JP3957941B2 - 圧力感応切換弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力感応切換弁に関し、特に電気を使わずに独立した２つの流路を切り換え制御する圧力感応切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の内燃機関搭載の車両においては、エンジンの燃焼効率が向上したことにより、暖房の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することがなくなってきている。内燃機関と電動機を併用したハイブリッド式の車両においては、かなりの割合でエンジンが停止しているため、エンジンの冷却水温度は上昇せず、電気自動車に至っては、熱源がまったくない。このため、車両用エアコンシステムは、暖房用熱源としてエンジンの冷却水を利用する形態から冷暖房が可能なヒートポンプ式のエアコンが提案されている。
【０００３】
図６はヒートポンプ式エアコンシステムを例示する第１の構成図である。このエアコンシステムによれば、コンプレッサ１０１の出力は四方弁１０２に連結されている。この四方弁１０２は、一方では、電磁弁１０３を介して暖房用熱交換器１０４の冷媒入口に連結され、他方では、逆止弁１０５を介して冷房用熱交換器１０６の冷媒出口に連結されている。暖房用熱交換器１０４の冷媒出口は絞り１０７および逆止弁１０８を介して室外熱交換器１０９に連結されている。冷房用熱交換器の冷媒入口は絞り１１０および電磁弁１１１を介して同じく室外熱交換器１０９に連結されている。この室外熱交換器１０９はまた、四方弁１０２を介してアキュムレータ１１２の冷媒入口に連結され、アキュムレータ１１２の冷媒出口はコンプレッサ１０１に連結されている。３つある熱交換器のうち、暖房用熱交換器１０４および冷房用熱交換器１０６は車室内に設置され、室外熱交換器はエンジンルームに設置されている。
【０００４】
ここで、このエアコンシステムが暖房モードにあるときは、四方弁１０２は図示の実線で示した流路に切り換えられ、電磁弁１０３は開けられ、電磁弁１１１は閉じられる。コンプレッサ１０１によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁１０２、電磁弁１０３を介して暖房用熱交換器１０４に供給され、ここで車室内の空気と熱交換され、室内空気を加熱する。熱交換された冷媒は、絞り１０７によって減圧されることで凝縮し、逆止弁１０８を通って室外熱交換器１０９に入る。この室外熱交換器１０９にて熱交換した冷媒は、四方弁１０２およびアキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に戻る。
【０００５】
次に、冷房モードにあるときは、四方弁１０２は破線で示した流路に切り換えられ、電磁弁１０３は閉じられ、電磁弁１１１は開けられる。コンプレッサ１０１によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁１０２を介して室外熱交換器１０９に供給され、ここで熱交換された後、電磁弁１１１を介して絞り１１０に入る。絞り１１０では、室外熱交換器１０９よって凝縮された冷媒は膨張し、低温低圧の冷媒となって冷房用熱交換器１０６に供給され、ここで車室内の空気と熱交換され、室内空気を冷房する。冷房用熱交換器１０６にて熱交換された冷媒は、逆止弁１０５、四方弁１０２およびアキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に戻る。
【０００６】
このシステム構成の場合、冷房モードで運転しているとき、冷房用熱交換器１０６には、凝縮された冷媒が溜まっているため、途中で暖房モードへの切り換えが行なわれると、冷房用熱交換器１０６の中に冷媒が残ったままになり、暖房モード作動する冷媒の量が不足し、暖房能力が低下することがある。
【０００７】
図７はヒートポンプ式エアコンシステムを例示する第２の構成図である。このエアコンシステムにおいて、図６のシステムを構成する要素と同じ要素には同じ符号を付してある。この構成によれば、冷房用熱交換器１０６の冷媒出口は、アキュムレータ１１２の冷媒入口に直接連結された構成を有している。
【０００８】
ここで、冷房モードにあるときは、四方弁１０２は破線で示した流路に切り換えられ、電磁弁１０３は閉じられ、電磁弁１１１は開けられる。コンプレッサ１０１によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁１０２を介して室外熱交換器１０９、電磁弁１１１、絞り１１０を介して冷房用熱交換器１０６に入り、ここで車室内の空気と熱交換された後、アキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に戻る。
【０００９】
この冷房モードから暖房モードに切り換えられると、四方弁１０２は図示の実線で示した流路に切り換えられ、電磁弁１０３は開けられ、電磁弁１１１は閉じられる。コンプレッサ１０１によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁１０２、電磁弁１０３を介して暖房用熱交換器１０４に入り、その後、絞り１０７、逆止弁１０８、室外熱交換器１０９、四方弁１０２およびアキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に戻る。このとき、冷房用熱交換器１０６の冷媒出口は、アキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に連結されているため、冷房運転時に冷房用熱交換器１０６に溜まっていた冷媒がコンプレッサ１０１によって吸い出され、暖房運転の冷媒ループ内に冷媒が回収される。これにより、暖房モード作動する冷媒の量が不足することがなくなるため、暖房能力が低下することがない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ヒートポンプ式エアコンシステムでは、暖房モードと冷房モードとの冷媒回路の切り換えは、四方弁と２つの電磁弁と２つの逆止弁とからなる構成部品によって行っている。しかしながら、車両の軽量化の観点からこのエアコンシステムでも部品点数の削減、さらには省電力化が望まれている。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、２つの電磁弁によって行っていた切り換え機能を１つの部品により、電気を使わないで実現することができる圧力感応切換弁を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、冷房モードから暖房モードに切り換わったときに、冷房用熱交換器の中に溜まっている冷媒液を回収することができる圧力感応切換弁を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、ヒートポンプ式エアコンシステムにて、暖房モード時にコンプレッサからの冷媒を暖房用熱交換器へ流す第１流路を開けながら室外熱交換器からの冷媒を冷房用熱交換器へ流す第２流路を閉じ、冷房モード時には前記第１流路を閉じながら前記第２流路を開けるように独立した２つの流路を切り換え制御する圧力感応切換弁において、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートと、前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に配置された第１弁座および第２弁座と、前記第１弁座および第２弁座の間の空間を仕切るダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに固定され、前記第１入口ポートまたは第２入口ポートに導入された圧力により前記第２弁座または第１弁座に圧接して閉弁する第１弁体および第２弁体と、前記第１弁座および第２弁座の下流側に連通された第１出口ポートおよび第２出口ポートと、中央部が開口され、外周から内方に向かって前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの軸線方向外方へ傾斜された面を有し、前記ダイヤフラムの外周をシールするシールリングよりも内側の辺縁を両側から挾持するリング状のリテーナと、を備えていることを特徴とする圧力感応切換弁が提供される。
