JP2013124847A - 流路切替弁、及びその流路切替弁を備えた車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の冷媒流路の切替と冷媒の減圧を行える流路切替弁を提供する。
【解決手段】冷媒が流出入する冷媒入口５ｄ及び複数の冷媒出口５ｅ，５ｆを有するハウジング５ａと、このハウジング５ａに移動可能に収容され、冷媒入口５ｄと各冷媒出口５ｅ，５ｆとの連通を選択的に切り替えできる冷媒流路５ｇ，５ｈ，５ｉを有する弁本体５ｂとを備え、冷媒流路５ｇ，５ｈ，５ｉの一部がオリフィス５ｉより構成され、オリフィス５ｉを通る経路と通らない経路で選択的に切り替えできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルに設けられる流路切替弁、及びその流路切替弁を備えた車両用空気調和装置に関する。

例えば電気自動車では、駆動源からの熱を車室内の暖房にほとんど利用することができない。そのため、圧縮式冷凍サイクルを循環する冷媒を冷熱源としたり、加熱源とするような車両用空気調和装置が種々提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

かかる車両用空気調和装置の圧縮式冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し空気を加熱する室内コンデンサと、冷媒と車室外の空気との間で熱交換する室外熱交換器と、冷媒を減圧する減圧手段と、前記減圧手段で減圧された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し空気を冷却する室内エバポレータとを備える。そして、室外熱交換器をコンデンサとして機能させたり、室外熱交換器をエバポレータとして機能させたり、室外熱交換器を熱交換器として機能させないようバイパスさせたりする必要がある。そのため、従来では、室外熱交換器の上流に、複数の冷媒流路、これらを切り替える流路切替手段、及び、減圧手段を配置していた。

特開２０００-２０３２４９号公報（特許第４３４１０９３号公報) 特開平１０-２８７１２５号公報（特許第３７９９７３２号公報）

従って、従来例では、高コスト化、重量化、設置スペースの増大化になり、部品点数の削減が要望されている。また、配管継手が必要であるため、接続作業工数が増すという懸念もある。さらに、複数の流路切替手段をそれぞれ電磁制御弁で構成すると、各弁体の制御用コイルも複数個必要であるため、配線コネクタの台数やハーネス結線工数も増し、この点でもコストが増加するという問題がある。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、複数の冷媒流路の切替を行うことができる流路切替弁、及びその流路切替弁を備えた車両用空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明の流路切替弁は、冷媒が流出入する冷媒入口及び複数の冷媒出口を有するハウジングと、このハウジングに移動可能に収容され、前記冷媒入口と前記各冷媒出口との連通を選択的に切り替えできる冷媒流路を有する弁本体とを備え、前記冷媒流路の一部がオリフィスより構成され、前記オリフィスを通る経路と通らない経路で選択的に切り替えできることを特徴とする流路切替弁である。

前記ハウジングは、圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し空気を加熱する室内コンデンサを通過した冷媒が導かれる冷媒入口と、冷媒と車室外の空気との間で熱交換する室外熱交換器に冷媒を導く第１冷媒出口と、前記室外熱交換器をバイパスし冷媒と車室内の空気との間で熱交換する室内エバポレータに冷媒を流すバイパス路へ導く第２冷媒出口とを有し、前記弁体を、前記冷媒入口と第２冷媒出口間を連通する第１切替位置と、前記冷媒入口と前記第１冷媒出口間をオリフィスを通る切替流路によって連通する第２切替位置と、前記冷媒入口と前記第１冷媒出口間を連通する第３切替位置とに切り替えできることが好ましい。

