JP4090317B2 - 電磁弁付膨張弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁弁と膨張弁とを一体化した電磁弁付膨張弁に関し、特に車室内のフロント側とリア側とが独立して空調することができる自動車用空調装置のリア側回路に用いられる電磁弁付膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用空調装置として、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ことができるように、フロント用蒸発器およびその膨張弁とリア用蒸発器およびその膨張弁とを並列に配置して構成した冷凍サイクルが用いられている。
【０００３】
フロント側の冷凍サイクルを使用しているとき、リア用の冷凍サイクルは、必ずしも使用しているとは限らない。そのため、リア側の回路に止め弁として機能する電磁弁を設けて、リア側の冷凍サイクルを使用していないときには、冷媒が流れないようにすることが行われている。
【０００４】
このような用途に用いられる止め弁および膨張弁は、設置スペースおよびコストの点からこれらを一体に構成した電磁弁付膨張弁が提案されている（たとえば特許文献１参照。）。
【０００５】
このような電磁弁付膨張弁は、止め弁と膨張弁とを一体にしたといってもそれらを単に結合しているに過ぎず、止め弁の機能と膨張弁の機能とが独立した構成になっている。これに対し、止め弁の弁体を膨張弁の弁体と共用する構成にして弁構造をコンパクトにした電磁弁付膨張弁が提案されている（たとえば特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１８２９８３号公報（図２）
【特許文献２】
特開平１１−３０４２９８号公報（図１〜図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、止め弁の弁体と膨張弁の弁体とを共通にした上記の電磁弁付膨張弁は、パイロット作動の構成にしてあるため、構造が複雑になってい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、構造を簡単にした電磁弁付膨張弁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、冷媒を断熱膨張させる膨張弁と冷媒流路を開閉する止め弁とを一体化した電磁弁付膨張弁において、一端がパワーエレメントに常に当接された状態で前記膨張弁の弁孔に挿設されている駆動力伝達部材と、前記膨張弁の弁孔の前記パワーエレメントと反対側において前記駆動力伝達部材にガイドされてその軸線方向に進退自在に配置された前記膨張弁および前記止め弁の兼用弁体と、前記駆動力伝達部材に関して前記兼用弁体を弁閉方向に付勢する第１のスプリングと、通電されることにより前記兼用弁体と前記駆動力伝達部材とを電磁的に結合させて前記パワーエレメントの変位を前記兼用弁体に伝達するソレノイドと、を備え、前記ソレノイドは、前記兼用弁体を保持しながら前記駆動力伝達部材に沿って進退自在に配置された第１の鉄芯と、前記駆動力伝達部材に固定された第２の鉄芯と、前記第１の鉄芯および前記第２の鉄芯を収容する鉄芯ケースと、前記第２の鉄芯を前記鉄芯ケースに関して前記第１の鉄芯の方向に付勢する第２のスプリングと、前記鉄芯ケースの外側に配置されて前記第１の鉄芯と前記第２の鉄芯とを吸着または解放する電磁コイルとを有し、前記第１の鉄芯と前記第２の鉄芯との間に前記第１のスプリングが介挿され、前記第２のスプリングが前記駆動力伝達部材を前記パワーエレメントに常に当接するよう付勢していることを特徴とする電磁弁付膨張弁が提供される。
【００１０】
このような電磁弁付膨張弁によれば、ソレノイドの非通電時では、兼用弁体は駆動力伝達部材に関してその軸線方向の動きがフリーになっており、かつ、第１のスプリングが兼用弁体を弁閉方向に付勢している。これにより、兼用弁体は着座されているので、全閉状態になり、電磁弁付膨張弁は冷媒流路を遮断する止め弁として機能する。一方、通電時は、ソレノイドによって兼用弁体が駆動力伝達部材に結合されるので、兼用弁体は、冷媒の温度および圧力を感じて動作するパワーエレメントに連動して開度が制御され、電磁弁付膨張弁は通常の膨張弁として機能する。
【００１１】
【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は本発明の電磁弁付膨張弁を適用した自動車用空調装置のシステム図である。
【００１２】
この自動車用空調装置は、車室内のフロント側とリア側とを独立して空調できるもので、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、フロント用蒸発器４とによって、フロント側空調装置の冷凍サイクルを構成し、膨張弁３およびフロント用蒸発器４の回路に並列に接続された電磁弁付膨張弁５およびリア用蒸発器６がリア側空調装置の冷凍サイクルの一部を構成している。
【００１３】
圧縮機１にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、凝縮器２に送られ、ここで車室外の空気と熱交換され、凝縮して液冷媒となる。この液冷媒は、膨張弁３と電磁弁付膨張弁５に送られる。膨張弁３では、液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の気液混合状態の冷媒にし、フロント用蒸発器４に送る。フロント用蒸発器４は、膨張弁３から送られた冷媒をフロント側の車室内の空気または車室内に導入された車室外の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、蒸発したガス冷媒は圧縮機１に戻される。このとき、膨張弁３は、フロント用蒸発器４の出口における冷媒温度を検出して所定の過熱度になるよう冷媒流量を制御している。
