WO2017175728A1

WO2017175728A1 - 統合弁装置

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Publication number: WO2017175728A1
Application number: PCT/JP2017/013979
Authority: WO
Inventors: 康裕川瀬; 松田　三起夫; 伊藤　哲也; 川久保　昌章; 遼平杉村
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2017-10-12
Also published as: JP6464112B2; JP2017187150A

Abstract

統合弁装置６は、冷凍サイクルを構成するコンプレッサに流れる冷媒を通すコンプレッサ行き流路が形成されてなる弁本体７と、コンプレッサ行き流路を流れる冷媒の流量を調整する弁体６３２及び弁座６３１を有するコンプレッサ行き弁６３と、を備える。コンプレッサ行き弁６３は、気相冷媒がコンプレッサに流れる流量と、オイルが含有された気液二相冷媒がコンプレッサに流れる流量とを調整する。

Description

統合弁装置

関連出願の相互参照

　本出願は、2016年4月8日に出願された日本国特許出願2016-078222号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。

　本開示は、冷凍サイクルを構成する統合弁装置に関する。

　冷凍サイクル装置の一例として、下記特許文献１に記載のものが知られている。下記特許文献１に記載された冷凍サイクル装置は、冷媒が流通する冷房用の経路と暖房用の経路とを切り替えることができる。具体的には、下記特許文献１記載の冷凍サイクル装置は、室外に設置され一体的に構成された凝縮用熱交換部、過冷却用熱交換部、及び受液部を有している。

特開２００９－２３６４０４号公報

　ところで、冷凍サイクル装置では、冷媒内にオイルを混合させ、コンプレッサの摩耗を抑制している。冷房用の経路と暖房用の経路とを切り替える場合、冷房用の経路を用いて冷房用に冷媒を循環させると、オイルは冷媒とともに循環する。一方、暖房用の経路を用いて暖房用に冷媒を循環させると、過冷却用熱交換部に冷媒の流れが発生しなくなるため、オイルは過冷却用熱交換部に液冷媒と共に滞留してしまう。

　本開示は、暖房と冷房とで冷媒の流れを切り替える冷凍サイクルに用いられる統合弁装置であって、暖房時においても循環する冷媒のオイル含有率を低下させない統合弁装置を提供することを目的とする。

　本開示は、冷凍サイクルを構成する統合弁装置（６）であって、前記冷凍サイクルを構成するコンプレッサ（３１）に流れる冷媒を通すコンプレッサ行き流路が形成されてなる弁本体（７）と、前記コンプレッサ行き流路を流れる冷媒の流量を調整するコンプレッサ行き弁体（６３２，６３２Ａ）及びコンプレッサ行き弁座（６３１）を有するコンプレッサ行き弁（６３）と、を備える。前記コンプレッサ行き弁は、気相冷媒が前記コンプレッサに流れる流量と、オイルが含有された気液二相冷媒が前記コンプレッサに流れる流量とを調整する。

　本開示によれば、冷凍サイクルを暖房運転する場合に、貯液器上部の気相冷媒のみをコンプレッサに送り込みコンプレッサで圧縮すると、気相冷媒にはオイルが含まれないため、コンプレッサの焼き付きといった作動不良を招くおそれがある。一方、オイルを含有する冷媒を供給する手段を統合弁装置とは別に設けることも考えられるが、それでは冷凍サイクル全体をコンパクトに収めることができない。そこで本開示では、コンプレッサに気相冷媒を送り込むコンプレッサ行き弁が、気相冷媒がコンプレッサに流れる流量と、オイルが含有された気液二相冷媒がコンプレッサに流れる流量とを調整するように構成している。このように構成することで、暖房運転は継続しつつオイルが含有された気液二相冷媒をコンプレッサに供給することで、コンプレッサにおけるオイル切れの課題を解決することができる。

　尚、「発明の概要」及び「請求の範囲」に記載した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」との対応関係を示すものであって、「発明の概要」及び「請求の範囲」が、後述する「発明を実施するための形態」に限定されることを示すものではない。

図１は、実施形態に係る統合弁装置が適用される冷凍サイクルの一例を説明するための図である。図２は、図１に示される冷凍サイクルを冷房運転した場合について説明するための図である。図３は、図１に示される冷凍サイクルを暖房運転した場合について説明するための図である。図４は、図１に示される冷凍サイクルをオイル戻し暖房運転した場合について説明するための図である。図５は、実施形態に係る統合弁装置の断面図であって、冷房運転時の挙動を示す図である。図６は、実施形態に係る統合弁装置の断面図であって、暖房運転時の挙動を示す図である。図７は、実施形態に係る統合弁装置の断面図であって、オイル戻し暖房運転時の挙動を示す図である。図８は、冷房運転、暖房運転、オイル戻し暖房運転を切り替えた場合の冷媒の流量を説明するための図である。図９は、実施形態の変形例に係る統合弁装置の断面図である。図１０は、統合弁装置を貯液器内に挿入した状態を説明するための図である。

　以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

　図１に示されるように、実施形態に係る統合弁装置６は、車両に搭載され車室内の空調を行う車両用空調装置２に用いられる。車両用空調装置２は、冷凍サイクル装置３と、水サイクル装置４と、空調ユニット５と、を備えている。空調ユニット５は、車室内に温風を吹き出したり、冷風を吹き出したりするためのユニットである。冷凍サイクル装置３及び水サイクル装置４は、空調ユニット５から吹き出される空気の温度を調整するためのヒートポンプユニットとして構成されている。

