JP4062988B2 - 冷凍サイクル装置に用いる弁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房時には圧縮機吐出ガス冷媒（ホットガス）を凝縮器側をバイパスして蒸発器に直接導入することにより、蒸発器をガス冷媒の放熱器として使用するホットガスヒータ機能を持った冷凍サイクル装置に用いる弁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置では冬期暖房時に温水（エンジン冷却水）を暖房用熱交換器に循環させ、この暖房用熱交換器にて温水を熱源として空調空気を加熱するようにしている。この場合、温水温度が低いときには車室内への吹出空気温度が低下して必要な暖房能力が得られない場合がある。
【０００３】
そこで、特開平５−２２３３５７号公報等において、ホットガスバイパスにより暖房機能を発揮できる冷凍サイクル装置が提案されている。この従来装置では、圧縮機の吐出側を凝縮器等をバイパスして蒸発器の入口側に直接接続するホットガスバイパス通路を設けるとともに、このホットガスバイパス通路に暖房用減圧装置を設け、さらに、凝縮器入口側への冷媒通路およびホットガスバイパス通路を開閉する冷房用電磁弁と暖房用電磁弁を設けている。
【０００４】
車室内の空調ユニット内には、蒸発器の下流側に温水式の暖房用ヒータコアが配置されており、そして、冬期暖房時において、暖房用ヒータコアに循環する温水温度が所定温度より低いとき（エンジンの始動暖機時等）には、冷房用電磁弁を閉じて暖房用電磁弁を開くことにより、圧縮機の高温吐出ガス冷媒（ホットガス）をホットガスバイパス通路に流入させる。
【０００５】
そして、このホットガスをホットガスバイパス通路の暖房用減圧装置にて減圧した後に蒸発器に直接導入することにより、蒸発器でガス冷媒から空調空気に放熱することにより、暖房機能を発揮できるようにしている。
【０００６】
上記従来技術によると、冷房モードと暖房モードの冷媒流路を切り替えるために、冷房用と暖房用の２つの電磁弁を用いており、更に、暖房モード時にホットガスバイパス通路の冷媒が凝縮器側へ流入することを防止する逆止弁を冷房用、暖房用電磁弁とは別途独立に構成している。
【０００７】
従って、冷房モードのみを実施する通常の車両用冷凍サイクル装置に対して、２つの電磁弁および逆止弁を追加設置する必要があり、部品点数の増加によるコストアップを招く。
【０００８】
そこで、本出願人においては、先に、特願２００１−１５６０３３号の特許出願において、ホットガスヒータ機能を持った車両用冷凍サイクル装置の弁装置部を簡素化するための構成を提案している。
【０００９】
図１３は上記先願の弁装置１４部分の概略断面図であり、弁装置１４の１つのハウジング部材１４０の内部に冷房用電磁弁１５、暖房用差圧弁１６、暖房用減圧装置１７、逆止弁２１等の要素を一体に構成して、弁装置部の簡素化を図っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者らの実験検討によると、弁装置部の一体化に伴うホットガスバイパス通路構成の制約から冷媒通過音が増大することが判明した。これを図１３に基づいて具体的に説明すると、図１３は暖房モード時の冷媒流れ状態を示しており、冷房用電磁弁１５が閉弁することにより、圧縮機１０の吐出側と凝縮器１９の入口側との間の高圧通路４５を遮断している。
【００１１】
これにより、暖房用差圧弁１６の弁体１６ａ前後の第１室６０と第２室６１との間に圧力差が発生し、この圧力差により弁体１６ａがばね１６ｃのばね力に抗して図１３の開弁位置に変位して、暖房用減圧装置１７の通路を開口している。
【００１２】
ここで、暖房用減圧装置１７はホットガスバイパス通路１８の入口部に位置する絞り通路（固定絞り）により構成されており、そして、暖房用減圧装置１７の絞り通路に対してホットガスバイパス通路１８は直角方向に配置している。
【００１３】