【００１４】
電磁弁付膨張弁５においても、同様に、凝縮器２にて凝縮された液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の気液混合状態の冷媒にし、リア用蒸発器６に送る。リア用蒸発器６は、電磁弁付膨張弁５から送られた冷媒をリア側の車室内の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、蒸発したガス冷媒は電磁弁付膨張弁５を通過して圧縮機１に戻される。このとき、電磁弁付膨張弁５は、リア用蒸発器６から出た冷媒の温度および圧力を検出して冷媒流量を制御している。
【００１５】
リア側の空調装置を使用しないときには、電磁弁付膨張弁５は、内部の冷媒通路を遮断し、リア側の回路に冷媒が流れないようにする。
次に、電磁弁付膨張弁５の具体的な実施の形態について説明する。
【００１６】
図２は第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。この図２において、冷媒流路を遮断する止め弁として機能する状態と、開度が制御される通常の膨張弁として機能する状態とを同時に示すために、弁体およびソレノイドの可動部については、図の中心より右側が非通電時の弁閉状態を示し、左側は通電時に膨張弁として機能しているときの状態を示している。
【００１７】
本発明による電磁弁付膨張弁５は、止め弁および膨張弁の弁部を収容する本体ブロック１１と、リア用蒸発器６から戻ってきた冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメント１２と、止め弁機能または膨張弁機能の切り換えを行うソレノイド１３とを備えている。
【００１８】
本体ブロック１１の側部には、凝縮器２から高温・高圧の冷媒を受けるポート１４と、この電磁弁付膨張弁５にて断熱膨張された低温・低圧の冷媒をリア用蒸発器６へ供給するポート１５と、リア用蒸発器６から戻ってきた冷媒を受けるポート１６と、このポート１６で受けた冷媒を圧縮機１へ送るポート１７とが設けられている。
【００１９】
ポート１４からポート１５へ連通する流体通路には、弁座１８が本体ブロック１１と一体に形成されている。その弁座１８をなす弁孔を貫通して、１本のシャフト１９がこの電磁弁付膨張弁５の長手方向に延びるように配置されている。シャフト１９の上端は、パワーエレメント１２のダイヤフラム２０の下面に配置されたセンターディスク２１に当接し、下端は、ソレノイド１３の鉄芯ケース２２に形成された軸受部２３によって支持されている。
【００２０】
弁座１８の上流側には、弁座１８に対向し、かつシャフト１９をガイドとして接離自在に兼用弁体２４が配置されている。これにより、弁座１８と兼用弁体２４との間の隙間が高圧の冷媒を絞る可変オリフィスを構成し、冷媒は、この可変オリフィスを通過するときに断熱膨張する。
【００２１】
兼用弁体２４は、シャフト１９をガイドとして軸線方向に進退自在に配置されたソレノイド１３の第１の鉄芯２５に保持されている。この第１の鉄芯２５は、兼用弁体２４を駆動する可動鉄芯として働く。第１の鉄芯２５の下方には、シャフト１９に固着されて固定鉄芯として働く第２の鉄芯２６が配置され、スプリング２７によって上方に付勢されている。このスプリング２７により、シャフト１９は、常にパワーエレメントに当接するように付勢されている。また、第１の鉄芯２５と第２の鉄芯２６との間には、スプリング２８が配置されている。このスプリング２８は、非通電時に、第１の鉄芯２５を第２の鉄芯２６から離れる方向に付勢し、これによって、第１の鉄芯２５に保持された兼用弁体２４を弁座１８に常に着座させて全閉状態を維持できるようにしている。鉄芯ケース２２の外側には、電磁コイル２９が配置され、これを通電することにより第１の鉄芯２５と第２の鉄芯２６とを吸着させ、この結果、兼用弁体２４とシャフト１９とを電磁的に結合させてパワーエレメント１２のダイヤフラム２０の変位を兼用弁体２４に伝達するようにしている。
【００２２】
なお、弁閉時に、兼用弁体２４とシャフト１９との間の隙間を通って冷媒が弁部の下流側に漏れてしまう内部漏れを防ぐために、兼用弁体２４と第１の鉄芯２５との間に形成された空間にＶパッキン３０を配置している。
【００２３】
以上の構成の電磁弁付膨張弁５において、リア側の空調装置を使用しないときには、ソレノイド１３は非通電状態にある。このため、第１の鉄芯２５は、スプリング２８によって第２の鉄芯２６から離れる方向に付勢されるため、第１の鉄芯２５に保持された兼用弁体２４は弁座１８に着座される。これにより、電磁弁付膨張弁５は、止め弁として機能し、内部の冷媒通路が遮断されるため、リア側の回路に冷媒が流れることはない。
【００２４】
次に、リア側の空調装置を使用するときには、ソレノイド１３は通電状態にされる。これにより、第１の鉄芯２５および第２の鉄芯２６は、互いに吸引されて吸着されるため、兼用弁体２４は、間接的にシャフト１９に固定されることになる。このとき、兼用弁体２４は、第１の鉄芯２５が第２の鉄芯２６の方へ移動するため、弁座１８から離れ、凝縮器２からポート１４に供給された高温・高圧の冷媒は、兼用弁体２４と弁座１８との間の隙間を通ってポート１５に流れる。このとき、高温・高圧の冷媒は、断熱膨張されて低温・低圧の冷媒となり、ポート１５からリア用蒸発器６に供給される。
