JP2017129173A - 流路切替弁 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動ロスなく流体の内部漏れを小さくする。【解決手段】流路切替弁７のボデー７０に、第１流路７０３と第２流路７１３とを隔てる隔壁部７２１と、隔壁部７２１を貫通し、ロッド７４が挿入される隔壁貫通孔７２３と、隔壁貫通孔７２３の一端側開口部を囲む第３弁座部７２４を形成する。ロッド７４には、第３弁座部７２４と接離する第３弁体８０を装着する。流体の内部漏れを抑制する第３弁体８０は、第３弁座部７２４と接離するのみで摺動はしないため、摺動ロスなく流体の内部漏れを小さくすることができる。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の弁体を駆動して流体の流路を切り替える流路切替弁に関するものである。

従来、この種の流路切替弁として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された流路切替弁は、２つのスプールをハウジング内に直列に且つ摺動自在に配置し、２つのスプールを移動させることにより流路を切り替えるようにしている。また、スプールとハウジングとの摺動面での流体の漏れ（以下、流体の内部漏れという）を防ぐために、スプールの外周に多数のシール部材を装着している。

特開平１０−１２２３９７号公報

しかしながら、従来の流路切替弁は、多数のシール部材を用いるため、シール部材の摺動抵抗による摺動ロスが発生するという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、摺動ロスなく流体の内部漏れを小さくすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、アクチュエータ（７３）と、ボデー（７０）と、ボデーに摺動自在に保持されるとともに、アクチュエータに駆動されて軸方向に往復動するロッド（７４、７５）と、ボデーに形成され、流体が流入する第１流入口（７０１）と流体が流出する第１流出口（７０２）とをつなぐ第１流路（７０３）と、ボデーに形成され、第１流入口と第１流出口との間に配置された第１弁座部（７０４）と、ロッドに装着され、第１弁座部と接離して第１流路を開閉する第１弁体（７７）と、ボデーに形成され、流体が流入する第２流入口（７１１）と流体が流出する第２流出口（７１２）とをつなぐ第２流路（７１３）と、ボデーに形成され、第２流入口と第２流出口との間に配置された第２弁座部（７１４）と、ロッドに装着され、第２弁座部と接離して第２流路を開閉する第２弁体（７８）と、ボデーに形成され、第１流路と第２流路とを隔てる隔壁部（７２１）と、ボデーに形成され、隔壁部を貫通し、ロッドが挿入される隔壁貫通孔（７２３）と、ボデーに形成され、隔壁貫通孔の一端側開口部を囲む第３弁座部（７２４）と、ロッドに装着され、第３弁座部と接離する第３弁体（８０）を備える。

これによると、流体の内部漏れを抑制する第３弁体は、第３弁座部と接離するのみで摺動はしないため、摺動ロスなく流体の内部漏れを小さくすることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係る流路切替弁を適用した車両用空調装置の全体構成を示した図であって、暖房モード時において冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図である。 本発明の一実施形態に係る流路切替弁を適用した車両用空調装置の全体構成を示した図であって、冷房モード時において冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図である。 一実施形態に係る流路切替弁単体の断面図であって、暖房モード作動状態で流路切替弁の内部構成を示した図である。 一実施形態に係る流路切替弁単体の断面図であって、冷房モード作動状態で流路切替弁の内部構成を示した図である。 一実施形態に係る流路切替弁要部の断面図であって、暖房モード作動状態から冷房モード作動状態に切り替わる途中の状態を示した図である。 一実施形態に係る流路切替弁要部の断面図であって、冷房モード作動状態に切り替わった後の状態を示した図である。 一実施形態に係るバイパス弁の断面図であって、暖房モード作動状態を示した図である。 一実施形態に係るバイパス弁の断面図であって、冷房モード作動状態を示した図である。 一実施形態に係るバイパス弁の作動説明に供する特性図である。 一実施形態に係るバイパス弁の変形例の断面図であって、暖房モード作動状態を示した図である。 一実施形態に係るバイパス弁の変形例の断面図であって、冷房モード作動状態を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１、図２に示す車両用空調装置は、流体としての冷媒が循環するヒートポンプ回路から成る蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置１、室内空調ユニット３、および不凍液循環回路５を備えている。

冷凍サイクル装置１は、送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房モードと、送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房モードとに択一的に切り替えられる。

なお、図１は、冷凍サイクル装置１の経路のうち暖房モード時において冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図となっている。逆に、図２は、冷凍サイクル装置１の経路のうち冷房モード時において冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図となっている。

この車両用空調装置は、電気自動車、または内燃機関および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両に搭載される。そして、冷凍サイクル装置１は、車両用空調装置において、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を加熱あるいは冷却する機能を果たす。

冷凍サイクル装置１では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）が採用されており、ヒートポンプ回路は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、ＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等が採用されてもよい。

冷凍サイクル装置１は、圧縮機１１、水−冷媒熱交換器１２、室外熱交換器１３、気液分離器１４、過冷却器１５、膨張弁１６、蒸発器１７、流路切替弁７、不図示の各種センサ、および不図示の電子制御装置等を有している。

