JP2012061911A - 車両用冷暖房装置および制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用冷暖房装置において蒸発器における冷媒の蒸発状態を適正に調整できるようする。
【解決手段】車両用冷暖房装置１は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機２と、圧縮機２から吐出された冷媒を放熱させる凝縮器５と、凝縮器５から導出された冷媒を蒸発させる蒸発器７と、蒸発器７の下流側に設けられ、弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知し、その冷媒の過熱度が設定過熱度となるよう冷媒の流量を調整する過熱度制御弁４８と、を備える。過熱度制御弁４８は、上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体を含む弁駆動体と、弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知し、その冷媒の過熱度が設定過熱度となるよう弁体を開閉駆動する感温部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、およびその車両用冷暖房装置に好適な制御弁に関する。

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凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が加熱される。一方、冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。

特開平９−２４０２６６号公報

しかしながら、このような車両用冷暖房装置において、蒸発器に十分な冷媒が供給されず、その出口側の過熱度（スパーヒート）が過大になると、その蒸発器に温度ムラが生じてしまう。車両用冷暖房装置の冷媒循環回路には一般に潤滑用のオイルが循環されるが、蒸発器において過熱度の発生領域が大きくなってしまうと、蒸発器に温度ムラが生じるとともにその内部にオイルが滞留してしまうことも想定される。そうなると、圧縮機にも十分なオイルが供給されなくなり、その作動に支障をきたす可能性もある。

本発明の目的の一つは、車両用冷暖房装置において蒸発器における冷媒の蒸発状態を適正に調整できるようすることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御弁は、上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体を含む弁駆動体と、弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知し、その冷媒の過熱度が設定過熱度となるよう弁体を開閉駆動する感温部と、を備える。

この態様の制御弁を冷凍サイクルにおける蒸発器の下流側に設けることにより、その弁部の下流側に過熱度が発生したときには感温部がその温度と圧力を感知し、その過熱度を設定値に近づけるように動作する。このため、結果的に蒸発器の出口側における冷媒の状態を適正に制御することができ、蒸発器内において過熱度が発生する領域を抑制してその良好な作動を確保できるようになる。

すなわち、後述する実施形態において詳述するように、蒸発器の出口側に過熱度が発生する場合、制御弁の前後（上流側と下流側との間）においても過熱度が検知される。しかし、制御弁の前後で差圧が発生するため、冷凍サイクルの特性上、制御弁の上流側の過熱度よりも下流側の過熱度のほうが大きくなる。つまり、蒸発器の出口側の蒸発状態が同じであっても制御弁の下流側の過熱度のほうが大きくなる。言い換えれば、過熱度を制御対象とする場合には、制御弁の上流側の過熱度よりも下流側の過熱度のほうが調整範囲を大きくとることができる。この点に着目し、この態様では、当該制御弁がその弁部の下流側（低圧側）の過熱度を調整対象とし、その調整を弁部の上流側（高圧側：蒸発器の出口側）の蒸発状態（冷媒の湿り度または乾き度）の調整に反映させるようにする。

特に蒸発器の出口側の冷媒が湿り状態（過熱度が発生しない気液混合冷媒の状態）にある場合、弁部の上流側の過熱度を調整する構成ではその蒸発器の出口側の湿り度を制御することができない。これに対し、この態様では弁部の下流側に過熱度が発生している限り、結果的に蒸発器の出口側の湿り度を調整できるようになり、蒸発器における冷媒の蒸発状態を細かく調整できるようになる。

本発明の別の態様は、車両用冷暖房装置である。この装置は、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、凝縮器から導出された冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器の下流側に設けられ、弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知し、その冷媒の過熱度が設定過熱度となるよう冷媒の流量を調整する過熱度制御弁と、を備える。

この態様によれば、過熱度制御弁が蒸発器の下流側に設けられることにより、その弁部の下流側に過熱度が発生したときには感温部がその下流側の温度と圧力を感知し、その過熱度を設定値に近づけるように動作する。このため、上述のように蒸発器の出口側における冷媒の状態をより細かく適正に制御することができ、蒸発器内において過熱度が発生する領域を抑制してその良好な作動を確保できるようになる。

本発明によれば、車両用冷暖房装置において蒸発器における冷媒の蒸発状態を適正に調整できるようになる。

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。 過熱度制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。 過熱度制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。 過熱度制御弁による作用効果を表す説明図である。 第２実施形態に係る過熱度制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。 第２実施形態に係る過熱度制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。

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、室外熱交換器５、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。冷媒循環回路には、冷暖房を適切に制御するための各種制御弁が配設されている。

車両用冷暖房装置１は、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として直列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、暖房運転時（除湿時）に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時および除霜運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路、冷房運転時（除湿時）に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。

第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→室外熱交換器５→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→室外熱交換器５→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第２冷媒循環通路と第３冷媒循環通路とで同方向となっている。

具体的には、圧縮機２の吐出室は第１通路２１を介して室内凝縮器３の入口に接続され、室内凝縮器３の出口は第２通路２２を介して室外熱交換器５の入口に接続されている。室外熱交換器５の出口は第３通路２３を介して蒸発器７の入口に接続され、蒸発器７の出口は第４通路２４（戻り通路）を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。第２通路２２と第３通路２３とはバイパス通路２５により接続され、室内凝縮器３から導出された冷媒の少なくとも一部を室外熱交換器５を迂回させて蒸発器７へ供給可能となっている。さらに、第３通路２３のバイパス通路２５との合流点よりも上流側に分岐点が設けられ、アキュムレータ８の入口につながるバイパス通路２６が設けられている。

