JP2012020599A - 複合弁および車両用冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御弁の下流側に差圧弁を設ける装置において、差圧弁の安定作動を実現する。
【解決手段】ある態様の複合弁３０は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する過冷却度制御弁２１と、その過冷却度制御弁２１の下流側通路を開閉する逆止弁２５（差圧弁）とを含む。複合弁３０は、過冷却度制御弁２１の上流側圧力室と逆止弁２５の上流側圧力室とを連通する連通路７２を備える。そして、逆止弁２５が、過冷却度制御弁２１の上流側圧力と逆止弁２５の下流側圧力との差圧を受け、その差圧が設定差圧よりも大きくなったときに開弁して過冷却度制御弁２１の下流側通路を開放する。
【選択図】図３

Description

本発明は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御可能な複合弁、およびその複合弁を含む車両用冷暖房装置に関する。

近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷媒循環回路が構成され、暖房運転時および冷房運転時のそれぞれにおいて、冷媒の循環方向およびその流れの切り替え方向などが設定されている。また、そうした冷媒の流れの切り替えや減圧のために、冷媒循環回路の各所にはその冷媒の流れを制御する各種制御弁が設けられている。このような冷媒循環回路における冷媒の流れは圧縮機の仕事によりもたらされるが、冷暖房に要される負荷に応じて圧縮機の運転状態も変化する。しかしながら、車両用冷暖房装置の安定した運転状態を維持するためには、圧縮機がいかなる運転状態にあっても冷媒を定められた方向に流す必要がある。そのため、冷媒循環回路の各所には冷媒の逆流を防止するための逆止弁が設けられる。このような逆止弁としては、単に逆流方向の流れが生じたときに閉弁するものではなく、流れの順方向に所定の差圧（開弁差圧）が発生したときに開弁し、その順方向の冷媒の流れを許容する差圧弁として構成されるものが多い。

特開平９−２４０２６６号公報

しかしながら、このような差圧弁を設けた場合、その設定差圧が発生するまでは冷媒の流れが許容されないことになる。特に制御弁の下流側に差圧弁を設ける構成においては、その制御弁によって減圧がなされているため、差圧弁の前後差圧（差圧弁の上流側圧力と下流側圧力との差圧）は小さくなる。このため、差圧弁の開弁差圧を低くすることも考えられるが、その場合には逆に小さな差圧の変化によって弁部が開閉を繰り返すようになり、安定性が得られない場合もある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、制御弁の下流側に差圧弁を設ける装置においてその差圧弁の安定作動を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する制御弁と、その制御弁の下流側通路を開閉する差圧弁とを含む複合弁であって、制御弁の上流側圧力室と差圧弁の上流側圧力室とを連通する連通路を備える。そして、差圧弁が、制御弁の上流側圧力と差圧弁の下流側圧力との差圧を受け、その差圧が設定差圧よりも大きくなったときに開弁して制御弁の下流側通路を開放する。

この態様によると、差圧弁が制御弁の下流側圧力ではなく上流側圧力を受け、その制御弁の上流側圧力と差圧弁の下流側圧力との差圧に応じて開閉する。すなわち、上流側に制御弁が位置するにもかかわらず差圧弁の上流側圧力を高くすることができる。このため、差圧弁の開弁差圧（設定差圧）を大きく設定することが可能となり、それにより、差圧弁の前後差圧が変化してもその挙動を安定化させることができる。また、そのように設定差圧を大きくしても差圧弁の前後差圧そのものが大きくなるため、開弁時の応答性を維持することができる。

本発明の別の態様は、車両用冷暖房装置である。この冷暖房装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる凝縮器と、凝縮器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備える。膨張装置は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する制御弁と、その制御弁の下流側通路を開閉する差圧弁とを含む複合弁であって、制御弁の上流側圧力室と差圧弁の上流側圧力室とを連通する連通路を備える。差圧弁は、制御弁の上流側圧力と差圧弁の下流側圧力との差圧を受け、その差圧が設定差圧よりも大きくなったときに開弁して制御弁の下流側通路を開放する。

この態様においても、差圧弁が制御弁の下流側圧力ではなく上流側圧力を受け、その制御弁の上流側圧力と差圧弁の下流側圧力との差圧に応じて開閉する。このため、差圧弁の開弁差圧（設定差圧）を大きく設定することにより、差圧弁の前後差圧が変化してもその挙動を安定化させることができる。また、そのように設定差圧を大きくしても差圧弁の開弁時の応答性を維持することができる。

