出口には前記蒸発器の冷媒入口配管が接続された温度式の膨張弁を収容し、前記ケースには、前記高圧冷媒と前記ケースから圧縮機へ戻る低圧冷媒との間で熱交換を行うための内部熱交換器を結合し、前記内部熱交換器の前記ケースとは反対側の端部には、レシーバから延びる高圧配管と、前記圧縮機へ延びる低圧配管とをそれぞれ独立して接続するための管継手を結合してなることを特徴とする自動車用空調装置が提供される。

このような自動車用空調装置によれば、蒸発器の冷媒出口に直結されたケース内に膨張弁を収容し、そのケースとエンジンルーム内の圧縮機およびレシーバからの配管を接続する管継手との間を内部熱交換器にて接続する構成にした。内部熱交換器が蒸発器および膨張弁と管継手とを接続することにより、内部熱交換器を設置するための特別のスペースを不要とし、内部熱交換器を有することによって、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。

また、本発明では、膨張弁に、蒸発器の冷媒入口と冷媒出口との差圧が所定値を超えると膨張直後の冷媒を内部熱交換器の戻り低圧配管へバイパスさせる差圧弁を備えるようにし、これによって、冷凍負荷が高いときに、膨張直後の冷媒で圧縮機へ戻される冷媒の温度を下げるようにして圧縮機の潤滑オイルの熱劣化を防止している。

本発明の自動車用空調装置は、蒸発器および膨張弁と管継手との間の接続を内部熱交換器で行うようにしたことで、内部熱交換器を設置するための特別のスペースを不要としながら、内部熱交換器を設置したことによる冷凍サイクルの効率向上が可能となるという利点がある。また、内部熱交換器を有する冷凍サイクルでは、高負荷時に圧縮機から吐出される冷媒の温度が高くなり過ぎる傾向があるが、蒸発器から圧縮機へ戻る冷媒に膨張直後の冷媒を混入させて降温させることで、吐出された冷媒の温度を下げることを可能にし、圧縮機の潤滑オイルの熱劣化を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による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。
この自動車用空調装置において、冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒を外気との熱交換により凝縮する凝縮器２と、凝縮された冷媒を気液に分離して冷凍サイクル内の余剰冷媒を蓄えておくレシーバ３とがエンジンルーム内に配置されている。一方、車室内には、レシーバ３からの高温・高圧の冷媒と圧縮機１に戻る低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器４が設けられている。その内部熱交換器４の高圧側の出口は温度式の膨張弁５の入口に接続され、その出口は、蒸発器６の冷媒入口に接続されている。蒸発器６の冷媒出口は、温度式の膨張弁を収容するケース７に開口している。そのケース７は、内部熱交換器４を介して圧縮機１の入口に接続されている。また、ケース７内には、膨張弁５の出口と内部熱交換器４の低圧側の入口とを接続する差圧弁８が設けられている。さらに、管継手９がエンジンルームと車室とを隔てるファイヤウォール１０に設けられていて、エンジンルーム内の圧縮機１およびレシーバ３と車室内の内部熱交換器４とをそれぞれ接続する配管の中継をしている。

膨張弁５は、蒸発器６を出た冷媒の温度および圧力を感知する感温部を有し、その感温部が感知した冷媒の温度および圧力に応じて蒸発器６に送り出す冷媒の流量を制御するもので、蒸発器６の冷媒出口に直結されたケース７にそっくり収容されている。したがって、膨張弁５は、その入口と内部熱交換器４から液冷媒を受ける配管との接続および出口と蒸発器６の冷媒入口への配管との接続は、ケース７の中で行われていることになり、しかも、そのケース７は、蒸発器６から圧縮機１へ冷媒を戻す戻り低圧配管の一部を構成している。このため、膨張弁５の入口および出口のシール部において微少の冷媒漏れがあったとしても、その冷媒は、ケース７の中、すなわち、圧縮機１への低圧戻り配管内へ漏れるだけなので、外部へ漏れることはない。