【００２５】
リア用蒸発器６では、電磁弁付膨張弁５から供給された冷媒をリア側の車室内の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、蒸発した冷媒を電磁弁付膨張弁５に戻す。電磁弁付膨張弁５では、リア用蒸発器６から戻ってきた冷媒をポート１６で受け、ポート１７から圧縮機１に戻される。このとき、電磁弁付膨張弁５は、リア用蒸発器６から出た冷媒の温度および圧力をパワーエレメント１２のダイヤフラム２０が感知し、冷媒の温度および圧力に応じたダイヤフラム２０の変位をシャフト１９および第１および第２の鉄芯２５，２６を介して兼用弁体２４に伝達し、冷媒流量を制御する。
【００２６】
なお、この電磁弁付膨張弁５においては、パワーエレメント１２の駆動力を弁部に伝達するための駆動力伝達部材を１本のシャフト１９によって構成したが、任意の位置で分割して２本以上のシャフトで構成しても良い。
【００２７】
図３は第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。なお、図３において、図２に示した電磁弁付膨張弁の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。また、この図３においても図２と同様に、冷媒流路を遮断する止め弁として機能する状態と、開度が制御される通常の膨張弁として機能する状態とを同時に示すために、弁体およびソレノイドの可動部については、図の中心より右側が非通電時の弁閉状態を示し、左側は通電時に膨張弁として機能しているときの状態を示している。
【００２８】
この第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁５ａは、膨張弁として使用するときにソレノイド１３に所定の電流を供給して兼用弁体２４を弁座１８から引き離す動作をするが、そのときにポート１４に供給された冷媒の圧力が兼用弁体２４の動作に影響を与えないような構造にしている。
【００２９】
すなわち、パワーエレメント１２の駆動力を弁部に伝達するための駆動力伝達部材を、２本のシャフト３１，３２と弁体ガイド３３とで構成している。シャフト３１、弁体ガイド３３およびシャフト３２は、この並びで同一軸線上に配置されている。シャフト３１は、その上端がパワーエレメント１２のセンターディスク２１に当接され、下端が兼用弁体２４を軸線方向に進退自在にガイドするようにしている。弁体ガイド３３は、弁孔の径と同じ直径を有し、兼用弁体２４を軸線方向に進退自在にガイドするようにしている。シャフト３２は、ソレノイド１３の駆動シャフトを構成し、スプリング２７によってパワーエレメント１２の方向に付勢されている。そして、兼用弁体２４と第１の鉄芯２５との間に形成された空間にＶパッキン３０を配置して、弁閉時に、第１の鉄芯２５とシャフト３２との間の隙間を介して弁体ガイド３３に導入される高圧の冷媒が兼用弁体２４と弁体ガイド３３との間および兼用弁体２４とシャフト３１との間の隙間を通って弁部の下流側に流れる内部漏れを防ぐようにしている。
【００３０】
兼用弁体２４をガイドするとともにＶパッキン３０が配置されている弁体ガイド３３が弁孔の内径と同じ直径を有していることにより、着座部分の有効受圧面積と兼用弁体２４がＶパッキン３０によって弁体ガイド３３を気密的に摺動する部分の有効受圧面積とが等しくなるため、ポート１４から導入された高圧冷媒の圧力によって兼用弁体２４がその開閉方向へ付勢されるような力は生じない。したがって、ソレノイド１３に通電して第１の鉄芯２５と第２の鉄芯２６とを吸着させるとき、兼用弁体２４はソレノイド力だけで弁座１８から引き離すことができる。これは、兼用弁体２４を駆動力伝達部材に固着するソレノイド力が小さくてよく、ソレノイド１３を小型化することができることを意味する。
【００３１】
なお、シャフト３１，３２および弁体ガイド３３は、それぞれ別体に形成されていても一体に形成されていてもよい。また、ソレノイド１３内のシャフト３２を弁体ガイド３３と同じ直径にして、シャフト３２と弁体ガイド３３とを一体化してもよい。
【００３２】
図４は第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。なお、図４において、図３に示した電磁弁付膨張弁の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。また、この図４においても図２および図３と同様に、冷媒流路を遮断する止め弁として機能する状態と、開度が制御される通常の膨張弁として機能する状態とを同時に示すために、弁体およびソレノイドの可動部については、図の中心より右側が非通電時の弁閉状態を示し、左側は通電時に膨張弁として機能しているときの状態を示している。
【００３３】
この第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁５ｂは、第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁５ａに対して、その止め弁機能に冷媒の流れを完全に止めるための機能と、圧縮機１からリア用蒸発器６への冷媒の逆流を防止する機能とを追加した構成にしている。
【００３４】
すなわち、兼用弁体２４は、弁座１８と着座する部分に可撓性のリング状の弁シート３４が設けられている。これにより、ソレノイド１３が非通電時に全閉状態となる止め弁機能は、全閉時に弁シート３４が兼用弁体２４と弁座１８との間を完全にシールし、冷媒の流れを完全に止めることができるようになる。
