KR20140008429A

KR20140008429A - 제어 밸브

Info

Publication number: KR20140008429A
Application number: KR1020137026265A
Authority: KR
Inventors: 히사토시 히로타
Original assignee: 가부시키가이샤 테지케
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2014-01-21
Also published as: WO2012120845A1; EP2685143A4; JP2012184831A; EP2685143A1; JP5816874B2; EP2685143B1

Abstract

일 태양에 따른 제어 밸브는, 비례 밸브(34)와 비례 밸브(37)를 수용하는 공용의 보디(104); 각 비례 밸브의 개도를 전기적으로 조정하는 공용의 모터 유닛(102); 밸브 작동체(134); 비례 밸브(34)를 개폐하는 제1밸브체(141)와 비례 밸브(37)를 개폐하는 제2밸브체(142)를 일체로 포함하고, 밸브 작동체(134)와 일체로 변위 가능하게 작동 연결되는 밸브 구동체(132); 각 비례 밸브의 개도 제어 상태에 있어서 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(132)를 작동 연결하고, 비례 밸브(34) 및 비례 밸브(37) 중의 어느 하나의 개도 제어 상태에 있어서 다른 하나를 전개 상태로 유지 가능한 작동 전환 기구; 제1밸브체(141)와 제2밸브체(142)의 쌍방에 작용하는 유체 압력의 영향을 동시에 캔슬하는 배압 캔슬 구조를 구비한다.

Description

제어 밸브{CONTROL VALVE}

본 발명은 제어 밸브에 관한 것에 의해, 특히 작동 유체가 흐르는 복수의 유체 통로의 전환에 바람직한 제어 밸브에 관한 것이다.

최근, 내연 기관을 탑재한 차량에 있어서는 엔진의 연소 효율이 향상되어, 열원으로서 이용해온 냉각수가 난방에 필요한 온도까지 상승하기 어려워져 있다. 한편, 내연 기관과 전동기를 병용한 하이브리드 차량에 있어서는 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 기능한다. 그때, 냉동 사이클을 냉매가 순환하는 과정에서 실내 열교환기가 방열하고, 그 열에 의해 차량 실내의 공기가 가열된다. 한편, 냉방 운전시에는 실외 열교환기가 응축기로서 기능한다. 그때, 실외 열교환기에 의해 응축된 냉매가 증발기에 의해 증발하고, 그 증발 잠열에 의해 차량 실내의 공기가 냉각된다. 그때, 제습도 이루어진다. 그리고, 이와 같이 난방 운전시와 냉방 운전시에 장치의 기능을 전환하기 위해, 냉동 사이클에는 복수의 냉매 순환 통로가 마련되고, 각 냉매 순환 통로의 냉매의 흐름을 전환하기 위한 다양한 제어 밸브가 마련된다.

일본국 공개특허공보 H09-240266호 공보

하지만, 이와 같은 차량용 냉난방 장치에 있어서 제어 밸브가 많이 사용되면, 당연히 비용이 증가하고, 또한 설치 스페이스상의 문제도 발생한다. 이 때문에, 제어 밸브의 총수나 부품 비용을 가능한 적게 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기와 같이 제어 밸브의 수나 비용을 억제하면서도, 운전 상태에 상응한 공조 성능을 양호하게 확보할 필요가 있다.

본 발명은, 작동 유체가 흐르는 복수의 유체 통로를 전환하는 제어 밸브에 드는 비용을 전체적으로 억제하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 제어 밸브는, 제1내부 통로 및 제2내부 통로가 형성되고, 제1내부 통로의 작동 유체의 흐름을 조정하기 위해 개도가 제어되는 제1밸브와, 제2내부 통로의 작동 유체의 흐름을 조정하기 위해 개도가 제어되는 제2밸브를 수용하는 공용의 보디; 제1밸브와 제2밸브의 개도를 전기적으로 조정하기 위한 공용의 액추에이터; 액추에이터에 의해 축선 방향으로 구동되는 밸브 작동체; 제1밸브를 개폐하는 제1밸브체와 제2밸브를 개폐하는 제2밸브체를 일체로 포함하고, 밸브 작동체와 일체로 변위 가능하게 작동 연결되는 것에 의해 제1밸브 및 제2밸브의 개폐 방향으로 구동되는 밸브 구동체; 제1밸브 또는 제2밸브의 개도 제어 상태에 있어서 밸브 작동체와 밸브 구동체를 작동 연결하고, 제1밸브 및 제2밸브 중의 어느 하나의 개도 제어 상태에 있어서 다른 하나를 전개 상태로 유지 가능한 작동 전환 기구; 밸브 구동체와 보디 사이에 배압실을 형성하고, 제1내부 통로 및 제2내부 통로 중의 어느 하나의 작동 유체를 그 배압실에 도입하는 것에 의해, 제1밸브체와 제2밸브체의 쌍방에 작용하는 유체 압력의 영향을 동시에 캔슬하는 배압 캔슬 구조를 구비한다.

이 태양에 의하면, 복수의 내부 통로의 개도를 각각 조정하기 위해 복수의 밸브가 마련되지만, 그 복수의 밸브가 공용의 보디에 수용되어 공용의 액추에이터에 의해 개폐 구동되는 제어 밸브(복합 밸브)로서 구성된다. 그리고, 그 중의 한 밸브에 의한 냉매의 유량 제어가 이루어지고 있는 상태에 있어서, 다른 한 밸브를 전개시켜 유량 포화 상태로 하는 배치 구성을 갖는 것에 의해, 그 다른 한 밸브의 상태가 다른 밸브의 유량 제어에 실질적으로 영향을 미치지 않도록 하고 있다. 즉, 이와 같이 제1밸브와 제2밸브가 그 밸브 배치에 의해 제어상 영향을 미치지 않도록 하는 것에 의해, 하나의 액추에이터에 의한 복수의 밸브 구동이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 밸브의 수에 대해 보디나 액추에이터의 수를 억제할 수 있다. 또한, 제1밸브체와 제2밸브체를 밸브 구동체에 일체로 형성하는 것에 의해, 밸브 구조의 간소화 및 저비용화를 실현하는 것도 가능해진다. 또한, 제1밸브체와 제2밸브체의 쌍방에 작용하는 유체 압력의 영향을 동시에 캔슬하는 배압 캔슬 구조를 마련한 것에 의해, 유체 압력에 의한 액추에이터에 대한 부하를 억제할 수 있고, 액추에이터의 소형화나 전력 절약도 가능해진다.

본 발명에 의하면, 작동 유체가 흐르는 복수의 유체 통로를 전환하는 제어 밸브에 드는 비용을 전체적으로 억제할 수 있다.

도 1은 제1실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 차량용 냉난방 장치의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 3은 제1제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 4는 제1제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 5는 제1제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제2실시형태에 따른 제어 밸브의 구성을 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. 즉, 냉방 운전시에 냉매가 순환하는 제1냉매 순환 통로, 난방 운전시에 냉매가 순환하는 제2냉매 순환 통로, 제습 운전시에 냉매가 순환하는 제3냉매 순환 통로가 형성된다.

