KR20140006845A - 차량용 냉난방 장치 - Google Patents

Abstract

일 태양에 따른 차량용 냉난방 장치는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기; 차량 실외에 배치되고, 냉방 운전시에 냉매를 방열시키는 실외 응축기로서 기능 하는 한편, 난방 운전시에는 냉매를 증발시키는 실외 증발기로서 기능 하는 실외 열교환기; 차량 실내에 배치되어 냉매를 증발시키는 실내 증발기; 압축기, 실외 열교환기, 실내 증발기를 연결하는 냉매 순환 통로를 구성하는 복수의 냉매 통로의 개도를 각각 조정하기 위한 제1비례 밸브(105) 및 제2비례 밸브(106)와, 상기 복수의 비례 밸브를 수용하는 공용의 바디(104)와, 상기 복수의 비례 밸브의 개도를 전기적으로 조정하기 위한 공용의 모터 유닛(102)을 포함하는 비례 밸브(34); 를 구비한다.

Description

차량용 냉난방 장치{VEHICLE HEATING, VENTILATION AND AIR CONDITIONING SYSTEM}

본 발명은 차량용 냉난방 장치에 관한 것으로서, 특히 차량용 냉난방 장치의 냉매 통로의 전환에 바람직한 제어 밸브에 관한 것이다.

최근, 내연 기관을 탑재한 차량은 엔진의 연소 효율이 향상되어, 열원으로서 이용해온 냉각수가 난방에 필요한 온도까지 상승하기 어려워져 있다. 한편, 내연 기관과 전동기를 병용한 하이브리드 차량은 내연 기관의 가동율이 낮기 때문에, 상기와 같은 냉각수의 이용이 더 어렵다. 전기자동차에는 내연 기관에 의한 열원 그 자체가 없다. 이 때문에, 냉방뿐만 아니라 난방에도 냉매를 사용한 사이클 운전을 하여, 차량 실내를 제습 난방 가능한 히트펌프식의 차량용 냉난방 장치가 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

이와 같은 차량용 냉난방 장치는, 압축기, 실외 열교환기, 증발기, 실내 열교환기 등을 포함하는 냉동 사이클을 구비하고, 난방 운전시와 냉방 운전시에 실외 열교환기의 기능이 전환된다. 난방 운전시에는 실외 열교환기가 증발기로서 기능 한다. 그때, 냉동 사이클을 냉매가 순환하는 과정에서 실내 열교환기가 방열하고, 그 열에 의해 차량 실내의 공기가 가열된다. 한편, 냉방 운전시에는 실외 열교환기가 응축기로서 기능 한다. 그때, 실외 열교환기에 의해 응축된 냉매가 증발기에 의해 증발하고, 그 증발 잠열에 의해 차량 실내의 공기가 냉각된다. 그때, 제습도 이루어진다.

일본국 공개특허공보 H09-240266호 공보

그러나, 차량 실내의 쾌적성을 유지하면서, 한랭 환경에서도 차량 운전중의 시야를 양호하게 유지하기 위해, 이와 같은 차량용 냉난방 장치에서는 특히 제습 운전이 중요시된다. 그 때문에, 복수의 열교환기가 비교적 복잡한 경로로 배관되는 경우가 많고, 냉매 통로의 전환을 위해 2방향 밸브, 3방향 밸브, 4방향 밸브와 같은 제어 밸브가 많이 사용된다. 2방향 밸브는, 개폐에 의해 냉매 통로를 개방 또는 차단하거나, 개도 조정에 의해 냉매 통로의 개도를 조정하거나 한다. 3방향 밸브는, 1개의 공용 통로와 2개의 분기 통로의 접속점에 마련되고, 공용 통로와 연통시키는 분기 통로를 전환한다. 4방향 밸브는, 2개의 상류측 통로와 2개의 하류측 통로의 접속점에 마련되고, 상류측 통로와 하류측 통로의 연통 상태의 조립을 전환한다. 이들의 제어 밸브는, 액추에이터로서 솔레노이드나 스테핑 모터 등을 사용하는 전기구동 밸브로서 구성되는 경우가 많다.

하지만, 이와 같은 제어 밸브가 많이 사용되면, 당연하게 비용이 증대하고, 차량의 설치 스페이스 상의 문제도 발생한다. 이 때문에, 이와 같은 제어 밸브를, 냉매 통로를 전환하기만 하는 전환 밸브로서 뿐만 아니라, 그 개도를 비례적으로 변화시켜 냉매의 유량을 조정하는 비례 밸브로서 기능 시키거나, 그 개도를 축소하여 냉매를 팽창시켜 상태 천이시키는 팽창 밸브로서 기능 시키는 등, 복수 종의 제어 밸브의 기능을 겸용시킬 수도 있다. 그러나, 2방향 밸브로서 구성하는 경우에는, 그 설치 수에 상응한 액추에이터가 필요하게 된다. 또한, 3방향 밸브나 4방향 밸브로서 구성하는 경우에도, 상기 복수의 밸브부의 개도를 외부에서 조정 가능하게 하는 경우에는, 그 밸브부의 수에 상응한 액추에이터가 필요하게 되어, 여전히 개선의 여지가 있었다.

본 발명은, 복수의 냉매 통로를 전환하여 운전이 이루어지는 차량용 냉난방 장치에 있어서, 그 냉매 통로를 전환하는 제어 밸브에 드는 비용을 전체적으로 억제하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 차량용 냉난방 장치는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기; 차량 실외에 배치되고, 냉방 운전시에 냉매를 방열시키는 실외 응축기로서 기능 하는 한편, 난방 운전시에는 냉매를 증발시키는 실외 증발기로서 기능 하는 실외 열교환기; 차량 실내에 배치되어 냉매를 증발시키는 실내 증발기; 압축기, 실외 열교환기, 실내 증발기를 연결하는 냉매 순환 통로를 구성하는 복수의 냉매 통로의 개도를 각각 조정하기 위한 복수의 밸브부와, 상기 복수의 밸브부를 수용하는 공용의 바디와, 상기 복수의 밸브부의 개도를 전기적으로 조정하기 위한 공용의 액추에이터를 포함하는 제어 밸브; 를 구비한다.

이 태양에 의하면, 복수의 냉매 통로의 개도를 각각 조정하기 위해 복수의 밸브부가 마련되는데, 상기 복수의 밸브부가 공용의 바디에 수용되어 공용의 액추에이터에 의해 개폐 구동되는 제어 밸브(복합 밸브)로서 구성된다. 이 때문에, 밸브부의 수에 대해 바디나 액추에이터의 수를 억제할 수 있고, 차량용 냉난방 장치의 냉매 통로의 전환에 필요한 제어 밸브에 드는 전체적 비용을 억제할 수 있다. 이와 같은 제어 밸브를 냉매 순환 통로에 복수 마련하면, 밸브부의 수에 대해 전체적 비용을 더욱 억제하는 것도 가능해진다.

본 발명에 의하면, 복수의 냉매 통로를 전환하여 운전이 이루어지는 차량용 냉난방 장치에 있어서, 그 냉매 통로를 전환하는 제어 밸브에 드는 비용을 전체적으로 억제할 수 있다.

도 1은 제1실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 제1실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 3은 제1실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 4는 제1실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 5는 제1실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제2실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 8은 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 9는 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 10은 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 11은 제3실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 제3실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 13은 제3실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 14는 제3실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 15는 제3실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 16은 제4실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은 제4실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 18은 제4실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 19는 제4실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 20은 제4실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 21은 제5실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는 제5실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 23은 제5실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 24는 제5실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 25는 제5실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 26은 제6실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 27은 제6실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 28은 제6실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 29는 제6실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.

[제1실시형태]

우선, 본 발명의 제1실시형태에 대해 설명한다. 도 1은 제1실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태는, 본 발명의 차량용 냉난방 장치를 전기자동차의 냉난방 장치로서 구체화한 것이다.

차량용 냉난방 장치(100)는, 압축기(2), 실내 응축기(3), 실외 열교환기(5), 증발기(7) 및 어큐뮬레이터(8)를 배관으로 접속한 냉동 사이클(냉매 순환 회로)을 구비한다. 차량용 냉난방 장치(100)는, 냉매로서의 대체 프레온(HFO-1234yf)이 냉동 사이클 내를 상태 변화하면서 순환하는 과정에서, 그 냉매의 열을 이용하여 차량 실내의 공기조절을 진행하는 히트펌프식의 냉난방 장치로서 구성되어 있다.

차량용 냉난방 장치(100)는, 또한, 냉방 운전시와 난방 운전시에 복수의 냉매 순환 통로를 전환하도록 운전된다. 이 냉동 사이클은, 실내 응축기(3)와 실외 열교환기(5)가 응축기로서 병렬로 동작 가능하게 구성되고, 또한, 증발기(7)와 실외 열교환기(5)가 증발기로서 병렬로 동작 가능하게 구성되어 있다.

구체적으로는, 압축기(2)의 토출실에 연결되는 통로가 분기되어, 그중의 하나인 제1통로(21)가 실내 응축기(3)의 입구에 연결되고, 다른 하나인 제2통로(22)가 실외 열교환기(5)의 한쪽의 출입구에 연결된다. 실외 열교환기(5)의 다른 한쪽의 출입구는 제3통로(23)를 통해 증발기(7)의 입구에 접속되고, 증발기(7)의 출구는 제4통로(24)(복귀 통로)를 통해 어큐뮬레이터(8)의 입구에 접속되어 있다.

실내 응축기(3)의 출구에 연결되는 제5통로(25)는, 그 하류측에서 분기되어, 그중의 하나인 제1분기 통로(26)가 제3통로(23)를 통해 증발기(7)에 연결되고, 다른 하나인 제2분기 통로(27)가 제3통로(23)를 통해 실외 열교환기(5)의 다른 한쪽의 출입구에 연결된다. 또한, 제2통로(22)의 중간부에 있어서 바이패스 통로(29)가 분기되어, 어큐뮬레이터(8) 나아가서는 압축기(2)에 연결된다. 제2통로(22)에 있어서의 바이패스 통로(29)와의 분기점에는 전환 밸브(31)가 배치되어 있다.

또한, 제5통로(25)에는 과냉각도 제어 밸브(32)가 마련되고, 그 하류측이 제1분기 통로(26)와 제2분기 통로(27)로 분기되어 있다. 그 분기점에는 비례 밸브(34)가 마련되어 있다. 제3통로(23)에 있어서의 제2분기 통로(27)와의 접속점과, 제1분기 통로(26)와의 접속점 사이에는, 과냉각도 제어 밸브(36) 및 차압 밸브(38)가 배치되어 있다. 제4통로(24)에는 과열도 제어 밸브(40)가 마련되어 있다.

압축기(2)는, 하우징 내에 모터와 압축 기구를 수용하는 전동 압축기로서 구성되고, 도시하지 않는 배터리로부터의 공급 전류에 의해 구동되고, 모터의 회전수에 상응하여 냉매의 토출 용량이 변화한다.

실내 응축기(3)는, 차량 실내에 마련되고, 실외 열교환기(5)와는 별도로 냉매를 방열시키는 보조 응축기로서 기능 한다. 즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 냉매가 실내 응축기(3)를 통과할 때 방열한다. 차량 실내에 도입된 공기는, 실내 응축기(3)를 통과하는 과정에서 따뜻해진다.

실외 열교환기(5)는, 차량 실외에 배치되고, 냉방 운전시에 내부를 통과하는 냉매를 방열시키는 실외 응축기로서 기능 하는 한편, 난방 운전시에는 내부를 통과하는 냉매를 증발시키는 실외 증발기로서 기능 한다. 실외 열교환기(5)가 증발기로서 기능할 때는, 팽창 장치(과냉각도 제어 밸브(32))를 통과하는 것에 의해 저온 저압이 된 냉매가, 실외 열교환기(5)를 통과할 때 증발한다.

증발기(7)는, 차량 실내에 배치되고, 내부를 통과하는 냉매를 증발시키는 실내 증발기로서 기능 한다. 즉, 팽창 장치(과냉각도 제어 밸브(32) 또는 과냉각도 제어 밸브(36))를 통과하는 것에 의해 저온 저압이 된 냉매는, 증발기(7)를 통과할 때 증발한다. 차량 실내에 도입된 공기는, 그 증발 잠열에 의해 냉각되고, 제습된다. 이때 냉각 제습된 공기는, 실내 응축기(3)의 통과 과정에서 가열된다.

어큐뮬레이터(8)는, 증발기로 송출된 냉매를 기액 분리하여 저장해두는 장치이고, 액상부와 기상부를 구비한다. 이 때문에, 가령 증발기(7)로부터 상정 이상의 액냉매가 도출되었다고 해도, 그 액냉매를 액상부에 저장해둘 수 있고, 기상부의 냉매를 압축기(2)에 도출할 수 있다.

