JP4063584B2 - 流出防止装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流出防止装置に関し、特に自動車用空気調和装置における冷媒が車室内に流出するのを防止する流出防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空気調和装置において、冷凍サイクルの冷媒としてフロン系の冷媒が用いられているが、フロンがオゾン層を破壊し、破壊された部分から人体に有害な紫外線が地表にふりそそぐ危険があるという地球環境上の問題から、フロンに代わる冷媒が検討されている。
【０００３】
そこで、近年、冷媒に二酸化炭素を用いた冷凍サイクルが注目されている。二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルは、基本的には、フロン冷媒を使った冷凍サイクルと同じような機器にて構成される。
【０００４】
すなわち、冷凍サイクルは、冷媒を超臨界域まで昇圧するコンプレッサと、昇圧された冷媒を外気との熱交換により冷却するガスクーラと、ガスクーラから送られた冷媒を減圧する膨張装置と、減圧された冷媒を車室内の空気との熱交換により蒸発させるエバポレータとを備えている。また、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルでは、エバポレータの下流側に、余剰の冷媒を溜めておくアキュムレータが設けられ、さらに、ガスクーラにて冷却された冷媒をアキュムレータからコンプレッサに送られる冷媒によって冷却するようにした内部熱交換器が設けられている。
【０００５】
冷凍サイクルを構成するコンプレッサ、ガスクーラ、膨張装置、アキュムレータおよび内部熱交換器は、エンジンルーム内に配置され、エバポレータは、車室内に配置されている。冷房運転時は、膨張装置で減圧されて低温となった冷媒がエバポレータに供給されるが、そのとき、エバポレータは車室内の空気と熱交換して空気を冷やすようにしている。
【０００６】
ところで、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルは、フロン系冷媒を使用した場合に比べて圧力が非常に高いので、構成部品のそれぞれは耐圧の高いものが使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車室内に設けられる熱交換器であるエバポレータも高耐圧設計となってはいるものの、破裂または漏れが発生する可能性があり、車室内に二酸化炭素が漏れ出てしまった場合には、車室内が酸欠状態となり、乗員に危害を及ぼす可能性があるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、車室内の熱交換器が破裂しても車室内に冷媒が漏れ出てしまうのを防止する流出防止装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、熱交換器の破損により中を流れる流体が外部へ流出するのを防止する流出防止装置において、前記熱交換器の流体出口側に配置されて前記熱交換器から流出する方向のみ流体の流れを許容する逆止弁と、前記熱交換器の流体入口側に配置されて前記熱交換器に流入する流体の流れを前記逆止弁の開閉動作に連動して開閉制御するシャット弁と、を備え、前記シャット弁は、導入された流体を導出する通路の途中に形成された弁座と、前記弁座に対向して上流側から接離自在に配置された柔軟な材質のシール部材の第１の弁体と、前記第１の弁体に固定され導入された流体の圧力をキャンセルするように前記第１の弁体の径と同じ径にしたピストンとを有し、前記ピストンの前記第１の弁体と反対側の部屋を前記逆止弁の下流側の部屋と連通させて、前記逆止弁の前後の圧力を前記第１の弁体および前記ピストンがそれぞれ受けるようにし、前記シャット弁が開き始める開弁差圧設定値を前記逆止弁が開き始める開弁差圧設定値以下にしてあり、前記ピストンにはピストン前後の部屋を連通させる連通路を有し、前記逆止弁の前後の圧力を受けて前記第１の弁体および前記ピストンが前記弁座から離れる方向に移動したとき、前記ピストンに固定された第２の弁体によって前記連通路が閉じられるようにしていることを特徴とする流出防止装置が提供される。
【００１０】
このような流出防止装置によれば、熱交換器が破損した場合、逆止弁の上流側の圧力が下流側の圧力より低くなるため、逆止弁が閉じ、それに連動してシャット弁が閉じる。これにより、熱交換器が破損して流体が外部に漏れるようなことがあっても、その直後に熱交換器の上流側および下流側にそれぞれ設けられたシャット弁および逆止弁がともに閉じるため、熱交換器から流体が流出し続けることはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空気調和装置の冷凍サイクルに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の流出防止装置を適用した冷凍サイクルを示すシステム図である。
この冷凍サイクルは、二酸化炭素の冷媒を圧縮するコンプレッサ１と、このコンプレッサ１で圧縮された高温・高圧の冷媒を冷却するガスクーラ２と、内部熱交換器３と、冷却された高温・高圧の冷媒を減圧して低温・低圧の冷媒にする膨張装置４と、冷媒の流出を防止する流出防止装置５と、低温・低圧の冷媒を蒸発させるエバポレータ６と、余剰の冷媒を溜めておくアキュムレータ７とから構成されている。流出防止装置５は、膨張装置４とエバポレータ６との間に配置されたシャット弁８とエバポレータ６とアキュムレータ７との間にてエバポレータ６からアキュムレータ７の方向にのみ冷媒を流すことができるように配置された逆止弁９とを有し、シャット弁８は逆止弁９に冷媒が流れることによってその入口と出口との間に生じる差圧を利用して開閉動作するように構成されている。ここで、コンプレッサ１、ガスクーラ２、内部熱交換器３、膨張装置４およびアキュムレータ７はエンジンルーム内に配置され、エバポレータ６は車室内に配置されている。
【００１３】
以上の構成の冷凍サイクルが通常の冷凍作用を行っているときには、流出防止装置５のシャット弁８および逆止弁９は、それぞれ弁開している。このとき、コンプレッサ１で圧縮された高温・高圧の冷媒は、ガスクーラ２および内部熱交換器３によって冷却された後、膨張装置４にて断熱膨張されることで低温・低圧の冷媒となり、その冷媒は、流出防止装置５のシャット弁８を介してエバポレータ６に供給される。供給された冷媒は、エバポレータ６にて車室内の空気と熱交換して蒸発され、流出防止装置５の逆止弁９を介してアキュムレータ７に入り、ここで気液が分離される。アキュムレータ７で分離されたガス冷媒は、内部熱交換器３にてガスクーラ２から出てきた冷媒と熱交換してコンプレッサ１に戻る。
【００１４】
冷凍サイクルが通常の冷凍作用を行っているときに、エバポレータ６が破裂してそのどこかに穴が開いたとする。この場合、流出防止装置５のエバポレータ６側が大気開放するため、逆止弁９のエバポレータ６側が低圧になり、弁閉する。これと同時に、逆止弁９と連動して動作するシャット弁８も弁閉する。これにより、システム内の二酸化炭素の冷媒が破損したエバポレータ６から車室内に漏れ出ることがなくなる。
【００１５】
次に、流出防止装置５の具体的な実施の形態について説明する。
図２は第１の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図、図３は第１の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。
【００１６】