内部熱交換器４は、膨張弁５へ高温・高圧の冷媒を流す往き高圧配管４ａと圧縮機１へ低温・低圧の冷媒を流す戻り低圧配管４ｂとを有し、往き高圧配管４ａを流れる高温・高圧の冷媒と戻り低圧配管４ｂを流れる低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行う。

以上の構成の自動車用空調装置において、圧縮機１は、車両用のエンジンによって駆動され、吸引した冷媒を圧縮して吐出する。このとき、圧縮機１は、エンジンの回転数に関係なく冷媒を所定の容量で吐出するよう容量制御されている。圧縮機１で圧縮されて高温・高圧になった冷媒は、凝縮器２に送られ、ここで外気との熱交換により凝縮され、レシーバ３に送られる。レシーバ３にて気液分離された液冷媒は、内部熱交換器４を介して膨張弁５に送られ、ここで、絞り膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒となる。この霧状の冷媒は、蒸発器６に送られ、そこで車室内の空気と熱交換して蒸発する。この蒸発器６において、霧状の冷媒が蒸発するときに、車室内の空気から蒸発潜熱を奪って車室内の空気を冷却することになる。

蒸発器６で蒸発した冷媒は、ケース７および内部熱交換器４を通って圧縮機１へ戻る。このとき、ケース７内では、中に収容された膨張弁５は、その感温部が蒸発器６を出た冷媒の温度および圧力を感知し、蒸発器６を出た冷媒の温度が所定の過熱度を有するように蒸発器６へ供給する冷媒の流量を制御する。内部熱交換器４では、蒸発器６を出た冷媒が戻り低圧配管４ｂを通って圧縮機１へ戻るときに、往き高圧配管４ａを通って膨張弁５へ向かう高温・高圧冷媒によってさらに過熱されるため、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。

また、差圧弁８は、蒸発器６の冷媒入口と冷媒出口との差圧を感知して動作するもので、蒸発器６の圧力損失が大きくなると開弁して、膨張弁５の出口の冷媒を内部熱交換器４の戻り低圧配管４ｂへバイパスさせる。これにより、冷凍負荷が高くなって冷凍サイクルを循環する冷媒の流量が増加し、蒸発器６の圧力損失が所定値を超えると開弁して、膨張弁５で絞り膨張された低温・低圧の霧状の冷媒を戻り低圧配管４ｂへ供給する。このように、冷凍負荷が高いときに、内部熱交換器４の戻り低圧配管４ｂへ湿り分の多い冷媒を供給することで、圧縮機１へ戻される冷媒の温度が高くなり過ぎるのを防止して、圧縮機１の潤滑オイルの熱劣化を防止している。

次に、以上の自動車用空調装置の中で、車室内に配置される内部熱交換器４、膨張弁５、蒸発器６および管継手９の具体的な構成例について説明する。
図２は室内側に配置されるユニットの第１の実施の形態を示す断面図、図３は膨張弁の詳細図であって、（Ａ）は膨張弁の要部の拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面図である。図４は膨張弁の入口に接続される配管の中心線を通る面で切断した断面図、図５は管継手を示す端面図である。なお、図２ないし図５において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の構成要素は、同じ符号を付してある。

蒸発器６は、その同一の端面に、冷媒を導入する冷媒入口１１および冷媒を導出する冷媒出口１２を有している。冷媒入口１１には、入口配管１３が接合され、冷媒入口１１および冷媒出口１２を囲うように筒状の連結部１４が蒸発器６の端面に接合されている。好ましくは、これら入口配管１３および連結部１４は、蒸発器６を炉中ろう付け加工によって形成するときに一緒に蒸発器６に溶接されて、蒸発器６と一体に形成されている。

その連結部１４には、一端を閉じた筒状のケース７がＯリング１５を介して気密に接合されており、そのケース７に膨張弁５が収容されている。膨張弁５は、高圧の冷媒を導入する入口ポート１６と、低圧の冷媒を導出する出口ポート１７とが一体に形成されたたとえば樹脂製のボディ１８を有している。ボディ１８の中には、入口ポート１６と出口ポート１７とが内部で連通する通路が形成され、その通路の途中に弁座１９がインサートされている。