전환 밸브(31)는, 제2통로(22)를 개폐하는 제1밸브부와, 바이패스 통로(29)를 개폐하는 제2밸브부와, 각 밸브부를 구동하는 액추에이터를 구비하는 3방향 밸브로 이루어진다. 제1밸브부는, 압축기(2)로부터 제2통로(22)를 통해 실외 열교환기(5)로 흐르는 냉매의 유량을 조정한다. 제2밸브부는, 실외 열교환기(5)로부터 바이패스 통로(29)를 통해 어큐뮬레이터(8)로 흐르는 냉매의 유량을 조정한다. 본 실시형태에서는, 전환 밸브(31)로서, 스테핑 모터의 구동에 의해 각 밸브부의 개도를 조정 가능한 전동 밸브가 사용되지만, 솔레노이드에 대한 통전에 의해 각 밸브부의 개도를 조정 가능한 전자 밸브를 사용하도록 해도 좋다.

과냉각도 제어 밸브(32)는, 실내 응축기(3)로부터 제5통로(25)를 통해 도입된 냉매를 압축 팽창시켜 하류측으로 도출하는 "팽창 장치"로서 기능 하는 한편, 후술하는 특정 난방 운전시에는 실내 응축기(3)로부터 증발기(7) 및 실외 열교환기(5)로 공급되는 냉매의 총유량을 조정하는 "총유량 밸브"로서도 기능 한다. 또한, 도시하지는 않지만, 과냉각도 제어 밸브(32)는, 상류측으로부터 냉매를 도입하는 입구 포트와, 하류측으로 냉매를 도출하는 출구 포트와, 그 입구 포트와 출구 포트를 연통하는 밸브 구멍이 마련된 바디와, 밸브 구멍에 접리하여 밸브 개도를 조정하는 밸브체와, 입구 포트로부터 도입된 냉매의 온도와 압력을 감지하여, 실내 응축기(3)의 출구측의 과냉각도가 설정값이 되도록 밸브체를 개폐 구동하는 감온부를 구비하는 것이어도 좋다.

과냉각도 제어 밸브(32)는, 실내 응축기(3)의 출구측의 과냉각도가 설정값(SC)보다 커지면 밸브 개방 방향으로 동작하여, 실내 응축기(3)를 흐르는 냉매의 유량을 증가시킨다. 이와 같이 냉매의 유량이 증가하면, 실내 응축기(3)에 있어서의 냉매의 단위 유량당의 응축 능력이 작아지기 때문에, 그 과냉각도는 작아지는 방향으로 변화한다. 반대로, 실내 응축기(3)의 출구측의 과냉각도가 설정값(SC)보다 작아지면, 과냉각도 제어 밸브(32)는, 밸브 폐쇄 방향으로 동작하여, 실내 응축기(3)를 흐르는 냉매의 유량을 감소시킨다. 이와 같이 냉매의 유량이 감소하면, 실내 응축기(3)에 있어서의 냉매의 단위 유량당의 응축 능력이 커지기 때문에, 그 과냉각도는 커지는 방향으로 변화한다. 이와 같이, 과냉각도 제어 밸브(32)는, 그 입구(실내 응축기(3)의 출구측)의 과냉각도가 설정값(SC)이 되도록 자율적으로 동작한다.

비례 밸브(34)는, 3방향 비례 밸브로서 구성되고, 제5통로(25)로부터 제1분기 통로(26)와 제2분기 통로(27)로 분기되는 분기점에 마련되어 있다. 즉, 비례 밸브(34)는, 제1분기 통로(26)의 개도를 제어하는 제1비례 밸브와, 제2분기 통로(27)의 개도를 제어하는 제2비례 밸브를 포함하는 "복합 밸브"로서 구성되어 있다.

제1비례 밸브는, 그 밸브부의 개도가 제어되는 것에 의해 제1분기 통로(26)의 개도를 조정한다. 제2비례 밸브는, 그 밸브부의 개도가 제어되는 것에 의해 제2분기 통로(27)의 개도를 조정한다. 제1비례 밸브와 제2비례 밸브는, 하나의 공통 액추에이터에 의해 각각 리니어 제어된다. 제습 기능이 향상되는 특정 난방 운전시에는, 과냉각도 제어 밸브(32)에 의해 증발기(7) 및 실외 열교환기(5)로 공급되는 냉매의 총유량이 조정되고, 그 총유량이 비례 밸브(34)에 의해 설정된 비율로 분배된다. 즉, 비례 밸브(34)는, 액추에이터의 구동량에 상응하여 제1비례 밸브 및 제2비례 밸브를 각각 통과하는 냉매의 유량을 분배하는 "분배 밸브"로서 기능 한다. 이 비례 밸브(34)의 구체적 구성에 대해서는 후술한다.

과냉각도 제어 밸브(36)는, 실외 열교환기(5)로부터 도출된 냉매를 압축 팽창시켜 증발기(7)측으로 도출하는 "팽창 장치"로서 기능 한다. 과냉각도 제어 밸브(36)는, 냉방 운전시에 실외 열교환기(5)의 출구측의 과냉각도가 미리 설정된 일정한 과냉각도(설정값(SC))에 접근하도록 냉매의 흐름을 제어한다. 본 실시형태에서는, 과냉각도 제어 밸브(36)로서, 그 상류측의 냉매의 온도와 압력을 감지하여 밸브부를 구동하는 감온부를 구비하는 기계식 제어 밸브가 사용된다.

과냉각도 제어 밸브(36)는, 냉방 운전시에 실외 열교환기(5)의 출구측의 과냉각도가 설정값(SC)보다 커지면 밸브 개방 방향으로 동작하여, 실외 열교환기(5)를 흐르는 냉매의 유량을 증가시킨다. 이와 같이 냉매의 유량이 증가하면, 실외 열교환기(5)에 있어서의 냉매의 단위 유량당의 응축 능력이 작아지기 때문에, 그 과냉각도는 작아지는 방향으로 변화한다. 반대로, 실외 열교환기(5)의 출구측의 과냉각도가 설정값(SC)보다 작아지면, 과냉각도 제어 밸브(36)는 밸브 폐쇄 방향으로 동작하여, 실외 열교환기(5)를 흐르는 냉매의 유량을 감소시킨다. 이와 같이 냉매의 유량이 감소하면, 실외 열교환기(5)에 있어서의 냉매의 단위 유량당의 응축 능력이 커지기 때문에, 그 과냉각도는 커지는 방향으로 변화한다. 과냉각도 제어 밸브(36)는, 그 입구(실외 열교환기(5)의 출구측)의 과냉각도가 설정값(SC)이 되도록 자율적으로 동작한다. 또한, 본 실시형태에서는 과냉각도 제어 밸브(36)와 과냉각도 제어 밸브(32)의 과냉각도의 설정값을 동일하게 했지만, 상이한 설정값을 설정해도 좋다.

또한, 도시하지는 않지만, 과냉각도 제어 밸브(36)는, 상류측으로부터 냉매를 도입하는 입구 포트와, 하류측으로 냉매를 도출하는 출구 포트와, 그 입구 포트와 출구 포트를 연통하는 밸브 구멍이 마련된 바디와, 밸브 구멍에 접리하여 밸브 개도를 조정하는 밸브체와, 입구 포트로부터 도입된 냉매의 온도와 압력을 감지하여, 실외 열교환기(5)의 출구측의 과냉각도가 설정값이 되도록 밸브체를 개폐 구동하는 감온부를 구비하는 것이어도 좋다.

차압 밸브(38)는, 과냉각도 제어 밸브(36)의 하류측에 마련되어 있다. 차압 밸브(38)는, 제3통로(23)에 있어서 과냉각도 제어 밸브(36)측으로의 냉매의 역류를 방지하는 기계식 밸브로서 구성되고, 그 전후 차압이 설정된 밸브 개방 차압 이상이 되었을 때 밸브를 개방한다.

과열도 제어 밸브(40)는, 그 출구측에 과열도(superheat)가 발생하고 있는 경우, 그 과열도가 미리 설정된 일정한 과열도(설정 과열도(SH))에 접근하도록 냉매의 흐름을 제어한다. 본 실시형태에서는, 과열도 제어 밸브(40)로서, 그 출구측(과열도 제어 밸브(40)의 밸브부의 하류측)의 냉매의 온도와 압력을 감지하여 밸브부를 구동하는 감온부를 구비하는 기계식 제어 밸브가 사용된다.

과열도 제어 밸브(40)는, 감지한 과열도가 설정 과열도(SH)보다 크면 밸브 개도를 작게 하여, 증발기(7)의 증발 압력을 상승시키는 것에 의해, 증발기(7)를 통과하는 냉매와 외부 공기의 열교환량을 작게 하고, 이에 의해 과열도를 작게 하여 설정 과열도(SH)에 접근시킨다. 반대로, 감지된 과열도가 설정 과열도(SH)보다 작으면, 과열도 제어 밸브(40)는, 밸브 개도를 크게 하여, 증발기(7)의 증발 압력을 저하시키는 것에 의해, 증발기(7)를 통과하는 냉매와 외부 공기의 열교환량을 크게 하고, 이에 의해 과열도를 크게 하여 설정 과열도(SH)에 접근시킨다. 이와 같이, 과열도 제어 밸브(40)는, 그 출구측의 과열도가 설정 과열도(SH)에 접근하도록 자율적으로 동작한다.

또한, 도시하지는 않지만, 과열도 제어 밸브(40)는, 상류측으로부터 냉매를 도입하는 입구 포트와, 하류측으로 냉매를 도출하는 출구 포트와, 그 입구 포트와 출구 포트를 연통하는 밸브 구멍이 마련된 바디와, 밸브 구멍에 접리하여 밸브 개도를 조정하는 밸브체와, 밸브 구멍의 하류측의 냉매의 온도와 압력을 감지하여, 출구측의 과열도가 설정 과열도가 되도록 밸브부를 구동하는 감온부를 구비하는 것이어도 좋다.

이상과 같이 구성된 차량용 냉난방 장치(100)는, 도시하지 않는 제어부에 의해 제어된다. 제어부는, 차량의 승무원에 의해 세팅된 실온을 실현하기 위해 각 액추에이터의 제어량을 연산하여, 각 액추에이터의 구동 회로에 제어 신호를 출력한다. 제어부는, 차량 실내외의 온도, 증발기(7)의 토출 공기 온도 등, 각종 센서에 의해 검출된 소정의 외부 정보에 기초하여 각 제어 밸브의 제어량(밸브 개도나 개폐 상태)을 결정하고, 그 제어량이 실현되도록 액추에이터에 전류를 공급한다. 액추에이터가 스테핑 모터인 경우, 제어부는, 각 제어 밸브의 제어량이 실현되도록 스테핑 모터에 제어 펄스 신호를 출력한다. 액추에이터가 솔레노이드인 경우, 제어부는, 각 제어 밸브에 전류를 공급할 때 그 온/오프의 듀티비를 설정하고, 그 듀티비에 따라 각 제어 밸브에의 통전을 제어한다.

이와 같은 제어에 의해, 도시된 바와 같이, 압축기(2)는, 그 흡입실을 통해 흡입 압력(Ps)의 냉매를 도입하고, 이를 압축하여 토출 압력(Pd)의 냉매로서 토출한다. 이때, 과냉각도 제어 밸브(32)의 상류측은 고압의 상류측 압력(P1)이 되고, 비례 밸브(34)에 있어서의 제1비례 밸브의 하류측은 저압의 하류측 압력(P3)이 된다. 또한, 비례 밸브(34)에 있어서의 제2비례 밸브의 하류측에서 과냉각도 제어 밸브(36)의 상류측은 중간 압력(P2)이 된다.

다음으로, 본 실시형태에 따른 냉동 사이클의 주요 동작에 대해 설명한다. 도 1에는, 차량용 냉난방 장치의 특정 난방 운전시의 상태가 예시되어 있다. 여기서 말하는 "특정 난방 운전"은, 난방 운전에 있어서 특히 제습 기능을 향상시킨 운전 상태이다. 도면 중의 굵은 선 및 화살표가 냉매의 흐름을 나타내고, 도면 중의 "×"는 냉매의 흐름이 차단되어 있는 것을 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 특정 난방 운전시에는, 전환 밸브(31)에 있어서 제1밸브부가 폐쇄되는 한편, 제2밸브부가 개방된다. 한편, 비례 밸브(34)의 제1비례 밸브 및 제2비례 밸브가 함께 개방된다. 이때, 실외 열교환기(5)는 실외 증발기로서 기능 한다. 즉, 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 한쪽에서는 실내 응축기(3), 과냉각도 제어 밸브(32), 비례 밸브(34)의 제1비례 밸브, 증발기(7), 과열도 제어 밸브(40), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아가고, 다른 한쪽에서는 실내 응축기(3), 과냉각도 제어 밸브(32), 비례 밸브(34)의 제2비례 밸브, 실외 열교환기(5), 전환 밸브(31), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아간다.

즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 실내 응축기(3)를 거쳐 응축되고, 그리고, 과냉각도 제어 밸브(32)에 의해 단열 팽창된 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 비례 밸브(34)에 의해 분배된다. 분배된 냉매의 한쪽은, 실외 열교환기(5)에 공급되어 증발되고, 다른 한쪽은 증발기(7)에 공급되어 증발한다. 이때, 실외 열교환기(5) 및 증발기(7)의 두 증발기에 의해 증발되는 비율이, 비례 밸브(34)의 개도(즉, 제1비례 밸브와 제2비례 밸브의 개도의 비율)에 의해 제어된다. 이에 의해, 증발기(7)에서의 증발량을 확보할 수 있고, 제습 기능을 확보할 수 있다. 즉, 비례 밸브(34)의 개도 조정에 의해 증발기(7)에 공급되는 냉매의 유량이 조정되고, 과냉각도 제어 밸브(32)에 의해 실내 응축기(3)의 출구측의 과냉각도가 설정값(SC)이 되도록 조정된다. 또한, 과열도 제어 밸브(40)에 의해 그 출구측의 과열도가 설정 과열도(SH)가 되도록 조정된다.

다음으로, 본 실시형태의 주요 부분인 제어 밸브의 구체적 구성에 대해 설명한다. 도 2~도 5는 제1실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.

비례 밸브(34)는, 스테핑 모터 구동식의 전동 밸브로서 구성되고, 밸브 본체(101)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성되어 있다. 밸브 본체(101)는, 바닥을 갖는 원통 형상의 바디(104)에 제1비례 밸브(105)와 제2비례 밸브(106)를 동축 형태로 수용하여 구성된다.

바디(104)의 한쪽의 측부에는 도입 포트(110)가 마련되고, 다른 한쪽의 측부에는 상하에 도입/도출 포트(112), 도출 포트(114)가 마련되어 있다. 도입 포트(110)는 제5통로(25)에 연통되고, 도입/도출 포트(112)는 제2분기 통로(27)에 연통되고, 도출 포트(114)는 제1분기 통로(26)에 연통된다. 제1비례 밸브(105)는, 도입 포트(110)와 도출 포트(114)를 연결하는 냉매 통로의 개도를 조정한다. 한편, 제2비례 밸브(106)는, 도입 포트(110)와 도입/도출 포트(112)를 연결하는 냉매 통로의 개도를 조정한다.

바디(104)의 상반부에는, 원통 형상의 가이드 부재(116)가 배치되어 있다. 가이드 부재(116)는, 실링 부재를 통해 바디(104)에 동심 형태로 장착되어 있다. 가이드 부재(116)에 있어서의 도입/도출 포트(112)와의 대향면에는, 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어 있다.

바디(104)의 상단부에는, 원판 형상의 구획 부재(118)가 배치되어 있다. 구획 부재(118)는, 밸브 본체(101)의 내부와 모터 유닛(102)의 내부를 구획한다. 구획 부재(118)의 중앙부에는, 원형 보스 형태의 베어링부(119)가 마련되어 있다. 베어링부(119)의 외주면은 슬라이딩 베어링으로서 기능 한다. 가이드 부재(116)와 구획 부재(118) 사이에는, 링 형상의 탄성체(예를 들면 고무)로 이루어지는 밸브 시트 부재(120)가 협지(挾持)되도록 고정되어 있다.

바디(104)의 내방에는, 밸브체(122), 공용 밸브체(124), 밸브 작동체(126), 전달 로드(128)가 동축 형태로 배치되어 있다. 밸브체(122)는, 상반부에 이중관 구조를 갖는 단차를 갖는 원통 형상으로 되어 있고, 그 내관부의 내주면에 암나사부가 마련되어 있다. 밸브 작동체(126)는, 그 외주면에 수나사부가 형성되고, 밸브체(122)의 암나사부에 나사 결합되어 있다. 전달 로드(128)는, 그 상단부에서 밸브 작동체(126)에 연결되어 있다.

밸브체(122)는, 가이드 부재(116)의 내주면에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 그 하부에 비례 밸브부를 구비하고, 상부에 개폐 밸브부를 구비한다. 비례 밸브부는, 제2비례 밸브(106)의 제어 상태에 있어서 밸브체(122)와 공용 밸브체(124)의 협동(協動)에 의해 그 개도가 조정된다. 밸브체(122)의 하단부에는 밸브 구멍(127)이 형성되고, 그 하단 개구부에는 밸브 시트(129)가 형성되어 있다.

한편, 개폐 밸브부는, 제2비례 밸브(106)의 제어 상태에서는 전개 상태가 되어, 비례 밸브부를 통과한 냉매가 하류측으로 흐르는 것을 허용한다. 또한, 제1비례 밸브(105)와 제2비례 밸브(106)가 동시에 밸브 폐쇄 상태가 되는 것을 실현하기 위해 밸브 폐쇄 상태로 된다. 즉, 밸브체(122)의 상단면이 밸브 시트 부재(120)에 탈착하여 제2비례 밸브(106)의 개폐 밸브부를 개폐한다. 밸브체(122)와 구획 부재(118) 사이에는, 밸브체(122)를 비례 밸브부의 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(130)("바이어싱 부재"로서 기능한다)이 마련되어 있다.

공용 밸브체(124)는, 전달 로드(128)의 하단부에 동축 형태로 고정되어 있다. 공용 밸브체(124)는, 단차를 갖는 원주 형상의 본체를 구비하고, 그 하단부에 제1밸브 부재(131)가 감착(嵌着)되고, 상단부에는 제2밸브 부재(132)가 감착되어 있다. 제1밸브 부재(131) 및 제2밸브 부재(132)는，모두 링 형상의 탄성체(본 실시형태에서는 고무)로 이루어진다. 도입 포트(110)와 도출 포트(114)를 연결하는 냉매 통로에는 밸브 구멍(134)이 마련되고, 그 상단 개구단 에지에 밸브 시트(136)가 형성되어 있다. 제1밸브 부재(131)는, 밸브 시트(136)에 탈착하여 제1비례 밸브(105)를 개폐한다. 제2밸브 부재(132)는, 밸브 시트(129)에 탈착하여 제2비례 밸브(106)의 비례 밸브부를 개폐한다.

공용 밸브체(124)의 상단부에는 밸브 구멍(127)에 슬라이딩하면서 지지되는 복수의 다리부(상기 도면에는 1개만 표시)가 연장 마련되어 있다. 또한, 공용 밸브체(124)의 하단부에는 밸브 구멍(134)에 슬라이딩하면서 지지되는 복수의 다리부(상기 도면에는 1개만 표시)가 연장 마련되어 있다. 공용 밸브체(124)와 밸브 작동체(126) 사이에는, 공용 밸브체(124)를 제1비례 밸브(105)의 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(138)("바이어싱 부재"로서 기능한다)이 마련되어 있다.

밸브 작동체(126)는, 모터 유닛(102)의 회전 구동력을 받아 회전하고, 그 회전력을 병진력으로 변환한다. 즉, 밸브 작동체(126)가 회전하면, 나사 기구("작동 변환 기구"로서 기능한다)에 의해 밸브 작동체(126)가 축선 방향으로 변위하여, 전달 로드(128)를 통해 공용 밸브체(124)를 축선 방향(제1비례 밸브(105), 제2비례 밸브(106)의 개폐 방향)으로 구동한다.

한편, 모터 유닛(102)은, 로터(172)와 스테이터(173)를 포함하는 스테핑 모터로서 구성되어 있다. 모터 유닛(102)은, 바닥을 갖는 원통 형상의 슬리브(170)의 내방에 로터(172)를 회전 자유롭게 지지하도록 하여 구성되어 있다. 슬리브(170)의 외주에는, 여자 코일(171)을 수용한 스테이터(173)가 마련되어 있다. 슬리브(170)는, 그 하단 개구부가 바디(104)에 장착되어 있고, 바디(104)와 함께 비례 밸브(34)의 바디를 구성한다.

로터(172)는, 원통 형상으로 형성된 회전축(174)과, 상기 회전축(174)의 외주에 배치된 마그넷(176)을 구비한다. 본 실시형태에서는, 마그넷(176)은 24극으로 자화되어 있다. 회전축(174)의 내방에는 모터 유닛(102)의 거의 전체 길이에 걸치는 내부 공간이 형성되어 있다. 회전축(174)의 내주면의 특정 개소에는, 축선에 대해 평행으로 연장되는 가이드부(178)가 마련되어 있다. 가이드부(178)는, 후술하는 회전 스토퍼와 결합하기 위한 돌출부를 형성하는 것이고, 축선에 대해 평행으로 연장되는 하나의 돌출바에 의해 구성되어 있다.

회전축(174)의 하단부는 약간 축경(縮徑)되고, 그 내주면에 축선에 대해 평행으로 연장되는 4개의 가이드부(180)이 마련되어 있다. 가이드부(180)는, 축선에 대해 평행으로 연장되는 한쌍의 돌출바에 의해 구성되고, 회전축(174)의 내주면에 90도 간격으로 마련되어 있다. 상기 4개의 가이드부(180)에는, 상술한 밸브 작동체(126)의 4개의 다리부(152)가 감합(嵌合)되어, 로터(172)와 밸브 작동체(126)가 일체로 회전할 수 있도록 되어 있다. 단, 밸브 작동체(126)는, 로터(172)에 대한 회전 방향의 상대 변위는 규제되지만, 그 가이드부(180)에 따른 축선 방향의 변위는 허용된다. 즉, 밸브 작동체(126)는, 로터(172)와 함께 회전하면서 공용 밸브체(124)의 개폐 방향으로 구동된다.

로터(172)의 내방에는, 그 축선을 따라 길이가 긴 샤프트(182)가 배치되어 있다. 샤프트(182)는, 그 상단부가 슬리브(170)의 저부 중앙에 압입되는 것에 의해 캔틸레버 형태로 고정되고, 가이드부(178)에 대해 평행하게 내부 공간에 연장되어 있다. 샤프트(182)는, 밸브 작동체(126)와 동일 축선 상에 배치되어 있다. 샤프트(182)에는, 사프트의 거의 전체 길이에 걸쳐 연장된 나선 형태의 가이드부(184)가 마련되어 있다. 가이드부(184)는, 코일 형태의 부재로 이루어지고, 샤프트(182)의 외면에 감착되어 있다. 가이드부(184)의 상단부는 뒤집어 접어져서 계지부(係止部)(186)로 되어 있다.

가이드부(184)에는, 나선 형태의 회전 스토퍼(188)가 회전 가능하게 계합되어 있다. 회전 스토퍼(188)는, 가이드부(184)에 계합되는 나선 형태의 계합부(係合部)(190)와, 회전축(174)에 지지되는 동력 전달부(192)를 구비한다. 계합부(190)는 1회 권취 코일(single turn coil) 형상으로 되어 있고, 그 하단부에 반경 방향 외측으로 연장되는 동력 전달부(192)가 연결되어 있다. 동력 전달부(192)의 선단부가 가이드부(178)에 계합되어 있다. 즉, 동력 전달부(192)는, 가이드부(178)의 하나의 돌출바에 닿아 계지된다. 이 때문에, 회전 스토퍼(188)는, 회전축(174)에 의해 회전 방향의 상대 변위는 규제되지만, 가이드부(178)에 슬라이딩하면서 그 축선 방향의 변위가 허용된다.

즉, 회전 스토퍼(188)는, 로터(172)와 일체로 회전하여, 그 계합부(190)가 가이드부(184)를 따라 가이드되는 것에 의해, 축선 방향으로 구동된다. 단, 회전 스토퍼(188)의 축선 방향의 구동 범위는 가이드부(178)의 양단에 형성된 계지부에 의해 규제된다. 상기 도면에는, 회전 스토퍼(188)가 하사점에서 계지된 상태가 도시되어 있다. 회전 스토퍼(188)가 상방으로 변위하여 계지부(186)에 계지되면, 그 위치가 상사점이 된다.

로터(172)는, 그 상단부가 샤프트(182)에 회전 자유롭게 지지되고, 하단부가 베어링부(119)에 회전 자유롭게 지지되어 있다. 구체적으로는, 회전축(174)의 상단 개구부에 바닥을 갖는 원통 형상의 단부 부재(194)가 마련되고, 그 단부 부재(194)의 중앙에 마련된 원통축(196)의 부분이 샤프트(182)에 지지되어 있다. 즉, 베어링부(119)가 일단측의 베어링부가 되고, 샤프트(182)에 있어서의 원통축(196)과의 슬라이딩부가 타단측의 베어링부가 되고 있다.

이상과 같이 구성된 비례 밸브(34)는, 모터 유닛(102)의 구동 제어에 의해 그 밸브 개도를 조정 가능한 스테핑 모터 작동식의 제어 밸브로서 기능 한다. 이하, 그 동작에 대해 상세하게 설명한다.