　最初に、冷凍サイクル装置３及び統合弁装置６について説明する。冷凍サイクル装置３は、冷媒流路３０と、コンプレッサ３１と、コンデンサ３２と、第１熱交換器３４と、第２熱交換器３５と、貯液器３６と、膨張弁３７と、エバポレータ３８と、統合弁装置６と、を備えている。統合弁装置６は、固定絞り６１と、第１弁６２と、第２弁６４と、第３弁６３と、を備えている。水サイクル装置４は、水流路４０と、ウォータポンプ４１と、水側熱交換器４２と、ヒータコア４３と、を備えている。空調ユニット５は、ケーシング５１と、エアミックスドア５２と、送風ファン５３と、内外気切替ドア５４と、を備えている。

　冷媒流路３０は、コンプレッサ３１と、コンデンサ３２と、第１熱交換器３４と、第２熱交換器３５と、貯液器３６と、膨張弁３７と、エバポレータ３８と、を繋ぎ、内部に冷媒を通す流路である。冷媒としては、例えばＨＦＣ系冷媒やＨＦＯ系冷媒を用いることができる。冷媒には、コンプレッサ３１を潤滑するためのオイルが混入されている。

　コンプレッサ３１は、電動式圧縮機であって、吸入口３１１と吐出口３１２とを有する。コンプレッサ３１は、吸入口３１１から冷媒を吸入して圧縮する。コンプレッサ３１は、圧縮されることにより過熱状態となった冷媒を吐出口３１２から吐出する。吐出口３１２から吐出された冷媒は、コンデンサ３２に流れる。

　コンデンサ３２は、周知の熱交換器であって、流入口３２１と流出口３２２とを有する。コンデンサ３２は、水側熱交換器４２と熱交換するように構成されている。コンデンサ３２と水側熱交換器４２とは、互いに熱交換可能なように構成されているので、水－冷媒熱交換器を構成している。コンプレッサ３１から吐出された高温高圧の冷媒は、流入口３２１からコンデンサ３２内に流入する。流入した冷媒は、水側熱交換器４２を流れる水との間で熱交換し、温度が下がった状態で流出口３２２から流出する。流出口３２２から流出した冷媒は、統合弁装置６を構成する固定絞り６１及び第１弁６２に流れ込む。

　第１弁６２が閉じられていると、冷媒は固定絞り６１を通って減圧され、低圧の冷媒となって第１熱交換器３４に流れ込む。一方、第１弁６２が開かれていると、冷媒は減圧されずに高圧の冷媒として第１熱交換器３４に流れ込む。

　第１熱交換器３４は、車室外に配置される室外熱交換器であって、外気との間で熱交換するように構成されている。第１熱交換器３４に流れ込んだ冷媒は、外気との間で熱交換して貯液器３６に流れ込む。

　貯液器３６は、気相冷媒と液相冷媒とを分離し、液相冷媒を貯めるものである。分離された気相冷媒は、第３弁６３に流れ込む。第３弁６３に流れ込んだ気相冷媒は、第３弁６３が開かれているとコンプレッサ３１に向かって流れる。一方、分離された液相冷媒は、貯液器３６内に溜められると共に、第２熱交換器３５に流出する。

　第２熱交換器３５は、車室外に配置される室外熱交換器であって、外気との間で熱交換するように構成されている。第２熱交換器３５は、流入する液相冷媒と外気との間で熱交換することにより、第１熱交換器３４との協働によって冷媒の熱交換効率を更に高めるものである。第２熱交換器３５から流出した冷媒は、第２弁６４に流れ込む。

　第２弁６４は、流入した冷媒をコンプレッサ３１側か膨張弁３７側かに向けて選択的に流す三方弁として構成されている。膨張弁３７は、流入した冷媒を減圧して吐出する。膨張弁３７から吐出された冷媒は、エバポレータ３８に向かって流れる。膨張弁３７は、エバポレータ３８から吐出される冷媒の過熱度が所定範囲内となるように、エバポレータ３８に流入する冷媒を減圧膨張させる温度感応型の機械式膨張弁である。

　エバポレータ３８は、流入口３８１と流出口３８２とを有する。エバポレータ３８に向かって流れる冷媒は、流入口３８１からエバポレータ３８内に流入する。エバポレータ３８は、ケーシング５１内に配置されているので、ケーシング５１内を流れる空気と熱交換する。エバポレータ３８内を流れる冷媒は、ケーシング５１内を流れる空気と熱交換して流出口３８２からコンプレッサ３１に向けて流出する。

　続いて、水サイクル装置４について説明する。水流路４０は、ウォータポンプ４１と、水側熱交換器４２と、ヒータコア４３と、を繋ぎ、内部に水を通す流路である。ウォータポンプ４１は、吸入口４１１と吐出口４１２とを有する。ウォータポンプ４１は、吸入口４１１から水を吸入し、吐出口４１２から吐出する。ウォータポンプ４１を駆動することで、水流路４０に水の流れを形成することができる。

