JP4086682B2 - 膨張装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膨張装置に関し、特に自動車用空調装置で冷媒として人体にとって危険なガスを使用した冷凍サイクルに用いられる膨張装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置に用いられる冷凍システムは、一般に、冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサと、冷凍サイクルを循環する冷媒を一時的に溜めながら凝縮された冷媒を気液に分離するレシーバと、気液分離された液冷媒を絞り膨張させる膨張装置と、膨張された冷媒を蒸発させて圧縮機に戻すエバポレータとを備えている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
自動車用空調装置の冷凍サイクルでは、冷媒としてフロンガスが用いられていたが、地球温暖化の観点から地球温暖化係数の小さい冷媒が求められるようになってきた。このような冷媒として、たとえば二酸化炭素、ＨＦＣ−１５２ａ、ブタン、プロパンなどが考えられている。
【０００４】
ところが、これらを自動車用空調装置に冷媒として使用すると、車室内に設置されているエバポレータまたは車室内配管が破損するなどして冷媒漏れが発生した場合に、二酸化炭素の冷媒の場合は、酸欠で窒息する危険があり、ＨＦＣ−１５２ａなどの可燃性の冷媒の場合は、火災が発生する危険があって、乗員に重大な悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
そこで、車室内に設置されているエバポレータなどが破損したとしても、冷凍サイクル内の冷媒が車室内に漏れ出ることのないようにする必要がある。このためには、自動車用空調装置の運転を停止しているときに、エバポレータを冷凍サイクルから隔離するようエバポレータの前後に止弁を配置することが考えられている。
【０００６】
さらに、エバポレータは、その容積が大きいために、自動車用空調装置の運転を停止したときには大量の冷媒が残っている場合がある。したがって、エバポレータの下流側に逆止弁を設け、自動車用空調装置の運転を停止するときに、エバポレータの上流側の止弁を止めた後、しばらくコンプレッサを動作させておくことにより、エバポレータの中の冷媒を逆止弁を介してエバポレータから回収することができる。
【０００７】
エバポレータの下流側に設けられる逆止弁は、冷媒の流れに逆らう方向に弁体をスプリングで付勢して自閉する構成を有し、冷媒が流れているときには、冷媒がスプリングの付勢力に抗して弁体を押し開けて流れるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１４７８９８号公報（段落番号〔００１〕，図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エバポレータの下流側に逆止弁を設けることにより、この逆止弁で圧力損失が生じ、その圧力が低下した分、コンプレッサが仕事をしなければならないので、冷凍サイクルの効率が低下するという問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、逆止弁機能を持ちながら冷凍サイクルの効率が低下せず、かつ、エバポレータを冷凍サイクルから隔離することができる膨張装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、コンプレッサの運転時に高圧冷媒を絞り膨張させてエバポレータに供給し、前記コンプレッサの停止時には閉塞する膨張弁と、前記エバポレータから戻ってきた冷媒を前記コンプレッサへ戻す冷媒戻り通路にこれを開閉するよう配置される逆流防止弁と、を一体に備え、前記エバポレータに制御された流量の冷媒を供給する膨張装置において、前記逆流防止弁は、前記冷媒戻り通路内に形成された弁座に対して下流側から接離自在に配置された弁体と、前記膨張弁の出口圧力を受けて前記弁体を開く方向に付勢するピストンとを備え、前記出口圧力と前記コンプレッサの吸入圧力との差圧で開弁することを特徴とする膨張装置が提供される。
【００１２】
このような膨張装置によれば、逆流防止弁を膨張弁の出口圧力とコンプレッサの吸入圧力との差圧で開弁するようにしたので、冷凍サイクル内で逆流防止弁による圧力損失がなく、冷凍サイクルの効率が低下することはない。また、自動車用空調装置が停止しているときは、膨張弁および逆流防止弁が閉じているので、エバポレータを冷凍サイクルから隔離することができる。さらに、膨張弁と一体に構成したことで、逆流防止機能を持った膨張装置を低コストで構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空調装置の膨張装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の膨張装置を適用した冷凍サイクルのシステム図である。