この第１の実施の形態に係る流出防止装置５は、そのボディ１０を水平方向に貫通して平行に穿設された上部通路１１および下部通路１２を有し、上部通路１１にはシャット弁８が配置され、下部通路１２には逆止弁９が配置されている。上部通路１１内には、膨張装置４からの冷媒が供給されるシャット弁入口１３が開口している。上部通路１１の図の左端側には、エバポレータ６への配管が接続されるシャット弁出口１４が形成され、図の右端開口部はキャップ１５によって閉止されている。
【００１７】
シャット弁入口１３とシャット弁出口１４との間には、ボディ１０と一体に形成されたテーパ形状の弁座１６を有している。この弁座１６に上流側から対向して接離自在にプラグ１７が配置されており、その弁座１６と対向する側に弁体を構成するバルブシート１８がワッシャ１９を介してプラグ１７端面のかしめ加工により固定されている。このバルブシート１８は、弁座１６への着座時に良好なシール性が得られるよう柔軟な材質を有しており、好ましくはポリテトラフルオロエチレンとするのがよい。
【００１８】
上部通路１１には、また、プラグ１７側の端面に弁座２０を有するガイド２１が挿入されている。ガイド２１には、その軸線方向に進退可能なピストン２２が配置されており、その一端はかしめ加工によりプラグ１７の端面に固定されている。ピストン２２は、バルブシート１８と同じ直径を有し、シャット弁８がエバポレータ６への通路を閉止しているときの閉止受圧面積とピストン受圧面積とを同じにしてある。バルブシート１８およびピストン２２の受圧面積が等しいことにより、この流出防止装置に供給される冷媒の圧力はキャンセルされて冷媒の圧力値に関係なくシャット弁８が開閉動作できるようにしている。
【００１９】
また、プラグ１７には、弁座２０に対向してその弁体を構成するバルブシート２３が固定されている。このバルブシート２３は、たとえばポリテトラフルオロエチレンとする。ピストン２２は、その側面にブリード孔２４を有し、中央の開口部を介して後ろ側の部屋に連通している。そして、ピストン２２とキャップ１５との間には、バルブシート１８を弁座１６へ着座させる方向に付勢するスプリング２５が配置されている。
【００２０】
下部通路１２では、図の左端側にエバポレータ６への配管が接続される逆止弁入口２６が形成され、図の右端側には逆止弁出口２７が形成されている。下部通路１２の途中には、ボディ１０と一体に形成されたテーパ形状の弁座２８を有している。この弁座２８に下流側から対向して接離自在にプラグ２９が配置されており、その弁座２８と対向する側に弁体を構成するバルブシート３０がワッシャ３１を介してプラグ２９端面のかしめ加工により固定されている。このバルブシート３０は、たとえばポリテトラフルオロエチレンとする。プラグ２９の下流側にはシャフト３２が設けられ、このシャフト３２は、ガイド３３によってプラグ２９が軸線方向に進退可能に保持している。プラグ２９とガイド３３との間には、逆止弁９を弁閉方向に付勢するスプリング３４が配置されている。そして、逆止弁９の下流側の部屋とシャット弁８のピストン２２の後ろの部屋とがバイパス通路３５によって連通されており、このバイパス通路３５を穿設するときに形成されたボディ１０の開口端部は、止め栓３６を圧入することによって閉止されている。
【００２１】
なお、シャット弁８に導入される冷媒の圧力をＰ１、シャット弁８および逆止弁９のエバポレータ６側の冷媒の圧力をＰ２（エバポレータ６での圧力損失は最悪ないものと仮定）、逆止弁９から導出する冷媒の圧力をＰ３とし、逆止弁９が開き始める開弁差圧設定値をΔＰａ、シャット弁８が開き始める開弁差圧設定値をΔＰｂとすると、逆止弁９は、Ｐ２−Ｐ３＞ΔＰａで開き、シャット弁８も、Ｐ２−Ｐ３＞ΔＰｂで開く。ただし、逆止弁９が開いたときには、確実にシャット弁８が開くように、ΔＰａ≧ΔＰｂとなるようにしてある。また、開弁差圧設定値ΔＰａ，ΔＰｂは、逆止弁９のスプリング３４およびシャット弁８のスプリング２５の荷重によって設定される。
【００２２】
次に、以上の構成の流出防止装置の動作について説明する。まず、シャット弁８は、そのバルブシート１８およびピストン２２の受圧面積を等しくしてあるので、膨張装置４から供給される冷媒の圧力Ｐ１の影響は受けることがなく、シャット弁８のエバポレータ６側の圧力Ｐ２とピストン２２の後ろの部屋の圧力（すなわち逆止弁９の下流側の圧力）Ｐ３との差圧Ｐ２−Ｐ３によって開閉動作する。このシャット弁８を動かす原動力である差圧Ｐ２−Ｐ３は、逆止弁９によって生起される。
【００２３】
すなわち、逆止弁９は、スプリング３４によって弁閉方向に付勢されているので、コンプレッサ１に吸引されてエバポレータ６から逆止弁９を通ってアキュムレータ７に向かう冷媒の流れがあると、逆止弁９の上流側の圧力Ｐ２に対して下流側の圧力Ｐ３は低くなり、これによって、逆止弁９の前後に差圧Ｐ２−Ｐ３が発生する。この逆止弁９の上流側の圧力Ｐ２は、シャット弁８の下流側の圧力と同じであり、逆止弁９の下流側の圧力Ｐ３は、バイパス通路３５を介してシャット弁８のピストン２２の後ろの部屋にもかかっているので、その逆止弁９の前後差圧Ｐ２−Ｐ３と同じ差圧Ｐ２−Ｐ３がシャット弁８にかかっていることになる。したがって、シャット弁８は、逆止弁９の前後の差圧Ｐ２−Ｐ３と同じ差圧Ｐ２−Ｐ３を受けて、図の右側に移動し、図３に示したように、シャット弁８および逆止弁９が開いた状態になる。このように、冷凍サイクルが正常な冷凍動作をして冷媒が正規の流れをしているときには、逆止弁９の前後に自然と圧力差が発生し、その圧力差と同じ圧力差をシャット弁８が感じて、シャット弁８も同時に弁開状態になる。
【００２４】
以上の正常な動作状態にあるときに、エバポレータ６が破裂したとすると、そこからシステム内の冷媒が大気に抜けるので、エバポレータ６内の圧力が低下する。このとき、逆止弁９の下流側は、コンプレッサ１で吸引しているとはいえ、たとえば３０バール程度の圧力がかかっているのに対し、上流側は大気開放なので、上流側よりも下流側の方が圧力が高い。したがって、逆止弁９は、エバポレータ６が破損して大気開放になると、直ちに閉弁し、これと連動してシャット弁８も閉弁し、逆止弁９およびシャット弁８は、図２に示したような閉弁状態になる。これにより、流出防止装置５の上流側の冷媒がエバポレータ６へ流出するのを防止することができる。
【００２５】
ここで、エバポレータ６が破裂して流出防止装置５のシャット弁８および逆止弁９が全閉したとき、たとえばエバポレータ６の側に設けた圧力センサで冷媒圧力の低下を感知して冷凍サイクルの動作を停止する措置が取られるが、仮に、コンプレッサ１が回転し続けたとしても、この流出防止装置５が冷媒の流れをせき止めることはないので、冷凍サイクル内が異常高圧になることはない。すなわち、シャット弁８が閉じると、ピストン２２に設けられたブリード孔２４がシャット弁入口１３に連通する部屋に現れてくるので、膨張装置４から供給された冷媒は、シャット弁入口１３からピストン２２に設けられたブリード孔２４および中央の開口部を通じてピストン２２の後ろ側の部屋に流れ、そこからバイパス通路３５を介して逆止弁９の下流側の部屋に流れていく冷媒通路が形成される。このように、流出防止装置５のシャット弁８および逆止弁９が全閉したときには、エバポレータ６をバイパスする通路が形成されるので、冷凍サイクル内が異常高圧になることがない。
【００２６】
図４は第２の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図、図５は第２の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。この図４および図５において、図２および図３に示した構成要素と同じまたは同等の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。
