KR20160010484A

KR20160010484A - 전환 밸브

Info

Publication number: KR20160010484A
Application number: KR1020157034223A
Authority: KR
Inventors: 신지 사에키; 사토시 하야카와; 히로후미 오가와; 아키노부 와카바야시; 토모히로 유아사; 요우이치 미우라
Original assignee: 가부시키가이샤 테지케
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2016-01-27
Also published as: JP2014228039A; EP3001078A4; WO2014188639A1; EP3001078A1; JP6149216B2

Abstract

일 태양에 따른 전환 밸브는, 복수의 포트를 연통시키는 냉매 통로를 포함하는 보디; 냉매 통로의 지름 방향으로 연장되고 보디에 회동 가능하게 지지되는 샤프트; 샤프트와 함께 회동하는 것에 의해 복수의 포트를 선택적으로 연통시키는 밸브체; 샤프트를 통해 밸브체를 냉매 통로의 개폐 방향으로 구동하는 구동 기구; 구동 기구를 작동시키는 로터와 스테이터를 포함하는 스테핑 모터; 및 보디에 고정되어 로터를 내포하는 통형상 부재이고, 냉매의 압력이 작용하는 압력 공간과 냉매의 압력이 작용하지 않는 비압력 공간을 획정하는 캔을 구비한다. 밸브체는, 버터플라이 밸브를 구성하고, 샤프트와 함께 회동하여 냉매 통로를 고압 영역과 저압 영역으로 획정 가능한 플레이트를 포함한다. 캔의 압력 공간은, 고압 영역 또는 저압 영역과 연통로를 통해 연통된다.

Description

전환 밸브{SWITCHING VALVE}

본 발명은, 냉동 사이클에 바람직한 전환 밸브에 관한 것이다.

차량용 냉난방 장치는, 압축기, 실외 열교환기, 증발기, 팽창 장치 등을 포함하는 냉동 사이클을 구비하고, 난방 운전시와 냉방 운전시에 실외 열교환기의 기능이 전환된다. 난방 운전시에 있어서는 실외 열교환기가 증발기로서 기능한다. 그 때, 냉동 사이클을 냉매가 순환하는 과정에서 실내 열교환기가 방열하고, 그 열에 의해 차량 실내의 공기가 가열된다. 한편, 냉방 운전시에 있어서는 실외 열교환기가 응축기로서 기능한다. 그 때, 실외 열교환기에 의해 응축된 냉매가 증발기에 의해 증발하고, 그 증발 잠열에 의해 차량 실내의 공기가 냉각된다.

이와 같이 운전 모드에 따라 증발기가 전환되는 경우, 어느 한쪽의 증발기에 냉매를 공급하기 위해 냉매 순환 통로의 전환이 이루어진다. 그 때문에, 복수의 냉매 순환 통로의 합류점 또는 분기점에는, 유로의 전환을 실현하기 위한 전환 밸브가 마련된다. 이와 같은 전환 밸브로서, 로터리식의 구성을 채용하는 것이 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 로터리식의 전환 밸브는, 예를 들면 냉매 통로가 형성된 보디와, 냉매 통로의 합류부 또는 분기부에 마련된 통형상의 밸브체와, 그 밸브체를 회전 구동하는 스테핑 모터를 구비한다. 그 밸브체의 축선을 중심으로 하는 회동에 의해 유로가 전환된다. 냉매의 누설 방지를 확실히 할 수 있도록, 그 스테핑 모터의 로터 및 밸브체의 구동 기구는, 보디에 고정된 내압성의 캔 내에 배치된다.

일본국 특허공개공보 2010-266062호 공보

그러나, 이와 같은 전환 밸브는 일반적으로, 밸브체가 크고 유로도 복잡해져, 냉매가 통과할 때의 압력 손실이 커지는 경향이 있다. 또한, 밸브체가 통형상이기 때문에 보디와의 슬라이딩면이 커서, 회동시의 슬라이딩 저항이 커지는 경향이 있다. 특히 냉동 사이클의 운전 상태에 따라 밸브체의 전후 차압(상류측과 하류측의 차압)이 커지는 경우에는, 그 작동 토크도 커지고, 그것이 액츄에이터의 전력 절약화나 전환 밸브 전체의 비용 삭감을 실현하고자 할 때 걸림돌이 되었다.

본 발명의 일 목적은, 냉동 사이클에 바람직한 스테핑 모터 구동식의 전환 밸브를 저비용으로 실현하는 것에 있다.

본 발명의 일 태양은, 스테핑 모터 구동식의 전환 밸브이다. 이 전환 밸브는, 냉매를 도입 또는 도출하는 복수의 포트와, 복수의 포트를 연통시키는 냉매 통로를 포함하는 보디; 냉매 통로의 지름 방향으로 연장되고 보디에 회동 가능하게 지지되는 샤프트; 샤프트에 고정되어 샤프트와 함께 회동하는 것에 의해 복수의 포트를 선택적으로 연통시키는 밸브체; 샤프트를 통해 밸브체를 냉매 통로의 개폐 방향으로 구동하는 구동 기구; 구동 기구를 작동시키는 로터와, 로터를 회전 구동시키는 스테이터를 포함하는 스테핑 모터; 및 보디에 고정되어 구동 기구가 배치되는 공간을 덮는 한편 로터를 내포하는 통형상 부재이고, 로터가 배치되어 냉매의 압력이 작용하는 압력 공간과, 스테이터가 배치되어 냉매의 압력이 작용하지 않는 비압력 공간을 획정하는 캔을 구비한다. 밸브체는, 버터플라이 밸브를 구성하고, 샤프트와 함께 회동하여 냉매 통로를 고압 영역과 저압 영역으로 획정 가능한 플레이트를 포함한다. 그 고압 영역 또는 저압 영역과 압력 공간을 연통시켜 냉매의 유통을 허용하는 연통로가 더 마련되어 있다.

이 태양의 전환 밸브는 버터플라이 밸브이고, 샤프트에 플레이트를 조립한 간소한 구조를 구비하기 때문에, 유로의 형상을 복잡하게 하지도 않고, 냉매가 통과할 때의 압력 손실을 억제할 수 있다. 이 때문에, 이 전환 밸브를 냉동 사이클에 적용한 경우, 그 냉방 능력 또는 난방 능력을 높게 유지할 수 있다. 또한, 전환 밸브가 간소한 구조이기 때문에, 저비용으로 제조할 수 있다. 나아가, 버터플라이 밸브의 플레이트는, 구조상, 샤프트에 대해 거의 대칭이 되기 때문에, 그 구동 토크가 작게 억제된다. 그 결과, 스테핑 모터를 구동할 때의 전력 절약화를 실현할 수도 있다. 이 태양에 의하면, 전환 밸브를 저비용으로 실현할 수 있다.

한편, 캔의 내방의 압력 공간과 냉매 통로 사이에 연통로를 마련하는 것에 의해 캔 내로의 냉매의 출입을 용이하게 했기 때문에, 캔 내의 압력이 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 이와 같은 전환 밸브를 냉동 사이클에 적용하는 경우, 샤프트의 슬라이딩부를 통해 캔 내에 냉매가 유입되는 것은 피할 수 없는 바, 그와 같은 냉매의 유통을 실링 부재 등에 의해 규제하지 않고, 오히려 연통로를 통해 적극적으로 촉진시키는 것에 의해 캔 내의 압력이 허용 범위에 들도록 하고 있다. 한편, 샤프트의 슬라이딩부에 실링 부재를 마련하지 않는 구성으로 하는 것에 의해, 그 슬라이딩 저항을 작게 할 수 있고, 그것이 상술한 작동 토크의 저감에도 기여한다.

본 발명에 의하면, 냉동 사이클에 바람직한 스테핑 모터 구동식의 전환 밸브를 저비용으로 실현할 수 있다.

도 1은 제1실시형태에 따른 버터플라이 밸브가 적용되는 차량용 냉난방 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는 버터플라이 밸브 및 그 주변 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 제2실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 연통로의 구성을 나타내는 부분 확대도이다.
도 7은 버터플라이 밸브 및 그 주변 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 버터플라이 밸브의 폐쇄 상태를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 5의 A-A선 단면에 상당하는 사시도이다.
도 9는 제2실시형태의 변형예에 따른 연통로의 구성을 나타내는 부분 확대도이다.
도 10은 제3실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은 제4실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12는 도 11의 I-I선 단면도이다.
도 13은 제5실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 13의 J-J선 단면도이다.
도 15는 제6실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 16은 도 15의 K-K선 단면도이다.
도 17은 제7실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 18은 도 17의 A-A선 단면도이다.
도 19는 제8실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 20은 도 19의 A-A선 단면도이다.
도 21은 제9실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 22는 도 21의 A-A선 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서는 편의상, 도시한 상태를 기준으로 각 구조의 위치 관계를 상하로 표현하는 경우가 있다.