この直角状の通路配置は、暖房用差圧弁１６の弁体作動方向を冷房用電磁弁１５および逆止弁２１の弁体作動方向と同一方向（図１３の上下方向）に統一し、且つ、弁装置１４における外部冷媒通路との接続部（第１〜第４通路４１〜４４）の通路方向を弁体作動方向と直角方向に統一するために採用している。
【００１４】
上記の直角状の通路配置によると、暖房用減圧装置１７の絞り通路で急激に減圧されて絞り通路から高速度で噴出するガス噴出流が、その噴出直後にホットガスバイパス通路１８の対向壁面１８ａに高速度で衝突する。また、暖房用減圧装置１７の絞り通路からホットガスバイパス通路１８への直角流れにより、冷媒流れの乱流（渦流）が生じる。
【００１５】
本発明者らの実験検討によると、上記衝突エネルギーと上記乱流が原因となって、暖房モード時の冷媒通過音が増大することが判明した。
【００１６】
本発明は上記点に鑑みて案出されたもので、圧縮吐出側のガス冷媒を暖房用減圧装置により減圧するとともにこの減圧後のガス冷媒をホットガスバイパス通路により蒸発器に直接導入して放熱させる暖房モードと、蒸発器にて低圧冷媒が蒸発して空気を冷却する冷房モードとを切り替える冷凍サイクル装置の弁装置において、暖房モード時に暖房用減圧装置から高速度で噴出するガス噴出流に起因する冷媒通過音を低減することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷房用減圧装置（２０）にて減圧された低圧冷媒が蒸発器（２８）で蒸発して空気を冷却する冷房モードと、圧縮機（１０）吐出側のガス冷媒を蒸発器（２８）に直接導入して蒸発器（２８）で放熱させる暖房モードとを切り替える冷凍サイクル装置に用いる弁装置において、
ハウジング部材（１４０）と、ハウジング部材（１４０）に設けられ、冷房モードと暖房モードとの冷媒流れを切り替える弁手段（１５、１６）と、ハウジング部材（１４０）に設けられ、暖房モード時に圧縮機（１０）吐出側のガス冷媒が蒸発器（２８）の入口側に向かって流れるホットガスバイパス通路（１８）と、ハウジング部材（１４０）に設けられ、ホットガスバイパス通路（１８）を通過するガス冷媒を減圧する暖房用減圧装置（１７）とを備え、
ホットガスバイパス通路（１８）に、暖房用減圧装置（１７）の絞り通路入口側に位置してガス冷媒の流れを曲げる曲げ通路形状からなる第１通路部（１８ｂ）と、暖房用減圧装置（１７）の絞り通路出口側に位置して絞り通路の方向と略直線状に連通する第２通路部（１８ｃ）とを設け、
第１通路部（１８ｂ）の入口側端面に弁座部（１７ａ）が形成され、
弁手段として、第１通路部（１８ｂ）を開閉する暖房用弁手段（１６）を有し、
暖房用弁手段（１６）は、第１通路部（１８ｂ）の入口側空間内に位置する弁体（１６ａ）を具備しており、
弁体（１６ａ）が前記入口側空間内で弁座部（１７ａ）に対して圧着、開離する方向に作動することにより、第１通路部（１８ｂ）を開閉するようになっており、
第１通路部（１８ｂ）は、弁体（１６ａ）の作動方向と一致する冷媒流れを暖房用減圧装置（１７）の絞り通路入口側に向けて直角に曲げる形状になっており、
第２通路部（１８ｃ）の径は暖房用減圧装置（１７）の絞り通路の径よりも大きくなっており、
さらに、ハウジング部材（１４０）には、第２通路部（１８ｃ）の出口側が連通する低圧通路（７０）、及び蒸発器（２８）の入口側への接続部をなす接続通路（４３）が設けられ、
第２通路部（１８ｃ）の出口側は低圧通路（７０）により接続通路（４３）に連通し、
低圧通路（７０）及び接続通路（４３）は、第２通路部（１８ｃ）の径よりも大きい径寸法でもって絞り通路及び第２通路部（１８ｃ）の方向と同一方向に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