室内空調ユニット３は、ケーシング３１、ヒータコア３２、送風通路切替ドア３３、および送風機３４を備えている。不凍液循環回路５は、不凍液を循環させる循環ポンプ５１を備えている。

圧縮機１１は、冷媒を吸入して圧縮し、圧縮して過熱状態にした冷媒を吐出するものである。圧縮機１１は電動圧縮機であり、圧縮機１１の圧縮機構としては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用することができる。

圧縮機１１の電動モータは、電子制御装置から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、その電動モータとしては、交流モータ、直流モータのいずれの形式が採用されもよい。そして、この電動モータの回転数制御によって、圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。

水−冷媒熱交換器１２は、冷媒が流れる第１熱交換部１２１と、不凍液が流れる第２熱交換部１２２とを備えている。第１熱交換部１２１は、圧縮機１１の吐出口と流路切替弁７との間に設けられている。

上記のように構成された水−冷媒熱交換器１２は、第１熱交換部１２１内を流れる冷媒と第２熱交換部１２２内を流れる不凍液とを熱交換させ、それによりその冷媒の熱で不凍液を加熱すると共に、冷媒を冷却する。

第２熱交換部１２２およびヒータコア３２は、不凍液が流れる不凍液循環回路５に直列に配置されている。

ヒータコア３２は、室内空調ユニット３のケーシング３１内に形成された温風通路３５に配置されている。ヒータコア３２は、そのヒータコア３２の内部を流れる不凍液と、温風通路３５にてヒータコア３２を通過する送風空気とを熱交換し、それによりその送風空気を加熱する。従って、水−冷媒熱交換器１２は、圧縮機１１から吐出され第１熱交換部１２１に流入した冷媒が持つ熱を不凍液とヒータコア３２とを介して間接的に送風空気へ放熱させる放熱器として機能する。

流路切替弁７は、複数の弁体が互いに連動して作動する複合制御バルブであり、電子制御装置から出力される制御信号によって作動する。

図３、図４に示すように、流路切替弁７のボデー７０には、冷媒が流入する第１流入口７０１、冷媒が流出する第１流出口７０２、および第１流入口７０１と第１流出口７０２とをつないで流体を流通させる第１流路７０３が形成されている。

また、ボデー７０には、冷媒が流入する第２流入口７１１、冷媒が流出する第２流出口７１２、および第２流入口７１１と第２流出口７１２とをつないで流体を流通させる第２流路７１３が形成されている。

さらに、ボデー７０には、第１流路７０３と第２流路７１３とを隔てる第１隔壁部７２１が形成されている。より詳細には、第１隔壁部７２１は、第１流路７０３における第１流出口７０２から第１弁座部７０４までの部位と、第２流路７１３における第２流出口４１２から第２弁座部７１４までの部位との間を隔てている。なお、この流路切替弁７の詳細構成については後述する。

図１および図２に戻り、流路切替弁７の第１流入口７０１は水−冷媒熱交換器１２の第１熱交換部１２１における冷媒出口に接続され、第１流出口７０２は室外熱交換器１３の冷媒入口に接続されている。また、第２流入口７１１は気液分離器１４の気相冷媒出口に接続され、第２流出口７１２は圧縮機１１の吸入口に接続されている。

室外熱交換器１３の冷媒入口には、流路切替弁７の第１流出口７０２から流出した冷媒が流入し、室外熱交換器１３は、第１流出口７０２から流出して室外熱交換器１３内部を流通する冷媒と、不図示の送風機により送風された車室外空気である外気とを熱交換させる。なお、上記送風機は、電子制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風能力）が制御される電動送風機である。

室外熱交換器１３は、室外熱交換器１３に流入する冷媒の温度に応じて蒸発器または凝縮器として機能する。その室外熱交換器１３の機能の切替えは、流路切替弁７によって行われる。そして、室外熱交換器１３はその熱交換後の冷媒を気液分離器１４の冷媒入口へと流す。

気液分離器１４は、公知の気液分離構造により、気液分離器１４の冷媒入口から気液分離器１４内部へ流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。そして、気液分離器１４は、その分離された気相冷媒を気液分離器１４の気相冷媒出口から流出させ、液相冷媒を気液分離器１４の液相冷媒出口から流出させる。

過冷却器１５の冷媒入口は気液分離器１４の液相冷媒出口に接続され、過冷却器１５の冷媒出口は膨張弁１６の冷媒入口に接続されている。すなわち、過冷却器１５は、気液分離器１４と膨張弁１６との間に配置されている。

過冷却器１５は、気液分離器１４から流出した冷媒と外気とを熱交換することによって液相冷媒を更に冷却して冷媒の過冷却度を高め、その熱交換後の冷媒を膨張弁１６へ流出させる。要するに、過冷却器１５は、気液分離器１４から流出した冷媒を過冷却する熱交換器である。この過冷却器１５、室外熱交換器１３、および気液分離器１４は、相互にボルト締結等されることで一体的に構成されている。