제1냉매 순환 통로는, 압축기(2)→실외 열교환기(5)→증발기(7)→어큐뮬레이터(8)→압축기(2)와 같이 냉매가 순환하는 통로이다. 제2냉매 순환 통로는, 압축기(2)→실내 응축기(3)→실외 열교환기(5)→어큐뮬레이터(8)→압축기(2)와 같이 냉매가 순환하는 통로이다. 제3냉매 순환 통로는, 압축기(2)→실내 응축기(3)→증발기(7)→어큐뮬레이터(8)→압축기(2)와 같이 냉매가 순환하는 통로이다. 실외 열교환기(5)를 흐르는 냉매의 흐름은, 제1냉매 순환 통로와 제2냉매 순환 통로에서 역방향으로 되어 있다.

구체적으로는, 압축기(2)의 토출실에 연결되는 통로가 분기되어, 그 중의 하나인 제1통로(21)가 실외 열교환기(5)의 한쪽의 출입구에 연결되고, 다른 하나인 제2통로(22)가 실내 응축기(3)의 입구에 연결된다. 실외 열교환기(5)의 다른 한쪽의 출입구는, 제3통로(23)를 통해 증발기(7)의 입구에 연결된다. 실내 응축기(3)의 출구에 연결되는 제4통로(24)는, 그 하류측에서 제1분기 통로(25)와 제2분기 통로(26)로 분기되어 있고, 각각 제3통로(23)에 접속되어 있다. 증발기(7)의 출구는 제5통로(27)(복귀 통로)를 통해 어큐뮬레이터(8)의 입구에 접속되어 있다. 또한, 제1통로(21)의 중간부에 있어서 바이패스 통로(28)가 분기되어, 어큐뮬레이터(8) 나아가서는 압축기(2)에 연결된다.

제1통로(21)와 제2통로(22)의 분기점에는 제1제어 밸브(4)가 마련되어 있다. 제1분기 통로(25)와 제2분기 통로(26)의 분기점에는 제2제어 밸브(6)가 마련되어 있다. 또한, 제5통로(27)와 바이패스 통로(28)의 합류점에는 제3제어 밸브(9)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 기능한다. 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 기능하는 한편, 난방 운전시에는 내부를 통과하는 냉매를 증발시키는 실외 증발기로서 기능한다. 실외 열교환기(5)가 증발기로서 기능할 때는, 팽창 장치(후술하는 비례 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 기능한다. 즉, 팽창 장치(후술하는 비례 밸브(31)나 비례 밸브(33))를 통과하는 것에 의해 저온 저압이 된 냉매는, 증발기(7)를 통과할 때 증발한다. 차량 실내에 도입된 공기는, 그 증발 잠열에 의해 냉각되어, 제습된다. 이때 냉각 제습된 공기는, 실내 응축기(3)를 통과하는 과정에서 가열된다.

어큐뮬레이터(8)는, 증발기로부터 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.

제1제어 밸브(4)는, 공용의 보디에 비례 밸브(34)("제4비례 밸브"에 대응한다)와 비례 밸브(37)("제7비례 밸브"에 대응한다)를 수용하고, 이들을 1개의 액추에이터에 의해 구동하는 복합 밸브로서 구성되어 있다. 비례 밸브(34)는 대구경의 밸브이고, 제1통로(21)의 개도를 조정한다. 비례 밸브(37)는 대구경의 밸브이고, 제2통로(22)의 개도를 조정한다. 본 실시형태에서는, 제1제어 밸브(4)로서, 스테핑 모터의 구동에 의해 각 밸브의 개도를 조정 가능한 전동 밸브가 사용되지만, 솔레노이드에 대한 통전에 의해 각 밸브의 개도를 조정 가능한 전자 밸브를 사용하도록 해도 좋다. 제1제어 밸브(4)의 구체적 구성에 대해서는 후술한다.

제2제어 밸브(6)는, 공용의 보디에 비례 밸브(31)("제1비례 밸브"에 대응한다), 비례 밸브(32)("제2비례 밸브"에 대응한다) 및 비례 밸브(33)("제3비례 밸브"에 대응한다)를 수용하는 복합 밸브로서 구성되어 있다. 비례 밸브(31)와 비례 밸브(32)는 공용의 액추에이터에 의해 구동되고, 비례 밸브(33)는 다른 하나의 액추에이터에 의해 구동된다. 비례 밸브(31)는, 제3통로(23)에 있어서의 제1분기 통로(25)와의 합류점과 제2분기 통로(26)와의 합류점 사이에 마련되어 있다.

비례 밸브(31)는 소구경의 밸브이고, 제3통로(23)의 개도를 조정한다. 비례 밸브(32)는 소구경의 밸브이고, 제1분기 통로(25)의 개도를 조정한다. 비례 밸브(33)는 소구경의 밸브이고, 제2분기 통로(26)의 개도를 조정한다. 이들의 비례 밸브(31), 비례 밸브(32) 및 비례 밸브(33)는, 팽창 장치로서도 기능한다. 본 실시형태에서는, 제2제어 밸브(6)로서, 스테핑 모터의 구동에 의해 각 밸브의 개도를 조정 가능한 전동 밸브가 사용되지만, 솔레노이드에 대한 통전에 의해 각 밸브의 개도를 조정 가능한 전자 밸브를 사용하도록 해도 좋다.

제3제어 밸브(9)는, 공용의 보디에 비례 밸브(35)("제5비례 밸브"에 대응한다)와 비례 밸브(36)("제6비례 밸브"에 대응한다)를 수용하고, 이들을 1개의 액추에이터에 의해 구동하는 복합 밸브로서 구성되어 있다. 비례 밸브(35)는 대구경의 밸브이고, 바이패스 통로(28)의 개도를 조정한다. 비례 밸브(36)는 대구경의 밸브이고, 제5통로(27)의 개도를 조정한다. 본 실시형태에서는, 제3제어 밸브(9)로서, 스테핑 모터의 구동에 의해 각 밸브의 개도를 조정 가능한 전동 밸브가 사용되지만, 솔레노이드에 대한 통전에 의해 각 밸브의 개도를 조정 가능한 전자 밸브를 사용하도록 해도 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 연산하고, 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. 본 실시예에서는 액추에이터로서 스테핑 모터를 사용하기 때문에, 제어부는, 각 제어 밸브의 제어량이 실현되도록 스테핑 모터에 제어 펄스 신호를 출력한다. 이와 같은 제어에 의해, 압축기(2)는, 그 흡입실을 통해 흡입 압력(Ps)의 냉매를 도입하고, 이를 압축하여 토출 압력(Pd)의 냉매로서 토출한다. 또한, 본 실시형태에서는 이와 같은 제어를 실현하기 위해, 실내 응축기(3)의 출구, 실외 열교환기(5)의 한쪽의 출입구와 다른 한쪽의 출입구, 증발기(7)의 입구와 출구의 각각의 온도를 검출하기 위한 복수의 온도 센서가 설치되어 있다.

다음으로, 본 실시형태의 냉동 사이클 동작에 대해 설명한다. 도 2는 차량용 냉난방 장치의 동작을 나타내는 설명도이다. (A)는 특수 냉방 운전시의 상태를 나타내고, (B)는 통상 냉방 운전시의 상태를 나타내고, (C)는 특정 난방 운전시의 상태를 나타내고, (D)는 통상 난방 운전시의 상태를 나타내고, (E)는 특수 난방 운전시의 상태를 나타내고 있다. 또한, "특수 냉방 운전"은, 냉방 운전에 있어서 실내 응축기(3)를 기능시키지 않는 운전 상태이다. "특정 난방 운전"은, 난방 운전에 있어서 특히 제습 기능을 향상시킨 운전 상태이다. "특수 난방 운전"은, 실외 열교환기(5)를 기능시키지 않는 운전 상태이다. 또한, 도면 중의 굵은 선 및 화살표가 냉매의 흐름을 나타내고, "×"는 냉매의 흐름이 차단되어 있는 것을 나타내고 있다.