この弁座１９の下流側には、弁座１９に対して接離自在な弁体２０が配置されている。この弁体２０は、スプリング２１により閉弁方向に付勢された状態で配置されている。このスプリング２１は、出口ポート１７に螺着されたアジャストねじ２２に受けられており、そのアジャストねじ２２のボディ１８への螺入量により荷重が調整されて、この膨張弁５のセット値が調整されている。

弁体２０は、シャフト２３に固定されている。シャフト２３は、図３に詳細に示したように、弁体２０の開閉方向にボディ１８によって進退自在に支持された大径部２３ａと、弁座１９の弁孔を介して延びている小径部２３ｂとを有し、その小径部２３ｂに弁体２０が固定されている。シャフト２３の大径部２３ａには溝が周設され、その溝にはＯリング２４が嵌め込まれていて、入口ポート１６に導入された高圧の冷媒がボディ１８とシャフト２３の大径部２３ａとの間のクリアランスを介してケース７内に漏れるのを防止している。

ここで、シャフト２３の大径部２３ａは、弁座１９の弁孔の内径と同じ外径を有し、入口ポート１６に導入される高圧が弁体２０に対して開弁方向にかかる力と大径部２３ａに対して閉弁方向にかかる力とをほぼ等しくして弁体２０が入口ポート１６に導入される高圧の影響を受けないようにした背圧キャンセル構造としてある。シャフト２３の大径部２３ａの外径と弁座１９の弁孔の内径とを同じにしてあるので、大径部２３ａにＯリング２４を嵌め込んだ状態でシャフト２３を出口ポート１７の側から弁座１９の弁孔を介して組み込むことはできない。そこで、シャフト２３を出口ポート１７と反対側から挿入し、弁座１９の弁孔を介して延びるシャフト２３の小径部２３ｂに出口ポート１７の側から弁体２０を嵌合させることによって、シャフト２３と弁体２０とを組み立てている。

また、弁体２０は、弁座１９の下流側の内周縁部に形成されたテーパ部１９ａに着座可能なテーパ部２０ａを有し、さらにそのテーパ部２０ａの内側には円周方向に均等配置されて半径方向外向きに突設された３つのガイド２０ｂが一体に形成されている。これらのガイド２０ｂは、弁孔の内壁を摺動しながら弁の開閉方向に移動することになるので、隣接するガイド２０ｂの間に冷媒が通過する通路が確保されるとともに、弁体２０を弁孔内に芯決めしながら弁孔に沿って弁の開閉動作を案内することができる。これにより、弁体２０が径方向に振動してしまうような横揺れを防止している。

ボディ１８の出口ポート１７と反対側の端部には、パワーエレメント２５が装着されている。このパワーエレメント２５は、厚い金属製のアッパーハウジングおよびロアハウジングと、これらによって囲まれた空間を仕切るよう配置された可撓性の金属薄板からなるダイヤフラム２６と、そのダイヤフラム２６の変位をシャフト２３に伝達するセンターディスク２７とによって構成されている。アッパーハウジングとダイヤフラム２６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。ロアハウジングには、通気孔が幾つか穿設されていて、ケース７を通過する冷媒がダイヤフラム２６のセンターディスク２７側の空間に導入されるようにしている。この導入量は、通気孔の大きさまたは数を変更することによって調整される。さらに、パワーエレメント２５には、これを覆うようにたとえば樹脂製の断熱カバー２８が取り付けられており、その断熱カバー２８は、パワーエレメント２５をボディ１８に固定するための固定具としても機能している。

この膨張弁５は、そのボディ１８に差圧弁８が設けられている。この差圧弁８は、スプリング２１が収容されている空間を膨張弁５の外部へ連通させる通路をボディ１８に形成し、その通路を開閉する弁体を膨張弁５の外部の側からスプリングによって塞ぐように付勢する構成を有している。これにより、差圧弁８は、膨張弁５の出口ポート１７の圧力が膨張弁５の外部（すなわち、ケース７内）の圧力より所定値を超えて高くなると、開弁するよう作用する。その所定値は、弁体を閉弁方向に付勢しているスプリングの荷重を調節することによって設定される。

