JP3794100B2

JP3794100B2 - 電磁弁一体型膨張弁

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Publication number: JP3794100B2
Application number: JP10458397A
Authority: JP
Inventors: 繁次大石; 喜夫宮田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: US5826438A; JPH1073345A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁弁を膨張弁の下流側に配置し、この両者を一体化した電磁弁一体型膨張弁に関するもので、例えば、車室内のフロント側とリア側の双方に、冷凍サイクルの蒸発器を内蔵する空調ユニットを配設する車両用空調装置等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば車室内のフロント側の空調制御とリア側の空調制御とをそれぞれ独立して行うために、車室内前後の空調ユニット内にそれぞれ冷却用の蒸発器を配設するとともに、この２つの冷却用の蒸発器とこれらの蒸発器に流入する冷媒を減圧するための膨張弁をそれぞれ並列に配置した車両空調用の冷凍サイクルが知られている。
【０００３】
そして、この冷凍サイクルにおいては、膨張弁と直列に電磁弁を設置して、これらの蒸発器への冷媒流れを切り替えるようにしている。しかし、この電磁弁の急激な開閉作動に伴って、ウォータハンマー音が発生するという問題がある。
そこで、特開平７−１５１４２２号公報では、膨張弁本体に電磁弁を一体化することにより、電磁弁と膨張弁の両者の小型化を図るとともに、電磁弁を膨張弁の下流側（すなわち、気液２相状態の冷媒が流れる低圧側の流路）に配置して、電磁弁の閉弁時におけるウォータハンマー音を低減するようにしたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の従来技術について、本発明者らが種々実験検討したところ、電磁弁の開弁時には、以下の理由から、騒音低減を図ることができないことが分かった。
すなわち、冷凍サイクルにおいて並列接続された２つの蒸発器のうち、一方の蒸発器が電磁弁の閉弁により冷媒の流れが停止されると、この蒸発器の温度は周囲温度（室温）まで上昇するので、この蒸発器の冷媒出口側に設けられた膨張弁の感温筒温度も室温まで上昇することになる。これに対し、この膨張弁の低圧側圧力は、他方の蒸発器への冷媒循環（圧縮機の運転）により低圧となっている。この結果、膨張弁の弁体には、開弁方向の力が作用し、膨張弁は全開状態になっている。
【０００５】
従って、この膨張弁の全開状態において、電磁弁が開弁すると、今まで冷媒流れが停止していた蒸発器に、大流量の冷媒が急激に流れ出し、冷媒流動音を発生するとともに、膨張弁下流部の圧力急降下による騒音を発生することが分かった。
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、電磁弁一体型膨張弁において、電磁弁の開弁時における冷媒騒音の低減を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１〜７記載の発明においては、高圧側冷媒が導入される入口冷媒流路（１４１ａ、５１）と、この入口冷媒流路（１４１ａ、５１）より導入された冷媒を減圧膨張させる絞り流路（１４４ａ）と、この絞り流路（１４４ａ）の開度を調整する弁体（１４４）と、この弁体（１４４）を変位させる弁体作動機構（３０）と、絞り流路（１４４ａ）にて減圧膨張した冷媒を蒸発器（１６）に供給する出口冷媒流路（１４５ｂ、１４６、１４７、１４８、１４１ｂ）とを備え、電磁弁（２０）の弁体（２００）により出口冷媒流路（１４５ｂ、１４６、１４７、１４８、１４１ｂ）を開閉するようにし、
電磁弁（２０）の弁体（２００）の閉弁時には、電磁弁（２０）の弁体（２００）と絞り流路（１４４ａ）との間の冷媒圧力に基づいて、弁体作動機構（３０）が作動して、絞り流路（１４４ａ）の弁体（１４４）を閉弁させることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、電磁弁（２０）が閉弁している間に、電磁弁（２０）の弁体（２００）の上流側は、冷凍サイクルの運転により高圧側圧力となる。従って、この高圧側圧力を利用して弁体作動機構（３０）を作動させることにより、膨張弁（１４）の弁体（１４４）を閉弁させることができる。
それ故、次に、電磁弁（２０）を開弁させるときに、大流量の冷媒が急激に流れ出すという不具合が発生せず、電磁弁（２０）の開弁時における冷媒流動音等の発生を効果的に抑制できる。また、電磁弁（２０）は、膨張弁（１４）の弁体（１４４）より下流側の気液２相状態の冷媒流域に設置されているから、電磁弁の閉弁時におけるウォータハンマー音も従来通り、良好に低減できる。
