KR20160054383A

KR20160054383A - 전자 밸브

Info

Publication number: KR20160054383A
Application number: KR1020150042937A
Authority: KR
Inventors: 토시히로 안도
Original assignee: 가부시키가이샤 테지케
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-05-16
Also published as: EP3018434A1; EP3018434B1; JP2016089969A; US10260786B2; KR102200280B1; US20160131403A1

Abstract

<과제>
팽창 장치로서 기능할 수 있는 전자 밸브를 효율적으로 제공한다.
<해결 수단>
일 실시형태에 따른 전자 밸브는, 냉매를 도입하는 도입 포트(44)와, 냉매를 도출하는 도출 포트(46)와, 도입 포트(44)와 도출 포트(46)를 연결하는 통로에 마련된 밸브 구멍(54)을 구비하는 보디(35); 밸브 구멍(54)에 접리하여 밸브부를 개폐하는 메인 밸브체(60); 및 보디(35)에 장착되고, 메인 밸브체(60)에 축선 방향의 구동력을 부여 가능한 솔레노이드(34)를 구비한다. 메인 밸브체(60)는, 밸브 구멍(54)을 향해 개구되는 파일럿 통로(66); 및 도입 포트(44)와 파일럿 통로(66)를 연통시키도록 마련되고, 도입 포트(44)로부터 도입된 냉매를 교축 팽창시켜 파일럿 통로(66)에 도출 가능한 오리피스(28)를 구비한다.

Description

전자 밸브{SOLENOID VALVE}

본 발명은 전자 밸브에 관한 것으로서, 특히 팽창 장치로서 기능할 수 있는 전자 밸브에 관한 것이다.

최근, 차량용 공조 장치로서, 냉방뿐만 아니라 난방에도 냉매를 사용한 사이클 운전을 진행하여, 차량 실내를 제습 난방 가능한 히트펌프식 냉난방 장치가 제안되어 있다. 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 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 열교환기에서 응축된 냉매가 증발기에서 증발되고, 그 증발 잠열에 의해 차량 실내의 공기가 냉각된다.

이와 같은 차량용 냉난방 장치에 있어서는, 증발기의 상류측에 팽창 장치가 마련된다. 팽창 장치는, 하류측의 증발기에서 냉매가 쉽게 증발하도록, 상류측으로부터의 액냉매를 교축 팽창시켜 안개 형태로 하여 하류측으로 송출한다. 이와 같은 팽창 장치로서는 일반적으로, 밸브 개도가 가변되는 팽창 밸브나 밸브 개도가 고정된 오리피스 등이 채용된다. 다만, 실외 열교환기에 관해서는, 응축기로서 기능할 때 비교적 큰 냉매 유량을 확보할 필요가 있다. 그 때문에, 실외 열교환기의 상류측에는 팽창 장치와 병렬로 전자 밸브를 마련하고, 그 전자 밸브의 개방에 의해 유량을 확보하는 구성이 채용되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

일본국 특허공개공보 2014-152848호 공보

하지만, 특허문헌 1의 구성에서는, 팽창 장치와 전자 밸브가 각각 개별의 배관에 접속되기 때문에, 배관 이음매가 많아지고, 그만큼, 냉매의 외부누설 문제가 발생하기 쉬워진다. 이 점에 대해, 전자 밸브의 보디내에 메인 통로와는 별도로 오리피스를 가공하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 메인 통로나 밸브 기구의 배치에 따른 제약이 있기 때문에, 지름이 작은 오리피스를 가공하기 위해 그의 전후에서 보디를 여분으로 가공해야 하는 등, 제조 효율상의 문제가 발생하기 쉽다.

본 발명의 목적은, 팽창 장치로서 기능할 수 있는 전자 밸브를 효율적으로 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 냉매를 도입하는 도입 포트와, 냉매를 도출하는 도출 포트와, 도입 포트와 도출 포트를 연결하는 통로에 마련된 밸브 구멍을 구비하는 보디; 밸브 구멍에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체; 및 보디에 장착되고, 밸브체에 축선 방향의 구동력을 부여 가능한 솔레노이드를 구비한다. 밸브체는, 밸브 구멍을 향해 개구되는 구멍부; 및 도입 포트와 구멍부를 연통시키도록 마련되고, 구멍부보다 작은 단면을 구비하고, 도입 포트로부터 도입된 냉매를 교축 팽창시켜 구멍부에 도출 가능한 오리피스를 구비한다.

이 실시형태에 의하면, 밸브체에 마련된 구멍부와 오리피스에 의해, 도입 포트와 도출 포트를 연통시키는 연통로가 항상 형성된다. 도입 포트로부터 도입된 냉매는, 그 오리피스를 통과할 때 교축 팽창되어, 도출 포트로부터 도출된다. 이 실시형태에 의하면, 오리피스를 보디가 아닌 밸브체에 형성하기 때문에, 보디내의 통로나 밸브 기구의 배치에 따른 제약을 쉽게 받지 않는다. 또한, 보디보다 작은 밸브체에 대해, 그 보디의 성형과는 별도의 공정으로 오리피스를 성형하면 되기 때문에, 그 오리피스의 성형에 필요로 하는 가공량을 억제할 수 있고, 해당 전자 밸브의 제조 효율을 높일 수 있다.

본 발명에 의하면, 팽창 장치로서 기능할 수 있는 전자 밸브를 효율적으로 제공할 수 있다.