膨張弁５は、その出口ポート１７が蒸発器６の入口配管１３に嵌合され、Ｏリング２９によってシールされている。一方、膨張弁５の入口ポート１６およびケース７は、内部熱交換器４が直接接続される。内部熱交換器４は、往き高圧配管４ａの外側に戻り低圧配管４ｂが同心配置された二重管で構成されているので、往き高圧配管４ａおよび戻り低圧配管４ｂの一端が膨張弁５の入口ポート１６およびケース７にそれぞれ接続されることになる。すなわち、膨張弁５の入口ポート１６に往き高圧配管４ａが嵌合され、Ｏリング３０によってシールされている。ケース７については、その側面に、図４に示したように、筒状の接続配管３１がろう付けされており、その接続配管３１に戻り低圧配管４ｂが嵌合され、Ｏリング３２によってシールされている。

以上のようにして膨張弁５、この膨張弁５が収容されたケース７および内部熱交換器４の往き高圧配管４ａおよび戻り低圧配管４ｂは、クランプ装置３３によって互いに結合されている。クランプ装置３３は、図４によく示されるように、ケース７の側面の半分を覆うように形成された第１繋止部材３３ａと、接続配管３１を含むケース７の側面の残り半分を覆うように形成された第２繋止部材３３ｂと、これら第１繋止部材３３ａおよび第２繋止部材３３ｂを結合する固定ピン３３ｃとを有している。第１繋止部材３３ａおよび第２繋止部材３３ｂは、連結部１４とケース７との嵌合部を外側から全周に亘って被せる拘止部を有して、連結部１４とケース７との嵌合方向の動きを拘束するようにしている。第２繋止部材３３ｂは、その拘止部の他に、内部熱交換器４の戻り低圧配管４ｂの先端近傍に形成されたリブに係止される係止部を有しており、第１繋止部材３３ａおよび第２繋止部材３３ｂを固定ピン３３ｃで結合したときに、戻り低圧配管４ｂのリブが接続配管３１に押し付けられた状態を維持するようにしている。このとき、往き高圧配管４ａおよび戻り低圧配管４ｂは互いに同心配置を保持するよう結合されているので、往き高圧配管４ａと膨張弁５の入口ポート１６との接続状態も保持されることになる。なお、膨張弁５の出口ポート１７と蒸発器６の入口配管１３との接続については、ケース７を連結部１４に嵌合したときにケース７の閉塞端がパワーエレメント２５を押さえるようにしてあるので、出口ポート１７と入口配管１３との接続状態も保持されている。

このように、蒸発器６の戻り低圧配管の中に膨張弁５を収容し、その中で、膨張弁５と内部熱交換器４とを接続するようにしたので、車室内において、高圧の系統で冷媒が外部漏れする可能性のある継手部分が入口ポート１６と往き高圧配管４ａとの接続だけとなる。しかも、その接続部分は戻り低圧配管の中にあるので、たとえ、Ｏリング３０を介して高圧の冷媒が微少漏れしたとしても、漏れるのは戻り低圧配管の中であるので、大気に漏れることはない。

そして、内部熱交換器４のケース７の側とは反対側には、管継手９が設けられている。管継手９は、内部熱交換器４の側の端面に、戻り低圧配管４ｂが嵌合する第１の接続穴９ａと、この第１の接続穴９ａの中に同心配置されて往き高圧配管４ａが嵌合する第２の接続穴９ｂとを有している。第１の接続穴９ａに嵌合された戻り低圧配管４ｂは、第１の接続穴９ａの外周部分を内側にかしめて戻り低圧配管４ｂの先端近傍に形成されたリブと全周係合させることによって管継手９に固定されている。