[제1실시형태]

우선, 본 발명의 제1실시형태에 대해 설명한다. 도 1은, 제1실시형태에 따른 전환 밸브가 적용되는 차량용 냉난방 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에서는, 그 차량용 냉난방 장치를 전기자동차에 적용하고 있다.

차량용 냉난방 장치(1)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(1)는, 냉매로서의 대체 프레온(HFC-134a, HFO-1234yf 등)이 냉동 사이클 내를 상태 변화하면서 순환하는 과정에서, 그 냉매의 열을 이용하여 차량 실내의 공기 조절을 진행하는 히트펌프식의 냉난방 장치로 구성되어 있다.

압축기(2), 실외 열교환기(5) 및 어큐뮬레이터(8)는, 차량 실외(엔진룸)에 마련되어 있다. 한편, 차량 실내에는 공기의 열교환이 진행되는 덕트가 마련되고, 그 덕트에 있어서의 공기의 흐름 방향 상류측에 증발기(7)가 배치되고, 하류측에 실내 응축기(3)가 배치되어 있다.

차량용 냉난방 장치(1)는, 냉방 운전시와 난방 운전시에 복수의 냉매 순환 통로를 전환하도록 운전된다. 이 냉동 사이클은, 실내 응축기(3)와 실외 열교환기(5)가 응축기로서 직렬로 동작 가능하게 구성되고, 또한, 증발기(7)와 실외 열교환기(5)가 각각 증발기로서 동작 가능하게 구성되어 있다. 즉, 냉방 운전시에 냉매가 순환하는 제1냉매 순환 통로, 및 난방 운전시에 냉매가 순환하는 제2냉매 순환 통로가 형성된다.

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)(복귀 통로)를 통해 어큐뮬레이터(8)의 입구에 접속되어 있다. 제3통로(23)와 제4통로(24)는 바이패스 통로(25)에 의해 접속되고, 실외 열교환기(5)로부터 도출된 냉매를 증발기(7)를 우회시켜 어큐뮬레이터(8)에 공급 가능하게 되어 있다.

제1냉매 순환 통로는, 도면에서 실선 화살표로 표시되는 바와 같이, 압축기(2)→실내 응축기(3)→실외 열교환기(5)→증발기(7)→어큐뮬레이터(8)→압축기(2)와 같이 냉매가 순환하는 통로이다. 냉방 운전시에는 바이패스 통로(25)가 차단되기 때문에, 냉매는 제1냉매 순환 통로를 순환하게 된다. 제2냉매 순환 통로는, 도면에서 점선 화살표로 표시되는 바와 같이, 압축기(2)→실내 응축기(3)→실외 열교환기(5)→어큐뮬레이터(8)→압축기(2)와 같이 냉매가 순환하는 통로이다. 난방 운전시에는 바이패스 통로(25)가 개방되기 때문에, 냉매는 제2냉매 순환 통로를 순환하게 된다. 한편, 실외 열교환기(5)를 흐르는 냉매의 흐름은, 제1냉매 순환 통로와 제2냉매 순환 통로에서 동일 방향으로 되어 있다.

이와 같은 운전 모드의 전환을 실현하기 위해, 제2통로(22)에 전환 밸브(10)가 마련되고, 바이패스 통로(25)에 전환 밸브(12)가 마련되어 있다. 전환 밸브(10)는, 제2통로(22)를 개폐하는 개폐 밸브부(14)와, 개폐 밸브부(14)의 개폐 상태에 관계 없이 냉매를 통과시키는 오리피스(16)를 구비한다. 전환 밸브(12)는, 바이패스 통로(25)를 개폐하는 개폐 밸브부를 구비한다. 또한, 제3통로(23)에 있어서의 바이패스 통로(25)로의 분기점보다 하류측(실외 열교환기(5)와 증발기(7) 사이)에는, 팽창 밸브(18)가 마련되어 있다.

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

실내 응축기(3)는, 실외 열교환기(5)와는 별도로 냉매를 방열시키는 보조적인 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 데워진다. 즉, 덕트에 도입되어 증발기(7)에서 냉각 및 제습된 공기 중, 도시하지 않는 에어 믹스 도어에 의해 나눠진 공기가 실내 응축기(3)를 통과하는 것에 의해 적절히 가열된다. 실내 응축기(3)를 통과한 공기와 우회한 공기가 실내 응축기(3)의 하류측에서 혼합되어 목표의 온도로 조정된다.

실외 열교환기(5)는, 냉방 운전시에 내부를 통과하는 냉매를 방열시키는 실외응축기로서 기능하는 한편, 난방 운전시에는 내부를 통과하는 냉매를 증발시키는 실외 증발기로서 기능한다. 실외 열교환기(5)가 증발기로서 기능할 때는, 팽창 장치(오리피스(16))를 통과하는 것에 의해 저온 저압이 된 냉매가, 실외 열교환기(5)를 통과할 때 증발한다.

증발기(7)는, 내부를 통과하는 냉매를 증발시키는 실내 증발기로서 기능한다. 즉, 팽창 장치(팽창 밸브(18))의 통과에 의해 저온 저압이 된 냉매는, 증발기(7)를 통과할 때 증발한다. 차량 실내에 도입된 공기는, 그 증발 잠열에 의해 냉각되고, 제습된다. 이 때 냉각 제습된 공기는, 실내 응축기(3)의 통과 과정에서 가열된다.

어큐뮬레이터(8)는, 증발기(7) 또는 실외 열교환기(5)(실외 증발기)로부터 송출된 냉매를 기액 분리하여 모아 두는 장치이며, 액상부와 기상부를 구비한다. 이 때문에, 가령 증발기로부터 상정 이상의 액냉매가 도출되었다고 해도, 그 액냉매를 액상부에 모아 둘 수 있고, 기상부의 냉매를 압축기(2)에 도출할 수 있다.

팽창 밸브(18)는, 이른바 온도식 팽창 밸브로서 구성되고, 증발기(7)의 출구측의 온도와 압력을 감지하여 밸브 개도를 조정하고, 열부하에 상응한 액냉매를 증발기(7)에 공급한다. 팽창 밸브(18)는, 예를 들면 일본국 특허공개공보 2012-87966호 공보에 기재된 바와 같은 차압 밸브(저차압 감지 폐지 수단)를 내장하고 있고, 그 전후 차압(밸브부의 상류측 압력과 하류측 압력의 차압)이 설정 차압보다 저하되면 밸브부를 폐쇄한다. 한편, 이와 같은 온도식 팽창 밸브의 구성에 관해서는 상기 공보에 기재되어 있기 때문에, 그 상세한 설명에 대해서는 생략한다.

전환 밸브(10)는, 개폐 밸브부(14)와 이를 개폐 구동하는 액츄에이터를 구비하는 2방 밸브로서 구성된다. 다만, 후술하는 바와 같이, 그 개폐 밸브부(14)를 구성하는 밸브체에는 작은 구멍으로 이루어지는 오리피스(16)가 마련되어 있고, 밸브 폐쇄 상태에 있어서도 소정 유량의 냉매가 통과할 수 있도록 되어 있다. 본 실시형태에서는, 전환 밸브(10)의 액츄에이터로서 스테핑 모터가 채용된다.

전환 밸브(12)는, 개폐 밸브부와 이를 개폐 구동하는 액츄에이터를 구비하는 2방 밸브로서 구성된다. 본 실시형태에서는, 전환 밸브(12)의 액츄에이터로서 스테핑 모터가 채용된다. 전환 밸브(12)의 폐쇄 상태에 있어서는, 제1냉매 순환 통로가 개방되어, 제2냉매 순환 통로는 차단된다. 한편, 전환 밸브(12)의 개방 상태에 있어서는 제2냉매 순환 통로가 개방된다. 이 때, 냉매가 바이패스 통로(25)를 통해 흐르기 때문에, 팽창 밸브(18)의 전후 차압이 설정 차압보다 저하된다. 그 결과, 팽창 밸브(18)에 내장되는 차압 밸브가 폐쇄되어, 제1냉매 순환 통로는 차단된다.