冷凍サイクルは、循環する冷媒を圧縮するコンプレッサ１と、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサ２と、冷凍サイクル内の冷媒を溜めるとともに凝縮された冷媒を気液に分離するレシーバ３と、液冷媒を絞り膨張させる膨張弁４と、この膨張弁４の出口に配置して自動車用空調装置の運転を終了するときおよび運転を停止しているときに通路を閉塞する電磁弁５と、車室内に配置されて膨張弁４で膨張された冷媒を蒸発させるエバポレータ６と、エバポレータ６の出口に配置してコンプレッサ１からエバポレータ６への冷媒の逆流を防止する逆流防止弁７とを備えている。本発明による膨張装置８は、エバポレータ６の前後に配置される膨張弁４、電磁弁５および逆流防止弁７を一体に構成している。
【００１５】
この冷凍サイクルにおいて、自動車用空調装置を運転しているときには、電磁弁５を全開にしておく。これにより、冷凍サイクル内に電磁弁５および逆流防止弁７が入っていない従来と同じ構成の冷凍システムとして動作することになる。したがって、コンプレッサ１で圧縮された冷媒は、コンデンサ２で凝縮されてレシーバ３に入り、レシーバ３で分離された液冷媒は膨張弁４にて絞り膨張され、電磁弁５を通過してエバポレータ６に入る。そして、エバポレータ６で蒸発された冷媒は、逆流防止弁７を通過してコンプレッサ１に戻される。このとき、エバポレータ６では、車室内の空気と熱交換を行うことにより、車室内の空気を冷却する。
【００１６】
次に、自動車用空調装置の運転を終了するときには、まず、電磁弁５を閉じて膨張弁４とエバポレータ６との間の冷媒通路を閉塞する。これにより、コンプレッサ１によって圧送されてきた冷媒をエバポレータ６に入れないようにする。コンプレッサ１は、この電磁弁５を閉じてから、所定時間、運転を続けたままにする。これにより、コンプレッサ１の吸入室の圧力が下がるので、エバポレータ６内の冷媒を逆流防止弁７を介して吸い出すことができる。
【００１７】
コンプレッサ１を所定時間運転し続けることにより、エバポレータ６内の冷媒は、ある程度吸い出されて、エバポレータ６の中は空になる。その時点で、コンプレッサ１の運転を停止する。
【００１８】
コンプレッサ１の運転を停止することにより、コンプレッサ１による吸引力がなくなるので、エバポレータ６の下流側にある冷媒は、圧力差によって戻ろうとするが、その冷媒の戻りは、逆流防止弁７によって阻止されているので、エバポレータ６まで戻ることができない。これにより、エバポレータ６の中を空にすることができる。したがって、エバポレータ６やこれに接続されている配管が破損したとしても、冷媒が車室内に漏れ出ることがなくなる。
【００１９】
次に、エバポレータ６の前後に配置される膨張弁４、電磁弁５および逆流防止弁７の機能を一体に構成した膨張装置８を詳細に説明する。
図２は本発明による膨張装置の構成例を示す中央縦断面図である。
【００２０】
この膨張装置は、エバポレータ６の出入口に接続されるものであり、膨張弁として電磁弁５の止弁機能を持ったソレノイド作動の定流量制御式の電子膨張弁を備えている。
【００２１】
本体ブロック１１は、レシーバ３から圧力Ｐｏの冷媒が送られてくる高圧冷媒入口１２と、冷媒が膨張しながらエバポレータ６に送り出される低圧冷媒出口１３と、エバポレータ６から冷媒が戻ってくる戻り冷媒入口１４と、戻ってきた冷媒をコンプレッサ１に送り出す戻り冷媒出口１５とが設けられている。高圧冷媒入口１２には、その通路を塞ぐようにストレーナ１６が配置されている。
【００２２】
本体ブロック１１の上部には、大径の穴が形成され、中央部には、その大径の穴と同心のシリンダが図の上下方向に形成され、その下部中央には、シリンダと連通する穴が形成されている。その下部の穴は、戻り冷媒入口１４によって連通されている。
【００２３】
シリンダは、その上端縁部に弁座形成部材１７が圧入され、その弁座形成部材１７に図の上方から対向して接離自在に弁体１８が配置されて膨張弁を構成している。この弁体１８は、弁座形成部材１７に着座する部分に柔軟性のあるバルブシート１９が保持されていて、弁体１８が弁座形成部材１７に着座したときに実質的に完全に閉塞することができるようにしている。この弁体１８が弁座形成部材１７に着座することによる実質的な完全閉塞は、図１の電磁弁５に対応する止弁機能と同じ機能である。バルブシート１９としては、ゴムまたはポリテトラフルオロエチレンを用いることができる。
【００２４】
弁体１８は、その下部に小径シャフトによってピストン２０が連結されている。このピストン２０の下面にはシリンダの下端部を塞ぐようにダイヤフラム２１が配置され、このダイヤフラム２１はシリンダに圧入されたリング部材２２によって本体ブロック１１に固定され、そのリング部材２２はピストン２０をその軸線方向の進退移動に対してガイドするようにしている。ダイヤフラム２１は、その中央部が止部材によってピストン２０に固定されている。また、ダイヤフラム２１の有効径は、弁座形成部材１７の有効径と略等しく形成されている。これにより、弁体１８とピストン２０との間の空間にストレーナ１６を介して供給される冷媒の圧力Ｐｏは、弁体１８を押し上げる方向とピストン２０を押し下げる方向とに略等しく働いてキャンセルされるので、これら弁体１８およびピストン２０は、圧力Ｐｏによって影響を受けることはない。