管継手９は、また、図５に示したように、エンジンルーム側の端面に、第１の接続穴９ａと連通する第３の接続穴９ｃと、第２の接続穴９ｂと連通する第４の接続穴９ｄとが並設されている。なお、この実施の形態では、第１の接続穴９ａと第３の接続穴９ｃとの間の通路を広げる目的で、拡開用穴９ｅが設けられている。さらに、第３の接続穴９ｃおよび第４の接続穴９ｄに隣接してねじ穴９ｆ，９ｇが形成されている。このねじ穴９ｆは、エンジンルーム側から圧縮機１の冷媒入口に向かう低圧配管を第３の接続穴９ｃに嵌合した後、その低圧配管の先端近傍に設けられた固定板を螺着するためのものであり、ねじ穴９ｇは、エンジンルーム側からレシーバ３から延びる高圧配管を第４の接続穴９ｄに嵌合した後、その高圧配管の先端近傍に設けられた固定板を螺着するためのものである。

次に、以上のように構成された車室内側配置のユニットの動作について説明する。まず、自動車用空調装置が停止しているとき、膨張弁５のパワーエレメント２５の感温室に封入されたガスは凝縮されて圧力が低くなっているので、図２に示したように、ダイヤフラム２６は感温室側へ変位しており、その変位はシャフト２３を介して弁体２０に伝達され、膨張弁５は全閉状態にある。

ここで、自動車用空調装置が起動すると、圧縮機１によって冷媒が吸引されるので、内部熱交換器４の戻り低圧配管４ｂの圧力が低下し、これがパワーエレメント２５により感知されてダイヤフラム２６が外側へ変位し、シャフト２３を介して弁体２０をリフトさせるようになる。一方、圧縮機１によって圧縮された冷媒は凝縮器２にて凝縮され、レシーバ３にて気液分離された液冷媒が内部熱交換器４の往き高圧配管４ａを通じて膨張弁５の入口ポート１６に供給されるようになる。

入口ポート１６に供給された高温・高圧の液冷媒は、膨張弁５を通過するときに絞り膨張され、低温・低圧の気液混合冷媒となって出口ポート１７を出る。その冷媒は、入口配管１３を介して蒸発器６に供給され、内部で蒸発されて、冷媒出口１２から出てくる。蒸発器６から戻ってきた冷媒は、ケース７、内部熱交換器４の戻り低圧配管４ｂ、管継手９および低圧配管を介して圧縮機１に戻る。

パワーエレメント２５のダイヤフラム２６とロアハウジングとによって囲まれた空間は、通気孔を介してケース７の内部と連通しているので、蒸発器６から戻ってきた冷媒がケース７を通過するとき、その冷媒が導入されてその温度がパワーエレメント２５によって検出される。自動車用空調装置の起動初期の段階では、車室内の高温の空気との熱交換により、蒸発器６から戻ってくる冷媒の温度は高くなっており、パワーエレメント２５はその温度を感知し、感温室の圧力が高くなる。これにより、ダイヤフラム２６は、弁体２０の側へ大きく変位し、その変位はシャフト２３を介して弁体２０に伝達され、膨張弁５は全開状態になる。

やがて、蒸発器６から戻ってくる冷媒の温度が低下してくると、感温室の圧力が低くなるので、それに応じてダイヤフラム２６が弁体２０から離れる側へ変位していき、膨張弁５は、閉弁方向に動作してこれを通過する冷媒の流量を制御するようになる。このとき、膨張弁５は、蒸発器６を出た冷媒の温度を感知して、その冷媒が所定の過熱度を保持するように蒸発器６に供給する冷媒の流量を制御することになる。これによって、圧縮機１には、常に過熱状態の冷媒が戻ることになるので、圧縮機１は、効率の良い運転をすることができる。