도 2는, 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 3은, 도 2의 A-A선 단면도로서, (A)는 밸브 개방 상태를 나타내고, (B)는 밸브 폐쇄 상태를 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 전환 밸브(10)는, 스테핑 모터 구동식의 2방 밸브이고, 밸브 본체(101)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성된다. 밸브 본체(101)는, 냉매 통로(103)가 형성된 보디(104)와, 보디(104)에 수용되어 냉매 통로(103)를 개폐하는 버터플라이 밸브(106)와, 버터플라이 밸브(106)를 개폐 구동하는 구동 기구(108)를 구비한다. 모터 유닛(102)은, 보디(104)의 일단에 조립되고, 보디(104)와의 사이에 형성되는 수용실(107)에 구동 기구(108)를 수용한다.

보디(104)는, 알루미늄 합금을 절삭 가공 등을 하는 것에 의해 얻어진다. 도 3에도 나타내는 바와 같이, 보디(104)를 관통하도록 직선 형태의 냉매 통로(103)가 형성된다. 냉매 통로(103)의 일단에는 상류측으로부터 냉매를 도입하는 도입 포트(110)가 마련되고, 타단에는 하류측으로 냉매를 도출하는 도출 포트(112)가 마련된다. 냉매 통로(103)의 중앙(도입 포트(110)에서 개구되는 통로와, 도출 포트(112)에서 개구되는 통로의 접속 영역)에는, 원통 형상의 슬리브(114)가 냉매 통로(103)와 동심 형태로 고정되어 있다. 슬리브(114)는, 버터플라이 밸브(106)의 후술하는 밸브체(116)("플레이트"로서 기능한다)를 기밀이게 탈착시키기 위한 실링 부재이고, 탄성 부재(예를 들면 고무)나 가요성 부재로 이루어진다. 버터플라이 밸브(106)는, 타원 형상의 밸브체(116)와, 그 회전축이 되는 길이가 긴 샤프트(118)를 구비한다. 밸브체(116) 및 샤프트(118)는, 모두 스테인리스로 이루어지고, 스폿 용접에 의해 접합된다. 버터플라이 밸브(106)의 상세한 설명에 대해서는 후술한다.

보디(104)에는, 샤프트(118)의 중간부를 삽통시키기 위한 삽통 구멍(120)과, 샤프트(118)의 하단부를 지지하기 위한 베어링 구멍(122)이 동축 형태로 마련되어 있다. 이에 의해, 샤프트(118)가 냉매 통로(103)를 지름 방향으로 횡단하도록 연장되어 있고, 보디(104)에 회동 가능하게 지지된다. 삽통 구멍(120)의 상단부에는 고리 모양의 축지지 부재(124)가 압입되어 있고, 샤프트(118)는, 그 축지지 부재(124)와 베어링 구멍(122)에 의해 축선을 중심으로 회동 가능하게 지지되어 있다.

또한, 보디(104)에는, 삽통 구멍(120)과 평행하게 지름이 작은 연통 구멍(126)이 마련되어 있다. 한편, 슬리브(114)에는, 연통 구멍(126)과 동축 형태로 내외를 연통시키는 연통 구멍(128)이 마련되어 있다. 연통 구멍(126, 128)은, 수용실(107)과 냉매 통로(103)를 연통시키는 연통로(129)를 형성한다. 본 실시형태에서는, 연통 구멍(126, 128)의 단면은 거의 동일한 지름이고, 그 단면적이 샤프트(118)와 축지지 부재(124) 사이의 간격의 단면적보다 커지도록 구성되어 있다.

한편, 모터 유닛(102)은, 로터(130)와 스테이터(132)를 포함하는 스테핑 모터로서 구성되어 있다. 보디(104)의 상면부에는, 냉매의 압력이 작용하는 압력 공간과 작용하지 않는 비압력 공간을 획정하는 캔(134)이 고정되어 있고, 그 캔(134)의 내방에 로터(130)가 마련되고, 캔(134)의 외측에 스테이터(132)가 마련되어 있다. 캔(134)은, 비자성부재로 이루어지고, 이와 같이 버터플라이 밸브(106) 및 구동 기구(108)가 배치되는 압력 공간의 내외를 구획하는 구획 부재로서 기능하는 한편, 로터(130)와 스테이터(132)를 양자의 자기 갭을 확보하면서 지지하는 슬리브로서도 기능한다.

로터(130)는, 길이가 긴 회전축(138)과, 그 회전축(138)의 외주에 배치된 마그넷(140)을 구비한다. 본 실시형태에서는, 마그넷(140)은 24극으로 자화되어 있다. 캔(134)은, 단차가 있는 원통 형상으로 되어 있고, 그 하단 개구부에 반경 방향 외측으로 연장되는 플랜지부(142)를 구비한다. 그 플랜지부(142)가 O링(136)을 통해 보디(104)와 접합되는 것에 의해, 캔(134)의 내외 기밀성이 확보되고 있다.

캔(134)의 상단부 중앙에는 상방으로 돌출된 베어링부(144)가 형성되고, 하단 개구부에는 원판 모양의 베어링 부재(146)가 압입되어 있다. 회전축(138)은, 베어링부(144)와 베어링 부재(146)에 의해 축선을 중심으로 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링 부재(146)에는, 캔(134)의 내부 공간과 수용실(107)을 연통시키는 연통 구멍(148)이 마련되어 있다. 이 캔(134)의 내부 공간과 수용실(107)이, 연통로(129)를 통해 냉매 통로(103)와 연통하는 "압력 공간"을 구성한다.

회전축(138)과 샤프트(118)는, 구동 기구(108)를 통해 접속된다. 구동 기구(108)는, 회전축(138)의 선단부에 고정된 원통 기어(150), 보디(104)에 마련된 도시하지 않는 회전축에 회전 자유롭게 지지된 제1감속 기어(152), 및 샤프트(118)의 상단부에 지지된 제2감속 기어(154)를 포함한다. 원통 기어(150)의 회전은 감속 기어(152, 154)를 거치는 것에 의해 2단계로 감속된다. 샤프트(118)의 상단부가 축선과 직각으로 굽혀져 감합부(156)가 되는 한편, 제2감속 기어(154)의 하면에는 감합부(156)와 감합 가능한 감합 요부(158)가 형성되어 있다. 샤프트(118)는, 감합부(156)가 감합 요부(158)에 감합되는 형태로 제2감속 기어(154)와 일체로 연결되어 있다. 회전축(138)과 샤프트(118)가 동일 축선상에 배치되도록 각 기어가 위치 결정되어 있다.

밸브체(116)는, 도 3(A)에 나타내는 전개 상태에서 45도 회동하면, 도 3(B)에 나타내는 바와 같이 그 외주 가장자리(에지부)가 슬리브(114)에 걸려, 완전 폐쇄 상태가 된다. 본 실시형태에서는 밸브체(116)가 냉매 통로(103)의 축선을 따르는 전개 상태에서 1방향으로만 회동 범위를 갖지만(즉 회동 각도가 45도), 전개 상태에서 1방향 및 반대 방향의 쌍방으로 회동 범위를 갖도록 해도 좋다(즉 회동 범위가 90도가 되도록 해도 좋다).

다음으로, 버터플라이 밸브(106)의 구성의 상세에 대해 설명한다. 도 4는, 버터플라이 밸브 및 그 주변 구조를 나타내는 도면으로서, (A)는 버터플라이 밸브의 폐쇄 상태를 나타내고, (B)는 버터플라이 밸브의 단체(單體)의 구성을 나타내고 (A)의 화살표 B 방향에서 바라본 도면에 대응하고, (C)는 (A)의 C-C선 단면도이다.

도 4의 (A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 밸브체(116)는, 타원 형상의 본체(160)의 장축 방향 중앙이 만곡되도록 프레스 성형되고, 단축과 평행한 오목홈(162)이 형성되어 있다. 그 오목홈(162)을 따라 샤프트(118)가 감합되도록 스폿 용접되어 있다. 이에 의해, 본체(160)의 단축과 샤프트(118)의 축선이 일치하고 있다. 본체(160)의 샤프트(118)에 대한 한쪽에는, 작은 구멍으로 이루어지는 오리피스(16)가 두께 방향으로 뚤려 있다. 본 실시형태에서는, 오리피스(16)는, 본체(160)의 장축상에 마련되어 있다.