【０００８】
さらに、請求項４記載の発明では、膨張弁本体（１４１）に蒸発器（１６）出口の冷媒が流れる低圧冷媒流路（１４０）を設けるとともに、この低圧冷媒流路（１４０）を貫通するように感温棒（４０）を配設して、この感温棒（４０）により蒸発器（１６）出口の冷媒温度を感知して第１圧力室（３４）に伝達し、
膨張弁本体（１４１）に、電磁弁（２０）の弁体（２００）と絞り流路（１４４ａ）との間に連通する第１の連通手段（４３、４４）を設け、この第１の連通手段（４３、４４）を第２圧力室（３５）に連通させる第２の連通手段（４５、４５ａ、４６）を感温棒（４０）に設け、
この第１および第２の連通手段（４３、４４、４５、４５ａ、４６）により、電磁弁（２０）の弁体（２００）と絞り流路（１４４ａ）との間の冷媒圧力を第２圧力室（３５）に導入することを特徴としている。
【０００９】
これにより、膨張弁本体（１４１）に、蒸発器出口冷媒が流れる低圧冷媒流路（１４０）と、この冷媒温度を感知する感温棒（４０）とを内蔵させた、小型簡潔な構成の膨張弁において、請求項１と同様に、電磁弁の開弁時における冷媒流動音等の発生を効果的に抑制できる。
また、請求項５記載の発明では、圧力応動部材（３３）の一面側に、蒸発器（１６）出口の冷媒温度に対応した圧力が作用する第１圧力室（３４）を形成するとともに、圧力応動部材（３３）の他面側には、第２圧力室（３５）を形成し、この第２圧力室（３５）内に、前記圧力応動部材（３３）とともに変位するストッパー部材（４００）を備え、
このストッパー部材（４００）により前記第２圧力室（３５）と仕切られた第３圧力室（４３）を形成し、
この第３圧力室（４３）には、電磁弁（２０）の弁体（２００）と絞り流路（１４４ａ）との間の冷媒圧力を導入し、
第２圧力室（３５）には電磁弁（２０）の弁体（２００）より下流側の冷媒圧力を導入することを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、電磁弁（２０）が閉弁している間は、電磁弁上流側に加わるサイクル高圧側圧力を、ストッパー部材（４００）に作用させて、膨張弁（１４）の弁体（１４４）を閉弁させることができる。これにより、電磁弁（２０）の開弁時における冷媒流動音等の発生を効果的に抑制できるとともに、電磁弁（２０）の閉弁時に、サイクル高圧側圧力が弁体作動機構（３０）の圧力応動部材（３３）には直接作用しないので、弁体作動機構（３０）をサイクル高圧側圧力に耐える耐圧構造とする必要がなく、弁体作動機構（３０）を低コストで製造できる。
【００１１】
なお、上記各構成要素のカッコ内の符号は、後述する実施形態記載の具体的構成要素との対応関係を示すものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１〜図５は本発明の第１実施形態を示すものであり、図１は、本発明による電磁弁一体型膨張弁１４を適用した冷凍サイクルの全体構成を示しており、この図１の冷凍サイクルは、車両のフロントシート側とリアシート側にそれぞれ独立に制御可能な空調ユニットを持つ車両用空調装置に使用されるものである。
【００１３】
図１の冷凍サイクルは、圧縮機１０を備えており、この圧縮機１０には、動力伝達を断続する電磁クラッチ（図示せず）が装着されており、この電磁クラッチが接続状態になると、図示しない車両エンジンから動力が伝達されて圧縮機１０は作動し、吸入冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。
凝縮器１１は、図示しない冷却ファンによる空冷作用を受けて圧縮機１０からの吐出ガス冷媒を冷却して凝縮させ、この凝縮後の液冷媒は受液器１２内に流入する。この受液器１２は、その内部に流入した凝縮冷媒を気液分離して、液冷媒のみを流出させる。
【００１４】
受液器１２の下流側には、液冷媒を気液２相状態に減圧膨張させる第１、第２の膨張弁１３、１４と、この第１、第２の膨張弁１３、１４を通過した冷媒を蒸発させる第１、第２の蒸発器１５、１６が相互に並列に配設されている。
ここで、第１の膨張弁１３および第１の蒸発器１５は、車室内前部の計器盤部に配置される前部空調ユニット１７内に設けられ、車室内のフロントシート側の空調のために使用される。第１の膨張弁１３は周知のごとく第１の蒸発器１５の出口冷媒の過熱度を所定値に維持するように弁開度が自動調整される温度式の膨張弁であって、第１の蒸発器１５の出口冷媒の温度を感知して内部の冷媒圧力が変化する感温筒１３ａを有している。
【００１５】
一方、第２の膨張弁１４および第２の蒸発器１６は、車室内後部、例えばワゴンタイプの自動車の天井部に配置される後部空調ユニット１８内に設けられ、車室内のリヤーシート側の空調のために使用される。
なお、図示しないが、前部、後部空調ユニット１７、１８内に空調用の送風機等が内蔵されていることはもちろんである。第１、第２の蒸発器１５、１６の冷媒出口側は合流して圧縮機１０の吸入側に接続されている。