本発明によれば、制御弁の下流側に差圧弁を設ける装置においてその差圧弁の安定作動を実現することができる。

第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。 車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。 複合弁の具体的構成を表す断面図である。 過冷却度制御弁の具体的構成を表す断面図である。 第２実施形態に係る第２制御弁ユニットの具体的構成を表す断面図である。 第２制御弁ユニットの動作過程を例示する断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。

車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁ユニット４、室外熱交換器５、第２制御弁ユニット６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。

車両用冷暖房装置１は、空気の熱交換が行われるダクト１０を有し、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、室内凝縮器３が配設されている。室内凝縮器３の上流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、室内凝縮器３を通過する風量と室内凝縮器３を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器５に対向するように室外送風機１６が配置されている。

圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。この圧縮機２としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式など、様々な形式の圧縮機を採用することができるが、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明については省略する。

室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。エアミックスドア１４の開度に応じて振り分けられた空気は、室内凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。

第１制御弁ユニット４は、開閉弁１５と過冷却度制御弁１７とを含む。開閉弁１５は、室内凝縮器３と室外熱交換器５とをつなぐ主通路を開閉する。開閉弁１５は、その主通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。また、主通路を開閉弁１５の前後で迂回するバイパス通路が設けられ、そのバイパス通路に過冷却度制御弁１７が設けられている。過冷却度制御弁１７は、室外熱交換器５が室外蒸発器として機能するときに、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値となるように制御する。

室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外送風機１６は、吸い込み式の送風機であり、軸流ファンをモータにより回転駆動することにより外気を導入する。室外熱交換器５は、その外気と冷媒との間で熱交換をさせる。

第２制御弁ユニット６は、過冷却度制御弁２１、差圧弁２２、切替弁２３を含む。過冷却度制御弁２１は、室外熱交換器５と蒸発器７とをつなぐ第１通路の開度を調整する。過冷却度制御弁２１は、室外熱交換器５が室外凝縮器として機能するときに、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値となるように制御する。第１通路における過冷却度制御弁２１の下流側には逆止弁２５が配設されている。逆止弁２５は、その前後差圧が設定された開弁差圧以上となったときに開弁する差圧弁として構成されている。ただし、逆止弁２５は、その上流側圧力として過冷却度制御弁２１の下流側圧力ではなく上流側圧力を受けるよう構成されている。逆止弁２５は、過冷却度制御弁２１の前後差圧がその開弁差圧以上となったときに開弁する。過冷却度制御弁２１と逆止弁２５とは一体に設けられて複合弁を構成するが、その具体的構成については後に詳述する。

一方、差圧弁２２は、室外熱交換器５と蒸発器７とをつなぐ第２通路の開度を調整する。すなわち、室外熱交換器５と蒸発器７とをつなぐ主通路は、過冷却度制御弁２１および差圧弁２２の上流側に設けられた分岐点にて第１通路および第２通路に分岐され、差圧弁２２および逆止弁２５の下流側に設けられた合流点にて合流する。また、第２制御弁ユニット６には、室外熱交換器５とアキュムレータ８とを蒸発器７を経由せずにつなぐバイパス通路９が設けられ、そのバイパス通路９に切替弁２３が配設されている。

差圧弁２２は、第２通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。差圧弁２２は、その前後差圧（差圧弁２２の上流側圧力と下流側圧力との差圧）が供給電流値に応じた一定の値（設定差圧）となるように動作する定差圧弁として機能可能に構成されている。すなわち、差圧弁２２は、前後差圧がソレノイドへの供給電流値に対応づけられた値となるよう自律的に動作する。差圧弁２２の前後差圧を制御することにより、過冷却度制御弁２１の上流側圧力と逆止弁２５の下流側圧力との差圧（本実施例においては逆止弁２５の前後差圧）を制御することができる。切替弁２３は、バイパス通路９を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。

蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、過冷却度制御弁２１や差圧弁２２の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。ダクト１０の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１４の開度に応じて室内凝縮器３を通過するものと、室内凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。室内凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。室内凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが室内凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。例えば、ベント吹出口、フット吹出口、デフ吹出口等から車室内所定場所に向かって吹き出される。

アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。その結果、圧縮機２の圧縮動作に支障をきたすこともない。一方、本実施形態では、その液相部の冷媒の一部を圧縮機２に供給できるようにされており、圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができる。

切替弁２３は、室外熱交換器５から導出された冷媒をバイパス通路９を経由するように流すか否かを切り替える。本実施形態において、切替弁２３は通電により開弁する電磁駆動の開閉弁からなり、特に外部温度が低くなり、蒸発器７の凍結が予測される状況下にある場合には、適宜、差圧弁２２を閉弁させて蒸発器７へつながる通路を遮断するとともに、切替弁２３を開弁させて蒸発器７を迂回させるバイパス通路９を開放する。その間にダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められ、凍結防止を図ることができる。

以上のように構成された車両用冷暖房装置１は、制御部１００により制御される。制御部１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部１００には、車両用冷暖房装置１に設置された図示しない各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。制御部１００は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。図示の例では、制御部１００は、第１制御弁ユニット４の開閉制御、第２制御弁ユニット６の開閉制御のほか、圧縮機２，室内送風機１２，室外送風機１６およびエアミックスドア１４の駆動制御も実行する。

制御部１００は、差圧弁２２の駆動回路に設定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１００は、特に暖房運転時において、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて設定差圧を決定し、差圧弁２２の前後差圧がその設定差圧となるよう通電制御を行う。言い換えれば、差圧弁２２の弁部が供給電流値に対応した前後差圧が得られるよう自律的に動作し、その開度を調整する。また、制御部１００は、特に冷房運転時において、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて設定流量を決定し、差圧弁２２の前後差圧に対して必要な弁開度が得られるよう通電制御を行う。言い換えれば、差圧弁２２の弁部が供給電流値に対応した弁開度が得られるよう自律的に動作する。

次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示している。なお、ここでいう「冷房運転」は、冷房機能が暖房機能よりも大きく機能する運転状態であり、「暖房運転」は、暖房機能が冷房機能よりも大きく機能する運転状態であり、「特定暖房運転」は、蒸発器７を実質的に機能させない暖房運転であり、外部環境等に応じて暖房運転時に適宜実行される。

各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。その横軸がエンタルピーを表し、縦軸が各種圧力を表している。各図の下段には、冷凍サイクルの動作状態が示されている。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、符号ａ〜ｆはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。なお、同図の下段は図１に対応するが、エアミックスドア１４等の図示を省略するなど便宜上簡略表記されている。

図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁ユニット４の開閉弁１５が開弁される一方、第２制御弁ユニット６の差圧弁２２は閉弁される。切替弁２３は、バイパス通路９を遮断する。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、開閉弁１５および過冷却度制御弁１７、室外熱交換器５、過冷却度制御弁２１、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。このとき、過冷却度制御弁１７には高温・高圧のガス冷媒が導入されるため、過冷却度制御弁１７は全開状態となる。

すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮され、過冷却度制御弁２１にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相液冷媒となって蒸発器７に導入される。このとき、過冷却度制御弁２１は、室外熱交換器５の出口側（ｅ点）の過冷却度（サブクール）が設定値ＳＣ１となるように弁部の開度を自律的に調整する。なお、過冷却度制御弁２１の前後差圧が大きいため、逆止弁２５は全開状態となる。過冷却度制御弁２１を通過した冷媒は、蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却・除湿する。このとき、エアミックスドア１４の開度が適度に調整され、その空気の温度調整が行われる。

一方、図２（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、開閉弁１５が閉弁される一方、差圧弁２２が開弁される。切替弁２３は、バイパス通路９を遮断する。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、過冷却度制御弁１７、室外熱交換器５、差圧弁２２、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。

すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、過冷却度制御弁１７にて断熱膨張され、低温・低圧の気液二相液冷媒となって室外熱交換器５に導入される。このとき、過冷却度制御弁１７は、室内凝縮器３の出口側（ｃ点）の過冷却度（サブクール）が設定値ＳＣ２となるように弁部の開度を自律的に調整する。なお、本実施形態では、これらの設定値ＳＣ１とＳＣ２とが等しく設定されているが（「ＳＣ」と表記する）、変形例においては両者を異ならせてもよい。過冷却度制御弁１７を通過した冷媒は、さらに差圧弁２２にて断熱膨張され、冷温・低圧の冷媒となって蒸発器７を通過する。すなわち、冷媒は、室外熱交換器５および蒸発器７を通過する過程で順次蒸発するが、後段の蒸発器７における蒸発潜熱により車室内の空気が冷却され、除湿される。蒸発器７によって冷却・除湿された空気は、室内凝縮器３を経由することで加熱され、適度に温められて車内に供給される。