前記弁本体は、回転によって切替位置を可変するボール弁であることが好ましい。

各切替位置の切替過程では、前記冷媒入口と前記第１冷媒出口若しくは前記第２冷媒出口の間を一部連通させて切替位置に切り替えできることが好ましい。

各切替位置への切替過程で全閉となる区間では、前記圧縮機の回転数を制限する制御を行うことが好ましい。

本発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し空気を加熱する室内コンデンサと、冷媒と車室外の空気との間で熱交換する室外熱交換器と、冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し空気を冷却する室内エバポレータと、前記室内コンデンサを通過した冷媒が導かれる冷媒入口、前記室外熱交換器に流す第１冷媒出口、及び、前記室外熱交換器をバイパスするバイパス路へ導く第２冷媒出口を有し、前記冷媒入口と第２冷媒出口間を連通する第１切替位置と、前記冷媒入口と前記第１冷媒出口間をオリフィスを通る切替流路によって連通する第２切替位置と、前記冷媒入口と前記第１冷媒出口間を連通する第３切替位置とに切り替えできる流路切替弁とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ハウジングに移動可能に収容される弁本体を作動させることによりハウジングの冷媒入口と各冷媒出口間の連通を選択的に切り替えできると共に、オリフィスを通る流路と通らない流路に切り替えできるので、複数の冷媒流路の切替と共に冷媒の減圧を行える。従って、１つのハウジングに弁本体、冷媒入口、複数の冷媒出口、冷媒流路、オリフィスを集約して設けることにより、弁体の台数を少なくすることができるので、従来のように複数の弁体を別個に備える場合と比べて、コスト、重量及び設置スペースを削減することができる。また、弁体間の配管継手が不要であるため、配管接続作業工数を少なくすることができる。さらに、弁体の制御用コイルを減らして、配線コネクタの台数やハーネス結線工数を少なくできるので、この点でもコストを抑えることができる。

本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和装置の構成図である。 本発明の一実施形態を示し、流路切替弁の断面図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は第１切替位置（内気吸熱暖房運転時）に位置する流路切替弁の断面図、（ｂ）は第２切替位置（外気吸熱暖房運転時）に位置する流路切替弁の断面図、（ｃ）は第３切替位置（冷房リヒート運転時）に位置する流路切替弁の断面図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は弁本体が中途開度状態にある流路切替弁の断面図、（ｂ）は弁本体が閉じた状態にある流路切替弁の断面図である。 本発明の一実施形態を示し、内気吸熱暖房運転時の冷媒経路を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、外気吸熱暖房運転時の冷媒経路を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、冷房リヒート運転時の冷媒経路を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、車両用空気調和装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル２を備えている。蒸気圧縮式冷凍サイクル２は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮機３で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し空気を加熱する室内コンデンサ４と、室内コンデンサ４の下流に配置された流路切替弁５と、流路切替弁５の下流に配置された室外熱交換器６と、室外熱交換器６の下流に配置され、冷媒を減圧する減圧手段である温度式膨張弁７と、温度式膨張弁７の下流に配置された室内エバポレータ８と、室内エバポレータ８の下流に配置されたアキュムレータ９とを備え、これらが各冷媒配管１０によって接続されている。また、蒸気圧縮式冷凍サイクル２は、流路切替弁５の出口側と室外熱交換器６の出口側を接続し、室外熱交換器６をバイパスする第１バイパス路１３と、室内エバポレータ８をバイパスする第２バイパス路１５と、第２バイパス路１５の上流側端と冷媒配管１０との接続箇所に設けられた三方弁１６とを有する。

圧縮機３は、例えばべーン型であり、制御手段１１からの指令によってオン・オフや回転数が制御される。

室内コンデンサ４は、空調ケース１２内で、且つ、室内エバポレータ８の下流に配置されている。室内コンデンサ４は、圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒と空調ケース１２内を通過する空気 (車室内に供給される空気)との間で熱交換する。室内コンデンサ４は、冷媒の放熱作用によって空気を加熱する。

室外熱交換器６は、例えばエンジンルーム内に配置されている。室外熱交換器６は、室内コンデンサ４を通過した冷媒と車室外の空気との間で熱交換する。

温度式膨張弁７は、室内エバポレータ８の出口側に取り付けられた感温筒部 （図示せず）を有し、室内エバポレータ８の出口側の冷媒過熱度（スーパーヒート）が所定値に維持されるように弁開度を自動調整する。