도 4의 (A) 및 (C)에 나타내는 바와 같이, 밸브체(116)는, 버터플라이 밸브(106)의 밸브 폐쇄 상태에 있어서 본체(160)의 외주 가장자리(에지부)가 슬리브(114)의 내주면을 따라 밀착하여, 본체(160)와 슬리브(114) 사이에 간격이 형성되지 않도록, 그 타원 형상이 정해져 있다. 이에 의해, 버터플라이 밸브(106)의 밸브 폐쇄시에 있어서는, 본체(160)와 슬리브(114) 사이의 실링성이 확보되고, 냉매는 오리피스(16)를 통해서만 유통할 수 있다. 한편, 도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 연통로(129)(연통 구멍(128))는, 냉매의 흐름 방향(도면 중의 굵은 선 화살표)에 대해 밸브체(116)의 하류측, 즉 버터플라이 밸브(106)의 밸브 폐쇄 상태에 있어서 저압측이 되는 위치에 마련되어 있다. 이에 의해, 캔(134)의 내방의 압력 공간이 상대적으로 저압이 되기 쉬운 구성으로 되어 있다. 이는, 예를 들면 캔(134)과 보디(104)의 접합부에 과대한 응력 집중이 발생하는 것을 방지하는 등, 캔(134)의 내방이 고압이 되는 것에 의한 폐해를 억제한다.

한편, 전환 밸브(12)의 구성에 관해서는, 오리피스(16)가 마련되어 있지 않은 점을 제외하고 전환 밸브(10)와 같다. 전환 밸브(12)의 연통로(129)도, 그의 버터플라이 밸브(106)의 밸브 폐쇄 상태에 있어서 저압측이 되는 위치에 마련되어 있다. 이 때문에, 전환 밸브(12)에 관한 상세한 설명에 대해서는 생략한다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 전환 밸브(10, 12)는 버터플라이 밸브(106)로 이루어지기 때문에, 냉매 통로를 직선 모양으로 형성할 수 있다. 즉, 냉매의 유로 형상이 복잡화되지 않기 때문에, 냉매가 통과할 때의 압력 손실을 억제할 수 있다. 이 때문에, 차량용 냉난방 장치(1)의 냉방 능력 및 난방 능력을 높게 유지할 수 있다. 또한, 전환 밸브(10, 12) 자체가 간소한 구조를 구비하기 때문에, 저비용으로 제조할 수 있다. 나아가, 버터플라이 밸브(106)의 밸브체(116)는, 샤프트(118)에 대해 거의 대칭으로 구성되기 때문에, 그 구동 토크가 작게 억제된다. 그 결과, 모터 유닛(102)(스테핑 모터)을 구동할 때의 전력 절약화를 실현할 수도 있다. 즉, 본 실시형태에 의하면, 전환 밸브(10, 12)를 간소한 구성과 전력 절약화에 의해 저비용으로 실현할 수 있다.

또한, 캔(134)의 압력 공간과 냉매 통로(103) 사이에 연통로(129)를 마련하여 캔(134) 내로의 냉매의 출입을 용이하게 했기 때문에, 캔(134) 내의 압력이 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 특히, 연통로(129)가 캔(134)의 압력 공간과 냉매 통로(103)의 저압 영역을 연통시키도록 구성했기 때문에, 캔(134) 내의 압력을 상대적으로 낮게 억제할 수 있다. 나아가, 샤프트(118)의 슬라이딩부에 실링 부재를 마련하지 않는 구성으로 했기 때문에, 그 슬라이딩 저항을 작게 할 수 있고, 그것이 작동 토크의 저감에도 기여하고 있다. 또한, 버터플라이 밸브(106)에 대해, 오목홈(162)이 저압 영역을 향하도록 배치되기 때문에, 본체(160)와 샤프트(118)의 접합을 안정하게 유지할 수 있다. 즉, 만약 오목홈(162)이 고압 영역을 향하도록 배치되면, 본체(160)를 샤프트(118)로부터 이격시키는 방향의 차압(본체(160)와 샤프트(118)를 박리시키는 방향의 차압)이 작용하게 된다. 그 결과, 양자의 접합부에 과대한 힘이 가해져, 그 접합부를 파손시킬 가능성이 있다. 본 실시형태에서는 양자의 접합부를 저압 영역으로 향하고 있기 때문에, 본체(160)를 샤프트(118)에 가압하는 방향의 차압이 작용하게 되어, 그와 같은 문제를 회피할 수 있다.

[제2실시형태]

도 5는, 제2실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 6은, 연통로의 구성을 나타내는 부분 확대도로서, (A)는 도 5의 D부 확대도이고, (B)는 (A)의 E-E선 단면도이다. 도 7은, 버터플라이 밸브 및 그 주변 구조를 나타내는 도면으로서, (A)는 버터플라이 밸브의 단체(單體)의 구성을 나타내고, (B)는 (A)의 F-F선 단면도이고, (C)는 (A)의 G-G선 단면도이고, (D)는 (A)의 H-H선 단면도이다.

이하에서는 제1실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 한편, 상기 도면에 있어서 제1실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다. 도 8은, 버터플라이 밸브의 폐쇄 상태를 모식적으로 나타내는 도면으로서, 도 5의 A-A선 단면에 상당하는 사시도이고, (A)는 저압 영역측에서 본 도면이고, (B)는 고압 영역측에서 본 도면이다.

본 실시형태에서는, 제1실시형태의 전환 밸브(12) 대신에 도 5에 나타내는 전환 밸브(212)가 마련된다. 전환 밸브(212)는, 밸브 본체(201)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성된다. 밸브 본체(201)는, 보디(204)에 수용되어 냉매 통로(103)를 개폐하는 버터플라이 밸브(206)와, 버터플라이 밸브(206)를 개폐 구동하는 구동 기구(108)를 구비한다. 보디(204)에는 제1실시형태와 같은 연통로(129)는 형성되어 있지 않지만, 샤프트(118)의 삽통부에 의해 연통로(229)가 형성되어 있다. 즉, 도 6의 (A) 및 (B)에도 나타내는 바와 같이, 연통로(229)는, 보디(204)의 삽통 구멍(120)과 샤프트(118) 사이의 간격(220), 축지지 부재(124)와 샤프트(118) 사이의 간격(222), 및 실링 부재(218)와 샤프트(118) 사이의 간격(223)에 의해 구성되어 있다.

냉매 통로(103)에는 제1실시형태와 같은 슬리브(114)는 마련되지 않고, 버터플라이 밸브(206)측에 실링 구조가 마련되어 있다. 즉, 도 7(A)~(D)에도 나타내는 바와 같이, 버터플라이 밸브(206)는, 샤프트(118)에 밸브체(216)를 고정하여 구성되지만, 그 밸브체(216)의 외주 가장자리를 따라 실링 부재(218)가 마련되어 있다. 본 실시형태의 실링 부재(218)는 고무로 이루어지고, 본체(160)의 외주면을 따라 라이닝 가공되어 있다. 한편, 변형예에 있어서는, 실링 부재(218)로서 고무 등의 탄성 부재를 본체(160)의 외주에 끼워 넣도록 하여 일체화해도 좋다. 이와 같이 고무를 슬리브 등의 부품으로서 마련하지 않고, 밸브체의 가장자리부에 피착(被着)시키도록 하는 것에 의해, 고무 부품의 사용을 억제할 수 있고, 냉동 사이클로의 적용시에 우려되는 블리스터 현상의 발생을 억제할 수 있다.

도 8의 (A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 버터플라이 밸브(206)의 밸브 폐쇄 상태에 있어서는 실링 부재(218)가 냉매 통로(103)의 내벽면을 따라 밀착하여, 밸브체(216)와 냉매 통로(103) 사이의 실링성이 확보된다. 한편, 본 실시형태에 있어서도, 연통로(229)는, 냉매의 흐름 방향(도면 중의 굵은 선 화살표)에 대해 밸브체(216)의 하류측, 즉 버터플라이 밸브(206)의 밸브 폐쇄 상태에 있어서 저압측이 되는 위치에 마련된다. 즉, 오목홈(162)이 저압 영역을 향하도록 배치되는 한편, 실링 부재(218)의 형상이 본체(160)의 외주 형상을 따르기 때문에, 연통로(229)는 저압 영역으로 개방되게 된다. 이에 의해, 캔(134)의 내방의 압력 공간이 상대적으로 저압이 되기 쉬운 구성으로 되어 있다.