【００１６】
そして、第２の膨張弁１４は本発明による電磁弁一体型膨張弁で構成されており、以下、この電磁弁一体型膨張弁１４の具体例を図１および図２〜５に基づいて説明する。この膨張弁１４は、本例では、ボックス型膨張弁として構成されており、蒸発器１６の出口冷媒が流れる低圧冷媒流路１４０およびこの低圧冷媒流路１４０の冷媒温度を感知する後述の感温機構を一体に内蔵している。
【００１７】
このボックス型膨張弁１４に常閉型電磁弁２０（図２参照）が一体に組付られている。膨張弁１４は、アルミニュウム等の金属で成形された角柱状の弁本体１４１を備えている。この弁本体１４１は、図１に示すように、その外周壁の下側寄りの位置に、冷媒流入口１４１ａ及び冷媒流出口１４１ｂを備えており、冷媒流入口１４１ａは、受液器１２からの高圧側液冷媒が流入し、一方、冷媒流出口１４１ｂは、後述の絞り流路１４４にて減圧膨張した低圧冷媒を弁本体１４１から流出させるもので、蒸発器１６の冷媒入口１６ａに接続される。
【００１８】
また、弁本体１４１の上部側の部位において低圧冷媒流路１４０が弁本体１４１の軸直角方向に貫通するように設けられており、そして、この低圧冷媒流路１４０の両端部に、冷媒流入口１４１ｃと冷媒流出口１４１ｄが開口している。冷媒流入口１４１ｃは、蒸発器１６の冷媒出口１６ｂと接続され、蒸発器１６にて蒸発したガス冷媒が流入する。
【００１９】
この流入ガス冷媒は、さらに、低圧冷媒流路１４０を通って、冷媒流出口１４１ｄから弁本体１４１外へ流出する。冷媒流出口１４１ｄは、圧縮機１０の吸入側に接続される。
弁本体１４１の中心部には、段付き内孔１４２が同軸的に形成されており、この段付き内孔１４２は、上記低圧冷媒流路１４０を貫通して、弁本体１４１の中心部を上下方向に延びている。そして、この段付き内孔１４２の下端（一端）部に弁座１４３が形成され、この弁座１４３に対向して球状の弁体１４４が上下動可能に配置されている。この弁座１４３と球状の弁体１４４との間に、冷媒流入口１４１ａからの高圧側液冷媒を減圧膨張させる絞り流路１４４ａ（図２参照）が構成される。
【００２０】
段付き内孔１４２の下側部位には、作動棒１４５が上下方向に移動可能に嵌合している。この作動棒１４５の下端部は球状の弁体１４４に当接して、球状の弁体１４４を変位させることができる。また、この作動棒１４５の下側部分に小径部１４５ａを形成して、この小径部１４５ａと段付き内孔１４２の内周面との間に、環状の冷媒流路１４５ｂを形成している。
【００２１】
弁本体１４１において、段付き内孔１４２から直交する方向に連通孔１４６および連通室１４７が形成してある。これにより、環状の冷媒流路１４５ｂは連通孔１４６を介して連通室１４７に常時連通している。また、連通孔１４６は複数個設けてあり、この複数の連通孔１４６の中間部位において、連通室１４７内に円筒状部分が突出しており、この円筒状部分にて冷媒流路１４８が形成されている。
【００２２】
上記の冷媒流路１４８の端面には、常閉型電磁弁２０の弁体２００が対向配置されており、連通室１４７と冷媒流路１４８との連通を弁体２００により断続するようになっている。ここで、冷媒流路１４８は、図３に示すように、前記した冷媒流出口１４１ｂに連通している。電磁弁２０の具体的説明は後述する。
次に、膨張弁１４の弁体１４４を作動させるための弁体作動機構について説明すると、本発明の弁体作動機構を構成するダイヤフラム作動器３０は、上下２つのケーシング３１、３２と、圧力応動部材であるダイヤフラム３３とを備えており、両ケーシング部材３１、３２は、ステンレス系の金属よりなるもので、同じくステンレス系の金属よりなる円板状ダイヤフラム３３の外周縁部を挟持し、固定している。
【００２３】
ここで、円板状ダイヤフラム３３は図１の上下方向に弾性変形可能に組み付けられており、ダイヤフラム３３により両ケーシング部材３１、３２の内部空間は感温室（第１圧力室）３４と均圧室（第２圧力室）３５とに仕切られている。上側の感温室３４内には、所定圧力にて冷凍サイクル循環冷媒と同一の冷媒がキャピラリーチューブ３６により封入されている。なお、下側のケーシング部材３２の環状開口部３２ａは、弁本体１４１の段付き内孔１４２の一端部（上端部）に形成された大径開口端部１４２ａにネジ止め固定されている。このネジ止め固定部は、ゴム製のＯリング（弾性シール材）３７にて気密が維持されるようになっている。
【００２４】
感温棒４０は、アルミニウム等の熱伝導の良好な金属材料により円柱状に形成されており、そして、蒸発器出口冷媒の温度を感知するために、図１、２に示すように、蒸発器出口からのガス冷媒が流れる低圧冷媒流路１４０を貫通して配設されている。