図２（Ｂ）の上段に示すように、このとき室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が差圧弁２２の前後差圧ΔＰにより制御される。すなわち、前後差圧ΔＰが比較的大きく設定されると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に小さくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に大きくなる）。逆に、前後差圧ΔＰが比較的小さく設定されると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に大きくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に小さくなる）。制御部１００は、設定温度を実現する過程で蒸発器７における熱交換量を制御するが、その際、前後差圧ΔＰを適切に設定することで、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整する。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。

また、図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、暖房運転時と同様に開閉弁１５が閉弁される。このとき、差圧弁２２が閉弁されるとともに切替弁２３が開弁され、冷媒通路がバイパス通路９に切り替えられる。その結果、過冷却度制御弁２１の前後差圧が小さくなり（ほぼゼロとなり）、逆止弁２５の閉弁状態も維持される。すなわち、蒸発器７へつながる通路が遮断されるとともに、バイパス通路９が開放される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せずに迂回する。それにより、一時的に蒸発器７に低温・低圧の液冷媒が供給されなくなるため、蒸発器７の温度が極低温となって凍結するのを抑制できる。このとき、ダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められる。

本実施形態において、制御部１００は、外気温が予め設定する極低温（例えば−１０℃以下）となっている場合、図２（Ｂ）に示す暖房運転と図２（Ｃ）に示す特定暖房運転とを併用し、これらを交互に切り替えるように制御する。これにより、暖房運転により除湿性能を確保するとともに、特定暖房運転により蒸発器７の凍結を防止することができる。

次に、過冷却度制御弁２１および逆止弁２５を含む複合弁の具体的構成について説明する。図３は、複合弁の具体的構成を表す断面図である。図４は、過冷却度制御弁の具体的構成を表す断面図である。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。

図３に示すように、複合弁３０は、共用の円筒状のボディ３１に過冷却度制御弁２１と逆止弁２５とを組み込んで構成されている。過冷却度制御弁２１は、ボディ３１の上端開口部にＯリング７３を介して組み付けられ、その上部がボディ３１から露出し、下半部がボディ３１に収容されている。逆止弁２５は、ボディ３１の内部に過冷却度制御弁２１と同軸状に支持されている。ボディ３１は、その上端部には上流側から冷媒を導入する入口ポート３２が設けられ、下端部には下流側へ冷媒を導出する出口ポート３４が設けられている。これらのポートは、ボディ３１に形成された冷媒通路を介して連通している。ボディ３１の下端開口部には、円筒状のばね受け部材３６が圧入されている。

図４に示すように、過冷却度制御弁２１は、上流側から導入された冷媒を絞り膨張する弁部と、その弁部を開閉駆動するパワーエレメント３８を備えている。過冷却度制御弁２１は、金属板をプレス成形して得られた段付円筒状のボディ４０に段付円柱状の弁体４２（「主弁体」に該当する）を収容して構成される。ボディ４０の上端部には、パワーエレメント３８が一体に設けられている。ボディ４０の下半部は縮径されており、その縮径部に弁孔４４（「主弁孔」に該当する）が形成されている。そして、弁孔４４の開口端縁により弁座４６が形成されている。ボディ４０の上半部には内外を連通させる導入ポート４８が設けられ、下半部には内外を連通させる導出ポート５０が設けられている。図３にも示すように、導入ポート４８は入口ポート３２に連通し、導出ポート５０は出口ポート３４に連通する。また、ボディ４０の下端開口部には有底円筒状のアジャスト部材５２が圧入されている。