한편, 제1실시형태의 전환 밸브(10) 대신에 본 실시형태와 동일한 전환 밸브를 마련해도 좋다. 이 전환 밸브는, 도 5에 나타낸 전환 밸브(212)에 있어서, 밸브체(216)에 오리피스(16)를 형성하는 것에 의해 실현할 수 있다.

(변형예)

상기 제2실시형태에서는, 샤프트(118)의 삽통부에 연통로(229)를 형성하는 일례를 나타냈다. 도 9는, 제2실시형태의 변형예에 따른 연통로의 구성을 나타내는 부분 확대도로서, (A)는 도 5의 D부 확대도에 대응하고, (B)는 (A)의 E-E선 단면도이다. 본 변형예에 있어서는, 축지지 부재(224)의 내주면에 축선에 대해 평행한 연통홈(226)을 마련하고 있다. 이와 같이 냉매 통로(103)의 실링에 영향이 없는 개소를 이용하여 연통로(229)를 크게 하는 것에 의해, 그 연통로(229)를 통한 냉매의 유통 촉진 효과를 향상시킬 수 있다. 한편, 연통홈(226)의 수는 단일이어도 좋고 복수여도 좋다.

[제3실시형태]

도 10은, 제3실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이하에서는 제1, 제2실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 한편, 도 10에 있어서 제1, 제2실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

본 실시형태에서는, 제1실시형태의 전환 밸브(12) 대신에 도 10에 나타내는 전환 밸브(312)가 마련된다. 전환 밸브(312)는, 밸브 본체(301)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성된다. 밸브 본체(301)는, 보디(304)에 수용되어 냉매 통로(103)를 개폐하는 버터플라이 밸브(306)와, 버터플라이 밸브(306)를 개폐 구동하는 구동 기구(308)를 구비한다. 버터플라이 밸브(306)는, 도 2에 나타낸 버터플라이 밸브(106)에 있어서 오리피스(16)가 없는 구성을 구비한다.

전환 밸브(312)의 구동 기구(308)는, 매지컬 유성 기어식(magical planetary gear)의 감속 기구를 구비한다. 즉, 구동 기구(308)는, 모터 유닛(102)의 회전축(138)에 고정된 선 기어(340)와, 보디(304)의 상단부에 고정된 고정 인터널 기어(342)와, 샤프트(118)의 상단부에 접속된 가동 인터널 기어(344)와, 복수의 유성 기어(346)를 포함하여 구성된다. 유성 기어(346)는, 한쪽에서 선 기어(340)에 치합되고, 다른 한쪽에서 고정 인터널 기어(342) 및 가동 인터널 기어(344)에 치합된다. 본 실시형태에서는, 3개의 유성 기어(346)가, 선 기어(340)를 중심 하는 120도 간격으로 마련되어 있다. 이와 같은 매지컬 유성 기어식의 감속 기구를 채용하는 것에 의해, 감속비를 크게 취할 수 있다. 한편, 이와 같은 매지컬 유성 기어의 구조는 공지이기 때문에, 그 상세한 설명에 대해서는 생략한다.

한편, 제1실시형태의 전환 밸브(10) 대신에 본 실시형태와 동일한 전환 밸브를 마련해도 좋다. 이 전환 밸브는, 도 10에 나타낸 전환 밸브(312)에 있어서, 밸브체(316)에 오리피스(16)를 형성하는 것에 의해 실현할 수 있다. 한편, 변형예에 있어서는, 구동 기구(308)로서 매지컬 유성 기어 이외의 유성 기어를 채용해도 좋다.

[제4실시형태]

도 11은, 제4실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 12는, 도 11의 I-I선 단면도이다. 도 12(A)는 링크 기구의 작동 범위를 나타내고, 도 12(B)는 링크 기구에 의한 샤프트(118)의 회전 토크의 변화를 나타내고 있다. 이하에서는 제1~제3실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 한편, 도 11에 있어서 제1~제3실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

본 실시형태에서는, 제1실시형태의 전환 밸브(12) 대신에 도 11에 나타내는 전환 밸브(412)가 마련된다. 전환 밸브(412)는, 밸브 본체(401)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성된다. 전환 밸브(412)의 구동 기구(408)는, 링크 기구를 구비한다. 즉, 구동 기구(408)는, 모터 유닛(102)의 회전축(138)에 고정된 작동 부재(440)와, 샤프트(118)의 상단부에 접속된 연결 부재(442)를 포함하여 구성된다. 작동 부재(440)는, 회전축(138)과 편심된 위치에서 하방으로 연장된 작동 로드(444)를 구비한다.

한편, 도 12(A)에도 나타내는 바와 같이, 연결 부재(442)는, 샤프트(118)의 상단부와 접속되는 본체(446)와, 본체(446)로부터 샤프트(118)에 대해 직각 방향으로 연장되는 아암부(448)를 구비한다. 아암부(448)는, 그 길이 방향으로 연장되는 감합홈(450)을 구비한다. 그리고, 작동 로드(444)가 감합홈(450)에 감합되도록 하여, 작동 부재(440)와 연결 부재(442)가 상대 변위 가능하게 접속되어 있다. 즉, 모터 유닛(102)의 구동에 의해 회전축(138)(2점 쇄선 참조)이 회전하면, 작동 로드(444)가 회전축(138)(편의상 도시한 2점 쇄선 참조)을 중심으로 요동하고, 그 결과, 연결 부재(442)가 샤프트(118)의 축선을 중심으로 요동한다. 본 실시형태에서는 실선 화살표로 표시하는 바와 같이, 아암부(448)가 실선 위치와 파선 위치 사이의 범위(예를 들면 40도 또는 45도)에서 요동한다. 작동 로드(444)는 회전축(138)의 축선을 중심으로 회동하기 때문에, 아암부(448)에 대해 상대 변위한다.

이와 같이 연결 부재(442)가 요동하는 것에 의해, 샤프트(118)가 축선을 중심으로 회동하여, 버터플라이 밸브(306)의 개도가 조정된다. 한편, 본 실시형태에 있어서도 연통로(129)를 저압 영역에 위치시키기 위해, 아암부(448)의 요동 범위가 실선 화살표로 나타내는 범위로 되어 있고, 샤프트(118) 나아가서는 밸브체(316)의 회동 범위가 규제된다. 즉, 밸브체(316)의 밸브 폐쇄 작동 방향 및 작동 범위가 규제된다. 변형예에 있어서는, 아암부(448)의 요동 범위를 2점 쇄선 화살표로 나타내는 범위를 포함하도록 확장해도 좋다. 이에 의해, 밸브체(316)의 밸브 폐쇄 작동 방향을 역전시킬 수도 있다.

또한, 본 실시형태의 링크 기구에 의하면, 버터플라이 밸브(306)가 폐쇄될 때, 즉 밸브체(316)가 슬리브(114)에 당접할 때, 샤프트(118)의 회전 토크를 크게 할 수 있다. 그 결과, 슬리브(114)(실링 부재)를 적당하게 탄성 변형시키기 쉬워져, 밸브 폐쇄시의 실링성이 향상한다. 즉, 모터 유닛(102)의 회전축(138)에 의해 전달되는 구동 토크(Tm)을 일정하게 하면, 도 12(B)를 바탕으로 하기의 식 (1)이 성립한다.

Tm=Fm·r …(1)

Fm: 모터 유닛(102)에 의한 회전력

r: 회전축(138)을 중심으로 하는 작동 로드(444)의 회전 반경

이 때, 버터플라이 밸브(306)의 전개시(실선 위치)에 있어서의 샤프트(118)의 회전 토크(Ta)는, 하기의 식 (2)로 표현된다.

Ta=Fm·R1 …(2)

R1: 전개시의 샤프트(118)와 작동 로드(444)의 거리

여기서, 이 링크 기구에 있어서는 도시한 바와 같이, 작동 로드(444)로부터 연결 부재(442)에 전달되는 힘의 작용 방향이, 밸브 개방시와 밸브 폐쇄시에 상이하다. 즉, 감합홈(450)에 있어서의 작동 로드(444)와의 당접면과 회전력(Fm)의 벡터가 이루는 각은, 전개시에 있어서는 90도, 밸브 폐쇄시에 있어서 θ(<90도)가 된다. 작동 로드(444)와 감합홈(450) 사이의 마찰 계수를 μ로 하면, 밸브 폐쇄 상태에 관해 하기의 식 (3)이 성립한다.

