WO2013172201A1 - 冷凍サイクル用流量調整弁 - Google Patents
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Abstract
Description
(第1実施形態)
本実施形態の流量調整弁は、図1A、Bに示すように、フロスト制御用の電動式蒸発圧力調整弁と、冷凍サイクルの膨張弁の機能を兼用した流量調整弁である。本実施形態でのフロスト制御は、室内蒸発器(エバポレータ)に関するものである。通常、室外熱交換器には、氷結した水分を加熱して融かす除霜装置を有しているが、室内蒸発器の場合には、氷結した水分が加熱されて、一部が水蒸気となって車室内に吹出してしまい、窓ガラスの曇りを引き起こすので、運転時の安全対策上フロスト防止手段が必要である。従来のフロスト防止手段は、バネ式の蒸発圧力調整弁を用いるものや、圧縮機の吐出冷媒量(容量又は回転数)を調整するものがあり、いずれも冷房運転に対するものであった。
図1Cに示すように、本実施形態において、出口流量調整弁19bには、閉弁時でも所定の流量を流すバイバス流路(ブリードポート)311を設けても良い。これは、閉弁あるいは微小開度の時でも必要最小限の冷媒流量を確保し、冷媒中の潤滑油が圧縮機を潤滑できるようにするためである。また、閉弁時や開弁時に起こりやすいハンチングを防止するためのものである。バイバス流路(ブリードポート)311の設置については、本実施形態に限らず、後述の全ての実施形態においても設置してもよい。
本発明の第2実施形態は、次のような冷房モード、暖房モード、第1除湿暖房モード、第2除湿暖房モードの各運転モードに切替えられる車室内空調用冷凍サイクル装置10に適用した実施形態である。以下、図2~7を参照して、冷房モード、暖房モード、第1除湿暖房モード、第2除湿暖房モードを説明するとともに、それぞれのモードにおける上述の流量調整弁の機能について説明する。なお、第1実施形態の流量調整弁は、この冷凍サイクル装置に限定されるものではなく、その他の各運転モードに切替えられる冷凍サイクル装置に適用することができる。また、後述する他の実施形態の流量調整弁も、この冷凍サイクル装置のみならず、その他の冷凍サイクル装置に適用することができる。
[冷房モード]
冷房モードでは、空調装置の制御装置が、第1開閉弁17にて第2冷媒通路16を閉じると共に、第2開閉弁23にて第4冷媒通路22を閉じる。さらに、第1膨張弁14にて第1冷媒通路13を全開状態とする。これにより、冷凍サイクル装置10では、冷房モードとして、図2の矢印で示すような冷媒流路に切り替えられる。この冷媒流路の構成で、制御装置が、目標吹出温度TAO、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置に接続された各種制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。
次に、図3を参照して暖房モードを説明する。暖房モードでは、制御装置が、第1開閉弁17にて第2冷媒通路16を開くと共に、第2開閉弁23にて第4冷媒通路22を閉じる(閉鎖する)。さらに、第2膨張弁19の入口流量制御弁19aにて第3冷媒通路18を閉じる(全閉)。これにより、冷凍サイクル装置10では、図3の矢印で示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。この冷媒流路の構成で、制御装置が、目標吹出温度TAO、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置に接続された各種制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。例えば、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち電動圧縮機に出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内凝縮器12の目標凝縮器温度TCOを決定する。
次に、図4、5を参照して第1除湿暖房モードを説明する。第1除湿暖房モードでは、制御装置が第1開閉弁17にて第2冷媒通路16を閉じると共に、第2開閉弁23にて第4冷媒通路22を閉じる。そして、第1膨張弁14、入口流量制御弁19aを絞り状態または全開状態とする。これにより、冷凍サイクル装置10は、冷房モードと同様に、図4の矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。なお、第1除湿暖房モードでは、冷媒流れに対して室外熱交換器15と室内蒸発器20とが直列に接続されることとなる。この冷媒流路の構成で、制御装置が、目標吹出温度TAO、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置に接続された各種制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。例えば、エアミックスドア3のサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドア3が冷風バイパス通路35を閉塞し、室内蒸発器20を通過後の送風空気の全流量がヒータコア34及び室内凝縮器12の空気通路36を通過するように決定されたり、エアミックスドア3が、適宜開度位置に設定される。また、第1膨張弁14及び入口流量制御弁19aについては、車室内へ吹き出す吹出空気の目標温度である目標吹出温度TAOに応じて開度変更される。
次に、図6を参照して第2除湿暖房モードを説明する。これまで、出口流量調整弁19bは、全開状態とされていたが、このモードでは、フロスト防止のための、1つの制御モータで電動制御する蒸発圧力調整弁(EPR)として機能する。
第2除湿暖房モードでは、制御装置が第1開閉弁17にて第2冷媒通路16を開くと共に、第2開閉弁23にて第4冷媒通路22を開く。第2開閉弁23は、内部に固定絞り部23aを内蔵しており、冷媒を減圧膨張させる。そして、第1膨張弁14、出口流量調整弁19bの両方を絞り状態とする。したがって、冷凍サイクル装置10は、図6の矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。なお、第2除湿暖房モードでは、冷媒流れに対して室外熱交換器15(メイン冷媒回路)と室内蒸発器20(バイパス冷媒回路)とが並列に接続されることとなる。
(第3実施形態、図9)
第1実施形態の場合、図1Aに見られるように、室外熱交換器15からの接続孔206と室内蒸発器20からの接続孔305が隣接して配置されている。室外熱交換器15からの接続孔206に比べ、接続孔305の圧力は低く、両者の間には圧力差がある。一方、本実施形態では、図9に見られるように、室内蒸発器20への接続孔205、室内蒸発器20からの接続孔305が隣接して配置されている。室内蒸発器20内での圧力損失は小さいため入口と出口間の圧力差は小さく、連結シャフト400の貫通部の洩れ量が少ないため貫通部のOリングを省略することが出来る。その他は、第1実施形態の場合と同様である。
第3実施形態に対して、出口流量調整弁19bの弁体301、弁ウケ303に設けられた摺動穴に沿って弁リフト方向に移動する。弁体301の内部にはバネ309を内蔵し、弁シート302と接する方向に弁体301を押し付けている。その他は、第1、3実施形態の場合と同様である。図10Bに示すように、本実施形態では、弁体301と、連結シャフト400は結合されていない。モータ500により弁体201を閉弁方向に駆動すると、連結シャフト400も下降する。連結シャフト400の下端が、弁体301に接触すると、弁体301を開弁方向に移動させる。弁体201を開弁方向に駆動すると、連結シャフト400の上昇に応じて、バネ309により閉弁方向に移動する。
第1実施形態に対して、ボデー部100を、入口流量制御弁19aのブロック102と出口流量調整弁19bのブロック101に分割している。また、弁体201、301を取り付けた連結シャフト400は、軸ガイド410に挿入されて、サブアッセンブリ450となっている。本実施形態では、ブロック101と102の間に、サブアッセンブリ450を組付け、モータ500内で連結シャフト400とモータが結合される。モータ500とブロック101と102は、スルーボルト601により連結することで組み付けられる。本実施形態では、ボデー側もブロック101と102と分割されているため、ボデーの加工が容易である。また、入口流量制御弁のブロック101のみを用いることで電気膨張弁としても使用でき、部品の共通化が図れる。さらに、弁体201、301が、サブアッセンブリ450となっているため、組付け作業が簡便になる。
第5実施形態に対して、第4実施形態と同様に、弁体301を閉弁方向に付勢するバネ309が設けられている。本実施形態では、組付け時に、モータと連結シャフト400を結合する必要がないため、さらに組み付けが容易である。また、閉弁後にはプッシュロッド510が離れるため、弁体301に過大な荷重が作用しない利点は第4実施形態と同様である。
第7実施形態は、出口流量調整弁19bをスライド弁構造とした実施形態を示す。シリンダ350の内側を、連結シャフト400に固定されたピストン360がスライドする。シリンダ350には、室内蒸発器20からの接続孔305に連通する開口部307が設けられている。ピストン360には、連結シャフト400が下降すると(図13Bの下方向)と開口面積が増加する形状の開口孔308が設けられている。すなわち、連結シャフト400が下降すると、出口流量調整弁19bは、ピストン360とシリンダ350で形成される開口部の面積が増加する。一方、弁体201は、弁シート202に接近して弁開度が減少、閉弁に至る。連結シャフト400が上昇する場合は、それぞれ弁開度変化が逆となる。
第8実施形態は、出口流量調整弁19b、入口流量制御弁19aを、ロータリ弁で構成した実施形態を示す。本実施形態では、出口流量調整弁19bの弁体308’と、入口流量制御弁19aの弁体208’を、連結シャフト400を介して、モータ500により回転させる。弁体の回転に対して、弁体308’と弁体208’の開口部は面積変化が逆になるように設けられている(図14B、14C参照)。本実施形態によれば、出口流量調整弁19bと入口流量制御弁19aを積み重ねても、全高を低くすることでき、搭載が容易となる。また、制御モータ500の回転力を、直線運動に変換する必要がないため、制御モータが簡素化できる。さらに、スライド弁同様、閉弁時に機械的に接触することがないため、モータの停止位置誤差が大きくても許容できる。
第9実施形態は、入口流量制御弁19aに、弁体201が弁シート202より所定量以上離れると、入口流量制御弁19aの開口面積を減少させる、副弁203を追加している。出口流量調整弁19bにて蒸発器の蒸発圧力を調整している時、冷媒流量が少ないと、弁体301と弁シート302間の隙間が過度に小さくなり、流量制御が困難になる場合がある。本実施形態によれば、副弁203により、入口流量制御弁19aの開度を減少させることで、図15Bの弁開度特性に示すような特性が得られ、出口流量調整弁19bでの流量制御が容易となる。図15Bの弁開度特性において、C位置は、連結シャフト400が最上位で、弁体201が弁シート201に着座している場合である。CからB、Aと下方に移動させた場合の弁開度特性である。
(第10実施形態)
図16を参照して、第10実施形態を説明する。圧縮機11の吐出側と、室外熱交換器15との流路を開閉する電磁弁40が設けられている。電磁弁41は、第5冷媒通路16’を開閉する。室内凝縮器12の下流に、冷媒を減圧する固定絞り42が配置されている。固定絞り42をバイバスする通路には、電磁弁43が設置されている。第1膨張弁14は、暖房時に室外熱交換への冷媒流量を調整し冷媒を減圧する。冷房時には、第1膨張弁14をバイバスする。逆止弁24は、室外熱交換器15から入口流量制御弁19aに向けて流れるように設置されている。流量調整弁19は、第2実施形態と同様に、入口流量制御弁19aと出口流量調整弁19bから構成されている。
冷房モードにおいて、電磁弁40を開とし、電磁弁41、43を閉とする。冷媒の流れは、圧縮機11→室外熱交換器15→逆止弁24→入口流量制御弁19a→蒸発器20→アキュムレータ21→圧縮機11の流れと、並行して、圧縮機11→室内凝縮器12→固定絞り42→出口流量調整弁19bと流れる。後者の流れは、固定絞り42を経由するため流路抵抗が高く、大部分の冷媒は室外熱交換器15側に流れ、室外熱交換器15より車外に放熱され、室内蒸発器20にて吸熱することで冷房が行われる。
図18は、第10実施形態に対して、圧縮機11の吐出側の電磁弁を3方切替弁50に変更した場合の第11実施形態を示している。ここでは、構成を簡素化して「弱冷房モード」運転を省略した例を示す。さらに、電磁弁43とそれの流路を廃止している。その他は、第10実施形態と同じである。作動についても同様である。
15 室外熱交換器
19a 入口流量制御弁
19b 出口流量調整弁
20 室内蒸発器
Claims (13)
- 室内凝縮器(12)、室外熱交換器(15)、室内蒸発器(20)を有する空調用冷凍サイクル装置に用いられる流量調整弁(19)であって、
該流量調整弁(19)は、前記室内蒸発器(20)の入口側に接続されて、前記冷凍サイクル装置において前記室内蒸発器に流入する冷媒を減圧膨張させる膨張弁として機能する入口流量制御弁(19a)と、前記室内蒸発器(20)の出口側に接続されて、前記室内蒸発器(20)においてフロストが発生しない所定の目標圧力に調整する蒸発圧力調整弁として機能する出口流量調整弁(19b)とから構成され、
前記入口流量制御弁(19a)及び前記出口流量調整弁(19b)が、いずれか一方の弁開度が増加すると、他方の弁開度が減少するよう変位する流量調整弁(19)。 - 前記入口流量制御弁(19a)、前記出口流量調整弁(19b)のいずれか一方が、膨張弁として機能する制御開度のとき、若しくは蒸発圧力調整弁として機能する制御開度のとき、他方は冷媒流れを実質的に絞らない全開状態であることを特徴とする請求項1に記載の流量調整弁(19)。
- 前記入口流量制御弁(19a)、前記出口流量調整弁(19b)が、それぞれ、単一のアクチュエータ(500)により駆動されることを特徴とする請求項1又は2に記載の流量調整弁(19)。
- 前記入口流量制御弁(19a)は、ボデー(100)に形成され外部より冷媒を導く導入接続孔(206)と前記ボデー(100)に形成され前記室内蒸発器(20)へ冷媒を導出する導出接続孔(205)とを備え、
前記出口流量調整弁(19b)は、前記ボデー(100)に形成され冷媒を外部へ導出する導出接続孔(306)と前記ボデー(100)に形成され前記室内蒸発器(20)から冷媒を導く導入接続孔(305)とを備え、
前記入口流量制御弁(19a)の前記導出接続孔(205)と前記出口流量調整弁(19b)の前記導入接続孔(305)とは、前記ボデー(100)に隣接して形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の流量調整弁(19)。 - 前記入口流量制御弁(19a)は、膨張弁ブロック(102)に形成され外部より冷媒を導く導入接続孔(206)と前記膨張弁ブロック(102)に形成され前記室内蒸発器(20)へ冷媒を導出する導出接続孔(205)とを備え、
前記出口流量調整弁(19b)は、蒸発圧力調整弁ブロック(101)に形成され冷媒を外部へ導出する導出接続孔(306)と前記蒸発圧力調整弁ブロック(101)に形成され前記室内蒸発器(20)から冷媒を導く導入接続孔(305)とを備え、
前記膨張弁ブロック(102)と前記蒸発圧力調整弁ブロック(101)とは、連結されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の流量調整弁(19)。 - 前記入口流量制御弁(19a)、前記出口流量調整弁(19b)が、それぞれ、弁体と弁体が着座する弁シートからなるポペット弁であり、2個の弁体が、1本のシャフト(400)により連結又は同時作動されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の流量調整弁(19)。
- 前記入口流量制御弁(19a)、前記出口流量調整弁(19b)が、それぞれ、弁体と弁体が着座する弁シートからなるポペット弁であり、2個の弁体のうち、少なくとも一方の弁体は弁体を駆動するシャフト(400、510)と当接可能に分離形成され、他方の弁体はばね(309)により前記シャフト(400、510)方向に付勢されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の流量調整弁(19)。
- 前記入口流量制御弁(19a)、前記出口流量調整弁(19b)が、それぞれ、シリンダとシリンダ内部をスライドするピストンを備えて前記ピストンの変位に応じて開口面積が可変するスライド弁であり、2個のピストンが、1本のシャフト(400)により連結又は同時作動されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の流量調整弁(19)。
- 前記入口流量制御弁(19a)、前記出口流量調整弁(19b)が、それぞれ、シリンダとシリンダ内部で回転するロータを備えて前記ロータの回転角度に応じて開口面積が可変するロータリ弁であり、2個のロータが、1本のシャフト(400)により連結又は同時作動されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の流量調整弁(19)。
- 前記入口流量制御弁(19a)、前記出口流量調整弁(19b)のいずれか一方又は双方が、ポペット弁、スライド弁、又は、ロータリ弁のいずれかであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の流量調整弁(19)。
- 前記出口流量調整弁(19b)には、閉弁時でも所定の流量を流すバイバス流路が設けられていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の流量調整弁(19)。
- 前記入口流量制御弁(19a)、及び、前記出口流量調整弁(19b)が、ポペット弁であって、前記入口流量制御弁(19a)に、前記入口流量制御弁(19a)の弁体(201)が、弁シート(202)より所定量以上離れると、前記入口流量制御弁(19a)の開口面積を減少させる、副弁(203)を設けたことを特徴とする請求項6又は7項に記載の流量調整弁(19)。
- 前記冷凍サイクル装置が、圧縮機(11)、前記室内凝縮器(12)、第1膨張弁(14)、前記室外熱交換器(15)、前記圧縮機(11)の順に配置されたメイン冷媒回路と、
前記室内凝縮器(12)と第1膨張弁(14)の間で分岐して、前記入口流量制御弁(19a)、前記室内蒸発器(20)、前記出口流量調整弁(19b)の順に配置され、前記メイン冷媒回路における前記室外熱交換器(15)と前記圧縮機(11)間で、前記メイン冷媒回路に帰還するバイパス冷媒回路と、
前記室外熱交換器(15)下流から前記バイパス冷媒回路に接続する接続冷媒通路と、から構成されたことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の流量調整弁(19)。
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