これによると、暖房用減圧装置（１７）の絞り通路の入口側に位置する第１通路部（１８ｂ）に冷媒流れを直角に曲げる曲げ通路形状を形成するから、減圧前の、流速が上昇していない高圧冷媒が曲げ通路部を通過することになる。そのため、第１通路部（１８ｂ）にて冷媒流れの曲がりに伴う衝突が発生しても、その衝突速度および乱流エネルギーをともに小さい状態に抑制できる。
【００２６】
しかも、暖房用減圧装置（１７）の絞り通路の出口側に、この絞り通路よりも径寸法が大きい第２通路部（１８ｃ）を略直線状に連通しているから、第２通路部（１８ｃ）の壁面が暖房用減圧装置（１７）の絞り通路の出口端に対向することがない。
これに加え、第２通路部（１８ｃ）の出口側が連通する低圧通路（７０）及び蒸発器（２８）の入口側への接続部をなす接続通路（４３）が、第２通路部（１８ｃ）の径よりも大きい径寸法でもって絞り通路及び第２通路部（１８ｃ）の方向と同一方向に形成されているから、低圧通路（７０）及び接続通路（４３）の壁面が暖房用減圧装置（１７）の絞り通路の出口端に対向することもない。
その結果、暖房用減圧装置（１７）から高速度で噴出するガス噴出流が第２通路部（１８ｃ）、低圧通路（７０）及び接続通路（４３）の壁面に衝突するという現象が発生しない。
【００２７】
以上により、ホットガスバイパス通路１８に曲げ通路部が形成されていても、冷媒流れの曲げに伴う冷媒通過音を効果的に低減できる。
【００３０】
請求項２に記載の発明では、請求項１において、第２通路部（１８ｃ）の少なくとも入口部を冷媒流れの下流に向かって通路面積が拡大するテーパ形状に形成したことを特徴とする。
【００３１】
これにより、暖房用減圧装置（１７）の絞り通路の出口側に位置する第２通路部（１８ｃ）の通路面積がテーパ形状により緩やかに増大するから、絞り通路出口における冷媒圧力の急低下を緩和することができる。その結果、暖房用減圧装置（１７）の絞り通路直後における冷媒圧力急低下に伴う冷媒流速の急上昇を抑制できる。同時に、冷媒流速の急上昇に伴う乱流の増大も抑制できる。
【００３２】
従って、請求項２によると、絞り通路直後の冷媒流速の急上昇を抑制して暖房モード時の冷媒通過音をより一層低減できる。
【００３３】
請求項３に記載の発明では、請求項１において、暖房用減圧装置（１７）の絞り通路を並列に開口する複数の微小穴（１７０）により構成したことを特徴とする。
【００３４】
これによると、複数の微小穴（１７０）を第２通路部（１８ｃ）の通路断面上に均一に配置することにより、減圧後の冷媒流れを第２通路部（１８ｃ）の通路断面上に均一に形成できる。
【００３５】
なお、上記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ものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態による車両空調用冷凍サイクル装置を示すものであり、圧縮機１０は、電磁クラッチ１１を介して車両エンジン１２により駆動される。圧縮機１０の吐出配管１３には弁装置１４が設けられている。
【００３７】
この弁装置１４は、冷房用通路を開閉する電磁弁１５と、暖房用通路を開閉する差圧弁１６と、暖房用減圧装置１７と、逆止弁２１とを共通のハウジング部材１４０により１つの部品として一体化したもので、その詳細は図２により後述する。弁装置１４の内部にホットガスバイパス通路１８が形成され、このホットガスバイパス通路１８に暖房用差圧弁１６と暖房用減圧装置１７が設けられる。なお、電磁弁１５は冷房用弁手段を構成し、差圧弁１６は暖房用弁手段を構成する。
【００３８】
圧縮機１０の吐出配管１３は弁装置１４の冷房用電磁弁１５を介して凝縮器１９の冷媒入口側に接続される。そして、凝縮器１９の冷媒出口側には冷房用減圧装置２０が接続されている。この冷房用減圧装置２０は本例では固定絞りにて構成されており、固定絞りとして具体的には細径（例えば、φ１．２〜１．３ｍｍ程度）の管を所定長さとすることにより圧損を発生するキャピラリチューブを用いている。凝縮器１９は電動冷却ファン１９ａにより送風される外気冷却風により冷却される。
【００３９】
