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公開番号2020008203
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200116
出願番号2018128382
出願日20180705
発明の名称統合弁
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人かいせい特許事務所
主分類F25B 41/04 20060101AFI20191213BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】耐久寿命を向上させた統合弁を提供する。
【解決手段】統合弁50は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機11、圧縮機11から吐出された冷媒を凝縮させる水-冷媒熱交換器12と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換部16aを有する冷凍サイクル装置10に適用され、水-冷媒熱交換器12から流出した冷媒を流入させる高圧入口51a、高圧入口51aから流入した冷媒を流通させる冷媒流路55cと、冷媒流路55cを流通した冷媒を室外熱交換部16aの入口側へ流出させる熱交換部側出口51bが形成されたボデー部55と、冷媒流路55cの絞り開度を調整する弁体57と、弁体57を駆動させるアクチュエータ59と、を有し、アクチュエータ59の摺動部には、摺動部を潤滑するグリスが塗布されており、摺動部は、冷媒流路55cの弁体57よりも下流側に配置されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)、前記圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮部(12)と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換部(16a)を有する冷凍サイクル装置(10)に適用される統合弁であって、
前記凝縮部から流出した冷媒を流入させる高圧入口(51a)、前記高圧入口から流入した冷媒を流通させる冷媒流路(55c)と、前記冷媒流路を流通した冷媒を前記室外熱交換部の入口側へ流出させる熱交換部側出口(51b)が形成されたボデー部(55)と、
前記冷媒流路の絞り開度を調整する弁体(57)と、
前記弁体を駆動させるアクチュエータ(59)と、を有し、
前記アクチュエータの摺動部(59b)には、前記摺動部を潤滑するグリスが塗布されており、
前記摺動部は、前記冷媒流路の前記弁体よりも下流側に配置されている統合弁。
続きを表示(約 1,600 文字)【請求項2】
前記ボデー部には、前記室外熱交換部から流出した冷媒を流入させる熱交換部側入口(52a)、前記圧縮機の吸入側へ冷媒を流出させる圧縮機側出口(52c)、及び液相冷媒を蓄える受液部(53a)側へ冷媒を流出させる受液部側出口(52b)が形成され、
前記高圧入口から流入した冷媒である高圧冷媒と、前記熱交換部側入口から流入した冷媒である室外器流出冷媒との圧力差に応じて変位し、前記ボデー部の内部空間に配置された変位弁(60)と、
前記変位弁に連動して変位し、前記室外器流出冷媒を、前記圧縮機側出口および前記受液部側出口のいずれか一方に流出させ、前記内部空間に配置された切替弁(70)と、を有し、
前記変位弁は、前記圧力差が予め定めた基準圧力差以上なっている際に、前記室外器流出冷媒を前記圧縮機側出口から流出させるように前記切替弁を変位させ、更に、前記圧力差が前記基準圧力差よりも小さくなっている際に、前記室外器流出冷媒を前記受液部側出口から流出させるように前記切替弁を変位させるものである請求項1に記載の統合弁。
【請求項3】
前記冷媒流路に配置され、前記熱交換部側出口に開口した流出口側開口部(56a)が形成され、前記高圧入口から流入した冷媒が前記流出口側開口部に流出する弁座部材(56)を有し、
前記弁体は、前記流出口側開口部の開口面積を調整し、前記流出口側開口部の下流側において前記アクチュエータと連結している請求項2に記載の統合弁。
【請求項4】
前記内部空間の前記弁座部材と前記変位弁との間には、第1圧力室(55k)が形成され、
前記弁座部材には、前記高圧入口と連通して前記第1圧力室に開口し、前記変位弁が接離可能な第1変位弁用弁座(56b)が形成され、
前記変位弁を挟んだ前記第1圧力室と反対側の前記内部空間には、前記熱交換部側入口と連通する第2圧力室(55b)が形成され、
前記変位弁を前記第1変位弁用弁座側に付勢する第1スプリング(64)を有する請求項3に記載の統合弁。
【請求項5】
前記変位弁と前記切替弁とを連動させるシャフト(63)を有する請求項2ないし4のいずれか1つに記載の統合弁。
【請求項6】
前記シャフトを軸線方向に移動可能に支持する支持穴(62c)が形成され、前記ボデー部内に配置されたシャフト支持部材(62)を有する請求項5に記載の統合弁。
【請求項7】
前記シャフトと前記支持穴との間における冷媒の流通を防止するシール部材(69)を有する請求項6に記載の統合弁。
【請求項8】
前記切替弁が配置されている前記内部空間である弁空間(55i)は、前記熱交換部側入口と連通し、