【００３５】
また、リア用蒸発器６からの冷媒を受けるポート１６と圧縮機１へ冷媒を戻すポート１７との間の冷媒通路に逆止弁３５を配置している。この逆止弁３５は、図示の例では、ポート１６からパワーエレメント１２に冷媒の温度および圧力を感知させるためにダイヤフラム２０の下側の部屋へ連通している空間へ冷媒が流れる冷媒通路の出口側に配置されており、図示はしないが、冷媒通路の内壁によって開閉方向にガイドされる脚部と一体に形成され、かつ、ばね力の弱いスプリングによって弁閉方向に付勢されている。逆止弁３５は、着座する部分に可撓性のリング状の弁シート３６が設けられている。これにより、ソレノイド１３が非通電時に兼用弁体２４が弁座１８に着座してリア用蒸発器６が凝縮器２から完全に隔離されているとき、逆止弁３５は、リア用蒸発器６を圧縮機１からも完全に隔離することができる。したがって、リア側の回路を長期間停止している場合に、圧縮機１の側の冷媒がリア用蒸発器６に逆流してそこに溜まってしまうことを防止できるので、フロント側の回路を流れる冷媒が減ることがなく、正常な冷凍作用を維持することができる。
【００３６】
なお、上記の第３の実施の形態では、弁シート３４は兼用弁体２４の側に設けたが、弁座１８の側に設けてもよいことはもちろんである。また、本発明の電磁弁付膨張弁は、特定の冷媒を用いた冷凍サイクルに適用するものではなく、あらゆる種類の冷媒を用いた冷凍サイクルに適用することが可能である。さらに、上記の第１ないし第３の実施の形態では、本発明による電磁弁付膨張弁をリア側空調装置の膨張弁に適用した場合を例にして説明したが、フロント側およびリア側空調装置の構成を図１の構成と逆にしてフロント側空調装置の膨張弁として適用することもできるし、フロント側およびリア側空調装置の構成を図１のリア側空調装置の構成と同じにしてフロント側空調装置およびリア側空調装置の両方の膨張弁として適用することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、膨張弁の弁体と止め弁の弁体とを一体化した兼用弁体を、パワーエレメントの駆動力を兼用弁体に伝達する駆動力伝達部材にソレノイドによって結合または解放できる構成にした。これにより、ソレノイドの非通電時は、兼用弁体は止め弁として機能し、通電時は、膨張弁として機能するコンパクトな電磁弁付膨張弁を構成することができる。
【００３８】
また、止め弁を弁シートで完全にシールするとともにリア用蒸発器から圧縮機へ戻る冷媒通路に圧縮機からの冷媒がリア用蒸発器に逆流するのを防止する逆止弁を設けたことにより、リア用蒸発器を冷凍サイクルから完全に隔離することができるので、リア用蒸発器に冷媒が寝込んでしまって冷凍作用に供される冷媒の量が減少してしまうことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁弁付膨張弁を適用した自動車用空調装置のシステム図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図４】第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 膨張弁
４ フロント用蒸発器
５，５ａ，５ｂ 電磁弁付膨張弁
６ リア用蒸発器
１１ 本体ブロック
１２ パワーエレメント
１３ ソレノイド
１４，１５，１６，１７ ポート
１８ 弁座
１９ シャフト
２０ ダイヤフラム
２１ センターディスク
２２ 鉄芯ケース
２３ 軸受部
２４ 兼用弁体
２５ 第１の鉄芯（可動鉄芯）
２６ 第２の鉄芯（固定鉄芯）
２７，２８ スプリング
２９ 電磁コイル
３０ Ｖパッキン
３１，３２ シャフト
３３ 弁体ガイド
３４ 弁シート
３５ 逆止弁
３６ 弁シート
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁弁と膨張弁とを一体化した電磁弁付膨張弁に関し、特に車室内のフロント側とリア側とが独立して空調することができる自動車用空調装置のリア側回路に用いられる電磁弁付膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用空調装置として、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ことができるように、フロント用蒸発器およびその膨張弁とリア用蒸発器およびその膨張弁とを並列に配置して構成した冷凍サイクルが用いられている。
【０００３】
フロント側の冷凍サイクルを使用しているとき、リア用の冷凍サイクルは、必ずしも使用しているとは限らない。そのため、リア側の回路に止め弁として機能する電磁弁を設けて、リア側の冷凍サイクルを使用していないときには、冷媒が流れないようにすることが行われている。
【０００４】
このような用途に用いられる止め弁および膨張弁は、設置スペースおよびコストの点からこれらを一体に構成した電磁弁付膨張弁が提案されている（たとえば特許文献１参照。）。
【０００５】
このような電磁弁付膨張弁は、止め弁と膨張弁とを一体にしたといってもそれらを単に結合しているに過ぎず、止め弁の機能と膨張弁の機能とが独立した構成になっている。これに対し、止め弁の弁体を膨張弁の弁体と共用する構成にして弁構造をコンパクトにした電磁弁付膨張弁が提案されている（たとえば特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１８２９８３号公報（図２）
【特許文献２】