　ウォータポンプ４１の駆動により吐出口４１２から吐出された水は、水側熱交換器４２に向かって流れる。水側熱交換器４２は、上記したようにコンデンサ３２ととともに水－冷媒熱交換器を構成している。水側熱交換器４２は、流入口４２１と流出口４２２とを有している。流入口４２１から水側熱交換器４２の内部に流れこんだ水は、コンデンサ３２を流れる冷媒と熱交換し、流出口４２２から流出する。コンデンサ３２を流れる冷媒は、高温高圧の冷媒なので、水側熱交換器４２を流れる水は加温されてヒータコア４３に向かって流れる。

　ヒータコア４３は、空調ユニット５のケーシング５１内に配置されている。ヒータコア４３は、ケーシング５１内を流れる空気と熱交換するためのものである。ヒータコア４３は、流入口４３１と流出口４３２とを有している。流入口４３１には、水側熱交換器４２を通って加温された水が流入する。ヒータコア４３に流入した水は、ケーシング５１内を流れる空気と熱交換する。ヒータコア４３内を流れた水は、温度が降下して流出口４３２からウォータポンプ４１に向かって流れ出る。

　続いて、空調ユニット５について説明する。ケーシング５１は、車室内に流れる空調風を流す流路を形成し、その内部に上流側から、内外気切替ドア５４と、送風ファン５３と、エバポレータ３８と、エアミックスドア５２と、ヒータコア４３と、が配置されている。

　内外気切替ドア５４は、ケーシング５１内を流れる空気を車室外から取り入れるか、車室内を循環させるかを切り替えるドアである。送風ファン５３は、ケーシング５１内に空気流を形成し、車室内に空調風を送り出すためのものである。エアミックスドア５２は、ケーシング５１内を流れる空気が、ヒータコア４３を通るか否かを切り替えるためのドアである。

　車両用空調装置２は、統合弁装置６の各弁を開閉して冷凍サイクル装置３を流れる冷媒を調整し、ウォータポンプ４１を駆動して水サイクル装置４を流れる水を調整し、送風ファン５３を駆動して空調ユニット５を流れる空気を調整することで、車室内を冷暖房する装置である。

　図２を参照しながら、車両用空調装置２が冷房運転する場合の動作について説明する。冷房運転時においては、ウォータポンプ４１は駆動されないので、水サイクル装置４内には水の流れが発生しない。従って、コンプレッサ３１から吐出される高温高圧の気相冷媒は、そのまま統合弁装置６に向かって流れる。冷房運転時において、第１弁６２は、開かれた状態となっている。従って、コンデンサ３２から流れ込む冷媒は、減圧されずにそのまま第１熱交換器３４に向かって流れる。

　第１熱交換器３４に流れ込む高温高圧の気相冷媒は、外気との間で熱交換して温度が低下し、冷却されて気液二相の冷媒となって貯液器３６に流出する。貯液器３６は、冷房運転の場合には主として液相冷媒を流出させるレシーバとして機能している。第３弁６３は閉じられているので、貯液器３６からは液相冷媒が第２熱交換器３５に流出する。

　冷房運転時において、第２熱交換器３５は過冷却器として機能する。第２熱交換器３５に流入した冷媒は、外気との熱交換により更に冷却される。冷房運転時においては、冷凍サイクル装置３の凝縮器としての機能は第１熱交換器３４及び第２熱交換器３５が果たしている。

　第２熱交換器３５から流出した液相冷媒は、第２弁６４に流れ込む。冷房運転時において第２弁６４は、流入する冷媒を膨張弁３７に向かってのみ流すように切り替えられている。膨張弁３７によって減圧された冷媒は、エバポレータ３８に流れ込む。

　冷房運転時においては、送風ファン５３が駆動され、エアミックスドア５２はヒータコア４３側を塞ぐように位置している。従って、ケーシング５１内を流れる空気は、エバポレータ３８において低温の冷媒と熱交換し冷却される。冷却された空気は、ケーシング５１内を流れて車室内に供給される。

　図３を参照しながら、車両用空調装置２が暖房運転する場合の動作について説明する。暖房運転時においては、ウォータポンプ４１が駆動されるので、水サイクル装置４内には水の流れが発生する。従って、コンプレッサ３１から吐出される高温高圧の気相冷媒は、コンデンサ３２において水側熱交換器４２内を流れる水と熱交換し冷却され、統合弁装置６に向かって流れる。暖房運転時において、第１弁６２は、閉じられた状態となっている。従って、コンデンサ３２から流れ込む冷媒は、減圧されて第１熱交換器３４に向かって流れる。

　第１熱交換器３４に流れ込む低圧の気相冷媒は、外気との間で熱交換して冷媒が蒸発し、貯液器３６に流出する。貯液器３６は、暖房運転の場合は主として気相冷媒を流出させるアキュムレータとして機能している。第３弁６３は開かれているので、気相冷媒がコンプレッサ３１に向けて流出する。

　貯液器３６においては、流入した冷媒を気液分離し、液相冷媒を貯めている。液相冷媒は第２熱交換器３５側に流出するが、第２弁６４が閉じられているので、膨張弁３７側に流れることがない。また、第３弁体６３２の側面と弁本体７の内面とは当接していないので常に隙間が生じており、第２流入口７５に流入する低圧冷媒は成り行きで第３流出口７３から流出する。尚、第３弁６３が全開状態であるため、第３流入口７４から流入し第２流出口７３から流出する気相冷媒の流れが支配的となり、この成り行きの流出量は微少なものとなる。