【００１４】
このような圧力感応切換弁によれば、一方の入口ポートに導入された圧力をダイヤフラムが受圧することで他方の入口ポート側に固定された弁体が弁座を圧接するようになる。一方の入口ポートに導入された圧力が一方の入口ポートを開弁すると同時に他方の入口ポートを閉弁することが可能になるため、通常２つの電磁弁で行っていた流体回路の切り換え作動を、電気を使わずに、入力される流体圧力で行うことができるようになる。
【００１５】
また、本発明によれば、ダイヤフラムの代わりに、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートと第２入口ポートとの間にその軸線方向に往復動自在なピストンを嵌挿し、そのピストンの両端面に弁体を固定した構成にしている。これにより、ダイヤフラムを用いた構成と同じ効果を得ることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、ヒートポンプ式エアコンシステムにて、暖房モード時にコンプレッサからの冷媒を暖房用熱交換器へ流す第１流路を開けながら室外熱交換器からの冷媒を冷房用熱交換器へ流す第２流路を閉じ、冷房モード時には前記第１流路を閉じながら前記第２流路を開けるように独立した２つの流路を切り換え制御する圧力感応切換弁において、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートと、前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に配置された第１弁座および第２弁座と、前記第１弁座および第２弁座の間に形成されたシリンダ内に前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの軸線方向に往復動自在に嵌挿されたピストンと、前記ピストンの軸線方向両端部にその軸線方向に往復動自在に遊挿配置され、前記第１弁座および第２弁座に当接するよう常時付勢されていて、前記第１入口ポートまたは第２入口ポートに導入された圧力により前記第１弁座または第２弁座から離れて開弁する第１主弁および第２主弁と、前記第１弁座および第２弁座の下流側に連通された第１出口ポートおよび第２出口ポートと、前記第１主弁および／または第２主弁の軸線位置に配置されて、前記第１出口ポートおよび／または第２出口ポートの側にある流体を前記第１主弁および／または第２主弁を介して第１入口ポートおよび／または第２入口ポートへ流通させることを可能にする差圧作動の副弁と、を備えていることを特徴とする圧力感応切換弁が提供される。
【００１７】
これにより、一方の入口ポートに圧力が導入されることにより、そのポートが開弁し、他方のポートがさらに閉弁するよう作用する。また、閉弁された側の入口ポートがその出口ポートより低圧になることで、その主弁に設けられた副弁が開弁し、流体を逆流させることを可能にするため、使用しない熱交換器に溜まった流体を抜き出すことが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。この第１の実施例に係る圧力感応切換弁１０は、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポート１１、第２入口ポート１２を有し、これら第１入口ポート１１および第２入口ポート１２の下流側に第１弁座１３および第２弁座１４が形成されている。第１弁座１３と第２弁座１４との間の空間は、可撓性のダイヤフラム１５によって仕切られている。ダイヤフラム１５は、その周辺部が２つの部材からなるボディ１６によって固定され、Ｏリング１７によってシールされている。ダイヤフラム１５のＯリング１７よりも内側の辺縁部は、両面側から、中央部が開口され内方に向かって傾斜された面を有するリング状のリテーナ１８により挾持されている。
【００１９】
ダイヤフラム１５の中央部には、第１弁座１３および第２弁座１４に対向して弁体１９，２０が配置され、これら弁体１９，２０は、ピン２１およびワッシャ２２によってダイヤフラム１５と共に固定され、Ｏリング２３によって互いにシールされている。そして、第１弁座１３および第２弁座１４の下流側には、それぞれ第１出口ポート２４、第２出口ポート２５が形成されている。
【００２０】
以上の構成の圧力感応切換弁１０は、第１入口ポート１１および第２入口ポート１２における圧力がほぼ等しい場合、ダイヤフラム１５は図示のような中立位置にあり、第１入口ポート１１は第１出口ポート２４と連通状態にあり、第２入口ポート１２は第２出口ポート２５と連通状態にある。
【００２１】
ここで、たとえば第１入口ポート１１に高圧の流体が導入されると、ダイヤフラム１５は、第２入口ポート１２の側に偏倚し、弁体２０が第２弁座１４に押し付けられる。これにより、第２入口ポート１２から第２出口ポート２５への通路が閉じられ、第１入口ポート１１から第１出口ポート２４への通路が開けられるようになる。すなわち、第１入口ポート１１と第２入口ポート１２との圧力差を利用して弁体を動かし、一方は開弁、他方は閉弁となるようにしている。
【００２２】
図２は第１の実施の形態に係る圧力感応切換弁を適用した車両用エアコンシステムの構成図である。このエアコンシステムによれば、コンプレッサ３１の出力は四方弁３２を介して圧力感応切換弁１０の第２入口ポート１２に連結され、圧力感応切換弁１０の第２出口ポート２５は、暖房用熱交換器３３の冷媒入口に連結されている。暖房用熱交換器３３の冷媒出口は、絞り３４および逆止弁３５を介して室外熱交換器３６に連結されている。この室外熱交換器３６は、四方弁３２およびアキュムレータ３７を介してコンプレッサ３１に連結されている。圧力感応切換弁１０の第１入口ポート１１は、逆止弁３５と室外熱交換器３６との配管に連結され、第１出口ポート２４は、絞り３８を介して冷房用熱交換器３９の冷媒入口に連結され、冷房用熱交換器３９の冷媒出口は、四方弁３２とアキュムレータ３７との配管に連結されている。
【００２３】
ここで、このエアコンシステムが停止しているときは、冷媒配管内の圧力は等しいので、圧力感応切換弁１０のダイヤフラム１５は中立位置にあり、第１入口ポート１１と第１出口ポート２４との間および第２入口ポート１２と第２出口ポート２５との間は連通状態にある。
【００２４】
冷房モードで運転されるときは、四方弁３２は破線で示した流路に切り換えられる。冷房モードでは、コンプレッサ３１によってアキュムレータ３７から吸引され、圧縮されたガス冷媒は、四方弁３２を介して室外熱交換器３６に供給され、ここで凝縮された後、圧力感応切換弁１０の第１入口ポート１１に入る。圧力感応切換弁１０は、第１入口ポート１１に高圧の液冷媒が供給されることにより、第１入口ポート１１の側の弁体１９を第１弁座１３から離れる方向へ移動し、逆に弁体２０は第２の第２弁座１４の方へ移動し、その第２弁座１４に押し付けられる。これにより、第１入口ポート１１の側の弁体１９は開弁し、第２入口ポート１２の側の弁体２０は閉弁するようになる。室外熱交換器３６から供給される冷媒は高圧であるため、弁体２０を第２の第２弁座１４に十分な力で付勢することになり、十分なシール性が確保される。
【００２５】
第１入口ポート１１に供給された液冷媒は、第１出口ポート２４から出ていき、絞り３８にて断熱膨張されることで低温低圧となり、冷房用熱交換器３９にて車室内空気と熱交換されることで蒸発し、アキュムレータ３７へ戻る。
【００２６】
以上の冷房モードでの運転から暖房モードへの運転に切り換えられる場合、四方弁３２が図示の実線で示した流路に切り換えられる。コンプレッサ３１によってアキュムレータ３７から吸引され、圧縮されたガス冷媒は、四方弁３２を介して圧力感応切換弁１０の第２入口ポート１２に入る。圧力感応切換弁１０は、第２入口ポート１２に高圧の液冷媒が供給されることにより、第２入口ポート１２の側の弁体２０を第２弁座１４から離れる方向へ移動し、逆に弁体１９は第１の第１弁座１３の方へ移動し、その第１弁座１３に押し付けられる。これにより、圧力感応切換弁１０は、図示のように、第２入口ポート１２の側の弁体２０が開弁し、第１入口ポート１１の側の弁体１９が閉弁するようになる。