膨張弁１６の冷媒入口は過冷却器１５の冷媒出口に接続され、膨張弁１６の冷媒出口は蒸発器１７の冷媒入口に接続されている。すなわち、膨張弁１６は、過冷却器１５と蒸発器１７との間に配置されている。膨張弁１６は、過冷却器１５と蒸発器１７と接続する冷媒流路の開度を調整するとともに、過冷却器１５から流出した冷媒を減圧膨張させて蒸発器１７に流通させる。

蒸発器１７の冷媒入口は膨張弁１６の冷媒出口に接続され、蒸発器１７の冷媒出口は圧縮機１１の吸入口に接続されている。すなわち、蒸発器１７は、膨張弁１６と圧縮機１１との間に配置されている。

また、蒸発器１７は、室内空調ユニット３のケーシング３１内のうち、ヒータコア３２よりも送風空気流れ上流側に配置されている。蒸発器１７は、冷房モード時に送風空気を冷却する冷却用熱交換器であり、膨張弁１６から流出した冷媒をケーシング３１内の送風空気と熱交換させて蒸発させる。

室内空調ユニット３のケーシング３１内には、互いに並列に設けられた温風通路３５と冷風通路３６とが形成されており、温風通路３５にはヒータコア３２が配置されている。すなわち、温風通路３５は、蒸発器１７通過後の送風空気をヒータコア３２へ流す空気通路であり、冷風通路３６は、ヒータコア３２を迂回させてその送風空気を流す空気通路である。

送風通路切替ドア３３は、電子制御装置から出力される制御信号によって作動する。この送風通路切替ドア３３は、温風通路３５を塞ぐ一方で冷風通路３６を開放する位置と、温風通路３５を開放する一方で冷風通路３６を塞ぐ位置との何れかに位置決めされる。

ケーシング３１において、温風通路３５および冷風通路３６の空気流れ下流側には、温風通路３５または冷風通路３６を通過した送風空気（空調風）を、空調対象空間である車室内へ吹き出す開口孔が複数設けられている。具体的には、この開口孔としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口孔、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口孔、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口孔（いずれも図示せず）等がある。それぞれの開口孔には、開口孔を開閉する開閉ドアが設けられている。

図３〜図６に示すように、流路切替弁７は、ボデー７０、アクチュエータ７３、第１ロッド７４、第２ロッド７５、プラグ７６、第１弁体７７、第２弁体７８、第３弁体８０、第１ばね８１、第２ばね８２、およびバイパス弁８３を備えている。

ボデー７０には、第１流入口７０１と第１流出口７０２との間（すなわち、第１流路７０３中）に配置された第１弁座部７０４、および第２流入口７１１と第２流出口７１２との間（すなわち、第２流路７１３中）に配置された第２弁座部７１４が形成されている。

ボデー７０には、第１流路７０３における第１流入口７０１から第１弁座部７０４までの部位と、第１流路７０３における第１流出口７０２から第１弁座部７０４までの部位との間を隔てる第２隔壁部７２２が形成されている。

ボデー７０には、第１隔壁部７２１を貫通する第１隔壁貫通孔７２３が形成されている。ボデー７０には、第１隔壁貫通孔７２３における第２流路７１３側の開口部を囲むようにして第３弁座部７２４が形成されている。ボデー７０には、第２隔壁部７２２を貫通する第２隔壁貫通孔７２５が形成されている。

アクチュエータ７３は、強磁性体金属よりなる有底円筒状のベース部７３１、ベース部７３１内に収容されて、通電時に磁界を発生する円筒状のコイル７３２、強磁性体金属よりなり、ベース部７３１の開口端を閉塞する板状のカバー部７３３、および強磁性体金属よりなり、コイル７３２内に配置され、コイル７３２に通電された際に磁気吸引力によりベース部７３１の底部側に吸引される円柱状のプランジャ７３４を備えている。

アクチュエータ７３はボデー７０の一端側に配置され、ボデー７０の一端側開口部は、ベース部７３１の底部によって閉塞されている。ボデー７０の他端側開口部は、プラグ７６によって閉塞されている。ベース部７３１およびプラグ７６は、ボデー７０に螺合されている。なお、ベース部７３１の底部には、ベース部７３１を貫通するベース部貫通孔７３５が形成されている。プラグ７６には、プラグ部孔７６１が形成されている。

第１ロッド７４および第２ロッド７５は、いずれも金属にて円柱状に形成され、同軸に且つ直列に配置され、ボデー７０内に収容されている。第１ロッド７４は、一端面がプランジャ７３４に当接し、他端面が第２ロッド７５に当接している。

第１ロッド７４は、ボデー７０の第１隔壁貫通孔７２３とアクチュエータ７３のベース部貫通孔７３５に、摺動自在に挿入されている。第２ロッド７５は、プラグ７６のプラグ部孔７６１に摺動自在に挿入されている。

そして、第１ロッド７４および第２ロッド７５は、アクチュエータ７３および後述するばねに駆動されて、第１ロッド７４および第２ロッド７５の軸方向（すなわち、図３の紙面上下方向）に往復動するようになっている。以下、第１ロッド７４および第２ロッド７５の往復動方向を、ロッド往復動方向という。

第１ロッド７４には、第１弁座部７０４と接離して第１流路７０３を開閉するポペット弁型の第１弁体７７が装着されている。第１弁体７７は、第１弁座部７０４の冷媒流れ上流側（すなわち、第１弁座部７０４よりも第１流入口７０１側）に配置されている。