【００２５】
本体ブロック１１は、また、その上部に大径の穴が形成されて、膨張弁の下流側空間を構成し、この空間は、冷媒通路を介して低圧冷媒出口１３に連通されている。
【００２６】
本体ブロック１１の上部には、ソレノイドが配置されている。このソレノイドは、弁体１８と一体に形成されたプランジャ２３と、このプランジャ２３と同心上に配置されたコア２４と、これらの周りに配置された電磁コイル２５と、プランジャ２３とコア２４との間に配置されたスプリング２６と、電磁コイル２５を囲繞するヨーク２７とを備えている。コア２４は中空形状を有し、その内部には、スプリング２６の荷重を調節するアジャストねじ２８が螺着されている。このアジャストねじ２８も、中空形状を有していて、下端部がプランジャ２３に固定されたシャフト２９を軸線方向に進退自在に支持する軸受を構成している。コア２４の上部開口端は、ボール３０および固定ねじ３１によって気密に閉止されている。このソレノイドは、連結部３２によって本体ブロック１１の上部に形成された大径の穴に螺着されている。
【００２７】
以上の構成の止弁機能付きの膨張弁は、ソレノイドが通電されていないとき、弁体１８がスプリング２６により付勢されて弁座形成部材１７に着座し、実質的に完全に閉じた状態になっており、また、ピストン２０についても、ダイヤフラム２１が内部漏れを実質的に完全に防止した状態になっている。
【００２８】
次に、ソレノイドの電磁コイル２５に所定の電流が供給されると、プランジャ２３はスプリング２６の付勢力に抗してコア２４に吸引されるので、弁体１８が弁座形成部材１７からリフトされ、膨張弁は、ソレノイド電流に応じたソレノイド力とスプリング２６の荷重とのバランスによって決まる開度に設定される。このとき、高圧冷媒入口１２に導入された冷媒は、弁体１８と弁座形成部材１７との間の隙間にて絞られて膨張し、低圧冷媒出口１３からエバポレータ６に送り出される。
【００２９】
また、弁体１８には、その下流側の圧力である膨張弁の出口圧力Ｐｘが膨張弁の閉弁方向にかかり、ピストン２０の下面には、ダイヤフラム２１を介して戻り冷媒入口１４の圧力、すなわち、エバポレータ６の出口圧力Ｐｅが膨張弁の開弁方向にかかっている。したがって、この膨張弁は、これら弁体１８およびピストン２０が、エバポレータ６に冷媒が流れることによって生じる圧力損失であるエバポレータ６の入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧を感じ、ソレノイドによってリフトされた位置から軸線方向に動くことになる。
【００３０】
たとえば、エバポレータ６を流れる流量が増えてその入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧が大きくなる、つまり出口圧力Ｐｅが膨張弁の出口圧力Ｐｘに対して相対的に低くなると、エバポレータ６の出口圧力Ｐｅがピストン２０を引き下げようとするため、弁体１８は閉じる方向に動き、これにより冷媒の流量が減って、差圧が小さくなるよう作用する。逆に、冷媒流量が減って差圧が小さくなると、出口圧力Ｐｅがピストン２０を引き下げようとする力が減って、弁体１８は開く方向に動き、膨張弁は、エバポレータ６の前後差圧が大きくなる方向に作用する。したがって、この膨張弁は、エバポレータ６の入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧が一定になるよう制御する定差圧弁として機能しており、エバポレータ６に送り込まれる冷媒を、ソレノイドの通電電流によって決まる一定の流量に制御することになる。
【００３１】
さらに、本体ブロック１１は、戻り冷媒入口１４と冷媒出口１５との間の冷媒戻り通路３３に、コンプレッサ１からエバポレータ６への冷媒の逆流を防止する逆流防止弁を備えている。この逆流防止弁は、膨張弁とほぼ同様の構成を有している。すなわち、冷媒戻り通路３３に配置された弁座形成部材３４と、弁体３５と、この弁体に固定された柔軟性のある材料のバルブシート３６と、膨張弁の出口圧力Ｐｘをダイヤフラム３７を介して受圧するピストン３８とを備えている。ダイヤフラム３７は、ピストン３８をガイドするリング部材３９によって本体ブロック１１に固定され、低圧冷媒出口１３と戻り冷媒入口１４との間をシールしている。また、ダイヤフラム３７は、その有効径を弁座形成部材３４の有効径と略等しく形成されていて、エバポレータ６の出口圧力Ｐｅをキャンセルし、これら弁体３５およびピストン３８が圧力Ｐｏによって影響を受けないようにしている。弁体３５が配置されている空間は、ねじ４０を本体ブロック１１に螺入することにより、パッキン押さえ４１がパッキンを介して本体ブロック１１に密着されることで閉止されている。そして、弁体３５は、スプリング４２によって閉弁方向に付勢されている。