【００２７】
この第２の実施の形態に係る流出防止装置５ａは、ボディ１０に形成されるシャット弁８のための上部通路１１を貫通しない構成にしている。この構成では、プラグ１７に固定されたバルブシート１８に対応する弁座１６は、上部通路１１に挿入された別体の部品で構成され、バルブシート２３に対応する弁座２０は、ボディ１０と一体に形成されている。また、バルブシート１８は、ピストン２２と同じ直径を有し、シャット弁８の閉止受圧面積とピストン受圧面積とを同じにしてある。ただし、ピストン２２の側に配置されたバルブシート２３については、ボディ１０に形成された弁座２０のテーパ部に着座させるために、バルブシート１８よりも直径を大きくして大きなシール径にしてある。逆止弁９については、第１の実施の形態に係る流出防止装置５と同じ構成である。
【００２８】
以上の構成においても、動作については、第１の実施の形態に係る流出防止装置５と同じである。すなわち、コンプレッサ１が起動して逆止弁９の下流側の冷媒が吸引されると、逆止弁９が開いて冷媒が流れ始め、それによって生じる前後差圧でシャット弁８が開き、図５に示した状態となって、冷凍サイクル内の冷媒が循環する。一方、エバポレータ６が破損して冷媒が車室内に漏れ出たときには、逆止弁９の上流側の圧力が下流側の圧力より低くなることで、逆止弁９が弁閉し、それによる逆止弁９の前後圧力の差でシャット弁８が弁閉して、図４の状態になり、エバポレータ６からの冷媒の流出が阻止される。
【００２９】
図６は第３の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図、図７は第３の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。この図６および図７において、図４および図５に示した構成要素と同じまたは同等の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。
【００３０】
この第３の実施の形態に係る流出防止装置５ｂは、第１および第２の実施の形態に係る流出防止装置５，５ａと比較して、シャット弁８がピストンを持たないシンプルな三方弁構成にしてある。すなわち、シャット弁８は、ボディ１０に穿設されてシャット弁入口１３が開口する上部通路１１の部屋にプラグ１７が摺動自在に配置され、そのプラグ１７の摺動方向両側にバルブシート１８，２３が固定され、バルブシート１８に対向して弁座１６を構成する部材が上部通路１１に嵌着され、バルブシート２３に対向する側には弁座２０がボディ１０と一体に形成されている。弁座２０の下流側の部屋には、バルブシート１８が弁座１６に着座する方向にプラグ１７を付勢するスプリング２５が設けられている。バルブシート１８，２３は、直径を同じにして、シャット弁８の開閉動作がシャット弁入口１３から導入される冷媒の圧力に影響されないようにしている。逆止弁９については、第１および第２の実施の形態に係る流出防止装置５，５ａと同じ構成である。
【００３１】
以上の構成においても、動作については、第１および第２の実施の形態に係る流出防止装置５，５ａと同じである。すなわち、シャット弁８および逆止弁９のエバポレータ６側は、エバポレータ６を介して同じ圧力状態になっており、その反対側は、バイパス通路３５を介して同じ圧力状態になっている。
【００３２】
コンプレッサ１が起動したときには、逆止弁９の下流側およびシャット弁８のバイパス通路３５に連通した部屋は、必ず低圧になるため、逆止弁９が開いて冷媒が流れ始め、それとともにシャット弁８が図の右側に移動してバルブシート２３がその弁座２０に着座し、図７に示した状態になる。一方、エバポレータ６が破損して冷媒が車室内に漏れ出たときには、逆止弁９の上流側の圧力が下流側の圧力より低くなることで、逆止弁９が弁閉し、それによる逆止弁９の前後圧力の差でシャット弁８が弁閉して、図６の状態になり、エバポレータ６からの冷媒の流出が阻止される。
【００３３】
図８は第４の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す縦断面図である。この図８において、図４および図５に示した構成要素と同じまたは同等の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。
【００３４】
この第４の実施の形態に係る流出防止装置５ｃは、第２の実施の形態に係る流出防止装置５ａと膨張装置とを一体に構成したものである。ただし、この膨張装置一体型の流出防止装置５ｃは、断面の切断位置の関係で、逆止弁９は示していない。この例では、逆止弁９は、図の面に垂直な上向きの方向に配置されている。
【００３５】
この膨張装置一体型の流出防止装置５ｃにおいて、ボディ１０には、膨張装置４の膨張作用を行う主弁と、この主弁の開度を制御するパイロット弁とが内蔵され、ボディ１０の上部にパイロット弁の開度を制御するソレノイド４０が設けられている。
【００３６】
ボディ１０には、膨張装置入口４１が設けられ、ストレーナ４２を介して主弁の上流側に連通している。主弁は、ピストン４３と一体に形成された主弁体４４とボディ１０と一体に形成された主弁座４５とからなり、スプリング４６によって弁閉方向に付勢されている。ピストン４３には、その前後の部屋に連通する絞り通路が形成され、主弁の上流側に供給された冷媒をその絞り通路を介してピストン４３の図の下部の部屋に微少漏れするようにしている。
【００３７】
ピストン４３の下部の部屋は、パイロット通路４７を介して主弁の下流側の部屋、すなわち、シャット弁８が収容されている部屋に連通しており、その開口端部がパイロット弁座を構成している。そのパイロット弁座に図の上方から対向してパイロット弁体が配置されている。このパイロット弁体は、ソレノイド４０のシャフト４８と一体に形成されている。シャフト４８にはプランジャ４９が固定されており、コア５０から離れる方向、すなわちパイロット弁の弁閉方向にスプリング５１によって付勢されている。プランジャ４９およびコア５０の外周には電磁コイル５２が配置されている。
【００３８】
このような膨張装置一体型の流出防止装置５ｃにおいて、まず、電磁コイル５２が通電されていなく、膨張装置入口４１に冷媒が導入されていないときには、主弁はスプリング４６によって閉じた状態にある。パイロット弁体もまた、ソレノイド４０に内蔵されたスプリング５１によって閉じた状態にある。
【００３９】
ここで、膨張装置入口４１に高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、ストレーナ４２を介してピストン４３の上部の部屋に導入される。この冷媒は、ピストン４３の絞り通路を介してピストン４３の下部の部屋に導入され、さらにボディ１０に形成されたパイロット通路４７を介してパイロット弁に供給される。パイロット弁の前後差圧がソレノイド４０のスプリング５１の荷重によって決まるある値を越えると、冷媒がパイロット弁体を押し開き、シャット弁８が収容された部屋に流れる。これにより、ピストン４３の下部の部屋が低圧になるので、ピストン４３が図の下方へ移動し、主弁体４４が主弁座４５から離れて主弁が開き、膨張装置入口４１に導入された冷媒が主弁を通ってシャット弁８が収容された部屋に流出するようになり、この主弁を通過するときに、冷媒は断熱膨張して低温・低圧になる。このとき、コンプレッサ１の吸引によってエバポレータ６内の冷媒が逆止弁９を通って流れており、それにより生じる逆止弁９の前後差圧でシャット弁８が開いているので、主弁から供給された冷媒は、シャット弁８を通ってエバポレータ６へ流れる。