도 1은 실시형태에 따른 제어 밸브가 적용되는 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성도이다.
도 2는 제어 밸브(4)의 구체적 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부 확대도이다.
도 4는 제어 밸브의 동작 상태를 나타내는 설명도이다.

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

도 1은, 실시형태에 따른 제어 밸브가 적용되는 차량용 냉난방 장치의 시스템 구성도이다. 차량용 냉난방 장치(1)는, 압축기(2), 보조 응축기(3)(실내 열교환기), 실외 열교환기(5), 증발기(6) 및 어큐뮬레이터(7)를 배관으로 접속한 냉동 사이클(냉매 순환 회로)을 구비한다. 차량용 냉난방 장치(1)는, HFC-134a(대체 프레온), HFO-1234yf 등의 냉매가 냉동 사이클 내를 상태 변화하면서 순환하는 과정에서, 그 냉매의 열을 이용하여 차량 실내의 공기 조절을 진행하는 히트펌프식 냉난방 장치로서 구성되어 있다.

압축기(2) 및 실외 열교환기(5)는, 차량 실외(엔진룸)에 마련되어 있다. 한편, 차량 실내에는 공기의 열교환이 진행되는 덕트(10)가 마련되고, 그 덕트(10)에 있어서의 공기의 흐름 방향 상류측에 증발기(6)가 배치되고, 하류측에 보조 응축기(3)가 배치되어 있다. 보조 응축기(3)는, 실내 응축기로서 구성되어 있다.

차량용 냉난방 장치(1)는, 냉방 운전시와 난방 운전시에 복수의 냉매 순환 통로를 전환하도록 운전된다. 이 냉동 사이클은, 보조 응축기(3)와 실외 열교환기(5)가 응축기로서 직렬로 동작 가능하게 구성되고, 또한, 증발기(6)와 실외 열교환기(5)가 증발기로서 전환 가능하게 구성되어 있다. 이 냉동 사이클에서는, 냉방 운전시에 냉매가 순환하는 제1냉매 순환 통로와, 난방 운전시에 냉매가 순환하는 제2냉매 순환 통로가 형성된다.

제1냉매 순환 통로는, 압축기(2)→보조 응축기(3)→실외 열교환기(5)→증발기(6)→어큐뮬레이터(7)→압축기(2)와 같이 냉매가 순환하는 통로이다. 제2냉매 순환 통로는, 압축기(2)→보조 응축기(3)→실외 열교환기(5)→어큐뮬레이터(7)→압축기(2)와 같이 냉매가 순환하는 통로이다. 즉, 제2냉매 순환 통로는, 증발기(6)를 우회하는 통로로 되어 있다.

구체적으로는, 압축기(2)의 토출실은 제1통로(21)를 통해 보조 응축기(3)의 입구에 접속되고, 보조 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(6)의 입구에 접속되고, 증발기(6)의 출구는 제4통로(24)(복귀 통로)를 통해 어큐뮬레이터(7)의 입구에 접속되어 있다. 제3통로(23)의 중도에는 분기점이 마련되고, 증발기(6)를 우회하도록 어큐뮬레이터(7)의 입구에 연결되는 바이패스 통로(25)가 마련되어 있다. 제1통로(21), 제2통로(22), 제3통로(23) 및 제4통로(24)에 의해 제1냉매 순환 통로가 형성된다. 제1통로(21), 제2통로(22), 제3통로(23) 및 바이패스 통로(25)에 의해 제2냉매 순환 통로가 형성된다.

제2통로(22)의 중도에는, 팽창 장치로서 기능할 수 있는 제어 밸브(4)가 마련되어 있다. 제3통로(23)에 있어서의 바이패스 통로(25)와의 분기점에는, 냉매의 유로를 전환하기 위한 전환 밸브(8)가 마련되어 있다. 제3통로(23)에 있어서의 전환 밸브(8)와 증발기(6) 사이에는, 팽창 밸브(9)가 마련되어 있다.

제어 밸브(4)는, 이른바 파일럿 작동식 전자 밸브이고, 제2통로(22)를 구성하는 후술되는 메인 통로를 개폐하는 메인 밸브(26)와, 메인 밸브(26)를 개폐 작동시키기 위한 파일럿 밸브(27)와, 메인 밸브(26)의 폐쇄시에 팽창 장치로서 기능하는 오리피스(28)를 포함한다. 제어 밸브(4)는, 냉방 운전시에 메인 밸브(26)를 개방하는 것에 의해 냉매 유량을 확보하고, 난방 운전시에 메인 밸브(26)를 폐쇄하는 것에 의해 오리피스(28)를 팽창 장치로서 기능시킨다. 한편, 이하에서는, 메인 밸브(26)의 개폐를 제어 밸브(4)의 개폐와 같은 의미로서 설명한다. 제어 밸브(4)의 상세에 대해서는 후술한다.