弁体４２は、弁孔４４の上流側から弁座４６に着脱して弁部を開閉する。弁体４２には、その着脱部の下方に延びて弁孔４４を貫通する細径部５４を有し、その細径部５４の先端に拡径されたガイド部５６を有する。弁体４２は、その上端部にもガイド部５８が設けられ、ガイド部５８がボディ４０の上半部に摺動し、ガイド部５６がボディ４０の下半部に摺動するようにして弁部の開閉方向に動作する。すなわち、ボディ４０の下半部には、導出ポート５０に対して弁孔４４とは反対側にガイド孔５９が設けられ、ガイド部５６はそのガイド孔５９に摺動可能に支持されている。なお、ガイド部５６の外周部にはシール用のＯリングが嵌着されている。弁体４２とアジャスト部材５２との間には背圧室６０が形成されている。

また、弁体４２とアジャスト部材５２との間には、弁体４２を開弁方向に付勢するスプリング６１（「付勢部材」に該当する）が介装されている。スプリング６１のばね荷重は、アジャスト部材５２のボディ４０への圧入量により調整することができる。その圧入量により弁部の開弁圧力、ひいては過冷却度制御弁２１が制御する過冷却度の設定値が調整される。ボディ４０における導出ポート５０よりもやや下部の外周面には、リング状のストッパ６７が圧入されている。

パワーエレメント３８は、中空のハウジング６２と、ハウジング６２内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設されたダイアフラム６４（「感圧部材」に該当する）とを含んで構成されている。ハウジング６２は、アッパーハウジング６６およびロアハウジング６８からなる。ダイアフラム６４は、ステンレス等の金属薄板からなる。ロアハウジング６８は、ボディ４０の上端開口部に一体成形されている。パワーエレメント３８は、アッパーハウジング６６とロアハウジング６８との間にダイアフラム６４を挟んだ状態でその接合部の外周に沿ってＴＩＧ溶接等が施されることにより形成される。密閉空間Ｓ１は感温室を構成し、アッパーハウジング６６内に基準圧力を保持するための基準ガスなどが充填された後、その上面中央に設けられた孔をボール状の封体６９にて封止することにより密閉されている。本実施形態においては、基準ガスとして、冷凍サイクルを循環する冷媒ガス（ＨＦＣ−１３４ａ）と窒素ガスとの混合ガスが用いられる。なお、変形例においては、基準ガスとして、冷凍サイクルを循環する冷媒ガスと同種類のガスを用いてもよい。

ダイアフラム６４の下面には弁体４２の上端面が当接する。弁体４２の上端部外周面の所定箇所には、軸線方向に平行に延びる連通溝７０が形成され、その連通溝７０とロアハウジング６８の内周面との間に形成される通路を介して導入ポート４８と開放空間Ｓ２と弁孔４４とが連通している。一方、弁体４２を軸線方向に貫通するように連通路７２が形成されており、導入ポート４８から導入された冷媒は、その連通路７２を介して背圧室６０に導かれるようになっている。

図３に戻り、以上のように構成された過冷却度制御弁２１は、シール用のＯリング７３を介してボディ３１に組み付けられる。このとき、ハウジング６２（ロアハウジング６８）がボディ３１の上端部に圧入されることにより、パワーエレメント３８がボディ３１に固定される。

逆止弁２５は、有底段付円筒状の弁体８０（「差圧弁体」に該当する）を有し、過冷却度制御弁２１の下半部を外方から取り囲むように配設されている。弁体８０の上端開口部にはリング状の弾性体（例えばゴム）からなる弁部材８２が嵌着されており、その弁部材８２が過冷却度制御弁２１のボディ４０に着脱することにより導出ポート５０を開閉できるように構成されている。すなわち、ボディ４０における上半部と下半部との境界部に位置する段部が、逆止弁２５の弁座８１を構成する。逆止弁２５とばね受け部材３６との間には、逆止弁２５を閉弁方向に付勢するスプリング８５（「付勢部材」に該当する）が介装されている。

図示のような逆止弁２５の閉弁状態においては、弁体８０によって導出ポート５０が外方から封止されるため、弁体８０の上端部と弁体４２とに囲まれる空間により中間圧力室８３が形成され、中間圧力Ｐ’が満たされるようになる。一方、弁体４２の底部と弁体８０の底部とに囲まれる空間には上述した背圧室６０が形成される。ストッパ６７と弁体８０との間には、シール用のＯリングが介装されており、中間圧力室８３と背圧室６０との間のシール性が確保されている。