【００４０】
シャット弁８が収容された部屋への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体は、閉弁方向に移動する。これにより、ピストン４３の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン４３は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体４４は弁閉方向へ付勢されるため、主弁は冷媒の流量を絞り、主弁の上流側の冷媒圧力を上げる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定に制御される。
【００４１】
また、電磁コイル５２に通電すると、プランジャ４９がコア５０の方へ吸引され、パイロット弁体を弁閉方向に付勢しているスプリング５１のばね力が減少して、パイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル５２の通電電流値を増加すると、プランジャ４９のコア５０への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。
【００４２】
ここで、エバポレータ６が破裂して膨張装置一体型の流出防止装置５ｃのエバポレータ６側の圧力が異常低下した場合は、逆止弁９が圧力低下を感知して弁閉し、それによる逆止弁９の前後圧力の差でシャット弁８が弁閉して、エバポレータ６からの冷媒の流出が阻止される。
【００４３】
図９は第５の実施の形態に係る流出防止装置を適用した冷凍サイクルを示すシステム図である。
この第５の実施の形態に係る流出防止装置５ｄは、逆止弁９の上流側にチャージ弁５３を備えている。このチャージ弁５３は、冷媒をシステム内に充填するときに使用されるもので、流出防止装置をシステムに組み込んだ後、あるいは、システム内の冷媒量が減少した場合に、そのチャージ弁５３を介して冷媒が充填される。
【００４４】
このような冷媒充填用の弁は、従来では、一般に、アキュムレータ７に設けられていた。しかし、本発明の流出防止装置５ｄをシステムに組み込んだ場合には、冷媒充填用の弁が流出防止装置５ｄよりもアキュムレータ７の側にあると、冷媒充填時に逆止弁９の下流側が高圧になるため、逆止弁９が閉じてしまい、それとともにシャット弁８も閉じてしまって、エバポレータ６の中に冷媒が充填されなくなる。
【００４５】
そこで、この流出防止装置５ｄでは、チャージ弁５３を逆止弁９の上流側に設けてある。したがって、チャージ弁５３から冷媒を充填すると、逆止弁９は充填された冷媒によって押し開けられ、アキュムレータ７の方へ流れていく。これとともに、シャット弁８も開くので、充填された冷媒が流出防止装置５ｄの高圧側にも流れていき、システム全体に冷媒が充填されることになる。
【００４６】
なお、この実施の形態では、チャージ弁５３を逆止弁９の上流側に設けたが、シャット弁８の下流側に設けてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、逆止弁と、この逆止弁の開閉動作に連動して開閉するシャット弁とを備える構成にした。これにより、エバポレータが破損した場合に、逆止弁の前後の圧力関係が逆転することで逆止弁が全閉し、これに連動してシャット弁も全閉するため、エバポレータから車室内へ冷媒（二酸化炭素）が流れ込むのを防止することができる。
【００４８】
また、シャット弁は、逆止弁を冷媒が流れることによって自然に発生する差圧に応動して動作するため、外部から電気信号による制御が不要である。
シャット弁の正流れ閉止受圧面積とピストン面積とを同じにしたので、高圧側の圧力の影響を受けず、逆止弁の前後差圧だけで開閉動作することができる。
【００４９】
シャット弁のピストンにピストン前後の部屋を連通する連通路を設けたことで、エバポレータ破損時にコンプレッサを作動させてもエバポレータをバイパスして冷媒を流すことができるため、高圧の異常上昇を防ぐことができる。
【００５０】
シャット弁を三方弁の構成にすることで、弁構造をシンプルにすることができ、コストを低減することができる。
また、膨張装置と一体に構成したことにより、構成部品をコンパクトにすることができ、車両への搭載性をよくすることができる。
【００５１】
さらに、冷媒充填用のチャージ弁をシャット弁の下流側または逆止弁の上流側に一体に構成したことにより、冷媒充填時にエバポレータ内にも冷媒を充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流出防止装置を適用した冷凍サイクルを示すシステム図である。
【図２】第１の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。
【図８】第４の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す縦断面図である。
【図９】第５の実施の形態に係る流出防止装置を適用した冷凍サイクルを示すシステム図である。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
２ ガスクーラ
３ 内部熱交換器
４ 膨張装置
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 流出防止装置
６ エバポレータ
７ アキュムレータ
８ シャット弁
９ 逆止弁
１０ ボディ
１１ 上部通路
１２ 下部通路
１３ シャット弁入口
１４ シャット弁出口
１５ キャップ
１６ 弁座
１７ プラグ
１８ バルブシート
１９ ワッシャ
２０ 弁座
２１ ガイド
２２ ピストン
２３ バルブシート
２４ ブリード孔
２５ スプリング
２６ 逆止弁入口
２７ 逆止弁出口
２８ 弁座
２９ プラグ
３０ バルブシート
３１ ワッシャ
３２ シャフト
３３ ガイド
３４ スプリング
３５ バイパス通路
３６ 止め栓
４０ ソレノイド
４１ 膨張装置入口
４２ ストレーナ
４３ ピストン
４４ 主弁体
４５ 主弁座
４６ スプリング
４７ パイロット通路
４８ シャフト
４９ プランジャ
５０ コア
５１ スプリング
５２ 電磁コイル
５３ チャージ弁
【発明の属する技術分野】
本発明は流出防止装置に関し、特に自動車用空気調和装置における冷媒が車室内に流出するのを防止する流出防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空気調和装置において、冷凍サイクルの冷媒としてフロン系の冷媒が用いられているが、フロンがオゾン層を破壊し、破壊された部分から人体に有害な紫外線が地表にふりそそぐ危険があるという地球環境上の問題から、フロンに代わる冷媒が検討されている。
【０００３】
そこで、近年、冷媒に二酸化炭素を用いた冷凍サイクルが注目されている。二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルは、基本的には、フロン冷媒を使った冷凍サイクルと同じような機器にて構成される。
【０００４】
すなわち、冷凍サイクルは、冷媒を超臨界域まで昇圧するコンプレッサと、昇圧された冷媒を外気との熱交換により冷却するガスクーラと、ガスクーラから送られた冷媒を減圧する膨張装置と、減圧された冷媒を車室内の空気との熱交換により蒸発させるエバポレータとを備えている。また、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルでは、エバポレータの下流側に、余剰の冷媒を溜めておくアキュムレータが設けられ、さらに、ガスクーラにて冷却された冷媒をアキュムレータからコンプレッサに送られる冷媒によって冷却するようにした内部熱交換器が設けられている。