Fm·cosθ=W·sinθ+μ·W·cosθ …(3)

W: 밸브 폐쇄시에 작동 로드(444)와 감합홈(450) 사이에 작용하는 추진력

한편, 버터플라이 밸브(306)의 밸브 폐쇄시(파선 위치)에 있어서의 샤프트(118)의 회전 토크(Tb)는, 하기의 식 (4)로 표현된다.

Tb=W·cosθ·R2 …(4)

R2: 밸브 폐쇄시의 샤프트(118)와 작동 로드(444)의 거리

이 때문에, 상기 식 (2)~(4)를 W 및 Fm을 소거하는 형태로 정리하면, 하기의 식 (5)이 얻어진다.

Tb/Ta=R2·cos²θ/{R1·(sinθ+μcosθ)} …(5)

여기서, 일례로서, R2/R1=0.67, θ=10도, μ=0.1로 하면, Tb/Ta≒2.4가 된다. 즉, 밸브 폐쇄시에는 전개시에 비해 샤프트(118)의 회전 토크가 2.4배로 증대하게 된다. 이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 밸브 폐쇄시에 있어서의 회전력(Fm)의 벡터와 감합홈(450)의 당접면이 이루는 각을 예각으로 설정하는 것에 의해, 밸브 폐쇄시에 있어서 샤프트(118)의 회전 토크를 증대시킬 수 있고, 그에 의해 밸브 폐쇄시의 실링성을 향상시킬 수 있다.

한편, 제1실시형태의 전환 밸브(10) 대신에 본 실시형태와 동일한 전환 밸브를 마련해도 좋다. 이 전환 밸브는, 도 11에 나타낸 전환 밸브(412)에 있어서, 밸브체(316)에 오리피스(16)를 형성하는 것에 의해 실현할 수 있다.

[제5실시형태]

도 13은, 제5실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 14는, 도 13의 J-J선 단면도이다. 이하에서는 제1~제4실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 한편, 도 15에 있어서 제1~제4실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

본 실시형태에서는, 제1실시형태의 전환 밸브(12) 대신에 도 13에 나타내는 전환 밸브(512)가 마련된다. 전환 밸브(512)는, 밸브 본체(501)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성된다. 전환 밸브(512)의 구동 기구(508)는, 회전축(138)과 샤프트(118)를 접속 부재(540)를 통해 접속하는 다이렉트식의 기구로 되어 있다. 전환 밸브(512)는, 버터플라이 밸브(306)의 개도를 검출하기 위한 회전 센서(542)를 구비한다.

도 14에도 나타내는 바와 같이, 회전 센서(542)는, 접속 부재(540)의 외주면에 고정된 마그넷(544)과, 보디(504)의 내주면 근방에 고정된 복수의 홀 소자(546)를 포함한다. 본 실시형태에서는, 보디(504)에 있어서 샤프트(118)의 축선을 중심으로 90도 어긋난 위치에 2개의 수용 구멍(545)이 마련되고, 각 수용 구멍(545)에 홀 소자(546)가 마련되어 있다. 밸브체(316)의 회동과 함께 접속 부재(540)가 회전하는 것에 의해, 마그넷(544)이 각 홀 소자(546)에 대해 접근 또는 이격한다. 그에 의해, 마그넷(544)이 홀 소자(546)에 근접하면, 홀 소자(546)로부터 자속 밀도에 비례한 검출 신호(홀 전압)가 출력된다. 이 검출 신호의 출력에 의해 밸브체(316)의 개폐 상태(회전 각도, 밸브 개도)를 검출할 수 있다. 본 실시형태에서는, 밸브체(316)가 일 방향으로 회동하여 전환 밸브(512)가 폐쇄 상태가 된 것을 한쪽의 홀 소자(546)의 검출 신호에 기초하여 판정하고, 밸브체(316)가 반대 방향으로 회동하여 전환 밸브(512)가 폐쇄 상태가 된 것을 다른 한쪽의 홀 소자(546)의 검출 신호에 기초하여 판정한다.

한편, 제1실시형태의 전환 밸브(10) 대신에 본 실시형태와 동일한 전환 밸브를 마련해도 좋다. 이 전환 밸브는, 도 13에 나타낸 전환 밸브(512)에 있어서, 밸브체(316)에 오리피스(16)를 형성하는 것에 의해 실현할 수 있다.

한편, 본 실시형태에 있어서는, 감속기를 구비하지 않는 전환 밸브에 대해 회전 센서를 적용하는 예를 제시했지만, 감속기를 구비하는 전환 밸브에 대해 동일한 회전 센서를 적용해도 좋다. 그 경우, 예를 들면 모터의 출력축, 즉 샤프트(118)에 마그넷을 장착하고, 보디에 있어서의 그 마그넷에 대향 가능한 위치에 2개의 홀 소자를 소정간격(예를 들면 90도) 열어서 배치해도 좋다. 또한, 로터에 일체에 검출용의 마그넷을 마련하고, 캔 등에 있어서의 그 마그넷에 대향 가능한 위치에 홀 소자를 배치해도 좋다. 예를 들면, 감속기의 감속비를 50:1로 하고, 버터플라이 밸브의 가동 범위가 90도인 경우를 상정한다. 그 경우, 밸브체가 90도 회동할 때, 로터는 90×50=4500도 회동하게 된다. 이는, 로터의 12.5회전(=4500/360)에 상당한다. 그 때문에, 일 방향 또는 반대 방향 중의 어느 방향으로 회동시키는지에 따라, 밸브 폐쇄시의 마그넷의 배치가 상이하다. 이 때문에, 0.5회전분의 회동 각도를 비우고 홀 소자를 배치, 즉 2개의 홀 소자를 180도 어긋난 위치에 마련하도록 한다. 밸브체의 밸브 폐쇄 방향의 전환시에는, 그 전환이 완료할 때까지 각 홀 소자가 12회전분의 검출 신호를 출력하게 된다. 혹은, 예를 들면 감속비를 48:1로 하고, 버터플라이 밸브의 가동 범위를 90도로 해도 좋다. 그 경우, 밸브체가 90도 회동할 때, 로터는 90×48=4320도 회동하게 된다. 이는, 로터의 12회전(=4320/360)에 상당한다. 이 때문에, 어느 방향으로 회동 시켜도 밸브 폐쇄시의 마그넷의 배치가 동일해진다. 이 때문에, 홀 소자를 1개로 할 수도 있다.

[제6실시형태]

도 15는, 제6실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 16은, 도 15의 K-K선 단면도이다. 이하에서는 제1~제5실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 한편, 상기 도면에 있어서 제1~제5실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

본 실시형태에서는, 제5실시형태의 전환 밸브(12) 대신에 도 15에 나타내는 전환 밸브(612)가 마련된다. 전환 밸브(612)는, 밸브 본체(601)와 모터 유닛(602)을 조립하여 구성된다. 전환 밸브(612)는, 제5실시형태와는 달리, 회전 센서(542)가 모터 유닛(602)에 마련되어 있다.

도 16에도 나타내는 바와 같이, 회전 센서(542)는, 로터(130)에 일체로 마련된 마그넷(544)과, 캔(134)의 외주면에 고정된 복수의 홀 소자(546)를 포함한다. 본 실시형태에서는, 마그넷(544)이 로터(130)의 상단 에지부에 돌출되게 마련되어 있고, 캔(134)에 있어서의 마그넷(544)과 동일 높이 위치에 홀 소자(546)가 장착되어 있다. 캔(134)에 있어서 회전축(138)의 축선을 중심으로 90도 어긋난 위치에 2개의 홀 소자(546)가 마련되어 있다. 밸브체(316)의 회동과 함께 로터(130)가 회전하는 것에 의해, 마그넷(544)이 각 홀 소자(546)에 대해 접근 또는 이격한다. 그에 의해, 홀 소자(546)로부터 자속 밀도에 비례한 검출 신호가 출력된다. 이 검출 신호의 출력에 의해 밸브체(316)의 개폐 상태를 검출할 수 있다.