전환 밸브(8)는, 제3통로(23)를 개폐하는 제1밸브부와, 바이패스 통로(25)를 개폐하는 제2밸브부와, 각 밸브부를 구동하는 액추에이터를 구비하는 3방 밸브로 이루어진다. 제1밸브부의 개폐에 의해, 실외 열교환기(5)로부터 증발기(6)로의 냉매의 흐름이 허용 또는 차단된다. 제2밸브부의 개폐에 의해, 실외 열교환기(5)로부터 어큐뮬레이터(7)로 직접 향하는 냉매의 흐름이 허용 또는 차단된다. 즉, 제1밸브부가 개방되고, 제2밸브부가 폐쇄되는 것에 의해, 제1냉매 순환 통로가 개방되고, 제2냉매 순환 통로가 차단된다. 제1밸브부가 폐쇄되고, 제2밸브부가 개방되는 것에 의해, 제1냉매 순환 통로가 차단되고, 제2냉매 순환 통로가 개방된다. 한편, 전환 밸브(8)의 액추에이터로서는 솔레노이드를 사용해도 좋고, 스테핑 모터 등을 사용해도 좋다.

팽창 밸브(9)는, 제1냉매 순환 통로에 마련되어 있다. 팽창 밸브(9)는, 냉방 운전시에 실외 열교환기(5)(실외 응축기)로부터 도출된 냉매를 교축 팽창시켜 증발기(6)에 공급한다. 팽창 밸브(9)는, 증발기(6)로부터 압축기(2)로 향하는 냉매의 온도와 압력을 감지하여 자율적으로 동작하여, 실외 열교환기(5)로부터 증발기(6)로 향하는 냉매의 유량을 조정하는 온도식 팽창 밸브이다. 팽창 밸브(9)는, 제3통로(23)의 일부를 구성하는 제1내부 통로와, 제4통로(24)의 일부를 구성하는 제2내부 통로와, 그 제1내부 통로에 마련된 밸브부와, 제2내부 통로를 흐르는 냉매의 온도와 압력을 감지하는 감온부를 구비한다.

덕트(10)에는, 공기의 흐름 방향 상류측에서부터 실내 송풍기(12), 증발기(6), 보조 응축기(3)가 배치되어 있다. 보조 응축기(3)의 상류측에는, 에어 믹스 도어(air mix door)(14)이 회동 자유롭게 마련되고, 보조 응축기(3)를 통과하는 풍량과 보조 응축기(3)를 우회하는 풍량의 비율이 조절된다. 또한, 실외 열교환기(5)에 대향하도록 실외 송풍기(16)가 배치되어 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 변화된다. 이 압축기(2)로서는, 왕복식, 로터리식, 스크롤식 등, 다양한 형식의 압축기를 채용할 수 있지만, 전동 압축기 자체는 공지이기 때문에, 그 설명에 대해서는 생략한다.

보조 응축기(3)는, 차량 실내에 마련되고, 실외 열교환기(5)와는 달리 냉매를 방열시키는 실내 응축기로서 기능한다. 즉, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 냉매가 보조 응축기(3)를 통과할 때 방열한다. 에어 믹스 도어(14)의 개도에 따라 나누어진 공기는, 보조 응축기(3)를 통과하는 과정에서 그 열교환이 이루어진다.

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 송풍기(16)는, 흡입식 송풍기이고, 축류팬을 모터에 의해 회전 구동하는 것에 의해 외기를 도입한다. 실외 열교환기(5)는, 그 외기와 냉매 사이에서 열교환을 시킨다.

증발기(6)는, 차량 실내에 배치되고, 내부를 통과하는 냉매를 증발시키는 실내 증발기로서 기능한다. 즉, 팽창 밸브(9)를 통과하는 것에 의해 저온 저압이 된 냉매는, 증발기(6)를 통과할 때 증발한다. 덕트(10)의 상류측에서 도입된 공기는, 그 증발 잠열에 의해 냉각된다. 이 때 냉각 제습된 공기는, 에어 믹스 도어(14)의 개도에 따라 보조 응축기(3)를 통과하는 것과, 보조 응축기(3)를 우회하는 것으로 나누어진다. 보조 응축기(3)를 통과하는 공기는, 그 통과 과정에서 가열된다. 보조 응축기(3)를 통과한 공기와 우회한 공기가 보조 응축기(3)의 하류측에서 혼합되어 목표 온도로 조정되고, 도시하지 않는 토출구로부터 차량 내에 공급된다.

이상과 같이 구성된 차량용 냉난방 장치(1)는, 제어부(30)에 의해 제어된다. 제어부(30)는, 차량의 승무원에 의해 세팅된 실온을 실현하기 위해 각 액추에이터의 제어량을 연산하고, 각 액추에이터의 구동 회로에 제어 신호를 출력한다. 제어부는, 차량 실내외의 온도, 증발기의 토출 공기 온도 등, 각종 센서에서 검출된 소정의 외부 정보에 기초하여 각 제어 밸브의 제어량(개폐 상태)이나 압축기(2)의 구동량 등을 결정하고, 그것들을 구동시키기 위한 제어 전류를 공급한다. 이에 의해, 압축기(2)는, 그 흡입실을 통해 흡입 압력(Ps)의 냉매를 도입하고, 이를 압축하여 토출 압력(Pd)의 냉매로 하여 토출한다.

냉방 운전시에 있어서는, 제어 밸브(4)가 개방 상태로 된다. 한편, 전환 밸브(8)에 있어서 제1밸브부가 개방 상태로 되고, 제2밸브부가 폐쇄 상태로 된다. 이에 의해, 제1냉매 순환 통로가 개방되고, 제2냉매 순환 통로는 차단된다. 이 때문에, 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는, 보조 응축기(3) 및 실외 열교환기(5)를 거치는 것에 의해 응축된다. 이 때, 실외 열교환기(5)는 실외 응축기로서 기능한다.