感温棒４０の一端部（上端部）は大径部４１として構成され、この大径部４１は均圧室３５内に配置され、円板状ダイヤフラム３３の片側の面（下側面）に当接するようになっている。そのため、感温棒４０の温度変化は、金属製の薄板からなるダイヤフラム７３を介して感温室３４内の冷媒に伝達され、感温室３４内の冷媒圧力は、低圧冷媒流路１４０を流れる蒸発器出口冷媒の温度に対応した圧力となる。
【００２５】
また、感温棒４０は弁本体１４１の段付き内孔１４２内に軸方向に摺動可能に嵌合して、ダイヤフラム３３の変位を前述した作動棒１４５を介して弁体１４４に伝達する変位伝達部材の役割を兼ねている。このため、感温棒４０の他端部（下端部）は、作動棒１４５の一端部（上端部）に当接している。
ここで、段付き内孔１４２の軸方向において、低圧冷媒流路１４０と均圧室３５との間の部位にはゴム製のＯリング（弾性シール材）４２が配設され、このＯリング４２により低圧冷媒流路１４０と均圧室３５との間の気密が維持されるようになっている。
【００２６】
さらに、均圧室３５には、本発明独自の下記圧力導入流路にて電磁弁２０の弁体２００と絞り流路１４４ａとの間の冷媒圧力を導入するようになっている。すなわち、図２に示すように、感温棒４０の下端部と、段付き内孔１４２の中間段付面１４２ｂとの間に圧力室４３が形成されており、この圧力室４３は、弁本体１４１に設けられた連通孔４４により連通室１４７に連通している。
【００２７】
また、感温棒４０にはその中心部を軸方向に貫通する連通孔４５があけてあり、さらに、感温棒４０の下端部には、図４、５に示す断面Ｕ状の溝部４６が設けられているため、感温棒４０の下端部が作動棒１４５の上端部に当接していても、圧力室４３は溝部４６を通して連通孔４５に常時連通している。以上の圧力導入流路（連通孔４４→圧力室４３→溝部４６→連通孔４５）を通して、電磁弁２０の弁体２００と絞り流路１４４ａとの間の冷媒圧力（具体的には、連通室１４７の圧力）が均圧室３５に導入される。
【００２８】
連通孔４５には、感温棒４０の中心部から半径方向に延びる補助連通孔４５ａが接続されており、この補助連通孔４５ａによっても、均圧室３５に上記冷媒圧力が導入される。なお、上記連通孔４４、４５、４５ａは、例えば直径１．０ｍｍ程度の大きさでよい。また、断面Ｕ状の溝部４６の深さは、例えば、０．５ｍｍ程度の大きさでよい。
【００２９】
また、段付き内孔１４２の軸方向において、低圧冷媒流路１４０と圧力室４３との間の部位にはゴム製のＯリング（弾性シール材）４７が配設され、このＯリング４７により低圧冷媒流路１４０と圧力室４３との間の気密が維持されるようになっている。
次に、膨張弁１４の弁体１４４に、所定のバネ力を付与するためのスプリング機構５０について説明すると、弁本体１４１において、段付き内孔１４２の下方側には、スプリング機構５０の収容室５１が形成されており、この収容室５１は、前記した高圧液冷媒が流入する冷媒流入口１４１ａに連通している。収容室５１内の上端部には、ステンレス製の弁体１４４に溶接等の手段で接合された金属製の支持板５２が配置されている。
【００３０】
この支持板５２にコイルスプリング（バネ手段）５３の一端が当接して支持されている。コイルスプリング５３の他端は金属製プラグ５４により支持されている。このプラグ５４は収容室５１の外部への開口端を閉塞する蓋部材の役割を果たすとともに、弁本体１４１にネジにより脱着可能に固定されており、プラグ５４のネジ止め位置を調整することにより、コイルスプリング５３の取付荷重を調整して、弁体１４４に作用するバネ力を調整できるようにしてある。
【００３１】
膨張弁１４により設定される蒸発器出口冷媒の過熱度は、上記バネ力の調整により調整可能である。
また、プラグ５４の先端側の部位には、ゴム製のＯリング（弾性シール材）５５が配設され、このＯリング５５により収容室５１と外部との間の気密が維持されるようになっている。
【００３２】
ところで、常閉型電磁弁２０は、弁体２００と、電磁石２１０と、磁性体からなる円柱状プランジャ２２０が備えられているパイロット式電磁弁であって、弁体２００の形状は略円板状であり、中心部には微細な弁孔２０２が形成されている。この弁孔２０２は樹脂部材２０１に形成されており、この樹脂部材２０１は、高い寸法精度で成形でき、かつ冷媒流路１４８の端面との間のシール性が良好な樹脂材質（例えば、フッ素系樹脂）で成形することが好ましい。
【００３３】
この樹脂部材２０１の外周部には、黄銅等の金属で成形されたピストン部材２０３が配置され、この両者２０１、２０３はかしめ等の手段にて一体に結合されている。このピストン部材２０３は非磁性金属からなる取付ねじ部材２３０の内周部に、図２の左右方向に摺動可能に嵌合している。
この取付ねじ部材２３０は常閉型電磁弁２０を弁本体１４１に脱着可能にねじ止め固定するもので、非磁性金属からなる円筒状のものである。取付ねじ部材２３０のネジ止め固定部には、ゴム製のＯリング（弾性シール材）２３１が配設され、このＯリング２３１により連通室１４７と外部との間の気密が維持されるようになっている。
【００３４】