なお、弁装置１４は、図示しない適宜の取付ブラケットを介して凝縮器１９の適宜の部位（例えば、上部サイドプレート等）に取り付け固定することができ、これにより、凝縮器１９と弁装置１４を車両搭載前に予め一体化しておくことができる。
【００４０】
逆止弁２１は上記したホットガスバイパス通路１８の暖房用減圧装置１７の出口側と冷房用減圧装置２０の出口側との間に接続されて、暖房モード時にホットガスバイパス通路１８から凝縮器１９側へ冷媒が逆流するのを防止する逆流防止手段である。ホットガスバイパス通路１８は、弁装置１４の内部において、暖房用差圧弁１６の入口部から暖房用減圧装置１７の出口部に至る極めて短い通路となる。
【００４１】
そして、ホットガスバイパス通路１８の出口部と逆止弁２１の出口部とを合流させて、この合流部を１本の入口側低圧配管２２に結合し、この１本の低圧配管２２をダッシュボード２３の穴を貫通して車室内２５へ配管する。ここで、ダッシュボード２３は車両のエンジンルーム２４と車室内２５とを仕切るものである。
【００４２】
車室内２５の前方部の計器盤（図示せず）下方部には空調ユニット２６が配置され、この空調ユニット２６内において、空調用電動送風機２７の空気下流側に蒸発器２８が配置され、この蒸発器２８の更に下流側に温水式の暖房用ヒータコア２９が配置されている。
【００４３】
上記低圧配管２２は蒸発器２８の冷媒入口部に結合され、この蒸発器２８の冷媒出口部には出口側低圧配管３０が接続され、この出口側低圧配管３０はダッシュボード２３を貫通してエンジンルーム２４側へ配管され、エンジンルーム２４内のアキュームレータ３１の入口に接続され、アキュームレータ３１の出口は吸入配管３２を通して圧縮機１０の吸入口に接続される。
【００４４】
アキュームレータ３１は周知のごとく蒸発器２８の出口側低圧配管３０から流入する冷媒の気液を分離して液冷媒を貯留するものであって、ガス冷媒を圧縮機１０に吸入させるとともに、潤滑オイルを圧縮機１０に戻すために、アキュームレータタンク底部付近の液冷媒の一部を圧縮機１０に吸入させるものである。
【００４５】
なお、前記した空調ユニット２６において、蒸発器２８は空調用送風機２７により送風される空気（車室内空気または外気）を冷房モード時（あるいは除湿必要時）には冷媒蒸発潜熱の吸熱により冷却し、また、冬期暖房モード時には、蒸発器２８はホットガスバイパス通路１８からの高温冷媒ガス（ホットガス）が流入して空気を加熱するので、放熱器としての役割を果たす。
【００４６】
また、暖房用ヒータコア２９には、車両エンジン１２の温水（冷却水）がエンジン駆動の温水ポンプ（図示せず）により循環することにより、温水を熱源として蒸発器通過後の空気を加熱する。そして、暖房用ヒータコア２９の下流側に設けられた吹出口（図示せず）から車室内２５へ空調空気を吹き出すようになっている。
【００４７】
また、冷房用電磁弁１５は空調用電子制御装置３３からの制御信号により通電が断続されて、開閉する。また、冷房用電磁弁１５の他に、電磁クラッチ１１、凝縮器用電動冷却ファン１９ａ、空調用電動送風機２７等の電気機器の作動も空調用電子制御装置３３の制御信号により制御される。なお、空調用電子制御装置３３には、周知のように車両環境条件を検出するセンサ群３３ａの検出信号、空調操作パネル３３ｂの操作部材３３ｃの操作信号等が入力される。
【００４８】
次に、弁装置１４の具体的構成を図２により説明する。弁装置１４のハウジング部材１４０は、アルミニュウム、真鍮等の金属材により直方体状等の形状に形成され、ハウジング部材１４０の一端側（図２の右側）に第１、第２通路４１、４２を開口し、他端側（図２の左側）に第３、第４通路４３、４４を開口している。
【００４９】
第１通路４１は圧縮機１０の吐出側に接続され、第２通路４２は凝縮器１９の入口側に接続される。また、第３通路４３は蒸発器２８の入口側に接続され、第４通路４４は冷房用減圧装置２０を介して凝縮器１９の出口側に接続される。なお、これらの第１〜第４通路４１〜４４は図１の対応部位にも黒丸の点にて図示してある。