第２ロッド７５には、第２弁座部７１４と接離して第２流路７１３を開閉するポペット弁型の第２弁体７８が装着されている。第２弁体７８は、第２弁座部７１４の冷媒流れ上流側（すなわち、第２弁座部７１４よりも第２流入口７１１側）に配置されている。

第２弁体７８は、第２ロッド７５に形成された第２ロッドフランジ部７５１と第２ロッド７５に係合されたサークリップ７９との間で、第２ロッド７５に対してロッド往復動方向に第１所定距離Ｌ１（図５参照）だけ相対移動可能になっている。

ここで、第２ロッド７５における第２弁体７８が装着された部位の径である第２ロッド径Ｄ２（図５参照）は、第１ロッド７４における第１隔壁貫通孔７２３に挿入された部位の径である第１ロッド径Ｄ１（図５参照）よりも大きく設定されている。

第１ロッド７４には、第３弁座部７２４と接離するポペット弁型の第３弁体８０が装着されている。第３弁体８０は、第２流路７１３内に配置され、より詳細には、第２弁座部７１４の冷媒流れ下流側（すなわち、第２弁座部７１４よりも第２流出口７１２側）に配置されている。そして、第３弁体８０が第３弁座部７２４に当接することにより、第１ロッド７４と第１隔壁貫通孔７２３との隙間を介する冷媒の内部漏れを抑制するようになっている。

第１弁体７７とアクチュエータ７３のベース部７３１との間に、第１ばね８１が挟持されている。この第１ばね８１は、第１弁体７７を第１弁座部７０４側に向かって付勢するとともに、第１ロッド７４を第２ロッド７５側に向かって付勢している。

第２弁体７８とプラグ７６との間に、第２ばね８２が挟持されている。この第２ばね８２は、第２弁体７８を第２弁座部７１４側に向かって付勢するとともに、第２ロッド７５を第１ロッド７４側に向かって付勢している。

なお、第２ばね８２のセット荷重は、第１ばね８１のセット荷重よりも大きく設定されている。

図３、図４、図７、および図８に示すように、バイパス弁８３は、段付きの有底円筒状のケース８３１、ケース８３１の開口部を塞ぐ板状のカバー８３２を備え、ケース８３１とカバー８３２とによってバイパス弁空間８３３が形成されている。なお、ケース８３１およびカバー８３２は、本発明のハウジングを構成している。

バイパス弁８３は、バイパス弁空間８３３に収容された板状のバイパス弁体８３４、およびバイパス弁空間８３３に収容された第３ばね８３５を備えている。そして、バイパス弁８３は、ボデー７０の第２隔壁貫通孔７２５に圧入されている。

カバー８３２には、第１流入口７０１から供給される冷媒をバイパス弁空間８３３に流入させるバイパス流入口８３６が複数個形成されている。複数のバイパス流入口８３６の合計通路面積は、第１流入口７０１の通路面積よりも小さく設定されている。

ケース８３１の底部には、バイパス弁空間８３３に流入した冷媒を第１流出口７０２に流出させるバイパス流出口８３７が形成されている。バイパス流出口８３７の通路面積は、後述する固定絞り８３９の通路面積よりも大きく設定されている。なお、バイパス弁空間８３３、バイパス流入口８３６、およびバイパス流出口８３７は、第１弁座部７０４をバイパスして第１流入口７０１と第１流出口７０２とを接続しており、本発明のバイパス通路を構成している。

ケース８３１には、バイパス弁体８３４が接離する第４弁座部８３８が形成されている。第３ばね８３５は、ケース８３１の底部とバイパス弁体８３４との間に挟持されている。バイパス弁体８３４は、第４弁座部８３８に接離してバイパス流入口８３６とバイパス流出口８３７との間を開閉するようになっている。

具体的には、バイパス弁体８３４における第１流入口７０１に対向する面（すなわち、バイパス弁空間８３３内の冷媒流れ上流側の面）は、バイパス弁空間８３３内の冷媒流れ方向に対して垂直な面になっている。そして、バイパス弁体８３４における第１流入口７０１に対向する面に、第１流入口７０１から供給される冷媒が当たり、バイパス弁体８３４はその冷媒の流体力により閉弁向きに付勢されるようになっている。また、バイパス弁体８３４は、第３ばね８３５により開弁向きに付勢されている。

ケース８３１には、バイパス流入口８３６と第１流出口７０２とを常時連通させる固定絞り８３９が形成されている。この固定絞り８３９は、第１流路７０３が第１弁体７７により閉じられているときに、第１流入口７０１から供給される冷媒を減圧膨張させて第１流出口７０２に流出させるようになっている。

次に、流路切替弁７の作動状態、およびヒートポンプ回路における冷媒の流れについて説明する。このヒートポンプ回路において流路切替弁７は、暖房モードの冷媒回路である暖房モード冷媒回路と、冷房モードの冷媒回路である冷房モード冷媒回路とを択一的に成立させる切替装置としての役割を果たす。