　暖房運転時においては、送風ファン５３が駆動され、エアミックスドア５２はヒータコア４３側を開くように位置している。従って、ケーシング５１内を流れる空気は、ヒータコア４３において高温の水と熱交換し加温される。加温された空気は、ケーシング５１内を流れて車室内に供給される。

　図４を参照しながら、車両用空調装置２がオイル戻し暖房運転する場合の動作について説明する。オイル戻し暖房運転時においては、ウォータポンプ４１が駆動されるので、水サイクル装置４内には水の流れが発生する。従って、コンプレッサ３１から吐出される高温高圧の気相冷媒は、コンデンサ３２において水側熱交換器４２内を流れる水と熱交換し冷却され、統合弁装置６に向かって流れる。オイル戻し暖房運転時において、第１弁６２は、閉じられた状態となっている。従って、コンデンサ３２から流れ込む冷媒は、減圧されて第１熱交換器３４に向かって流れる。

　第１熱交換器３４に流れ込む低圧の気相冷媒は、外気との間で熱交換して冷媒が蒸発し、貯液器３６に流出する。貯液器３６は、オイル戻し暖房運転の場合は主として気相冷媒を流出させるアキュムレータとして機能している。第３弁６３は開かれているので、気相冷媒がコンプレッサ３１に向けて流出する。ここで、第３弁６３を全開状態にすると、第２熱交換器３５の圧損の方が第３弁６３の圧損よりも大きくなりやすいため、気相冷媒が主体でコンプレッサ３１に向けて流出する。そこで、オイル戻し暖房運転では、第３弁６３の開度を調整し、第２熱交換器３５よりも大きな圧損抵抗を持たせることで、オイルを含有した液相冷媒をコンプレッサ３１へ多く流出するようにしている。

　本実施形態の統合弁装置６は、固定絞り６１、第１弁６２、第２弁６４、及び第３弁６３を一体のものとして形成している。図５を参照しながら、統合弁装置６について説明する。

　統合弁装置６は、弁本体７と、固定絞り６１と、第１弁６２と、第２弁６４と、第３弁６３と、アクチュエータ６５と、ロッド６６と、を備えている。弁本体７には、第１流入口７１と、第１流出口７６と、第２流入口７５と、第２流出口７２と、第３流入口７４と、第３流出口７３と、が設けられている。弁本体７は、挿入端部９０と露出端部９１とを有する。挿入端部９０は、貯液器３６に統合弁装置６を挿入する際に、最も奥まで入り込む部分である。露出端部９１は、挿入端部９０とは反対側に設けられている端部であり、貯液器３６に統合弁装置６を挿入する際に、貯液器３６の外側に露出する端部である。

　露出端部９１には、アクチュエータ６５が設けられている。アクチュエータ６５は、ロッド６６を進退自在に駆動するための機構部である。アクチュエータ６５は、ステータ６５１と、ロータ６５２と、出力軸６５３と、送りねじ６５４と、ギア部６５５と、を有している。

　ロッド６６は、第１弁６２、第２弁６４、及び第３弁６３を駆動するためのものである。ロッド６６は、連結部６６１と、大径部６６２と、小径部６６３と、を有している。連結部６６１と大径部６６２との接続部分には、円環突起部６６４が設けられている。大径部６６２と小径部６６３との段差部分には、係合段差６６５が設けられている。

　第１弁６２は、第１弁体６２２と、第１弁座６２１と、近接付勢部材であるコイルスプリング６２３と、を有している。第１弁体６２２には、大径部６６２が貫通している。ロッド６６が図中ｚ軸負方向に駆動されると、第１弁体６２２はロッド６６に設けられた円環突起部６６４によって図中下方に押し下げられ、第１弁座６２１から離隔する。ロッド６６が図中ｚ軸正方向に駆動されると、第１弁体６２２はコイルスプリング６２３の復元力によって押し上げられ、第１弁座６２１に当接する。

　第１弁体６２２には、固定絞り６１が設けられている。固定絞り６１は、第１弁体６２２の第１弁座６２１に臨む当接面から側面まで貫通するように設けられた貫通穴によって形成されている。

　第２弁６４は、第２弁体６４２と、第２弁座６４１と、第４弁座６４３と、付勢部材であるコイルスプリング６４４と、を有している。第２弁体６４２には、小径部６６３が貫通している。ロッド６６が図中ｚ軸負方向に駆動されると、第２弁体６４２は係合段差６６５によって図中ｚ軸負方向に押し下げられ、第２弁座６４１から離隔し、第４弁座６４３に当接する。ロッド６６が図中ｚ軸正方向に駆動されると、第２弁体６４２はコイルスプリング６４４の復元力によって押し上げられ、第４弁座６４３から離隔し、第２弁座６４１に当接する。

　第３弁６３は、第３弁体６３２と、第３弁座６３１と、離隔付勢部材であるコイルスプリング６３３と、を有している。第３弁体６３２には、小径部６６３の先端部分が差し込まれている。ロッド６６が図中ｚ軸負方向に駆動されると、第３弁体６３２はロッド６６によって図中下方に押し下げられ、第３弁座６３１に近づき当接する。ロッド６６が図中ｚ軸正方向に駆動されると、第３弁体６３２はコイルスプリング６３３の復元力によって押し上げられる。

　第１流入口７１には、コンデンサ３２を通った高圧の冷媒が流入する。第１流入口７１に流入した高圧の冷媒は、第２室７８に流入する。第２室７８に続く第１室７７へ繋がる流路を閉止できるように、第１弁６２が設けられている。

　第１弁体６２２が第１弁座６２１と当接していない開放状態の場合、第２室７８に流入した高圧の冷媒は高圧のまま第１室７７に流れ込む。第１弁体６２２が第１弁座６２１と当接している閉止状態の場合、第２室７８に流入した高圧の冷媒は固定絞り６１を通って低圧状態となって第１室７７に流れ込む。第１室７７に流れ込んだ冷媒は、第１流出口７６から第１熱交換器３４に向けて流れ出る。

　第２流入口７５には、第２熱交換器３５を通った冷媒が流入する。第１弁６２が閉止状態で冷媒が固定絞り６１を通る場合には、第２流入口７５には低圧の冷媒が流入する。第１弁６２が開放状態の場合には、第２流入口７５には高圧の冷媒が流入する。第２流入口７５に流入した冷媒は、第３室８０に流入する。第３室８０に続く第４室７９に繋がる流路を閉止できるように、第２弁６４が設けられている。第２弁６４は、第３室８０に続く第５室８１に繋がる流路も閉止できるように構成されている。

　第２弁体６４２が第２弁座６４１と当接せず、第２弁体６４２が第４弁座６４３と当接している場合、第３室８０と第４室７９とを繋ぐ流路が開放され、第３室８０と第５室８１とを繋ぐ流路が閉止される。第２流入口７５に流れ込んだ冷媒は、第３室８０から第４室７９に向かって流れ、第２流出口７２から膨張弁３７に向けて流れ出る。このように、第２流入口７５に流れ込んだ冷媒が第２流出口７２から膨張弁３７に向けて流れ出る場合は、第２流入口７５に流れ込む冷媒が高圧冷媒の場合である。

　第２弁体６４２が第２弁座６４１と当接し、第２弁体６４２が第４弁座６４３と当接していない場合、第３室８０と第４室７９とを繋ぐ流路が閉止され、第３室８０と第５室８１とを繋ぐ流路が開放される。第２流入口７５に流れ込んだ冷媒は、第３室８０から第５室８１に向かって流れ、第６室８２を経由して第３流出口７３からコンプレッサ３１に向けて流れ出る。このように、第２流入口７５に流れ込んだ冷媒が第３流出口７３からコンプレッサ３１に向けて流れ出る場合は、第２流入口７５に流れ込む冷媒が低圧冷媒の場合である。

　第３流入口７４は、挿入端部９０に設けられ、図中ｚ軸正方向に流路が延びるように設けられている。第３流入口７４には、貯液器３６を通った冷媒が流入する。第１弁６２が閉止状態で冷媒が固定絞り６１を通る場合には、第３流入口７４には低圧の冷媒が流入する。第１弁６２が開放状態の場合には、第３流入口７４には高圧の冷媒が流入する。第３流入口７４に流入した冷媒は、第６室８２に流入する。第６室８２に繋がる流路を閉止できるように、第３弁６３が設けられている。

　第３弁体６３２が第３弁座６３１と当接していない場合、第３流入口７４と第６室８２とが繋がる流路が開放される。第３流入口７４に流れ込んだ冷媒は、第６室８２を経由して第３流出口７３からコンプレッサ３１に向けて流れ出る。このように、第３流入口７４に流れ込んだ冷媒が第３流出口７３からコンプレッサ３１に向けて流れ出る場合は、第３流入口７４に流れ込む冷媒が低圧冷媒の場合である。

　続いて、図２を参照しながら説明した冷房運転時の開閉弁状態及び流路形成状態について、引き続き図５を参照しながら説明する。図５に示されるように、第１弁体６２２は第１弁座６２１から離隔し、第１弁６２は開弁されている。第１流入口７１に流入する高圧冷媒は、減圧されずにそのまま第１流出口７６から流出する。第２弁体６４２は、第２弁座６４１から離れ第４弁座６４３に当接している。第２流入口７５に流入する高圧冷媒は、第２流出口７２から流出する。第２弁体６４２は、高圧冷媒による背圧がかかることで第４弁座６４３に密着する。第３弁体６３２は、第３弁座６３１に当接している。貯液器３６側からは高圧冷媒が第３流入口に流入しようとするが、第３弁体６３２は図中ｚ軸負方向に向けてロッド６６によって押し下げられているので、高圧冷媒が流入することはない。

　続いて、図３を参照しながら説明した暖房運転時の開閉弁状態及び流路形成状態について、図６を参照しながら説明する。図６に示されるように、ロッド６６は、冷房運転時に比較して図中ｚ軸正方向に引き上げられている。図５に「ｈ１」として示したように、冷房運転時から図中ｚ軸正方向に「ｈ１」の距離分ロッド６６をリフトさせると、第１弁６２が閉止状態となる。また、図６に「ｈ２ａ」として示したように、冷房運転時から図中ｚ軸正方向に「ｈ２ａ」の距離分ロッド６６をリフトさせると、第３弁６３が全開状態となる。暖房運転時においては、冷房運転時から図中ｚ軸正方向に「ｈ２ａ」の距離分ロッド６６をリフトさせ、第３弁６３を全開状態としている。第１弁体６２２は第１弁座６２１に当接し、第１弁６２は閉弁されている。第１流入口７１に流入する高圧冷媒は、固定絞り６１を通り減圧されて、第１流出口７６から流出する。第２弁体６４２は、第４弁座６４３から離れ第２弁座６４１に当接している。第３弁体６３２の側面と弁本体７の内面とは当接していないので常に隙間が生じており、第２流入口７５に流入する低圧冷媒は成り行きで第３流出口７３から流出する。第３弁６３が全開状態であるので、この成り行きの流出量は微少なものとなる。第３弁体６３２は、第３弁座６３１から離れており、第３弁６３は開弁されている。貯液器３６側から流入する低圧冷媒は、そのまま上昇しながら第３流入口７４内に入り、第３流出口７３から流出する。

　続いて、図４を参照しながら説明したオイル戻し暖房運転時の開閉弁状態及び流路形成状態について、図７を参照しながら説明する。第３弁６３が全開状態であると、第２熱交換器３５の圧損により、第２熱交換器３５内でオイルを含有して溜まっている液相冷媒は流れることができない。そこで、第３弁６３の開度を絞ることで第２熱交換器３５における圧損と同等以上の圧損を発生させ、第２流入口７５からオイルを含有した液相冷媒を引き込むことを意図している。具体的には、暖房運転時には「ｈ２ａ」であったロッド６６のリフト量を、「ｈ２ａ」よりも小さい「ｈ２ｂ」まで下げることで、第３弁体６３２と第３弁座６３１との間を狭くしている。このようにすることで、第２流入口７５から、オイルが含有された液相冷媒を導入することができ、第３流出口７３からコンプレッサ３１に向けて送り出すことができる。ロッド６６のリフト量を「ｈ２ｂ」まで下げても、第１弁６２及び第２弁６４の閉止状態は、暖房運転の場合と変わらない。図７に示される通り、円環突起部６６４と第１弁体６２２との間にはまだ隙間があるので、第１弁体６２２はコイルスプリング６２３によって第１弁座６２１側に向けて付勢され当接されている。また、係合段差６６５と第２弁体６２２との間にもまだ隙間があるので、第２弁体６４２はコイルスプリング６４４によって第２弁座６４１側に向けて付勢され当接されている。

　図８を参照しながら、運転モードの変化と流路状態の変化について説明する。第１流路とは、第１流入口７１から第１流出口７６に至る流路である。第２流路とは、第２流入口７５から第２流出口７２に至る流路である。第３流路とは、第３流入口７４から第３流出口７３に至る流路である。

　冷房運転モードの場合、図５を参照しながら説明したように、第１流路及び第２流路は全開であり、第３流路及び第４流路は閉止されている。ここからロッド６６を、「ｈ１」上昇させると、第１弁６２及び第２弁６４が閉止される。第１流路を流れる冷媒は固定絞り６１を通るので、以降はロッド６６を更に上昇させても流量が一定となる。第２流路は閉止される。

　更に、第３弁体６３２のリフト量が「ｈ２ａ」となるまでロッド６６を上昇させると、第３弁は全開状態となる。上記したように、この場合の第４流路の流量は微少なものとなる。この暖房運転モードの状態から、オイル戻し暖房運転モードに切り替えるには、第３弁体６３２のリフト量が「ｈ２ａ」よりも少ない「ｈ２ｂ」となるようにロッド６６を下降させる。第３流路の流量低減とトレードオフで、第４流路の流量は増加するので、所望のオイル戻し量となるように第３弁体６３２のリフト量を調整する。

　図９を参照しながら、変形例としての統合弁装置６Ａについて説明する。統合弁装置６Ａは、統合弁装置６の第３弁体６３２を、第３弁体６３２Ａとしたものである。第３弁体６３２Ａには、連通孔６３４Ａが設けられている。連通孔６３４Ａは、第３弁体６３２Ａが第３弁座６３１に当接する側の面であって、第３流入口７４に臨む当接面と、その当接面とは反対側の面であって、第６室８２側の背面とを繋ぐ流路である。このように連通孔６３４Ａを設けると、第３弁６３を閉弁した状態であっても第６室８２と外部とを均圧化することができ、アクチュエータ６５によってロッド６６に発生させる軸力を低減することができる。

　上記した統合弁装置６及び統合弁装置６Ａは、貯液器３６に挿入することができるものである。統合弁装置６を例にとって、図１０を参照しながら説明する。図１０に示されるように、貯液器３６内に統合弁装置６を挿入配置する場合、挿入端部９０が最も奥まで挿入される。統合弁装置６の一側方に第１熱交換器３４及び第２熱交換器３５が配置されるので、第１熱交換器３４及び第２熱交換器３５と冷媒の授受を行う流出口及び流入口は第１熱交換器３４及び第２熱交換器３５側に配置することが好ましい。この観点から、第１熱交換器３４に冷媒を流出させる第１流出口７６は、第１熱交換器３４側の上方に配置されている。第２熱交換器３５から冷媒が流れ込む第２流入口７５は、第２熱交換器３５側であって、第１流出口７６よりも下方に配置されている。第１流入口７１、第２流出口７２、及び第３流出口７３は、第１熱交換器３４及び第２熱交換器３５に対向する側面とは反対側に設けられている。