도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 특수 냉방 운전시에는, 제1제어 밸브(4)에 있어서 비례 밸브(34)가 밸브 개방 상태로 되고, 비례 밸브(37)가 밸브 폐쇄 상태로 된다. 또한, 제2제어 밸브(6)에 있어서 비례 밸브(31)가 밸브 개방 상태로 되고, 비례 밸브(32) 및 비례 밸브(33)가 밸브 폐쇄 상태로 된다. 또한, 제3제어 밸브(9)에 있어서 비례 밸브(35)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(36)가 밸브 개방 상태로 된다. 이에 의해 제1냉매 순환 통로가 개방되고, 제2냉매 순환 통로 및 제3냉매 순환 통로는 차단된다. 이 때문에, 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 실외 열교환기(5)를 거쳐 증발기(7)에 인도된다. 이때, 실외 열교환기(5)는 실외 응축기로서 기능한다.

즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 실외 열교환기(5)를 거치는 것에 의해 응축된다. 그리고, 실외 열교환기(5)를 경유한 냉매가 비례 밸브(31)에 의해 단열팽창되어 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 되어, 증발기(7)에 도입된다. 증발기(7)의 입구에 도입된 냉매는, 그 증발기(7)를 통과하는 과정에서 증발하여, 차량 실내의 공기를 냉각한다. 증발기(7)로부터 도출된 냉매는, 비례 밸브(36)를 거쳐 어큐뮬레이터(8)에 도입된다. 제어부는, 실외 열교환기(5)의 출구측의 온도에 기초하여, 그 출구측의 과냉각도가 적정해지도록 비례 밸브(31)의 개도를 제어한다.

도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 통상 냉방 운전시에는, 제1제어 밸브(4)에 있어서 비례 밸브(34) 및 비례 밸브(37)가 모두 밸브 개방 상태로 된다. 또한, 제2제어 밸브(6)에 있어서 비례 밸브(31) 및 비례 밸브(33)가 밸브 개방 상태로 되고, 비례 밸브(32)가 밸브 폐쇄 상태로 된다. 또한, 제3제어 밸브(9)에 있어서 비례 밸브(35)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(36)가 밸브 개방 상태로 된다. 이에 의해 제1냉매 순환 통로 및 제3냉매 순환 통로가 개방되고, 제2냉매 순환 통로는 차단된다. 이 때문에, 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 한쪽에서 실외 열교환기(5)를 거쳐 증발기(7)에 인도되고, 다른 한쪽에서 실내 응축기(3)를 거쳐 증발기(7)에 인도된다. 이때, 실외 열교환기(5)는 실외 응축기로서 기능한다.

즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 한쪽에서 실내 응축기(3)를, 다른 한쪽에서 실외 열교환기(5)를 거치는 것에 의해 응축된다. 그리고, 실내 응축기(3)를 경유한 냉매가 비례 밸브(33)에 의해 단열팽창되어, 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 되어 증발기(7)에 도입된다. 또한, 실외 열교환기(5)를 경유한 냉매가 비례 밸브(31)에 의해 단열팽창되어, 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 되어 증발기(7)에 도입된다. 그리고, 그 증발기(7)를 통과하는 과정에서 증발하여, 차량 실내의 공기를 냉각한다. 이때, 증발기(7)로부터 도출된 냉매는, 어큐뮬레이터(8)를 거쳐 압축기(2)에 도입된다. 제어부는, 실내 응축기(3)의 출구측의 온도에 기초하여, 그 출구측의 과냉각도가 적정해지도록 비례 밸브(33)의 개도를 제어한다. 제어부는, 또한, 실외 열교환기(5)의 출구측의 온도에 기초하여, 그 출구측의 과냉각도가 적정해지도록 비례 밸브(31)의 개도를 제어한다.

도 2(C)에 나타내는 바와 같이, 특정 난방 운전시에는, 제1제어 밸브(4)의 비례 밸브(34)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(37)가 밸브 개방 상태로 된다. 또한, 제2제어 밸브(6)에 있어서 비례 밸브(31)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(32) 및 비례 밸브(33)가 밸브 개방 상태로 된다. 또한, 제3제어 밸브(9)에 있어서 비례 밸브(35) 및 비례 밸브(36)가 모두 밸브 개방 상태로 된다. 이에 의해 제1냉매 순환 통로가 차단되고, 제2냉매 순환 통로 및 제3냉매 순환 통로가 개방된다. 이 때문에, 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 실내 응축기(3)에 의해 응축되어, 한쪽에서 실외 열교환기(5)에 인도되고, 다른 한쪽에서 증발기(7)에 인도된다. 이때, 실외 열교환기(5)는 실외 증발기로서 기능한다.

즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 실내 응축기(3)를 거쳐 응축된다. 실내 응축기(3)로부터 도출된 냉매는, 한쪽에서 비례 밸브(32)에 의해 단열팽창되어 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 되어, 실외 열교환기(5)를 통과할 때 증발된다. 실외 열교환기(5)로부터 도출된 냉매는, 비례 밸브(35)를 거쳐 어큐뮬레이터(8)에 도입된다. 또한, 실내 응축기(3)로부터 도출된 냉매는, 다른 한쪽에서 비례 밸브(33)에 의해 단열팽창되어 냉온 저압의 기액 2상 냉매가 되어, 증발기(7)를 통과할 때 증발된다. 증발기(7)로부터 도출된 냉매는, 비례 밸브(36)를 거쳐 어큐뮬레이터(8)에 도입된다.

이때, 제어부는, 실외 열교환기(5)에 의한 열흡수와 증발기(7)에 의한 제습을 적정하게 진행하기 위해, 실외 열교환기(5)에 있어서의 냉매의 증발량과 증발기(7)에 있어서의 냉매의 증발량의 비율을 적정하게 조정한다. 이때, 실외 열교환기(5) 및 증발기(7)의 두 증발기에 의해 증발되는 비율은, 비례 밸브(32)와 비례 밸브(33)의 밸브 개도의 비율에 의해 제어된다. 제어부는, 비례 밸브(32)의 개도와 비례 밸브(33)의 개도를 조정하는 것에 의해 실내 응축기(3)의 출구측의 과냉각도가 설정값(SC)이 되도록 조정하는 한편, 그 개도 비율을 조정하는 것에 의해 두 증발기에 있어서의 증발량을 조정한다. 그때, 제어부는, 증발기(7)가 동결되지 않도록, 증발기(7)의 출구측의 온도가 적정 범위로 유지되도록 제어한다.

또한, 제어부는, 제3제어 밸브(9)에 있어서의 비례 밸브(35) 및 비례 밸브(36) 중의 한쪽의 전개 상태를 유지한 채로 다른 한쪽의 개도를 조정한다. 본 실시형태에서는, 실외 열교환기(5)보다 증발기(7)의 온도가 낮은 경우에는 비례 밸브(36)를 전개 상태로 하여 비례 밸브(35)의 개도를 제어한다. 한편, 증발기(7)보다 실외 열교환기(5)의 온도가 낮은 경우에는 비례 밸브(35)를 전개 상태로 하여 비례 밸브(36)의 개도를 제어한다.