前記ボデー部には、前記圧縮機側出口と連通し前記弁空間に開口し、前記切替弁が接離可能な第1弁座(55f)が形成されるとともに、前記受液部側出口と連通し前記弁空間に開口し、前記切替弁が接離可能な第2弁座(53e)が形成されている請求項5ないし7のいずれか1つに記載の統合弁。
【請求項9】
前記切替弁は、前記シャフトに、軸線方向に移動可能に取り付けられ、
前記切替弁を前記第2弁座側に付勢する第2スプリング(72)を有する請求項8に記載の統合弁。
【請求項10】
前記切替弁には、前記シャフトの下端が接離可能な当接部(70b)が形成され、
前記シャフト及び前記切替弁がその移動範囲の最下端に位置している状態では、前記シャフトの下端と前記当接部との離間距離は、前記切替弁と前記第1弁座との離間距離よりも小さい寸法に設定されている請求項9に記載の統合弁。
【請求項11】
前記弁体の中心線、前記変位弁の中心線、及び前記切替弁の中心線は、互いに同軸に配置されている請求項2ないし10のいずれか1つに記載の統合弁。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、冷凍サイクル装置に適用される統合弁に関する。
続きを表示(約 6,400 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、複数の弁と、これらの弁を駆動させるアクチュエータと、を備える冷凍サイクル装置用の統合弁が記載されている。
【0003】
複数の弁のうち、第1弁は、室外熱交換器へ流入させる冷媒の圧力を調整する固定絞り付きの弁である。そして、特許文献1の統合弁では、第1弁が閉じられている際には、圧縮機から吐出された高圧冷媒を固定絞りにて減圧させて室外熱交換器側へ流出させる。一方、第1弁が開かれている際には、高圧冷媒を固定絞りにて減圧することなく室外熱交換器側へ流出させる。
【0004】
また、アクチュエータは、モータ、及びモータの回転を減速させる複数のギアを有している。更に、アクチュエータは、第1弁よりも冷媒流れ上流側に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2017−187255号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、本発明者等の検討によれば、特許文献1の統合弁を冷凍サイクル装置に適用して作動させると、統合弁の耐久寿命が悪化する傾向があった。そこで、本発明者らが、その原因に調査したところ、アクチュエータが第1弁の冷媒流れ上流側に配置されていることが原因であると判った。
【0007】
その理由は、第1弁が絞りとして減圧効果を発揮している際には、第1弁の上流側の冷媒が、放熱用の熱交換器にて凝縮した高圧液相冷媒となるからである。
【0008】
より詳細には、高圧液相冷媒がアクチュエータの内部に侵入して充満する。この状態で第1弁が開くと、高圧液相冷媒がアクチュエータ内部で減圧沸騰しながら、第1弁の下流側へ勢いよく流出してしまう。その結果、アクチュエータの複数のギア等の摺動部に塗布されたグリスが持ち去られることで、アクチュエータの摺動部の潤滑不足が生じてしまい、統合弁の耐久寿命に悪影響を与えていた。
【0009】
本発明は、耐久寿命を向上させた統合弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の統合弁は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮部(12)と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換部(16a)を有する冷凍サイクル装置(10)に適用される統合弁であって、
凝縮部から流出した冷媒を流入させる高圧入口(51a)、高圧入口から流入した冷媒を流通させる冷媒流路(55c)と、冷媒流路を流通した冷媒を室外熱交換部の入口側へ流出させる熱交換部側出口(51b)が形成されたボデー部(55)と、冷媒流路の絞り開度を調整する弁体(57)と、弁体を駆動させるアクチュエータ(59)と、を有し、アクチュエータの摺動部(59b)には、摺動部を潤滑するグリスが塗布されており、摺動部は、冷媒流路の弁体よりも下流側に配置されている。
【0011】
これによれば、アクチュエータの摺動部は、冷媒流路の弁体よりも下流側に配置されているので、弁体が冷媒流路の開度を縮小させている際に、アクチュエータの摺動部側への液相冷媒の侵入が抑制され、アクチュエータの摺動部に塗布されたグリスの流出を抑制することができる。この結果、アクチュエータの耐久寿命を向上させることができ、ひいては、統合弁の耐久寿命を向上させることができる。
【0012】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【0013】
一実施形態の統合弁が搭載された車両用空調装置の全体構成図を示す図である。
暖房モード時の統合弁の断面図である。
冷房モード時の統合弁の断面図である。
液戻しモード時の統合弁の断面図である。
弁座部材にシール部材が取り付けられた実施形態の統合弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を用いて、本発明に係る統合弁50の一実施形態について説明する。本実施形態の統合弁50は、車両に搭載された車両用空調装置1において、車室内へ送風される送風空気の温度を調整する冷凍サイクル装置10に適用される。
【0015】
図1に示すように、車両用空調装置1は、冷凍サイクル装置10、室内空調ユニット30、高温側冷却水回路40、及び制御部100等を有している。