上記暖房モード冷媒回路は、流路切替弁７が図３に示す暖房モード作動状態に切り替わることによって成立する。また、流路切替弁７は、コイル７３２に通電されているときに暖房モード作動状態に切り替わる。

すなわち、図３に示すように、コイル７３２に通電されると、プランジャ７３４は磁気吸引力によりベース部７３１の底部側に吸引され、第１ロッド７４および第２ロッド７５が第２ばね８２の付勢力に抗して駆動される。これにより、第１弁体７７が第１弁座部７０４に当接して第１流路７０３が閉じられ、第２弁体７８が第２弁座部７１４から離れて第２流路７１３が開かれ、第３弁体８０が第３弁座部７２４から離れる。

そして、流路切替弁７が図３に示す暖房モード作動状態に切り替わることによって成立する暖房モード冷媒回路では、図１の矢印のように冷媒が循環する。すなわち、暖房モード冷媒回路では、「圧縮機１１の吐出口→水−冷媒熱交換器１２の第１熱交換部１２１→流路切替弁７の第１流入口７０１→バイパス弁８３の固定絞り８３９→流路切替弁７の第１流出口７０２→室外熱交換器１３→気液分離器１４→流路切替弁７の第２流入口７１１→流路切替弁７の第２流出口７１２→圧縮機１１の吸入口」という順序で冷媒が流れる。

ここで、流路切替弁７が暖房モード作動状態に切り替わったときには、不凍液循環回路５の循環ポンプ５１が作動して、水−冷媒熱交換器１２およびヒータコア３２内を不凍液が循環する。また、室内空調ユニット３においては、送風機３４が作動して空気が送風され、送風通路切替ドア３３は、温風通路３５を開放する一方で冷風通路３６を塞ぐ位置に位置決めされる。

圧縮機１１で高温高圧になった冷媒が水−冷媒熱交換器１２内を流通する際に冷媒の熱で不凍液が加熱され、加熱された不凍液がヒータコア３２内を流通する際に不凍液の熱で送風空気が加熱され、加熱された空気が車室内に送られる。

冷媒は、不凍液と熱交換後固定絞り８３９で減圧され、室外熱交換器１３内を流通する際に外気によって加熱され、圧縮機１１に戻る。

なお、暖房モード作動状態のときには、第３弁体８０が第３弁座部７２４から離れているが、このときには第１流出口７０２および第２流入口７１１はともに低圧になっているため、第１ロッド７４と第１隔壁貫通孔７２３との隙間を小さくしておくことでその隙間を介する冷媒の内部漏れを防ぐことができる。

一方、上記冷房モード冷媒回路は、流路切替弁７が図４に示す冷房モード作動状態に切り替わることによって成立する。また、流路切替弁７は、コイル７３２に通電されていないときに冷房モード作動状態に切り替わる。

すなわち、図４に示すように、コイル７３２に通電されていないときは、プランジャ７３４、第１ロッド７４および第２ロッド７５が、第２ばね８２の付勢力により第１ばね８１に抗して駆動される。これにより、第１弁体７７が第１弁座部７０４から離れて第１流路７０３が開かれ、第２弁体７８が第２弁座部７１４に当接して第２流路７１３が閉じられ、第３弁体８０が第３弁座部７２４に当接する。

そして、流路切替弁７が図４に示す冷房モード作動状態に切り替わることによって成立する冷房モード冷媒回路では、図２の矢印のように冷媒が循環する。すなわち、冷房モード冷媒回路では、「圧縮機１１の吐出口→水−冷媒熱交換器１２の第１熱交換部１２１→流路切替弁７の第１流入口７０１→流路切替弁７の第１流路７０３→流路切替弁７の第１流出口７０２→室外熱交換器１３→気液分離器１４→過冷却器１５→膨張弁１６→蒸発器１７→圧縮機１１の吸入口」という順序で冷媒が流れる。

ここで、流路切替弁７が冷房モード作動状態に切り替わったときには、不凍液循環回路５の循環ポンプ５１は停止しており、不凍液は循環しない。また、室内空調ユニット３においては、送風機３４が作動して空気が送風され、送風通路切替ドア３３は、温風通路３５を塞ぐ一方で冷風通路３６を開放する位置に位置決めされる。

圧縮機１１で高温高圧になった冷媒は、室外熱交換器１３内を流通する際に外気によって冷却され、さらに過冷却器１５内を流通する際に外気によって過冷却され、膨張弁１６で減圧されて蒸発器１７に送られる。蒸発器１７に送られた冷媒と送風空気との熱交換により送風空気が冷却され、冷却された空気が車室内に送られる。

次に、流路切替弁７が暖房モード作動状態から冷房モード作動状態に切り替わるときの、第２弁体７８および第３弁体８０の作動について説明する。

コイル７３２への通電が停止されると、プランジャ７３４、第１ロッド７４および第２ロッド７５が、第２ばね８２の付勢力により第１ばね８１に抗して駆動される。これにより、第１弁体７７が第１弁座部７０４から離れて第１流路７０３が開かれ、第２弁体７８が第２弁座部７１４に向かって移動し、第３弁体８０が第３弁座部７２４に向かって移動する。そして、図５に示すように、第３弁体８０が第３弁座部７２４に当接する前に、第２弁体７８が第２弁座部７１４に当接する。

ここで、第２弁体７８が第２弁座部７１４に当接した時点（すなわち、図５の状態）から、第３弁体８０が第３弁座部７２４に向かって第２所定距離Ｌ２だけ移動して第３弁体８０が第３弁座部７２４に当接するようになっている。また、第２所定距離Ｌ２は、第１所定距離Ｌ１よりも短く設定されている。

そして、図５に示すように第２弁体７８が第２弁座部７１４に当接した時点で冷房モード冷媒回路が成立するため、第１流出口７０２、第２流入口７１１、およびプラグ部孔７６１内は高圧になり、第２流出口７１２は低圧になる。

したがって、図５に示す状態において、第１ロッド７４および第２ロッド７５には、差圧に基づく軸力が発生する。具体的には、第１ロッド７４には、第１ロッド７４を第２ロッド７５側に向かって押す軸力が発生し、第２ロッド７５には、第２ロッド７５を第１ロッド７４側に向かって押す軸力が発生する。

ここで、第２ロッド径Ｄ２が第１ロッド径Ｄ１よりも大きいため、第２ロッド７５を押す軸力が第１ロッド７４を押す軸力よりも大きくなり、その軸力の差により第１ロッド７４およびプランジャ７３４が第２ロッド７５に押されて移動する。この際、第２弁体７８は第２弁座部７１４に当接して移動できないため、第２ロッド７５が第２弁体７８に対して相対移動しつつ、第１ロッド７４とともに第３弁体８０が第３弁座部７２４に向かって移動する。これにより、図６に示すように、第３弁体８０が第３弁座部７２４に当接し、第１ロッド７４と第１隔壁貫通孔７２３との隙間を介する冷媒の内部漏れが抑制される。また、第３弁体８０は第３弁座部７２４と接離するのみで摺動はしないため、摺動ロスなく冷媒の内部漏れを小さくすることができる。

なお、第２所定距離Ｌ２は第１所定距離Ｌ１よりも短く設定されているため、図６に示すように、第２弁体７８が第２弁座部７１４に当接した後に、第３弁体８０は第３弁座部７２４に当接する位置まで移動することができる。

次に、流路切替弁７におけるバイパス弁８３の作動について、図７〜図９に基づいて説明する。なお、図９の縦軸は、バイパス弁体８３４に作用する力を示している。より詳細には、図９において、実線はバイパス弁体８３４を閉弁向きに付勢する力を示し、破線はバイパス弁体８３４を開弁向きに付勢する力を示している。

冷房モードで室内に送る空気は蒸発器１７で除湿されているため低湿度になっており、自動車ではフロントガラスにこの空気を送ることで、フロントガラスの曇りを防止したり、除去したりしている。車両用空調装置においては、冬季に暖房中にフロントガラスが曇った場合には、曇りを除去するために暖房モードから冷房モードに切り替える必要がある。安全性確保の観点から、このモード切り替えは速やかに行うことが望まれる。

ところで、本実施形態の流路切替弁７では、出力の小さいアクチュエータ７３を用いた場合、第２ばね８２のセット荷重も小さくする必要が生じる。第２ばね８２のセット荷重が小さい場合、第１弁体７７の前後の差圧を小さくしないと、第１弁体７７を閉弁状態から開弁状態に切り替えることができない。換言すると、暖房モードから冷房モードに切り替えることができない。この切り替えを短時間で行うためには、第１弁体７７の前後の圧力を速やかに均圧することが必要になる。

以下説明するように、バイパス弁８３は、暖房モードから冷房モードに切り替える際に、第１弁体７７の前後の圧力を速やかに均圧するものである。

まず、図３および図７に示すように、暖房モード時には、第１流入口７０１から供給される冷媒がバイパス流入口８３６および固定絞り８３９を介して第１流出口７０２側に流れ、バイパス弁体８３４はこの冷媒流れの流体力Ｆ１により閉弁向きに付勢される。また、バイパス弁体８３４は、差圧によって閉弁向きに付勢される。この差圧による閉弁向きの力を、差圧閉弁力Ｆ２とする。一方、バイパス弁体８３４は、第３ばね８３５のばね力Ｆ３により常時開弁向きに付勢されている。

そして、バイパス弁体８３４を閉弁向きに付勢する力（すなわち、Ｆ１＋Ｆ２）が、バイパス弁体８３４を開弁向きに付勢する力（すなわち、Ｆ３）よりも大きく設定されているため（図９参照）、バイパス弁体８３４は第４弁座部８３８側に移動して第４弁座部８３８に当接し、バイパス流入口８３６とバイパス流出口８３７との間が閉じられ（すなわち、閉弁）、バイパス流入口８３６からバイパス流出口８３７への冷媒流れが阻止される。

このように、バイパス弁体８３４は差圧による力と流体力を合わせた力によって閉弁向きに付勢されるため、冷房モードから暖房モードへのモード切り替えを速やかに行うことができるとともに、暖房モード状態でのバイパス弁体８３４の閉弁状態を確実に維持することができる。

なお、複数のバイパス流入口８３６の合計通路面積を小さくすることにより、バイパス弁８３内を流れる冷媒の流速を高めて流体力をさらに大きくすることができ、ひいては、バイパス弁体８３４の閉弁状態をより確実に維持することができる。さらに、冷房モードから暖房モードへのモード切り替え時には、圧縮機１１の回転数を一時的に上げて流体力を大きくすることにより、モード切り替えをさらに速やかに行うことができる。

次に、暖房モードから冷房モードに切り替える際の作動について説明する。図９に示すように、時刻ｔ１において圧縮機１１を停止すると流体力Ｆ１がなくなり、バイパス弁体８３４を閉弁向きに付勢する力（すなわち、Ｆ２）が、バイパス弁体８３４を開弁向きに付勢する力（すなわち、Ｆ３）よりも小さくなる。

したがって、図８に示すように、バイパス弁体８３４は第４弁座部８３８から離れてバイパス流入口８３６とバイパス流出口８３７との間が開かれ、バイパス流入口８３６からバイパス流出口８３７へ冷媒が流れる。そして、バイパス流出口８３７の通路面積は固定絞り８３９の通路面積よりも大きいため、バイパス流出口８３７への冷媒流れによりバイパス弁８３の前後の圧力を速やかに均圧することができ、ひいては第１弁体７７の前後の圧力を速やかに均圧することができる。

これにより、暖房モードから冷房モードへの切り替えを短時間で行うことができるため、冬季に暖房中にフロントガラスが曇った場合には、速やかに曇りを除去することができる。

以上述べたように、本実施形態によると、第３弁体８０は、第３弁座部７２４と接離するのみで摺動はしないため、摺動ロスなく冷媒の内部漏れを小さくすることができる。

また、バイパス弁８３により第１弁体７７の前後の圧力を速やかに均圧することができるため、出力の小さいアクチュエータ７３を用いた場合でも、暖房モードから冷房モードへの切り替えを短時間で行うことができる。

なお、上記実施形態においては、バイパス弁体８３４における第１流入口７０１に対向する面は、バイパス弁空間８３３内の冷媒流れ方向に対して垂直な面であったが、図１０、図１１に示す変形例のように、バイパス弁体８３４における第１流入口７０１に対向する面は、バイパス弁空間８３３内の冷媒流れ方向に沿って凹形状にしてもよい。これにより、バイパス弁体８３４が受ける流体力を大きくすることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、本発明に係る流路切替弁を車両用空調装置に適用したが、本発明に係る流路切替弁は車両用空調装置以外の装置にも適用することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

（まとめ）
上記実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、流路切替弁は、ボデーに形成され、第１流路と第２流路とを隔てる隔壁部と、ボデーに形成され、隔壁部を貫通し、ロッドが挿入される隔壁貫通孔と、ボデーに形成され、隔壁貫通孔の一端側開口部を囲む第３弁座部と、ロッドに装着され、第３弁座部と接離する第３弁体を備える。

また、第２の観点によれば、第１流路における第１流出口から第１弁座部までの部位と、第２流路における第２流出口から第２弁座部までの部位との間が、隔壁部にて隔てられ、第３弁体が、第２流路内に配置されている。

また、第３の観点によれば、第２弁体とロッドは、ロッドの往復動方向に第１所定距離だけ相対移動可能に構成されている。さらに、第２弁体が第２弁座部に向かって移動するとともに第３弁体が第３弁座部に向かって移動する際に、第２弁体が第２弁座部に当接した後は、ロッドが第２弁体に対して相対移動しつつ、第３弁体が第３弁座部に向かって第２所定距離だけ移動して第３弁体が第３弁座部に当接するように構成されている。そして、第２所定距離は、第１所定距離よりも短く設定されている。

これによると、第２所定距離は第１所定距離よりも短く設定されているため、第２弁体が第２弁座部に当接した後に、第３弁体は第３弁座部に当接する位置まで移動することができる。

また、第４の観点によれば、ロッドは、第１弁体および第３弁体が装着されるとともに隔壁貫通孔に挿入される第１ロッドと、第２弁体が装着される第２ロッドとを備えている。さらに、第２ロッドにおける第２弁体が装着された部位の径が、第１ロッドにおける隔壁貫通孔に挿入された部位の径よりも大きく設定されている。

これによると、第２ロッド径Ｄ２が第１ロッド径Ｄ１よりも大きいため、第２ロッドを押す軸力が第１ロッドを押す軸力よりも大きくなり、その軸力の差により、第１ロッド７４に装着された第３弁体を第３弁座部に当接する位置まで移動させることができる。

また、第５の観点によれば、第１弁座部をバイパスして第１流入口と第１流出口とをつなぐバイパス通路を開閉するバイパス弁を備え、バイパス弁は、第１流入口から供給される流体の流体力により作動してバイパス通路を開閉するバイパス弁体を有する。