예를 들면, 전자(前者)와 같이 실외 열교환기(5)보다 증발기(7)의 온도가 낮고, 실외 열교환기(5)의 출구측에 과열도(superheat)가 발생하고 있는 경우, 비례 밸브(35)의 개도를 조절하는 것에 의해 그 과열도가 설정값(제로 또는 작은 적정값)에 근접하도록 제어한다. 이때, 실외 열교환기(5)에 있어서의 외부로부터의 열흡수량은, 그 비례 밸브(35)의 조절량에 의해 조정된다. 즉, 비례 밸브(36)를 전개 상태로 유지하면서 비례 밸브(35)의 개도를 조절하는 것에 의해, 실외 열교환기(5)의 증발 압력(Po)과 증발기(7)의 출구의 압력(Pe)의 차압(ΔP=Po-Pe)이 적정해지고, 순환하는 냉매를 실외 열교환기(5)와 증발기(7)에 의해 증발시키는 비율을 조정할 수 있다. 즉, 차압(ΔP)이 커지면, 실외 열교환기(5)에 있어서의 증발량이 상대적으로 작아진다(증발기(7)에 있어서의 증발량이 상대적으로 커진다). 반대로, 차압(ΔP)이 작아지면, 실외 열교환기(5)에 있어서의 증발량이 상대적으로 커진다(증발기(7)에 있어서의 증발량이 상대적으로 작아진다). 제어부는, 실외 열교환기(5)의 출구측의 과열도에 상응하여 비례 밸브(35)의 개도를 제어하여 차압(ΔP)을 적정하게 조정하는 것에 의해, 특정 난방 운전시에 있어서의 제습 기능을 확보한다. 한편, 실외 열교환기(5)의 출구측의 과열도의 유무 및 그 크기는, 실외 열교환기(5)의 입구측의 온도와 출구측의 온도를 검출하는 것에 의해 특정할 수 있다.

반대로, 후자와 같이 증발기(7)보다 실외 열교환기(5)의 온도가 낮고, 증발기(7)의 출구측에 과열도가 발생하고 있는 경우, 비례 밸브(36)의 개도를 조절하는 것에 의해 그 과열도가 설정 과열도(제로 또는 작은 적정값)에 근접하도록 제어한다. 즉, 비례 밸브(35)를 전개 상태로 유지하면서 비례 밸브(36)의 개도를 조절하는 것에 의해, 증발기(7)의 출구의 압력(Pe)과 실외 열교환기(5)의 증발 압력(Po)의 차압(ΔP=Pe-Po)이 적정해지고, 특정 난방 운전시에 있어서의 제습 기능을 확보할 수 있다. 또한, 증발기(7)의 출구측의 과열도의 유무 및 그 크기는, 증발기(7)의 입구측의 온도와 출구측의 온도를 검출하는 것에 의해 특정할 수 있다.

도 2(D)에 나타내는 바와 같이, 통상 난방 운전시에는, 제1제어 밸브(4)의 비례 밸브(34)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(37)가 밸브 개방 상태로 된다. 또한, 제2제어 밸브(6)에 있어서 비례 밸브(31) 및 비례 밸브(33)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(32)가 밸브 개방 상태로 된다. 또한, 제3제어 밸브(9)에 있어서 비례 밸브(35)가 밸브 개방 상태로 되고, 비례 밸브(36)가 밸브 폐쇄 상태로 된다. 이에 의해, 제1냉매 순환 통로 및 제3냉매 순환 통로가 차단되고, 제2냉매 순환 통로가 개방된다. 이 때문에, 실내 응축기(3)로부터 도출된 냉매는, 실외 열교환기(5)에 인도된다. 이때, 증발기(7)에는 냉매가 공급되지 않기 때문에, 증발기(7)는 실질적으로 기능하지 않게 되고, 실외 열교환기(5)만 증발기로서 기능하게 된다. 제어부는, 실내 응축기(3)의 출구측의 온도에 기초하여, 그 출구측의 과냉각도가 적정해지도록 비례 밸브(32)의 개도를 제어한다.

도 2(E)에 나타내는 바와 같이, 특수 난방 운전시에는, 제1제어 밸브(4)의 비례 밸브(34)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(37)가 밸브 개방 상태로 된다. 또한, 제2제어 밸브(6)에 있어서 비례 밸브(31) 및 비례 밸브(32)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(33)가 밸브 개방 상태로 된다. 또한, 제3제어 밸브(9)에 있어서 비례 밸브(35)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(36)가 밸브 개방 상태로 된다. 이에 의해, 제1냉매 순환 통로 및 제2냉매 순환 통로가 차단되고, 제3냉매 순환 통로가 개방된다. 이 때문에, 실내 응축기(3)로부터 도출된 냉매는, 증발기(7)에 인도된다. 즉, 냉매가 실외 열교환기(5)를 우회하기 때문에 실외 열교환기(5)가 실질적으로 기능하지 않게 된다. 증발기(7)에 도입된 냉매는, 그 증발기(7)를 통과하는 과정에서 증발하여, 차량 실내의 공기를 제습 한다. 이와 같은 특수 냉난방 운전은, 외부로부터의 흡열이 곤란한 경우, 예를 들면 차량이 극한 상황에 놓여진 경우 등에 효율적으로 기능한다.

다음으로, 본 실시형태의 제어 밸브의 구체적 구성에 대해 설명한다.

도 3~도 5는 제1제어 밸브(4)의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1제어 밸브(4)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 보디(104)에 대구경의 비례 밸브(34)와 대구경의 비례 밸브(37)를 동축 형태로 수용하여 구성되어 있다. 제1제어 밸브(4)는, 한쪽의 비례 밸브의 전개 상태를 유지하면서 다른 한쪽의 비례 밸브의 개도가 설정 개도로 조정되는 복합 밸브로서 구성되어 있다.

보디(104)의 한쪽의 측부에는 도입 포트(110)가 마련되고, 다른 한쪽의 측부에는 상하로 제1도출 포트(112), 제2도출 포트(114)가 마련되어 있다. 도입 포트(110)는 압축기(2)의 토출실에 연통되고, 제1도출 포트(112)는 제1통로(21)에 연통되고, 제2도출 포트(114)는 제2통로(22)에 연통된다. 즉, 보디(104)에는, 도입 포트(110)와 제1도출 포트(112)를 연결하는 제1내부 통로와, 도입 포트(110)와 제2도출 포트(114)를 연결하는 제2내부 통로가 형성된다.

보디(104)의 상반부에는, 원통 형상의 구획 부재(116)가 배치되어 있다. 구획 부재(116)는, 실링 부재를 통해 보디(104)에 동심 형태로 조립되어 있다. 구획 부재(116)의 하단부는 밸브 구멍(120)을 형성하고 있다. 또한, 밸브 구멍(120)의 하단 개구단 가장자리에 의해 밸브 시트(122)가 형성되어 있다. 구획 부재(116)에 있어서의 제1도출 포트(112)와의 상대면에는, 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어 있다.