【0016】
車両用空調装置1は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される。ハイブリッド自動車は、内燃機関及びモータージェネレータから出力された駆動力によって走行する車両である。電気自動車は、モータージェネレータから出力された駆動力によって走行する車両である。
【0017】
車両用空調装置1は、車室内の空調を行う空調運転モードとして、冷房モード及び暖房モードの運転を行うことができる。冷房モードは、温度調整対象物である送風空気を冷却して車室内へ吹き出す運転モードである。暖房モードは、送風空気を加熱して車室内へ吹き出す運転モードである。
【0018】
冷凍サイクル装置10は、送風空気の温度調整を行うものである。冷凍サイクル装置10は、冷房モードの冷媒回路、及び暖房モードの冷媒回路を切り替え可能に構成されている。
【0019】
冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)を採用しており、高圧側冷媒圧力Pdが冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、冷媒としてHFO系冷媒(例えば、R1234yf)等を採用してもよい。更に、冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されている。冷凍機油は、液相冷媒に相溶性を有するPAGオイル(ポリアルキレングリコールオイル)であり、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
【0020】
冷凍サイクル装置10は、圧縮機11、水−冷媒熱交換器12、貯液部13、第1減圧部51、室外熱交換器16、流路切替部52、受液部53a、第2減圧部17、及び室内蒸発器18を有している。
【0021】
圧縮機11は、冷媒を圧縮して、高圧冷媒として吐出する。圧縮機11は、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を交流モータにて駆動する電動式圧縮機として構成されている。圧縮機構としては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用することができる。そして、制御部100が交流モータの回転数を制御することによって、圧縮機構の冷媒吐出能力が変更される。
【0022】
圧縮機11の吐出口には、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路12aの入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器12は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒を流通させる冷媒通路12aと、高温側冷却水回路40を循環する冷却水である冷却水を流通させる水通路12bとを有している。
【0023】
水−冷媒熱交換器12は、冷媒通路12aを流通する高圧冷媒を、水通路12bを流通する冷却水と熱交換させて、気相の冷媒を液相の冷媒に凝縮させる凝縮部である。また、水−冷媒熱交換器12は、水通路12bを流通する冷却水を、冷媒通路12aを流通する高圧冷媒と熱交換させて、冷却水を加熱する熱交換器である。
【0024】
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路12aの出口側には、貯液部13が接続されている。貯液部13は、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路12aから流出した冷媒の一部を一時的に貯留する。
【0025】
貯液部13の出口側には、貯液部13から流出した高圧冷媒を、第1減圧部51の冷媒入口側である高圧入口51aに導く第1冷媒通路14aが接続されている。第1冷媒通路14aには、冷媒を冷凍サイクル装置10に充填するための高圧側冷媒充填ポート15aが設けられている。
【0026】
第1減圧部51は、少なくとも暖房モード時に、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路12aから流出した冷媒を減圧膨張させる第1減圧装置である。第1減圧部51は、絞り開度を全開にすることによって、冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能を有している。
【0027】
第1減圧部51の出口側である熱交換部側出口51bには、室外熱交換器16の室外熱交換部16aの冷媒入口側が接続されている。
【0028】
室外熱交換器16は、室外熱交換部16a及び過冷却部16bを有し、これが一体に構成されたものである。室外熱交換器16は、車両ボンネット内の車両前方側に配置されている。
【0029】
室外熱交換器16の室外熱交換部16aは、第1減圧部51から流出した冷媒と外気とを熱交換させるものである。室外熱交換部16aは、冷媒の温度及び外気温に応じて、外気から吸熱する吸熱器、又は、外気に放熱する放熱器として機能する。室外熱交換部16aは、冷房モード時に、外気への放熱により冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、室外熱交換部16aは、暖房モード時に、外気からの吸熱により冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。
【0030】
室外熱交換部16aの出口側には、流路切替部52の熱交換部側入口52aが接続されている。
【0031】
流路切替部52は、熱交換部側入口52a、受液部側出口52b、及び圧縮機側出口52cを有している。流路切替部52は、熱交換部側入口52aから流入した冷媒を、受液部側出口52bと圧縮機側出口52cとのいずれかから流出させる流路を切り替える三方弁である。
【0032】
流路切替部52の受液部側出口52bには、受液部53aの冷媒入口側が接続されている。また、流路切替部52の圧縮機側出口52cには、流路切替部52の受液部側出口52bから流出した冷媒を、後述する合流部14eに導く第2冷媒通路14bが接続されている。
【0033】
第2冷媒通路14bには、冷媒を冷凍サイクル装置10に充填するための低圧側冷媒充填ポート15bが設けられている。
【0034】
受液部53aは、室外熱交換部16aから流出した冷媒を液冷媒とガス冷媒に分離する。また、受液部53aは、分離した液相冷媒の一部をサイクル内の余剰冷媒として一時的に蓄える。
【0035】
受液部53aの出口側は、過冷却部16bの入口側が接続されている。過冷却部16bは、冷房モード時に、受液部53aに貯蔵された液冷媒を外気と熱交換させて冷却する熱交換器である。
【0036】
本実施形態では、図1の破線で囲まれた構成機器、即ち、第1減圧部51、流路切替部52、及び受液部53aを、統合弁50として一体に構成している。この統合弁50の具体的な構造については、後述する。
【0037】
過冷却部16bの冷媒出口側は、過冷却部16bから流出した冷媒を、室内蒸発器18の入口側に導く第3冷媒通路14cが接続されている。第3冷媒通路14cには、第2減圧部17が配置されている。
【0038】
第2減圧部17は、少なくとも冷房モード時に、過冷却部16bから流出して室内蒸発器18へ流入する冷媒を減圧膨張させる第2減圧装置である。本実施形態では、第2減圧部17は、室内蒸発器18の冷媒出口側の冷媒の過熱度が予め定めた範囲となるように、室内蒸発器18に流入する冷媒を機械的機構によって減圧膨張させる温度式膨張弁で構成されている。
【0039】
第2減圧部17の冷媒出口側には、室内蒸発器18の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器18は、少なくとも冷房モード時に、第2減圧部17によって減圧された低圧冷媒を、送風空気との熱交換によって蒸発させるとともに、送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。
【0040】
室内蒸発器18の冷媒出口側には、室内蒸発器18から流出した冷媒を、圧縮機11の吸入口に導く第4冷媒通路14dが接続されている。第4冷媒通路14dには、第2冷媒通路14bが接続される合流部14eが設けられている。
【0041】
次に、図2を用いて、統合弁50の詳細について説明する。図2において、紙面上側を統合弁50の及び統合弁50を構成する部品の一方側、紙面下方側を統合弁50及び統合弁50を構成する部品の他方側とする。そして、紙面上下方向を、統合弁50を構成する部品の軸線方向とする。なお、以下の説明において、便宜的に、一方側を上方側、他方側を下方側とする。
【0042】
図2に示すように、統合弁50は、第1ボデー部55、第2ボデー部53、弁座部材56、弁体57、弁体支持部材58、アクチュエータ59、変位弁60、アクチュエータ用スプリング61、シャフト支持部材62、シャフト63、第1スプリング64、切替弁70、連結部材71、第2スプリング72、当接部材73、及びパイプ74を有している。
【0043】
第1ボデー部55、第2ボデー部53、弁座部材56、弁体57、弁体支持部材58、変位弁60、シャフト支持部材62、シャフト63、切替弁70、連結部材71、当接部材73、及びパイプ74は、耐熱性及び耐圧製に優れた金属材料(例えばステンレス鋼)で構成されている。
【0044】
第1減圧部51は、第1ボデー部55、弁座部材56、及び弁体57によって構成されている。
【0045】
流路切替部52は、第1ボデー部55、第2ボデー部53、弁座部材56、変位弁60、シャフト支持部材62、シャフト63、第1スプリング64、切替弁70、連結部材71、第2スプリング72、及び当接部材73によって構成されている。
【0046】
第1ボデー部55は、略円筒形状である。第1ボデー部55の内部には、冷媒流路を構成する円柱形状の空間である内部空間55aが形成されている。
【0047】
第1ボデー部55の上方には、内部空間55aに連通する高圧入口51a及び熱交換部側出口51bが形成されている。
【0048】
第1ボデー部55の下方には、内部空間55aに連通する熱交換部側入口52a及び圧縮機側出口52cが形成されている。
【0049】
第1ボデー部55の下方の内部空間55aには、熱交換部側入口52aと連通する弁空間55iが形成されている。第1ボデー部55の下方の内部空間55aには、弁空間55iと圧縮機側出口52cとを接続する第1流路55eが形成されている。
【0050】
第1ボデー部55の第1流路55eの入口には、円環状の第1弁座55fが形成されている。
(【0051】以降は省略されています)

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