【００２７】
第２入口ポート１２に供給されたガス冷媒は、第２出口ポート２５から出ていき、暖房用熱交換器３３に入力される。暖房用熱交換器３３では、そのガス冷媒は、車室内空気と熱交換されることで凝縮され、絞り３４にて断熱膨張されることで低温低圧となり、逆止弁３５を介して室外熱交換器３６に供給され、ここで蒸発された冷媒は、四方弁３２およびアキュムレータ３７を介してコンプレッサ３１に戻る。
【００２８】
このとき、冷房モードでの運転の際に、冷房用熱交換器３９に溜まっていた液冷媒は、冷房用熱交換器３９の出口がアキュムレータ３７に接続されていて、常にコンプレッサ３１により吸引されているので、冷房用熱交換器３９より吸い出されて暖房のライン内に回収されるため、冷媒の量が不足して暖房能力が低下してしまうことがない。
【００２９】
図３は第２の実施例に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。この第２の実施例に係る圧力感応切換弁４０は、２つの部材からなるボディ４１内に、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポート４２、第２入口ポート４３を有し、これら第１入口ポート４２および第２入口ポート４３の下流側に第１弁座４４および第２弁座４５が形成されている。第１弁座４４と第２弁座４５との間に形成されたシリンダ内には、ピストン４６が軸線方向に往復動自在に嵌挿されている。このピストン４６は、Ｘリング４７によってシールされ、ボディ４１を構成する２つの部材は、Ｏリング４８によってシールされている。
【００３０】
ピストン４６において、第１弁座４４および第２弁座４５に対向する端面には、弁体４９、５０がそれぞれ嵌合されており、弁体４９、５０の背面には、リリーフポート５１，５２が設けられている。そして、第１弁座４４および第２弁座４５の下流側には、それぞれ第１出口ポート５３、第２出口ポート５４が形成されている。
【００３１】
以上の構成の圧力感応切換弁４０は、第１入口ポート４２および第２入口ポート４３における圧力がほぼ等しい場合、ピストン４６は図示のような中立位置にあり、第１入口ポート４２は第１出口ポート５３と連通状態にあり、第２入口ポート４３は第２出口ポート５４と連通状態にある。
【００３２】
ここで、たとえば第１入口ポート４２に高圧の冷媒が導入されると、ピストン４６は、第２入口ポート４３の側に摺動し、弁体５０が第２弁座４５に押し付けられる。これにより、第２入口ポート４３から第２出口ポート５４への通路が閉じられ、第１入口ポート４２から第１出口ポート５３への通路が開けられるようになる。逆に、第２入口ポート４３に高圧の冷媒が導入された場合は、ピストン４６は、第１入口ポート４２の側に付勢され、第１入口ポート４２は閉弁し、第２入口ポート４３は開弁することになる。
【００３３】
この圧力感応切換弁４０は、図２に示した車両用エアコンシステムにおいて、第１の実施例に係る圧力感応切換弁１０の代わりに適用することができる。
図４は第３の実施例に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。この第３の実施例に係る圧力感応切換弁６０は、２つの部材からなるボディ６１内に、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポート６２、第２入口ポート６３を有し、これら第１入口ポート６２および第２入口ポート６３の下流側に第１弁座６４および第２弁座６５が形成されている。第１弁座６４と第２弁座６５との間に形成されたシリンダ内には、ピストン６６が軸線方向に往復動自在に嵌挿されている。このピストン６６は、Ｘリング６７によってシールされ、ボディ６１を構成する２つの部材は、Ｏリング６８によってシールされている。
【００３４】
ピストン６６は、その軸線方向両端部にシリンダ状の中空部がそれぞれ形成され、その中に第１主弁６９および第２主弁７０が軸線方向に往復動自在に嵌挿されている。その中空部に嵌挿された第１主弁６９および第２主弁７０は、スプリング７１，７２によって第１弁座６４および第２弁座６５の方へ付勢されている。第１主弁６９および第２主弁７０は、第１弁座６４および第２弁座６５との対向端面に弁体７３，７４が固定されている。このため、第１主弁６９および第２主弁７０は、第１入口ポート６２および第２入口ポート６３に圧力が導入されない状態では閉弁状態を維持し、これらの下流側に設けられた第１出口ポート７５および第２出口ポート７６とは連通しない。
【００３５】
第１主弁６９および第２主弁７０は、その軸線位置に第１副弁７７および第２副弁７８が設けられている。第１副弁７７および第２副弁７８は、スプリング７９、８０によって閉弁方向へ付勢されることによりノーマルクローズの弁を構成している。第１副弁７７および第２副弁７８は、第１入口ポート６２および第２入口ポート６３が第１出口ポート７５および第２出口ポート７６よりも低圧となった場合に、開弁して第１出口ポート７５および第２出口ポート７６から第１入口ポート６２および第２入口ポート６３へ冷媒が流れるのを許容する。
【００３６】
以上の構成の圧力感応切換弁６０は、第１入口ポート６２および第２入口ポート６３における圧力がほぼ等しい場合、図示のように、第１主弁６９および第２主弁７０は、スプリング７１，７２によって閉弁しており、ピストン６６は中立位置にある。第１副弁７７および第２副弁７８も、スプリング７９、８０によってそれぞれ閉弁している。
【００３７】
ここで、たとえば第２入口ポート６３に高圧の冷媒が導入されると、第２主弁７０がスプリング７２の付勢力に抗して第２弁座６５から離れる方向へ移動されることで開弁し、高圧の冷媒が第２主弁７０と第２弁座６５との隙間を通って第２出口ポート７６へ流れるようになる。この高圧による第２主弁７０の付勢力は非常に大きいので、この第２主弁７０をさらに第２弁座６５から離れる方向へ押し出す。これにより、ピストン６６が第１弁座６４の方向に向かって強く押し出され、第１主弁６９による閉弁状態をより確実なものとする。
【００３８】
この第１主弁６９が閉弁しているとき、第１入口ポート６２の圧力が第１出口ポート７５の圧力よりも小さくなると、第１出口ポート７５側の冷媒が、ピストン６６と第１主弁６９との隙間を通ってピストン６６の中空部に入り、その圧力と第１入口ポート６２の圧力との差圧が、第１副弁７７をスプリング７９の付勢力に抗して弁体７３より押し上げ開弁する。これにより、第１出口ポート７５に接続された熱交換器に溜まっている冷媒を吸い出して第１入口ポート６２に接続されている配管に回収することが可能になる。
【００３９】
図５は第３の実施例に係る圧力感応切換弁のヒートポンプ式エアコンシステムへの適用例を示す図である。図５において、図２に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。この図５に示す構成は、冷房用熱交換器３９の冷媒出口が逆止弁８１を介して四方弁３２から暖房用熱交換器３３へ通じる配管に接続されている点で図２に示した構成と異なっている。
【００４０】
ここで、このエアコンシステムが停止しているときは、冷媒配管内の圧力は等しいので、圧力感応切換弁６０の第１主弁６９および第２主弁７０はスプリング７１，７２の付勢力により閉弁状態に維持され、また、第１副弁７７および第２副弁７８も、スプリング７９、８０によってそれぞれ閉弁状態にあるので、第１入口ポート６２と第１出口ポート７５との間および第２入口ポート６３と第２出口ポート７６との間の通路は非連通状態にある。
【００４１】