【００３２】
以上の構成の逆流防止弁によれば、コンプレッサ１が動作して膨張弁が開いていると、膨張弁を出た冷媒は、エバポレータ６および逆流防止弁を通ってコンプレッサ１の吸入室へ流れていく。このとき、ピストン３８は、ダイヤフラム３７を介して膨張弁の出口圧力Ｐｘを受圧しており、この出口圧力Ｐｘは、コンプレッサ１の吸入圧力Ｐｓよりも高いため、ピストン３８は図の下方へ押され、弁体３５は図の下方へ引き下げられるため、逆流防止弁は開けられる。つまり、この逆流防止弁は、膨張弁の出口圧力Ｐｘとコンプレッサ１の吸入圧力Ｐｓとの差圧により開けられることになる。したがって、この逆流防止弁は、冷媒が流れる勢いで開けられるのではく、差圧を利用して開けられるため、ここでの圧力損失は生じないのである。冷凍サイクル中に逆流防止弁を設けたことによる圧力損失がないので、冷凍サイクルの効率を悪化させることもない。
【００３３】
一方、自動車用空調装置の運転を終了しようとして、膨張弁が閉じられると、エバポレータ６の中に冷媒が残っている間は、出口圧力Ｐｘと吸入圧力Ｐｓとの差圧があるため、逆流防止弁は開いて、エバポレータ６の中の冷媒はコンプレッサ１に回収され、エバポレータ６の中に冷媒がなくなってコンプレッサ１が停止されると、コンプレッサ１の吸入圧力Ｐｓは次第に高くなり、膨張弁の出口圧力Ｐｘに近くなると、弁体３５はスプリング４２により付勢されて閉じ、さらに、コンプレッサ１の吸入圧力Ｐｓが高くなることによって、この逆流防止弁はほぼ完全に閉塞される。
【００３４】
これにより、自動車用空調装置が運転を停止しているときは、電磁弁も、逆流防止弁もほぼ完全に閉塞して、エバポレータ６を冷凍サイクルから隔離することができるので、たとえ、エバポレータ６が破損して出口圧力Ｐｘ，Ｐｅが大気圧になっても、冷媒が車室内へ漏れ出ることはない。したがって、冷媒にＨＦＣ−１５２ａ、プロパン、ブタンなどの可燃性ガスを使用したとしても、冷媒が車室内へ流入することによる火災の危険性はなく、冷媒に二酸化炭素を使用した場合でも、冷媒が車室内へ流入することによる酸欠の危険性はない。
【００３５】
なお、上記の実施の形態では、膨張弁としてソレノイド作動の定流量制御式の電子膨張弁の場合を示したが、膨張弁としては、これに限定されるものではなく、差圧制御式の電子膨張弁、比例制御式の電子膨張弁、あるいは温度式の膨張弁でもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、膨張弁の出口圧力とコンプレッサの吸入圧力との差圧で開弁する逆流防止弁を膨張弁と一体に構成するようにした。これにより、冷凍サイクル内で逆流防止弁による圧力損失がないため、冷凍サイクルの効率が低下することはなく、自動車用空調装置が停止しているときは、膨張弁および逆流防止弁が閉じているので、エバポレータを冷凍サイクルから隔離することができ、たとえエバポレータが破損しても、車室内に人体にとって危険なガス冷媒が流出することがない。また、膨張弁と一体に構成したことで、逆流防止機能を持った膨張装置を低コストで構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膨張装置を適用した冷凍サイクルのシステム図である。
【図２】本発明による膨張装置の構成例を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
２ コンデンサ
３ レシーバ
４ 膨張弁
５ 電磁弁
６ エバポレータ
７ 逆流防止弁
８ 膨張装置
１１ 本体ブロック
１２ 高圧冷媒入口
１３ 低圧冷媒出口
１４ 戻り冷媒入口
１５ 戻り冷媒出口
１６ ストレーナ
１７ 弁座形成部材
１８ 弁体
１９ バルブシート
２０ ピストン
２１ ダイヤフラム
２２ リング部材
２３ プランジャ
２４ コア
２５ 電磁コイル
２６ スプリング
２７ ヨーク
２８ アジャストねじ
２９ シャフト
３０ ボール
３１ 固定ねじ
３２ 連結部
３３ 冷媒戻り通路
３４ 弁座形成部材
３５ 弁体
３６ バルブシート
３７ ダイヤフラム
３８ ピストン
３９ リング部材
４０ ねじ
４１ パッキン押さえ
４２ スプリング
Ｐｅ エバポレータの出口圧力
Ｐｏ 膨張装置入口の圧力
Ｐｓ コンプレッサの吸入圧力
Ｐｘ 膨張弁の出口圧力
【発明の属する技術分野】
本発明は膨張装置に関し、特に自動車用空調装置で冷媒として人体にとって危険なガスを使用した冷凍サイクルに用いられる膨張装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置に用いられる冷凍システムは、一般に、冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサと、冷凍サイクルを循環する冷媒を一時的に溜めながら凝縮された冷媒を気液に分離するレシーバと、気液分離された液冷媒を絞り膨張させる膨張装置と、膨張された冷媒を蒸発させて圧縮機に戻すエバポレータとを備えている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