第１冷媒循環通路は、第１通路２１，第２通路２２，バイパス通路２５，第３通路２３，第４通路２４を接続して構成される。第２冷媒循環通路は、第１通路２１，第２通路２２，第３通路２３，バイパス通路２６を接続して構成される。第３冷媒循環通路は、第１通路２１，第２通路２２，第３通路２３，第４通路２４を接続して構成される。そして、このような冷媒循環通路の切り替えを実現するために、第２通路２２には流量制御弁３２が設けられ、第３通路２３には過冷却度制御弁４２、差圧弁４４および逆止弁４６が設けられ、第４通路２４には過熱度制御弁４８が設けられている。また、バイパス通路２５には開閉弁５０が設けられ、バイパス通路２６には開閉弁５２および過熱度制御弁５４が設けられている。

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。

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。

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、膨張装置として機能する制御弁の通過により低温・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、仮に上流側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ようになっている。

流量制御弁３２は、第２通路２２におけるバイパス通路２５との分岐点よりも下流側に設けられている。流量制御弁３２は、その開度がアクチュエータへの供給電流値に応じた設定開度に自律的に調整される比例弁として構成されている。本実施形態では、流量制御弁３２の弁部を駆動するアクチュエータとしてステッピングモータが採用されるが、ソレノイドであってもよい。流量制御弁３２は、基本的には全開状態、大口径制御状態、小口径制御状態、閉弁状態のいずれかの状態に制御される。なお、大口径制御状態は全開状態には到らないが開度が大きい状態であり、小口径制御状態は閉弁状態には到らないが開度が小さい状態である。

流量制御弁３２は、小口径制御により膨張装置としても機能する。暖房運転時においては、後述のように開閉弁５０が開弁状態とされてバイパス通路２５が開放される一方、流量制御弁３２の開度（つまり第２通路２２の開度）が調整される。このため、流量制御弁３２の開度に応じて室外熱交換器５へ供給される冷媒の流量が調整される。すなわち、流量制御弁３２は、室内凝縮器３から室外熱交換器５へ向かう冷媒流量と、室外熱交換器５を迂回して蒸発器７に供給される冷媒流量（バイパス通路２５を流れる冷媒流量）との割合を調整する流量調整弁として機能する。

過冷却度制御弁４２は、室外熱交換器５から導出された冷媒や、バイパス通路２５を介して供給された冷媒を絞り膨張させて蒸発器７側に導出する「膨張装置」として機能する。過冷却度制御弁４２は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。また、暖房運転時において室内凝縮器３の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過冷却度制御弁４２として、その上流側（冷房運転時においては室外熱交換器５の出口側であり、暖房運転時（除湿制御を行う特定暖房運転時）において室内凝縮器３の出口側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。

過冷却度制御弁４２は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると開弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。逆に、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、過冷却度制御弁４２は閉弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。過冷却度制御弁４２は、その入口（室外熱交換器５の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるよう自律的に動作する。

過冷却度制御弁４２は、また、特定暖房運転時においてバイパス通路２５が開放されると、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると開弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。逆に、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、過冷却度制御弁４２は閉弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。過冷却度制御弁４２は、その入口（室内凝縮器３の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるよう自律的に動作する。

なお、図示を省略するが、過冷却度制御弁４２は、上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、弁孔に接離して弁開度を調整する弁体と、入口ポートから導入された冷媒の温度と圧力を感知し、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弁体を開閉駆動する感温部とを備えるものでもよい。

差圧弁４４は、過冷却度制御弁４２の下流側に設けられている。差圧弁４４は、第３通路２３において過冷却度制御弁４２側への冷媒の逆流を防止する機械式の弁として構成され、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。

逆止弁４６は、第３通路２３におけるバイパス通路２６との分岐点とバイパス通路２５との合流点との間に設けられている。逆止弁４６は、バイパス通路２５を通過した冷媒が室外熱交換器５側へ逆流することを防止する機械式の弁として構成されている。

過熱度制御弁４８は、その出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、その過熱度が予め設定された一定の過熱度（設定過熱度ＳＨ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過熱度制御弁４８として、その出口側（過熱度制御弁４８の弁部の下流側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過熱度制御弁４８は、感知した過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きければ弁開度を絞り、蒸発器７の蒸発圧力を上昇させることにより、蒸発器７を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を小さくし、それにより過熱度を小さくして設定過熱度ＳＨに近づける。逆に、感知された過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さければ、過熱度制御弁４８は、弁開度を大きくし、蒸発器７の蒸発圧力を低下させることにより、蒸発器７を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を大きくし、それにより過熱度を大きくして設定過熱度ＳＨに近づける。このように、過熱度制御弁４８は、その出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう自律的に動作する。なお、過熱度制御弁４０の具体的構成については後述する。

開閉弁５０は、バイパス通路２５を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドとを備える二方向電磁弁からなる。開閉弁５０の開弁によりバイパス通路２５を介した蒸発器７への冷媒の流れが許容される。すなわち、開閉弁５０が開弁されることにより、室内凝縮器３から導出された冷媒の少なくとも一部が室外熱交換器５を迂回するようにして蒸発器７へ供給されるようになる。室外熱交換器５を経由する冷媒流量と室外熱交換器５を迂回する冷媒流量との割合は流量制御弁３２により制御される。本実施形態では、開閉弁５０として、ソレノイドへの通電有無によって弁部を開閉させる開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。なお、開閉弁５０の弁部を駆動するアクチュエータはソレノイドでなくてもよく、ステッピングモータ等の電動機であってもよい。