冷房モードで運転されるときは、四方弁３２は破線で示した流路に切り換えられる。冷房モードでは、コンプレッサ３１によってアキュムレータ３７から吸引されて圧縮されたガス冷媒は、四方弁３２を介して室外熱交換器３６に供給され、ここで凝縮された後、圧力感応切換弁６０の第１入口ポート６２に入る。圧力感応切換弁６０は、高圧の液冷媒供給により、第１主弁６９が開弁し、第２主弁７０の閉弁をより確実なものにする。第１出口ポート７５から出てきた液冷媒は、絞り３８を介して冷房用熱交換器３９に入り、ここで車室内空気との熱交換により蒸発され、そのガス冷媒は逆止弁８１、四方弁３２を介してアキュムレータ３７へ戻る。このとき、逆止弁８１の下流側は、低圧である。このため、第２入口ポート６３の圧力は第２出口ポート７６の圧力よりも低くなり、その差圧によって第２主弁７０に設けられた第２副弁７８が開弁する。これにより、暖房用熱交換器３３の中に冷媒が溜まっていた場合、その冷媒が第２副弁７８を介して第２入口ポート６３へ流れるようになり、暖房用熱交換器３３内の冷媒が回収されることになる。
【００４２】
次に、この冷房モードから暖房モードへ切り換える場合、四方弁３２は図示の実線で示した流路に切り換えられる。コンプレッサ３１から吐出されたガス冷媒は、四方弁３２を介して圧力感応切換弁６０の第２入口ポート６３に供給される。これにより、圧力感応切換弁６０では、第２主弁７０が開弁し、第１主弁６９の閉弁をより確実なものにする。第２出口ポート７６から出てきたガス冷媒は、暖房用熱交換器３３に入り、ここで車室内空気との熱交換により凝縮され、その冷媒は絞り３４にて低温低圧となり、逆止弁３５を介して室外熱交換器３６に供給され、ここで蒸発されたガス冷媒は、四方弁３２を介してアキュムレータ３７に戻る。このとき、逆止弁３５の下流側は、低圧であるため、第１入口ポート６２の圧力は第１出口ポート７５の圧力よりも低くなり、その差圧によって第１主弁６９に設けられた第１副弁７７が開弁する。これにより、冷房用熱交換器３９の中に溜まっていた液冷媒が第１副弁７７を介して第１入口ポート６２へ流れるようになり、冷房用熱交換器３９内の冷媒が回収されて、冷媒量の不足による暖房能力の低下は生じない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に第１弁座および第２弁座を形成し、これら第１弁座および第２弁座の間の空間をダイヤフラムで仕切り、そのダイヤフラムに第１弁座および第２弁座に対向して弁体を固定した構成にした。これにより、一方の入口ポートに導入された圧力をダイヤフラムが受圧することで他方の入口ポートの弁座を圧接することにより、他方の入口ポートを閉弁すると同時に一方の入口ポートを開弁することが可能になるため、２つの電磁弁で行っていた流体回路の切り換えを１つの部品で置換することができ、しかも電気を使わないで回路を切り換えることができる。
【００４４】
また、本発明によれば、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に第１弁座および第２弁座を形成し、これら第１弁座および第２弁座の間に軸線方向に移動自在なピストンを配置し、そのピストンの軸方向両端側に第１弁座および第２弁座に対向する弁体を固定した構成にした。これにより、一方の入口ポートに圧力が導入されることにより、そのポートが開弁し、他方のポートが自動的に閉弁するようになり、２つの弁機能を持つ電気を使わない弁を実現することができる。
【００４５】
さらに、本発明によれば、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に第１弁座および第２弁座を形成し、これら第１弁座および第２弁座の間に軸線方向に移動自在なピストンを配置し、そのピストンの軸方向両端側に第１弁座および第２弁座に当接するよう付勢された第１主弁および第２主弁を備え、その第１主弁および第２主弁に第１出口ポートおよび第２出口ポートから第１主弁および第２主弁を介して第１入口ポートおよび第２入口ポートへの流体の流通のみ許容する第１副弁および第２副弁を備えるように構成した。これにより、一方の入口ポートに圧力が導入されることにより、そのポートが開弁し、他方のポートがさらに閉弁するよう作用する。また、閉弁された側の入口ポートがその出口ポートより低圧になることで、その主弁に設けられた副弁が開弁し、流体を逆流させることを可能にするため、使用しない熱交換器に溜まった流体を抜き出すことを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る圧力感応切換弁を適用した車両用エアコンシステムの構成図である。
【図３】第２の実施例に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。
【図４】第３の実施例に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。
【図５】第３の実施例に係る圧力感応切換弁のヒートポンプ式エアコンシステムへの適用例を示す図である。
【図６】ヒートポンプ式エアコンシステムを例示する第１の構成図である。
【図７】ヒートポンプ式エアコンシステムを例示する第２の構成図である。
【符号の説明】
１０ 圧力感応切換弁
１１ 第１入口ポート
１２ 第２入口ポート
１３ 第１弁座
１４ 第２弁座
１５ ダイヤフラム
１６ ボディ
１７ Ｏリング
１８ リテーナ
１９，２０ 弁体
２１ ピン
２２ ワッシャ
２３ Ｏリング
２４ 第１出口ポート
２５ 第２出口ポート
３１ コンプレッサ
３２ 四方弁
３３ 暖房用熱交換器
３４ 絞り
３５ 逆止弁
３６ 室外熱交換器
３７ アキュムレータ
３８ 絞り
３９ 冷房用熱交換器
４０ 圧力感応切換弁
４１ ボディ
４２ 第１入口ポート
４３ 第２入口ポート
４４ 第１弁座
４５ 第２弁座
４６ ピストン
４７ Ｘリング
４８ Ｏリング
４９、５０ 弁体
５１，５２ リリーフポート
５３ 第１出口ポート
５４ 第２出口ポート
６０ 圧力感応切換弁
６１ ボディ
６２ 第１入口ポート
６３ 第２入口ポート
６４ 第１弁座
６５ 第２弁座
６６ ピストン
６７ Ｘリング
６８ Ｏリング
６９ 第１主弁
７０ 第２主弁
７１，７２ スプリング
７３，７４ 弁体
７５ 第１出口ポート
７６ 第２出口ポート
７７ 第１副弁
７８ 第２副弁
７９、８０ スプリング
８１ 逆止弁
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力感応切換弁に関し、特に電気を使わずに独立した２つの流路を切り換え制御する圧力感応切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の内燃機関搭載の車両においては、エンジンの燃焼効率が向上したことにより、暖房の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することがなくなってきている。内燃機関と電動機を併用したハイブリッド式の車両においては、かなりの割合でエンジンが停止しているため、エンジンの冷却水温度は上昇せず、電気自動車に至っては、熱源がまったくない。このため、車両用エアコンシステムは、暖房用熱源としてエンジンの冷却水を利用する形態から冷暖房が可能なヒートポンプ式のエアコンが提案されている。
【０００３】
図６はヒートポンプ式エアコンシステムを例示する第１の構成図である。このエアコンシステムによれば、コンプレッサ１０１の出力は四方弁１０２に連結されている。この四方弁１０２は、一方では、電磁弁１０３を介して暖房用熱交換器１０４の冷媒入口に連結され、他方では、逆止弁１０５を介して冷房用熱交換器１０６の冷媒出口に連結されている。暖房用熱交換器１０４の冷媒出口は絞り１０７および逆止弁１０８を介して室外熱交換器１０９に連結されている。冷房用熱交換器の冷媒入口は絞り１１０および電磁弁１１１を介して同じく室外熱交換器１０９に連結されている。この室外熱交換器１０９はまた、四方弁１０２を介してアキュムレータ１１２の冷媒入口に連結され、アキュムレータ１１２の冷媒出口はコンプレッサ１０１に連結されている。３つある熱交換器のうち、暖房用熱交換器１０４および冷房用熱交換器１０６は車室内に設置され、室外熱交換器はエンジンルームに設置されている。
【０００４】