電磁石２１０は、ソレノイド２１１を巻装した樹脂製のボビン２１２を備えており、このボビン２１２の中空先端部内には、円柱状磁極部材２１３が同軸的に嵌装されており、この磁極部材２１３は磁性材料からなる磁性枠体２１４にねじ２１４ａにより締めつけ固定されている。
また、ボボン２１２の中空部内には、非磁性材料からなる円筒状支持部材２１５が同軸的にかつ嵌着固定されており、この支持部材２１５は、その一端部にて、磁極部材２１３の外周壁に嵌着固定され、また、他端部は取付ねじ部材２３０の内周部に嵌着固定されている。これにより、支持部材２１５を介して、取付ねじ部材２３０と電磁石２１０部分が一体に結合されている。
【００３５】
プランジャ２２０は、磁性材料にて円柱状に成形されており、支持部材２１５の中空部内に軸方向に摺動可能に嵌装されている。このプランジャ２２０は、弁体２００側の端面に円錐状に突出した弁部２２２を有している。そして、プランジャ２２０は、コイルスプリング２２１により、図示の左方向、すなわち、弁体２００側へ付勢されて、その弁部２２２が弁体２００の弁孔２０２部分に着座することにより、この弁孔２０２を閉じるようになっている。
【００３６】
また、プランジャ２２０の弁部２２２側の端面と、弁体２００との間には背圧室２２３が形成され、この背圧室２２３と連通室１４７との間を常時、連通させる微小孔２０４が弁体２００に設けられている。
このように構成した常閉型電磁弁２０においては、ソレノイド２１１が通電され、磁束を発生すると、プランジャ２２０が、コイルスプリング２２１に抗して磁極部材２１３により吸引されて、弁部２２２が弁孔２０２から開離して、弁孔２０２が開口状態となる。すると、背圧室２２３が冷媒流路１４８を通して冷媒流出口１４１ｂに連通して、背圧室２２３の圧力が冷媒流出口１４１ｂ側の圧力（すなわち、蒸発器１６の低圧）まで低下する。
【００３７】
一方、連通室１４７は、今まで、冷媒流路１４８との間の連通が弁体２００により阻止されて、冷凍サイクルの高圧側圧力になっているので、連通室１４７の圧力が背圧室２２３の圧力より高い状態となり、この両室１４７、２２３間の圧力差により、弁体２００が図２、３の右方へ移動し、冷媒流路１４８を開口させる。つまり、常閉型電磁弁２０はソレノイド２１１への通電によりプランジャ２２０を図の右方へ移動させて、両室１４７、２２３間の圧力差を生成し、これにより弁体２００を開弁状態にする。
【００３８】
逆に、ソレノイド２１１への通電を遮断し、磁束を消滅させると、コイルスプリング２２１のバネ力によりプランジャ２２０が図２、３の左方へ移動し、弁部２２２が弁体２００の弁孔２０２部分に着座して、この弁孔２０２を閉じる。すると、これまで低圧側圧力になっていた背圧室２２３内に、弁体２００の微小孔２０４を通して連通室１４７内の冷媒が導入される。そのため、プランジャ２２０の弁部２２２が弁孔２０２に着座して弁孔２０２を閉じるとともに、弁体２００が図２、３の左方へ移動し、冷媒流路１４８の端面に着座し、冷媒流路１４８を閉じる。これにより、常閉型電磁弁２０が閉弁状態に復帰する。
【００３９】
次に、上記構成に基づいて本実施形態の作動を説明する。図１において、圧縮機１０が車両のエンジンから電磁クラッチを介して動力を伝達されて作動すると、圧縮機１０は蒸発器１５、１６の下流側流路の冷媒を吸入、圧縮して、高温高圧のガス冷媒を凝縮器１１に向けて吐出する。すると、この凝縮器１１ではガス冷媒が冷却されて凝縮する。
【００４０】
この凝縮後の冷媒は次に受液器１２内に流入し、冷媒の気液が分離され、液冷媒が受液器１２から流出して、並列配置された第１、第２の膨張弁１３、１４側へ向かう。
ここで、車両のリヤーシート側に乗員が搭乗していない場合は、リヤーシート側を空調する必要がないため、後部空調ユニット１８を作動させない。そのため、電磁弁２０のソレノイド２１１への通電が遮断され、弁体２００が閉弁状態となり、冷媒流路１４８が閉塞されている。このため、第２の蒸発器１６の入口側冷媒流路が閉塞され、第２の蒸発器１６には冷媒が循環しない。
【００４１】
一方、前部空調ユニット１７側においては、第１の膨張弁１３にて受液器１２からの液冷媒が減圧、膨張して、低温低圧の気液２相状態となる。この気液２相冷媒が第１の蒸発器１５で空調空気から吸熱して蒸発するため、空調空気は冷却され冷風となり、車室内のフロントシート側を空調する。
ここで、膨張弁１３の開度は、周知のごとく感温筒１３ａの感知する蒸発器出口冷媒温度に応じた開度に自動調整され、蒸発器出口冷媒の過熱度を所定値に維持する。
【００４２】
ところで、後部空調ユニット１８に備えられている第２の膨張弁１４は電磁弁一体型のもので、電磁弁２０の閉弁時には、第２の蒸発器１６に冷媒が循環していないため、膨張弁１４の弁本体１４１内に形成されている低圧冷媒流路１４０の冷媒温度は室温程度の温度まで上昇している。このため、感温室３４の温度も室温程度になっている。
【００４３】