特開平１１−３０４２９８号公報（図１〜図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、止め弁の弁体と膨張弁の弁体とを共通にした上記の電磁弁付膨張弁は、パイロット作動の構成にしてあるため、構造が複雑になってい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、構造を簡単にした電磁弁付膨張弁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、冷媒を断熱膨張させる膨張弁と冷媒流路を開閉する止め弁とを一体化した電磁弁付膨張弁において、一端がパワーエレメントに常に当接された状態で前記膨張弁の弁孔に挿設されている駆動力伝達部材と、前記膨張弁の弁孔の前記パワーエレメントと反対側において前記駆動力伝達部材にガイドされてその軸線方向に進退自在に配置された前記膨張弁および前記止め弁の兼用弁体と、前記駆動力伝達部材に関して前記兼用弁体を弁閉方向に付勢する第１のスプリングと、通電されることにより前記兼用弁体と前記駆動力伝達部材とを電磁的に結合させて前記パワーエレメントの変位を前記兼用弁体に伝達するソレノイドと、を備え、前記ソレノイドは、前記兼用弁体を保持しながら前記駆動力伝達部材に沿って進退自在に配置された第１の鉄芯と、前記駆動力伝達部材に固定された第２の鉄芯と、前記第１の鉄芯および前記第２の鉄芯を収容する鉄芯ケースと、前記第２の鉄芯を前記鉄芯ケースに関して前記第１の鉄芯の方向に付勢する第２のスプリングと、前記鉄芯ケースの外側に配置されて前記第１の鉄芯と前記第２の鉄芯とを吸着または解放する電磁コイルとを有し、前記第１の鉄芯と前記第２の鉄芯との間に前記第１のスプリングが介挿され、前記第２のスプリングが前記駆動力伝達部材を前記パワーエレメントに常に当接するよう付勢していることを特徴とする電磁弁付膨張弁が提供される。
【００１０】
このような電磁弁付膨張弁によれば、ソレノイドの非通電時では、兼用弁体は駆動力伝達部材に関してその軸線方向の動きがフリーになっており、かつ、第１のスプリングが兼用弁体を弁閉方向に付勢している。これにより、兼用弁体は着座されているので、全閉状態になり、電磁弁付膨張弁は冷媒流路を遮断する止め弁として機能する。一方、通電時は、ソレノイドによって兼用弁体が駆動力伝達部材に結合されるので、兼用弁体は、冷媒の温度および圧力を感じて動作するパワーエレメントに連動して開度が制御され、電磁弁付膨張弁は通常の膨張弁として機能する。
【００１１】
【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は本発明の電磁弁付膨張弁を適用した自動車用空調装置のシステム図である。
【００１２】
この自動車用空調装置は、車室内のフロント側とリア側とを独立して空調できるもので、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、フロント用蒸発器４とによって、フロント側空調装置の冷凍サイクルを構成し、膨張弁３およびフロント用蒸発器４の回路に並列に接続された電磁弁付膨張弁５およびリア用蒸発器６がリア側空調装置の冷凍サイクルの一部を構成している。
【００１３】
圧縮機１にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、凝縮器２に送られ、ここで車室外の空気と熱交換され、凝縮して液冷媒となる。この液冷媒は、膨張弁３と電磁弁付膨張弁５に送られる。膨張弁３では、液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の気液混合状態の冷媒にし、フロント用蒸発器４に送る。フロント用蒸発器４は、膨張弁３から送られた冷媒をフロント側の車室内の空気または車室内に導入された車室外の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、蒸発したガス冷媒は圧縮機１に戻される。このとき、膨張弁３は、フロント用蒸発器４の出口における冷媒温度を検出して所定の過熱度になるよう冷媒流量を制御している。
【００１４】
電磁弁付膨張弁５においても、同様に、凝縮器２にて凝縮された液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の気液混合状態の冷媒にし、リア用蒸発器６に送る。リア用蒸発器６は、電磁弁付膨張弁５から送られた冷媒をリア側の車室内の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、蒸発したガス冷媒は電磁弁付膨張弁５を通過して圧縮機１に戻される。このとき、電磁弁付膨張弁５は、リア用蒸発器６から出た冷媒の温度および圧力を検出して冷媒流量を制御している。
【００１５】
リア側の空調装置を使用しないときには、電磁弁付膨張弁５は、内部の冷媒通路を遮断し、リア側の回路に冷媒が流れないようにする。
次に、電磁弁付膨張弁５の具体的な実施の形態について説明する。
【００１６】
図２は第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。この図２において、冷媒流路を遮断する止め弁として機能する状態と、開度が制御される通常の膨張弁として機能する状態とを同時に示すために、弁体およびソレノイドの可動部については、図の中心より右側が非通電時の弁閉状態を示し、左側は通電時に膨張弁として機能しているときの状態を示している。
【００１７】