自動車用空調装置の冷凍サイクルでは、冷媒としてフロンガスが用いられていたが、地球温暖化の観点から地球温暖化係数の小さい冷媒が求められるようになってきた。このような冷媒として、たとえば二酸化炭素、ＨＦＣ−１５２ａ、ブタン、プロパンなどが考えられている。
【０００４】
ところが、これらを自動車用空調装置に冷媒として使用すると、車室内に設置されているエバポレータまたは車室内配管が破損するなどして冷媒漏れが発生した場合に、二酸化炭素の冷媒の場合は、酸欠で窒息する危険があり、ＨＦＣ−１５２ａなどの可燃性の冷媒の場合は、火災が発生する危険があって、乗員に重大な悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
そこで、車室内に設置されているエバポレータなどが破損したとしても、冷凍サイクル内の冷媒が車室内に漏れ出ることのないようにする必要がある。このためには、自動車用空調装置の運転を停止しているときに、エバポレータを冷凍サイクルから隔離するようエバポレータの前後に止弁を配置することが考えられている。
【０００６】
さらに、エバポレータは、その容積が大きいために、自動車用空調装置の運転を停止したときには大量の冷媒が残っている場合がある。したがって、エバポレータの下流側に逆止弁を設け、自動車用空調装置の運転を停止するときに、エバポレータの上流側の止弁を止めた後、しばらくコンプレッサを動作させておくことにより、エバポレータの中の冷媒を逆止弁を介してエバポレータから回収することができる。
【０００７】
エバポレータの下流側に設けられる逆止弁は、冷媒の流れに逆らう方向に弁体をスプリングで付勢して自閉する構成を有し、冷媒が流れているときには、冷媒がスプリングの付勢力に抗して弁体を押し開けて流れるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１４７８９８号公報（段落番号〔００１〕，図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エバポレータの下流側に逆止弁を設けることにより、この逆止弁で圧力損失が生じ、その圧力が低下した分、コンプレッサが仕事をしなければならないので、冷凍サイクルの効率が低下するという問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、逆止弁機能を持ちながら冷凍サイクルの効率が低下せず、かつ、エバポレータを冷凍サイクルから隔離することができる膨張装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、コンプレッサの運転時に高圧冷媒を絞り膨張させてエバポレータに供給し、前記コンプレッサの停止時には閉塞する膨張弁と、前記エバポレータから戻ってきた冷媒を前記コンプレッサへ戻す冷媒戻り通路にこれを開閉するよう配置される逆流防止弁と、を一体に備え、前記エバポレータに制御された流量の冷媒を供給する膨張装置において、前記逆流防止弁は、前記冷媒戻り通路内に形成された弁座に対して下流側から接離自在に配置された弁体と、前記膨張弁の出口圧力を受けて前記弁体を開く方向に付勢するピストンとを備え、前記出口圧力と前記コンプレッサの吸入圧力との差圧で開弁することを特徴とする膨張装置が提供される。
【００１２】
このような膨張装置によれば、逆流防止弁を膨張弁の出口圧力とコンプレッサの吸入圧力との差圧で開弁するようにしたので、冷凍サイクル内で逆流防止弁による圧力損失がなく、冷凍サイクルの効率が低下することはない。また、自動車用空調装置が停止しているときは、膨張弁および逆流防止弁が閉じているので、エバポレータを冷凍サイクルから隔離することができる。さらに、膨張弁と一体に構成したことで、逆流防止機能を持った膨張装置を低コストで構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空調装置の膨張装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の膨張装置を適用した冷凍サイクルのシステム図である。
冷凍サイクルは、循環する冷媒を圧縮するコンプレッサ１と、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサ２と、冷凍サイクル内の冷媒を溜めるとともに凝縮された冷媒を気液に分離するレシーバ３と、液冷媒を絞り膨張させる膨張弁４と、この膨張弁４の出口に配置して自動車用空調装置の運転を終了するときおよび運転を停止しているときに通路を閉塞する電磁弁５と、車室内に配置されて膨張弁４で膨張された冷媒を蒸発させるエバポレータ６と、エバポレータ６の出口に配置してコンプレッサ１からエバポレータ６への冷媒の逆流を防止する逆流防止弁７とを備えている。本発明による膨張装置８は、エバポレータ６の前後に配置される膨張弁４、電磁弁５および逆流防止弁７を一体に構成している。