보디(104)의 상단부에는, 단차를 갖는 원통 형상의 구획 부재(124)가 배치되어 있다. 구획 부재(124)는, 밸브 본체(101)의 내부와 모터 유닛(102)의 내부를 구획한다. 구획 부재(124)의 상단부 중앙에는, 원형 보스 형태의 베어링부(126)가 마련되어 있다. 베어링부(126)의 내주면에는 암나사부가 마련되고, 외주면은 슬라이딩 베어링으로서 기능한다. 구획 부재(124)의 내방에는 가이드 구멍(128)이 형성되고, 그 하단부에 실링 부재로서의 O링(130)이 감합(嵌合)되어 있다.

보디(104)의 내방에는, 밸브 구동체(132), 밸브 작동체(134), 전달 부재(136)가 동축 형태로 배치되어 있다. 밸브 구동체(132)는 단차를 갖는 원통 형상으로 되어 있고, 그 축선 방향 중앙의 축경부가 밸브 구멍(120)을 관통하도록 배치되어 있다. 축경부는 제1내부 통로를 횡단한다. 밸브 구동체(132)의 하단부에는 공용 밸브체(138)가 마련되고, 상단부에는 구획부(140)가 마련되어 있다. 즉, 공용 밸브체(138)는, 밸브 구멍(120)의 상류측에서 도입 포트(110)에 연통하는 압력실에 배치되어 있다. 한편, 구획부(140)는, 제1내부 통로에 있어서 모터 유닛(102)에 근접한 위치, 즉 밸브 구멍(120)의 하류측에서 제1도출 포트(112)에 연통하는 압력실에 배치되고, 구획 부재(124)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다.

공용 밸브체(138)는 단차를 갖는 원주 형상으로 되어 있고, 그 상단부에 제1밸브체(141)가 감합되고, 하단부에 제2밸브체(142)가 감합되어 있다. 제1밸브체(141) 및 제2밸브체(142)는 모두 링형상의 탄성체(본 실시형태에서는 고무)로 이루어진다. 도입 포트(110)와 제2도출 포트(114)를 연결하는 통로에는 밸브 구멍(144)이 마련되고, 그 상단 개구단 가장자리에 밸브 시트(146)가 형성되어 있다. 즉, 공용 밸브체(138)는, 밸브 구멍(120)과 밸브 구멍(144) 사이에 배치되어 있다. 제1밸브체(141)는, 밸브 시트(122)에 접리하여 비례 밸브(34)의 개도를 조정한다. 한편, 제2밸브체(142)는, 밸브 시트(146)에 접리하여 비례 밸브(37)의 개도를 조정한다.

공용 밸브체(138)의 하단부에는 밸브 구멍(144)에 슬라이딩하면서 지지되는 복수의 다리부(도 3에는 1개만 표시)가 연장 마련되어 있다. 즉, 밸브 구동체(132)는, 그 하단부의 복수의 다리부가 밸브 구멍(144)을 따라 슬라이딩하고, 상단부의 구획부(140)가 가이드 구멍(128)을 따라 슬라이딩하는 것에 의해, 축선 방향으로 안정하게 동작할 수 있다. 구획부(140)와 구획 부재(124) 사이에는 배압실(148)이 형성된다. 또한, 공용 밸브체(138)를 축선 방향으로 관통하는 연통로(150)가 형성되어 있다. 이 공용 밸브체(138)에 있어서의 연통로(150)를 형성하는 부분과 밸브 구동체(132)의 축경부가 관로부를 구성하고, 제2도출 포트(114)와 배압실(148)을 연통시킨다. 이 때문에, 배압실(148)에는 항상, 제2도출 포트(114)로부터 도출되는 하류측 압력(Pout2)이 채워진다.

본 실시형태에 있어서는, 밸브 구멍(120)의 유효 지름 A와, 밸브 구멍(144)의 유효 지름 B와, 가이드 구멍(128)의 유효 지름 C(정확하게는 O링(130)의 내경)이 동일하게 설정되어 있다. 이 때문에, 공용 밸브체(138)에 작용하는 냉매 압력의 영향은 캔슬된다. 특히 O링(130)을 마련한 것에 의해, 구획부(140)의 슬라이딩부의 실링성이 확보되는 한편, 그 슬라이딩부에 이물질 등이 진입하는 것이 방지되고 있다.

밸브 구동체(132)의 구획부(140)의 내방에는, 스프링 베어링(152)과 전달 부재(136)가 동축 형태로 삽통되어 있다. 스프링 베어링(152)은 원판 형상으로 되어 있고, 그 중앙부를 전달 부재(136)가 관통하고 있다. 구획부(140)의 상단 개구부와 스프링 베어링(152) 사이에는, 스프링(154)("부세 부재"로서 기능한다)이 배치되어 있다. 한편, 밸브 구동체(132)의 축경부의 내방에는, 원판 형상의 스프링 베어링(156)이 삽통되어 있다. 공용 밸브체(138)와 스프링 베어링(156) 사이에는, 스프링(158)("부세 부재"로서 기능한다)이 배치되어 있다.

그리고, 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(132)가 전달 부재(136)를 통해 작동 연결 가능하게 구성되어 있다. 즉, 전달 부재(136)의 상단부는 밸브 작동체(134)의 저부를 관통하여, 그 선단부가 외방으로 코킹되어 연결되어 있다. 전달 부재(136)의 측부에는 반경 방향 외측으로 돌출된 계지부(係止部)(160)가 마련되고, 그 계지부(160)가 스프링 베어링(152)에 계지되는 것에 의해, 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(132)가 상방으로 일체로 동작 가능하게 구성되어 있다. 또한, 전달 부재(136)의 하단이 스프링 베어링(156)에 계지되는 것에 의해, 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(132)가 하방으로 일체로 동작 가능하게 구성되어 있다. 밸브 구동체(132)와 밸브 작동체(134)는, 비례 밸브(34)와 비례 밸브(37)가 모두 밸브 개방 상태일 때는 스프링(154, 158)의 부세력에 의해 떠받쳐진 상태로 일체로 변위하지만(도 4참조), 어느 한쪽이 밸브 폐쇄 상태가 되면 축선 방향으로 상대 변위 가능해진다(도 3, 도 5 참조).

또한, 스프링(154, 158)은 모두 그 하중이 밸브 구동체(132)와 O링(130) 사이의 슬라이딩 저항(밸브 구동체(132)의 슬라이딩력)보다 커지게 설정되어 있다. 이에 의해, 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(132)가 일체로 동작하고 있을 때에 스프링(154, 158)이 수축되지 않고, 비례 밸브(34) 및 비례 밸브(37)의 밸브 개도를 정확하게 제어할 수 있게 되어 있다.

밸브 작동체(134)는, 단차를 갖는 원통 형상으로 되어 있고, 그 외주부에 수나사부가 형성되어 있다. 수나사부는, 베어링부(126)의 암나사부에 나사 결합된다. 밸브 작동체(134)의 상단부에는 반경 방향 외측으로 돌출되는 복수(본 실시형태에서는 4개)의 다리부(153)가 마련되어 있고, 모터 유닛(102)의 로터에 감합되어 있다. 밸브 작동체(134)는, 모터 유닛(102)의 회전 구동력을 받아서 회전하고, 그 회전력을 병진력으로 변환한다. 즉, 밸브 작동체(134)가 회전하면, 나사 기구("작동 변환 기구"로서 기능한다)에 의해 밸브 작동체(134)가 축선 방향으로 변위하여, 공용 밸브체(138)를 축선 방향(비례 밸브(34), 비례 밸브(37)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 보디(104)에 조립되어 있고, 보디(104)와 함께 제1제어 밸브(4)의 보디를 구성한다.