これによると、バイパス弁がバイパス通路を開いた際には、第１弁体の前後の圧力を速やかに均圧することができる。

また、第６の観点によれば、バイパス弁のハウジングは、第１流入口から供給される流体が流入するとともに、第１流入口よりも通路面積が小さく設定されたバイパス流入口を備える。さらに、バイパス弁のハウジングは、バイパス弁体によりバイパス流入口との間が開閉されて、流体を第１流出口に流出させるバイパス流出口を備える。さらにまた、バイパス弁のハウジングは、バイパス流入口と第１流出口とを連通させ、第１流路が第１弁体により閉じられているときに、流体を減圧して流通させる固定絞りを備える。

これによると、第１流路が第１弁体により閉じられているときに固定絞りを介して流体が流れるため、流体力をバイパス弁体に作用させることができる。

また、第７の観点によれば、バイパス弁は、第１流入口から供給される流体の流れ方向に沿って凹形状になっている。

これによると、バイパス弁体が受ける流体力を大きくすることができる。

７４ 第１ロッド
７５ 第２ロッド
７７ 第１弁体
７８ 第２弁体
８０ 第３弁体
７０３ 第１流路
７１３ 第２流路
７２１ 第１隔壁部
７２３ 第１隔壁貫通孔
７２４ 第３弁座部

Claims (7)

1. アクチュエータ（７３）と、
   ボデー（７０）と、
   前記ボデーに摺動自在に保持されるとともに、前記アクチュエータに駆動されて軸方向に往復動するロッド（７４、７５）と、
   前記ボデーに形成され、流体が流入する第１流入口（７０１）と流体が流出する第１流出口（７０２）とをつなぐ第１流路（７０３）と、
   前記ボデーに形成され、前記第１流入口と前記第１流出口との間に配置された第１弁座部（７０４）と、
   前記ロッドに装着され、前記第１弁座部と接離して前記第１流路を開閉する第１弁体（７７）と、
   前記ボデーに形成され、流体が流入する第２流入口（７１１）と流体が流出する第２流出口（７１２）とをつなぐ第２流路（７１３）と、
   前記ボデーに形成され、前記第２流入口と前記第２流出口との間に配置された第２弁座部（７１４）と、
   前記ロッドに装着され、前記第２弁座部と接離して前記第２流路を開閉する第２弁体（７８）と、
   前記ボデーに形成され、前記第１流路と前記第２流路とを隔てる隔壁部（７２１）と、
   前記ボデーに形成され、前記隔壁部を貫通し、前記ロッドが挿入される隔壁貫通孔（７２３）と、
   前記ボデーに形成され、前記隔壁貫通孔の一端側開口部を囲む第３弁座部（７２４）と、
   前記ロッドに装着され、前記第３弁座部と接離する第３弁体（８０）を備える流路切替弁。
2. 前記第１流路における前記第１流出口から前記第１弁座部までの部位と、前記第２流路における前記第２流出口から前記第２弁座部までの部位との間が、前記隔壁部にて隔てられ、
   前記第３弁体が、前記第２流路内に配置されている請求項１に記載の流路切替弁。
3. 前記第２弁体と前記ロッドは、前記ロッドの往復動方向に第１所定距離（Ｌ１）だけ相対移動可能に構成され、
   前記第２弁体が前記第２弁座部に向かって移動するとともに前記第３弁体が前記第３弁座部に向かって移動する際に、前記第２弁体が前記第２弁座部に当接した後は、前記ロッドが前記第２弁体に対して相対移動しつつ、前記第３弁体が前記第３弁座部に向かって第２所定距離（Ｌ２）だけ移動して前記第３弁体が前記第３弁座部に当接するように構成され、
   前記第２所定距離は、前記第１所定距離よりも短く設定されている請求項２に記載の流路切替弁。
4. 前記ロッドは、前記第１弁体および前記第３弁体が装着されるとともに前記隔壁貫通孔に挿入される第１ロッド（７４）と、前記第２弁体が装着される第２ロッド（７５）とを備え、
   前記第２ロッドにおける前記第２弁体が装着された部位の径（Ｄ２）が、前記第１ロッドにおける前記隔壁貫通孔に挿入された部位の径（Ｄ１）よりも大きく設定されている請求項３に記載の流路切替弁。
5. 前記第１弁座部をバイパスして前記第１流入口と前記第１流出口とをつなぐバイパス通路（８３３、８３６、８３７）を開閉するバイパス弁（８３）を備え、
   前記バイパス弁は、前記第１流入口から供給される流体の流体力により作動して前記バイパス通路を開閉するバイパス弁体（８３４）を有する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の流路切替弁。
6. 前記バイパス弁は、ハウジング（８３１、８３２）を備え、
   前記ハウジングは、
   前記第１流入口から供給される流体が流入するとともに、前記第１流入口よりも通路面積が小さく設定されたバイパス流入口（８３６）と、
   前記バイパス弁体により前記バイパス流入口との間が開閉されて、流体を前記第１流出口に流出させるバイパス流出口（８３７）と、
   前記バイパス流入口と前記第１流出口とを連通させ、前記第１流路が前記第１弁体により閉じられているときに、流体を減圧して流通させる固定絞り（８３９）とを備える請求項５に記載の流路切替弁。
7. 前記バイパス弁体は、前記第１流入口から供給される流体の流れ方向に沿って凹形状になっている請求項５または６に記載の流路切替弁。

Images