開閉弁５２は、バイパス通路２６における過熱度制御弁５４の上流側に設けられている。開閉弁５２は、バイパス通路２６を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドとを備える二方向電磁弁からなる。開閉弁５２の開弁によりバイパス通路２６を介したアキュムレータ８への冷媒の流れが許容される。本実施形態では、開閉弁５２として、ソレノイドへの通電有無によって弁部を開閉させる開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。なお、開閉弁５２の弁部を駆動するアクチュエータはソレノイドでなくてもよく、ステッピングモータ等の電動機であってもよい。また、本実施形態では、開閉弁５２をバイパス通路２６の中間部に設けているが、例えば第３通路２３におけるバイパス通路２６への分岐点に三方向切替弁として配設してもよい。

過熱度制御弁５４は、室外熱交換器５が室外蒸発器として機能するときにその蒸発圧力を調整する「蒸発圧力調整弁」として機能する。過熱度制御弁５４は、その出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、その過熱度が予め設定された一定の過熱度（設定過熱度ＳＨ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過熱度制御弁５４として、その出口側（過熱度制御弁５４の弁部の下流側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過熱度制御弁５４は、感知した過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きければ弁開度を絞り、室外熱交換器５の蒸発圧力を上昇させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を小さくし、それにより過熱度を小さくして設定過熱度ＳＨに近づける。逆に、感知された過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さければ、過熱度制御弁５４は、弁開度を大きくし、室外熱交換器５の蒸発圧力を低下させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を大きくし、それにより過熱度を大きくして設定過熱度ＳＨに近づける。このように、過熱度制御弁５４は、その出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう自律的に動作する。なお、本実施形態では、過熱度制御弁５４の設定過熱度と過熱度制御弁４８の設定過熱度とを等しく設定しているが、両者を異なるように設定してもよい。なお、過熱度制御弁５４の具体的構成については後述する。

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。制御部１００は、流量制御弁３２，開閉弁５０，開閉弁５２などの開閉制御のほか、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、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流量制御弁３２の設定開度を決定し、その開度がその設定開度となるようステッピングモータに制御パルス信号を出力する。このような制御により、図示のように、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。

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）は除湿運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は除霜運転時の状態を示している。ここでいう「除湿運転」は、車室内の除湿をメインとして運転状態であり、「特定暖房運転」は、暖房運転において特に除湿の機能を高めた運転状態である。

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〜ｇ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、流量制御弁３２は全開状態とされる。一方、開閉弁５０，５２はともに閉弁状態を保つ。このため、バイパス通路２５，２６が遮断され、圧縮機２から吐出冷媒は全て室外熱交換器５に導かれるようになる。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、流量制御弁３２、室外熱交換器５、過冷却度制御弁４２、蒸発器７、過熱度制御弁４８、アキュムレータ８を経由するように第３冷媒循環通路を循環して圧縮機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および室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が過冷却度制御弁４２にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相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４２は、室外熱交換器５の出口側（ｅ点）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように弁部の開度を自律的に調整する。蒸発器７の入口に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。

図２（Ｂ）に示すように、除湿運転時においては、流量制御弁３２は開弁状態となり、大口径制御を実行する。このとき、流量制御弁３２には前後差圧ΔＰが発生する。その結果、室内凝縮器３の凝縮圧力（凝縮温度）が、室外熱交換器５の凝縮圧力（凝縮温度）よりも高く維持され、車室内の温度が必要以上に低下することが抑制される。具体的には、ドライバの足元の温度をある程度高く維持することができる。また、この場合も、過冷却度制御弁４２は、室外熱交換器５の出口側（ｅ点）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように弁部の開度を自律的に調整する。

図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、流量制御弁３２は開弁状態となり、小口径制御を実行する。一方、開閉弁５０，５２が開弁される。そして、流量制御弁３２の開度が調整されることで、蒸発器７および室外熱交換器５に向かう冷媒の流量の割合が調整される。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、一方で室内凝縮器３、流量制御弁３２、室外熱交換器５、開閉弁５２、過熱度制御弁５４、アキュムレータ８を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、開閉弁５０、過冷却度制御弁４２、蒸発器７、過熱度制御弁４８、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機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を経て凝縮される。そして、一方で流量制御弁３２にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒が室外熱交換器５に供給されて蒸発し、他方で過冷却度制御弁４２にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒が蒸発器７に供給されて蒸発する。このとき、開閉弁５０は全開状態である。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は、流量制御弁３２の開度により制御される。すなわち、流量制御弁３２の開度調整により室外熱交換器５へ供給される冷媒の流量が調整される。室内凝縮器３から導出された冷媒のうちバイパス通路２５へ振り分けられる冷媒の流量は、流量制御弁３２の開度に応じて変化する。一方、蒸発器７へ供給される冷媒流量は、過冷却度制御弁４２により室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣとなるように調整される。

この特定暖房運転においては除湿運転が良好に行われるが、その除湿制御の概要については以下のとおりである。すなわち、図２（Ｃ）に示すように、過冷却度制御弁４２により室内凝縮器３の出口における所定の過冷却度ＳＣが維持されることで（ｃ点）、室内凝縮器３における凝縮能力が適正に維持され、室外熱交換器５（室外蒸発器）および蒸発器７（室内蒸発器）のそれぞれにおいて効率の良い熱交換が行われる。このとき、アキュムレータ８によって圧縮機２の入口の冷媒の状態が常に飽和蒸気圧曲線上に保持されるため（ａ点）、蒸発器７の出口の冷媒の状態（ｇ点）は、過熱度制御弁５４の出口における冷媒の過熱度（ｈ点）とバランスするように変化する。