한편, 제1실시형태의 전환 밸브(10) 대신에 본 실시형태와 동일한 전환 밸브를 마련해도 좋다. 이 전환 밸브는, 도 15에 나타낸 전환 밸브(612)에 있어서, 밸브체(316)에 오리피스(16)를 형성하는 것에 의해 실현할 수 있다.

[제7실시형태]

도 17은, 제7실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 18은, 도 17의 A-A선 단면도로서, (A)는 냉방 운전시의 상태를 나타내고, (B)는 난방 운전시의 상태를 나타낸다. 이하에서는 제1~제6실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 한편, 상기 도면에 있어서 제1~제6실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

본 실시형태의 전환 밸브(710)는, 3방 밸브로 구성되고, 예를 들면 상술한 특허문헌 1(일본국 특허공개공보 2010-266062호 공보)의 도 20에 도시되는 냉동 사이클에 적용된다. 전환 밸브(710)는, 압축기와 응축기를 연결하는 통로와, 압축기와 증발기를 연결하는 통로의 분기점에 마련된다(특허문헌 1의 토출측 3방 전환 밸브(1D)에 대응한다).

도 17에 나타내는 바와 같이, 전환 밸브(710)는, 밸브 본체(701)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성된다. 도 18에도 나타내는 바와 같이, 보디(704)에는 T자 모양의 냉매 통로(703)가 형성되어 있다. 즉, 보디(704)에는 1개의 도입 포트(712)와, 2개의 도출 포트(714, 716)가 마련되어 있다. 도입 포트(712)는 압축기의 토출실에 연통되고, 도출 포트(714)는 응축기의 입구에 연통되고, 도출 포트(716)는 증발기의 입구에 연통된다.

도출 포트(714)에서 개구되는 통로(724)와, 도출 포트(716)에서 개구되는 통로(726)가 동축 형태로 형성되어 있다. 도입 포트(712)에서 개구되는 통로(722)는, 통로(724, 726)에 대해 직교하도록 형성된다. 각 통로(722, 724, 726)의 합류 영역에 슬리브(715)가 마련되고, 버터플라이 밸브(306)가 배치되어 있다. 슬리브(715)에 있어서의 도입 포트(712)와의 대향면에는, 내외를 연통하는 연통 구멍(718)이 마련되어 있다. 연통로(129)는, 밸브체(316)에 대해 도입 포트(712)와는 반대측에 마련된다.

밸브체(316)의 일 방향으로의 회동 및 반대 방향으로의 회동이, 그 외주부가 슬리브(715)의 내벽면에 걸리는 것에 의해 각각 규제된다. 그들의 회동 규제 상태에 있어서, 3개의 포트(712, 714, 716) 중의 2개가 선택적으로 연통된다. 이 때, 연통되지 않은 나머지 포트에서 개구되는 통로는 저압 상태의 "특정 영역"이 된다. 연통로(129)는, 밸브 폐쇄 상태에 있어서 항상 그 특정 영역(저압 영역)에 위치하도록 마련된다.

즉, 도 18(A)에 나타내는 바와 같이, 냉방 운전시에 있어서는 버터플라이 밸브(306)의 작동에 의해 도입 포트(712)와 도출 포트(714)가 연통되고, 압축기로부터 응축기를 향해 냉매가 흐른다(실선 화살표 참조). 이 때, 밸브체(316)에 의해 냉매의 유통이 차단되는 통로(726) 측에 연통로(129)가 위치한다. 한편, 도 18(B)에 나타내는 바와 같이, 난방 운전시에 있어서는 버터플라이 밸브(306)의 작동에 의해 도입 포트(712)와 도출 포트(716)가 연통되고, 압축기로부터 증발기를 향해 냉매가 흐른다(점선 화살표 참조). 이 때, 밸브체(116)에 의해 냉매의 유통이 차단되는 통로(724) 측에 연통로(129)가 위치한다. 즉, 냉방 및 난방의 어느 운전 모드에 있어서도 연통로(129)가 저압 영역에 위치하기 때문에, 캔(134)의 내방의 압력 공간은 저압으로 유지되게 된다.

[제8실시형태]

도 19는, 제8실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 20은, 도 19의 A-A선 단면도로서, (A)는 냉방 운전시의 상태를 나타내고, (B)는 난방 운전시의 상태를 나타낸다. 이하에서는 제1~제7실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 한편, 상기 도면에 있어서 제1~제7실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

본 실시형태의 전환 밸브(810)는, 3방 밸브로 구성되고, 예를 들면 상술한 특허문헌 1의 도 20에 도시되는 냉동 사이클에 적용된다. 전환 밸브(810)는, 증발기와 압축기를 연결하는 통로와, 응축기와 압축기를 연결하는 통로의 합류점에 마련된다(특허문헌 1의 토출측 3방 전환 밸브(1E)에 대응한다).

도 19에 나타내는 바와 같이, 전환 밸브(810)는, 밸브 본체(801)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성된다. 도 20에도 나타내는 바와 같이, 보디(804)에는 T자 모양의 냉매 통로(703)가 형성되어 있다. 즉, 보디(804)에는 2개의 도입 포트(814, 816)와, 1개의 도출 포트(812)가 마련되어 있다. 도입 포트(816)는 증발기의 출구에 연통되고, 도입 포트(814)는 응축기의 출구에 연통되고, 도출 포트(812)는 압축기의 흡입구에 연통된다. 도입 포트(814)에서 개구되는 통로(724)와, 도입 포트(816)에서 개구되는 통로(726)가 동축 형태로 형성되어 있다. 연통로(129)는, 밸브체(316)에 대해 도출 포트(812) 측에 마련된다. 연통로(129)는, 항상 그 저압 영역(특정 영역)에 위치하도록 마련되어 있다.

즉, 도 20(A)에 나타내는 바와 같이, 냉방 운전시에 있어서는 버터플라이 밸브(306)의 작동에 의해 도입 포트(816)와 도출 포트(812)가 연통되어, 증발기로부터 압축기를 향해 냉매가 흐른다(실선 화살표 참조). 이 때, 밸브체(316)에 의해 냉매의 유통이 허용되는 통로(722) 측에 연통로(129)가 위치한다. 한편, 도 20(B)에 나타내는 바와 같이, 난방 운전시에 있어서는 버터플라이 밸브(306)의 작동에 의해 도입 포트(814)와 도출 포트(812)가 연통되어, 응축기로부터 압축기를 향해 냉매가 흐른다(점선 화살표 참조). 이 때, 밸브체(316)에 의해 냉매의 유통이 허용되는 통로(722) 측에 연통로(129)가 위치한다. 즉, 냉방 및 난방의 어느 운전 모드에 있어서도 연통로(129)가 저압 영역에 위치하기 때문에, 캔(134)의 내방의 압력 공간은 저압으로 유지되게 된다.

[제9실시형태]

도 21은, 제9실시형태에 따른 전환 밸브의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 22는, 도 21의 A-A선 단면도로서, (A)는 냉방 운전시의 상태를 나타내고, (B)는 난방 운전시의 상태를 나타낸다. 이하에서는 제1~제8실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 한편, 상기 도면에 있어서 제1~제8실시형태와 거의 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있다.

본 실시형태의 전환 밸브(910)는, 4방 밸브로 구성되고, 예를 들면 상술한 특허문헌 1의 도 12에 도시되는 냉동 사이클에 적용된다. 전환 밸브(910)는, 압축기, 기액 분리기, 응축기, 및 증발기의 사이에 마련된다(특허문헌 1의 4방 전환 밸브(320)에 대응한다).

도 21에 나타내는 바와 같이, 전환 밸브(910)는, 밸브 본체(901)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성된다. 도 22에도 나타내는 바와 같이, 보디(904)에는 十자 모양의 냉매 통로(903)가 형성되어 있다. 즉, 보디(904)에는 1개의 도입 포트(912)와, 2개의 도입/도출 포트(914, 916)와, 1개의 도출 포트(918)가 마련되어 있다. 도입 포트(912)는 압축기의 토출실에 연통되고, 도입/도출 포트(914)는 응축기의 출입구에 연통되고, 도입/도출 포트(916)는 증발기의 출입구에 연통되고, 도출 포트(918)는 기액 분리기의 입구에 연통된다.