本発明による電磁弁付膨張弁５は、止め弁および膨張弁の弁部を収容する本体ブロック１１と、リア用蒸発器６から戻ってきた冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメント１２と、止め弁機能または膨張弁機能の切り換えを行うソレノイド１３とを備えている。
【００１８】
本体ブロック１１の側部には、凝縮器２から高温・高圧の冷媒を受けるポート１４と、この電磁弁付膨張弁５にて断熱膨張された低温・低圧の冷媒をリア用蒸発器６へ供給するポート１５と、リア用蒸発器６から戻ってきた冷媒を受けるポート１６と、このポート１６で受けた冷媒を圧縮機１へ送るポート１７とが設けられている。
【００１９】
ポート１４からポート１５へ連通する流体通路には、弁座１８が本体ブロック１１と一体に形成されている。その弁座１８をなす弁孔を貫通して、１本のシャフト１９がこの電磁弁付膨張弁５の長手方向に延びるように配置されている。シャフト１９の上端は、パワーエレメント１２のダイヤフラム２０の下面に配置されたセンターディスク２１に当接し、下端は、ソレノイド１３の鉄芯ケース２２に形成された軸受部２３によって支持されている。
【００２０】
弁座１８の上流側には、弁座１８に対向し、かつシャフト１９をガイドとして接離自在に兼用弁体２４が配置されている。これにより、弁座１８と兼用弁体２４との間の隙間が高圧の冷媒を絞る可変オリフィスを構成し、冷媒は、この可変オリフィスを通過するときに断熱膨張する。
【００２１】
兼用弁体２４は、シャフト１９をガイドとして軸線方向に進退自在に配置されたソレノイド１３の第１の鉄芯２５に保持されている。この第１の鉄芯２５は、兼用弁体２４を駆動する可動鉄芯として働く。第１の鉄芯２５の下方には、シャフト１９に固着されて固定鉄芯として働く第２の鉄芯２６が配置され、スプリング２７によって上方に付勢されている。このスプリング２７により、シャフト１９は、常にパワーエレメントに当接するように付勢されている。また、第１の鉄芯２５と第２の鉄芯２６との間には、スプリング２８が配置されている。このスプリング２８は、非通電時に、第１の鉄芯２５を第２の鉄芯２６から離れる方向に付勢し、これによって、第１の鉄芯２５に保持された兼用弁体２４を弁座１８に常に着座させて全閉状態を維持できるようにしている。鉄芯ケース２２の外側には、電磁コイル２９が配置され、これを通電することにより第１の鉄芯２５と第２の鉄芯２６とを吸着させ、この結果、兼用弁体２４とシャフト１９とを電磁的に結合させてパワーエレメント１２のダイヤフラム２０の変位を兼用弁体２４に伝達するようにしている。
【００２２】
なお、弁閉時に、兼用弁体２４とシャフト１９との間の隙間を通って冷媒が弁部の下流側に漏れてしまう内部漏れを防ぐために、兼用弁体２４と第１の鉄芯２５との間に形成された空間にＶパッキン３０を配置している。
【００２３】
以上の構成の電磁弁付膨張弁５において、リア側の空調装置を使用しないときには、ソレノイド１３は非通電状態にある。このため、第１の鉄芯２５は、スプリング２８によって第２の鉄芯２６から離れる方向に付勢されるため、第１の鉄芯２５に保持された兼用弁体２４は弁座１８に着座される。これにより、電磁弁付膨張弁５は、止め弁として機能し、内部の冷媒通路が遮断されるため、リア側の回路に冷媒が流れることはない。
【００２４】
次に、リア側の空調装置を使用するときには、ソレノイド１３は通電状態にされる。これにより、第１の鉄芯２５および第２の鉄芯２６は、互いに吸引されて吸着されるため、兼用弁体２４は、間接的にシャフト１９に固定されることになる。このとき、兼用弁体２４は、第１の鉄芯２５が第２の鉄芯２６の方へ移動するため、弁座１８から離れ、凝縮器２からポート１４に供給された高温・高圧の冷媒は、兼用弁体２４と弁座１８との間の隙間を通ってポート１５に流れる。このとき、高温・高圧の冷媒は、断熱膨張されて低温・低圧の冷媒となり、ポート１５からリア用蒸発器６に供給される。
【００２５】
リア用蒸発器６では、電磁弁付膨張弁５から供給された冷媒をリア側の車室内の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、蒸発した冷媒を電磁弁付膨張弁５に戻す。電磁弁付膨張弁５では、リア用蒸発器６から戻ってきた冷媒をポート１６で受け、ポート１７から圧縮機１に戻される。このとき、電磁弁付膨張弁５は、リア用蒸発器６から出た冷媒の温度および圧力をパワーエレメント１２のダイヤフラム２０が感知し、冷媒の温度および圧力に応じたダイヤフラム２０の変位をシャフト１９および第１および第２の鉄芯２５，２６を介して兼用弁体２４に伝達し、冷媒流量を制御する。
【００２６】
なお、この電磁弁付膨張弁５においては、パワーエレメント１２の駆動力を弁部に伝達するための駆動力伝達部材を１本のシャフト１９によって構成したが、任意の位置で分割して２本以上のシャフトで構成しても良い。
【００２７】
図３は第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。なお、図３において、図２に示した電磁弁付膨張弁の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。また、この図３においても図２と同様に、冷媒流路を遮断する止め弁として機能する状態と、開度が制御される通常の膨張弁として機能する状態とを同時に示すために、弁体およびソレノイドの可動部については、図の中心より右側が非通電時の弁閉状態を示し、左側は通電時に膨張弁として機能しているときの状態を示している。
【００２８】