【０００５】
冷凍サイクルを構成するコンプレッサ、ガスクーラ、膨張装置、アキュムレータおよび内部熱交換器は、エンジンルーム内に配置され、エバポレータは、車室内に配置されている。冷房運転時は、膨張装置で減圧されて低温となった冷媒がエバポレータに供給されるが、そのとき、エバポレータは車室内の空気と熱交換して空気を冷やすようにしている。
【０００６】
ところで、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルは、フロン系冷媒を使用した場合に比べて圧力が非常に高いので、構成部品のそれぞれは耐圧の高いものが使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車室内に設けられる熱交換器であるエバポレータも高耐圧設計となってはいるものの、破裂または漏れが発生する可能性があり、車室内に二酸化炭素が漏れ出てしまった場合には、車室内が酸欠状態となり、乗員に危害を及ぼす可能性があるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、車室内の熱交換器が破裂しても車室内に冷媒が漏れ出てしまうのを防止する流出防止装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、熱交換器の破損により中を流れる流体が外部へ流出するのを防止する流出防止装置において、前記熱交換器の流体出口側に配置されて前記熱交換器から流出する方向のみ流体の流れを許容する逆止弁と、前記熱交換器の流体入口側に配置されて前記熱交換器に流入する流体の流れを前記逆止弁の開閉動作に連動して開閉制御するシャット弁と、を備え、前記シャット弁は、導入された流体を導出する通路の途中に形成された弁座と、前記弁座に対向して上流側から接離自在に配置された柔軟な材質のシール部材の第１の弁体と、前記第１の弁体に固定され導入された流体の圧力をキャンセルするように前記第１の弁体の径と同じ径にしたピストンとを有し、前記ピストンの前記第１の弁体と反対側の部屋を前記逆止弁の下流側の部屋と連通させて、前記逆止弁の前後の圧力を前記第１の弁体および前記ピストンがそれぞれ受けるようにし、前記シャット弁が開き始める開弁差圧設定値を前記逆止弁が開き始める開弁差圧設定値以下にしてあり、前記ピストンにはピストン前後の部屋を連通させる連通路を有し、前記逆止弁の前後の圧力を受けて前記第１の弁体および前記ピストンが前記弁座から離れる方向に移動したとき、前記ピストンに固定された第２の弁体によって前記連通路が閉じられるようにしていることを特徴とする流出防止装置が提供される。
【００１０】
このような流出防止装置によれば、熱交換器が破損した場合、逆止弁の上流側の圧力が下流側の圧力より低くなるため、逆止弁が閉じ、それに連動してシャット弁が閉じる。これにより、熱交換器が破損して流体が外部に漏れるようなことがあっても、その直後に熱交換器の上流側および下流側にそれぞれ設けられたシャット弁および逆止弁がともに閉じるため、熱交換器から流体が流出し続けることはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空気調和装置の冷凍サイクルに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の流出防止装置を適用した冷凍サイクルを示すシステム図である。
この冷凍サイクルは、二酸化炭素の冷媒を圧縮するコンプレッサ１と、このコンプレッサ１で圧縮された高温・高圧の冷媒を冷却するガスクーラ２と、内部熱交換器３と、冷却された高温・高圧の冷媒を減圧して低温・低圧の冷媒にする膨張装置４と、冷媒の流出を防止する流出防止装置５と、低温・低圧の冷媒を蒸発させるエバポレータ６と、余剰の冷媒を溜めておくアキュムレータ７とから構成されている。流出防止装置５は、膨張装置４とエバポレータ６との間に配置されたシャット弁８とエバポレータ６とアキュムレータ７との間にてエバポレータ６からアキュムレータ７の方向にのみ冷媒を流すことができるように配置された逆止弁９とを有し、シャット弁８は逆止弁９に冷媒が流れることによってその入口と出口との間に生じる差圧を利用して開閉動作するように構成されている。ここで、コンプレッサ１、ガスクーラ２、内部熱交換器３、膨張装置４およびアキュムレータ７はエンジンルーム内に配置され、エバポレータ６は車室内に配置されている。
【００１３】
以上の構成の冷凍サイクルが通常の冷凍作用を行っているときには、流出防止装置５のシャット弁８および逆止弁９は、それぞれ弁開している。このとき、コンプレッサ１で圧縮された高温・高圧の冷媒は、ガスクーラ２および内部熱交換器３によって冷却された後、膨張装置４にて断熱膨張されることで低温・低圧の冷媒となり、その冷媒は、流出防止装置５のシャット弁８を介してエバポレータ６に供給される。供給された冷媒は、エバポレータ６にて車室内の空気と熱交換して蒸発され、流出防止装置５の逆止弁９を介してアキュムレータ７に入り、ここで気液が分離される。アキュムレータ７で分離されたガス冷媒は、内部熱交換器３にてガスクーラ２から出てきた冷媒と熱交換してコンプレッサ１に戻る。
【００１４】
冷凍サイクルが通常の冷凍作用を行っているときに、エバポレータ６が破裂してそのどこかに穴が開いたとする。この場合、流出防止装置５のエバポレータ６側が大気開放するため、逆止弁９のエバポレータ６側が低圧になり、弁閉する。これと同時に、逆止弁９と連動して動作するシャット弁８も弁閉する。これにより、システム内の二酸化炭素の冷媒が破損したエバポレータ６から車室内に漏れ出ることがなくなる。
【００１５】
次に、流出防止装置５の具体的な実施の形態について説明する。
図２は第１の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図、図３は第１の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。
【００１６】
この第１の実施の形態に係る流出防止装置５は、そのボディ１０を水平方向に貫通して平行に穿設された上部通路１１および下部通路１２を有し、上部通路１１にはシャット弁８が配置され、下部通路１２には逆止弁９が配置されている。上部通路１１内には、膨張装置４からの冷媒が供給されるシャット弁入口１３が開口している。上部通路１１の図の左端側には、エバポレータ６への配管が接続されるシャット弁出口１４が形成され、図の右端開口部はキャップ１５によって閉止されている。
【００１７】
シャット弁入口１３とシャット弁出口１４との間には、ボディ１０と一体に形成されたテーパ形状の弁座１６を有している。この弁座１６に上流側から対向して接離自在にプラグ１７が配置されており、その弁座１６と対向する側に弁体を構成するバルブシート１８がワッシャ１９を介してプラグ１７端面のかしめ加工により固定されている。このバルブシート１８は、弁座１６への着座時に良好なシール性が得られるよう柔軟な材質を有しており、好ましくはポリテトラフルオロエチレンとするのがよい。
【００１８】
上部通路１１には、また、プラグ１７側の端面に弁座２０を有するガイド２１が挿入されている。ガイド２１には、その軸線方向に進退可能なピストン２２が配置されており、その一端はかしめ加工によりプラグ１７の端面に固定されている。ピストン２２は、バルブシート１８と同じ直径を有し、シャット弁８がエバポレータ６への通路を閉止しているときの閉止受圧面積とピストン受圧面積とを同じにしてある。バルブシート１８およびピストン２２の受圧面積が等しいことにより、この流出防止装置に供給される冷媒の圧力はキャンセルされて冷媒の圧力値に関係なくシャット弁８が開閉動作できるようにしている。