また、外気温度が非常に高いときのように冷凍負荷が高い場合、膨張弁５は継続して大流量の冷媒を流すことになる。このとき、膨張弁５を通過した冷媒は、温度が低下せず、また、蒸発器６での蒸発温度が高く、さらに、蒸発器６から圧縮機１へ戻る途中の内部熱交換器４でさらに過熱されることになる。このように冷媒の流量が多いときには、蒸発器６の入口と出口との差圧が大きくなるので、差圧弁８がその差圧を感知して開弁する。これにより、膨張されて低温になった霧状の冷媒の一部が蒸発器６を出て内部熱交換器４の戻り低圧配管４ｂへ流入する過熱状態の冷媒に混入され、過熱状態の冷媒は、降温して湿り分を含んだ冷媒になる。このような冷媒は、内部熱交換器４にてレシーバ３からの高温の冷媒と熱交換されることで、蒸発および過熱されて圧縮機１に吸入されることになる。したがって、圧縮機１に吸入される冷媒の温度が高くなり過ぎることがないので、圧縮機１で圧縮された冷媒の温度が高くなり過ぎることもなくなり、冷媒とともに冷凍サイクル内を循環している圧縮機１の潤滑オイルの熱劣化がなくなる。

図６は第２の実施の形態における膨張弁を示す図であって、（Ａ）は膨張弁の要部の拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図である。なお、図６において、図３に示した構成要素と同じまたは同等の構成要素は、同じ符号を付してある。

この実施の形態の膨張弁５ａは、その弁構造を変更し、さらに、弁体２０と一体に形成された横揺れ防止用のガイド２０ｂの形状を変更している。すなわち、この膨張弁５ａでは、ストレート形状のシャフト２３に２つのリング３４ａ，３４ｂを軸線方向に離間して嵌合することによりＯリング２４のガイドを形成している。また、膨張弁５ａの弁座１９は、弁体２０との着座面を構成するテーパ部１９ａと、弁体２０のテーパ部２０ａとの間で環状空間を形成する弁孔１９ｂと、この弁孔１９ｂよりも内径が小さく内壁面が弁体２０のガイド２０ｂとの摺動面を構成するガイド保持部とを有している。

ここで、シャフト２３のリング３４ａ，３４ｂを弁の開閉方向に進退自在に保持するボディ１８のシリンダ１８ａの内径は、弁座１９のテーパ部１９ａと出口ポート１７側の端面との境界をなす円の直径にほぼ等しくし、シャフト２３のリング３４ａ，３４ｂの外径は、弁座１９のテーパ部１９ａと弁孔１９ｂとの境界をなす円の直径にほぼ等しくしてある。これにより、弁体２０が開弁方向に高圧を受ける有効受圧面積と、シャフト２３のリング３４ａ（Ｏリング２４）が閉弁方向に高圧を受ける有効受圧面積とを実質的に等しくすることができ、ケース７に収納するために小型化した、パワーの小さなパワーエレメント２５でも、高圧の影響を受けることなく弁体２０を正確に制御することが可能にしている。

また、この実施の形態では、図６の（Ｂ）に示したように、弁体２０と一体に形成されたガイド２０ｂは、円周方向に４つ形成されており、弁体２０を弁座１９のガイド保持部に芯決めしながら開閉方向にガイドしている。

図７は第３の実施の形態における差圧弁を示す図である。なお、図７において、図２に示した構成要素と同じまたは同等の構成要素は、同じ符号を付してある。
この第３の実施の形態では、膨張弁５の出口の湿り分の多い冷媒を、蒸発器６をバイパスさせて内部熱交換器４の戻り低圧配管４ｂへ送り出す差圧弁８の構成を変更している。すなわち、この差圧弁８は、パワーエレメント２５から離れていて戻り低圧配管４ｂの入口に近い位置、すなわち、膨張弁５のアジャストねじ２２の螺着位置近傍のボディ１８の外側に筒状部３５が接続され、その筒状部３５の中心線から偏心した位置のボディ１８には開口部３６が形成されている。筒状部３５の中心線に位置するボディ１８には、表面が平坦な弁座３７が形成されており、その弁座３７に対して筒状の弁体３８が接離自在に配置されている。この弁体３８は、筒状部３５の中を遮るように配置されたダイヤフラム３９によってその中央部に支持されており、スプリング４０によって弁体３８を弁座３７に着座させる方向に付勢されている。また、筒状の弁体３８の中には、冷媒の流量を制限するためのオリフィス４１が形成されている。