このような構成において、入口ポート３２および導入ポート４８を介して導入された上流側圧力Ｐ１の冷媒は、連通路７２を介して背圧室６０にも導入される。ここで、ボディ４０において弁孔４４の径Ａとガイド孔５９の径Ｂとが実質的に等しく構成されているため、弁体４２に作用する上流側圧力Ｐ１の影響および中間圧力Ｐ’の影響はいずれもキャンセルされる。

パワーエレメント３８は、過冷却度制御弁２１の入口側（つまり、室外熱交換器５の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように動作し、弁部の開度を調整する。すなわち、弁体４２は、ダイアフラム６４から受ける基準圧力室（密閉空間Ｓ１）の圧力による力と、スプリング６１による付勢力とがバランスする位置にて静止する。基準圧力室の圧力は、入口ポート３２から導入される冷媒の過冷却度に対応して変化し、それによって弁体４２の位置が制御される。

すなわち、過冷却度の制御状態において過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると、パワーエレメント３８が低温を感知して開弁方向に動作する。その結果、弁開度が大きくなるため上流側圧力Ｐ１が低くなり、過冷却度が小さくなる方向に変化する。逆に、過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、パワーエレメント３８が高温を感知して閉弁方向に動作する。その結果、弁開度が小さくなるため上流側圧力Ｐ１が高くなり、過冷却度が大きくなる方向に変化する。このようにして過冷却度が設定値ＳＣに保たれるようになる。

なお、スプリング８５の荷重設定により逆止弁２５が開弁するときの開弁差圧（逆止弁２５の上流側圧力と下流側圧力との差圧）が設定されている。逆止弁２５は、過冷却度制御弁２１の開弁動作中は基本的に全開状態となる。本実施例においては、逆止弁２５に上流側圧力Ｐ１が作用するようにしたため、逆止弁２５には比較的大きな差圧が作用するようになる。このため、その上流側圧力Ｐ１に応じて逆止弁２５が速やかに開弁し、その開弁状態も安定に維持される。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、複合弁３０（過冷却度制御弁２１および逆止弁２５）、差圧弁２２および切替弁２３が一体化されている点を除き、第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図５は、第２実施形態に係る第２制御弁ユニットの具体的構成を表す断面図である。

第２制御弁ユニット２０６は、共用のボディ２３１に、複合弁３０（過冷却度制御弁２１および逆止弁２５）、差圧弁２２および切替弁２３が組み付けられて構成される。ボディ２３１の側部には、入口ポート３２および出口ポート３４のほか、第２出口ポート２３６が設けられている。入口ポート３２には室外熱交換器５につながる配管が接続され、出口ポート３４には蒸発器７につながる配管が接続され、第２出口ポート２３６にはアキュムレータ８につながる配管が接続される。入口ポート３２と第２出口ポート２３６とを連通する通路は、バイパス通路９の一部を構成する。複合弁３０は、入口ポート３２と出口ポート３４とを連通する第１通路に設けられる。

差圧弁２２は、その上流側と下流側との差圧が供給電流値に応じた差圧となるよう流体の流れを制御可能なパイロット作動式の制御弁として構成されている。差圧弁２２は、主弁１０５とパイロット弁１０６とを有する。主弁１０５の開度が調整されることにより、第２通路の開度が調整される。主弁１０５の開度は、パイロット弁１０６の開閉により背圧室１０８の中間圧力Ｐｐを変化させることにより調整される。パイロット弁１０６は、ソレノイド１０２により開閉駆動される。差圧弁２２は、ソレノイド１０２がオフの状態では差圧制御は行わず、その主弁１０５が閉弁状態となる。

一方、ソレノイド１０２がオンにされると、差圧弁２２は、その上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が供給電流値に応じた設定差圧（第１設定差圧）となるよう動作する定差圧弁として機能するとともに膨張装置としても機能する。すなわち、差圧弁２２の差圧制御状態において差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧よりも小さくなると、中間圧力Ｐｐと下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が小さくなるため、パイロット弁１０６が閉弁方向に動作する。その結果、中間圧力Ｐｐが上昇して主弁１０５の開度を小さくするため、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が大きくなる方向に変化する。一方、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧よりも大きくなると、中間圧力Ｐｐと下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が大きくなるため、パイロット弁１０６が開弁方向に動作する。その結果、中間圧力Ｐｐが低下して主弁１０５の開度を大きくするため、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が小さくなる方向に変化する。すなわち、パイロット弁１０６の動作により、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧となるよう主弁１０５の開度が調整される。