【００５０】
電磁弁１５は、上記第１通路４１（圧縮機１０吐出側）と上記第２通路４２（凝縮器１９入口側）との間の高圧通路４５を開閉する弁体１５ａ、この弁体１５ａにばね力を作用させるばね１５ｂ、このばね１５ｂのばね力に抗して弁体１５ａを変位させる電磁力を発生する電磁コイル１５ｃ等を備えている。
【００５１】
なお、図２では図示の簡略化のため、電磁弁１５を直動式として図示しているが、弁体１５ａは高圧通路４５を開閉するために大きな駆動力を必要とするので、実際には、電磁コイル４７の電磁力により駆動される副弁体（パイロット弁）と、この副弁体の変位に伴って変位して高圧通路４５を開閉する主弁体（弁体１５ａに対応）とを有するパイロット式電磁弁により電磁弁１５を構成している。
【００５２】
図２は電磁弁１５の閉弁時を示しており、閉弁時には電磁コイル１５ｃが通電され、電磁コイル１５ｃの電磁力によって弁体１５ａが高圧通路４５の弁座部４５ａに圧着して高圧通路４５を閉塞する。これに対して、電磁コイル１５ｃへの通電が遮断されると、ばね１５ｂのばね力により弁体１５ａが図２の上方へ移動して高圧通路４５の弁座部４５ａから開離し高圧通路４５を開口状態とする。
【００５３】
次に、差圧弁１６について説明する。差圧弁１６は、電磁弁１５の閉弁時（図２）に開弁し、電磁弁１５の開弁時に閉弁するようになっており、このため、次のように構成されている。
【００５４】
差圧弁１６はその上方側及び下方側に位置する第１室６０、第２室６１を有しており、上方側の第１室６０は、連通穴６２及び電磁弁１５の弁体１５ａ周囲の空間を介して第１通路４１に連通し、圧縮機吐出側の冷媒圧力が導入される。また、下方側の第２室６１は、連通穴６３、高圧通路４５を介して第２通路４２に連通し、凝縮器１９入口側の冷媒圧力が導入される。
【００５５】
また、第１室６０内には差圧弁１６の円柱状の弁体１６ａが上下方向に摺動可能に配置されている。弁体１６ａの大径部１６ｂによって第１室６０と第２室６１との間を気密的に仕切るようになっている。第２室６１には、弁体１６ａを暖房用減圧装置１７の弁座部１７ａ側に押圧するためのばね力を発生するばね１６ｃが配置されている。暖房用減圧装置１７は、小径の絞り通路からなる固定絞りにより構成されている。暖房用減圧装置１７の絞り通路径ｄ（図３）は具体的には例えば、φ２．４ｍｍ程度である。
【００５６】
ここで、差圧弁１６の動作について説明すると、電磁弁１５が閉弁状態にある時（図２）は、圧縮機１０吐出側の冷媒圧力が第１通路４１、連通穴６２を介して差圧弁１６の第１室６０に導入される。しかし、電磁弁１５の閉弁により弁体１５ａ下流側の高圧通路４５は冷凍サイクル高圧側から遮断されるので、高圧通路４５の圧力、すなわち、第２室６１の圧力は圧縮機１０吐出側の冷媒圧力より大幅に低い圧力まで低下する。
【００５７】
その結果、差圧弁１６の第１室６０と第２室６１との圧力差が圧縮コイルばね１６ｃのばね力により設定される設定圧（例えば、０．４９ＭＰａ）以上となるので、差圧弁１６の弁体１６ａが上記圧力差により下方へ移動して暖房用減圧装置１７の弁座部１７ａを開口し、差圧弁１６が開弁状態となる。
【００５８】
これに対し、電磁弁１５が開弁状態になると、差圧弁１６の第２室６１には、電磁弁１５下流側の高圧通路４５の圧力が連通穴６３を介して導入される。これと同時に、差圧弁１６の第１室６０には圧縮機１０吐出側の冷媒圧力が第１通路４１、連通穴６２を介して導入される。
【００５９】
このとき、高圧通路４５の圧力は弁座部４５ａでの絞りにより第１通路４１の圧力より所定値だけ低くなっているが、この圧力差による弁体１６ａの開弁方向（下方向）の力よりも、ばね１６ｃのばね力による弁体１６ａの閉弁方向（上方向）の力が大きくなるように、ばね１６ｃのばね力が設定してある。このため、電磁弁１５の開弁時には、ばね１６ｃのばね力により差圧弁１６の弁体１６ａが暖房用減圧装置１７の弁座部１７ａに圧着して閉弁状態となる。