도입 포트(912)에서 개구되는 통로(922)와 도출 포트(918)에서 개구되는 통로(928)가 동축 형태로 형성되고, 도입/도출 포트(914)에서 개구되는 통로(924)와 도입/도출 포트(916)에서 개구되는 통로(926)가 동축 형태로 형성되어 있다. 통로(922, 928)와 통로(924, 926)는 직교한다. 슬리브(915)에 있어서의 도입 포트(912)와의 대향면에는, 내외를 연통하는 연통 구멍(919)이 마련되어 있다. 슬리브(915)에 있어서의 도출 포트(918)와의 대향면에는, 내외를 연통하는 연통 구멍(920)이 마련되어 있다. 연통로(129)는, 밸브체(316)에 대해 도출 포트(918) 측에 마련된다. 연통로(129)는, 항상 그 저압 영역(특정 영역)에 위치하도록 마련되어 있다.

즉, 도 22(A)에 나타내는 바와 같이, 냉방 운전시에 있어서는 버터플라이 밸브(306)의 작동에 의해 도입 포트(912)와 도입/도출 포트(914)가 연통되어, 압축기로부터 응축기를 향해 고압의 냉매가 유통한다(굵은 실선 화살표 참조). 한편, 도입/도출 포트(916)와 도출 포트(918)가 연통되어, 증발기로부터 기액 분리기를 향해 저압의 냉매가 유통한다(가는 실선 화살표 참조). 한편, 도 22(B)에 나타내는 바와 같이, 난방 운전시에 있어서는 버터플라이 밸브(306)의 작동에 의해 도입 포트(912)와 도입/도출 포트(916)가 연통되어, 압축기로부터 증발기를 향해 고압의 냉매가 유통한다(굵은 점선 화살표 참조). 한편, 도입/도출 포트(914)와 도출 포트(918)가 연통되어, 응축기로부터 기액 분리기를 향해 저압의 냉매가 유통한다(가는 점선 화살표 참조). 즉, 냉방 및 난방의 어느 운전 모드에 있어서도 연통로(129)가 저압 영역(특정 영역)에 위치하기 때문에, 캔(134)의 내방의 압력 공간은 저압으로 유지된다.

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 제3~제9실시형태에서는 제1실시형태와 동일하게, 샤프트(118)의 삽통부와는 별도로 연통로(129)를 형성하는 구조를 예시했다. 변형예에 있어서는, 제3~제9실시형태의 전환 밸브에 대해, 제2실시형태와 동일한 밸브부의 실링 구조 및 연통로의 구조를 적용해도 좋다. 즉, 보디의 삽통 구멍과 샤프트의 간격, 축지지 부재와 샤프트의 간격, 및 실링 부재와 샤프트의 간격 등을 이용하여, 샤프트의 삽통부를 연통로로서 구성해도 좋다. 그 경우, 밸브체의 오목홈이 저압 영역을 향하도록 구성한다.

한편, 본 발명은 상기 실시형태나 변형예에 한정되지 않고, 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 상기 실시형태나 변형예에 개시되어 있는 복수의 구성 요소를 적절히 조합하는 것에 의해 다양한 발명을 형성해도 좋다. 또한, 상기 실시형태나 변형예에 제시되는 전체 구성 요소에서 몇 개의 구성 요소를 삭제해도 좋다.

1: 차량용 냉난방 장치
2: 압축기
3: 실내 응축기
5: 실외 열교환기
7: 증발기
8: 어큐뮬레이터
10, 12: 전환 밸브
14: 개폐 밸브부
16: 오리피스
18: 팽창 밸브
21: 제1통로
22: 제2통로
23: 제3통로
24: 제4통로
25: 바이패스 통로
101: 밸브 본체
102: 모터 유닛
103: 냉매 통로
104: 보디
106: 버터플라이 밸브
108: 구동 기구
110: 도입 포트
112: 도출 포트
114: 슬리브
116: 밸브체
118: 샤프트
120: 삽통 구멍
124: 축지지 부재
129: 연통로
130: 로터
132: 스테이터
134: 캔
138: 회전축
140: 마그넷
160: 본체
162: 오목홈
201: 밸브 본체
204: 보디
206: 버터플라이 밸브
212: 전환 밸브
216: 밸브체
218: 실링 부재
224: 축지지 부재
226: 연통홈
229: 연통로
301: 밸브 본체
304: 보디
306: 버터플라이 밸브
308: 구동 기구
312: 전환 밸브
316: 밸브체
401: 밸브 본체
408: 구동 기구
412: 전환 밸브
501: 밸브 본체
504: 보디
508: 구동 기구
512: 전환 밸브
601: 밸브 본체
602: 모터 유닛
612: 전환 밸브
701: 밸브 본체
703: 냉매 통로
704: 보디
710: 전환 밸브
712: 도입 포트
714: 도출 포트
715: 슬리브
716: 도출 포트
801: 밸브 본체
804: 보디
810: 전환 밸브
812: 도출 포트
814, 816: 도입 포트
901: 밸브 본체
903: 냉매 통로
904: 보디
910: 전환 밸브
912: 도입 포트
914: 도입/도출 포트
915: 슬리브
916: 도입/도출 포트
918: 도출 포트

Claims

스테핑 모터 구동식의 전환 밸브에 있어서,
냉매를 도입 또는 도출하는 복수의 포트와, 상기 복수의 포트를 연통시키는 냉매 통로를 포함하는 보디;
상기 냉매 통로의 지름 방향으로 연장되어 있고, 상기 보디에 회동 가능하게 지지되는 샤프트;
상기 샤프트에 고정되고, 상기 샤프트와 함께 회동하는 것에 의해 상기 복수의 포트를 선택적으로 연통시키는 밸브체;
상기 샤프트를 통해 상기 밸브체를 상기 냉매 통로의 개폐 방향으로 구동하는 구동 기구;
상기 구동 기구를 작동시키는 로터와, 그 로터를 회전 구동시키는 스테이터를 포함하는 스테핑 모터; 및
상기 보디에 고정되어 상기 구동 기구가 배치되는 공간을 덮는 한편 상기 로터를 내포하는 통형상 부재이고, 상기 로터가 배치되어 냉매의 압력이 작용하는 압력 공간과, 상기 스테이터가 배치되어 냉매의 압력이 작용하지 않는 비압력 공간을 획정하는 캔을 구비하고,
상기 밸브체는, 버터플라이 밸브를 구성하고, 상기 샤프트와 함께 회동하여 상기 냉매 통로를 고압 영역과 저압 영역으로 획정 가능한 플레이트를 포함하고,
상기 고압 영역 또는 상기 저압 영역과 상기 압력 공간을 연통시켜 냉매의 유통을 허용하는 연통로가 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전환 밸브.
제1항에 있어서,
상기 연통로는, 상기 냉매 통로의 저압 영역에 한쪽의 개구단을 구비하고, 상기 캔의 압력 공간에 다른 한쪽의 개구단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전환 밸브.
제2항에 있어서,
상기 샤프트는, 상기 보디에 있어서의 상기 압력 공간과 상기 냉매 통로 사이의 격벽에 마련된 삽통 구멍을 관통하고, 그 삽통 구멍과 상기 샤프트의 간격이 상기 연통로를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전환 밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브체는, 적어도 상기 플레이트의 외주부에 마련되어 밸브 폐쇄시에 상기 냉매 통로의 내벽면과 밀착하여 냉매의 누설을 방지하는 실링 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전환 밸브.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉매 통로는, 상기 복수의 포트마다 형성된 개별 통로가 합류 영역에서 서로 연통되도록 하여 구성되고,
상기 밸브체는, 상기 합류 영역에 배치되고, 그 일 방향으로의 회동 및 반대 방향으로의 회동이, 해당 밸브체의 외주부가 상기 냉매 통로의 내벽면에 걸리는 것에 의해 각각 규제되고, 그 회동 규제 상태에 있어서 복수의 포트 중의 2개를 선택적으로 연통시킬 수 있고,
상기 냉매 통로에는, 상기 밸브체가 어느 회동 규제 상태에 있는지에 관계 없이 상기 저압 영역이 되는 특정 영역이 형성되고,
상기 연통로의 한쪽의 개구단이 상기 특정 영역으로 개구되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전환 밸브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플레이트에 있어서의 상기 저압 영역측을 향하는 한쪽면에 상기 샤프트와 평행하게 연장되는 요부가 마련되고,
상기 샤프트는, 상기 요부에 감합되도록 상기 플레이트에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전환 밸브.