ここで、このエアコンシステムが暖房モードにあるときは、四方弁１０２は図示の実線で示した流路に切り換えられ、電磁弁１０３は開けられ、電磁弁１１１は閉じられる。コンプレッサ１０１によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁１０２、電磁弁１０３を介して暖房用熱交換器１０４に供給され、ここで車室内の空気と熱交換され、室内空気を加熱する。熱交換された冷媒は、絞り１０７によって減圧されることで凝縮し、逆止弁１０８を通って室外熱交換器１０９に入る。この室外熱交換器１０９にて熱交換した冷媒は、四方弁１０２およびアキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に戻る。
【０００５】
次に、冷房モードにあるときは、四方弁１０２は破線で示した流路に切り換えられ、電磁弁１０３は閉じられ、電磁弁１１１は開けられる。コンプレッサ１０１によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁１０２を介して室外熱交換器１０９に供給され、ここで熱交換された後、電磁弁１１１を介して絞り１１０に入る。絞り１１０では、室外熱交換器１０９よって凝縮された冷媒は膨張し、低温低圧の冷媒となって冷房用熱交換器１０６に供給され、ここで車室内の空気と熱交換され、室内空気を冷房する。冷房用熱交換器１０６にて熱交換された冷媒は、逆止弁１０５、四方弁１０２およびアキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に戻る。
【０００６】
このシステム構成の場合、冷房モードで運転しているとき、冷房用熱交換器１０６には、凝縮された冷媒が溜まっているため、途中で暖房モードへの切り換えが行なわれると、冷房用熱交換器１０６の中に冷媒が残ったままになり、暖房モード作動する冷媒の量が不足し、暖房能力が低下することがある。
【０００７】
図７はヒートポンプ式エアコンシステムを例示する第２の構成図である。このエアコンシステムにおいて、図６のシステムを構成する要素と同じ要素には同じ符号を付してある。この構成によれば、冷房用熱交換器１０６の冷媒出口は、アキュムレータ１１２の冷媒入口に直接連結された構成を有している。
【０００８】
ここで、冷房モードにあるときは、四方弁１０２は破線で示した流路に切り換えられ、電磁弁１０３は閉じられ、電磁弁１１１は開けられる。コンプレッサ１０１によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁１０２を介して室外熱交換器１０９、電磁弁１１１、絞り１１０を介して冷房用熱交換器１０６に入り、ここで車室内の空気と熱交換された後、アキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に戻る。
【０００９】
この冷房モードから暖房モードに切り換えられると、四方弁１０２は図示の実線で示した流路に切り換えられ、電磁弁１０３は開けられ、電磁弁１１１は閉じられる。コンプレッサ１０１によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁１０２、電磁弁１０３を介して暖房用熱交換器１０４に入り、その後、絞り１０７、逆止弁１０８、室外熱交換器１０９、四方弁１０２およびアキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に戻る。このとき、冷房用熱交換器１０６の冷媒出口は、アキュムレータ１１２を介してコンプレッサ１０１に連結されているため、冷房運転時に冷房用熱交換器１０６に溜まっていた冷媒がコンプレッサ１０１によって吸い出され、暖房運転の冷媒ループ内に冷媒が回収される。これにより、暖房モード作動する冷媒の量が不足することがなくなるため、暖房能力が低下することがない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ヒートポンプ式エアコンシステムでは、暖房モードと冷房モードとの冷媒回路の切り換えは、四方弁と２つの電磁弁と２つの逆止弁とからなる構成部品によって行っている。しかしながら、車両の軽量化の観点からこのエアコンシステムでも部品点数の削減、さらには省電力化が望まれている。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、２つの電磁弁によって行っていた切り換え機能を１つの部品により、電気を使わないで実現することができる圧力感応切換弁を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、冷房モードから暖房モードに切り換わったときに、冷房用熱交換器の中に溜まっている冷媒液を回収することができる圧力感応切換弁を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、ヒートポンプ式エアコンシステムにて、暖房モード時にコンプレッサからの冷媒を暖房用熱交換器へ流す第１流路を開けながら室外熱交換器からの冷媒を冷房用熱交換器へ流す第２流路を閉じ、冷房モード時には前記第１流路を閉じながら前記第２流路を開けるように独立した２つの流路を切り換え制御する圧力感応切換弁において、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートと、前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に配置された第１弁座および第２弁座と、前記第１弁座および第２弁座の間の空間を仕切るダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに固定され、前記第１入口ポートまたは第２入口ポートに導入された圧力により前記第２弁座または第１弁座に圧接して閉弁する第１弁体および第２弁体と、前記第１弁座および第２弁座の下流側に連通された第１出口ポートおよび第２出口ポートと、中央部が開口され、外周から内方に向かって前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの軸線方向外方へ傾斜された面を有し、前記ダイヤフラムの外周をシールするシールリングよりも内側の辺縁を両側から挾持するリング状のリテーナと、を備えていることを特徴とする圧力感応切換弁が提供される。
【００１４】
このような圧力感応切換弁によれば、一方の入口ポートに導入された圧力をダイヤフラムが受圧することで他方の入口ポート側に固定された弁体が弁座を圧接するようになる。一方の入口ポートに導入された圧力が一方の入口ポートを開弁すると同時に他方の入口ポートを閉弁することが可能になるため、通常２つの電磁弁で行っていた流体回路の切り換え作動を、電気を使わずに、入力される流体圧力で行うことができるようになる。
【００１５】
また、本発明によれば、ダイヤフラムの代わりに、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートと第２入口ポートとの間にその軸線方向に往復動自在なピストンを嵌挿し、そのピストンの両端面に弁体を固定した構成にしている。これにより、ダイヤフラムを用いた構成と同じ効果を得ることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、ヒートポンプ式エアコンシステムにて、暖房モード時にコンプレッサからの冷媒を暖房用熱交換器へ流す第１流路を開けながら室外熱交換器からの冷媒を冷房用熱交換器へ流す第２流路を閉じ、冷房モード時には前記第１流路を閉じながら前記第２流路を開けるように独立した２つの流路を切り換え制御する圧力感応切換弁において、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートと、前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に配置された第１弁座および第２弁座と、前記第１弁座および第２弁座の間に形成されたシリンダ内に前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの軸線方向に往復動自在に嵌挿されたピストンと、前記ピストンの軸線方向両端部にその軸線方向に往復動自在に遊挿配置され、前記第１弁座および第２弁座に当接するよう常時付勢されていて、前記第１入口ポートまたは第２入口ポートに導入された圧力により前記第１弁座または第２弁座から離れて開弁する第１主弁および第２主弁と、前記第１弁座および第２弁座の下流側に連通された第１出口ポートおよび第２出口ポートと、前記第１主弁および／または第２主弁の軸線位置に配置されて、前記第１出口ポートおよび／または第２出口ポートの側にある流体を前記第１主弁および／または第２主弁を介して第１入口ポートおよび／または第２入口ポートへ流通させることを可能にする差圧作動の副弁と、を備えていることを特徴とする圧力感応切換弁が提供される。