로터(172)는, 원통 형상으로 형성된 회전축(174)과, 그 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 평행하게 연장되는 가이드부(178)가 마련되어 있다. 가이드부(178)는, 후술하는 회전 스토퍼와 계합(係合)하기 위한 돌출부를 형성하는 것이고, 축선에 대해 평행하게 연장되는 하나의 돌출바에 의해 구성되어 있다.

회전축(174)의 하단부는 약간 축경(縮徑)되고, 그 내주면에 축선에 대해 평행하게 연장되는 4개의 가이드부(180)가 마련되어 있다. 가이드부(180)는, 축선에 대해 평행하게 연장되는 한쌍의 돌출바에 의해 구성되고, 회전축(174)의 내주면에 90도 간격으로 마련되어 있다. 이 4개의 가이드부(180)에는, 상술한 밸브 작동체(134)의 4개의 다리부(153)가 감합되어, 로터(172)와 밸브 작동체(134)가 일체로 회전할 수 있게 되어 있다. 단, 밸브 작동체(134)는, 로터(172)에 대한 회전 방향의 상대 변위는 규제되지만, 그 가이드부(180)에 따른 축선 방향의 변위는 허용된다. 즉, 밸브 작동체(134)는, 로터(172)와 함께 회전하면서 공용 밸브체(138)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(134)와 동일 축선 상에 배치되어 있다. 샤프트(182)에는, 샤프트의 거의 전체 길이에 걸쳐 연장된 나선 형태의 가이드부(184)가 마련되어 있다. 가이드부(184)는, 코일 형태의 부재로 이루어지고, 샤프트(182)의 외면에 감착(嵌着)되어 있다. 가이드부(184)의 상단부는 뒤집어 접어져서 계지부(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(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 당접하여 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(126)에 회전 자유롭게 지지되어 있다. 구체적으로는, 회전축(174)의 상단 개구부를 봉지하도록 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(126)가 일단측의 베어링부가 되고, 샤프트(182)에 있어서의 원통축(196)과의 슬라이딩부가 타단측의 베어링부가 되고 있다.

이상과 같이 구성된 제1제어 밸브(4)는, 모터 유닛(102)의 구동 제어에 의해 그 밸브 개도를 조정 가능한 스테핑 모터 작동식의 제어 밸브로서 기능한다. 이하, 그 동작에 대해 상세하게 설명한다.

제1제어 밸브(4)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(134)가 회전 구동되어 비례 밸브(34) 및 비례 밸브(37)의 개도가 설정 개도로 조정되고, 다른 한쪽에서 회전 스토퍼(188)가 가이드부(184)를 따라 구동되는 것에 의해, 각 밸브체의 동작 범위가 규제된다.

도 3은 비례 밸브(34)가 전개 상태로 되고, 비례 밸브(37)가 밸브 폐쇄 상태로 되는 경우를 나타내고 있다. 제1제어 밸브(4)는, 예를 들면 특수 냉방 운전시에 있어서 이와 같은 상태를 취한다. 따라서, 특수 냉방 운전시에는, 압축기(2)로부터 토출된 고온의 가스 냉매가 실내 응축기(3)로 누설되는 것이 방지된다.

도 4는 비례 밸브(34) 및 비례 밸브(37)가 모두 밸브 개방 상태로 되는 경우를 나타내고 있다. 제1제어 밸브(4)는, 예를 들면 통상 냉방 운전시에 있어서 상황에 따라 이와 같은 상태를 취할 수 있다. 즉, 도 3의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동(정방향 회전)되는 것에 의해 밸브 구동체(132)가 비례 밸브(37)의 밸브 개방 방향으로 변위하여, 도 4에 나타내는 바와 같이 비례 밸브(34)와 비례 밸브(37)가 모두 개방된 상태가 된다. 즉, 로터(172)와 함께 회전하는 밸브 작동체(134)가 나사 기구에 의해 상승하여, 전달 부재(136)가 그 계지부(160)에서 스프링 베어링(152)에 계지된 상태에서, 밸브 작동체(134)가 밸브 구동체(132)를 들어올리도록 하여 변위시킨다. 또한, 도 4는 비례 밸브(34) 및 비례 밸브(37)가 모두 전개된 상태를 나타내고 있다. 비례 밸브(37)의 밸브 개도는, 공용 밸브체(138)가 도 3에 나타내는 위치와 도 4에 나타내는 위치 사이의 범위에서 구동되는 것에 의해 조정된다. 이와 같이 비례 밸브(37)의 밸브 개도가 조정되는 상태에 있어서는, 비례 밸브(34)의 전개 상태가 유지된다. 또한, 여기서 말하는 "전개 상태"란, 밸브 개도가 커져 냉매의 유량이 포화 상태가 되는 것을 의미한다.

도 5는 비례 밸브(34)가 밸브 폐쇄 상태로 되고, 비례 밸브(37)가 전개 상태로 되는 경우를 나타내고 있다. 제1제어 밸브(4)는, 예를 들면 난방 운전시에 있어서 이와 같은 상태를 취한다. 도 4의 상태에서 로터(172)가 더욱 동(同) 방향으로 회전 구동되는 것에 의해 밸브 구동체(132)가 비례 밸브(34)의 밸브 폐쇄 방향으로 변위하여, 도 5의 상태로 된다. 따라서, 난방 운전시에는, 압축기(2)로부터 토출된 고온의 가스 냉매가 실외 열교환기(5)로 누설되는 것이 방지된다. 또한, 도 5의 상태에서 로터(172)를 역방향으로 회전 구동하는 것에 의해, 비례 밸브(34)를 개방시길 수 있음은 물론이다. 비례 밸브(34)의 밸브 개도는, 공용 밸브체(138)가 도 5에 나타내는 위치와 도 4에 나타내는 위치 사이의 범위에서 구동되는 것에 의해 조정된다.

또한, 도 5에는, 비례 밸브(34)가 폐쇄된 후에 로터(172)가 소정량 회전한 상태가 도시도어 있다. 즉, 비례 밸브(34)의 폐쇄와 동시에 로터(172)가 정지하지 않아도, 도시한 바와 같이 전달 부재(136)가 스프링 베어링(156)로부터 이격하는 것에 의해 밸브 시트(122)에 과도한 면압이 걸리는 것을 방지하는 백래시(backlash) 기구가 마련되어 있다. 마찬가지로, 도 3에는 비례 밸브(37)가 폐쇄된 후에 로터(172)가 소정량 회전한 상태가 도시되어 있다. 즉, 비례 밸브(37)의 폐쇄와 동시에 로터(172)가 정지하지 않아도, 도시한 바와 같이 전달 부재(136)가 스프링 베어링(152)로부터 이격하는 것에 의해 밸브 시트(146)에 과도한 면압이 걸리는 것을 방지하는 백래시 기구가 마련되어 있다.

이와 같이, 비례 밸브(34)와 비례 밸브(37)는 공용의 모터 유닛(102)에 의해 구동되고, 이들 중 하나의 개도 제어 상태에 있어서 다른 하나는 전개 상태로 유지된다. 이에 의해, 복합 밸브이면서, 그 중의 비례 밸브의 개도를 정확하게 제어할 수 있게 되어 있다.