【００１９】
また、プラグ１７には、弁座２０に対向してその弁体を構成するバルブシート２３が固定されている。このバルブシート２３は、たとえばポリテトラフルオロエチレンとする。ピストン２２は、その側面にブリード孔２４を有し、中央の開口部を介して後ろ側の部屋に連通している。そして、ピストン２２とキャップ１５との間には、バルブシート１８を弁座１６へ着座させる方向に付勢するスプリング２５が配置されている。
【００２０】
下部通路１２では、図の左端側にエバポレータ６への配管が接続される逆止弁入口２６が形成され、図の右端側には逆止弁出口２７が形成されている。下部通路１２の途中には、ボディ１０と一体に形成されたテーパ形状の弁座２８を有している。この弁座２８に下流側から対向して接離自在にプラグ２９が配置されており、その弁座２８と対向する側に弁体を構成するバルブシート３０がワッシャ３１を介してプラグ２９端面のかしめ加工により固定されている。このバルブシート３０は、たとえばポリテトラフルオロエチレンとする。プラグ２９の下流側にはシャフト３２が設けられ、このシャフト３２は、ガイド３３によってプラグ２９が軸線方向に進退可能に保持している。プラグ２９とガイド３３との間には、逆止弁９を弁閉方向に付勢するスプリング３４が配置されている。そして、逆止弁９の下流側の部屋とシャット弁８のピストン２２の後ろの部屋とがバイパス通路３５によって連通されており、このバイパス通路３５を穿設するときに形成されたボディ１０の開口端部は、止め栓３６を圧入することによって閉止されている。
【００２１】
なお、シャット弁８に導入される冷媒の圧力をＰ１、シャット弁８および逆止弁９のエバポレータ６側の冷媒の圧力をＰ２（エバポレータ６での圧力損失は最悪ないものと仮定）、逆止弁９から導出する冷媒の圧力をＰ３とし、逆止弁９が開き始める開弁差圧設定値をΔＰａ、シャット弁８が開き始める開弁差圧設定値をΔＰｂとすると、逆止弁９は、Ｐ２−Ｐ３＞ΔＰａで開き、シャット弁８も、Ｐ２−Ｐ３＞ΔＰｂで開く。ただし、逆止弁９が開いたときには、確実にシャット弁８が開くように、ΔＰａ≧ΔＰｂとなるようにしてある。また、開弁差圧設定値ΔＰａ，ΔＰｂは、逆止弁９のスプリング３４およびシャット弁８のスプリング２５の荷重によって設定される。
【００２２】
次に、以上の構成の流出防止装置の動作について説明する。まず、シャット弁８は、そのバルブシート１８およびピストン２２の受圧面積を等しくしてあるので、膨張装置４から供給される冷媒の圧力Ｐ１の影響は受けることがなく、シャット弁８のエバポレータ６側の圧力Ｐ２とピストン２２の後ろの部屋の圧力（すなわち逆止弁９の下流側の圧力）Ｐ３との差圧Ｐ２−Ｐ３によって開閉動作する。このシャット弁８を動かす原動力である差圧Ｐ２−Ｐ３は、逆止弁９によって生起される。
【００２３】
すなわち、逆止弁９は、スプリング３４によって弁閉方向に付勢されているので、コンプレッサ１に吸引されてエバポレータ６から逆止弁９を通ってアキュムレータ７に向かう冷媒の流れがあると、逆止弁９の上流側の圧力Ｐ２に対して下流側の圧力Ｐ３は低くなり、これによって、逆止弁９の前後に差圧Ｐ２−Ｐ３が発生する。この逆止弁９の上流側の圧力Ｐ２は、シャット弁８の下流側の圧力と同じであり、逆止弁９の下流側の圧力Ｐ３は、バイパス通路３５を介してシャット弁８のピストン２２の後ろの部屋にもかかっているので、その逆止弁９の前後差圧Ｐ２−Ｐ３と同じ差圧Ｐ２−Ｐ３がシャット弁８にかかっていることになる。したがって、シャット弁８は、逆止弁９の前後の差圧Ｐ２−Ｐ３と同じ差圧Ｐ２−Ｐ３を受けて、図の右側に移動し、図３に示したように、シャット弁８および逆止弁９が開いた状態になる。このように、冷凍サイクルが正常な冷凍動作をして冷媒が正規の流れをしているときには、逆止弁９の前後に自然と圧力差が発生し、その圧力差と同じ圧力差をシャット弁８が感じて、シャット弁８も同時に弁開状態になる。
【００２４】
以上の正常な動作状態にあるときに、エバポレータ６が破裂したとすると、そこからシステム内の冷媒が大気に抜けるので、エバポレータ６内の圧力が低下する。このとき、逆止弁９の下流側は、コンプレッサ１で吸引しているとはいえ、たとえば３０バール程度の圧力がかかっているのに対し、上流側は大気開放なので、上流側よりも下流側の方が圧力が高い。したがって、逆止弁９は、エバポレータ６が破損して大気開放になると、直ちに閉弁し、これと連動してシャット弁８も閉弁し、逆止弁９およびシャット弁８は、図２に示したような閉弁状態になる。これにより、流出防止装置５の上流側の冷媒がエバポレータ６へ流出するのを防止することができる。
【００２５】
ここで、エバポレータ６が破裂して流出防止装置５のシャット弁８および逆止弁９が全閉したとき、たとえばエバポレータ６の側に設けた圧力センサで冷媒圧力の低下を感知して冷凍サイクルの動作を停止する措置が取られるが、仮に、コンプレッサ１が回転し続けたとしても、この流出防止装置５が冷媒の流れをせき止めることはないので、冷凍サイクル内が異常高圧になることはない。すなわち、シャット弁８が閉じると、ピストン２２に設けられたブリード孔２４がシャット弁入口１３に連通する部屋に現れてくるので、膨張装置４から供給された冷媒は、シャット弁入口１３からピストン２２に設けられたブリード孔２４および中央の開口部を通じてピストン２２の後ろ側の部屋に流れ、そこからバイパス通路３５を介して逆止弁９の下流側の部屋に流れていく冷媒通路が形成される。このように、流出防止装置５のシャット弁８および逆止弁９が全閉したときには、エバポレータ６をバイパスする通路が形成されるので、冷凍サイクル内が異常高圧になることがない。
【００２６】
図４は第２の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図、図５は第２の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。この図４および図５において、図２および図３に示した構成要素と同じまたは同等の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。
【００２７】
この第２の実施の形態に係る流出防止装置５ａは、ボディ１０に形成されるシャット弁８のための上部通路１１を貫通しない構成にしている。この構成では、プラグ１７に固定されたバルブシート１８に対応する弁座１６は、上部通路１１に挿入された別体の部品で構成され、バルブシート２３に対応する弁座２０は、ボディ１０と一体に形成されている。また、バルブシート１８は、ピストン２２と同じ直径を有し、シャット弁８の閉止受圧面積とピストン受圧面積とを同じにしてある。ただし、ピストン２２の側に配置されたバルブシート２３については、ボディ１０に形成された弁座２０のテーパ部に着座させるために、バルブシート１８よりも直径を大きくして大きなシール径にしてある。逆止弁９については、第１の実施の形態に係る流出防止装置５と同じ構成である。
【００２８】
以上の構成においても、動作については、第１の実施の形態に係る流出防止装置５と同じである。すなわち、コンプレッサ１が起動して逆止弁９の下流側の冷媒が吸引されると、逆止弁９が開いて冷媒が流れ始め、それによって生じる前後差圧でシャット弁８が開き、図５に示した状態となって、冷凍サイクル内の冷媒が循環する。一方、エバポレータ６が破損して冷媒が車室内に漏れ出たときには、逆止弁９の上流側の圧力が下流側の圧力より低くなることで、逆止弁９が弁閉し、それによる逆止弁９の前後圧力の差でシャット弁８が弁閉して、図４の状態になり、エバポレータ６からの冷媒の流出が阻止される。