すなわち、図示のように過熱度制御弁５４の出口側にて過熱度が発生している場合、蒸発器７の出口における冷媒の湿り度（ｇ点）は、過熱度制御弁５４の出口における冷媒の過熱度（ｈ点）とバランスする。このとき、室外熱交換器５における外部からの熱吸収量は、過熱度制御弁５４の絞り量により調整される。すなわち、過熱度制御弁５４は、その出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きくなると、閉弁方向に動作して室外熱交換器５における蒸発圧力Ｐｏを上昇させる。その結果、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅとの差圧Ｐoeが発生する。それにより、室外熱交換器５を通過する冷媒の温度が高くなり外気との熱交換量が少なくなるため、過熱度は小さくなる方向に変化する。逆に、その過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さくなると、開弁方向に動作して室外熱交換器５における蒸発圧力Ｐｏを低下させる。それにより、室外熱交換器５を通過する冷媒の温度が低くなり外気との熱交換量が多くなるため、過熱度は大きくなる方向に変化する。

このように、過熱度制御弁５４の出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨとなるよう過熱度制御弁５４が自律的に動作するため、室外熱交換器５の出口側の過熱度または湿り度が過熱度制御弁５４の出口側の過熱度に応じて調整される。それにより、室外熱交換器５に潤滑オイルが滞留することを防止または抑制することができる。また、外気温によっては逆に、過熱度制御弁４８の出口側にて過熱度が発生する場合もある（図２（Ｃ）の括弧書き参照）。その場合には、室外熱交換器５の出口における湿り度（（ｅ）点）が、過熱度制御弁４８の出口側の過熱度（（ｉ）点）とバランスするようになる。すなわち、過熱度制御弁４８の出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨとなるよう過熱度制御弁４８が自律的に動作するため、蒸発器７の出口側の過熱度または湿り度が過熱度制御弁４８の出口側の過熱度に応じて調整される。それにより、蒸発器７に潤滑オイルが滞留することを防止または抑制することができる。

また、車両が極寒の環境下におかれた場合などには、室外熱交換器５が凍結して空調制御の制御性を低下させてしまうことも想定される。このため、制御部１００は、外部情報に基づいて適宜除霜運転を実行する。この除霜運転において、制御部１００は、まずエアミックスドア１４を閉じて室内凝縮器３における熱交換を休止し、冷媒の温度低下を抑制する。このとき、蒸発器７にて熱交換が行われると車室内の温度が低下してしまうので、室内送風機１２の駆動も停止させる。その状態で、図２（Ｄ）に示したように開閉弁５０を閉じる一方で開閉弁５２を開弁させ、流量制御弁３２を開弁させる。なお、除霜運転時において室外熱交換器５と外部の空気との熱交換を抑制するために、室外熱交換器５に外気（風）が当たることを抑制するシャッタ等を設けてもよい。

このとき、流量制御弁３２は大口径制御を実行する。その結果、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒が、流量制御弁３２を通過して室外熱交換器５に供給され、その後、開閉弁５２、過熱度制御弁５４およびアキュムレータ８を経由して圧縮機２に戻る。このとき、室外熱交換器５の出口側の冷媒は過冷却しないため（ｅ点）、過冷却度制御弁４２は閉弁状態を維持する。このため、蒸発器７への冷媒の供給は遮断される。その結果、ホットガスが室外熱交換器５に供給され続ける状態となり、除霜を確実に実行することが可能となる。除霜運転が安定した状態においては図中実線にて示すように、室外熱交換器５から導出された冷媒は、アキュムレータ８に導入されることにより飽和蒸気線上に制御される（ｅ点）。

このようにして流量制御弁３２を介して高温のガス冷媒が室外熱交換器５に送られ、除霜を行うことができる。なお、開閉弁５２の下流側には過熱度制御弁５４が設けられているため、アキュムレータ８に想定以上の過熱ガスが供給されることは防止される。すなわち、アキュムレータ８内の液冷媒が不足等により過熱度制御弁５４の出口側に過熱度が発生する場合も想定されるが、その場合には図中点線にて示すように、過熱度制御弁５４がその過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう冷媒の流れを制御する。このため、過熱度制御弁５４には前後差圧が発生するようになる。

次に、本実施形態における過熱度制御弁の具体的構成および動作について説明する。図３および図４は、過熱度制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。図３は過熱度制御弁の閉弁状態を示し、図４は過熱度制御弁の開弁状態を示している。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、本実施形態の過熱度制御弁４８，５４は、有底筒状のボディ１０２に弁駆動体１０４およびベローズ１０６を同軸状に収容して構成される。ボディ１０２は、切削加工により得られた第１ボディ１０８にプレス成形により得られた第２ボディ１１０を同軸状に嵌合して構成されている。第１ボディ１０８の底部近傍の側部には入口ポート１１２が設けられ、下端開口部には出口ポート１１４が設けられている。過熱度制御弁４８であれば、入口ポート１１２は蒸発器７の出口に連通し、出口ポート１１４はアキュムレータ８の入口に連通する。過熱度制御弁５４であれば、入口ポート１１２は室外熱交換器５の出口に連通し、出口ポート１１４はアキュムレータ８の入口に連通する（図１参照）。第１ボディ１０８の上半部の内径は縮径されており、入口ポート１１２に連通する高圧室１１６が形成されている。第１ボディ１０８の下半部には、出口ポート１１４に連通する低圧室１１８が形成されている。