그리고, 실외 열교환기(5)로부터 도출된 냉매가 팽창 밸브(9)에서 교축 팽창되고, 냉온 저압의 안개 형태의 냉매가 되어 증발기(6)에 도입된다. 그 냉매가 증발기(6)를 통과하는 과정에서 증발하여, 차량 실내의 공기를 냉각한다. 증발기(6)로부터 도출된 냉매는, 팽창 밸브(9)의 제2내부 통로를 통과하고, 어큐뮬레이터(7)를 경유하여 압축기(2)로 되돌려진다. 이 때, 팽창 밸브(9)에 의해 증발기(6)의 출구측의 과열도가 적정값이 되도록 제어된다.

한편, 난방 운전시에 있어서는, 제어 밸브(4)가 폐쇄 상태로 된다. 한편, 전환 밸브(8)에 있어서 제1밸브부가 폐쇄 상태로 되고, 제2밸브부가 밸브 개방 상태로 된다. 이에 의해, 제1냉매 순환 통로가 차단되고, 제2냉매 순환 통로가 개방된다. 이 때문에, 냉매는 증발기(6)를 통과하지 않고, 증발기(6)는 실질적으로 기능하지 않게 된다. 즉, 실외 열교환기(5)만이 증발기(실외 증발기)로서 기능한다. 즉, 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 보조 응축기(3)를 거치는 것에 의해 응축되고, 오리피스(28)에서 교축 팽창되어, 냉온 저압의 안개 형태의 냉매가 되어 실외 열교환기(5)에 도입된다. 그 냉매가 실외 열교환기(5)를 통과하는 과정에서 증발하여, 외부에서 열량을 흡수한다. 실외 열교환기(5)로부터 도출된 냉매는, 바이패스 통로(25)를 통과하고, 어큐뮬레이터(7)를 경유하여 압축기(2)로 되돌려진다.

다음으로, 제어 밸브(4)의 상세에 대해 설명한다. 도 2는, 제어 밸브(4)의 구체적 구성을 나타내는 단면도이다. 제어 밸브(4)는, 밸브 본체(32)와 솔레노이드(34)를 축선 방향으로 조립하여 구성된다. 밸브 본체(32)의 보디(35)에는, 메인 통로를 개폐하는 메인 밸브(26)와, 메인 밸브(26)의 개폐 상태를 제어하는 파일럿 밸브(27)가 조립되어 있다.

보디(35)는, 각주 형상의 제1보디(40)의 상반부에 단차를 갖는 원통 형상의 제2보디(42)를 조립하여 구성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 제1보디(40)는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 제2보디(42)는 스테인리스강(SUS)으로 이루어진다. 제1보디(40)의 한쪽 측면에는, 상류측으로부터의 냉매를 도입하기 위한 도입 포트(44)가 마련되어 있다. 제1보디(40)의 반대측의 측면에는, 하류측으로 냉매를 도출하기 위한 도출 포트(46)가 마련되어 있다. 도입 포트(44)와 도출 포트(46)를 직접 연결하는 통로가 "메인 통로"를 구성한다.

제1보디(40)와 제2보디(42) 사이에는 O링(48)이 배치되어 있고, 제1보디(40)와 제2보디(42)의 간극을 통한 냉매의 누설이 방지되고 있다. 제2보디(42)는, 그 상단부가 솔레노이드(34)와의 접속부로 되어 있다. 제2보디(42)의 상단부에는 O링(50)이 끼워져 있다.

제1보디(40)에 있어서의 도입 포트(44)와 도출 포트(46)의 연통부에는, 원형 보스 형상의 밸브 시트 형성부(52)가 마련되어 있다. 밸브 시트 형성부(52)는, 제2보디(42)측으로 돌출되고, 그 내방에 밸브 구멍(54)("메인 밸브 구멍"에 해당함)이 형성되어 있다. 또한, 밸브 시트 형성부(52)의 상단 개구 에지에 의해 밸브 시트(56)("메인 밸브 시트"에 해당함)가 형성되어 있다. 밸브 구멍(54)의 상류측에는 밸브실(58)가 형성되어 있다.

보디(35)의 내방에는 메인 밸브체(60)가 배치되어 있다. 메인 밸브체(60)는, 상방을 향해 단계적으로 지름이 확대되는 단차를 갖는 원통 형상의 본체(62)를 구비하고, 그 본체(62)의 상부에 피스톤(64)이 마련되어 있다. 본체(62)는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 이를 축선 방향으로 관통하도록 파일럿 통로(66)가 형성되어 있다. 파일럿 통로(66)는, 밸브 구멍(54)을 향해 개구되는 "구멍부"로서 기능한다. 파일럿 통로(66)의 상부의 내경이 축소되어 파일럿 밸브 구멍(68)이 형성되고, 그 상단 개구부에 파일럿 밸브 시트(70)가 형성되어 있다. 메인 밸브체(60)의 하부에는, 사이에 패킹(72)을 끼우도록 가이드 부재(74)가 마련되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 가이드 부재(74)는 스테인리스강(SUS)으로 이루어진다. 패킹(72)은, 링 형상의 탄성체(본 실시형태에서는 고무)로 이루어지고, "실링 부재"로서 기능한다. 메인 밸브체(60)가 밸브실(58) 내를 변위하고, 패킹(72)이 밸브 시트(56)에 탈착하는 것에 의해 메인 밸브(26)를 개폐한다.