[제2실시형태]

다음으로, 본 발명의 제2실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 따른 차량용 냉난방 장치는, 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 제어 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.

이 변형예의 제1제어 밸브(204)는, 밸브 본체(201)의 구성이 제1실시형태의 밸브 본체(101)와는 상이하다. 즉, 보디(205)에 있어서의 밸브 구동체(232)의 배치가, 도 3에 도시한 보디(104)에 있어서의 밸브 구동체(132)와 상하 반대가 되는 구성을 갖는다. 배압실(148)은, 보디(205)의 상단부측(모터 유닛(102)측)이 아닌, 저부측에 형성된다.

즉, 보디(205)의 저부에는, 원형 가이드 구멍(128)이 밸브 구멍(144)과 동축 형태로 형성되어 있다. 보디(205)의 내방에는, 밸브 구동체(232), 밸브 작동체(134), 전달 부재(136)가 동축 형태로 배치되어 있다. 밸브 구동체(232)는, 그 축경부가 밸브 구멍(144)을 관통하도록 배치되고, 그 상단부에 공용 밸브체(138)가 마련되고, 하단부에 구획부(240)가 마련되어 있다.

구획부(240)는, 밸브 구멍(144)의 하류측에서 제2도출 포트(114)에 연통하는 압력실에 배치되고, 가이드 구멍(128)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 구획부(240)의 외주면에 실링 부재로서의 O링(130)이 감합되어 있다. 보디(104)의 저부와 구획부(240) 사이에 스프링(158)("부세 부재"로서 기능한다)이 배치되어 있다.

공용 밸브체(138)의 상단부에는, 복수의 다리부(상기 도면에는 1개만 표시)가 연장 마련되어 있다. 즉, 밸브 구동체(232)는, 그 상단부의 복수의 다리부가 밸브 구멍(120)을 따라 슬라이딩하고, 하단부의 구획부(240)가 가이드 구멍(128)을 따라 슬라이딩하는 것에 의해, 축선 방향으로 안정하게 동작할 수 있다.

또한, 공용 밸브체(138)를 관통하도록 바닥을 갖는 원통 형상의 관로 부재(250)가 마련되어 있다. 관로 부재(250)는, 그 저부의 상단면이 전달 부재(136)의 하단면과 당접 가능하게 구성되어 있다. 관로 부재(250)의 내방에는, 공용 밸브체(138)를 관통하는 연통로(150)가 형성된다. 관로 부재(250)는, 밸브 구동체(132)의 축경부와 함께 관로부를 구성하고, 제1도출 포트(112)와 배압실(148)을 연통시킨다. 이 때문에, 배압실(148)에는 항상, 제1도출 포트(112)로부터 도출되는 하류측 압력(Pout1)이 채워진다.

이 변형예에 있어서는, 밸브 구멍(120)의 유효 지름 A와, 밸브 구멍(144)의 유효 지름 B와, 가이드 구멍(128)의 유효 지름 C가 동일하게 설정되어 있다. 이 때문에, 공용 밸브체(138)에 작용하는 냉매 압력의 영향은 캔슬된다. 특히 O링(130)을 마련한 것에 의해, 구획부(240)의 슬라이딩부의 실링성이 확보되는 한편, 그 슬라이딩부에 이물질 등이 진입하는 것이 방지되고 있다.

한편, 전달 부재(136)는, 밸브 작동체(134)의 저부에 삽통되어 있다. 전달 부재(136)의 계지부(160)는, 밸브 작동체(134)의 내방에 배치되어 있다. 전달 부재(136)는, 계지부(160)가 밸브 작동체(134)의 저부에 계지되는 것에 의해, 밸브 작동체(134)에 대한 하방으로의 상대 변위(밸브 작동체(134)의 저면으로부터의 돌출량)가 규제된다. 밸브 작동체(134)의 상단부와 전달 부재(136)의 계지부(160) 사이에는, 전달 부재(136)를 하방, 즉 계지부(160)를 밸브 작동체(134)의 저부에 당접시키는 방향으로 부세하는 스프링(154)("부세 부재"로서 기능한다)이 배치되어 있다.

그리고, 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(232)가 전달 부재(136)를 통해 작동 연결 가능하게 구성되어 있다. 즉, 밸브 작동체(134)가 하강하여 전달 부재(136)가 관로 부재(250)에 계지되는 것에 의해, 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(132)가 하방으로 일체로 동작 가능하게 구성되어 있다. 밸브 구동체(232)와 밸브 작동체(134)는, 비례 밸브(34)와 비례 밸브(37)가 모두 밸브 개방 상태일 때는 스프링(154, 158)의 부세력에 의해 떠받쳐진 상태로 일체로 변위하지만, 어느 한쪽이 밸브 폐쇄 상태가 되면 축선 방향으로 상대 변위 가능해진다. 즉, 도시한 바와 같이, 비례 밸브(34)의 폐쇄시에는 전달 부재(136)가 관로 부재(250)로부터 이격 가능해져, 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(232)의 작동 연결이 해제된다. 또한, 비례 밸브(37)의 폐쇄시에는, 전달 부재(136)가 관로 부재(250)로부터의 반력에 의해 스프링(154)을 수축시키기 때문에, 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(232)의 작동 연결이 해제된다.

또한, 스프링(154)과 스프링(158)의 합력이, 밸브 구동체(232)와 O링(130) 사이의 슬라이딩 저항(밸브 구동체(232)의 슬라이딩력)보다 커지도록 설정되어 있다. 또한, 스프링(154)의 하중이 스프링(158)의 하중보다 상당히 크게 설정되어 있다. 이에 의해, 밸브 작동체(134)와 밸브 구동체(232)가 일체로 동작하고 있을 때 스프링(154)이 수축되지 않고, 비례 밸브(34) 및 비례 밸브(37)의 밸브 개도를 정확하게 제어할 수 있게 되어 있다.

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

상기 실시형태에서는, 포트(110)를 냉매가 도입되는 공용의 도입 포트로 하고, 포트(112, 114)를 냉매가 도출되는 개별 도출 포트로 하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 포트(112, 114)를 각각 냉매가 도입되는 개별 도입 포트로 하고, 포트(110)를 냉매가 도출되는 공용의 도출 포트로 해도 좋다. 즉, 복합 밸브를 상기 실시형태에 있어서 냉매의 흐름을 역방향으로 하는 제어 밸브로서 구성해도 좋다. 그리고, 복합 밸브의 출구측이 아닌 입구측의 냉매를 배압실에 도입하여 배압 캔슬을 하는 구성으로 해도 좋다.

상기 실시형태에서는, 모터 유닛(102)에 있어서의 샤프트(182)의 가이드부(184)나 회전 스토퍼(188)의 계합부(190)를 모두 코일 형태의 부재에 의해 나선 형태로 형성하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 예를 들면 샤프트(182)의 가이드부(184)를 수나사부로 하고, 회전 스토퍼(188)의 계합부(190)를 암나사부로 하는 나사 기구로 해도 좋다. 즉, 양자에 의해 회전을 병진으로 변환하는 기구가 구성되면 된다.