비례 밸브(34)의 유량 제어에 있어서, 차량용 냉난방 장치의 도시하지 않는 제어부는, 설정 개도에 따른 스테핑 모터의 구동 스텝 수를 연산하여, 여자 코일(171)에 구동 전류(구동 펄스)를 공급한다. 이에 의해 로터(172)가 회전하고, 한쪽에서 밸브 작동체(126)가 회전 구동되어 제1비례 밸브(105) 및 제2비례 밸브(106)의 개도가 설정 개도로 조정되고, 다른 한쪽에서 회전 스토퍼(188)가 가이드부(184)를 따라 구동되는 것에 의해, 각 밸브체의 동작 범위가 규제된다.

도 2는 제1비례 밸브(105)와 제2비례 밸브(106)가 모두 밸브 폐쇄 상태가 되는 경우를 나타내고 있다. 비례 밸브(34)는, 예를 들면 냉방 운전시에 이와 같은 상태를 취한다. 따라서, 냉방 운전시에는, 실내 응축기(3)를 거친 고온의 가스 냉매가 증발기(7)측으로 누설되는 것이 방지된다.

한편, 제1비례 밸브(105)의 밸브 폐쇄를 유지한 상태에서 제2비례 밸브(106)의 개도를 제어하는 경우, 도 2의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동(정방향 회전)되는 것에 의해, 도 3에 나타내는 바와 같이 밸브체(122)가 개폐 밸브부의 밸브 개방 방향으로 변위한다. 즉, 나사 기구에 의해 밸브 작동체(126)와 밸브체(122)가 상대 변위하는 한편, 밸브체(122)가 스프링(130)에 의해 하방으로 바이어싱되기 때문에, 밸브체(122)가 밸브 시트 부재(120)로부터 이격하여, 제2비례 밸브(106)의 개폐 밸브부가 개방된다.

특정 난방 운전 상태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1비례 밸브(105) 및 제2비례 밸브(106)가 모두 밸브 개방 상태로 되어, 그 개도 비율이 조정된다. 즉, 도 3의 상태에서 로터(172)가 더욱 동(同) 방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1비례 밸브(105)의 개도와 제2비례 밸브(106)의 비례 밸브부의 개도의 비율이 조정된다. 밸브체(122)가 가이드 부재(116)에 계지되기 때문에 밸브체(122)가 하방에 위치하고, 그 결과, 제1비례 밸브(105)가 밸브체(122)에 매달려 인상된다.

또한, 제1비례 밸브(105)의 밸브 개방을 유지한 상태로 제2비례 밸브(106)를 밸브 폐쇄 상태로 하는 경우, 도 4의 상태에서 로터(172)가 더욱 동(同) 방향으로 구동된다. 이에 의해, 도 5에 나타내는 바와 같이 제2밸브 부재(132)가 밸브 시트(129)에 착석하여 제2비례 밸브(106)의 비례 밸브부를 폐쇄하는 한편, 제1비례 밸브(105)를 전개(全開) 상태로 할 수 있다.

[제2실시형태]

다음으로, 본 발명의 제2실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치는, 냉매 순환 통로나 제어 밸브의 구성이 제1실시형태와 상이하다. 이하, 제1실시형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하는 등에 의해 적절히 그 설명을 생략한다. 도 6은 제2실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.

차량용 냉난방 장치(200)의 냉동 사이클은, 실내 응축기(3)와 실외 열교환기(5)가 응축기로서 직렬로 동작 가능하게 구성되고, 증발기(7)와 실외 열교환기(5)가 증발기로서 병렬로 동작 가능하게 구성되어 있다.

구체적으로는, 압축기(2)의 토출실에 연결되는 제1통로(21)가 실내 응축기(3)의 입구에 연결되고, 실내 응축기(3)의 출구에 연결되는 제2통로(22)가 실외 열교환기(5)의 한쪽의 출입구에 연결된다. 제2통로(22)는, 전환 밸브(31)의 상류측에 바이패스 통로(28)와의 분기점을 구비한다. 바이패스 통로(28)는, 그 하류측에서 분기되어, 그중의 하나인 제1분기 통로(26)가 제3통로(23)를 통해 증발기(7)에 연결되고, 다른 하나인 제2분기 통로(27)가 제3통로(23)를 통해 실외 열교환기(5)의 다른 한쪽의 출입구에 연결된다.

제1분기 통로(26)에는 개폐 밸브(205)가 마련되고, 제2분기 통로(27)에는 비례 밸브(206)가 마련되어 있다. 제3통로(23)에 있어서의 제2분기 통로(27)와의 접속점과, 제1분기 통로(26)와의 접속점 사이에는 역지 밸브(238)가 마련되어 있다. 제3통로(23)에 있어서의 제1분기 통로(26)와의 접속점의 하류측에는 과냉각도 제어 밸브(36) 및 차압 밸브(38)가 배치되어 있다. 한편, 개폐 밸브(205)와 비례 밸브(206)의 상류측에는, 제1실시형태에서 설명한 과냉각도 제어 밸브(32)는 마련되어 있지 않다.

제4통로(24)에는 개폐 밸브(240)가 마련되어 있다. 개폐 밸브(240)는, 제4통로(24)를 개폐하는 밸브부와, 그 밸브부를 구동하는 솔레노이드를 구비하고, 전류공급에 의해 밸브부의 개도를 조정하는 것에 의해 제4통로(24)의 개도를 조정한다. 또한, 본 실시형태에서는, 개폐 밸브(240)로서 통전 유무에 따라 개폐하는 온/오프 밸브가 사용되고, 그 밸브 개방 빈도에 따라 일정 시간당의 밸브 개방 시간을 조정하는 것에 의해 개도를 조정한다. 변형예에서는, 밸브부의 개구 면적 자체를 조정 가능한 비례 밸브나 차압 밸브로서 구성해도 좋다. 개폐 밸브(240)는, 전환 밸브(31)와 협동하여 실외 열교환기(5)에 의한 열흡수와 증발기(7)에 의한 제습을 적정하게 하기 위해, 증발기(7)의 증발 압력(Pe)과 실외 열교환기(5)의 증발 압력(Po)의 차압 ΔP=Pe-Po이 적정해지도록 개폐 제어되는 것이다.

특정 난방 운전시에는, 전환 밸브(31)에 있어서 제1밸브부가 폐쇄되는 한편, 제2밸브부가 개방된다. 한편, 개폐 밸브(205)가 밸브 개방되어, 비례 밸브(206)의 개도가 제어된다. 이때, 실외 열교환기(5)는 실외 증발기로서 기능 한다. 즉, 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 한쪽에서 실내 응축기(3), 개폐 밸브(205), 과냉각도 제어 밸브(36), 차압 밸브(38), 증발기(7), 개폐 밸브(240), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아가고, 다른 한쪽에서 실내 응축기(3), 비례 밸브(206), 실외 열교환기(5), 전환 밸브(31), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아간다.

즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 실내 응축기(3)를 거쳐 응축되고, 그리고, 개폐 밸브(205)를 통과한 냉매가, 과냉각도 제어 밸브(36)에 의해 단열 팽창되어, 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 증발기(7)에 공급되어 증발한다. 한편, 비례 밸브(206)를 통과한 냉매는, 실외 열교환기(5)에 공급되어 증발한다. 이때, 개폐 밸브(205)는 전개 상태에 있기 때문에, 실외 열교환기(5) 및 증발기(7)의 두 증발기에 의해 증발되는 비율은, 비례 밸브(206)의 개도에 의해 제어된다. 이에 의해, 증발기(7)에서의 증발량을 확보할 수 있고, 제습 기능을 확보할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태의 주요 부분인 제어 밸브의 구체적 구성에 대해 설명한다. 도 7~도 10은 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.

개폐 밸브(205)와 비례 밸브(206)는, 공용의 스테핑 모터에 의해 구동되는 복합 밸브(210)로서 조립된다. 복합 밸브(210)는, 밸브 본체(201)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성되어 있다. 밸브 본체(201)는, 바닥을 갖는 원통 형상의 바디(204)에 개폐 밸브(205)와 비례 밸브(206)를 동축 형태로 수용하여 구성된다.

바디(204)의 한쪽의 측부에는 도입 포트(110)가 마련되고, 다른 한쪽의 측부에는 상하에 제1도출 포트(212), 제2도출 포트(214)가 마련되어 있다. 도입 포트(110)는 바이패스 통로(28)의 상류측에 연통되고, 제1도출 포트(212)는 제1분기 통로(26)에 연통되고, 제2도출 포트(214)는 제2분기 통로(27)에 연통된다. 바디(204)의 상반부에는 원통 형상의 가이드 부재(216)가 배치되고, 바디(204)의 하반부에는 단차를 갖는 원통 형상의 가이드 부재(217)가 배치되어 있다.

가이드 부재(216)는, 그 상반부의 내주면이 가이드 구멍(218)을 형성하고, 그 하단부가 밸브 구멍(220)을 형성하고 있다. 또한, 밸브 구멍(220)의 하단 개구단 에지에 의해 밸브 시트(222)가 형성되어 있다. 가이드 부재(216)에 있어서의 제1도출 포트(212)와의 대향면에는, 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어 있다. 구획 부재(118)의 베어링부(219)의 내주면에는 암나사부가 마련되고, 외주면은 슬라이딩 베어링으로서 기능 한다.

바디(204)의 내방에는, 지름이 큰 밸브체(230), 지름이 작은 밸브체(232), 및 밸브 작동체(126)가 동축 형태로 배치되어 있다. 밸브체(230)의 외주면에는 링 형상의 탄성체(예를 들면 고무)로 이루어지는 밸브 부재(236)가 감착되어 있고, 그 밸브 부재(236)가 밸브 시트(222)에 탈착하는 것에 의해, 개폐 밸브(205)를 개폐한다.

가이드 부재(217)는, 실링 부재를 통해 바디(104)에 장착되어 있다. 가이드 부재(217)에 있어서의 도입 포트(110)와의 대향면에는, 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어 있다. 또한, 가이드 부재(217)에 있어서의 제2도출 포트(214)와의 대향면에도, 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어 있다. 가이드 부재(217)의 측부 근방에는, 가이드 부재(217)를 상하 방향으로 관통하는 연통로(237)가 형성되어 있다.

밸브체(230)는, 그 상방에 축경부를 통해 구획부(241)가 연장 마련되고, 하방에 소경부(242)가 연결되어 있다. 그리고, 구획부(241), 밸브체(230) 및 소경부(242)를 관통하는 연통로(244)가 형성되어 있다. 구획부(241)의 상단부가 가이드 구멍(218)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 소경부(242)가 가이드 부재(217)의 하반부에 슬라이딩 가능하게 지지되는 것에 의해, 밸브체(230)의 개폐 방향으로의 안정된 동작이 확보되고 있다. 구획부(241)와 구획 부재(118) 사이에는 배압실(250)이 형성된다. 밸브체(230)와 가이드 부재(217) 사이에는, 밸브체(230)를 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(254)("바이어싱 부재"로서 기능한다)이 마련되어 있다.

소경부(242)의 축선 방향 중앙부에는 약간 지름이 축소된 밸브 구멍(253)이 마련되고, 그 상류측 개구단 에지에 의해 밸브 시트(255)가 형성되어 있다. 소경부(242)에 있어서의 밸브 구멍(253)의 약간 상방에는, 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어, 도입 포트(110)와 밸브 구멍(253)을 연통시키고, 또한, 도입 포트(110)와 배압실(250)을 연통시키고 있다. 이 때문에, 배압실(250)에는, 도입 포트(110)로부터 도입되는 상류측 압력(Pin)이 채워진다. 한편, 소경부(242)에 있어서의 밸브 구멍(253)의 약간 하방에도 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어, 밸브 구멍(253)과 제2도출 포트(214)를 연통시키고 있다.

본 실시형태에서는, 밸브 구멍(220)의 유효 지름(A)과 가이드 구멍(218)의 유효 지름(B)이 동일하게 설정되어 있기 때문에(밸브체(230)의 유효 수압 면적과 구획부(241)의 유효 수압 면적이 실질적으로 동일하게 되어 있기 때문에), 밸브체(230)에 작용하는 냉매 압력의 영향은 캔슬된다. 특히, 그 압력 캔슬을 엄밀하게 실현하기 위해, 배압실(250)에 있어서의 구획부(241)의 상방에는, 개폐 밸브(205)가 밸브 폐쇄 상태가 될 때 구획부(241)에 밀착하여 그 유효 수압 면적을 확대하는 수압 조정 부재(249)가 배치되어 있다. 수압 조정 부재(249)는, 링 형상의 탄성체(예를 들면 고무)로 이루어지고, 그 외주 단부가 가이드 부재(216)와 구획 부재(118) 사이에 협지되어 있다.