第２ボディ１１０は、上方に向けて小径化する段付円筒状の本体を有し、第１ボディ１０８に同心状に組み付けられている。第１ボディ１０８と第２ボディ１１０との間には、シール用のＯリング１１９が介装されている。第２ボディ１１０の小径部は高圧室１１６に配置され、その入口ポート１１２との対向面には内外を連通する連通孔が設けられている。第２ボディ１１０の下端開口部を封止するように円板状の支持部材１２０が設けられている。支持部材１２０の中央部には、ベローズ１０６を支持するための円ボス状の支持部１２２が設けられている。その支持部１２２の内周面には雌ねじ部が形成されている。支持部材１２０の所定箇所には内外を連通する連通孔１２４が設けられている。第２ボディ１１０の小径部の下端開口部には弁孔１２６が形成され、その開口端部により弁座１２８が形成されている。弁座１２８は、高圧室１１６と低圧室１１８との境界部に位置している。

弁駆動体１０４は、段付円筒状をなし、その軸線方向中央部に弁体１３０が設けられている。弁体１３０は低圧室１１８に配置され、弁座１２８に下流側から着脱して弁部を開閉する。弁駆動体１０４の下半部は段階的に拡径し、その下端部が第２ボディ１１０の大径部の内周面に摺動可能に支持されている。一方、弁駆動体１０４の上半部は縮径部１３１となって高圧室１１６に延出し、その先端部が径方向外向きに延出して区画部１３２を形成している。区画部１３２は、第２ボディ１１０の小径部の内周面に摺動可能に支持されている。すなわち、弁駆動体１０４は、その上端部と下端部が第２ボディ１１０に摺動可能に支持される態様で弁部の開閉方向に動作可能となっている。弁駆動体１０４と第２ボディ１１０との間には、弁駆動体１０４を開弁方向に付勢するスプリング１３４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

また、第２ボディ１１０の底部と区画部１３２との間には背圧室１３６が形成される。低圧室１１８内の冷媒は、縮径部１３１の内部通路１３７を介して背圧室１３６に導入される。本実施形態では、弁体１３０の有効受圧面積Ａと区画部１３２の有効受圧面積Ｂとが等しいため、弁体１３０に作用する上流側圧力Ｐinの影響がキャンセルされる。

ベローズ１０６は、可撓性を有する有底円筒状の本体１４０と、段付円筒状の心材１４２とを備える。心材１４２は、その上半部が本体１４０の内方に延出し、下半部が支持部材１２０に片持ち状に固定されている。すなわち、心材１４２の下半部には支持部材１２０の支持部１２２に連結されるアジャスト部１４４が設けられている。アジャスト部１４４の内周面には支持部１２２の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部が形成されており、アジャスト部１４４の螺入量を調整することで、低圧室１１８におけるベローズ１０６の位置が調整される。心材１４２におけるアジャスト部１４４のやや上部には、半径方向外向きに延出するフランジ部１４６が設けられ、本体１４０の下端開口部がフランジ部１４６に封止されるように接合されている。

本体１４０は、その蛇腹状の側部が心材１４２にそって軸線方向に延び、その先端の平面状の底部が弁体１３０の下面に当接するようにして弁駆動体１０４を下方から支持している。本体１４０は、低圧室１１８を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切る感圧部材からなる。本体１４０は、金属チューブ１４８を介して基準ガスなどが充填された後、その金属チューブ１４８の導入口を潰し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。本体１４０の外面には、弁部にて減圧された下流側圧力Ｐoutが付与されるようになる。

ベローズ１０６は、本体１４０が内外の圧力差によって伸縮し、その伸張により弁体１３０に閉弁方向の付勢力を付与する。一方、本体１４０が縮小することによりベローズ１０６による付勢力を解除することができるが、所定量縮小すると、本体１４０の底部が心材１４２の上端面に係止されるため、その縮小量は規制される。その結果、弁体１３０の全開位置が規制されることになる。

以上のような構成において、入口ポート１１２を介して導入された上流側圧力Ｐinの冷媒は、弁部を経て減圧膨張されて下流側圧力Ｐoutとなり、出口ポート１１４から導出される。一方、下流側圧力Ｐoutの冷媒の一部は、内部通路１３７を介して背圧室１３６にも導入される。弁体１３０そのものに作用する上流側圧力Ｐinおよび下流側圧力Ｐoutによる荷重はキャンセルされるため、弁体１３０は、スプリング１３４による開弁方向の力と、ベローズ１０６による閉弁方向の駆動力とが釣り合う位置にて静止する。ここで、ベローズ１０６は、低圧室１１８の冷媒の温度と圧力を感知し、弁部の下流側の冷媒の過熱度が設定値に近づくように動作し、弁部の開度を調整する。すなわち、ベローズ１０６は、弁部の下流側（過熱度制御弁の出口側）に過熱度が生じている場合、その過熱度が設定過熱度ＳＨとなるように動作し、弁部の開度を調整する。

すなわち、図４に示すような過熱度の制御状態において、下流側の過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きくなると、ベローズ１０６が高温を感知して弁体１３０の閉弁方向に動作する。その結果、弁開度が小さくなるため下流側圧力Ｐoutが低下し、上流側圧力Ｐinが上昇するため、その上流側の蒸発器での熱交換量が少なくなり、結果的に下流側の過熱度も小さくなる方向に変化する。

逆に、過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さくなると、ベローズ１０６が低温を感知して弁体１３０の開弁方向に動作する。その結果、弁開度が大きくなるため下流側圧力Ｐoutが上昇し、上流側圧力Ｐinが低下するため、その上流側の蒸発器での熱交換量が多くなり、結果的に下流側の過熱度も大きくなる方向に変化する。このようにして弁部の下流側の過熱度が設定過熱度ＳＨに保たれるようになる。なお、このように弁部の下流側の過熱度を制御することが、弁部の上流側の冷媒の状態（上流側の蒸発器での蒸発状態）を調整することになる。