切替弁２３は、通電の有無により開閉するパイロット作動式の制御弁として構成されている。切替弁２３は、主弁１１５とパイロット弁１１６とを有する。パイロット弁１１６の開閉によって背圧室１１８の圧力が変化することにより、主弁１１５が開弁方向または閉弁方向に駆動される。パイロット弁１１６は、ソレノイド１１２により開閉駆動される。切替弁２３は、ソレノイド１１２がオフの状態では閉弁状態となる。一方、ソレノイド１１２がオンにされると、パイロット弁１１６が開弁され、上流側圧力Ｐ１が背圧室１１８に導入されるため、主弁１１５が開弁方向に駆動される。

次に、本実施例の第２制御弁ユニット２０６の主要な動作について説明する。図５および図６は、第２制御弁ユニット２０６の動作過程を例示する断面図である。図５は、過冷却度制御弁２１および逆止弁２５が開弁する一方、切替弁２３が閉弁した状態を示し、図２（Ａ）に示された状態に対応する。図６は、過冷却度制御弁２１および逆止弁２５が閉弁する一方、切替弁２３が開弁した状態を示し、図２（Ｃ）に示された状態に対応する。

図５に示す冷房運転状態においては、室外熱交換器５にて凝縮された冷媒が入口ポート３２を介して導入され、過冷却度制御弁２１は開弁状態となる。また、逆止弁２５の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）がその開弁差圧よりも大きくなるため、逆止弁２５は図示のように全開状態となる。過冷却度制御弁２１は、入口ポート３２を介して導入される冷媒の過冷却度が設置値ＳＣとなるようその弁開度を調整する。このとき、差圧弁２２および切替弁２３はいずれもオフ（ソレノイド１０２，１１２がオフ）にされているため、閉弁状態を維持する。その結果、入口ポート３２から導入された冷媒は、複合弁３０を経て減圧され、出口ポート３４から蒸発器７に向けて導出されるようになる。

一方、図６に示す特定暖房運転状態においては、切替弁２３がオン（ソレノイド１１２がオン）にされて開弁状態となるため、蒸発器７の入口と出口の圧力差がほとんどなくなり、差圧（Ｐ１−Ｐ２）がほぼゼロとなる。このため、逆止弁２５が閉弁状態となる。また、室外熱交換器５にて蒸発された冷媒が入口ポート３２を介して導入され、過冷却度制御弁２１も閉弁状態を維持する。一方、差圧弁２２はオフ（ソレノイド１０２がオフ）にされているため、閉弁状態を維持する。その結果、入口ポート３２から導入された冷媒の全てが第２出口ポート２３６からアキュムレータ８に向けて導出されるようになる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、過冷却度制御弁の下流側に逆止弁（差圧弁）を配置して複合弁を構成する例を示した。変形例においては、前後差圧が供給電流値に応じた一定の値となるように弁部が自律的に動作する定差圧弁、弁部の開度が駆動力に応じた一定の開度となるように動作する比例弁、供給電流に応じた一定の流量となるよう冷媒の流れを制御する流量制御弁、上流側圧力が供給電流値に応じた一定の値となるように動作する定圧弁、あるいは室外熱交換器の出口側の過熱度（スーパーヒート）を供給電流に応じた一定の過熱度となるよう冷媒の流れを制御する蒸発過熱度制御弁など、種々の制御弁の下流側に上記実施形態のような逆止弁（差圧弁）を設けて複合弁を構成してもよい。その場合も、差圧弁は、制御弁の上流側圧力と当該差圧弁の下流側圧力との差圧が設定差圧となったときに開弁し、設定差圧未満のときには閉弁状態を保持する。なお、制御弁は、アクチュエータとしてソレノイドを備える電磁弁であってもよいし、アクチュエータとしてステッピングモータ等の電動機を備える電動弁であってもよい。