즉, 밸브체(230)의 유효 수압 면적은, 밸브 구멍(220)의 유효 지름(A)에 대응되도록 설정되어 있다. 그러나, 밸브 부재(236)가 밸브 시트(222)에 착석한 완전 실링 상태에서는, 탄성체의 성질에 의해 실제의 유효 수압 지름이 밸브 구멍(220)의 유효 지름(A)보다 약간 커진다. 이에 대응하기 위해, 그 완전 실링시에서는, 수압 조정 부재(249)가 구획부(241)의 하면에 밀착하도록 하는 것에 의해, 배압실(250)측의 유효 수압 지름이 가이드 구멍(218)의 유효 지름(B)보다 약간 커지도록 한다. 이와 같이 하여 밸브체(230)의 유효 수압 면적과 구획부(241)의 유효 수압 면적을 동일하게 하는 것에 의해, 완전한 압력 캔슬을 실현한다.

밸브체(232)는, 단차를 갖는 원주 형상으로 되어 있고, 밸브체(230)의 내방에 동축 형태로 배치되어 있다. 밸브체(232)는, 그 축선 방향 중앙부에 가이드부(239)를 구비하고, 그 가이드부(239)가 밸브체(230)의 내주면에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 밸브체(232)는, 가이드부(239)의 약간 하방에 형성된 테이퍼면에 의해 밸브 시트(255)에 탈착하여, 비례 밸브(206)를 개폐한다. 또한, 밸브체(232)의 하반부는, 소경부(242)를 관통하여, 그 선단부가 가이드 부재(217)의 하단부에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 밸브체(232)의 하단면에는, 연통로(237)를 통해 도입되는 상류측 압력(Pin)이 작용한다.

한편, 밸브체(232)의 상반부는, 밸브체(230)의 연통로(244)를 관통하여, 그 상단부가 밸브 작동체(126)에 지지되어 있다. 밸브체(232)의 상단부는 밸브 작동체(126)의 저부를 관통하여, 그 선단부가 외방으로 코킹되어 계지부(256)로 되어 있다. 밸브 작동체(126)는, 그 수나사부가 베어링부(219)의 암나사부에 나사 결합된다. 밸브체(232)와 밸브 작동체(126) 사이에는, 밸브체(232)를 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(257)("바이어싱 부재"로서 기능한다)이 마련되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 가이드 부재(217)의 내방에 있어서의 소경부(242)의 상측 슬라이딩부의 유효 수압 지름(C)과 하측 슬라이딩부의 유효 수압 지름(D)이 동일하게 설정되고, 또한, 밸브체(232)를 슬라이딩 가능하게 지지하는 소경부(242)의 하단 개구부의 유효 지름(E)과 밸브 구멍(253)의 유효 지름(F)이 동일하게 설정되어 있기 때문에, 밸브체(232)에 작용하는 냉매 압력의 영향은 캔슬된다.

이상과 같이 구성된 복합 밸브(210)는, 다음과 같이 동작한다. 도 7은 개폐 밸브(205)와 비례 밸브(206)가 모두 밸브 폐쇄 상태로 되는 경우를 나타내고 있다. 복합 밸브(210)는, 예를 들면 냉방 운전시에 이와 같은 상태를 취한다. 따라서, 냉방 운전시에는, 실내 응축기(3)를 거친 고온의 가스 냉매가 증발기(7)측으로 누설되는 것이 방지된다.

한편, 비례 밸브(206)의 밸브 폐쇄를 유지한 상태로 개폐 밸브(205)를 밸브 개방시키는 경우, 도 7의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 도 8에 나타내는 바와 같이 밸브체(230)가 밸브 개방 방향으로 변위한다. 즉, 나사 기구에 의해 밸브 작동체(126)가 하방으로 변위하기 때문에, 밸브체(230)가 스프링(254)의 바이어싱력에 저항하여 밀어 내려져, 개폐 밸브(205)가 밸브 개방 상태로 된다.

특정 난방 운전 상태에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 개폐 밸브(205) 및 비례 밸브(206)가 모두 밸브 개방 상태로 되어, 그 개도 비율이 조정된다. 즉, 도 8의 상태에서 로터(172)가 더욱 동(同) 방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 도 9에 나타내는 바와 같이, 밸브체(230)가 더욱 밸브 개방 방향으로 구동된다. 이때, 밸브체(232)의 선단부가 바디(204)의 저부에 계지되는 것에 의해, 밸브체(230)에 형성된 밸브 구멍(253)이 밸브체(232)에 대해 밸브 개방 방향으로 상대 변위한다. 이 상대 변위량을 조정하는 것에 의해, 개폐 밸브(205)와 비례 밸브(206)의 개도 비율을 조정할 수 있다.

또한, 개폐 밸브(205)를 밸브 폐쇄시킨 상태에서 비례 밸브(206)를 개방시키는 경우, 도 7의 상태에서 로터(172)가 타방향으로 구동된다. 이에 의해, 도 10에 나타내는 바와 같이, 스프링(254)의 바이어싱력에 의해 밸브체(230)가 밸브 시트(222)에 가압되어 개폐 밸브(205)의 밸브 폐쇄 상태가 유지된다. 한편, 밸브 작동체(126)에 의해 밸브체(232)가 매달려 인상되어, 비례 밸브(206)가 밸브 개방 상태로 된다. 비례 밸브(206)의 개도는, 로터(172)의 구동량에 의해 조정된다.

[제3실시형태]

다음으로, 본 발명의 제3실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치는, 냉매 순환 통로나 제어 밸브의 구성이 제1실시형태와 상이하다. 이하, 제1실시형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하는 등에 의해 적절히 그 설명을 생략한다. 도 11은 제3실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.

차량용 냉난방 장치(300)의 냉동 사이클은, 제1실시형태와 동일하게, 실내 응축기(3)와 실외 열교환기(5)가 응축기로서 병렬로 동작 가능하게 구성되고, 증발기(7)와 실외 열교환기(5)가 증발기로서 병렬로 동작 가능하게 구성되어 있다. 단, 제5통로(25)에는 제1실시형태에서의 과냉각도 제어 밸브(32) 대신에 역지 밸브(332)가 마련되고, 제2분기 통로(27)에 비례 밸브(334)가 마련되어 있다. 또한, 제1통로(21)에는 개폐 밸브(303)가 마련되고, 제2통로(22)에는 개폐 밸브(305)가 마련되고, 바이패스 통로(29)에는 개폐 밸브(307)가 마련되어 있다. 개폐 밸브(303, 305, 307)는, 후술하는 바와 같이, 하나의 공용 액추에이터에 의해 개폐 구동되는 복합 밸브로서 구성된다.

특정 난방 운전시에는, 개폐 밸브(303)가 개방되는 한편, 개폐 밸브(305)가 밸브 폐쇄된다. 한편, 개폐 밸브(307)가 밸브 개방되어, 비례 밸브(334)의 개도가 제어된다. 이때, 실외 열교환기(5)는 실외 증발기로서 기능 한다. 즉, 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 실내 응축기(3)를 경유하여 응축된다. 그리고, 응축된 냉매의 일부가, 과냉각도 제어 밸브(36), 증발기(7), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아간다. 응축된 냉매의 다른 일부는, 비례 밸브(334), 실외 열교환기(5), 개폐 밸브(307), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아간다.

즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 실내 응축기(3)를 거쳐 응축된다. 그리고, 응축된 냉매의 일부가, 과냉각도 제어 밸브(36)에 의해 단열 팽창되어, 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 증발기(7)에 공급되어 증발한다. 또한, 응축된 냉매의 다른 일부가, 비례 밸브(334)에 의해 단열 팽창되어, 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 실외 열교환기(5)에 공급되어 증발한다. 이때, 실외 열교환기(5) 및 증발기(7)의 두 증발기에 의해 증발되는 비율은, 비례 밸브(334)의 개도에 의해 제어된다.

다음으로, 본 실시형태의 주요 부분인 제어 밸브의 구체적 구성에 대해 설명한다. 도 12~도 15는 제3실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.

개폐 밸브(303, 305, 307)는, 공용 스테핑 모터에 의해 구동되는 복합 밸브(310)로서 조립된다. 복합 밸브(310)는, 밸브 본체(301)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성되어 있다. 밸브 본체(301)는, 바닥을 갖는 원통 형상의 바디(304)에 개폐 밸브(303, 305, 307)를 동축 형태로 수용하여 구성된다.

바디(304)의 한쪽의 측부에는 도입 포트(110) 및 제2도출 포트(316)가 마련되고, 다른 한쪽의 측부에는 제1도출 포트(312) 및 도입/도출 포트(314)가 마련되어 있다. 도입 포트(110)는 압축기(2)에 연결되는 냉매 통로에 연통되고, 제1도출 포트(312)는 제1통로(21)에 연통되고, 도입/도출 포트(314)는 제2통로(22)에 연통되고, 제2도출 포트(316)는 바이패스 통로(29)에 연통된다.

바디(304)의 내방에는, 밸브체(330), 공용 밸브체(124), 밸브 작동체(126), 전달 로드(328)가 동축 형태로 배치되어 있다. 바디(304)의 상단부에는 구획 부재(118)가 마련되고, 그 내방에 가이드 구멍(218)이 형성되어 있다. 밸브체(330)는, 그 상단부가 가이드 구멍(218)에 슬라이딩 가능하게 지지되는 것에 의해, 축선 방향으로 안정하게 동작한다. 본 실시형태에서는, 밸브체(330)의 내주면에 암나사부가 마련되어 있다. 밸브 작동체(126)는, 그 외주면에 수나사부가 형성되고, 밸브체(330)의 암나사부에 나사 결합되어 있다. 전달 로드(328)는, 그 상반부가 밸브체(330)에 내부로 삽이되고, 그 상단부에 의해 밸브 작동체(126)에 연결되어 있다.

바디(304)의 상반부에는 구획 부재(317)가 배치되고, 구획 부재(317)의 하부에 밸브 구멍(220)이 형성되어 있다. 바디(304)의 중앙부에는 구획 부재(315)가 배치되고, 구획 부재(315)의 하부에 밸브 구멍(127)이 형성되어 있다. 또한, 바디(104)의 하부에는 밸브 구멍(134)이 마련되어 있다. 밸브체(330)와 구획 부재(315) 사이에는, 밸브체(330)를 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(350)("바이어싱 부재"로서 기능한다)이 마련되어 있다. 밸브체(330)는, 상류측에서 밸브 시트(222)에 탈착하여 개폐 밸브(307)를 개폐한다.

공용 밸브체(124)는, 전달 로드(328)의 하단부에 동축 형태로 고정되어 있다. 공용 밸브체(124)는, 하방으로 연장되는 단차를 갖는 원통 형상의 구획부(339)를 구비한다. 바디(304)의 저부에는, 원형 구멍 형상의 가이드부(353)가 밸브 구멍(134)과 동축 형태로 형성되어 있다. 그리고, 구획부(339)의 하단부가 가이드부(353)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 구획부(339)와 가이드부(353)에 둘러싸인 공간에 의해 배압실(354)이 형성된다. 전달 로드(328)의 하반부에는 연통로(340)가 형성되어 있고, 도입/도출 포트(314)로부터 도입 또는 도출되는 중간 압력(Pp)이 그 연통로(340)를 통해 배압실(354)에 도입되도록 되어 있다.

여기서, 밸브 구멍(127)의 유효 지름(C)과, 밸브 구멍(134)의 유효 지름(D)과, 가이드부(353)의 유효 지름(E)이 동일하게 설정되고, 또한 밸브 구멍(220)의 유효 지름(A)과 가이드 구멍(218)의 유효 지름(B)이 동일하게 설정되어 있다. 이 때문에, 밸브체(330) 및 공용 밸브체(124)에 작용하는 냉매 압력의 영향은 캔슬된다.

이상과 같이 구성된 복합 밸브(310)는, 다음과 같이 동작한다. 도 12는 개폐 밸브(303) 및 개폐 밸브(307)가 밸브 폐쇄 상태로 되어, 개폐 밸브(305)가 밸브 개방 상태로 되는 경우를 나타내고 있다. 복합 밸브(310)는, 예를 들면 냉방 운전시에 이와 같은 상태를 취한다.

한편, 개폐 밸브(307)의 밸브 폐쇄를 유지한 상태에서 개폐 밸브(303)를 밸브 개방시키고, 개폐 밸브(305)를 밸브 폐쇄시키는 경우, 도 12의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 도 13에 나타내는 바와 같이 공용 밸브체(124)가 개폐 밸브(305)의 밸브 폐쇄 방향으로 변위한다. 또한, 도시한 상태에서 로터(172)를 동(同) 방향으로 미소량 회전 구동한 도 14의 상태까지는, 개폐 밸브(305)와 개폐 밸브(307)가 동시에 밸브 폐쇄하는 상태를 유지할 수 있다. 즉, 도 14의 상태에서는, 전달 로드(328)와 밸브 작동체(126) 사이에 미소한 간극이 형성된다. 이와 같은 밸브 폐쇄시의 움직임을 부여하는 것에 의해, 나사 기구에 의한 오차를 흡수 가능하게 하고 있다.