室内エバポレータ８は、空調ケース１２内で、且つ、室内コンデンサ４の上流に配置されている。室内エバポレータ８は、温度式膨張弁７で減圧された冷媒と空調ケース１２内を通過する空気（車室内に供給される空気）との間で熱交換する。室内エバポレータ８は、冷媒の吸熱作用によって空気を冷却し、除湿する。

アキュムレータ９は、室内エバポレータ８から送られてきた冷媒の内で余剰冷媒を一時的に溜めると共にガス冷媒のみを圧縮機３に送る。

空調ケース１２には、室内コンデンサ４を通過する送風と室内コンデンサ４をバイパスする送風との配風割合を調整するエアミックスドア１４が設けられている。このエアミックスドア１４より下流側には、それぞれ図示を省略したが、フット吹出口、デフロスタ吹出口及びベント吹出口が設けられている。又、空調ケース１２の上流側（図１の左側）には、それぞれ図示を省略したが、車室外の空気を導入する外気導入口と、車室内の空気を導入する内気導入口と、これらの外気導入口と内気導入口を開閉するインテークドアと、送風機とが設けられている。

図２及び図３に示すように、流路切替弁５は、ハウジング５ａと、このハウジング５ａに回転可能に収容され、回転によって切替位置を可変するボール弁から構成される弁本体５ｂと、ハウジング５ａの外部に設けられ、制御手段１１によって制御され、弁本体５ｂを回転させるアクチュエータ５ｃとを有している。

ハウジング５ａは、室内コンデンサ４に接続される冷媒入口５ｄと、室外熱交換器６に接続される第１冷媒出口５ｅと、室外熱交換器６をバイパスする第１バイパス路１３に接続される第２冷媒出口５ｆとを有する。

弁本体５ｂは、冷媒入口５ｄに接続される流入路５ｇと、第１冷媒出口５ｅ及び第２冷媒出口５ｆに接続可能な流出路５ｈと、第１冷媒出口５ｅに接続可能なオリフィス５ｉとを有する。流入路５ｇ、流出路５ｈ及びオリフィス５ｉより冷媒流路が構成されている。すなわち、弁本体５ｂは、冷媒入口５ｄと各冷媒出口５ｅ，５ｆ間の連通を選択的に切り替えできる冷媒流路を有し、この冷媒流路の一部がオリフィス５ｉより構成され、オリフィス５ｉを通る経路と通らない経路で選択的に切り替えできるよう構成されている。

次に、弁本体５ｂの具体的構成を説明する。流入路５ｇは、弁本体５ｂの軸方向（図２の上下方向）に延びている。流出路５ｈ及びオリフィス５ｉは、それぞれ上記軸方向と直交する方向に延びると共に、オリフィス５ｉの軸方向は流出路５ｈの軸方向に対して弁本体５ｂの回転方向に９０度変位している。オリフィス５ｉは細孔からなり、流入路５ｇ及び流出路５ｈは比較的大径の孔から構成されている。

流路切替弁５では、室内コンデンサ４からの冷媒が冷媒入口５ｄより弁本体５ｂの流入路５ｇに流入する。そして、弁本体５ｂが、図３（ａ）に示すように、冷媒入口５ｄと第２冷媒出口５ｆ間を連通する第１切替位置にあるとき、流出路５ｈが第２冷媒出口５ｆに接続されるので、冷媒が流出路５ｈより第１バイパス路１３に流出する。この場合、オリフィス５ｉは第１冷媒出口５ｅ及び第２冷媒出口５ｆのいずれにも接続されず、すなわち閉じているので、冷媒がオリフィス５ｉを介して流出することはない。