【００１７】
これにより、一方の入口ポートに圧力が導入されることにより、そのポートが開弁し、他方のポートがさらに閉弁するよう作用する。また、閉弁された側の入口ポートがその出口ポートより低圧になることで、その主弁に設けられた副弁が開弁し、流体を逆流させることを可能にするため、使用しない熱交換器に溜まった流体を抜き出すことが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。この第１の実施例に係る圧力感応切換弁１０は、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポート１１、第２入口ポート１２を有し、これら第１入口ポート１１および第２入口ポート１２の下流側に第１弁座１３および第２弁座１４が形成されている。第１弁座１３と第２弁座１４との間の空間は、可撓性のダイヤフラム１５によって仕切られている。ダイヤフラム１５は、その周辺部が２つの部材からなるボディ１６によって固定され、Ｏリング１７によってシールされている。ダイヤフラム１５のＯリング１７よりも内側の辺縁部は、両面側から、中央部が開口され内方に向かって傾斜された面を有するリング状のリテーナ１８により挾持されている。
【００１９】
ダイヤフラム１５の中央部には、第１弁座１３および第２弁座１４に対向して弁体１９，２０が配置され、これら弁体１９，２０は、ピン２１およびワッシャ２２によってダイヤフラム１５と共に固定され、Ｏリング２３によって互いにシールされている。そして、第１弁座１３および第２弁座１４の下流側には、それぞれ第１出口ポート２４、第２出口ポート２５が形成されている。
【００２０】
以上の構成の圧力感応切換弁１０は、第１入口ポート１１および第２入口ポート１２における圧力がほぼ等しい場合、ダイヤフラム１５は図示のような中立位置にあり、第１入口ポート１１は第１出口ポート２４と連通状態にあり、第２入口ポート１２は第２出口ポート２５と連通状態にある。
【００２１】
ここで、たとえば第１入口ポート１１に高圧の流体が導入されると、ダイヤフラム１５は、第２入口ポート１２の側に偏倚し、弁体２０が第２弁座１４に押し付けられる。これにより、第２入口ポート１２から第２出口ポート２５への通路が閉じられ、第１入口ポート１１から第１出口ポート２４への通路が開けられるようになる。すなわち、第１入口ポート１１と第２入口ポート１２との圧力差を利用して弁体を動かし、一方は開弁、他方は閉弁となるようにしている。
【００２２】
図２は第１の実施の形態に係る圧力感応切換弁を適用した車両用エアコンシステムの構成図である。このエアコンシステムによれば、コンプレッサ３１の出力は四方弁３２を介して圧力感応切換弁１０の第２入口ポート１２に連結され、圧力感応切換弁１０の第２出口ポート２５は、暖房用熱交換器３３の冷媒入口に連結されている。暖房用熱交換器３３の冷媒出口は、絞り３４および逆止弁３５を介して室外熱交換器３６に連結されている。この室外熱交換器３６は、四方弁３２およびアキュムレータ３７を介してコンプレッサ３１に連結されている。圧力感応切換弁１０の第１入口ポート１１は、逆止弁３５と室外熱交換器３６との配管に連結され、第１出口ポート２４は、絞り３８を介して冷房用熱交換器３９の冷媒入口に連結され、冷房用熱交換器３９の冷媒出口は、四方弁３２とアキュムレータ３７との配管に連結されている。
【００２３】
ここで、このエアコンシステムが停止しているときは、冷媒配管内の圧力は等しいので、圧力感応切換弁１０のダイヤフラム１５は中立位置にあり、第１入口ポート１１と第１出口ポート２４との間および第２入口ポート１２と第２出口ポート２５との間は連通状態にある。
【００２４】
冷房モードで運転されるときは、四方弁３２は破線で示した流路に切り換えられる。冷房モードでは、コンプレッサ３１によってアキュムレータ３７から吸引され、圧縮されたガス冷媒は、四方弁３２を介して室外熱交換器３６に供給され、ここで凝縮された後、圧力感応切換弁１０の第１入口ポート１１に入る。圧力感応切換弁１０は、第１入口ポート１１に高圧の液冷媒が供給されることにより、第１入口ポート１１の側の弁体１９を第１弁座１３から離れる方向へ移動し、逆に弁体２０は第２の第２弁座１４の方へ移動し、その第２弁座１４に押し付けられる。これにより、第１入口ポート１１の側の弁体１９は開弁し、第２入口ポート１２の側の弁体２０は閉弁するようになる。室外熱交換器３６から供給される冷媒は高圧であるため、弁体２０を第２の第２弁座１４に十分な力で付勢することになり、十分なシール性が確保される。
【００２５】
第１入口ポート１１に供給された液冷媒は、第１出口ポート２４から出ていき、絞り３８にて断熱膨張されることで低温低圧となり、冷房用熱交換器３９にて車室内空気と熱交換されることで蒸発し、アキュムレータ３７へ戻る。
【００２６】
以上の冷房モードでの運転から暖房モードへの運転に切り換えられる場合、四方弁３２が図示の実線で示した流路に切り換えられる。コンプレッサ３１によってアキュムレータ３７から吸引され、圧縮されたガス冷媒は、四方弁３２を介して圧力感応切換弁１０の第２入口ポート１２に入る。圧力感応切換弁１０は、第２入口ポート１２に高圧の液冷媒が供給されることにより、第２入口ポート１２の側の弁体２０を第２弁座１４から離れる方向へ移動し、逆に弁体１９は第１の第１弁座１３の方へ移動し、その第１弁座１３に押し付けられる。これにより、圧力感応切換弁１０は、図示のように、第２入口ポート１２の側の弁体２０が開弁し、第１入口ポート１１の側の弁体１９が閉弁するようになる。
【００２７】
第２入口ポート１２に供給されたガス冷媒は、第２出口ポート２５から出ていき、暖房用熱交換器３３に入力される。暖房用熱交換器３３では、そのガス冷媒は、車室内空気と熱交換されることで凝縮され、絞り３４にて断熱膨張されることで低温低圧となり、逆止弁３５を介して室外熱交換器３６に供給され、ここで蒸発された冷媒は、四方弁３２およびアキュムレータ３７を介してコンプレッサ３１に戻る。
【００２８】
このとき、冷房モードでの運転の際に、冷房用熱交換器３９に溜まっていた液冷媒は、冷房用熱交換器３９の出口がアキュムレータ３７に接続されていて、常にコンプレッサ３１により吸引されているので、冷房用熱交換器３９より吸い出されて暖房のライン内に回収されるため、冷媒の量が不足して暖房能力が低下してしまうことがない。
【００２９】
図３は第２の実施例に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。この第２の実施例に係る圧力感応切換弁４０は、２つの部材からなるボディ４１内に、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポート４２、第２入口ポート４３を有し、これら第１入口ポート４２および第２入口ポート４３の下流側に第１弁座４４および第２弁座４５が形成されている。第１弁座４４と第２弁座４５との間に形成されたシリンダ内には、ピストン４６が軸線方向に往復動自在に嵌挿されている。このピストン４６は、Ｘリング４７によってシールされ、ボディ４１を構成する２つの部材は、Ｏリング４８によってシールされている。
【００３０】
ピストン４６において、第１弁座４４および第２弁座４５に対向する端面には、弁体４９、５０がそれぞれ嵌合されており、弁体４９、５０の背面には、リリーフポート５１，５２が設けられている。そして、第１弁座４４および第２弁座４５の下流側には、それぞれ第１出口ポート５３、第２出口ポート５４が形成されている。