특정 난방 운전 상태에서는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 개폐 밸브(303)와 개폐 밸브(307)가 개방되고, 개폐 밸브(305)가 폐쇄된다. 즉, 도 14의 상태에서 로터(172)가 더욱 동(同) 방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 도 15에 나타내는 바와 같이, 나사 기구에 의해 밸브체(330)가 밸브 개방 방향으로 이동된다.

[제4실시형태]

다음으로, 본 발명의 제4실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치는, 냉매 순환 통로나 제어 밸브의 구성이 제1 및 제2실시형태와 상이하다. 이하, 제1 및 제2실시형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 제1 및 제2실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하는 등에 의해 적절히 그 설명을 생략한다. 도 16은 제4실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.

차량용 냉난방 장치(400)의 냉동 사이클은, 실내 응축기(3)와 실외 열교환기(5)가 응축기로서 직렬로 동작 가능하게 구성되고, 또한, 증발기(7)와 실외 열교환기(5)가 증발기로서 직렬로 동작 가능하게 구성되어 있다. 또한, 제1실시형태에 있어서의 어큐뮬레이터(8) 대신에 수액기(6)가 마련되어 있다.

구체적으로는, 압축기(2)의 토출실은 제1통로(21)를 통해 실내 응축기(3)의 입구에 접속되고, 실내 응축기(3)의 출구는 제2통로(22)를 통해 실외 열교환기(5)의 입구에 접속되어 있다. 실외 열교환기(5)의 출구는 제3통로(23)를 통해 증발기(7)의 입구에 접속되고, 증발기(7)의 출구는 제4통로(24)를 통해서 압축기(2)의 흡입구에 접속되어 있다. 제2통로(22)와 제3통로(23)는 바이패스 통로(29)에 의해 접속되고, 실내 응축기(3)로부터 도출된 냉매를 실외 열교환기(5)를 우회시키는 형태로 증발기(7)에 공급 가능하게 구성되어 있다. 또한, 제3통로(23)의 바이패스 통로(29)의 합류점보다 하류측에 분기점이 마련되고, 압축기(2)의 흡입구에 연결되는 바이패스 통로(429)가 마련되어 있다.

그리고, 제2통로(22)에 있어서의 바이패스 통로(29)로의 분기점에는 전환 밸브(431)가 마련되고, 바이패스 통로(429)에는 제어 밸브(435)가 마련되어 있다. 실외 열교환기(5)의 하류측에는 역지 밸브(436)가 마련되어 있다. 수액기(6)는, 제3통로(23)에 있어서의 바이패스 통로(429)와의 합류점에 마련되어 있다. 수액기(6)와 증발기(7) 사이에는, 상류측으로부터 개폐 밸브(437), 팽창 밸브(9)가 마련되어 있다.

수액기(6)는, 실외 열교환기(5) 또는 실내 응축기(3)로부터 송출된 냉매를 기액 분리하여 저장해두는 장치이고, 액상부와 기상부를 구비한다. 액상부는 제3통로(23)를 통해 증발기(7)의 입구에 연결되고, 기상부는 바이패스 통로(429)를 통해 압축기(2)의 흡입구에 연결된다. 수액기(6)는, 개폐 밸브(437)의 밸브 개방시에는 액상부의 액냉매를 팽창 밸브(9)를 향해 도출하고, 제어 밸브(435)의 밸브 개방시에는 기상부의 냉매를 압축기(2)를 향해 도출한다. 즉, 수액기(6)는, 종래의 이른바 액체 탱크와 어큐뮬레이터의 두 수액기를 겸비한 바와 같은 기능을 구비한다.

팽창 밸브(9)는, 이른바 온도식 팽창 밸브로서 구성되어 있고, 증발기(7)의 출구측의 온도와 압력을 감지하여 밸브 개도를 조정하고, 열부하에 상응한 액냉매를 증발기(7)에 공급한다. 팽창 밸브(9)는, 증발기(7)로부터 도출된 냉매가 소정의 과열도를 갖도록, 증발기(7)로 송출하는 냉매의 유량을 제어하는 온도식 팽창 밸브로 이루어진다. 이와 같은 온도식 팽창 밸브 자체는 공지이기 때문에, 그 상세한 설명에 대해서는 생략한다.

전환 밸브(431)는, 제2통로(22)를 개폐하는 제1밸브부와, 바이패스 통로(29)를 개폐하는 제2밸브부와, 각 밸브부를 구동하는 액추에이터를 구비하는 3방향 밸브로 이루어진다. 본 실시형태에서는, 전환 밸브(431)로서, 스테핑 모터의 구동에 의해 각 밸브부의 개도를 조정 가능한 전동 밸브가 사용되지만, 솔레노이드에 대한 통전에 의해 각 밸브부의 개도를 조정 가능한 전자 밸브를 사용하도록 해도 좋다. 전환 밸브(431)의 구체적 구성에 대해서는 후술한다.

제어 밸브(435)는, 바이패스 통로(429)를 개폐하는 밸브부와, 그 밸브부를 개폐 구동하는 액추에이터를 구비하는 전기구동 밸브로서 구성된다. 제어 밸브(435)는, 그 개도가 설정 개도로 조정되는 비례 밸브로서 구성되고, 그 밸브 개방에 의해 실외 열교환기(5)로부터 바이패스 통로(429)를 통한 압축기(2)로의 냉매의 흐름을 허용한다.

개폐 밸브(437)는, 제3통로(23)를 개폐하는 밸브부와, 그 밸브부를 개폐 구동하는 액추에이터를 구비하는 전기구동 밸브로서 구성된다. 개폐 밸브(437)는, 그 밸브 개방에 의해 실외 열교환기(5)로부터 제3통로(23)를 통한 증발기(7)로의 냉매의 흐름을 허용한다. 본 실시형태에서는, 제어 밸브(435)와 개폐 밸브(437)가 공용의 바디를 구비하고, 공용의 하나의 액추에이터에 의해 구동된다. 또한, 본 실시형태에서는, 그 액추에이터로서 스테핑 모터가 채용되지만, 솔레노이드를 채용해도 좋다.

역지 밸브(436)는, 제3통로(23)에 있어서의 바이패스 통로(29)와의 합류점의 상류측에 마련되어 있다. 역지 밸브(436)는, 바이패스 통로(29)를 통과한 냉매가 실외 열교환기(5)측으로 역류하는 것을 방지하는 기계식 밸브로서 구성되어 있다.

특정 난방 운전시에는, 전환 밸브(431)의 제1밸브부가 밸브 개방 상태로 되어 제2밸브부가 밸브 폐쇄 상태로 된다. 한편, 제어 밸브(435) 및 개폐 밸브(437)가 모두 밸브 개방 상태로 된다. 이 때문에, 실외 열교환기(5)로부터 도출된 냉매는, 한쪽에서 증발기(7)로 안내되고, 다른 한쪽에서 바이패스 통로(429)를 통해 압축기(2)로 안내된다.

즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 실내 응축기(3)를 거쳐 응축되고, 전환 밸브(431)의 제1밸브부에 의해 단열 팽창되어 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 되고, 실외 열교환기(5)를 통과하여 증발된다. 실외 열교환기(5)를 통과한 냉매는, 수액기(6)에 의해 더욱 기액 분리된다. 그리고, 수액기(6)의 액상부의 액냉매가 팽창 밸브(9)에 의해 단열 팽창되어 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 되어, 증발기(7)에 도입된다. 증발기(7)에 도입된 냉매는, 그 증발기(7)를 통과하는 과정에서 증발하여, 차량 실내의 공기를 제습한다. 한편, 수액기(6)의 기상부의 가스 냉매가 바이패스 통로(429)를 통해 압축기(2)에 안내된다. 그때, 그 가스 냉매는, 증발기(7)로부터 도출된 냉매와 제4통로(24)의 합류점에서 혼합된 형태로 압축기(2)에 안내된다.

다음으로, 본 실시형태의 주요 부분인 제어 밸브의 구체적 구성에 대해 설명한다. 도 17~도 20은 제4실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.

전환 밸브(431)는, 하나의 스테핑 모터에 의해 제1밸브부와 제2밸브부가 구동되는 복합 밸브로서 조립된다. 한편, 제1밸브부는 소구경의 제1비례 밸브와 대구경의 제2비례 밸브를 더 포함한다. 즉, 전환 밸브(431)는, 밸브 본체(401)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성되어 있다. 밸브 본체(401)는, 바닥을 갖는 원통 형상의 바디(404)에 제1밸브부를 구성하는 제1비례 밸브(405) 및 제2비례 밸브(406)와, 제2밸브부를 구성하는 개폐 밸브(407)를 동축 형태로 수용하여 구성된다.

도입 포트(110)는 제2통로(22)의 상류측에 연통되고, 제1도출 포트(212)는 바이패스 통로(29)에 연통되고, 제2도출 포트(214)는 제2통로(22)의 하류측에 연통된다. 바디(404)의 상반부에는 가이드 부재(216)가 배치되고, 바디(404)의 하반부에는 바닥을 갖는 원통 형상의 구획 부재(420)와 단차를 갖는 원통 형상의 구획 부재(433)가 동축 형태로 내부로 삽이되어 있다. 구획 부재(420)는, 바디(404)의 하반부에 감합되어, 바디(404)와의 사이에 연통로(422)를 형성한다. 구획 부재(420)의 저부 중앙을 축선 방향으로 관통하는 단부 구멍이 마련되고, 그 상단 개구부에 링 형상의 밸브 시트 형성 부재(424)가 압입되어 있다. 밸브 시트 형성 부재(424)의 내주부에 의해 밸브 구멍(444)이 형성되고, 그 상단 개구단 에지에 의해 밸브 시트(446)가 형성되어 있다. 작은 밸브체(432)가 밸브 시트(446)에 탈착하는 것에 의해, 제1비례 밸브(405)가 개폐된다. 연통로(422)는, 밸브 구멍(444)과 제2도출 포트(214)를 연통시킨다.

구획 부재(433)는, 실링 부재를 통해 바디(404)에 동심 형태로 장착되어 있다. 그리고, 구획 부재(433)의 중앙부에 밸브 구멍(450)이 마련되고, 그 상단 개구단 에지에 의해 밸브 시트(452)가 형성되어 있다. 구획 부재(433)의 하반부에는 가이드 구멍(418)이 형성되어 있다. 바디(404)의 내방에는, 밸브체(230), 작은 밸브체(432), 큰 밸브체(434), 밸브 작동체(126) 및 전달 로드(430)가 동축 형태로 배치되어 있다. 구획 부재(118)의 베어링부(219)의 내주면에는, 제2실시형태와 동일하게 암나사부가 마련되어 있다.

밸브체(230)는, 밸브 시트(222)에 탈착하여 개폐 밸브(407)를 개폐한다. 큰 밸브체(434)는, 밸브체(230)와 유사한 형상을 구비하고, 그 하방에 축경부를 통해 구획부(448)가 연결되어 있다. 그리고, 큰 밸브체(434) 및 구획부(448)를 관통하는 연통로(445)가 형성되어 있다. 구획부(448)의 하단부가 가이드 구멍(418)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 큰 밸브체(434)의 상단부가 가이드 부재(417)에 슬라이딩 가능하게 지지되는 것에 의해, 큰 밸브체(434)의 개폐 방향으로의 안정된 동작이 확보되고 있다.

전달 로드(430)는 작은 밸브체(432)에 일체로 마련되고, 밸브체(230) 및 큰 밸브체(434)의 내부통로를 관통한다. 전달 로드(430)는, 그 상단부 및 중앙부에 반경 방향 외측으로 돌출하는 계지부를 구비한다. 전달 로드(430)는, 밸브 작동체(126), 밸브체(230) 및 큰 밸브체(434)와 각각 상대 변위 가능하지만, 그 상측의 계지부가 밸브 작동체(126)의 상면에 계지되는 것에 의해, 밸브 작동체(126)와의 상대 변위가 규제된다. 또한, 중앙의 계지부가 큰 밸브체(434)의 상단부에 계지되는 것에 의해 큰 밸브체(434)와의 상대 변위가 규제된다.

큰 밸브체(434)는, 도입 포트(110)와 밸브 구멍(450) 사이의 압력실에 배치되고, 상류측으로부터 밸브 구멍(450)에 접리하여 제2비례 밸브(406)의 개도를 조정한다. 큰 밸브체(434)와 밸브체(230) 사이에는, 서로 제2비례 밸브(406) 및 개폐 밸브(407)의 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(254)이 마련되어 있다. 작은 밸브체(432)는, 전달 로드(430)의 하단부에 일체로 마련되고, 큰 밸브체(434)의 내방으로부터 밸브 시트(446)에 탈착하여 제1비례 밸브(405)를 개폐한다. 전달 로드(430)와 밸브체(230) 사이에는, 작은 밸브체(432)를 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(257)이 마련되어 있다.