図５は、過熱度制御弁による作用効果を表す説明図である。同図は、図２（Ｃ）のモリエル線図において二点鎖線にて囲まれた部分の拡大図に対応する。なお、図中の太い実線は乾き飽和蒸気線（図２（Ｃ）参照）を示し、一点鎖線は等温線を示し、点線は圧力を示している。

図示の例では、過熱度制御弁５４の出口側の冷媒の圧力が飽和温度０℃相当の圧力（約０．３Ｍｐａ）になっている場合を想定している。この場合に過熱度制御弁５４の出口側の過熱度の設定値ＳＨを１０ｄｅｇに設定すると（ｈ点）、過熱度制御弁５４の入口側（つまり室外熱交換器５の出口側）の温度が１０℃であった場合、その過熱度制御弁５４の入口側の過熱度は約３ｄｅｇになる（ｅ１点）。つまり、過熱度制御弁５４の出口側の過熱度の設定値ＳＨを１０ｄｅｇに設定することは、仮に過熱度制御弁５４の入口側の過熱度の設定値ＳＨを３ｄｅｇに設定することとほぼ等価となる。

すなわち、冷媒が過熱度制御弁５４の弁部を通過する際には断熱膨張により等エントロピー変化となる。一方、冷凍サイクルの特性上、乾き飽和蒸気線は厳密には図示のように右上がり状態となる。このため、過熱度制御弁５４の前後（上流側と下流側）で同じ冷媒の蒸発状態を実現するにしても、弁部の下流側の過熱度を調整対象としたほうが、弁部の上流側の過熱度を調整対象とする場合よりも過熱度の調整範囲を大きくとることができる。本実施形態ではこの点に着目し、過熱度制御弁５４が弁部の下流側の過熱度を制御するようにし、結果的に弁部の上流側（室外熱交換器５：外部蒸発器の出口側）の冷媒の状態（湿り度または乾き度）を細かく調整できるようにしている。

すなわち、同様に過熱度制御弁５４の出口側の過熱度の設定値ＳＨを１０ｄｅｇに設定したときに、過熱度制御弁５４の入口側の温度が１４．３℃であった場合には、その入口側の過熱度は０ｄｅｇになり（ｅ２点）、過熱度制御弁５４の入口側の温度が１４．３℃以上であった場合にはその入口側は湿り度がある状態となる（ｅ３点）。このような場合、過熱度制御弁５４が弁部の上流側の冷媒の温度と圧力を感知してその上流側の過熱度を制御する手法では、その上流側の蒸発状態を調整することができない。これに対し、本実施形態では、過熱度制御弁５４が弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知してその下流側の過熱度を制御するようにしたため、結果的に弁部の上流側が湿り度がある状態であってもその冷媒の蒸発状態を制御することが可能となる。すなわち、室外熱交換器５（室外蒸発器）の出口側の冷媒が湿り状態にあっても弁部の下流側に過熱度が発生していれば、過熱度制御弁５４がその下流側の過熱度を調整することで、結果的に室外熱交換器５の出口側の冷媒の湿り度を調整できるようになり、蒸発器における冷媒の蒸発状態を細かく調整できるようになる。

なお、図示の例では、過熱度制御弁５４の作用効果を例に説明したが、過熱度制御弁４８の作用効果についても同様のことが言える。すなわち、本実施形態では、過熱度制御弁４８が弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知してその下流側の過熱度を制御するようにしたため、結果的に弁部の上流側が湿り度がある状態であってもその冷媒の蒸発状態を制御することが可能となる。すなわち、蒸発器７（室内蒸発器）の出口側の冷媒が湿り状態にあっても弁部の下流側に過熱度が発生していれば、過熱度制御弁４８がその下流側の過熱度を調整することで、結果的に蒸発器７の出口側の冷媒の湿り度を調整できるようになり、蒸発器における冷媒の蒸発状態を細かく調整できるようになる。

［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、過熱度制御弁の構造が異なる点を除き、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などしてその説明を省略する。図６および図７は、第２実施形態に係る過熱度制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。図６は過熱度制御弁の閉弁状態を示し、図７は過熱度制御弁の開弁状態を示している。

本実施形態の過熱度制御弁４８，５４は、有底筒状のボディ２０２に主弁２０４とパイロット弁２０６とを同軸状に収容して構成される。ボディ２０２の一方の側部には入口ポート１１２が設けられ、他方の側部には出口ポート１１４が設けられている。ボディ２０２の上半部には、有底円筒状の区画部材２１０が圧入されている。区画部材２１０は、シール用のＯリング２１２，２１４を嵌着した状態でボディ２０２に圧入されており、区画部材２１０とボディ２０２との間隙を介した冷媒の漏洩が確実に防止されている。区画部材２１０の内部中央には半径方向内向きに突出したフランジ状の区画壁２１６が設けられている。区画壁２１６は、ボディ２０２内を高圧室１１６と低圧室１１８とに区画している。

区画壁２１６の環状の内周部により主弁孔２１８が形成されている。低圧室１１８には、弁座形成部材２０７、弁駆動体２０８およびパワーエレメント２０９が配設されている。弁座形成部材２０７は、上半部が拡径した段付円筒状の本体を有する。弁座形成部材２０７は、その上半部が区画部材２１０の下半部に圧入され、区画部材２１０との間に弁駆動体２０８を支持している。弁座形成部材２０７の下端部にはパワーエレメント２０９が固定されている。パワーエレメント２０９は、低圧室１１８の冷媒の温度と圧力を感知してパイロット弁２０６ひいては主弁２０４を開閉駆動するものである。