弁本体５ｂが、図３（ｂ）に示すように、冷媒入口５ｄと第１冷媒出口５ｅ間をオリフィス５ｉを通る切替流路によって連通する第２切替位置まで時計方向に９０度回転したとき、オリフィス５ｉが第１冷媒出口５ｅに接続されるので、冷媒がオリフィス５ｉを介して室外熱交換器６へ流出する。すなわち、弁本体５ｂを第２切替位置まで回転させることにより、冷媒をオリフィス５ｉで減圧させて室外熱交換器６へ流すことができる。この場合、流出路５ｈは第１冷媒出口５ｅ及び第２冷媒出口５ｆのいずれにも接続されず、すなわち閉じているので、冷媒が流出路５ｈを介して流出することはない。

弁本体５ｂが、図３（ｃ）に示すように、冷媒入口５ｄと第１冷媒出口５ｅ間を連通する第３切替位置まで時計方向に１８０度回転したとき、流出路５ｈが第１冷媒出口５ｅに接続されるので、冷媒が流出路５ｈを介して室外熱交換器６へ流出する。すなわち、弁本体５ｂが第３切替位置にあるとき、冷媒を減圧させずにそのまま流すことができる。この場合、オリフィス５ｉは第１冷媒出口５ｅ及び第２冷媒出口５ｆのいずれにも接続されず、すなわち閉じているので、冷媒がオリフィス５ｉを介して流出することはない。

また、弁本体５ｂの各切替位置の切替過程では、冷媒入口５ｄと第１冷媒出口５ｅ若しくは第２冷媒出口５ｆの間を一部連通させつつ切替位置に切り替えするよう構成されている。例えば、図４（ａ）に示すように、弁本体５ｂを第１切替位置から第２切替位置に切り替える途中では、オリフィス５ｉが第１冷媒出口５ｅと連通し、若しくは流出路５ｈが第２冷媒出口５ｆと連通するので、冷媒入口５ｄと第１冷媒出口５ｅ若しくは第２冷媒出口５ｆの間が一部連通している。

流路切替弁５及び三方弁１６は、制御手段１１によってそれぞれ切り替えられる。

制御手段１１は、操作部（図示せず）からの入力データ、各種センサ（図示せず）の検出データ等に基づいて、圧縮機３、流路切替弁５、三方弁１６、エアミックスドア１４等を制御する。制御手段１１の制御内容については、下記の車両用空気調和装置１の動作の箇所で説明する。

次に、車両用空気調和装置１の動作を説明する。冷房リヒート運転では、流路切替弁５は、図３（ｃ）の第３切替位置、つまり、冷媒が室外熱交換器６側に、三方弁１６は冷媒が室内エバポレータ８側に流れるようそれぞれ切り替えられる。

圧縮機３で圧縮された冷媒は、図７に示すように、室内コンデンサ４、流路切替弁５、室外熱交換器６、三方弁１６、温度式膨張弁７、室内エバポレータ８、アキュムレータ９を通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４と室外熱交換器６で空気に放熱する。放熱によって低温となり、温度式膨張弁７で低圧とされた冷媒は、室内エバポレータ８で空気より吸熱する。従って、空調ケース１２内を通る送風は、室内エバポレータ８で冷却されると共にその一部若しくは全部が室内コンデンサ４で再加熱される。これにより、空調ケース１２内を通る空気は、所望温度の冷風にコントロールされる。

内気吸熱暖房運転では、流路切替弁５は、図３（ａ）の第１切替位置、つまり、冷媒が第１バイパス路１３側に、三方弁１６は冷媒が室内エバポレータ８側に流れるようそれぞれ切り替えられる。エアミックスドア１４は、例えば全開位置に切り替えられる。

圧縮機３で圧縮された冷媒は、図５に示すように、室内コンデンサ４、流路切替弁５、第１バイパス路１３、三方弁１６、温度式膨張弁７、室内エバポレータ８、アキュムレータ９を通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４で空気に放熱する。放熱によって低温となり、温度式膨張弁７で低圧とされた冷媒は、室内エバポレータ８で空気より吸熱する。従って、空調ケース１２内を通る送風は、室内エバポレータ８で冷却されると共にその全部が室内コンデンサ４で再加熱される。これにより、空調ケース１２内を通る空気は、所望温度の温風にコントロールされる。