以上の構成の差圧弁８によれば、蒸発器６の冷媒入口１１の圧力と冷媒出口１２の圧力との差圧を受圧面積の大きなダイヤフラム３９によって感知するようにしている。これにより、圧力損失が小さくて小さい差圧しか発生しないような蒸発器６であっても、受圧面積の大きなダイヤフラム３９がそのような差圧を感知するので、弁体３８を開閉させるに十分な駆動力を得ることができる。

自動車用空調装置が停止しているとき、または冷凍負荷の小さい状態で運転しているとき、弁体３８は、スプリング４０による閉弁方向の付勢力によって弁座３７に着座され、閉弁している。ここで、自動車用空調装置が冷凍負荷の高い状態で運転しているときには、蒸発器６に大流量の冷媒が流れるので、その冷媒入口１１の圧力と冷媒出口１２の圧力との差圧が大きくなり、その差圧が所定値より大きくなると、開弁する。これにより、絞り膨張直後の湿り分の多い低温の冷媒が筒状の弁体３８を介して流れ、内部熱交換器４の戻り低圧配管４ｂへ流入し、蒸発器６からの冷媒に混入される。このときの冷媒の流量は、筒状の弁体３８の中に設けられたオリフィス４１によって制限される。その湿り分のある冷媒は、内部熱交換器４にて完全に蒸発されてから圧縮機１へ吸入される。その冷媒の蒸発の際に温度が下がることから、蒸発器６からの冷媒が冷却されることになり、その結果、圧縮機１で圧縮して吐出される冷媒の温度が高くなり過ぎてしまうのを防止し、潤滑オイルの熱劣化を防止している。

図８は内部熱交換器の例を示す図であって、（Ａ）はその一端を示す部分斜視図であり、（Ｂ）は往き高圧配管の例を示す部分断面斜視図である。
内部熱交換器４は、往き高圧配管４ａを戻り低圧配管４ｂの中に挿入して構成される。往き高圧配管４ａは、その外側に放射状に設けられた複数の邪魔板４ｃを有し、内側にも放射状に設けられた複数の凸部４ｄを有している。このような往き高圧配管４ａは、邪魔板４ｃおよび凸部４ｄを有する管の引き抜き材に対して、邪魔板４ｃの外周縁部を長手方向に沿って波状に屈曲加工することによって作られる。また、往き高圧配管４ａの先端部分は、内部の凸部４ｄが除去された後、Ｏリング３０を配置するためのリブ加工がなされている。このリブ加工は、戻り低圧配管４ｂの先端部分においても、Ｏリング３２を配置するために同様になされている。

往き高圧配管４ａと戻り低圧配管４ｂとの間に邪魔板４ｃを配置することによって、往き高圧配管４ａと戻り低圧配管４ｂとの同心状態が保持され、邪魔板４ｃを波状に屈曲加工することによって戻り低圧配管４ｂを流れる冷媒との接触面積を大きくし、往き高圧配管４ａを流れる高温の冷媒から戻り低圧配管４ｂを流れる低温の冷媒への伝熱効率を向上させている。