弁駆動体２０８は、主弁体２２０、縮径部２２２および区画部２２４を一体に備えた段付円筒状の本体を有する。弁駆動体２０８の上端部に主弁体２２０が設けられている。主弁体２２０は高圧室１１６に配置され、主弁孔２１８に上流側から挿抜されて主弁２０４を開閉する。主弁体２２０は、縮径部２２２を介して区画部２２４に連設されている。区画部２２４は下方に向けて段階的に拡径し、その下端部が弁座形成部材２０７の大径部の内周面に摺動可能に支持されている。区画部２２４の外周面にはシール用のＯリング２２６が嵌着されている。

区画部２２４は、弁座形成部材２０７との間に背圧室２２８を形成する。縮径部２２２の内方には高圧室１１６と背圧室２２８とを連通させる連通路２３０が設けられ、連通路２３０の下端部が縮径して小断面のオリフィス２３２を形成している。すなわち、高圧室１１６の上流側圧力Ｐinはオリフィス２３２を経由することで中間圧力Ｐｐとなる。区画部２２４と区画壁２１６との間には、主弁体２２０を閉弁方向に付勢するスプリング２３４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

弁座形成部材２０７の内部中央には、半径方向内向きに延出するフランジ部が設けられ、そのフランジ部の環状の内周部によりパイロット弁孔２３６が形成されている。そして、パイロット弁孔２３６の背圧室２２８側の開口端部によりパイロット弁座２３８が形成されている。背圧室２２８にはボール状のパイロット弁体２４０が配設され、そのパイロット弁体２４０がパイロット弁座２３８に着脱してパイロット弁２０６を開閉する。

弁座形成部材２０７の中央部には、パイロット弁体２４０を囲むように円ボス状の支持部が突設され、その支持部に円筒状のばね受け部材２４２が圧入されている。パイロット弁体２４０は、上方の支持部材２４４と下方の作動ロッド２４５との間に挟まれるようにして支持されている。支持部材２４４とばね受け部材２４２との間には、パイロット弁体２４０を閉弁方向に付勢するスプリング２４６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。ばね受け部材２４２の圧入量によりスプリング２４６の荷重が調整されている。なお、高圧室１１６と低圧室１１８とを主弁２０４を介してつなぐ通路が「主通路」を構成し、高圧室１１６と低圧室１１８とをパイロット弁２０６を介してつなぐ通路が「副通路」を構成する。

パワーエレメント２０９は、中空のハウジング２５０と、ハウジング２５０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２５２（「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２５０は、第１ハウジング２５４および第２ハウジング２５６からなる。ダイアフラム２５２は、ステンレス等の金属薄板からなる。パワーエレメント２０９は、第１ハウジング２５４と第２ハウジング２５６との間にダイアフラム２５２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。パワーエレメント２０９は、その第２ハウジング２５６が弁座形成部材２０７の下端部に圧入されるようにして固定されている。

密閉空間Ｓ１は感温室を構成し、第１ハウジング２５４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、その下面中央に設けられた孔をボール状の封体２５８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２５２の上面にはディスク２６０が設けられている。ディスク２６０は、弁座形成部材２０７の下端開口部に摺動可能に支持されている。ディスク２６０の外周面の数箇所には軸線方向に平行な連通溝２６２が形成され、第２ハウジング２５６の側部には内外を連通する連通孔２６４が設けられている。さらに、パワーエレメント２０９が収容されている収容室２７０と出口ポート１１４とを連通させる連通路２７２が形成されている。このため、パイロット弁２０６を経由した冷媒は、連通溝２６２、連通孔２６４、連通路２７２を介して出口ポート１１４へ導かれる。ダイアフラム２５２の上面には下流側圧力Ｐoutが付与される。

このような構成において、入口ポート１１２を介して導入された上流側圧力Ｐinの冷媒は、一方で主弁２０４を経て減圧膨張されて下流側圧力Ｐoutとなり、他方でオリフィス２３２を経て背圧室２２８にて中間圧力Ｐｐとなり、パイロット弁２０６を経て下流側圧力Ｐoutとなる。中間圧力Ｐｐは、パイロット弁２０６の開閉状態によって変化する。

ここで、パワーエレメント２０９は、低圧室１１８の冷媒の温度と圧力を感知し、主弁２０４の下流側の冷媒の過熱度が設定値に近づくように動作し、パイロット弁２０６ひいては主弁２０４の開度を調整する。すなわち、パワーエレメント２０９は、暖房運転時において主弁２０４の下流側の過熱度が設定過熱度ＳＨとなるように動作し、主弁２０４の開度を調整する。すなわち、弁駆動体２０８は、上流側圧力Ｐinと中間圧力Ｐｐとの差圧（Ｐin−Ｐｐ）による閉弁方向の力、中間圧力Ｐｐと下流側圧力Ｐoutとの差圧（Ｐｐ−Ｐout）による開弁方向の力、スプリング２３４による閉弁方向の付勢力とが釣り合う位置にて静止する。その力の釣り合いに際し、中間圧力Ｐｐは、パワーエレメント２０９の動作によるパイロット弁２０６の開閉状態に応じて変化する。パワーエレメント２０９の基準圧力室の圧力は、低圧室１１８の冷媒の過熱度に対応して変化する。それにより、低圧室１１８の冷媒の過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくようパイロット弁２０６の開度が変化し、主弁２０４の開度が調整される。

すなわち、図７に示すような過熱度の制御状態において、低圧室１１８（主弁２０４の下流側）の過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きくなると、パワーエレメント２０９が高温を感知してパイロット弁２０６の開弁方向に動作する。その結果、パイロット弁２０６の弁開度が大きくなるため中間圧力Ｐｐが低下し、弁駆動体２０８が閉弁方向に動作する。その結果、上流側圧力Ｐinが上昇するため、上流側の蒸発器での熱交換量が少なくなり、過熱度が小さくなる方向に変化する。例えば過熱度制御弁５４の場合、図２（Ｃ）に示した室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏが上昇するために外部の空気との温度差が小さくなり、その蒸発量が減少する。それにより、室外熱交換器５の出口側の過熱度が小さくなる。