しかし、本実施形態によると、均圧室３５に、連通孔４４→圧力室４３→溝部４６→連通孔４５、４５ａからなる圧力導入流路を通して、電磁弁２０の弁体２００と絞り流路１４４ａとの間の連通室１４７の冷媒圧力が導入されている。そして、この連通室１４７は、電磁弁２０の閉弁時には、絞り流路１４４ａ等を介して冷凍サイクルの高圧側に連通して、高圧側圧力になっている。
【００４４】
従って、電磁弁２０の閉弁時には、均圧室３５にサイクル高圧側圧力が作用することになり、かつサイクル高圧側圧力は室温の冷媒飽和圧力より十分高い圧力になっているため、感温室３４の温度が室温程度まで上昇しても、感温室３４の圧力より均圧室３５の圧力の方が十分高くなる。この結果、ダイヤフラム作動器３０のダイヤフラム３３は、図２の上方へ弾性変形し、これに伴って、弁体１４４、作動棒１４５、および感温棒４０がコイルスプリング５３のバネ力により図２の上方へ変位し、弁体１４４は弁座面１４３に着座し、閉弁状態となる。
【００４５】
但し、弁体１４４および弁座面１４３とも金属製であるため、弁体１４４は厳密な閉弁状態とはならず、弁体１４４と弁座面１４３との間の微小隙間を通して収容室５１の高圧側圧力が連通室１４７側へ洩れる。
次に、上記のように膨張弁１４の弁体１４４が閉弁している状態において、後部空調ユニット１８を作動させるために、電磁弁２０のソレノイド２１１に通電すると、電磁弁２０の弁体２００が開弁し、円筒状の冷媒流路１４８が開口する。しかし、このとき、膨張弁１４の弁体１４４が閉弁しているので、電磁弁２０の開弁により大流量の冷媒が急激に流れ始めることがない。
【００４６】
つまり、ダイヤフラム作動器３０の均圧室３５内の圧力は、電磁弁２０の開弁後、前述の圧力導入流路を経て徐々に低圧側圧力まで低下するので、膨張弁１４の弁体１４４の開度も徐々に増加することになり、その結果、膨張弁１４を通過する冷媒流量も徐々に増加する。従って、電磁弁２０の開弁時に、膨張弁１４の弁体１４４前後の急激な圧力変動による騒音や、大流量冷媒の急激な流れによる流動音が発生することを効果的に抑制できる。
【００４７】
そして、電磁弁２０の開弁後、所定時間が経過すると、ダイヤフラム作動器３０の均圧室３５内の圧力は蒸発器１６の入口側の冷媒圧力（蒸発器入口側の低圧圧力）となるので、これ以後は、この均圧室３５内に加わる蒸発器入口側の低圧圧力と、感温室３４内の蒸発器出口冷媒温度に対応した冷媒圧力との差圧と、スプリング機構５０のコイルスプリング５３のバネ力との釣り合いに応じた位置に、膨張弁１４の弁体１４４が変位する。
【００４８】
これにより、膨張弁１４の弁体１４４は、蒸発器出口冷媒が所定の過熱度を維持するように、絞り流路１４４ａの開度を調整して冷媒流量を調整する。つまり、膨張弁１４は、内部均圧式の膨張弁として、冷媒流量の調整を行う。
なお、上記作動説明から理解されるように、電磁弁２０の閉弁時には、ダイヤフラム作動器３０の均圧室３５内にサイクル高圧側圧力が作用するので、ダイヤフラム作動器３０の具体的設計に際しては、ダイヤフラム３３を耐疲労性に優れたステンレス系の材質としたり、ケーシング部材３１、３２の肉厚を厚くした形状にすることが好ましい。
（第２実施形態）
図６は第２実施形態を示すもので、本例ては、第１実施形態における感温棒４０を廃止し、その代わりに、図１の感温筒１３ａに相当する感温筒１４ａを蒸発器１６の冷媒出口部に設け、この感温筒１４ａをキャピラリーチューブ３６′により感温室３４に連結している。
【００４９】
そして、感温棒４０の廃止に伴って、作動棒１４５とダイヤフラム３３との間には、変位伝達用のストッパー部材４００が介在してある。このストッパー部材４００は、その軸方向の両端部に大径部４０１、４０２を有し、中間に小径部４０３を有する形状に形成され、下側の大径部４０２の外周面にゴム製のＯリング（弾性シール材）４７を配設して、大径部４０２下方の圧力室４３と、均圧室３５との間を気密に仕切っている。
【００５０】
膨張弁１４の弁体１４４の下流側において、作動棒１４５の小径部１４５ａの周囲に形成される環状の冷媒流路１４５ｂは、連通孔１４６により連通室１４７に連通している。なお、この連通室１４７と、冷媒流出口１４１ｂに通じている冷媒流路１４８との間を電磁弁２０の弁体２００により開閉する点は第１実施形態と同じである。
【００５１】
また、スプリング機構５０の収容室５１を冷媒流入口１４１ａの下流部位に直接、形成している。従って、本例では、第１実施形態におけるプラグ５４の代わりに、冷媒流通孔５４ａを開けた保持板５４ｂを弁本体１４１にネジ止め固定している。
膨張弁１４の弁体１４４と電磁弁２０の弁体２００との間に位置する連通孔１４６と、ストッパー部材４００の大径部４０２下方の圧力室４３とを連通させる連通孔４４を設けてある。
【００５２】
これにより、第２実施形態においても、電磁弁２０の閉弁時に、電磁弁２０の弁体２００の上流側にある連通孔１４６から連通孔４４を通して圧力室４３にサイクル高圧側圧力を作用させることができる。その結果、ストッパー部材４００が上方へ押し上げられ、膨張弁１４の弁体１４４が閉弁する。