구획부(448)와 구획 부재(420)에 둘러싸인 공간에 의해 배압실(449)이 형성되어 있다. 도입 포트(110)를 통해 도입된 상류측 압력(Pin)은, 연통로(445)를 통해 배압실(449)에 도입된다. 구획 부재(420)와 구획 부재(433) 사이에는 수압 조정 부재(249)가 배치되어 있다. 여기서, 밸브 구멍(450)의 유효 지름(C)과 가이드 구멍(418)의 유효 지름(D)이 동일하게 설정되어 있기 때문에, 큰 밸브체(434)에 작용하는 냉매 압력의 영향은 캔슬된다.

이상과 같이 구성된 전환 밸브(431)는, 다음과 같이 동작한다. 도 17은 개폐 밸브(407)가 밸브 개방 상태로 되고, 제1비례 밸브(405) 및 제2비례 밸브(406)가 밸브 폐쇄 상태로 되는 경우를 나타내고 있다. 전환 밸브(431)는, 예를 들면 실외 열교환기(5)를 기능시키지 않는 특수 난방 운전시에 이와 같은 상태를 취한다.

한편, 제1비례 밸브(405), 제2비례 밸브(406) 및 개폐 밸브(407) 모두를 밸브 폐쇄 상태로 하는 경우, 도 17의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 도 18에 나타내는 바와 같이 밸브체(230)가 밸브 폐쇄 방향으로 변위한다. 즉, 나사 기구에 의해 밸브 작동체(126)가 상방으로 변위하기 때문에, 밸브체(230)가 스프링(254)의 바이어싱력에 의해 밀어 올려지고, 개폐 밸브(407)가 밸브 폐쇄 상태로 된다.

특정 난방 운전 상태에서는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 제2비례 밸브(406) 및 개폐 밸브(407)가 밸브 폐쇄 상태로 된 상태에서 제1비례 밸브(405)에 의한 소구경 제어가 실행된다. 즉, 도 18의 상태에서 로터(172)가 더욱 동(同) 방향으로 회전 구동되는 것에 의해 작은 밸브체(432)가 밸브 개방 방향으로 변위하여, 제1비례 밸브(405)가 밸브 개방 상태로 된다. 또한, 이 소구경 제어에 의한 제1비례 밸브(405)의 개도는, 로터(172)의 구동량에 의해 조정된다.

또한, 냉방 운전시에는, 도 20에 나타내는 바와 같이, 개폐 밸브(407)가 밸브 폐쇄 상태로 된 상태에서 제1비례 밸브(405) 및 제2비례 밸브(406)가 개방되는 대구경 제어가 실행된다. 즉, 도 19의 상태에서 로터(172)가 더욱 동(同) 방향으로 회전 구동되는 것에 의해 큰 밸브체(434)가 밸브 개방 방향으로 변위하여, 제2비례 밸브(406)에 대해서도 밸브 개방 상태로 된다. 또한, 이 대구경 제어에 의한 제2비례 밸브(406)의 개도는, 로터(172)의 구동량에 의해 조정된다.

[제5실시형태]

다음으로, 본 발명의 제5실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치는, 냉매 순환 통로나 제어 밸브의 구성이 제1~4실시형태와 상이하다. 이하, 제1~4실시형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 제1~4실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하는 등에 의해 적절히 그 설명을 생략한다. 도 21은 제5실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.

차량용 냉난방 장치(500)의 냉동 사이클은, 제2실시형태의 차량용 냉난방 장치(200)와 동일하게, 실내 응축기(3)와 실외 열교환기(5)가 응축기로서 직렬로 동작 가능하게 구성되고, 증발기(7)와 실외 열교환기(5)가 증발기로서 병렬로 동작 가능하게 구성되어 있다. 단, 과냉각도 제어 밸브(36)의 하류측에는 제2실시형태와 같은 차압 밸브(38)는 마련되어 있지 않다. 또한, 바이패스 통로(28)의 분기점보다 상류측에 개폐 밸브(505)가 마련되고, 제2분기 통로(27)에 비례 밸브(506)가 마련되어 있다.

특정 난방 운전시에는, 전환 밸브(31)에 있어서 제1밸브부가 폐쇄되는 한편, 제2밸브부가 개방된다. 한편, 개폐 밸브(505)가 개방되어, 비례 밸브(506)의 개도가 제어된다. 이때, 실외 열교환기(5)는 실외 증발기로서 기능 한다. 즉, 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 한쪽에서 실내 응축기(3), 개폐 밸브(505), 과냉각도 제어 밸브(36), 증발기(7), 개폐 밸브(240), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아가고, 다른 한쪽에서 실내 응축기(3), 개폐 밸브(505), 비례 밸브(506), 실외 열교환기(5), 전환 밸브(31), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아간다.

즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 실내 응축기(3)를 거쳐 응축되고, 그리고, 개폐 밸브(505)를 통과한 냉매가, 한쪽에서 과냉각도 제어 밸브(36)에 의해 단열 팽창되어, 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 증발기(7)에 공급되어 증발하고, 다른 한쪽에서 비례 밸브(506)에 의해 단열 팽창되어, 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 실외 열교환기(5)에 공급되어 증발한다. 이때, 개폐 밸브(505)는 전개 상태에 있기 때문에, 실외 열교환기(5) 및 증발기(7)의 두 증발기에 의해 증발되는 비율은, 비례 밸브(506)의 개도에 의해 제어된다.

다음으로, 본 실시형태의 주요 부분인 제어 밸브의 구체적 구성에 대해 설명한다. 도 22~도 25는 제5실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.

개폐 밸브(505)와 비례 밸브(506)는, 공용의 스테핑 모터에 의해 구동되는 복합 밸브(510)로서 조립된다. 복합 밸브(510)는, 밸브 본체(501)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성되어 있다. 밸브 본체(501)는, 바닥을 갖는 원통 형상의 바디(504)에 개폐 밸브(505)와 비례 밸브(506)를 동축 형태로 수용하여 구성된다. 비례 밸브(506)는, 제4실시형태의 제1밸브부와 유사한 구조를 구비하고, 제1비례 밸브(511)와 제2비례 밸브(512)를 포함한다.

바디(504)의 한쪽의 측부에는 상하에 도입 포트(110), 제2도출 포트(214)가 마련되고, 다른 한쪽의 측부에는 제1도출 포트(212)가 마련되어 있다. 도입 포트(110)는 바이패스 통로(28)의 상류측에 연통되고, 제1도출 포트(212)는 제1분기 통로(26)에 연통되고, 제2도출 포트(214)는 제2분기 통로(27)에 연통된다. 바디(504)의 상반부에는 가이드 부재(516)가 배치되고, 바디(204)의 하반부에는 구획 부재(420)와 구획 부재(433)가 동축 형태로 내부로 삽이되어 있다.

바디(504)의 내방에는, 밸브체(530), 작은 밸브체(432), 큰 밸브체(434), 밸브 작동체(126) 및 전달 로드(430)가 동축 형태로 배치되어 있다. 구획 부재(118)의 베어링부(219)의 내주면에는, 제2실시형태와 동일하게 암나사부가 마련되어 있다. 가이드 구멍(218)은, 구획 부재(118)의 내주면에 형성되어 있다.

밸브체(530)는, 그 상반부가 가이드 구멍(218)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 밸브 시트(222)에 탈착하여 개폐 밸브(505)를 개폐한다. 밸브체(530)와 구획 부재(118) 사이에는, 밸브체(530)를 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(554)("바이어싱 부재"로서 기능한다)이 마련되어 있다. 작은 밸브체(432)는, 밸브 시트(446)에 탈착하여 제1비례 밸브(511)를 개폐한다. 큰 밸브체(434)는, 밸브 시트(452)에 탈착하여 제2비례 밸브(512)를 개폐한다.

이상과 같이 구성된 복합 밸브(510)는, 다음과 같이 동작한다. 도 22는 개폐 밸브(505)와 비례 밸브(506)가 모두 밸브 폐쇄 상태로 되는 경우를 나타내고 있다. 복합 밸브(510)는, 예를 들면 냉방 운전시에 이와 같은 상태를 취한다. 따라서, 냉방 운전시에는, 실내 응축기(3)를 거친 고온의 가스 냉매가 증발기(7)측으로 누설되는 것이 방지된다.

한편, 비례 밸브(506)의 밸브 폐쇄를 유지한 상태에서 개폐 밸브(505)를 밸브 개방시키는 경우, 도 22의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 도 23에 나타내는 바와 같이 밸브체(530)가 밸브 개방 방향으로 변위한다. 즉, 나사 기구에 의해 밸브 작동체(126)가 하방으로 변위하기 때문에, 밸브체(530)가 스프링(554)의 바이어싱력에 저항하여 인상되고, 개폐 밸브(505)가 밸브 개방 상태로 된다.

특정 난방 운전 상태에서는, 도 24에 나타내는 바와 같이, 개폐 밸브(505) 및 비례 밸브(506)가 모두 밸브 개방 상태로 되고, 그 개도 비율이 조정된다. 즉, 도 23의 상태에서 로터(172)가 더욱 동(同) 방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 도 24에 나타내는 바와 같이 제1비례 밸브(511)에 의한 소구경 제어가 실행된다. 또한, 로터(172)가 더욱 동(同) 방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 도 25에 나타내는 제2비례 밸브(512)에 의한 대구경 제어가 실행된다. 또한, 소구경 제어에 의한 제1비례 밸브(511)의 개도, 및 대구경 제어에 의한 제2비례 밸브(512)의 개도는, 로터(172)의 구동량에 의해 조정된다.

[제6실시형태]

다음으로, 본 발명의 제6실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치는, 냉매 순환 통로나 제어 밸브의 구성이 제1~5실시형태와 상이하다. 이하, 제1~5실시형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 제1~5실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하는 등에 의해 적절히 그 설명을 생략한다. 도 26은 제6실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.

차량용 냉난방 장치(600)의 냉동 사이클은, 제3실시형태의 차량용 냉난방 장치(300)와 동일하게, 실내 응축기(3)와 실외 열교환기(5)가 응축기로서 병렬로 동작 가능하게 구성되고, 증발기(7)와 실외 열교환기(5)가 증발기로서 병렬로 동작 가능하게 구성되어 있다. 제1통로(21)에는 개폐 밸브(603)가 마련되고, 제2통로(22)에는 개폐 밸브(605)가 마련되어 있다. 제5통로(25)로부터 분기된 제1분기 통로(26)에는 개폐 밸브(205)가 마련되고, 제2분기 통로(27)에는 비례 밸브(206)가 마련되어 있다. 또한, 제4통로(24)에는 비례 밸브(607)가 마련되고, 바이패스 통로(29)에는 비례 밸브(608)가 마련되어 있다.

특정 난방 운전시에는, 개폐 밸브(603)가 개방되는 한편, 개폐 밸브(605)가 폐쇄된다. 한편, 개폐 밸브(205)가 개방되어, 비례 밸브(206)의 개도가 제어된다. 또한, 비례 밸브(607) 및 비례 밸브(608)의 개도가 제어된다. 이때, 실외 열교환기(5)는 실외 증발기로서 기능 한다. 즉, 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 실내 응축기(3)를 경유하여 응축된다. 그리고, 응축된 냉매의 일부가, 개폐 밸브(205), 과냉각도 제어 밸브(36), 증발기(7), 비례 밸브(607), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아간다. 응축된 냉매의 다른 일부는, 비례 밸브(206), 실외 열교환기(5), 비례 밸브(608), 어큐뮬레이터(8)를 경유하도록 냉매 순환 통로를 순환하여 압축기(2)에 되돌아간다.

즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 실내 응축기(3)를 거쳐 응축된다. 그리고, 개폐 밸브(205)를 통과한 냉매가, 과냉각도 제어 밸브(36)에 의해 단열 팽창되어, 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 증발기(7)에 공급되어 증발한다. 또한, 비례 밸브(206)에 의해 단열 팽창된 냉온 저압의 기액 2상 냉매가, 실외 열교환기(5)에 공급되어 증발한다. 이때, 개폐 밸브(205)는 전개 상태에 있기 때문에, 실외 열교환기(5) 및 증발기(7)의 두 증발기에 의해 증발되는 비율은, 비례 밸브(206)의 개도에 의해 제어된다. 비례 밸브(607)는 증발기(7)의 증발 압력(Pe)을 조정하고, 비례 밸브(608)는 실외 열교환기(5)의 증발 압력(Po)을 조정한다.

다음으로, 본 실시형태의 주요 부분인 제어 밸브의 구체적 구성에 대해 설명한다. 도 27~도 29는 제6실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.

비례 밸브(607)와 비례 밸브(608)는, 공용의 스테핑 모터에 의해 구동되는 복합 밸브(610)로서 조립된다. 복합 밸브(610)는, 밸브 본체(601)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성되어 있다.