逆に、過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さくなると、パワーエレメント２０９が低温を感知してパイロット弁２０６の閉弁方向に動作する。その結果、パイロット弁２０６の弁開度が小さくなるため中間圧力Ｐｐが上昇し、弁駆動体２０８が開弁方向に動作する。その結果、上流側圧力Ｐinが低下するため、上流側の蒸発器での熱交換量が増加し、過熱度が大きくなる方向に変化する。具体的には、図２（Ｃ）に示した室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏが低下するために外部の空気との温度差が大きくなり、その蒸発量が増加する。それにより、室外熱交換器５の出口側の過熱度が大きくなる。このようにして過熱度が設定過熱度ＳＨに保たれるようになる。なお、過熱度制御弁４８の場合には、その主弁の下流側の過熱度が設定過熱度ＳＨに保たれるようになる。その結果、蒸発器７における蒸発状態が調整される。

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、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。

上記実施形態においては、補助凝縮器として室内凝縮器を設ける例を示した。変形例においては、補助凝縮器を室外熱交換器とは別に設けられる熱交換器として構成してもよい。その熱交換器は、例えば車室外に配置され、エンジンの冷却水を利用して熱交換を行うものでもよい。具体的には、例えば図１における圧縮機２と流量制御弁３２との間に熱交換器を設ける一方、ダクト１０内に放熱器を配置し、これら熱交換器と放熱器とを冷却水の循環回路にて接続してもよい。その循環回路には冷却水を汲み上げるポンプを設けてもよい。このようにすれば、圧縮機２から流量制御弁３２へ向かう高温の冷媒と、循環回路を循環する冷却水との間で熱交換を行うことができる。このような構成においても、圧縮機２から吐出された冷媒を熱交換器により凝縮させて流量制御弁３２に供給することが可能となる。

上記実施形態においては、図１において車両用冷暖房装置の冷凍サイクルを構成する冷媒循環回路の一例を示した。変形例においては、これと異なる構成の冷媒循環回路を構成してもよい。圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる凝縮器と、凝縮器から導出された冷媒を蒸発させる第１の蒸発器と、第１の蒸発器と並列に設けられて凝縮器から導出された冷媒を蒸発させる第２の蒸発器とを備えた車両用冷暖房装置において、その第１の蒸発器および第２の蒸発器の一方または双方の下流側に上記実施形態にて示した過熱度制御弁を設けてもよい。その車両用冷暖房装置は、車室内に配置されて第１の蒸発器として冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、車室外に配置されて冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時に第２の蒸発器として冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、室外熱交換器とは別に凝縮器として冷媒を放熱させる補助凝縮器とを備えるものでもよい。

１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ５ 凝縮器、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ３２ 流量制御弁、 ４０ 過熱度制御弁、 ４２ 過冷却度制御弁、 ４４ 差圧弁、 ４６ 逆止弁、 ４８ 過熱度制御弁、 ５０，５２ 開閉弁、 ５４ 過熱度制御弁、 １００ 制御部、 １０２ ボディ、 １０４ 弁駆動体、 １０６ ベローズ、 １１２ 入口ポート、 １１４ 出口ポート、 １１６ 高圧室、 １１８ 低圧室、 １２６ 弁孔、 １２８ 弁座、 １３０ 弁体、 １３６ 背圧室、 ２０２ ボディ、 ２０４ 主弁、 ２０６ パイロット弁、 ２０８ 弁駆動体、 ２０９ パワーエレメント、 ２１８ 主弁孔、 ２２０ 主弁体、 ２２８ 背圧室、 ２３６ パイロット弁孔、 ２３８ パイロット弁座、 ２４０ パイロット弁体、 ２５２ ダイアフラム、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。

Claims (5)

1. 上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、
   前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体を含む弁駆動体と、
   前記弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知し、その冷媒の過熱度が設定過熱度となるよう前記弁体を開閉駆動する感温部と、
   を備えることを特徴とする制御弁。
2. 前記感温部として、前記弁部の下流側に設けられて前記弁駆動体に当接し、前記弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知して前記弁駆動体を駆動するベローズと、
   前記弁駆動体に作用する前記弁部の上流側圧力の影響をキャンセルする構造と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記入口ポートと前記出口ポートとをつなぐ主通路を、主弁孔に接離して開閉する主弁体を有し、前記弁駆動体が前記主通路と背圧室とを区画するように設けられる主弁と、
   前記入口ポートと前記出口ポートとを前記背圧室を介してつなぐ副通路の開度を、副弁孔に接離して調整可能なパイロット弁体を有し、そのパイロット弁体が前記感温部に作動連結されることにより前記主弁体の開閉駆動力を生成するパイロット弁と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
4. 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、
   前記凝縮器から導出された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器の下流側に設けられ、弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知し、その冷媒の過熱度が設定過熱度となるよう弁開度を調整する過熱度制御弁と、
   を備えることを特徴とする車両用冷暖房装置。
5. 車室内に配置され、前記蒸発器として冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
   車室外に配置され、冷房運転時に前記凝縮器として冷媒を放熱させる一方、暖房運転時に冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、
   前記室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに下流側となる位置に設けられ、弁部の下流側の冷媒の温度と圧力を感知し、その冷媒の過熱度が設定過熱度となるよう弁開度を調整するもう一つの過熱度制御弁と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の車両用冷暖房装置。

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