この場合、圧力室４３内のサイクル高圧側圧力がストッパー部材４００の大径部４０２に作用するので、第１実施形態の感温棒４０に比して、受圧面積を増大することにより、ストッパー部材４００の上方押し上げ力を増大できる。
【００５３】
また、弁本体１４１には、冷媒流出口１４１ｂを均圧室３５に連通させる連通孔１４９が設けてある。具体的には、この連通孔１４９は、Ｏリング４７より上方に位置する小径部４０３の外周側に開口している。これにより、蒸発器１６の入口側の冷媒圧力は、冷媒流出口１４１ｂから連通孔１４９を通して均圧室３５内に導入される。
【００５４】
従って、電磁弁２０の開弁時には、感温筒１４ａが感知する蒸発器出口冷媒温度に応じた感温室３４の冷媒圧力と、連通孔１４９を通して均圧室３５内に導入される蒸発器入口側の冷媒圧力に応じて、膨張弁１４の弁体１４４が変位して、絞り流路１４４ａの開度（冷媒流量）を調整する。
上記説明から理解されるように、第２実施形態では、均圧室３５と圧力室４３との間がＯリング４７により仕切られ、電磁弁２０の閉弁時にも、均圧室３５にはサイクル高圧が直接作用しないので、ダイヤフラム作動器３０の具体的設計に際して、ダイヤフラム３３やケーシング部材３１、３２の耐圧強度は従来通りでよい。
（第３実施形態）
図７は第３実施形態を示すもので、本例では、第２実施形態における弁本体１４１の連通孔１４９、ストッパー部材４００の大径部４０２、および大径部４０２の外周面のＯリング４７を廃止し、その代わりにストッパー部材４００の小径部４０３を下端部まで延ばしている。そして、この小径部４０３の周囲の空隙部４０３ａを連通孔４４に連通させている。これにより、ダイヤフラム３３下方の均圧室３５を、上記空隙部４０３ａおよび連通孔４４を介して、電磁弁２０の弁体２００の上流側にある連通孔１４６、連通室１４７に連通させるようにしたものである。
【００５５】
従って、第３実施形態は、ダイヤフラム３３下方の均圧室３５に電磁弁２０の弁体２００の上流側の冷媒圧力を作用させる点では第１実施形態と同じである。
つまり、第１実施形態および第３実施形態による電磁弁一体型膨張弁１４を用いた冷凍サイクルを模式的に図示すると、図８のようになり、膨張弁１４においてダイヤフラム作動器３０内のダイヤフラム３３下方の均圧室３５に、膨張弁１４の絞り流路１４４ａ下流側と電磁弁２０の弁体２００の上流側との間の冷媒圧力を作用させる圧力導入流路Ｒを備えている。
【００５６】
この圧力導入流路Ｒは、第１実施形態では、連通孔４４→圧力室４３→溝部４６→連通孔４５、４５ａからなる流路にて構成され、また、第３実施形態では連通孔４４および空隙部４０３ａにて圧力導入流路Ｒが構成されている。
なお、本発明は、車両用冷凍サイクルに限ることなく、一般建造物内に装備した空調装置、冷凍、冷蔵装置等の冷凍サイクルにも、広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す要部断面を含む冷凍サイクル図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電磁弁一体型膨張弁の縦断面図で、図１とは異なる断面位置を示す。
【図３】図２の膨張弁の横断面図である。
【図４】図２の感温棒の下面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による電磁弁一体型膨張弁の縦断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による電磁弁一体型膨張弁の縦断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態および第３実施形態による電磁弁一体型膨張弁を包含する冷凍サイクル図である。
【符号の説明】
１０…圧縮機、１１…凝縮器、１３、１４…膨張弁、１５、１６…蒸発器、
２０…電磁弁、２００…弁体、３０…ダイヤフラム作動器、３３…ダイヤフラム、３４…感温室、３５…均圧室、４０…感温棒、４３…圧力室、
４４、４５、４５ａ、１４６…連通孔、１４０、１４５ｂ、１４８…冷媒流路、
１４１…弁本体、１４４…弁体、１４４ａ…絞り流路、１４７…連通室。

Claims

並列接続された複数の蒸発器（１５、１６）を有する冷凍サイクルに適用され、かつ、冷媒を減圧膨張させる膨張弁（１４）と、冷媒流路を開閉する電磁弁（２０）とを一体化した電磁弁一体型膨張弁において、
膨張弁部分の外枠を形成する膨張弁本体（１４１）と、
この膨張弁本体（１４１）に形成され、高圧側冷媒が導入される入口冷媒流路（１４１ａ、５１）と、
前記膨張弁本体（１４１）に形成され、前記入口冷媒流路（１４１ａ、５１）より導入された冷媒を減圧膨張させる絞り流路（１４４ａ）と、
この絞り流路（１４４ａ）の開度を調整する弁体（１４４）と、
この弁体（１４４）を変位させる弁体作動機構（３０）と、