本発明による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。 室内側に配置されるユニットの第１の実施の形態を示す断面図である。 膨張弁の詳細図であって、（Ａ）は膨張弁の要部の拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面図である。 膨張弁の入口に接続される配管の中心線を通る面で切断した断面図である。 管継手を示す端面図である。 第２の実施の形態における膨張弁を示す図であって、（Ａ）は膨張弁の要部の拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図である。 第３の実施の形態における差圧弁を示す図である。 内部熱交換器の例を示す図であって、（Ａ）はその一端を示す部分斜視図であり、（Ｂ）は往き高圧配管の例を示す部分断面斜視図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ レシーバ
４ 内部熱交換器
４ａ 往き高圧配管
４ｂ 戻り低圧配管
４ｃ 邪魔板
４ｄ 凸部
５，５ａ 膨張弁
６ 蒸発器
７ ケース
８ 差圧弁
９ 管継手
９ａ 第１の接続穴
９ｂ 第２の接続穴
９ｃ 第３の接続穴
９ｄ 第４の接続穴
９ｅ 拡開用穴
９ｆ，９ｇ ねじ穴
１０ ファイヤウォール
１１ 冷媒入口
１２ 冷媒出口
１３ 入口配管
１４ 連結部
１５ Ｏリング
１６ 入口ポート
１７ 出口ポート
１８ ボディ
１８ａ シリンダ
１９ 弁座
１９ａ テーパ部
１９ｂ 弁孔
２０ 弁体
２０ａ テーパ部
２０ｂ ガイド
２１ スプリング
２２ アジャストねじ
２３ シャフト
２３ａ 大径部
２３ｂ 小径部
２４ Ｏリング
２５ パワーエレメント
２６ ダイヤフラム
２７ センターディスク
２８ 断熱カバー
２９，３０ Ｏリング
３１ 接続配管
３２ Ｏリング
３３ クランプ装置
３３ａ 第１繋止部材
３３ｂ 第２繋止部材
３３ｃ 固定ピン
３４ａ，３４ｂ リング
３５ 筒状部
３６ 開口部
３７ 弁座
３８ 弁体
３９ ダイヤフラム
４０ スプリング
４１ オリフィス

Claims (8)

1. 蒸発器の冷媒出口に直結されたケース内に、入口には高圧冷媒を受ける配管が接続され、出口には前記蒸発器の冷媒入口配管が接続された温度式の膨張弁を収容し、
   前記ケースには、前記高圧冷媒と前記ケースから圧縮機へ戻る低圧冷媒との間で熱交換を行うための内部熱交換器を結合し、
   前記内部熱交換器の前記ケースとは反対側の端部には、レシーバから延びる高圧配管と、前記圧縮機へ延びる低圧配管とをそれぞれ独立して接続するための管継手を結合してなることを特徴とする自動車用空調装置。
2. 前記内部熱交換器は、前記高圧冷媒を流す往き高圧配管の外側に前記圧縮機への低圧冷媒を流す戻り低圧配管が同心配置された二重管で構成されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用空調装置。
3. 前記二重管は、前記往き高圧配管と前記戻り低圧配管との間に伝熱用の邪魔板が配置されることによって互いの同心状態が保持されていることを特徴とする請求項２記載の自動車用空調装置。
4. 前記膨張弁は、その入口に導入された前記高圧冷媒によって弁体が開弁方向に受圧する面積と前記弁体と一体となって動作するシャフトが閉弁方向に受圧する面積とを実質的に同じにした背圧キャンセル構造を有し、開閉動作時に、前記弁体を弁孔に沿って動作するよう案内するガイドが前記弁体に設けられていることを特徴とする請求項１記載の自動車用空調装置。
5. 前記膨張弁は、前記蒸発器の冷媒入口と冷媒出口との差圧が所定値を超えると膨張直後の冷媒を前記内部熱交換器の戻り低圧配管へバイパスさせる差圧弁を備えていることを特徴とする請求項１記載の自動車用空調装置。
6. 前記差圧弁は、前記差圧を感知するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの中心に保持された筒状弁体と、前記筒状弁体を表面が平坦な弁座へ着座させるように付勢するスプリングと、前記筒状弁体の中の冷媒通路に設置されたオリフィスとを有していることを特徴とする請求項５記載の自動車用空調装置。
7. 前記管継手は、一方の端面に、前記二重管の前記戻り低圧配管が嵌合する第１の接続穴と、この第１の接続穴の中に同心配置されて前記往き高圧配管が嵌合する第２の接続穴とを有し、他方の端面には、前記第１の接続穴と連通する第３の接続穴と前記第２の接続穴と連通する第４の接続穴とが並設されていることを特徴とする請求項２記載の自動車用空調装置。
8. 前記管継手は、エンジンルームと車室とを隔てるファイヤウォールに設置されることを特徴とする請求項１記載の自動車用空調装置。

Images