JP2020041658A - 複合弁 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペースで膨張弁と逆止弁双方の機能を持ち合わせた複合弁を提供する。【解決手段】冷媒が流入する入口通路１２、冷媒が流出する出口通路１３、及び入口通路１２と出口通路１３の間に形成されたオリフィスを有する弁本体１１と、オリフィスを通過する冷媒量を調整する弁体と、電気的駆動力によって弁体をオリフィスに対して駆動する電動モータ（駆動源）２１とを備えるとともに、弁本体１１を貫通して戻り通路１４が設けられ、戻り通路１４内に、当該戻り通路１４における冷媒の逆流を防止する逆止弁３０が一体に配設される。【選択図】図５

Description

本発明は、カーエアコン等の冷凍サイクルに使用される複合弁に係り、特に、膨張弁に逆止弁が一体に装備された複合弁に関する。

カーエアコン等の冷凍サイクルは、一般に、エンジンにより駆動される圧縮機と、圧縮機の吐出側に接続される凝縮機と、凝縮機に接続される受液器と、受液器からの液相冷媒を気液２相冷媒へ断熱膨張させる膨張弁と、膨張弁に接続される蒸発器とから構成されている（例えば、下記特許文献１参照）。

かかる冷凍サイクルは、圧縮機で加圧された冷媒を凝縮器に送って高圧の液相冷媒に変換し、この液相冷媒を膨張弁で減圧して断熱膨張するとともに流量調節して蒸発器へ送り、蒸発器で熱交換を行なって蒸発した低圧の冷媒を圧縮機に戻すように構成されている。

かかる冷凍サイクルに使用される膨張弁は、弁本体に液相冷媒を流入する高圧側通路（入口通路）と断熱膨張された気液２相冷媒が流出する低圧側通路（出口通路）とが設けられ、高圧側通路と低圧側通路とをオリフィスにより連通し、オリフィスを通過する冷媒量（換言すれば、オリフィスの開口面積もしくは開度）を調整する弁体を備え、弁本体に低圧冷媒通路（戻り通路）を貫通して形成した構成となっている。

そして、前記膨張弁は、低圧冷媒通路内の温度に応じて弁体を開弁方向又は閉弁方向に移動させてオリフィスの開口面積もしくは開度を変化させ、オリフィスの冷媒通過量を調整して蒸発器の温度を自動的に調整している。

また、下記特許文献１では、前記したオリフィスの冷媒通過量の調整を電動モータを使用して行うようになっている。この電動モータを使用した電気式（電子制御式）の膨張弁（以下、電気式膨張弁と称する）は、キャン、該キャンの内周に所定の間隙をあけて配在されたロータ、及びキャンに外嵌されたステータ等からなる、駆動源としての電動モータ、前記ロータの回転を利用して前記弁体を開閉駆動するねじ送り機構等の駆動機構等を備えた電動弁を用いることができる。

この電気式膨張弁の制御は、例えば、低圧冷媒通路を通過する冷媒の温度を温度センサで検出し、マイクロコンピュータを内蔵するコントローラにおいて、その検出された温度の情報に基づいて当該膨張弁の開度を調整するための制御信号を生成して前記電動モータに供給し、これによって、前記ロータが回転されて前記弁体が開弁方向又は閉弁方向に移動せしめられ、これによって前記オリフィスの開口面積、つまり、前記オリフィスの冷媒通過量が制御される。

電動モータは、その回転を正確に制御できるため、上記した如くに電動モータを使用してオリフィスの冷媒通過量を調整することにより、構成が簡単で制御が容易となり、かつ、受液器、蒸発器、および圧縮機との配管接続が容易に行える。

なお、電気式膨張弁としては、上記した如くの、駆動源として電動モータを主要部とする電動式のもの（電動式アクチュエータ）の他、ソレノイドを主要部とする電磁式のもの（電磁式アクチュエータ）を駆動源とするものもある。

特開２０００−３２９２４７号公報

上記したように、かかる冷凍サイクルに用いられる膨張弁は、冷媒の圧力を低くして（減圧して）蒸発器に送る。圧力の低い冷媒は、周囲から熱を奪って気化しやすくなっていて、気化したときに周辺（周辺部品）を冷やす。このときは、蒸発器自体もかなりの低温となっている。

暖房運転時に除湿が不要なときや、バッテリ冷却中に冷房が不要になったとき等には、膨張弁を閉じて蒸発器への冷媒流入を停止するが、前記した如くに蒸発器が冷え切った状態において除湿、冷房運転時に突然膨張弁を閉じると、蒸発器出口側に接続された配管から冷媒が呼び込まれて逆流し、回路内の冷媒が不足してしまう可能性がある。また、蒸発器での冷媒が逆流する現象は、膨張弁だけでなく、冷凍サイクル内の冷媒を膨張させる部品の動作によっても引き起こされる可能性がある。このような逆流現象を防ぐために、蒸発器出口側に接続された配管に逆止弁等の冷媒の逆流を止める機能を持つ部品を取り付けることが考えられる。

しかしながら、例えばカーエアコン等の空気調和機においては、周辺に配管等が張り巡らされており、膨張弁を設置する部位（スペース）や配管系統は予め定められているので、新たに逆止弁を追加することはレイアウト上難しい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、省スペースで膨張弁と逆止弁双方の機能を持ち合わせた複合弁を提供することにある。

前記課題を解決すべく、本発明に係る複合弁は、基本的に、冷媒が流入する入口通路、冷媒が流出する出口通路、及び前記入口通路と前記出口通路の間に形成されたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを通過する冷媒量を調整する弁体と、電気的駆動力によって前記弁体を前記オリフィスに対して駆動する駆動源とを備えるとともに、前記弁本体を貫通して冷媒が通過する戻り通路が設けられ、前記戻り通路内に、該戻り通路における冷媒の逆流を防止する逆止弁が一体に配設されていることを特徴としている。

より具体的な好ましい態様では、凝縮器からの冷媒が流入する入口通路、蒸発器へ向かう冷媒が流出する出口通路、前記入口通路と前記出口通路の間に形成されたオリフィス、及び蒸発器から圧縮機へ戻る冷媒が通過する戻り通路を有する弁本体と、前記オリフィスを通過する冷媒量を調整する弁体と、前記戻り通路を通過する冷媒の温度に基づいて電気的駆動力によって前記弁体を前記オリフィスに対して駆動する駆動源と、前記戻り通路内に一体に配設され、該戻り通路における冷媒の逆流を防止する逆止弁とを備えることを特徴としている。

好ましい態様では、前記入口通路の流入開口及び前記戻り通路の出口側開口が、前記弁本体の一側面に開口せしめられ、前記出口通路の流出開口及び前記戻り通路の入口側開口が、前記弁本体の前記一側面と異なる他側面に開口せしめられる。

更に好ましい態様では、前記弁本体における前記一側面と前記他側面とが対向配置される。

他の好ましい態様では、前記逆止弁は、前記戻り通路の出口側開口から前記戻り通路の内側に挿入されて配設される。

別の好ましい態様では、前記駆動源は、前記弁本体において前記入口通路及び前記出口通路に対して前記戻り通路とは反対側に位置する面に配設される。

本発明によれば、弁本体を貫通して設けられた戻り通路内に、当該戻り通路を通過する冷媒の逆流を防止する逆止弁が一体に配設されるので、例えばカーエアコン等の空気調和機において、レイアウト上で新たに逆止弁を追加することなく、省スペースで膨張弁と逆止弁双方の機能を持ち合わせた複合弁を設置することができる。

また、逆止弁は、戻り通路の出口側開口（蒸発器側とは反対側の開口）から戻り通路の内側に挿入されて配設されるので、組付性（取付作業性）、メンテナンス性等を向上できるといった効果もある。

本発明に係る複合弁の一実施形態の右上斜視図。 本発明に係る複合弁の一実施形態の左上斜視図。 本発明に係る複合弁の一実施形態の右側面図。 本発明に係る複合弁の一実施形態の左側面図。 本発明に係る複合弁の一実施形態の、逆止弁が開かれている状態の部分切欠き正面図。 本発明に係る複合弁の一実施形態の、逆止弁が閉じられている状態の部分切欠き正面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１〜図６はそれぞれ、本実施形態の複合弁の右上斜視図、左上斜視図、右側面図、左側面図、及び部分切欠き正面図（逆止弁が開かれている状態、及び、逆止弁が閉じられている状態）である。なお、図５及び図６は、本実施形態の複合弁が使用されている冷凍サイクルの回路図を併せて示している。

なお、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際に冷凍サイクルに組み込まれた状態での位置、方向を指すとは限らない。

図示実施形態の複合弁１０は、例えばカーエアコンにおける冷凍サイクル１に使用されるものであり、冷凍サイクル１は、エンジンにより駆動される圧縮機２と、圧縮機２の吐出側に接続される凝縮機３と、凝縮機３に接続される受液器４と、受液器４に接続される複合弁１０と、複合弁１０に接続される蒸発器５とから構成され、蒸発器５の気相冷媒を複合弁１０を通して圧縮機２に戻して循環させている。複合弁１０は、受液器４からの液相冷媒を所定の開口面積のオリフィスで気液２相冷媒に減圧して断熱膨張させる膨張弁２０と、蒸発器５への冷媒の逆流を防止する逆止弁３０の双方の機能を持ち合わせている（併せ持っている）（後で詳述）。

複合弁１０は、アルミニウム等の金属あるいは樹脂等により直方体形状に形成された弁本体１１を有し、弁本体１１の上部に、液相冷媒が流入する比較的小径の横穴からなる高圧側入口通路１２と、気液２相冷媒が流出する比較的大径の横穴からなる低圧側出口通路１３とが設けられている。入口通路１２の流入開口（右端部開口）は、弁本体１１の右側面１１ａに開口し、出口通路１３の流出開口（左端部開口）は、弁本体１１の左側面１１ｂに開口している。入口通路１２（の中心軸）と出口通路１３（の中心軸）は上下方向でオフセットして設けられており、出口通路１３は入口通路１２の下側に位置して、弁本体１１の他方の側面（対向面）に開口している。また、弁本体１１の下部には、前記した入口通路１２及び出口通路１３とは別に（非連通となるように）、蒸発器５からの低圧の気相冷媒を圧縮機２に戻す（つまり、蒸発器５から圧縮機２へ戻る冷媒を通過させる）ための戻り通路１４が水平方向（横方向）に貫通して形成されている。この戻り通路１４の入口側開口（左端部開口）は、弁本体１１の左側面１１ｂに開口し、戻り通路１４の出口側開口（右端部開口）は、弁本体１１の右側面１１ａに開口している。

図示は省略するが、弁本体１１の内部（における入口通路１２と出口通路１３との間）には、入口通路１２と出口通路１３とを連通するオリフィスが形成され、オリフィスにおける冷媒の通過量（換言すれば、オリフィスの開口面積もしくは開度）を調整する弁体や弁体をオリフィスに押し付ける方向又はオリフィスと離反する方向（すなわち、閉弁方向又は開弁方向）に付勢する付勢部材としての圧縮コイルばねが配設されている。

弁本体１１の上面（弁本体１１において入口通路１２及び出口通路１３に対して戻り通路１４とは反対側に位置する面）には、前記弁体をオリフィスに対して開弁方向もしくは閉弁方向に駆動する、駆動源としての電動モータ（ステッピングモータ）２１が固定され、この電動モータ２１の出力軸が前記弁体に連結されている。電動モータ２１は、例えば、弁本体１１に取り付けられたキャン、該キャンの内周に所定の間隙をあけて配在されたロータ、及びキャンに外嵌されたステータ等からなるとともに、前記ロータ（の出力軸）の回転を利用して前記弁体を開閉駆動するねじ送り機構等の駆動機構を備える。このような電動モータ２１の出力軸が回転すると弁体がねじ送り機構等の駆動機構により直線運動に変換されて上昇または下降し、弁体をオリフィスに対して接近あるいは離反させて、閉弁あるいは開弁するように構成されている。

この複合弁１０の制御は、例えば、弁本体１１の下部に設けられた戻り通路１４を通過する冷媒の温度を温度センサで検出し、マイクロコンピュータを内蔵するコントローラにおいて、その検出された温度の情報に基づいて当該複合弁１０（のオリフィス）の開度を調整するための制御信号を生成して前記電動モータ２１に供給し、これによって、前記ロータが回転されて前記弁体が開弁方向又は閉弁方向に移動せしめられ、これによって前記オリフィスの開口面積、つまり、前記オリフィスの冷媒通過量が制御される。

本実施形態においては、前記した入口通路１２、出口通路１３、入口通路１２と出口通路１３との間に形成されたオリフィス、弁体、電動モータ２１等で、受液器４からの液相冷媒を気液２相冷媒に減圧して断熱膨張させる膨張弁２０が構成される。

なお、電動モータ２１の出力軸は弁体に直結されたものではなく、ロータの回転を減速して弁体に伝達する減速機構を備えたものであっても良い。

前記の如く構成された複合弁１０における膨張弁２０の機能について説明する。冷凍サイクル１において、エンジンにより駆動される圧縮機２で圧縮された高圧の冷媒は凝縮機３に吐出され、凝縮機３で放熱、凝縮されて受液器４に液相冷媒が貯留され、受液器４からの液相冷媒は複合弁１０の入口通路１２に供給される。複合弁１０において、液相冷媒はオリフィスを通過するときに断熱膨張して気液２相冷媒となり、出口通路１３から蒸発器５に供給される。気液２相冷媒は蒸発器５内で蒸発して気相冷媒となり、蒸発器５を低温状態とする。そして、蒸発器５内の気相冷媒は戻り通路１４を通って圧縮機２に戻り、冷媒は冷凍サイクル１内で循環する。

このように構成される冷凍サイクル１において、戻り通路１４内の温度に応じて電動モータ２１を回転駆動させ、弁体を開弁方向又は閉弁方向に移動させ、オリフィスの開口面積を増減させてオリフィスを通過する冷媒の通過量を変化させることにより、蒸発器５の温度が自動的に調整される。

また、本実施形態においては、弁本体１１の下部に設けられた戻り通路１４に、冷媒の逆流を防止する逆止弁３０が配設されている。

詳しくは、図５及び図６を参照すればよく分かるように、戻り通路１４の内周に、後述する逆止弁体３８とともに逆止弁３０を構成する円環状の弁座３７が一体に形成されるとともに、逆止弁体３８と、逆止弁体３８を弁座３７側に付勢する付勢部材としての圧縮コイルばね３９と、圧縮コイルばね３９の右端を支持して逆止弁体３８の右方への移動量を制限するストッパ３１とが設けられ、ストッパ３１は、戻り通路１４の内周（における弁座３７より右側）に設けられた縮径部３３に配置固定されている。

逆止弁体３８は、円板状小径部３８ａと円板状大径部３８ｂと、これらの間に装着されたＯリング３８ｃとを一体的に備え、円板状小径部３８ａから左方（戻り通路１４の入口側）に第１のガイドバー３８ｄが突出し、円板状大径部３８ｂから右方（戻り通路１４の出口側）に第２のガイドバー３８ｅが突出している。逆止弁体３８におけるＯリング３８ｃが前記弁座３７に当接することにより、逆止弁体３８と弁座３７との間がシールされるようになっている。

第１のガイドバー３８ｄは、円板状小径部３８ａの左側面の外縁付近に、円周方向に所定の隙間を隔てて複数本（図示例では、１２０°の角度間隔を隔てて３本）配置され、各ガイドバー３８ｄ（の外周）は弁座３７の内周と当接している。この第１のガイドバー３８ｄにより、逆止弁体３８の左右方向への移動がガイドされる。

また、第２のガイドバー３８ｅは、円板状大径部３８ｂの右側面の中央付近に、円周方向に所定の隙間を隔てて複数本（図示例では、１２０°の角度間隔を隔てて３本）配置され、各ガイドバー３８ｅは、圧縮コイルばね３９の内側に配在されるとともにストッパ３１に穿設された流通孔（図示例では、中心角が約１２０°の概略扇形状の流通孔）３２に緩やかに挿通されている。この第２のガイドバー３８ｅにより、逆止弁体３８の左右方向への移動がガイドされるとともに、逆止弁体３８の傾きや戻り通路１４（逆止弁３０）の中心軸周りでの回転が防止される。

上記構成を有する逆止弁３０は、その逆止弁体３８及び圧縮コイルばね３９の外形（外径）が戻り通路１４の縮径部３３より小さく設定されており、その組み立てに際しては、戻り通路１４における出口側開口（右端部開口）から、逆止弁体３８、圧縮コイルばね３９、ストッパ３１をその順で戻り通路１４の内側に挿入し、ストッパ３１を戻り通路１４の縮径部３３に配置固定する。これにより、当該逆止弁３０を戻り通路１４の内周に一体に設置することができる。

上記構成とされた複合弁１０における逆止弁３０の機能について説明する。図６に示される状態において、蒸発器５側から入口側開口を介して冷媒が流入し、その流体圧が圧縮コイルばね３９の付勢力を上回ると、図５に示すように、逆止弁体３８のＯリング３８ｃが弁座３７から（右方に）離間し、出口側開口を介して圧縮機２側へ冷媒が流れる。

一方、図６に示すように、圧縮機２側から出口側開口を介して冷媒が流入しても、圧縮コイルばね３９（の付勢力）によって逆止弁体３８のＯリング３８ｃが（右方から）弁座３７に付勢されて逆止弁３０が閉じているため、入口側開口を介して蒸発器５側へ冷媒が流れることはない。

つまり、複合弁１０における逆止弁３０は、入口側開口（蒸発器５）から出口側開口（圧縮機２）へ向かう冷媒の流れを許容する一方で、出口側開口（圧縮機２）から入口側開口（蒸発器５）へ向かう冷媒の流れ（逆流）を遮断するようになっており、更に換言すれば、入口側開口（蒸発器５）から出口側開口（圧縮機２）への一方向にのみ冷媒を流通させるようになっている。