前記膨張弁本体（１４１）に形成され、前記絞り流路（１４４ａ）にて減圧膨張した冷媒を蒸発器（１６）に供給する出口冷媒流路（１４５ｂ、１４６、１４７、１４８、１４１ｂ）とを備え、
前記電磁弁（２０）は前記膨張弁本体（１４１）に一体に組付けられ、かつ、前記出口冷媒流路（１４５ｂ、１４６、１４７、１４８、１４１ｂ）を開閉するように配設された弁体（２００）を有しており、
前記電磁弁（２０）の弁体（２００）の閉弁時に、前記電磁弁（２０）の弁体（２００）と前記絞り流路（１４４ａ）との間の冷媒圧力に基づいて、前記弁体作動機構（３０）が作動して、前記絞り流路（１４４ａ）の弁体（１４４）を閉弁させるようにしたことを特徴とする電磁弁一体型膨張弁。
前記弁体作動機構（３０）には、前記絞り流路（１４４ａ）の弁体（１４４）を変位させる圧力応動部材（３３）が備えられており、
この圧力応動部材（３３）には、前記電磁弁（２０）の弁体（２００）と前記絞り流路（１４４ａ）との間の冷媒圧力が作用するようになっており、
前記電磁弁（２０）の弁体（２００）の閉弁時には、前記冷媒圧力により前記圧力応動部材（３３）が変位して前記絞り流路（１４４ａ）の弁体（１４４）を閉弁させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁一体型膨張弁。
前記圧力応動部材（３３）の一面側に、前記蒸発器（１６）出口の冷媒温度に対応した圧力が作用する第１圧力室（３４）が形成され、前記圧力応動部材（３３）の他面側には、前記電磁弁（２０）の弁体（２００）と前記絞り流路（１４４）との間の冷媒圧力が作用する第２圧力室（３５）が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁一体型膨張弁。
前記膨張弁本体（１４１）に設けられ、前記蒸発器（１６）出口の冷媒が流れる低圧冷媒流路（１４０）と、
前記膨張弁本体（１４１）に前記低圧冷媒流路（１４０）を貫通するように配設され、前記蒸発器（１６）出口の冷媒温度を感知して前記第１圧力室（３４）に伝達する感温棒（４０）と、
前記膨張弁本体（１４１）に設けられ、前記電磁弁（２０）の弁体（２００）と前記絞り流路（１４４ａ）との間に連通する第１の連通手段（４３、４４）と、
前記感温棒（４０）に設けられ、前記第１の連通手段（４３、４４）を前記第２圧力室（３５）に連通させる第２の連通手段（４５、４５ａ、４６）とを備え、
前記第１および第２の連通手段（４３、４４、４５、４５ａ、４６）により、前記冷媒圧力を前記第２圧力室（３５）に導入することを特徴とする請求項３に記載の電磁弁一体型膨張弁。
前記弁体作動機構（３０）には、前記絞り流路（１４４ａ）の弁体（１４４）を変位させる圧力応動部材（３３）が備えられており、
この圧力応動部材（３３）の一面側に、前記蒸発器（１６）出口の冷媒温度に対応した圧力が作用する第１圧力室（３４）が形成され、前記圧力応動部材（３３）の他面側には、第２圧力室（３５）が形成されており、
この第２圧力室（３５）内に、前記圧力応動部材（３３）とともに変位するストッパー部材（４００）を備え、
このストッパー部材（４００）により前記第２圧力室（３５）と仕切られた第３圧力室（４３）を形成し、
この第３圧力室（４３）には、前記電磁弁（２０）の弁体（２００）と前記絞り流路（１４４）との間の冷媒圧力を導入し、
前記第２圧力室（３５）には前記電磁弁（２０）の弁体（２００）より下流側の冷媒圧力を導入することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁一体型膨張弁。
冷媒を圧縮し吐出する圧縮機（１０）と、
この圧縮機（１０）から吐出されたガス冷媒を冷却し凝縮させる凝縮器（１１）と、
この凝縮器（１１）で凝縮した液冷媒を減圧膨張させる第１の膨張弁（１３）と、
この第１の膨張弁（１３）と並列に設けられ、前記凝縮器（１１）で凝縮した液冷媒を減圧膨張させる第２の膨張弁（１４）と、
前記第１の膨張弁（１３）にて減圧膨張した冷媒を蒸発させる第１の蒸発器（１５）と、
この第１の蒸発器（１５）と並列に設けられ、前記第２の膨張弁（１４）にて減圧膨張した冷媒を蒸発させる第２の蒸発器（１６）とを備え、
前記第１、第２の膨張弁（１５、１６）のうち、少なくとも一方を、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電磁弁一体型膨張弁により構成したことを特徴とする冷凍サイクル。
前記電磁弁（２０）の弁体（２００）の開弁時に、前記電磁弁（２０）の弁体（２００）と前記絞り流路（１４４ａ）との間の冷媒圧力、および前記蒸発器（１６）出口の冷媒温度に対応した圧力が前記弁体作動機構（３０）に作用し、前記両圧力に基づいて、前記弁体作動機構（３０）が前記弁体（１４４）を変位させることを特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル。