JP5560002B2 - ホットガスサイクル用三方切換弁 - Google Patents

Description

この発明は、ホットガスサイクルを備えた冷凍サイクルに装備され、圧縮機が吐出する冷媒ガスを、コンデンサに導く高圧流路又はコンデンサを迂回してエバポレータに導くバイパス流路のいずれかに選択的に切り換える三方切換弁に関する。

寒冷地の冬季においては、車内空調で早期に暖房運転が立ち上がることが求められる。従来の車両の空調暖房は、エンジンが発生させた余熱を利用するものであり、温気が車内に吹き出すまでに時間を要するものであった。しかも、最近のエンジンの熱効率の向上によって、暖房に利用可能な余熱をエンジンで得にくくなっている。そこで、従来、冷房のために備わっている冷凍サイクルの圧縮機が生成した高温高圧の冷媒ガス（ホットガス）を直接にエバポレータに導入することにより、空調初期の暖房立ち上がり能力を向上させることが行われている。このようなホットガスサイクルを備えた冷凍サイクルでは、圧縮機が吐出する冷媒ガスを、コンデンサに導く流路又はコンデンサを迂回してエバポレータに導く流路のいずれかに選択的に切り換える三方切換弁が設けられている。

この種の三方切換弁として、特に、パイロット式の電磁弁と差圧弁とを一体的に設けたものが提案されている（特許文献１参照）。この三方切換弁は、圧縮機とコンデンサとの間の高圧流路を開閉するパイロット式の電磁弁と、圧縮機とエバポレータとの間のバイパス流路を開閉する差圧弁とを１つの弁本体に一体的に組み込んだものである。

上記従来の三方切換弁について、図４、図５に基づき説明する。図４において、三方切換弁５０の電磁弁７１が開弁状態で圧縮機１００が運転されると、弁本体５１の第１の通路５２、弁座５３及び第２の通路５４を通じて高温高圧のガス冷媒が流れ、該ガス冷媒が高圧流路４００（図５参照）を介してコンデンサ２００に流れる。この状態において、差圧弁６１の両チャンバー６２、６３にも高圧のガス冷媒の圧力が作用しており、圧縮コイルばね６４により第１の弁体６５が第１の弁座６６に圧接されてエバポレータへの流入口６７が閉鎖されている。したがって、圧縮機１００から流路６８を介してチャンバー６２に流入する高圧のガス冷媒はエバポレータ２００に供給されない。

この状態で、図示しない制御装置からパイロット電磁弁７１の電磁コイル７２に通電されると、その電磁気吸引力によりプランジャー７３が圧縮コイルばね７４を押し下げて吸引子７５に引き付けられ、プランジャー７３の下端部に取り付けられたパイロット弁体７６が弁体７７の上部に設けた弁座７８に当接する。これにより、弁体７７が圧縮コイルばね７９の付勢力に抗して下方に移動し、弁体７７の下面に固定したパッキン８０が弁座５３に当接して電磁弁７１が閉弁状態となる。パイロット弁体７６の下端部と弁座７８との当接部、及びパッキン８０と弁座５３との当接部はそれぞれシールされ、第１の通路５２から第２の通路５４へ高温高圧のガス冷媒が洩れることがない。これにより、差圧弁６１のチャンバー６３内の圧力が下がるので、第１の弁体６５が開弁方向に移動して第１の弁座６６から離れ、エバポレータ３００への流入口６７が開放されるため、圧縮機１００からチャンバー６２内に流れ込む高温高圧のガス冷媒がバイパス流路５００を介してエバポレータ３００に流入するようになる。

特許第３４１３３８５号公報

上記従来の三方切換弁では、圧縮機１００からコンデンサ２００へ至る高圧流路４００を開閉するために電磁弁７１が用いられているが、高圧力に抗して電磁弁７１を開閉動作させるために大型の電磁コイル７２を必要とし、加えて構造が複雑なパイロット式であるため、コスト高であるとともに占有スペースが大きくなるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、構造がシンプルで製造コストが安価であるとともに、コンパクト化を図ることができる三方切換弁を提供することを目的としている。

本発明による三方切換弁は、ホットガスサイクルを備えた冷凍サイクルに装備され、圧縮機が吐出する冷媒ガスを、コンデンサに導く高圧流路又はコンデンサを迂回してエバポレータに導くバイパス流路のいずれかに選択的に切り換えるホットガスサイクル用三方切換弁であって、前記バイパス流路を開閉する電磁弁と、前記電磁弁が開弁した状態で前記高圧流路を閉じるとともに前記電磁弁が閉弁した状態で前記高圧流路を開くように構成された差圧弁とを備え、前記電磁弁の弁座部材は有底筒状の形状を有し、前記差圧弁の上端に固定された有底筒状のばねガイドと、ばねガイドの外周と電磁弁の弁座部材の有底穴の間に配設されて差圧弁を弁座に向けて付勢するコイルばねを備え、前記三方切換弁の弁本体は、前記電磁弁が取り付けられる側の端部から弁体の内方に向けて形成された弁装着穴を有しており、前記弁装着穴は、前記圧縮機に接続される第１の通路、前記コンデンサに接続される第２の通路、及び前記第１の通路と前記第２の通路とを接続する接続通路とを備え、前記弁装着穴は、内方に向けて順次縮径する多段状のもので、前記第１の通路と前記接続通路との交差部分において前記接続通路と同軸状且つ前記接続通路よりも大径の差圧弁収容部が形成され、該差圧弁収容部よりも弁装着穴の開口側において前記差圧弁収容部と同軸状且つ前記差圧弁収容部よりも大径の電磁弁収容部が形成されており、前記差圧弁を前記差圧弁収容部に挿入し、前記差圧弁の上部に前記電磁弁を前記電磁弁収容部に挿入して組立て構成されることを特徴とする。

この発明による三方切換弁は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
（１）圧縮機とエバポレータの間のバイパス流路の径は、圧縮機とコンデンサの間の高圧流路の径よりも小さいため、上記バイパス流路に電磁弁を設けると、上記高圧流路に電磁弁を設ける場合と比べてオリフィス径が小さくなるとともに冷媒圧が小さくなるため、駆動用のコイルを小さくすることができる。また、バイパス流路に電磁弁を設ける場合、冷媒圧が低いため直動式のものを採用可能であり、パイロット式のものを採用する場合と比べて構成が簡素となる。よって、製造コストが低減するとともに、サイズを小さくして省スペース化を図ることができる。
（２）電磁弁と差圧弁とを弁本体の一端側から組み付けることができるため、従来例のように電磁弁と差圧弁を弁本体の上面と側面から組み付ける場合よりも組立時の作業性が良好となる。また、冷媒の外部への漏れを防止するシールを設ける箇所を弁装着穴の入口側のみの一カ所で済ませることができるので、気密性が向上するとともに、部品点数と製造工数が低減する。

本発明による三方切換弁の一実施例を示す正面断面図である。 図１に示す三方切換弁の要部の側面断面図である。 図１及び図２に示した三方切換弁の底面図である。 従来の三方切換弁の一例を示す正面断面図である。 ホットガスサイクルを備えた冷凍サイクルの説明図である。

本発明による三方切換弁の実施例を、図面を参照して説明する。図１〜図３に示すように、本発明による三方切換弁１は、一つの弁本体２に、電磁弁３と差圧弁４とを組み込んで構成されている。この例では、電磁弁３は直動式のものが採用されている。弁本体２は、圧縮機に接続される第１の通路５と、コンデンサ（凝縮器）に接続される第２の通路６とを備えている。この例では、第１の通路５と第２の通路６とは、弁本体２の同じ側面に開口するように互いに平行に設けられているが、互いに異なる側面に開口するように設けても良い。第１の通路５と第２の通路６は、縦方向に延びる接続通路７によって連通接続されている。

弁本体２には、接続通路７と同軸状に一つの弁装着穴１０が形成されている。弁装着穴１０は、弁本体２の上面側から下方に向けて順次縮径するように形成された多段状のもので、上側から順に、電磁弁３を収容する第１収容部１１（電磁弁収容部）と、差圧弁４を収容する第２収容部１２（差圧弁収容部）とを有している。第１収容部１１と第２収容部１２は接続通路７と同軸状で、直列に形成されている。第２収容部１２は、上側で第１収容部１１、下側で接続通路７にそれぞれ連通するとともに、第１の通路５と交差している。このように、弁装着穴１０を接続通路７と同軸状に形成することで、加工が容易となり、生産性が向上する。

電磁弁３は、弁本体３０と、弁座部３１ａを有する弁座部材３１と、駆動用の電気信号により励磁状態と非励磁状態とに切り換えられるコイル３５と、該コイル３５の励磁状態と非励磁状態とに応じて、上下方向に移動して弁座部３１ａに離接する弁体３６とを備えている。弁座部材３１は上下に延びる通路を有しており、弁体３６が弁座部３１ａに離接することで、この通路が開閉される。

弁装着穴１０の第１収容部１１は、弁本体２の上面に開口する大径収容部分１１ａと、この大径収容部分１１ａと同軸状かつ大径収容部分１１ａから下方に向けて形成された小径収容部分１１ｂとを備えている。大径収容部分１１ａは、電磁弁３の弁本体３０を収容するためのもので、その上部の内周面には雌ねじ部が形成されている。この雌ねじ部と、弁本体３０の外周に形成された雄ねじ部とにより、電磁弁３を弁本体３０に固定するためのねじ係合部１３が構成される。弁本体３０における雄ねじ部の下方の周面には周溝が形成されており、この周溝にシール部材としてのＯリング３２が嵌着されている。Ｏリング３２は、大径収容部分１１ａの筒状内面と係合して弁本体２内部を流れる冷媒が外部に漏れ出さないようにシールをしている。

小径収容部分１１ｂに収容される電磁弁３の弁座部材３１は概して有底筒状の形状を有しており、その外周面はＯリング３３によって小径収容部分１１ｂの筒状内面にシール係合している。弁座部材３１には径方向に貫通する複数の貫通孔３４が形成されており、エバポレータに通じる冷媒圧力が弁座部材３１内部に作用している。弁座部材３１の上側で弁体３６の周囲のスペース３７には、第１の通路５から通路１４、大径収容部分１１ａ及び弁座部材３１上端の溝３１ｂを通じて圧縮機からの冷媒圧力が作用している。また、弁座部材３１の内部には、第３の通路９（図２参照）、貫通孔３４を通じてエバポレータからの冷媒圧力が作用している。

差圧弁４は、弁本体４１と、その上端にカシメによって固定された有底筒状のばねガイド４３と、このばねガイド４３に案内されるコイルばね４４とを備えている。コイルばね４４はばねガイド４３を介して弁本体４１を下方に付勢している。

弁装着穴１０の第２収容部１２は、第１収容部１１よりも小径であるが、接続通路７よりも大径に形成されており、弁本体４１がスライド可能に収容されている。第１の通路５と接続通路７とが交差する位置には、弁本体４１の最下部に設けられている弁部分４２が着座可能な弁座８が設けられている。

電磁弁３が開くと、圧縮機からの冷媒が弁座部材３１内に流入し、貫通孔３４及び第３の通路９を介してエバポレータに供給される。また、弁本体４１の上下の差圧が無くなるため、弁本体４１はコイルばね４４によって押し下げられて弁部分４２が弁座８に着座し、圧縮機からコンデンサへの冷媒の流れが遮断される。一方、電磁弁３が閉じると、圧縮機からの冷媒が弁座部材３１内に流入しなくなり、エバポレータに供給されなくなる。また、弁本体４１の上下の差圧が次第に大きくなってゆき、当該差圧が一定以上になれば、弁本体体４１が開方向に移動して弁座８から離れ、圧縮機からの冷媒が接続通路７及び第２の通路６を通じてコンデンサに流れるようになる。

上記したように、弁装着穴１０は弁本体２の上側から順に径が小さくなっていく多段状の穴に形成されており、差圧弁４及び電磁弁３は弁本体２の上側から弁装着穴１０内に順次組み付けられる。このように、差圧弁４及び電磁弁３を一方向から組み付けることができるので、組立性は良好となる。或いは、差圧弁４及び電磁弁３を予めユニットとして組み立てておいて、一度に弁本体２に組み付けることもできる。よって、従来に比べ、組立性を大幅に改善することができる。また、弁装着穴１０が一つであるため、一つのＯリング３２によって冷媒の漏出を防止することができるので、部品点数が低減するとともにシール性を向上することができる。

以上の実施例の説明においては、電磁弁３が直動式のものである場合について説明したが、それに代えて、従来例に示したようなパイロット式の電磁弁を用いてもよいことは明らかである。
また、その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施例に種々の改変を施すことができる。

１ 三方切換弁 ２ 弁本体
３ 電磁弁 ４ 差圧弁
５ 第１の通路 ６ 第２の通路
７ 接続通路 ８ 弁座
９ 第３の通路 １０ 弁装着穴
１１ 第１収容部（電磁弁収容部） １２ 第２収容部（差圧弁収容部）
３２ Ｏリング ３５ コイル

Claims (1)

1. ホットガスサイクルを備えた冷凍サイクルに装備され、圧縮機が吐出する冷媒ガスを、コンデンサに導く高圧流路又はコンデンサを迂回してエバポレータに導くバイパス流路のいずれかに選択的に切り換えるホットガスサイクル用三方切換弁であって、
   前記バイパス流路を開閉する電磁弁と、前記電磁弁が開弁した状態で前記高圧流路を閉じるとともに前記電磁弁が閉弁した状態で前記高圧流路を開くように構成された差圧弁とを備え、前記電磁弁の弁座部材は有底筒状の形状を有し、前記差圧弁の上端に固定された有底筒状のばねガイドと、ばねガイドの外周と電磁弁の弁座部材の有底穴の間に配設されて差圧弁を弁座に向けて付勢するコイルばねを備え、前記三方切換弁の弁本体は、前記電磁弁が取り付けられる側の端部から弁体の内方に向けて形成された弁装着穴を有しており、前記弁装着穴は、前記圧縮機に接続される第１の通路、前記コンデンサに接続される第２の通路、及び前記第１の通路と前記第２の通路とを接続する接続通路とを備え、前記弁装着穴は、内方に向けて順次縮径する多段状のもので、前記第１の通路と前記接続通路との交差部分において前記接続通路と同軸状且つ前記接続通路よりも大径の差圧弁収容部が形成され、該差圧弁収容部よりも弁装着穴の開口側において前記差圧弁収容部と同軸状且つ前記差圧弁収容部よりも大径の電磁弁収容部が形成されており、
   前記差圧弁を前記差圧弁収容部に挿入し、前記差圧弁の上部に前記電磁弁を前記電磁弁収容部に挿入して組立て構成される
   ことを特徴とするホットガスサイクル用三方切換弁。

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