가이드 부재(74)는, 패킹(72)을 하방에서 지지하는 원판 형상의 본체와, 그 본체의 주변부에서 하방으로 연장된 복수의 다리부(76)(도 2에는 1개만 표시)를 구비하고, 밸브 구멍(54)의 내주면에 의해 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다.

피스톤(64)은, 제1보디(40)와 제2보디(42)에 둘러싸이는 공간을 고압실(80)과 배압실(82)로 구획하는 "구획부"로서 기능한다. 고압실(80)은, 도입 포트(44)에 연통하는 한편, 본체(62)에 마련된 연통로(84)를 통해 배압실(82)에 연통한다. 배압실(82)은, 솔레노이드(34)의 내부에 연통한다. 밸브 구멍(54)의 하류측은 저압실(86)로 되어 도출 포트(46)에 연통한다. 도입 포트(44)와 도출 포트(46)를 고압실(80), 연통로(84), 배압실(82), 파일럿 통로(66) 및 저압실(86)을 통해 연결하는 통로에 의해 "서브 통로"가 구성되어 있다. 피스톤(64)은, 제2보디(42)의 내주면에 의해 구성된 가이드 구멍(88)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 메인 밸브체(60)는, 피스톤(64)과 다리부(76)가 보디(35)의 내주면에 슬라이딩 가능하게 지지되는 것에 의해, 메인 밸브(26)의 개폐 방향으로 안정하게 동작한다.

또한, 본체(62)를 반경 방향으로 관통하도록 오리피스(28)가 형성되어 있다. 오리피스(28)는, 본체(62)의 측면으로 개구되고, 도입 포트(44)와 파일럿 통로(66)를 연통시킨다. 오리피스(28)는, 도입 포트(44)로부터 도입된 냉매를 교축 팽창시켜 파일럿 통로(66)로 도출하는 팽창 장치로서 기능한다. 본체(62)의 외주면에는, 오리피스(28) 및 연통로(84)의 개구부를 외측에서 포위하도록 원통 형상의 필터 부재(63)가 장착되어 있다. 필터 부재(63)는, 오리피스(28) 및 연통로(84)로의 이물의 침입을 억제하기 위한 필터(메쉬)를 포함한다.

한편, 솔레노이드(34)는, 제2보디(42)의 상단부에 조립된 단차를 갖는 원통 형상의 코어(90)(고정 철심)와, 코어(90)의 상단 개구부를 폐지하도록 조립된 저부를 갖는 원통 형상의 슬리브(92)를 구비한다. 슬리브(92)는 비자성이고, 코어(90)와 함께 내부의 압력실을 폐지하는 캔을 구성한다. 코어(90) 내에는 원주 형상의 플런저(94)(가동 철심)가 수용되어 있다. 플런저(94)는, 코어(90)와 축선 방향으로 대향 배치되어 있다. 슬리브(92)의 저부와 플런저(94) 사이에는, 배압실(95)이 형성된다.

제1보디(40)의 상단 개구부에 고리 모양의 고정 부재(96)를 체결하는 것에 의해, 코어(90)가 제2보디(42)에 대해 고정되어 있다. 즉, 코어(90)의 하단부에는 반경 방향 외측으로 돌출하는 플랜지부가 마련되고, 고정 부재(96)가 그 플랜지부를 상방으로부터 가압하도록 조립되어 있다. 한편, 고정 부재(96)의 외주에는 수나사부가 형성되고, 제1보디(40)의 상단 개구부에는 암나사부가 형성되어 있다. 이 때문에, 코어(90)의 하단부를 제2보디(42)의 상단부에 조립한 상태에서 고정 부재(96)를 제1보디(40)에 나사 결합시키는 것에 의해, 코어(90)를 안정하게 고정할 수 있다. 코어(90)와 제2보디(42) 사이에는 O링(50)이 배치되어 있고, 양자의 간극을 통한 냉매의 누설이 방지되고 있다.

코어(90)의 외주부에는 보빈(98)이 마련되고, 그 보빈(98)에 전자 코일(100)이 권취되어 있다. 그리고, 전자 코일(100)을 상하로 끼우도록 한쌍의 단부 부재(102)가 마련되어 있다. 단부 부재(102)는, 자기회로를 구성하는 요크로서도 기능한다. 전자 코일(100)로부터는 도시하지 않는 통전용의 하니스(harness)가 인출되어 있다.

코어(90)의 상단부에는 상방을 향해 내경이 커지는 테이퍼면이 형성되어 있다. 한편, 플런저(94)의 하단부에는, 하방을 향해 외경이 작아지는 테이퍼면이 형성되어 있다. 또한, 플런저(94)의 하단부 중앙에는, 슬리브(92)에 대해 삽입/인출되는 소경부(104)가 마련되어 있다. 즉, 코어(90)와 플런저(94)의 대향면을 상보 형상의 테이퍼면으로 하고, 나아가 플런저(94)의 일부를 코어(90)에 대해 삽입/인출시키는 구성으로 하는 것에 의해, 플런저(94)의 스트로크를 크게 확보하면서, 충분한 자기 흡인력이 얻어지도록 되어 있다. 또한, 소경부(104)의 외주면에는 비교적 큰 오목홈(106)이 마련되어 있고, 플런저(94)와 코어(90)의 반경 방향의 자기 누설이 억제되고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 솔레노이드(34)에 의한 흡인력이 효율적이면서 안정적으로 얻어진다.

플런저(94)의 하단 중앙부에서 하방을 향해 파일럿 밸브체(108)가 연장되어 있다. 또한, 플런저(94)를 축선 방향으로 관통하는 연통로(110)와, 플런저(94)를 지름 방향으로 관통하는 연통로(112)와, 플런저(94)의 외주면을 따르는 축선에 평행한 연통홈(114)이 형성되어 있다. 이들의 연통로(110, 112) 및 연통홈(114)은 서로 연통되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 배압실(82)과 배압실(95)의 연통 상태가 유지된다. 플런저(94)와 코어(90) 사이에는, 양자를 이격시키는 방향으로 부세하는 스프링(116)("부세 부재"로서 기능함)이 배치되어 있다.

파일럿 밸브체(108)는, 플런저(94)에 동축 형태로 조립되고, 하단부에 오목한 감합부(118)가 마련되고, 원판 형상의 실링 부재(120)가 끼워져 있다. 본 실시형태에 있어서, 실링 부재(120)는 고무로 이루어진다. 감합부(118)의 하단부가 내방으로 코킹되는 것에 의해 실링 부재(120)가 고정 지지되어 있다. 감합부(118)에는, 연통로(110)가 연통된다. 파일럿 밸브체(108)의 실링 부재(120)가 파일럿 밸브 시트(70)에 탈착하는 것에 의해, 파일럿 밸브(27)를 개폐한다. 한편, 감합부(118)의 코킹부는, 메인 밸브체(60)의 상단부에 계지되는 스토퍼(122)를 구성한다.

이상과 같은 구성에 있어서, 도입 포트(44)로부터 도입된 상류측의 압력(P1)("상류측 압력(P1)"이라 한다)은, 메인 통로에 있어서 메인 밸브(26)를 거치는 것에 의해 압력(P2)("하류측 압력(P2)"이라 한다)이 된다. 또한, 고압실(80)에 도입된 상류측 압력(P1)은, 연통로(84)를 통과하는 것에 의해 배압실(82)에서 중간 압력(Pp)이 되고, 나아가 파일럿 밸브(27)를 거치는 것에 의해 하류측 압력(P2)이 된다.

도 3은, 도 2의 A부 확대도이다. 피스톤(64)은, 피스톤 본체(130)와 지지체(132)로 축선 방향으로 분할되고, 양자간에 피스톤링(134)을 끼워서 유지하도록 하여 구성된다. 피스톤 본체(130)가, 메인 밸브체(60)의 본체(62)와 일체로 성형되어 있다. 피스톤링(134)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 이루어진다. 피스톤 본체(130)의 상단부에는, 반경 방향 외측으로 연장되어 피스톤링(134)의 상면에 당접하는 플랜지부가 마련되어 있다. 지지체(132)는, 원형의 고리 모양으로 되어 있고, 피스톤 본체(130)의 지름이 작은 하반부에 외측으로 삽입되도록 끼워져 있다.

지지체(132)와 제1보디(40) 사이에는, 피스톤(64)을 상방으로 부세하는 스프링(156)이 배치되어 있다. 스프링(156)은, 지지체(132)를 피스톤 본체(130)에 대해 근접시키는 방향으로 부세하는 "부세 부재"로서 기능한다. 피스톤 본체(130) 및 지지체(132)는, 가이드 구멍(88)의 내경보다 약간 작은 외경을 구비한다. 피스톤링(134)은, 피스톤 본체(130)와 지지체(132)에 의해 형성되는 요부에 끼워지는 형태로 양자간에 조립된다. 피스톤(64)은, 피스톤링(134)의 위치에서 가이드 구멍(88)에 슬라이딩 가능하게 지지된다.

메인 밸브체(60)의 본체(62)에는, 고압실(80)과 배압실(82)을 연통시키는 연통로(84)가 형성되어 있다. 연통로(84)의 상단부가 작은 원통으로 이루어지는 통로 형성 부재(140)가 압입되고, 그 통로 형성 부재(140)의 내부 통로에 의해 오리피스(142)가 형성되어 있다. 연통로(84)의 하단부가 본체(62)의 측방으로 개구되어, 고압실(80)과 연통되어 있다.

한편, 오리피스(28)는, 본체(62)의 축선 방향 중간 위치에 있어서 반경 방향으로 연장되어 있다. 오리피스(28)의 반경 방향 외측의 단부는 테이퍼 형태로 지름이 확대되어 고압실(80)로 개구되고, 반경 방향 내측의 단부는 파일럿 통로(66)로 개구되어 있다.

오리피스(28)의 지름은, 파일럿 통로(66)의 지름보다 충분히 작게 되어 있다. 또한, 오리피스(142)의 지름은, 파일럿 밸브 구멍(68)의 지름보다 충분히 작게 되어 있다. 메인 밸브체(60)에는, 오리피스(28) 및 연통로(84)의 각 개구부를 외측에서 포위하도록 필터 부재(63)가 배치되어 있다. 필터 부재(63)는, 원통 형상의 필터(150)와, 이 필터(150)의 상하 양단부를 각각 보강하는 링 형상의 프레임(152, 154)과, 이들 프레임(152, 154)을 상하로 접속하는 복수의 기둥 형상의 프레임(미도시)을 구비한다. 필터(150)는, 예를 들면 수지 메쉬로 이루어지지만, 금속 메쉬여도 좋다. 이들의 프레임은 수지재에 의해 일체로 성형되고, 필터(150)가 각 프레임에 부분적으로 매설되는 형태로 유지되어 있다.

필터 부재(63)는, 본체(62)에 외측으로 삽입되도록 끼워져 있다. 필터 부재(63)는, 오리피스(28)로의 이물의 침입을 방지 또는 억제하고, 오리피스(28)의 막힘을 방지한다. 이에 의해, 오리피스(28)의 팽창 장치로서의 기능을 확보한다. 또한, 필터 부재(63)는, 연통로(84) 나아가서는 오리피스(142)로의 이물의 침입을 방지 또는 억제하고, 오리피스(142)의 막힘을 방지한다. 이에 의해, 오리피스(142)의 리크 통로로서의 기능을 확보한다.

이상과 같이 구성된 제어 밸브(4)는, 솔레노이드(34)로의 통전 상태에 따라 냉매의 유통로를 전환하는 파일럿 작동식 제어 밸브로서 기능한다. 이하, 그 동작에 대해 상세하게 설명한다. 도 4는, 제어 밸브의 동작 상태를 나타내는 설명도이다. 도 4는, 솔레노이드(34)가 온으로 된 통전 상태를 나타내고 있다. 한편, 이미 설명한 도 2는, 솔레노이드(34)가 오프로 된 비통전 상태를 나타내고 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 솔레노이드(34)가 오프로 된 상태에서는 솔레노이드력이 작용하지 않기 때문에, 스프링(116)에 의해 플런저(94)가 상방으로 부세되어, 파일럿 밸브(27)가 개방 상태로 된다. 이 때, 배압실(82)의 냉매가 파일럿 통로(66)를 통해 하류측으로 도출되어 중간 압력(Pp)이 저하되기 때문에, 메인 밸브체(60)가 상류측 압력(P1)과 중간 압력(Pp)의 차압(P1-Pp)에 의해 상방으로 부세된다. 이에 의해, 메인 밸브(26)가 개방 상태로 된다. 그 결과, 도시한 바와 같이 메인 통로가 개방된다. 즉, 도입 포트(44)로부터 도입된 냉매는, 주로 메인 통로를 통해 도출 포트(46)로부터 도출된다.

한편, 도 4에 나타내는 바와 같이, 솔레노이드(34)가 온으로 되면, 솔레노이드력에 의해 코어(90)와 플런저(94) 사이에 흡인력이 작용하기 때문에, 플런저(94)가 하방으로 부세되어, 파일럿 밸브(27)가 폐쇄 상태로 된다. 이 때, 상류측으로부터의 냉매가 연통로(84)를 통해 배압실(82)에 도입되기 때문에, 중간 압력(Pp)은 상류측 압력(P1)이 된다. 그 결과, 메인 밸브체(60)가 중간 압력(Pp)과 하류측 압력(P2)의 차압(Pp-P2)에 의해 하방으로 부세된다. 이에 의해, 메인 밸브(26)가 폐쇄 상태로 된다. 즉, 도시한 바와 같이 메인 통로가 폐쇄된 상태로 된다. 이 때, 도입 포트(44)로부터 도입된 액냉매는, 오리피스(28)를 통과하는 것에 의해 교축 팽창되어 안개 형태의 기액 혼합 냉매가 되고, 파일럿 통로(66) 및 밸브 구멍(54)의 내방을 통과하여, 도출 포트(46)로부터 도출된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 오리피스(28)를 메인 밸브체(60)에 마련하고, 오리피스(28) 그 자체가 가동 가능한 구성으로 했다. 그리고, 파일럿 통로(66)와 오리피스(28)에 의해, 도입 포트(44)와 도출 포트(46)를 연통시키는 연통로가 항상 형성된다. 이 때문에, 제어 밸브(4)의 폐쇄시에 있어서, 도입 포트(44)로부터 도입된 냉매를 오리피스(28)를 통과시키는 것에 의해 교축 팽창시켜, 도출 포트로부터 도출할 수 있다.

본 실시형태에 의하면, 오리피스(28)를 보디(35)가 아닌 메인 밸브체(60)에 형성했기 때문에, 보디(35) 내의 통로나 밸브 기구의 배치에 따른 제약을 받지 않는다. 또한, 보디(35)보다 작은 메인 밸브체(60)에 대해, 그 보디(35)의 성형과는 별도의 공정으로 오리피스(28)를 성형하면 되기 때문에, 그 오리피스(28)의 성형에 필요로 하는 가공량을 억제할 수 있다. 또한, 메인 밸브체(60)의 측면에서 파일럿 통로(66)를 향해 작은 횡방향 구멍을 여는 것만으로 오리피스(28)가 얻어지기 때문에, 가공이 용이하고, 제어 밸브(4)의 제조 효율을 높일 수 있다.

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

상기 실시형태에서는, 오리피스(28)를 메인 밸브체(60)의 반경 방향, 즉 파일럿 통로(66)의 연장 방향과 직각이 되는 방향으로 연장시키는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 오리피스(28)를 메인 밸브체(60)의 축선에 대해 경사로 연장되도록 형성해도 좋다. 그 경우에도 오리피스(28)의 일단 개구부가 고압실(80)로 개구되고, 타단 개구부가 파일럿 통로(66)로 개구되도록 한다.