外気吸熱暖房運転では、流路切替弁５は、図３（ｂ）の第２切替位置、つまり、冷媒がオリフィス５ｉを介して室外熱交換器６側に、三方弁１６は冷媒が第２バイパス路１５側にそれぞれ流れるよう切り替えられる。エアミックスドア１４は、例えば全開位置に切り替えられる。

圧縮機３で圧縮された冷媒は、図６に示すように、室内コンデンサ４、流路切替弁５（オリフィス５ｉ）、室外熱交換器６、三方弁１６、第２バイパス路１５、アキュムレータ９を通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４で空気に放熱する。放熱によって低温となり、流路切替弁５のオリフィス５ｉの通過で低圧とされた冷媒は、室外熱交換器６で空気より吸熱する。従って、空調ケース１２内を通る送風は、室内エバポレータ８で冷却されることなく通過し、室内コンデンサ４で加熱される。これにより、空調ケース１２内を通る空気は、所望温度の温風にコントロールされる。外気吸熱暖房運転では、室内エバポレータ８で冷媒が吸熱作用を行わず、空気が冷却されないため、内気吸熱暖房運転より大きな暖房性能が得られる。

以上説明したように、ハウジング５ａに移動可能に収容される弁本体５ｂを作動させることによりハウジング５ａの冷媒入口５ｄと各冷媒出口５ｅ，５ｆ間の連通を選択的に切り替えできると共に、オリフィス５ｉを通る流路と通らない流路に切り替えできるので、冷媒経路の切替と冷媒の減圧を行える。従って、弁体の台数を少なくすることができるため、コスト、重量及び設置スペースを削減することができる。また、弁体間の配管継手が不要であるため、接続作業工数を少なくすることができる。さらに、弁体の制御用コイルを減らして、配線コネクタの台数やハーネス結線工数を少なくできるので、この点でもコストを抑えることができる。

この実施形態では、流路切替弁５の弁本体５ｂを回転によって切替位置を可変するボール弁から構成することにより、弁本体５ｂの設置スペースを小さくすることができるので、流路切替弁５のコンパクト化を図ることができる。

この実施形態では、弁本体５ｂの各切替位置の切替過程では冷媒入口５ｄと第１冷媒出口５ｅ若しくは第２冷媒出口５ｆの間を一部連通させることができるので、冷媒流路が弁本体５ｂで閉じられる状態、いわゆる袋小路状態を避けることができる。

尚、上記実施形態において、オリフィス５ｉの特性、孔加工性、音振発生等の要因によりオリフィス５ｉの径が小さくなったり、孔芯位置ずれ等が発生して、図４（ｂ）に示すように、流路切替弁５の各切替位置への切替過程で全閉となる場合も考えられる。このような場合、制御手段１１は、流路切替弁５の各切替位置への切替過程で全閉となる区間では、圧縮機３の回転数を制限する制御を行うようにしても良い。具体的には、流路切替弁５のアクチュエータ５ｃに弁本体５ｂの回転位置を検出する回転センサ（図示せず）を設け、回転センサから出力される検出信号に基づいて圧縮機３の回転数を低下または停止させる。このような構成とすることにより、弁本体５ｂの各切替位置の切替過程で、冷媒流路が弁本体５ｂで閉じられた袋小路状態になったとき、圧縮機３で高温高圧の冷媒を送り出し続けて圧縮機３等が損傷することから保護できる。

さらに、上記実施形態において、弁本体５ｂがボール弁からなる場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、円柱状の弁本体を備えてもよい。