この第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁５ａは、膨張弁として使用するときにソレノイド１３に所定の電流を供給して兼用弁体２４を弁座１８から引き離す動作をするが、そのときにポート１４に供給された冷媒の圧力が兼用弁体２４の動作に影響を与えないような構造にしている。
【００２９】
すなわち、パワーエレメント１２の駆動力を弁部に伝達するための駆動力伝達部材を、２本のシャフト３１，３２と弁体ガイド３３とで構成している。シャフト３１、弁体ガイド３３およびシャフト３２は、この並びで同一軸線上に配置されている。シャフト３１は、その上端がパワーエレメント１２のセンターディスク２１に当接され、下端が兼用弁体２４を軸線方向に進退自在にガイドするようにしている。弁体ガイド３３は、弁孔の径と同じ直径を有し、兼用弁体２４を軸線方向に進退自在にガイドするようにしている。シャフト３２は、ソレノイド１３の駆動シャフトを構成し、スプリング２７によってパワーエレメント１２の方向に付勢されている。そして、兼用弁体２４と第１の鉄芯２５との間に形成された空間にＶパッキン３０を配置して、弁閉時に、第１の鉄芯２５とシャフト３２との間の隙間を介して弁体ガイド３３に導入される高圧の冷媒が兼用弁体２４と弁体ガイド３３との間および兼用弁体２４とシャフト３１との間の隙間を通って弁部の下流側に流れる内部漏れを防ぐようにしている。
【００３０】
兼用弁体２４をガイドするとともにＶパッキン３０が配置されている弁体ガイド３３が弁孔の内径と同じ直径を有していることにより、着座部分の有効受圧面積と兼用弁体２４がＶパッキン３０によって弁体ガイド３３を気密的に摺動する部分の有効受圧面積とが等しくなるため、ポート１４から導入された高圧冷媒の圧力によって兼用弁体２４がその開閉方向へ付勢されるような力は生じない。したがって、ソレノイド１３に通電して第１の鉄芯２５と第２の鉄芯２６とを吸着させるとき、兼用弁体２４はソレノイド力だけで弁座１８から引き離すことができる。これは、兼用弁体２４を駆動力伝達部材に固着するソレノイド力が小さくてよく、ソレノイド１３を小型化することができることを意味する。
【００３１】
なお、シャフト３１，３２および弁体ガイド３３は、それぞれ別体に形成されていても一体に形成されていてもよい。また、ソレノイド１３内のシャフト３２を弁体ガイド３３と同じ直径にして、シャフト３２と弁体ガイド３３とを一体化してもよい。
【００３２】
図４は第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。なお、図４において、図３に示した電磁弁付膨張弁の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。また、この図４においても図２および図３と同様に、冷媒流路を遮断する止め弁として機能する状態と、開度が制御される通常の膨張弁として機能する状態とを同時に示すために、弁体およびソレノイドの可動部については、図の中心より右側が非通電時の弁閉状態を示し、左側は通電時に膨張弁として機能しているときの状態を示している。
【００３３】
この第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁５ｂは、第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁５ａに対して、その止め弁機能に冷媒の流れを完全に止めるための機能と、圧縮機１からリア用蒸発器６への冷媒の逆流を防止する機能とを追加した構成にしている。
【００３４】
すなわち、兼用弁体２４は、弁座１８と着座する部分に可撓性のリング状の弁シート３４が設けられている。これにより、ソレノイド１３が非通電時に全閉状態となる止め弁機能は、全閉時に弁シート３４が兼用弁体２４と弁座１８との間を完全にシールし、冷媒の流れを完全に止めることができるようになる。
【００３５】
また、リア用蒸発器６からの冷媒を受けるポート１６と圧縮機１へ冷媒を戻すポート１７との間の冷媒通路に逆止弁３５を配置している。この逆止弁３５は、図示の例では、ポート１６からパワーエレメント１２に冷媒の温度および圧力を感知させるためにダイヤフラム２０の下側の部屋へ連通している空間へ冷媒が流れる冷媒通路の出口側に配置されており、図示はしないが、冷媒通路の内壁によって開閉方向にガイドされる脚部と一体に形成され、かつ、ばね力の弱いスプリングによって弁閉方向に付勢されている。逆止弁３５は、着座する部分に可撓性のリング状の弁シート３６が設けられている。これにより、ソレノイド１３が非通電時に兼用弁体２４が弁座１８に着座してリア用蒸発器６が凝縮器２から完全に隔離されているとき、逆止弁３５は、リア用蒸発器６を圧縮機１からも完全に隔離することができる。したがって、リア側の回路を長期間停止している場合に、圧縮機１の側の冷媒がリア用蒸発器６に逆流してそこに溜まってしまうことを防止できるので、フロント側の回路を流れる冷媒が減ることがなく、正常な冷凍作用を維持することができる。
【００３６】