【００１５】
この冷凍サイクルにおいて、自動車用空調装置を運転しているときには、電磁弁５を全開にしておく。これにより、冷凍サイクル内に電磁弁５および逆流防止弁７が入っていない従来と同じ構成の冷凍システムとして動作することになる。したがって、コンプレッサ１で圧縮された冷媒は、コンデンサ２で凝縮されてレシーバ３に入り、レシーバ３で分離された液冷媒は膨張弁４にて絞り膨張され、電磁弁５を通過してエバポレータ６に入る。そして、エバポレータ６で蒸発された冷媒は、逆流防止弁７を通過してコンプレッサ１に戻される。このとき、エバポレータ６では、車室内の空気と熱交換を行うことにより、車室内の空気を冷却する。
【００１６】
次に、自動車用空調装置の運転を終了するときには、まず、電磁弁５を閉じて膨張弁４とエバポレータ６との間の冷媒通路を閉塞する。これにより、コンプレッサ１によって圧送されてきた冷媒をエバポレータ６に入れないようにする。コンプレッサ１は、この電磁弁５を閉じてから、所定時間、運転を続けたままにする。これにより、コンプレッサ１の吸入室の圧力が下がるので、エバポレータ６内の冷媒を逆流防止弁７を介して吸い出すことができる。
【００１７】
コンプレッサ１を所定時間運転し続けることにより、エバポレータ６内の冷媒は、ある程度吸い出されて、エバポレータ６の中は空になる。その時点で、コンプレッサ１の運転を停止する。
【００１８】
コンプレッサ１の運転を停止することにより、コンプレッサ１による吸引力がなくなるので、エバポレータ６の下流側にある冷媒は、圧力差によって戻ろうとするが、その冷媒の戻りは、逆流防止弁７によって阻止されているので、エバポレータ６まで戻ることができない。これにより、エバポレータ６の中を空にすることができる。したがって、エバポレータ６やこれに接続されている配管が破損したとしても、冷媒が車室内に漏れ出ることがなくなる。
【００１９】
次に、エバポレータ６の前後に配置される膨張弁４、電磁弁５および逆流防止弁７の機能を一体に構成した膨張装置８を詳細に説明する。
図２は本発明による膨張装置の構成例を示す中央縦断面図である。
【００２０】
この膨張装置は、エバポレータ６の出入口に接続されるものであり、膨張弁として電磁弁５の止弁機能を持ったソレノイド作動の定流量制御式の電子膨張弁を備えている。
【００２１】
本体ブロック１１は、レシーバ３から圧力Ｐｏの冷媒が送られてくる高圧冷媒入口１２と、冷媒が膨張しながらエバポレータ６に送り出される低圧冷媒出口１３と、エバポレータ６から冷媒が戻ってくる戻り冷媒入口１４と、戻ってきた冷媒をコンプレッサ１に送り出す戻り冷媒出口１５とが設けられている。高圧冷媒入口１２には、その通路を塞ぐようにストレーナ１６が配置されている。
【００２２】
本体ブロック１１の上部には、大径の穴が形成され、中央部には、その大径の穴と同心のシリンダが図の上下方向に形成され、その下部中央には、シリンダと連通する穴が形成されている。その下部の穴は、戻り冷媒入口１４によって連通されている。
【００２３】
シリンダは、その上端縁部に弁座形成部材１７が圧入され、その弁座形成部材１７に図の上方から対向して接離自在に弁体１８が配置されて膨張弁を構成している。この弁体１８は、弁座形成部材１７に着座する部分に柔軟性のあるバルブシート１９が保持されていて、弁体１８が弁座形成部材１７に着座したときに実質的に完全に閉塞することができるようにしている。この弁体１８が弁座形成部材１７に着座することによる実質的な完全閉塞は、図１の電磁弁５に対応する止弁機能と同じ機能である。バルブシート１９としては、ゴムまたはポリテトラフルオロエチレンを用いることができる。
【００２４】
弁体１８は、その下部に小径シャフトによってピストン２０が連結されている。このピストン２０の下面にはシリンダの下端部を塞ぐようにダイヤフラム２１が配置され、このダイヤフラム２１はシリンダに圧入されたリング部材２２によって本体ブロック１１に固定され、そのリング部材２２はピストン２０をその軸線方向の進退移動に対してガイドするようにしている。ダイヤフラム２１は、その中央部が止部材によってピストン２０に固定されている。また、ダイヤフラム２１の有効径は、弁座形成部材１７の有効径と略等しく形成されている。これにより、弁体１８とピストン２０との間の空間にストレーナ１６を介して供給される冷媒の圧力Ｐｏは、弁体１８を押し上げる方向とピストン２０を押し下げる方向とに略等しく働いてキャンセルされるので、これら弁体１８およびピストン２０は、圧力Ｐｏによって影響を受けることはない。
【００２５】
本体ブロック１１は、また、その上部に大径の穴が形成されて、膨張弁の下流側空間を構成し、この空間は、冷媒通路を介して低圧冷媒出口１３に連通されている。
【００２６】