１ 車両用空気調和装置
２ 蒸気圧縮式冷凍サイクル
３ 圧縮機
４ 室内コンデンサ
５ 流路切替弁
５ａ ハウジング
５ｂ 弁本体（ボール弁）
５ｄ 冷媒入口
５ｅ 第１冷媒出口（冷媒出口）
５ｆ 第２冷媒出口（冷媒出口）
５ｉ オリフィス
６ 室外熱交換器
８ 室内エバポレータ
１３ 第１バイパス路（バイパス路）

Claims (6)

1. 冷媒が流出入する冷媒入口（５ｄ）及び複数の冷媒出口（５ｅ，５ｆ）を有するハウジング（５ａ）と、
   このハウジング（５ａ）に移動可能に収容され、前記冷媒入口（５ｄ）と前記各冷媒出口（５ｅ，５ｆ）との連通を選択的に切り替えできる冷媒流路（５ｇ，５ｈ，５ｉ）を有する弁本体（５ｂ）とを備え、
   前記冷媒流路（５ｇ，５ｈ，５ｉ）の一部がオリフィス（５ｉ）より構成され、前記オリフィス（５ｉ）を通る経路と通らない経路で選択的に切り替えできることを特徴とする流路切替弁（５）。
2. 請求項１記載の流路切替弁（５）であって、
   前記ハウジング（５ａ）が、圧縮機（３）で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し空気を加熱する室内コンデンサ（４）を通過した冷媒が導かれる冷媒入口（５ｄ）と、
   冷媒と車室外の空気との間で熱交換する室外熱交換器（６）に冷媒を導く第１冷媒出口（５ｅ）と、前記室外熱交換器（６）をバイパスし冷媒と車室内の空気との間で熱交換する室内エバポレータ（８）に冷媒を流すバイパス路（１３）へ導く第２冷媒出口（５ｆ）とを有し、
   前記弁体（５ｂ）を、前記冷媒入口（５ｄ）と前記第２冷媒出口（５ｆ）間を連通する第１切替位置と、前記冷媒入口（５ｄ）と前記第１冷媒出口（５ｅ）間を前記オリフィス（５ｉ）を通る切替流路によって連通する第２切替位置と、前記冷媒入口（５ｄ）と前記第１冷媒出口（５ｅ）間を連通する第３切替位置とに切り替えできることを特徴とする流路切替弁（５）。
3. 請求項１又は請求項２記載の流路切替弁（５）であって、
   前記弁本体（５ｂ）が、回転によって切替位置を可変するボール弁であることを特徴とする流路切替弁（５）。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の流路切替弁（５）であって、
   各切替位置の切替過程では、前記冷媒入口（５ｄ）と前記第１冷媒出口（５ｅ）若しくは前記第２冷媒出口（５ｆ）の間を一部連通させて切替位置に切り替えできることを特徴とする流路切替弁（５）。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の流路切替弁（５）であって、
   各切替位置への切替過程で全閉となる区間では、前記圧縮機（３）の回転数を制限する制御を行うことを特徴とする流路切替弁（５）。
6. 冷媒を圧縮する圧縮機（３）と、
   前記圧縮機（３）で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し空気を加熱する室内コンデンサ（４）と、
   冷媒と車室外の空気との間で熱交換する室外熱交換器（６）と、
   冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し空気を冷却する室内エバポレータ（８）と、
   前記室内コンデンサ（４）を通過した冷媒が導かれる冷媒入口（５ｄ）、前記室外熱交換器（６）に流す第１冷媒出口（５ｅ）、及び前記室外熱交換器（６）をバイパスするバイパス路（１３）へ導く第２冷媒出口（５ｆ）を有し、前記冷媒入口（５ｄ）と第２冷媒出口（５ｆ）間を連通する第１切替位置と、前記冷媒入口（５ｄ）と前記第１冷媒出口（５ｅ）間をオリフィス（５ｉ）を通る切替流路によって連通する第２切替位置と、前記冷媒入口（５ｄ）と前記第１冷媒出口（５ｅ）間を連通する第３切替位置とに切り替えできる流路切替弁（５）とを備えたことを特徴とする車両用空気調和装置（１）。

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