【００２９】
図６は第３の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図、図７は第３の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。この図６および図７において、図４および図５に示した構成要素と同じまたは同等の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。
【００３０】
この第３の実施の形態に係る流出防止装置５ｂは、第１および第２の実施の形態に係る流出防止装置５，５ａと比較して、シャット弁８がピストンを持たないシンプルな三方弁構成にしてある。すなわち、シャット弁８は、ボディ１０に穿設されてシャット弁入口１３が開口する上部通路１１の部屋にプラグ１７が摺動自在に配置され、そのプラグ１７の摺動方向両側にバルブシート１８，２３が固定され、バルブシート１８に対向して弁座１６を構成する部材が上部通路１１に嵌着され、バルブシート２３に対向する側には弁座２０がボディ１０と一体に形成されている。弁座２０の下流側の部屋には、バルブシート１８が弁座１６に着座する方向にプラグ１７を付勢するスプリング２５が設けられている。バルブシート１８，２３は、直径を同じにして、シャット弁８の開閉動作がシャット弁入口１３から導入される冷媒の圧力に影響されないようにしている。逆止弁９については、第１および第２の実施の形態に係る流出防止装置５，５ａと同じ構成である。
【００３１】
以上の構成においても、動作については、第１および第２の実施の形態に係る流出防止装置５，５ａと同じである。すなわち、シャット弁８および逆止弁９のエバポレータ６側は、エバポレータ６を介して同じ圧力状態になっており、その反対側は、バイパス通路３５を介して同じ圧力状態になっている。
【００３２】
コンプレッサ１が起動したときには、逆止弁９の下流側およびシャット弁８のバイパス通路３５に連通した部屋は、必ず低圧になるため、逆止弁９が開いて冷媒が流れ始め、それとともにシャット弁８が図の右側に移動してバルブシート２３がその弁座２０に着座し、図７に示した状態になる。一方、エバポレータ６が破損して冷媒が車室内に漏れ出たときには、逆止弁９の上流側の圧力が下流側の圧力より低くなることで、逆止弁９が弁閉し、それによる逆止弁９の前後圧力の差でシャット弁８が弁閉して、図６の状態になり、エバポレータ６からの冷媒の流出が阻止される。
【００３３】
図８は第４の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す縦断面図である。この図８において、図４および図５に示した構成要素と同じまたは同等の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。
【００３４】
この第４の実施の形態に係る流出防止装置５ｃは、第２の実施の形態に係る流出防止装置５ａと膨張装置とを一体に構成したものである。ただし、この膨張装置一体型の流出防止装置５ｃは、断面の切断位置の関係で、逆止弁９は示していない。この例では、逆止弁９は、図の面に垂直な上向きの方向に配置されている。
【００３５】
この膨張装置一体型の流出防止装置５ｃにおいて、ボディ１０には、膨張装置４の膨張作用を行う主弁と、この主弁の開度を制御するパイロット弁とが内蔵され、ボディ１０の上部にパイロット弁の開度を制御するソレノイド４０が設けられている。
【００３６】
ボディ１０には、膨張装置入口４１が設けられ、ストレーナ４２を介して主弁の上流側に連通している。主弁は、ピストン４３と一体に形成された主弁体４４とボディ１０と一体に形成された主弁座４５とからなり、スプリング４６によって弁閉方向に付勢されている。ピストン４３には、その前後の部屋に連通する絞り通路が形成され、主弁の上流側に供給された冷媒をその絞り通路を介してピストン４３の図の下部の部屋に微少漏れするようにしている。
【００３７】
ピストン４３の下部の部屋は、パイロット通路４７を介して主弁の下流側の部屋、すなわち、シャット弁８が収容されている部屋に連通しており、その開口端部がパイロット弁座を構成している。そのパイロット弁座に図の上方から対向してパイロット弁体が配置されている。このパイロット弁体は、ソレノイド４０のシャフト４８と一体に形成されている。シャフト４８にはプランジャ４９が固定されており、コア５０から離れる方向、すなわちパイロット弁の弁閉方向にスプリング５１によって付勢されている。プランジャ４９およびコア５０の外周には電磁コイル５２が配置されている。
【００３８】
このような膨張装置一体型の流出防止装置５ｃにおいて、まず、電磁コイル５２が通電されていなく、膨張装置入口４１に冷媒が導入されていないときには、主弁はスプリング４６によって閉じた状態にある。パイロット弁体もまた、ソレノイド４０に内蔵されたスプリング５１によって閉じた状態にある。
【００３９】
ここで、膨張装置入口４１に高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、ストレーナ４２を介してピストン４３の上部の部屋に導入される。この冷媒は、ピストン４３の絞り通路を介してピストン４３の下部の部屋に導入され、さらにボディ１０に形成されたパイロット通路４７を介してパイロット弁に供給される。パイロット弁の前後差圧がソレノイド４０のスプリング５１の荷重によって決まるある値を越えると、冷媒がパイロット弁体を押し開き、シャット弁８が収容された部屋に流れる。これにより、ピストン４３の下部の部屋が低圧になるので、ピストン４３が図の下方へ移動し、主弁体４４が主弁座４５から離れて主弁が開き、膨張装置入口４１に導入された冷媒が主弁を通ってシャット弁８が収容された部屋に流出するようになり、この主弁を通過するときに、冷媒は断熱膨張して低温・低圧になる。このとき、コンプレッサ１の吸引によってエバポレータ６内の冷媒が逆止弁９を通って流れており、それにより生じる逆止弁９の前後差圧でシャット弁８が開いているので、主弁から供給された冷媒は、シャット弁８を通ってエバポレータ６へ流れる。
【００４０】
シャット弁８が収容された部屋への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体は、閉弁方向に移動する。これにより、ピストン４３の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン４３は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体４４は弁閉方向へ付勢されるため、主弁は冷媒の流量を絞り、主弁の上流側の冷媒圧力を上げる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定に制御される。
【００４１】
また、電磁コイル５２に通電すると、プランジャ４９がコア５０の方へ吸引され、パイロット弁体を弁閉方向に付勢しているスプリング５１のばね力が減少して、パイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル５２の通電電流値を増加すると、プランジャ４９のコア５０への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。
【００４２】
ここで、エバポレータ６が破裂して膨張装置一体型の流出防止装置５ｃのエバポレータ６側の圧力が異常低下した場合は、逆止弁９が圧力低下を感知して弁閉し、それによる逆止弁９の前後圧力の差でシャット弁８が弁閉して、エバポレータ６からの冷媒の流出が阻止される。
【００４３】