상기 실시형태에서는, 상기 제어 밸브를 전기자동차의 냉난방 장치에 적용하는 예를 제시했지만, 내연 기관을 탑재한 자동차나, 내연 기관과 전동기를 탑재한 하이브리드식의 자동차의 냉난방 장치에 적용 가능한 것은 물론이다. 또한, 상기 제어 밸브를 작동 유체로서의 냉매의 흐름을 제어하는 전기 구동 밸브로서 구성하는 예를 제시했지만, 냉매 이외의 작동 유체의 흐름을 제어하는 전기 구동 밸브로서 구성할 수도 있다. 또한, 상기 실시형태에서는, 제어 밸브의 액추에이터로서 스테핑 모터를 사용하는 예를 제시했지만, 다른 형식의 모터 혹은 솔레노이드를 액추에이터로 할 수도 있다.

2: 압축기
3: 실내 응축기
4: 제1제어 밸브
5: 실외 열교환기
6: 제2제어 밸브
7: 증발기
8: 어큐뮬레이터
9: 제3제어 밸브
31, 32, 33, 34, 35, 36, 37: 비례 밸브
100: 차량용 냉난방 장치
101: 밸브 본체
102: 모터 유닛
104: 보디
110: 도입 포트
112: 제1도출 포트
114: 제2도출 포트
120: 밸브 구멍
122: 밸브 시트
128: 가이드 구멍
132: 밸브 구동체
134: 밸브 작동체
136: 전달 부재
138: 공용 밸브체
140: 구획부
141: 제1밸브체
142: 제2밸브체
144: 밸브 구멍
146: 밸브 시트
148: 배압실
154, 158: 스프링
172: 로터
173: 스테이터
201: 밸브 본체
204: 제1제어 밸브
205: 보디
232: 밸브 구동체
240: 구획부
250: 관로 부재

Claims

제1내부 통로 및 제2내부 통로가 형성되고, 상기 제1내부 통로의 작동 유체의 흐름을 조정하기 위해 개도가 제어되는 제1밸브와, 상기 제2내부 통로의 작동 유체의 흐름을 조정하기 위해 개도가 제어되는 제2밸브를 수용하는 공용의 보디;
상기 제1밸브와 상기 제2밸브의 개도를 전기적으로 조정하기 위한 공용의 액추에이터;
상기 액추에이터에 의해 축선 방향으로 구동되는 밸브 작동체;
상기 제1밸브를 개폐하는 제1밸브체와 상기 제2밸브를 개폐하는 제2밸브체를 일체로 포함하고, 상기 밸브 작동체와 일체로 변위 가능하게 작동 연결되는 것에 의해 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브의 개폐 방향으로 구동되는 밸브 구동체;
상기 제1밸브 또는 상기 제2밸브의 개도 제어 상태에 있어서 상기 밸브 작동체와 상기 밸브 구동체를 작동 연결하고, 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브 중의 어느 하나의 개도 제어 상태에 있어서 다른 하나를 전개 상태로 유지 가능한 작동 전환 기구;
상기 밸브 구동체와 상기 보디 사이에 배압실을 형성하고, 상기 제1내부 통로 및 상기 제2내부 통로 중의 어느 하나의 작동 유체를 그 배압실에 도입하는 것에 의해, 상기 제1밸브체와 상기 제2밸브체의 쌍방에 작용하는 유체 압력의 영향을 동시에 캔슬하는 배압 캔슬 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제1항에 있어서,
상기 보디에 제1포트, 제2포트 및 제3포트가 마련되고,
상기 제1포트와 상기 제2포트를 연결하는 통로에 의해 상기 제1내부 통로가 형성되고,
상기 제1포트와 상기 제3포트를 연결하는 통로에 의해 상기 제2내부 통로가 형성되고,
상기 제1내부 통로의 중간부에 제1밸브 구멍이 마련되고,
상기 제2내부 통로의 중간부에 제2밸브 구멍이 마련되고,
상기 제1밸브 구멍, 상기 제2밸브 구멍 및 상기 밸브 작동체가 동일 축선 상에 마련되고,
상기 밸브 구동체는,
상기 제1밸브 구멍과 상기 제2밸브 구멍 사이에 배치되고, 상기 제1밸브 구멍에 접리(接離)하여 상기 제1밸브의 개도를 조정하는 상기 제1밸브체와, 상기 제2밸브 구멍에 접리하여 상기 제2밸브의 개도를 조정하는 상기 제2밸브체가 일체로 마련된 밸브체부;
상기 밸브체부를 관통하도록 연결 마련되고, 축선 방향의 일측으로 돌출하는 관로부;
상기 관로부의 상기 밸브체부와 반대측 단부에 연결 마련되고, 상기 보디 사이에 상기 배압실을 형성하는 구획부를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제2항에 있어서,
상기 제1포트가, 상기 제1내부 통로와 상기 제2내부 통로의 공용 통로에 연통하는 공용 포트로서 형성되고,
상기 제2포트가, 상기 제3포트보다 상기 액추에이터에 근접하여 마련되고,
상기 제3포트가, 상기 제2포트보다 상기 액추에이터로부터 이격하여 마련되고,
상기 관로부는, 상기 제1내부 통로 및 상기 제2내부 통로 중의 어느 하나를 횡단하도록 상기 밸브체부의 일측으로 돌출되고, 타단부가 상기 제1내부 통로 및 상기 제2내부 통로 중의 다른 하나에 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제3항에 있어서,
상기 제1포트가, 작동 유체를 도입하는 도입 포트로서 형성되고,
상기 제2포트가, 상기 제1밸브 구멍을 통과한 작동 유체를 도출하는 제1도출 포트로서 구성되고,
상기 제3포트가, 상기 제2밸브 구멍을 통과한 작동 유체를 도출하는 제2도출 포트로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 관로부는, 일단측이 상기 제1내부 통로를 횡단하도록 돌출되고, 타단측에 상기 제3포트에 연통하는 연통구를 구비하고,
상기 구획부가 상기 액추에이터 사이에 상기 배압실을 형성하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제2항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 배압 캔슬 구조는, 상기 제1밸브 구멍의 유효 지름과, 상기 제2밸브 구멍의 유효 지름과, 상기 구획부의 유효 수압 지름을 거의 동일하게 하는 것에 의해 실현되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제2항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 구획부와 상기 보디의 슬라이딩부에 마련된 실링 부재를 더 구비하고,
상기 작동 전환 기구는,
상기 밸브 구동체와 상기 밸브 작동체를 작동 연결시키는 방향으로 부세(付勢)하는 부세 부재를 포함하고,
상기 부세 부재의 부세력이 상기 실링 부재의 슬라이딩력보다 크게 설정되는 것에 의해, 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브 중의 어느 하나의 개도 제어 상태에 있어서는 상기 밸브 구동체와 상기 밸브 작동체가 서로 계지(係止)되면서 일체로 변위 가능하게 작동 연결하는 상태를 유지하고,
상기 제1밸브 및 상기 제2밸브 중의 적어도 어느 하나의 밸브 폐쇄 상태에 있어서 상기 부세 부재가 상기 밸브 구동체로부터의 반력에 의해 변형하는 것에 의해, 상기 밸브 구동체와 상기 밸브 작동체가 상대 변위 가능하게 연결 해제되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터로서, 회전 구동되는 로터를 포함하는 스테핑 모터와,
상기 로터와 함께 회전하고, 그 축선을 중심으로 한 회전 운동을 상기 밸브 작동체의 축선 방향의 병진 운동으로 변환하는 작동 변환 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.