なお、弁本体１１には、前記した入口通路１２、出口通路１３、戻り通路１４に加えて、その上下中央付近（すなわち、入口通路１２及び出口通路１３と戻り通路１４との間の部分）に、弁本体１１を蒸発器５や他部品等に取り付けるためのボルトを挿通する横貫通穴からなる取付穴１５が前後方向に並んで２箇所設けられるとともに、配管継手を固定するための有底（非貫通）のねじ穴１６が前後方向中央に１箇所設けられている。

以上で説明したように、本実施形態の複合弁１０は、弁本体１１を貫通して設けられた戻り通路１４内に、該戻り通路１４を通過する冷媒の逆流を防止する逆止弁３０が一体に配設されるので、例えばカーエアコン等の空気調和機において、レイアウト上で新たに逆止弁を追加することなく（言い換えれば、既存の設置スペースや配管系統等を変更せずに）、省スペースで膨張弁２０と逆止弁３０双方の機能を持ち合わせた複合弁１０を設置することができる。

また、逆止弁３０は、戻り通路１４の出口側開口（蒸発器５側とは反対側の開口）から戻り通路１４の内周に挿入されて配設されるので、組付性（取付作業性）、メンテナンス性等を向上できるといった効果もある。

なお、上記実施形態においては、電気的駆動力によって弁体をオリフィスに対して駆動する駆動源として電動モータを使用したもの（電動式アクチュエータ）を例示したが、本発明はこれに限られることはなく、駆動源としてソレノイドを主要部とする電磁式のもの（電磁式アクチュエータ）を使用することもできる。

また、戻り通路１４に配設される逆止弁３０の具体的構成も、上記実施形態に限定されないことは当然である。

また、上記実施形態においては、カーエアコン等の冷凍サイクル用の複合弁を例示したが、本発明に係る複合弁は、ヒートポンプ式冷暖房システム等にも適用できることは勿論である。

１ 冷凍サイクル
１０ 複合弁
１１ 弁本体
１１ａ 弁本体の右側面
１１ｂ 弁本体の左側面
１２ 入口通路
１３ 出口通路
１４ 戻り通路
１５ 取付穴
１６ ねじ穴
２０ 膨張弁
２１ 電動モータ（駆動源）
３０ 逆止弁
３１ ストッパ
３２ 流通孔
３３ 縮径部
３７ 弁座
３８ 逆止弁体
３８ａ 円板状小径部
３８ｂ 円板状大径部
３８ｃ Ｏリング
３８ｄ 第１のガイドバー
３８ｅ 第２のガイドバー
３９ 圧縮コイルばね

Claims (6)

1. 冷媒が流入する入口通路、冷媒が流出する出口通路、及び前記入口通路と前記出口通路の間に形成されたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを通過する冷媒量を調整する弁体と、電気的駆動力によって前記弁体を前記オリフィスに対して駆動する駆動源とを備えるとともに、
   前記弁本体を貫通して冷媒が通過する戻り通路が設けられ、前記戻り通路内に、該戻り通路における冷媒の逆流を防止する逆止弁が一体に配設されていることを特徴とする複合弁。
2. 凝縮器からの冷媒が流入する入口通路、蒸発器へ向かう冷媒が流出する出口通路、前記入口通路と前記出口通路の間に形成されたオリフィス、及び蒸発器から圧縮機へ戻る冷媒が通過する戻り通路を有する弁本体と、
   前記オリフィスを通過する冷媒量を調整する弁体と、
   前記戻り通路を通過する冷媒の温度に基づいて電気的駆動力によって前記弁体を前記オリフィスに対して駆動する駆動源と、
   前記戻り通路内に一体に配設され、該戻り通路における冷媒の逆流を防止する逆止弁とを備えることを特徴とする複合弁。
3. 前記入口通路の流入開口及び前記戻り通路の出口側開口が、前記弁本体の一側面に開口せしめられ、前記出口通路の流出開口及び前記戻り通路の入口側開口が、前記弁本体の前記一側面と異なる他側面に開口せしめられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合弁。
4. 前記弁本体における前記一側面と前記他側面とが対向配置されていることを特徴とする請求項３に記載の複合弁。
5. 前記逆止弁は、前記戻り通路の出口側開口から前記戻り通路の内側に挿入されて配設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の複合弁。
6. 前記駆動源は、前記弁本体において前記入口通路及び前記出口通路に対して前記戻り通路とは反対側に位置する面に配設されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の複合弁。

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