【００３１】
以上の構成の圧力感応切換弁４０は、第１入口ポート４２および第２入口ポート４３における圧力がほぼ等しい場合、ピストン４６は図示のような中立位置にあり、第１入口ポート４２は第１出口ポート５３と連通状態にあり、第２入口ポート４３は第２出口ポート５４と連通状態にある。
【００３２】
ここで、たとえば第１入口ポート４２に高圧の冷媒が導入されると、ピストン４６は、第２入口ポート４３の側に摺動し、弁体５０が第２弁座４５に押し付けられる。これにより、第２入口ポート４３から第２出口ポート５４への通路が閉じられ、第１入口ポート４２から第１出口ポート５３への通路が開けられるようになる。逆に、第２入口ポート４３に高圧の冷媒が導入された場合は、ピストン４６は、第１入口ポート４２の側に付勢され、第１入口ポート４２は閉弁し、第２入口ポート４３は開弁することになる。
【００３３】
この圧力感応切換弁４０は、図２に示した車両用エアコンシステムにおいて、第１の実施例に係る圧力感応切換弁１０の代わりに適用することができる。
図４は第３の実施例に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。この第３の実施例に係る圧力感応切換弁６０は、２つの部材からなるボディ６１内に、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポート６２、第２入口ポート６３を有し、これら第１入口ポート６２および第２入口ポート６３の下流側に第１弁座６４および第２弁座６５が形成されている。第１弁座６４と第２弁座６５との間に形成されたシリンダ内には、ピストン６６が軸線方向に往復動自在に嵌挿されている。このピストン６６は、Ｘリング６７によってシールされ、ボディ６１を構成する２つの部材は、Ｏリング６８によってシールされている。
【００３４】
ピストン６６は、その軸線方向両端部にシリンダ状の中空部がそれぞれ形成され、その中に第１主弁６９および第２主弁７０が軸線方向に往復動自在に嵌挿されている。その中空部に嵌挿された第１主弁６９および第２主弁７０は、スプリング７１，７２によって第１弁座６４および第２弁座６５の方へ付勢されている。第１主弁６９および第２主弁７０は、第１弁座６４および第２弁座６５との対向端面に弁体７３，７４が固定されている。このため、第１主弁６９および第２主弁７０は、第１入口ポート６２および第２入口ポート６３に圧力が導入されない状態では閉弁状態を維持し、これらの下流側に設けられた第１出口ポート７５および第２出口ポート７６とは連通しない。
【００３５】
第１主弁６９および第２主弁７０は、その軸線位置に第１副弁７７および第２副弁７８が設けられている。第１副弁７７および第２副弁７８は、スプリング７９、８０によって閉弁方向へ付勢されることによりノーマルクローズの弁を構成している。第１副弁７７および第２副弁７８は、第１入口ポート６２および第２入口ポート６３が第１出口ポート７５および第２出口ポート７６よりも低圧となった場合に、開弁して第１出口ポート７５および第２出口ポート７６から第１入口ポート６２および第２入口ポート６３へ冷媒が流れるのを許容する。
【００３６】
以上の構成の圧力感応切換弁６０は、第１入口ポート６２および第２入口ポート６３における圧力がほぼ等しい場合、図示のように、第１主弁６９および第２主弁７０は、スプリング７１，７２によって閉弁しており、ピストン６６は中立位置にある。第１副弁７７および第２副弁７８も、スプリング７９、８０によってそれぞれ閉弁している。
【００３７】
ここで、たとえば第２入口ポート６３に高圧の冷媒が導入されると、第２主弁７０がスプリング７２の付勢力に抗して第２弁座６５から離れる方向へ移動されることで開弁し、高圧の冷媒が第２主弁７０と第２弁座６５との隙間を通って第２出口ポート７６へ流れるようになる。この高圧による第２主弁７０の付勢力は非常に大きいので、この第２主弁７０をさらに第２弁座６５から離れる方向へ押し出す。これにより、ピストン６６が第１弁座６４の方向に向かって強く押し出され、第１主弁６９による閉弁状態をより確実なものとする。
【００３８】
この第１主弁６９が閉弁しているとき、第１入口ポート６２の圧力が第１出口ポート７５の圧力よりも小さくなると、第１出口ポート７５側の冷媒が、ピストン６６と第１主弁６９との隙間を通ってピストン６６の中空部に入り、その圧力と第１入口ポート６２の圧力との差圧が、第１副弁７７をスプリング７９の付勢力に抗して弁体７３より押し上げ開弁する。これにより、第１出口ポート７５に接続された熱交換器に溜まっている冷媒を吸い出して第１入口ポート６２に接続されている配管に回収することが可能になる。
【００３９】
図５は第３の実施例に係る圧力感応切換弁のヒートポンプ式エアコンシステムへの適用例を示す図である。図５において、図２に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。この図５に示す構成は、冷房用熱交換器３９の冷媒出口が逆止弁８１を介して四方弁３２から暖房用熱交換器３３へ通じる配管に接続されている点で図２に示した構成と異なっている。
【００４０】
ここで、このエアコンシステムが停止しているときは、冷媒配管内の圧力は等しいので、圧力感応切換弁６０の第１主弁６９および第２主弁７０はスプリング７１，７２の付勢力により閉弁状態に維持され、また、第１副弁７７および第２副弁７８も、スプリング７９、８０によってそれぞれ閉弁状態にあるので、第１入口ポート６２と第１出口ポート７５との間および第２入口ポート６３と第２出口ポート７６との間の通路は非連通状態にある。
【００４１】
冷房モードで運転されるときは、四方弁３２は破線で示した流路に切り換えられる。冷房モードでは、コンプレッサ３１によってアキュムレータ３７から吸引されて圧縮されたガス冷媒は、四方弁３２を介して室外熱交換器３６に供給され、ここで凝縮された後、圧力感応切換弁６０の第１入口ポート６２に入る。圧力感応切換弁６０は、高圧の液冷媒供給により、第１主弁６９が開弁し、第２主弁７０の閉弁をより確実なものにする。第１出口ポート７５から出てきた液冷媒は、絞り３８を介して冷房用熱交換器３９に入り、ここで車室内空気との熱交換により蒸発され、そのガス冷媒は逆止弁８１、四方弁３２を介してアキュムレータ３７へ戻る。このとき、逆止弁８１の下流側は、低圧である。このため、第２入口ポート６３の圧力は第２出口ポート７６の圧力よりも低くなり、その差圧によって第２主弁７０に設けられた第２副弁７８が開弁する。これにより、暖房用熱交換器３３の中に冷媒が溜まっていた場合、その冷媒が第２副弁７８を介して第２入口ポート６３へ流れるようになり、暖房用熱交換器３３内の冷媒が回収されることになる。
【００４２】
次に、この冷房モードから暖房モードへ切り換える場合、四方弁３２は図示の実線で示した流路に切り換えられる。コンプレッサ３１から吐出されたガス冷媒は、四方弁３２を介して圧力感応切換弁６０の第２入口ポート６３に供給される。これにより、圧力感応切換弁６０では、第２主弁７０が開弁し、第１主弁６９の閉弁をより確実なものにする。第２出口ポート７６から出てきたガス冷媒は、暖房用熱交換器３３に入り、ここで車室内空気との熱交換により凝縮され、その冷媒は絞り３４にて低温低圧となり、逆止弁３５を介して室外熱交換器３６に供給され、ここで蒸発されたガス冷媒は、四方弁３２を介してアキュムレータ３７に戻る。このとき、逆止弁３５の下流側は、低圧であるため、第１入口ポート６２の圧力は第１出口ポート７５の圧力よりも低くなり、その差圧によって第１主弁６９に設けられた第１副弁７７が開弁する。これにより、冷房用熱交換器３９の中に溜まっていた液冷媒が第１副弁７７を介して第１入口ポート６２へ流れるようになり、冷房用熱交換器３９内の冷媒が回収されて、冷媒量の不足による暖房能力の低下は生じない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に第１弁座および第２弁座を形成し、これら第１弁座および第２弁座の間の空間をダイヤフラムで仕切り、そのダイヤフラムに第１弁座および第２弁座に対向して弁体を固定した構成にした。これにより、一方の入口ポートに導入された圧力をダイヤフラムが受圧することで他方の入口ポートの弁座を圧接することにより、他方の入口ポートを閉弁すると同時に一方の入口ポートを開弁することが可能になるため、２つの電磁弁で行っていた流体回路の切り換えを１つの部品で置換することができ、しかも電気を使わないで回路を切り換えることができる。