図９は第５の実施の形態に係る流出防止装置を適用した冷凍サイクルを示すシステム図である。
この第５の実施の形態に係る流出防止装置５ｄは、逆止弁９の上流側にチャージ弁５３を備えている。このチャージ弁５３は、冷媒をシステム内に充填するときに使用されるもので、流出防止装置をシステムに組み込んだ後、あるいは、システム内の冷媒量が減少した場合に、そのチャージ弁５３を介して冷媒が充填される。
【００４４】
このような冷媒充填用の弁は、従来では、一般に、アキュムレータ７に設けられていた。しかし、本発明の流出防止装置５ｄをシステムに組み込んだ場合には、冷媒充填用の弁が流出防止装置５ｄよりもアキュムレータ７の側にあると、冷媒充填時に逆止弁９の下流側が高圧になるため、逆止弁９が閉じてしまい、それとともにシャット弁８も閉じてしまって、エバポレータ６の中に冷媒が充填されなくなる。
【００４５】
そこで、この流出防止装置５ｄでは、チャージ弁５３を逆止弁９の上流側に設けてある。したがって、チャージ弁５３から冷媒を充填すると、逆止弁９は充填された冷媒によって押し開けられ、アキュムレータ７の方へ流れていく。これとともに、シャット弁８も開くので、充填された冷媒が流出防止装置５ｄの高圧側にも流れていき、システム全体に冷媒が充填されることになる。
【００４６】
なお、この実施の形態では、チャージ弁５３を逆止弁９の上流側に設けたが、シャット弁８の下流側に設けてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、逆止弁と、この逆止弁の開閉動作に連動して開閉するシャット弁とを備える構成にした。これにより、エバポレータが破損した場合に、逆止弁の前後の圧力関係が逆転することで逆止弁が全閉し、これに連動してシャット弁も全閉するため、エバポレータから車室内へ冷媒（二酸化炭素）が流れ込むのを防止することができる。
【００４８】
また、シャット弁は、逆止弁を冷媒が流れることによって自然に発生する差圧に応動して動作するため、外部から電気信号による制御が不要である。
シャット弁の正流れ閉止受圧面積とピストン面積とを同じにしたので、高圧側の圧力の影響を受けず、逆止弁の前後差圧だけで開閉動作することができる。
【００４９】
シャット弁のピストンにピストン前後の部屋を連通する連通路を設けたことで、エバポレータ破損時にコンプレッサを作動させてもエバポレータをバイパスして冷媒を流すことができるため、高圧の異常上昇を防ぐことができる。
【００５０】
シャット弁を三方弁の構成にすることで、弁構造をシンプルにすることができ、コストを低減することができる。
また、膨張装置と一体に構成したことにより、構成部品をコンパクトにすることができ、車両への搭載性をよくすることができる。
【００５１】
さらに、冷媒充填用のチャージ弁をシャット弁の下流側または逆止弁の上流側に一体に構成したことにより、冷媒充填時にエバポレータ内にも冷媒を充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流出防止装置を適用した冷凍サイクルを示すシステム図である。
【図２】第１の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す水平断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る流出防止装置の弁開状態における構成を示す水平断面図である。
【図８】第４の実施の形態に係る流出防止装置の弁閉状態における構成を示す縦断面図である。
【図９】第５の実施の形態に係る流出防止装置を適用した冷凍サイクルを示すシステム図である。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
２ ガスクーラ
３ 内部熱交換器
４ 膨張装置
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 流出防止装置
６ エバポレータ
７ アキュムレータ
８ シャット弁
９ 逆止弁
１０ ボディ
１１ 上部通路
１２ 下部通路
１３ シャット弁入口
１４ シャット弁出口
１５ キャップ
１６ 弁座
１７ プラグ
１８ バルブシート
１９ ワッシャ
２０ 弁座
２１ ガイド
２２ ピストン
２３ バルブシート
２４ ブリード孔
２５ スプリング
２６ 逆止弁入口
２７ 逆止弁出口
２８ 弁座
２９ プラグ
３０ バルブシート
３１ ワッシャ
３２ シャフト
３３ ガイド
３４ スプリング
３５ バイパス通路
３６ 止め栓
４０ ソレノイド
４１ 膨張装置入口
４２ ストレーナ
４３ ピストン
４４ 主弁体
４５ 主弁座
４６ スプリング
４７ パイロット通路
４８ シャフト
４９ プランジャ
５０ コア
５１ スプリング
５２ 電磁コイル
５３ チャージ弁
Claims (4)
- 熱交換器の破損により中を流れる流体が外部へ流出するのを防止する流出防止装置において、
前記熱交換器の流体出口側に配置されて前記熱交換器から流出する方向のみ流体の流れを許容する逆止弁と、
前記熱交換器の流体入口側に配置されて前記熱交換器に流入する流体の流れを前記逆止弁の開閉動作に連動して開閉制御するシャット弁と、
を備え、
前記シャット弁は、導入された流体を導出する通路の途中に形成された弁座と、前記弁座に対向して上流側から接離自在に配置された柔軟な材質のシール部材の第１の弁体と、前記第１の弁体に固定され導入された流体の圧力をキャンセルするように前記第１の弁体の径と同じ径にしたピストンとを有し、前記ピストンの前記第１の弁体と反対側の部屋を前記逆止弁の下流側の部屋と連通させて、前記逆止弁の前後の圧力を前記第１の弁体および前記ピストンがそれぞれ受けるようにし、
前記シャット弁が開き始める開弁差圧設定値を前記逆止弁が開き始める開弁差圧設定値以下にしてあり、
前記ピストンにはピストン前後の部屋を連通させる連通路を有し、前記逆止弁の前後の圧力を受けて前記第１の弁体および前記ピストンが前記弁座から離れる方向に移動したとき、前記ピストンに固定された第２の弁体によって前記連通路が閉じられるようにしていることを特徴とする流出防止装置。 - 熱交換器の破損により中を流れる流体が外部へ流出するのを防止する流出防止装置において、
前記熱交換器の流体出口側に配置されて前記熱交換器から流出する方向のみ流体の流れを許容する逆止弁と、
前記熱交換器の流体入口側に配置されて前記熱交換器に流入する流体の流れを前記逆止弁の開閉動作に連動して開閉制御するシャット弁と、
を備え、
前記シャット弁は、導入された流体を導出する通路の途中に形成された第１の弁座と、前記第１の弁座に対向して上流側から接離自在に配置された第１の弁体と、流体が導入される部屋と前記逆止弁の下流側の部屋に連通する部屋との間に形成された第２の弁座と、前記第２の弁座に対向して上流側から前記第１の弁体と一体となって接離自在に配置されていて前記第１の弁体と同じ径にした第２の弁体とを有し、前記逆止弁の前後の圧力を前記第１および第２の弁体がそれぞれ受けるようにし、
前記シャット弁が開き始める開弁差圧設定値を前記逆止弁が開き始める開弁差圧設定値以下にしたことを特徴とする流出防止装置。 - 液体を絞り膨張させる膨張装置が一体に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の流出防止装置。
- 前記シャット弁の下流側または前記逆止弁の上流側に流体充填用のチャージ弁が一体に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の流出防止装置。
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