복합 밸브(610)는, 바디(604)에 비례 밸브(607)와 비례 밸브(608)를 동축 형태로 수용하여 구성된다. 바디(604)의 한쪽의 측부에는 제1도입 포트(611) 및 제2도입 포트(612)가 마련되고, 다른 한쪽의 측부에는 도출 포트(614)가 마련되어 있다. 제1도입 포트(611)는 제4통로(24)에 연통되고, 제2도입 포트(612)는 바이패스 통로(29)에 연통되고, 도출 포트(614)는 어큐뮬레이터(8)에 연결되는 하류측 통로에 연통된다. 바디(604)에는, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 상응하여, 제1도입 포트(611)와 도출 포트(614)를 연결하는 제1냉매 통로, 및 제2도입 포트(612)와 도출 포트(614)를 연결하는 제2냉매 통로 중의 어느 하나가 형성된다.

바디(604)에는, 단차를 갖는 원통 형상의 구획 부재(616)가 내부로 삽이되어 있다. 구획 부재(616)는, 실링 부재를 통해 바디(604)에 동심 형태로 장착되어 있다. 그리고, 구획 부재(616)의 상반부에 밸브 구멍(220)이 형성되고, 그 상단 개구단 에지에 밸브 시트(222)가 형성되어 있다. 또한, 구획 부재(616)의 하반부에 밸브 구멍(650)이 형성되고, 그 하단 개구단 에지에 밸브 시트(652)가 형성되어 있다.

바디(604)의 내방에는, 밸브체(630), 밸브체(632), 밸브 작동체(126) 및 전달 로드(634)가 동축 형태로 배치되어 있다. 구획 부재(118)의 베어링부(219)의 내주면에는, 제2실시형태와 동일하게 암나사부가 마련되어 있다. 밸브 작동체(126)의 하단부에는, 전달 로드(634)가 연결되어 있다. 전달 로드(634)는, 단차를 갖는 원주 형상으로 되어 있고, 밸브체(630)의 중앙부를 축선 방향으로 관통하고 있다. 전달 로드(634)의 상단부는, 밸브 작동체(126)의 저부에 고정되어 있다. 전달 로드(634)의 하반부는 대경화되어, 그 단부가 밸브체(630)와의 상대 변위를 규제하는 계지부가 되고 있다.

구획 부재(118)의 내방에는 가이드 구멍(218)이 형성되어 있다. 밸브체(630)는, 그 상단부가 가이드 구멍(218)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 구획 부재(118)와 밸브체(630)에 둘러싸인 공간에 의해 배압실(250)이 형성되어 있다. 전달 로드(634)와 밸브체(630) 사이에 소정의 간극(clearance)이 존재하기 때문에, 밸브 구멍(220)의 하류측의 하류측 압력(Pout)이 그 간극(clearance)을 통해 배압실(150)에 도입된다.

구획 부재(118)와 밸브체(630) 사이에는, 밸브체(630)를 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(651)("바이어싱 부재"로서 기능한다)이 마련되어 있다. 구획 부재(118)와 구획 부재(616) 사이에는 수압 조정 부재(249)가 배치되어 있다.

바디(604)의 저부에는, 원형 보스 형태의 가이드부(653)가 밸브 구멍(650)과 동축 형태로 형성되어 있다. 그리고, 밸브체(632)의 하단부가 가이드부(653)에 슬라이딩 가능하게 내부로 삽이되어 있다. 밸브체(632)와 가이드부(653) 둘러싸인 공간에 의해 배압실(654)이 형성된다. 밸브체(632)와 바디(604) 사이에는, 밸브체(632)를 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 스프링(656)("바이어싱 부재"로서 기능한다)이 마련되어 있다.

밸브체(632)는, 밸브 구멍(650)과 제1도입 포트(611) 사이의 압력실에 배치되고, 상류측으로부터 밸브 구멍(650)에 접리하여 비례 밸브(607)의 개도를 조정한다. 밸브체(632)에는, 내외를 연통하는 연통 구멍(658)이 마련되어 있고, 배압실(654)에 하류측 압력(Pout)이 도입되도록 되어 있다. 밸브체(632)와 바디(604) 사이에도 수압 조정 부재(249)가 배치되어 있다. 수압 조정 부재(249)는, 밸브체(632)의 하단부에 대해 상방으로부터 맞닿는다.

여기서, 밸브 구멍(650)의 유효 지름(C)과 가이드부(653)의 유효 지름(D)이 동일하게 설정되고, 또한 밸브 구멍(220)의 유효 지름(A)과 가이드 구멍(218)의 유효 지름(B)이 동일하게 설정되어 있다. 이 때문에, 밸브체(630) 및 밸브체(632)에 작용하는 냉매 압력의 영향은 캔슬된다.

이상과 같이 구성된 복합 밸브(610)는, 다음과 같이 동작한다. 즉, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라 제1냉매 통로를 밸브 개방하는 경우, 도 27의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동되는 것에 의해 밸브체(632)가 밸브 개방 방향으로 변위하여, 도 28에 나타내는 바와 같이 비례 밸브(607)가 밸브 개방 상태로 된다. 즉, 로터(172)와 함께 회전하는 밸브 작동체(126)가 나사 기구에 의해 하강하여, 밸브체(632)를 밀어내려 밸브 개방 방향으로 변위시킨다. 밸브체(632)는, 도 27에 나타내는 완전 폐쇄 상태와 도 28에 나타내는 전개 위치 사이의 범위에서 구동되어, 비례 밸브(607)의 개도가 조정된다. 그 결과, 제1도입 포트(611)로부터 도입된 냉매가 비례 밸브(607)를 거쳐 도출 포트(614)로부터 도출된다.

또한, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라 제2냉매 통로를 밸브 개방하는 경우, 도 27의 상태에서 로터(172)가 타방향으로 회전 구동되는 것에 의해 밸브체(632)가 밸브 폐쇄 방향으로 변위하여, 도 29에 나타내는 바와 같이 비례 밸브(608)가 밸브 개방 상태로 된다. 즉, 로터(172)와 함께 회전하는 밸브 작동체(126)가 나사 기구에 의해 상승하여, 전달 로드(634)를 달아올려 밸브체(630)를 밸브 개방 방향으로 변위시킨다. 밸브체(630)는, 도 27에 나타내는 완전 폐쇄 상태와 도 29에 나타내는 전개 위치 사이의 범위에서 구동되어, 비례 밸브(608)의 개도가 조정된다. 이때, 전달 로드(634)가 밸브체(632)로부터 이격하여 밸브체(632)를 밀어 내리는 방향의 힘이 없어지고, 스프링(656)의 바이어싱력에 의해 밸브체(632)가 밸브 시트(652)에 착석하여, 비례 밸브(607)가 밸브 폐쇄 상태를 유지한다. 그 결과, 제2도입 포트(612)로부터 도입된 냉매가 비례 밸브(608)를 거쳐 도출 포트(614)로부터 도출된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이상의 특정한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.

상기 실시형태에서는, 본 발명의 차량용 냉난방 장치를 전기자동차에 적용한 예를 나타냈지만, 내연 기관을 탑재한 자동차나, 내연 기관과 전동기를 함께 탑재한 하이브리드식 자동차에 제공 가능한 것은 물론이다. 상기 실시형태에서는, 압축기(2)로서 전동 압축기를 채용한 예를 나타냈지만, 엔진의 회전을 이용하여 용량 가변을 하는 가변 용량 압축기를 채용할 수도 있다.

2: 압축기
3: 실내 응축기
5: 실외 열교환기
6: 수액기
7: 증발기
8: 어큐뮬레이터
9: 팽창 밸브
31: 전환 밸브
32: 과냉각도 제어 밸브
34: 비례 밸브
36: 과냉각도 제어 밸브
38: 차압 밸브
40: 과열도 제어 밸브
100: 차량용 냉난방 장치
101: 밸브 본체
102: 모터 유닛
104: 바디
105: 제1비례 밸브
106: 제2비례 밸브
122: 밸브체
124: 공용 밸브체
126: 밸브 작동체
127: 밸브 구멍
128: 전달 로드
129: 밸브 시트
134: 밸브 구멍
136: 밸브 시트
172: 로터
173: 스테이터
200: 차량용 냉난방 장치
201: 밸브 본체
204: 바디
205: 개폐 밸브
206: 비례 밸브
210: 복합 밸브
220: 밸브 구멍
222: 밸브 시트
230, 232: 밸브체
238: 역지 밸브
240: 개폐 밸브
253: 밸브 구멍
255: 밸브 시트
300: 차량용 냉난방 장치
301: 밸브 본체
303: 개폐 밸브
304: 바디
305, 307: 개폐 밸브
310: 복합 밸브
328: 전달 로드
330: 밸브체
332: 역지 밸브
334: 비례 밸브
400: 차량용 냉난방 장치
401: 밸브 본체
404: 바디
405: 제1비례 밸브
406: 제2비례 밸브
407: 개폐 밸브
429: 바이패스 통로
430: 전달 로드
431: 전환 밸브
432: 작은 밸브체
434: 큰 밸브체
435: 제어 밸브
436: 역지 밸브
437: 개폐 밸브
444: 밸브 구멍
446: 밸브 시트
450: 밸브 구멍
452: 밸브 시트
500: 차량용 냉난방 장치
501: 밸브 본체
504: 바디
505: 개폐 밸브
506: 비례 밸브
510: 복합 밸브
511: 제1비례 밸브
512: 제2비례 밸브
530: 밸브체
600: 차량용 냉난방 장치
601: 밸브 본체
603, 605: 개폐 밸브
607, 608: 비례 밸브
610: 복합 밸브
630, 632: 밸브체
634: 전달 로드
650: 밸브 구멍
652: 밸브 시트

Claims (7)

1. 냉매를 압축하여 토출하는 압축기;
   차량 실외에 배치되고, 냉방 운전시에 냉매를 방열시키는 실외 응축기로서 기능 하는 한편, 난방 운전시에는 냉매를 증발시키는 실외 증발기로서 기능 하는 실외 열교환기;
   차량 실내에 배치되어 냉매를 증발시키는 실내 증발기;
   상기 압축기, 상기 실외 열교환기, 상기 실내 증발기를 연결하는 냉매 순환 통로를 구성하는 복수의 냉매 통로의 개도를 각각 조정하기 위한 복수의 밸브부와, 상기 복수의 밸브부를 수용하는 공용의 바디와, 상기 복수의 밸브부의 개도를 전기적으로 조정하기 위한 공용의 액추에이터를 포함하는 제어 밸브;
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉매 순환 통로에 상기 제어 밸브가 복수 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제어 밸브는, 상기 복수의 밸브부에 냉매를 안내하기 위한 공통의 도입 포트, 및 상기 복수의 밸브부를 거친 냉매를 도출하기 위한 공통의 도출 포트 중의 적어도 하나를 상기 바디에 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 밸브는, 상기 복수의 밸브부의 개폐 상태에 상응하여, 상기 바디에 냉매를 도입 또는 상기 바디로부터 냉매를 도출하도록 전환되는 도입/도출 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 밸브는,
   상기 바디에 마련된 제1밸브 구멍;
   상기 바디에 상기 제1밸브 구멍과 동축 형태로 마련된 제2밸브 구멍;
   상기 제1밸브 구멍에 접리(接離)하는 것에 의해 제1밸브부를 개폐하는 제1밸브체;
   상기 제2밸브 구멍에 접리하는 것에 의해 제2밸브부를 개폐하는 제2밸브체;
   상기 액추에이터로서 회전 구동되는 로터를 포함하는 스테핑 모터;
   상기 로터와 함께 회전하고, 그 축선을 중심으로 한 회전 운동을 축선 방향의 병진 운동으로 변환하는 것에 의해, 상기 제1밸브체 및 상기 제2밸브체에 대해 각 밸브부의 개폐 구동력을 순차 전달하는 밸브 작동체를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1밸브체 및 상기 제2밸브체 중 어느 하나의 내주면 또는 상기 바디의 내주면에 마련된 암나사부와, 상기 밸브 작동체의 외주면에 마련된 수나사부의 나사 결합 구조에 의해, 상기 로터의 회전 운동을 병진 운동으로 변환하는 작동 변환 기구가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 제어 밸브는,
   상기 제1밸브 구멍 및 상기 제2밸브 구멍과 동축 형태로 마련된 제3밸브 구멍;
   상기 제1밸브체 및 상기 제2밸브체를 축선 방향으로 관통하고, 상기 제3밸브 구멍에 접리하여 제3밸브부를 개폐 가능한 제3밸브체를 구비하고,
   상기 밸브 작동체는, 상기 제1밸브체, 상기 제2밸브체, 상기 제3밸브체에 대해 각 밸브부의 개폐 구동력을 순차 전달하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 장치.

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