【００４４】
また、本発明によれば、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に第１弁座および第２弁座を形成し、これら第１弁座および第２弁座の間に軸線方向に移動自在なピストンを配置し、そのピストンの軸方向両端側に第１弁座および第２弁座に対向する弁体を固定した構成にした。これにより、一方の入口ポートに圧力が導入されることにより、そのポートが開弁し、他方のポートが自動的に閉弁するようになり、２つの弁機能を持つ電気を使わない弁を実現することができる。
【００４５】
さらに、本発明によれば、同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に第１弁座および第２弁座を形成し、これら第１弁座および第２弁座の間に軸線方向に移動自在なピストンを配置し、そのピストンの軸方向両端側に第１弁座および第２弁座に当接するよう付勢された第１主弁および第２主弁を備え、その第１主弁および第２主弁に第１出口ポートおよび第２出口ポートから第１主弁および第２主弁を介して第１入口ポートおよび第２入口ポートへの流体の流通のみ許容する第１副弁および第２副弁を備えるように構成した。これにより、一方の入口ポートに圧力が導入されることにより、そのポートが開弁し、他方のポートがさらに閉弁するよう作用する。また、閉弁された側の入口ポートがその出口ポートより低圧になることで、その主弁に設けられた副弁が開弁し、流体を逆流させることを可能にするため、使用しない熱交換器に溜まった流体を抜き出すことを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る圧力感応切換弁を適用した車両用エアコンシステムの構成図である。
【図３】第２の実施例に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。
【図４】第３の実施例に係る圧力感応切換弁を示す断面図である。
【図５】第３の実施例に係る圧力感応切換弁のヒートポンプ式エアコンシステムへの適用例を示す図である。
【図６】ヒートポンプ式エアコンシステムを例示する第１の構成図である。
【図７】ヒートポンプ式エアコンシステムを例示する第２の構成図である。
【符号の説明】
１０ 圧力感応切換弁
１１ 第１入口ポート
１２ 第２入口ポート
１３ 第１弁座
１４ 第２弁座
１５ ダイヤフラム
１６ ボディ
１７ Ｏリング
１８ リテーナ
１９，２０ 弁体
２１ ピン
２２ ワッシャ
２３ Ｏリング
２４ 第１出口ポート
２５ 第２出口ポート
３１ コンプレッサ
３２ 四方弁
３３ 暖房用熱交換器
３４ 絞り
３５ 逆止弁
３６ 室外熱交換器
３７ アキュムレータ
３８ 絞り
３９ 冷房用熱交換器
４０ 圧力感応切換弁
４１ ボディ
４２ 第１入口ポート
４３ 第２入口ポート
４４ 第１弁座
４５ 第２弁座
４６ ピストン
４７ Ｘリング
４８ Ｏリング
４９、５０ 弁体
５１，５２ リリーフポート
５３ 第１出口ポート
５４ 第２出口ポート
６０ 圧力感応切換弁
６１ ボディ
６２ 第１入口ポート
６３ 第２入口ポート
６４ 第１弁座
６５ 第２弁座
６６ ピストン
６７ Ｘリング
６８ Ｏリング
６９ 第１主弁
７０ 第２主弁
７１，７２ スプリング
７３，７４ 弁体
７５ 第１出口ポート
７６ 第２出口ポート
７７ 第１副弁
７８ 第２副弁
７９、８０ スプリング
８１ 逆止弁
Claims (3)
- ヒートポンプ式エアコンシステムにて、暖房モード時にコンプレッサからの冷媒を暖房用熱交換器へ流す第１流路を開けながら室外熱交換器からの冷媒を冷房用熱交換器へ流す第２流路を閉じ、冷房モード時には前記第１流路を閉じながら前記第２流路を開けるように独立した２つの流路を切り換え制御する圧力感応切換弁において、
同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートと、
前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に配置された第１弁座および第２弁座と、
前記第１弁座および第２弁座の間の空間を仕切るダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに固定され、前記第１入口ポートまたは第２入口ポートに導入された圧力により前記第２弁座または第１弁座に圧接して閉弁する第１弁体および第２弁体と、
前記第１弁座および第２弁座の下流側に連通された第１出口ポートおよび第２出口ポートと、
中央部が開口され、外周から内方に向かって前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの軸線方向外方へ傾斜された面を有し、前記ダイヤフラムの外周をシールするシールリングよりも内側の辺縁を両側から挾持するリング状のリテーナと、
を備えていることを特徴とする圧力感応切換弁。 - ヒートポンプ式エアコンシステムにて、暖房モード時にコンプレッサからの冷媒を暖房用熱交換器へ流す第１流路を開けながら室外熱交換器からの冷媒を冷房用熱交換器へ流す第２流路を閉じ、冷房モード時には前記第１流路を閉じながら前記第２流路を開けるように独立した２つの流路を切り換え制御する圧力感応切換弁において、
同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートと、
前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に配置された第１弁座および第２弁座と、
前記第１弁座および第２弁座の間に形成されたシリンダ内に前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの軸線方向に往復動自在に嵌挿されたピストンと、
前記第１弁座および第２弁座に対向するように前記ピストンの軸線方向両端の面に固定され、前記第１入口ポートまたは第２入口ポートに導入された圧力により前記第２弁座または第１弁座に圧接して閉弁する第１弁体および第２弁体と、
前記第１弁座および第２弁座の下流側に連通された第１出口ポートおよび第２出口ポートと、
を備えていることを特徴とする圧力感応切換弁。 - ヒートポンプ式エアコンシステムにて、暖房モード時にコンプレッサからの冷媒を暖房用熱交換器へ流す第１流路を開けながら室外熱交換器からの冷媒を冷房用熱交換器へ流す第２流路を閉じ、冷房モード時には前記第１流路を閉じながら前記第２流路を開けるように独立した２つの流路を切り換え制御する圧力感応切換弁において、
同一の軸線上に対向配置された第１入口ポートおよび第２入口ポートと、
前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの下流側に配置された第１弁座および第２弁座と、
前記第１弁座および第２弁座の間に形成されたシリンダ内に前記第１入口ポートおよび第２入口ポートの軸線方向に往復動自在に嵌挿されたピストンと、
前記ピストンの軸線方向両端部にその軸線方向に往復動自在に遊挿配置され、前記第１弁座および第２弁座に当接するよう常時付勢されていて、前記第１入口ポートまたは第２入口ポートに導入された圧力により前記第１弁座または第２弁座から離れて開弁する第１主弁および第２主弁と、
前記第１弁座および第２弁座の下流側に連通された第１出口ポートおよび第２出口ポートと、
前記第１主弁および／または第２主弁の軸線位置に配置されて、前記第１出口ポートおよび／または第２出口ポートの側にある流体を前記第１主弁および／または第２主弁を介して第１入口ポートおよび／または第２入口ポートへ流通させることを可能にする差圧作 動の副弁と、
を備えていることを特徴とする圧力感応切換弁。
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