上記実施形態では、圧縮機に対して室外熱交換器５と室内凝縮器３とを直列に接続する冷媒循環回路を有する冷凍サイクルについて上記複合弁を適用する例を説明した。変形例においては、圧縮機に対して室外熱交換器５と室内凝縮器３とを並列に接続する冷媒循環回路を有する冷凍サイクルに上記複合弁を適用してもよい。具体的には、圧縮機、室外熱交換器、室内蒸発器、補助凝縮器を備えた車両用冷暖房装置において、冷房運転時および暖房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が補助凝縮器および室内蒸発器を順次経由して圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、暖房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が補助凝縮器および室外熱交換器を順次経由して圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、冷房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が室外熱交換器および室内蒸発器を順次経由して圧縮機に戻るように循環可能な第３冷媒循環通路とを備え、少なくともいずれかの凝縮器（室内凝縮器、室外凝縮器）の下流側に本発明の複合弁を設けるようにしてもよい。

上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。

１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁ユニット、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁ユニット、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ９ バイパス通路、 １５ 開閉弁、 １７，２１ 過冷却度制御弁、 ２２ 差圧弁、 ２３ 切替弁、 ２５ 逆止弁、 ３０ 複合弁、 ３２ 入口ポート、 ３４ 出口ポート、 ３８ パワーエレメント、 ４２ 弁体、 ４４ 弁孔、 ４６ 弁座、 ４８ 導入ポート、 ５０ 導出ポート、 ５９ ガイド孔、 ６０ 背圧室、 ６４ ダイアフラム、 ７２ 連通路、 ８０ 弁体、 ８１ 弁座、 ８２ 弁部材、 ８３ 中間圧力室、 ８５ スプリング、 １００ 制御部、 １０２ ソレノイド、 １０５ 主弁、 １０６ パイロット弁、 １０８ 背圧室、 １１２ ソレノイド、 １１５ 主弁、 １１６ パイロット弁、 １１８ 背圧室、 ２０６ 第２制御弁ユニット、 ２３１ ボディ、 ２３６ 第２出口ポート。

Claims (7)

1. 上流側から下流側への冷媒の流れを制御する制御弁と、その制御弁の下流側通路を開閉する差圧弁とを含む複合弁であって、
   前記制御弁の上流側圧力室と前記差圧弁の上流側圧力室とを連通する連通路を備え、
   前記差圧弁が、前記制御弁の上流側圧力と前記差圧弁の下流側圧力との差圧を受け、その差圧が設定差圧よりも大きくなったときに開弁して前記制御弁の下流側通路を開放することを特徴とする複合弁。
2. 前記制御弁は、
   上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、その導入ポートと導出ポートとを連通する主弁孔とが設けられたボディと、
   前記主弁孔に接離して弁部の開度を調整する主弁体と、
   を備え、
   前記差圧弁は、
   前記制御弁のボディに着脱して前記導出ポートを開閉する差圧弁体と、
   前記差圧弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の複合弁。
3. 前記制御弁は、前記導入ポートから導入された冷媒の温度と圧力を感知し、前記弁部の上流側の温度が設定値となるよう前記主弁体を開閉駆動する感温部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の複合弁。
4. 前記連通路が前記主弁体を貫通するように形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の複合弁。
5. 前記ボディにおける前記導出ポートに対して前記主弁孔とは反対側に、前記主弁体を前記弁部の下流側にて摺動可能に支持するガイド孔が設けられ、
   前記主弁体において前記ガイド孔に支持される部分であるガイド部と前記差圧弁体との間に背圧室が形成され、
   前記連通路が前記背圧室に連通するように設けられることにより、前記制御弁の上流側圧力が前記背圧室に導入されるように構成され、
   前記主弁孔と前記ガイド孔との内径が等しくされることにより、前記主弁体に作用する前記制御弁の上流側圧力の影響がキャンセルされるキャンセル構造を備えたことを特徴とする請求項４に記載の複合弁。
6. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる凝縮器と、
   前記凝縮器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
   前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   を備えた車両用冷暖房装置であって、
   前記膨張装置は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する制御弁と、その制御弁の下流側通路を開閉する差圧弁とを含む複合弁であって、前記制御弁の上流側圧力室と前記差圧弁の上流側圧力室とを連通する連通路を備え、
   前記差圧弁が、前記制御弁の上流側圧力と前記差圧弁の下流側圧力との差圧を受け、その差圧が設定差圧よりも大きくなったときに開弁して前記制御弁の下流側通路を開放することを特徴とする車両用冷暖房装置。
7. 前記制御弁が、前記凝縮器の出口側の過冷却度が設定値となるよう冷媒の流量を調整する過冷却度制御弁として構成されていることを特徴とする請求項６に記載の車両用冷暖房装置。

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