　上記したように、本実施形態に係る統合弁装置６は、冷凍サイクルを構成するものであって、冷凍サイクルを構成するコンプレッサ３１に流れる冷媒を通すコンプレッサ行き流路としての第３流路が形成されてなる弁本体７と、コンプレッサ行き流路を流れる冷媒の流量を調整するコンプレッサ行き弁体としての第３弁体６３２及びコンプレッサ行き弁座としての第３弁座６３１を有するコンプレッサ行き弁としての第３弁６３と、を備えている。第３弁６３は、気相冷媒がコンプレッサ３１に流れる流量と、オイルが含有された気液二相冷媒がコンプレッサ３１に流れる流量とを調整するものである。

　冷凍サイクルを暖房運転する場合に、貯液器３６上部の気相冷媒をのみコンプレッサ３１に送り込み、コンプレッサ３１で気相冷媒を圧縮すると、気相冷媒にはオイルが含まれないため、コンプレッサ３１の焼き付きといった作動不良を招くおそれがある。一方、オイルを含有する冷媒を供給する手段を統合弁装置とは別に設けることも考えられるが、それでは冷凍サイクル全体をコンパクトに収めることができない。そこで本実施形態では、コンプレッサ３１に気相冷媒を送り込む第３弁６３が、気相冷媒がコンプレッサ３１に流れる流量と、オイルが含有された気液二相冷媒がコンプレッサ３１に流れる流量とを調整するように構成している。このように構成することで、暖房運転は継続しつつオイルが含有された気液二相冷媒をコンプレッサ３１に供給することで、コンプレッサ３１におけるオイル切れの課題を解決することができる。

　また本実施形態では、第３弁６３は、第３弁体６３２が第３弁座６３１に近づくと、気相冷媒の流量を減らす一方で、気液二相冷媒の流量を増やし、第３弁体６３２が第３弁座６３１から離れると、気相冷媒の流量を増やす一方で、気液二相冷媒の流量を減らすように構成されている。第３弁体６３２と第３弁座６３１との距離を変動させるという簡単な手法で、２流類の冷媒の供給割合を調整することができ、コンプレッサ３１に必要となるオイルを所望の条件で供給することができる。

　また本実施形態では、冷凍サイクルが、貯液器３６よりも上流側に配置された第１熱交換器３４と、貯液器３６よりも下流側に配置された第２熱交換器３５と、を含んでいる。第３弁６３は、第２熱交換器３５を通ってコンプレッサ３１に流れる気液二相冷媒の流量と、第２熱交換器３５を通らずにコンプレッサ３１に流れる気相冷媒の流量とを調整する。冷凍サイクルが、貯液器３６よりも下流側に第２熱交換器３５を有する構成であると、貯液器３６で気相冷媒とオイルとが分離されるので、第２熱交換器３５側の気液二相冷媒にオイルが含有されている。そこで、第２熱交換器３５を通る冷媒と通らない冷媒との流量比を調整することで、必要となるオイルを供給することができる。

　また本実施形態では、弁本体７には、コンプレッサ３１が吐出する高圧気相冷媒を通す高圧流路としての第１流路が形成され、高圧気相冷媒の流量を調整する高圧弁体としての第１弁体６２２及び高圧弁座としての第１弁座６２１を有する高圧弁としての第１弁６２が設けられている。本実施形態では、第３弁体６３２と第３弁座６３１との相対的な位置関係が変化しても、第１弁体６２２と第１弁座６２１とが当接し続けるように構成されている。このように構成することで、暖房運転中に第１弁６２の閉止状態を継続しながら、第３弁６３による調整を継続することができる。

　また本実施形態では、第３弁体６３２及び第１弁体６２２は、弁本体７内に挿入されるロッド６６の進退によって駆動されるものである。第３弁体６３２は、ロッド６６の進退に応じて第３弁座６３１との距離が変動する。一方、第１弁体６２２は、ロッド６６の進退に応じて第１弁座６２１との距離が変動する可動領域と、ロッド６６の進退によっては第１弁座６２１との距離が変動しない不感領域とが設けられている。図５を参照しながら説明したように、ロッド６６の円環突起部６６４が第１弁体６２２を押し下げる領域が可動領域である。一方、図６及び図７を参照しながら説明したように、円環突起部６６４が第１弁体６２２を離れ、ロッド６６の進退による影響が第３弁体６３２にのみ及ぶ領域が不感領域である。

　また本実施形態では、第３弁体６３２を第３弁座６３１から離隔する方向に付勢する離隔付勢部材としてのコイルスプリング６３３が設けられており、第３弁体６３２は、コイルスプリングの付勢力に対抗してロッド６６によって第３弁座６３１側に押されることで第３弁座６３１に当接するように構成されている。

　また本実施形態では、第１弁体６２２を第１弁座６２１に近接する方向に付勢する近接付勢部材としてのコイルスプリング６２３が設けられており、ロッド６６には、ロッド６６が第３弁体６３２を第３弁座６３１側に押すように動くと、第１弁体６２２を第１弁座６２１から引き離すように当接する突起部である円環突起部６６４が設けられている。このように構成することで、第３弁６３は閉止する一方で、第１弁６２を開放することができるので、暖房運転から冷房運転への切り替えを行うことができる。

　また本実施形態では、円環突起部６６４は、可動領域において第１弁体６２２に当接する一方で、不感領域においては第１弁体６２２に当接しないように構成されている。このように、ロッド６６に設けた円環突起部６６４との係合関係で、第３弁体６３２を冷媒供給の調整のために動かしつつ、第１弁体６２２を第１弁座６２１に当接させ続けることができ、暖房運転時におけるオイル含有冷媒の供給が可能となる。

　また本実施形態では、第３弁体６３２の側面の少なくとも一部は、弁本体７とは当接しないように形成されている。このように構成することで、第２流入口７５から流入するオイル含有冷媒を、第３弁体６３２と弁本体７との間の隙間を通して第３流出口７３から流出させることができる。

　本実施形態の変形例では、第３弁体６３２Ａには、第３弁座６３１に当接する当接面と、当接面とは反対側の背面とを繋ぐ連通孔６３４Ａが設けられている。この場合、第３弁体６３２Ａの側面は、弁本体７と当接するように形成されている。

　以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims

　冷凍サイクルを構成する統合弁装置であって、
　前記冷凍サイクルを構成するコンプレッサ（３１）に流れる冷媒を通すコンプレッサ行き流路が形成されてなる弁本体（７）と、
　前記コンプレッサ行き流路を流れる冷媒の流量を調整するコンプレッサ行き弁体（６３２，６３２Ａ）及びコンプレッサ行き弁座（６３１）を有するコンプレッサ行き弁（６３）と、を備え、
　前記コンプレッサ行き弁は、気相冷媒が前記コンプレッサに流れる流量と、オイルが含有された気液二相冷媒が前記コンプレッサに流れる流量とを調整する、統合弁装置。
　前記コンプレッサ行き弁は、
　前記コンプレッサ行き弁体が前記コンプレッサ行き弁座に近づくと、前記気相冷媒の流量を減らす一方で、前記気液二相冷媒の流量を増やす、
　前記コンプレッサ行き弁体が前記コンプレッサ行き弁座から離れると、前記気相冷媒の流量を増やす一方で、前記気液二相冷媒の流量を減らす、請求項１記載の統合弁装置。
　前記冷凍サイクルは、貯液器（３６）よりも上流側に配置された第１熱交換器（３４）と、前記貯液器（３６）よりも下流側に配置された第２熱交換器（３５）と、を含み、
　前記コンプレッサ行き弁は、前記第２熱交換器を通って前記コンプレッサに流れる前記気液二相冷媒の流量と、前記第２熱交換器を通らずに前記コンプレッサに流れる前記気相冷媒の流量とを調整する、請求項１又は２記載の統合弁装置。
　前記弁本体は、前記コンプレッサが吐出する高圧気相冷媒を通す高圧流路が形成され、
　前記高圧気相冷媒の流量を調整する高圧弁体（６２２）及び高圧弁座（６２１）を有する高圧弁（６２）が設けられており、
　前記コンプレッサ行き弁体と前記コンプレッサ行き弁座との相対的な位置関係が変化しても、前記高圧弁体と前記高圧弁座とが当接し続けるように構成されている、請求項２又は３記載の統合弁装置。
　前記コンプレッサ行き弁体及び前記高圧弁体は、前記弁本体内に挿入されるロッド（６６）の進退によって駆動されるものであって、
　前記コンプレッサ行き弁体は、前記ロッドの進退に応じて前記コンプレッサ行き弁座との距離が変動し、
　前記高圧弁体は、前記ロッドの進退に応じて前記高圧弁座との距離が変動する可動領域と、前記ロッドの進退によっては前記高圧弁座との距離が変動しない不感領域とが設けられている、請求項４記載の統合弁装置。
　前記コンプレッサ行き弁体を前記コンプレッサ行き弁座から離隔する方向に付勢する離隔付勢部材（６３３）が設けられており、
　前記コンプレッサ行き弁体は、前記離隔付勢部材の付勢力に対抗して前記ロッドによって前記コンプレッサ行き弁座側に押されることで前記コンプレッサ行き弁座に当接するように構成されている、請求項５記載の統合弁装置。
　前記高圧弁体を前記高圧弁座に近接する方向に付勢する近接付勢部材（６２３）が設けられており、
　前記ロッドには、前記ロッドが前記コンプレッサ行き弁体を前記コンプレッサ行き弁座側に押すように動くと、前記高圧弁体を前記高圧弁座から引き離すように前記高圧弁体と当接する突起部が設けられている、請求項６記載の統合弁装置。
　前記突起部は、前記可動領域において前記高圧弁体に当接する一方で、前記不感領域においては前記高圧弁体に当接しない、請求項７記載の統合弁装置。
　前記コンプレッサ行き弁体（６３２）の側面の少なくとも一部は、前記弁本体とは当接しないように形成されている、請求項１から８のいずれか１項記載の統合弁装置。
　前記コンプレッサ行き弁体（６３２Ａ）には、前記コンプレッサ行き弁座に当接する当接面と、前記当接面とは反対側の背面とを繋ぐ連通孔（６３４Ａ）が設けられており、
　前記コンプレッサ行き弁体の側面は、前記弁本体と当接するように形成されている、請求項１から８いずれか１項記載の統合弁装置。