本体ブロック１１の上部には、ソレノイドが配置されている。このソレノイドは、弁体１８と一体に形成されたプランジャ２３と、このプランジャ２３と同心上に配置されたコア２４と、これらの周りに配置された電磁コイル２５と、プランジャ２３とコア２４との間に配置されたスプリング２６と、電磁コイル２５を囲繞するヨーク２７とを備えている。コア２４は中空形状を有し、その内部には、スプリング２６の荷重を調節するアジャストねじ２８が螺着されている。このアジャストねじ２８も、中空形状を有していて、下端部がプランジャ２３に固定されたシャフト２９を軸線方向に進退自在に支持する軸受を構成している。コア２４の上部開口端は、ボール３０および固定ねじ３１によって気密に閉止されている。このソレノイドは、連結部３２によって本体ブロック１１の上部に形成された大径の穴に螺着されている。
【００２７】
以上の構成の止弁機能付きの膨張弁は、ソレノイドが通電されていないとき、弁体１８がスプリング２６により付勢されて弁座形成部材１７に着座し、実質的に完全に閉じた状態になっており、また、ピストン２０についても、ダイヤフラム２１が内部漏れを実質的に完全に防止した状態になっている。
【００２８】
次に、ソレノイドの電磁コイル２５に所定の電流が供給されると、プランジャ２３はスプリング２６の付勢力に抗してコア２４に吸引されるので、弁体１８が弁座形成部材１７からリフトされ、膨張弁は、ソレノイド電流に応じたソレノイド力とスプリング２６の荷重とのバランスによって決まる開度に設定される。このとき、高圧冷媒入口１２に導入された冷媒は、弁体１８と弁座形成部材１７との間の隙間にて絞られて膨張し、低圧冷媒出口１３からエバポレータ６に送り出される。
【００２９】
また、弁体１８には、その下流側の圧力である膨張弁の出口圧力Ｐｘが膨張弁の閉弁方向にかかり、ピストン２０の下面には、ダイヤフラム２１を介して戻り冷媒入口１４の圧力、すなわち、エバポレータ６の出口圧力Ｐｅが膨張弁の開弁方向にかかっている。したがって、この膨張弁は、これら弁体１８およびピストン２０が、エバポレータ６に冷媒が流れることによって生じる圧力損失であるエバポレータ６の入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧を感じ、ソレノイドによってリフトされた位置から軸線方向に動くことになる。
【００３０】
たとえば、エバポレータ６を流れる流量が増えてその入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧が大きくなる、つまり出口圧力Ｐｅが膨張弁の出口圧力Ｐｘに対して相対的に低くなると、エバポレータ６の出口圧力Ｐｅがピストン２０を引き下げようとするため、弁体１８は閉じる方向に動き、これにより冷媒の流量が減って、差圧が小さくなるよう作用する。逆に、冷媒流量が減って差圧が小さくなると、出口圧力Ｐｅがピストン２０を引き下げようとする力が減って、弁体１８は開く方向に動き、膨張弁は、エバポレータ６の前後差圧が大きくなる方向に作用する。したがって、この膨張弁は、エバポレータ６の入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧が一定になるよう制御する定差圧弁として機能しており、エバポレータ６に送り込まれる冷媒を、ソレノイドの通電電流によって決まる一定の流量に制御することになる。
【００３１】
さらに、本体ブロック１１は、戻り冷媒入口１４と冷媒出口１５との間の冷媒戻り通路３３に、コンプレッサ１からエバポレータ６への冷媒の逆流を防止する逆流防止弁を備えている。この逆流防止弁は、膨張弁とほぼ同様の構成を有している。すなわち、冷媒戻り通路３３に配置された弁座形成部材３４と、弁体３５と、この弁体に固定された柔軟性のある材料のバルブシート３６と、膨張弁の出口圧力Ｐｘをダイヤフラム３７を介して受圧するピストン３８とを備えている。ダイヤフラム３７は、ピストン３８をガイドするリング部材３９によって本体ブロック１１に固定され、低圧冷媒出口１３と戻り冷媒入口１４との間をシールしている。また、ダイヤフラム３７は、その有効径を弁座形成部材３４の有効径と略等しく形成されていて、エバポレータ６の出口圧力Ｐｅをキャンセルし、これら弁体３５およびピストン３８が圧力Ｐｏによって影響を受けないようにしている。弁体３５が配置されている空間は、ねじ４０を本体ブロック１１に螺入することにより、パッキン押さえ４１がパッキンを介して本体ブロック１１に密着されることで閉止されている。そして、弁体３５は、スプリング４２によって閉弁方向に付勢されている。
【００３２】
以上の構成の逆流防止弁によれば、コンプレッサ１が動作して膨張弁が開いていると、膨張弁を出た冷媒は、エバポレータ６および逆流防止弁を通ってコンプレッサ１の吸入室へ流れていく。このとき、ピストン３８は、ダイヤフラム３７を介して膨張弁の出口圧力Ｐｘを受圧しており、この出口圧力Ｐｘは、コンプレッサ１の吸入圧力Ｐｓよりも高いため、ピストン３８は図の下方へ押され、弁体３５は図の下方へ引き下げられるため、逆流防止弁は開けられる。つまり、この逆流防止弁は、膨張弁の出口圧力Ｐｘとコンプレッサ１の吸入圧力Ｐｓとの差圧により開けられることになる。したがって、この逆流防止弁は、冷媒が流れる勢いで開けられるのではく、差圧を利用して開けられるため、ここでの圧力損失は生じないのである。冷凍サイクル中に逆流防止弁を設けたことによる圧力損失がないので、冷凍サイクルの効率を悪化させることもない。
【００３３】
一方、自動車用空調装置の運転を終了しようとして、膨張弁が閉じられると、エバポレータ６の中に冷媒が残っている間は、出口圧力Ｐｘと吸入圧力Ｐｓとの差圧があるため、逆流防止弁は開いて、エバポレータ６の中の冷媒はコンプレッサ１に回収され、エバポレータ６の中に冷媒がなくなってコンプレッサ１が停止されると、コンプレッサ１の吸入圧力Ｐｓは次第に高くなり、膨張弁の出口圧力Ｐｘに近くなると、弁体３５はスプリング４２により付勢されて閉じ、さらに、コンプレッサ１の吸入圧力Ｐｓが高くなることによって、この逆流防止弁はほぼ完全に閉塞される。
【００３４】
これにより、自動車用空調装置が運転を停止しているときは、電磁弁も、逆流防止弁もほぼ完全に閉塞して、エバポレータ６を冷凍サイクルから隔離することができるので、たとえ、エバポレータ６が破損して出口圧力Ｐｘ，Ｐｅが大気圧になっても、冷媒が車室内へ漏れ出ることはない。したがって、冷媒にＨＦＣ−１５２ａ、プロパン、ブタンなどの可燃性ガスを使用したとしても、冷媒が車室内へ流入することによる火災の危険性はなく、冷媒に二酸化炭素を使用した場合でも、冷媒が車室内へ流入することによる酸欠の危険性はない。
【００３５】
なお、上記の実施の形態では、膨張弁としてソレノイド作動の定流量制御式の電子膨張弁の場合を示したが、膨張弁としては、これに限定されるものではなく、差圧制御式の電子膨張弁、比例制御式の電子膨張弁、あるいは温度式の膨張弁でもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、膨張弁の出口圧力とコンプレッサの吸入圧力との差圧で開弁する逆流防止弁を膨張弁と一体に構成するようにした。これにより、冷凍サイクル内で逆流防止弁による圧力損失がないため、冷凍サイクルの効率が低下することはなく、自動車用空調装置が停止しているときは、膨張弁および逆流防止弁が閉じているので、エバポレータを冷凍サイクルから隔離することができ、たとえエバポレータが破損しても、車室内に人体にとって危険なガス冷媒が流出することがない。また、膨張弁と一体に構成したことで、逆流防止機能を持った膨張装置を低コストで構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膨張装置を適用した冷凍サイクルのシステム図である。
【図２】本発明による膨張装置の構成例を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
２ コンデンサ
３ レシーバ
４ 膨張弁
５ 電磁弁
６ エバポレータ
７ 逆流防止弁
８ 膨張装置
１１ 本体ブロック
１２ 高圧冷媒入口
１３ 低圧冷媒出口
１４ 戻り冷媒入口
１５ 戻り冷媒出口
１６ ストレーナ
１７ 弁座形成部材
１８ 弁体
１９ バルブシート
２０ ピストン
２１ ダイヤフラム
２２ リング部材
２３ プランジャ
２４ コア
２５ 電磁コイル
２６ スプリング
２７ ヨーク
２８ アジャストねじ
２９ シャフト
３０ ボール
３１ 固定ねじ
３２ 連結部
３３ 冷媒戻り通路
３４ 弁座形成部材
３５ 弁体
３６ バルブシート
３７ ダイヤフラム
３８ ピストン
３９ リング部材
４０ ねじ
４１ パッキン押さえ
４２ スプリング
Ｐｅ エバポレータの出口圧力
Ｐｏ 膨張装置入口の圧力
Ｐｓ コンプレッサの吸入圧力
Ｐｘ 膨張弁の出口圧力
Claims (4)
- コンプレッサの運転時に高圧冷媒を絞り膨張させてエバポレータに供給し、前記コンプレッサの停止時には閉塞する膨張弁と、前記エバポレータから戻ってきた冷媒を前記コンプレッサへ戻す冷媒戻り通路にこれを開閉するよう配置される逆流防止弁と、を一体に備え、前記エバポレータに制御された流量の冷媒を供給する膨張装置において、
前記逆流防止弁は、前記冷媒戻り通路内に形成された弁座に対して下流側から接離自在に配置された弁体と、前記膨張弁の出口圧力を受けて前記弁体を開く方向に付勢するピストンとを備え、前記出口圧力と前記コンプレッサの吸入圧力との差圧で開弁することを特徴とする膨張装置。 - 前記ピストンは、前記出口圧力をダイヤフラムを介して受圧するようにしたことを特徴とする請求項１記載の膨張装置。
- 前記ダイヤフラムの有効径と前記弁座の有効径とを略等しくしてあることを特徴とする請求項２記載の膨張装置。
- 前記弁体は、前記弁座との着座位置に柔軟性のあるバルブシートを有していることを特徴とする請求項１記載の膨張装置。
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