상기 실시형태에서는, 제어 밸브로서, 솔레노이드의 비통전시에 파일럿 밸브를 개방하는 상시 열림형(normally open) 전자 밸브로서 구성하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 솔레노이드의 비통전시에 파일럿 밸브를 폐쇄되는 상시 닫힘형(normally close) 전자 밸브로 해도 좋다. 예를 들면, 도 2, 도 4 등에 나타낸 구성에 있어서, 플런저와 코어의 위치를 상하로 교체하고, 플런저에 있어서의 코어와는 반대측에 파일럿 밸브체를 마련하는 것에 의해 실현할 수 있다. 그 경우, 그 제어 밸브는, 비통전시에 팽창 장치로서 기능하고, 통전시에 충분한 유량을 확보 가능한 냉매 통로로서 기능한다.

상기 실시형태에서는, 제어 밸브를 파일럿 작동식 전자 밸브로서 구성하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 파일럿 밸브를 구비하지 않는 직동식 전자 밸브로 구성해도 좋다. 그 경우도, 밸브체(메인 밸브체)에 구멍부를 마련하고, 그 구멍부와 연통하도록 오리피스를 형성한다. 예를 들면, 구멍부를 밸브체의 축선을 따라 마련하고, 밸브 구멍을 향해서만 개구되도록 해도 좋다. 그리고, 오리피스의 일단을 고압실(밸브 구멍의 상류측)로 개구시키고, 타단을 구멍부로 개구시켜도 좋다. 구멍부는, 오리피스보다 충분히 큰 단면적(지름)을 구비하는 것으로 한다.

상기 실시형태에서는, 제어 밸브를 전기자동차의 냉난방 장치에 적용하는 예를 제시했지만, 내연 기관을 탑재한 자동차나, 내연 기관과 전동기를 함께 탑재한 하이브리드식 자동차의 냉난방 장치에도 적용 가능한 것은 물론이다.

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 몇개의 구성 요소를 삭제해도 좋다.

1: 차량용 냉난방 장치
2: 압축기
4: 제어 밸브
5: 실외 열교환기
6: 증발기
26: 메인 밸브
27: 파일럿 밸브
28: 오리피스
34: 솔레노이드
44: 도입 포트
46: 도출 포트
54: 밸브 구멍
60: 메인 밸브체
63: 필터 부재
64: 피스톤
66: 파일럿 통로
68: 파일럿 밸브 구멍
80: 고압실
82: 배압실
86: 저압실
108: 파일럿 밸브체

Claims

냉매를 도입하는 도입 포트와, 냉매를 도출하는 도출 포트와, 상기 도입 포트와 상기 도출 포트를 연결하는 통로에 마련된 밸브 구멍을 구비하는 보디;
상기 밸브 구멍에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체; 및
상기 보디에 장착되고, 상기 밸브체에 축선 방향의 구동력을 부여 가능한 솔레노이드를 구비하고,
상기 밸브체는,
상기 밸브 구멍을 향해 개구되는 구멍부; 및
상기 도입 포트와 상기 구멍부를 연통시키도록 마련되고, 상기 구멍부보다 작은 단면을 구비하고, 상기 도입 포트로부터 도입된 냉매를 교축 팽창시켜 상기 구멍부에 도출 가능한 오리피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
제1항에 있어서,
상기 구멍부가 상기 밸브체의 축선 방향으로 연장되어 있고,
상기 오리피스가 상기 밸브체의 측면으로 개구되도록 마련되고,
상기 오리피스의 개구부를 덮도록 상기 밸브체의 외주면에 장착된 필터 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서,
파일럿 작동식 제어 밸브로서 구성되고,
상기 밸브체로서, 상기 도입 포트에 연통하는 고압실과 배압실을 구획하는 피스톤을 구비하고, 상기 도출 포트에 연통하는 저압실과 상기 배압실을 연통시키는 파일럿 통로가 관통 형성되고, 상기 밸브 구멍으로서의 메인 밸브 구멍에 접리하여 메인 밸브를 개폐하는 메인 밸브체와,
상기 솔레노이드의 플런저에 일체로 마련되고, 상기 파일럿 통로의 일 단부에 마련된 파일럿 밸브 구멍에 접리하여 파일럿 밸브를 개폐하는 파일럿 밸브체를 더 구비하고,
상기 구멍부가 상기 파일럿 통로를 구성하는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서,
냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 차량 실외에 배치되어 냉방 운전시에 냉매를 방열시키는 실외 응축기로서 기능하는 한편, 난방 운전시에는 냉매를 증발시키는 실외 증발기로서 기능하는 실외 열교환기와, 차량 실내에 배치되어 냉매를 증발시키는 실내 증발기를 구비하는 차량용 냉난방 장치에 적용되는 제어 밸브로서 구성되고,
상기 도입 포트가, 상기 압축기의 토출측에 연결되는 통로에 연통하여 냉매가 도입되는 포트로서 구성되고,
상기 도출 포트가, 상기 실외 열교환기의 입구에 연결되는 통로에 연통되고, 상기 실외 열교환기를 향해 냉매를 도출시키는 포트로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.