なお、上記の第３の実施の形態では、弁シート３４は兼用弁体２４の側に設けたが、弁座１８の側に設けてもよいことはもちろんである。また、本発明の電磁弁付膨張弁は、特定の冷媒を用いた冷凍サイクルに適用するものではなく、あらゆる種類の冷媒を用いた冷凍サイクルに適用することが可能である。さらに、上記の第１ないし第３の実施の形態では、本発明による電磁弁付膨張弁をリア側空調装置の膨張弁に適用した場合を例にして説明したが、フロント側およびリア側空調装置の構成を図１の構成と逆にしてフロント側空調装置の膨張弁として適用することもできるし、フロント側およびリア側空調装置の構成を図１のリア側空調装置の構成と同じにしてフロント側空調装置およびリア側空調装置の両方の膨張弁として適用することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、膨張弁の弁体と止め弁の弁体とを一体化した兼用弁体を、パワーエレメントの駆動力を兼用弁体に伝達する駆動力伝達部材にソレノイドによって結合または解放できる構成にした。これにより、ソレノイドの非通電時は、兼用弁体は止め弁として機能し、通電時は、膨張弁として機能するコンパクトな電磁弁付膨張弁を構成することができる。
【００３８】
また、止め弁を弁シートで完全にシールするとともにリア用蒸発器から圧縮機へ戻る冷媒通路に圧縮機からの冷媒がリア用蒸発器に逆流するのを防止する逆止弁を設けたことにより、リア用蒸発器を冷凍サイクルから完全に隔離することができるので、リア用蒸発器に冷媒が寝込んでしまって冷凍作用に供される冷媒の量が減少してしまうことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁弁付膨張弁を適用した自動車用空調装置のシステム図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図４】第３の実施の形態に係る電磁弁付膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 膨張弁
４ フロント用蒸発器
５，５ａ，５ｂ 電磁弁付膨張弁
６ リア用蒸発器
１１ 本体ブロック
１２ パワーエレメント
１３ ソレノイド
１４，１５，１６，１７ ポート
１８ 弁座
１９ シャフト
２０ ダイヤフラム
２１ センターディスク
２２ 鉄芯ケース
２３ 軸受部
２４ 兼用弁体
２５ 第１の鉄芯（可動鉄芯）
２６ 第２の鉄芯（固定鉄芯）
２７，２８ スプリング
２９ 電磁コイル
３０ Ｖパッキン
３１，３２ シャフト
３３ 弁体ガイド
３４ 弁シート
３５ 逆止弁
３６ 弁シート
Claims (6)
- 冷媒を断熱膨張させる膨張弁と冷媒流路を開閉する止め弁とを一体化した電磁弁付膨張弁において、
一端がパワーエレメントに常に当接された状態で前記膨張弁の弁孔に挿設されている駆動力伝達部材と、
前記膨張弁の弁孔の前記パワーエレメントと反対側において前記駆動力伝達部材にガイドされてその軸線方向に進退自在に配置された前記膨張弁および前記止め弁の兼用弁体と、
前記駆動力伝達部材に関して前記兼用弁体を弁閉方向に付勢する第１のスプリングと、
通電されることにより前記兼用弁体と前記駆動力伝達部材とを電磁的に結合させて前記パワーエレメントの変位を前記兼用弁体に伝達するソレノイドと、
を備え、
前記ソレノイドは、前記兼用弁体を保持しながら前記駆動力伝達部材に沿って進退自在に配置された第１の鉄芯と、前記駆動力伝達部材に固定された第２の鉄芯と、前記第１の鉄芯および前記第２の鉄芯を収容する鉄芯ケースと、前記第２の鉄芯を前記鉄芯ケースに関して前記第１の鉄芯の方向に付勢する第２のスプリングと、前記鉄芯ケースの外側に配置されて前記第１の鉄芯と前記第２の鉄芯とを吸着または解放する電磁コイルとを有し、前記第１の鉄芯と前記第２の鉄芯との間に前記第１のスプリングが介挿され、前記第２のスプリングが前記駆動力伝達部材を前記パワーエレメントに常に当接するよう付勢していることを特徴とする電磁弁付膨張弁。 - 前記駆動力伝達部材は、一端に前記パワーエレメントが当接され、他端に前記第２の鉄芯が固定された１本のシャフトからなり、前記シャフトと前記兼用弁体との間にはシール部材が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
- 前記駆動力伝達部材は、一端が前記パワーエレメントに当接され他端が前記兼用弁体をガイドする第１のシャフトと、前記第２の鉄芯が固定され前記第２のスプリングによって前記第１のシャフトの方向に付勢されている第２のシャフトと、前記第１および第２のシャフトの間にて前記兼用弁体を軸線方向に進退自在にガイドするよう配置されていて前記膨張弁の弁孔の内径と同じ直径を有する弁体ガイドとを同一軸線上に配置して構成され、前記弁体ガイドと前記兼用弁体との間にはシール部材が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
- 前記駆動力伝達部材は、一端が前記パワーエレメントに当接され他端が前記兼用弁体をガイドする第１のシャフトと、前記膨張弁の弁孔の内径と同じ直径を有し、前記第２のスプリングによって前記第１のシャフトの方向に付勢されていて前記兼用弁体を軸線方向に進退自在にガイドするよう配置されている第２のシャフトとを同一軸線上に配置して構成され、前記第２のシャフトと前記兼用弁体との間にはシール部材が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
- 前記兼用弁体または前記兼用弁体が着座する弁座に、冷媒の流れを完全に止める可撓性の弁シートが設けられていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
- 前記パワーエレメントに冷媒の温度および圧力を感知させるために冷媒を通過させるようにした冷媒通路に、冷媒の逆流を防止する逆止弁を備えていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁付膨張弁。
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