【００６０】
次に、ホットガスバイパス通路１８について説明すると、ホットガスバイパス通路１８は暖房用減圧装置１７の絞り通路直後において絞り通路の方向（図２の上下方向）に対して直角方向（図２の左右方向）に向くように配置されている。この直角状の通路配置によりホットガスバイパス通路１８には暖房用減圧装置１７の絞り通路出口端に対向する対向壁面１８ａが形成される。
【００６１】
ここで、ホットガスバイパス通路１８の通路径Ｄ（図３）を暖房用減圧装置１７の絞り通路径ｄに対して２倍以上、すなわち、Ｄ≧２ｄとなるよう設定している。従って、ホットガスバイパス通路１８の対向壁面１８ａと暖房用減圧装置１７の絞り通路の出口端との距離Ｌ（図３）も、暖房用減圧装置１７の絞り通路径ｄに対して２倍以上、すなわち、Ｌ≧２ｄとなる関係に設定される。
【００６２】
従って、暖房用減圧装置１７の絞り通路径ｄを前述のように例えば、φ２．４ｍｍとすれば、ホットガスバイパス通路１８の通路径Ｄおよび距離Ｌは４．８ｍｍ以上となる。
【００６３】
上記した直角状の通路配置は、１つのハウジング部材１４０内において各弁１５、１６、２１の弁体作動方向を同一方向（図２の上下方向）に統一し、且つ、弁装置１４（ハウジング部材１４０）における外部冷媒通路との接続部をなす第１〜第４通路４１〜４４の通路方向を弁体作動方向と直角方向（図２の左右方向）に統一するために採用している。
【００６４】
ホットガスバイパス通路１８の出口側は第３通路４３に連通している。一方、第４通路４４は低圧通路７０を介してホットガスバイパス通路１８の下流部と合流して第３通路４３と連通するようになっている。そして、この低圧通路７０に逆止弁２１を設けて、ホットガスバイパス通路１８の冷媒が第４通路４４側へ流れることを防止するようになっている。
【００６５】
この逆止弁２１は、円板状の弁体２１ａと、この弁体２１ａに一端部が結合された軸部２１ｂと、この軸部２１ｂの他端部に結合されたストッパー部２１ｃとを有する構成になっている。軸部２１ｂは低圧通路７０の弁座部７０ａの通路穴に対して摺動自在に嵌合している。
【００６６】
図２は逆止弁２１の閉弁状態を示しており、暖房用差圧弁１６の開弁時には低圧通路７０の入口圧力（第４通路４４側圧力）＜低圧通路７０の出口圧力（第３通路４３側圧力）という逆方向の圧力状態が生じるので、弁体２１ａが図２に示すように低圧通路７０の弁座部７０ａに圧着して、逆止弁２１が閉弁状態となる。
【００６７】
これに反し、暖房用差圧弁１６の閉弁時には低圧通路７０の入口圧力（第４通路４４側圧力）＞低圧通路７０の出口圧力（第３通路４３側圧力）という順方向の圧力状態が生じるので、弁体２１ａが低圧通路７０の弁座部７０ａから開離して図２の上方へ移動する。これにより、逆止弁２１が開弁状態となる。そして、開弁状態ではストッパー部２１ｃが弁座部７０ａの壁部に係止されることにより、逆止弁２１の開弁位置が所定位置に規定され、保持される。
【００６８】
次に、上記構成において第１実施形態の作動を説明する。今、空調操作パネル３３ｂの操作部材３３ｃにより冷房モードが選択されると、電磁クラッチ１１に通電されて電磁クラッチ１１が接続状態となり、圧縮機１０が車両エンジン１２にて駆動される。また、冷房モードが選択されたときは空調用電子制御装置３３の制御信号により電磁弁１５の電磁コイル１５ｃが非通電の状態となる。
【００６９】
これにより、電磁弁１５ではばね１５ｂのばね力により弁体１５ａが図２の位置から上方へ移動して高圧通路４５を開口し、電磁弁１５が開弁状態となる。この結果、差圧弁１６においては第１室６０と第２室６１との圧力差が小となり、ばね１６ｃのばね力により差圧弁１６の弁体１６ａが暖房用減圧装置１７の弁座部１７ａに圧着して、差圧弁１６が閉弁状態を維持する。
【００７０】
すると、圧縮機１０の吐出ガス冷媒は、弁装置１４の第１通路４１から高圧通路４５を通過して第２通路４２から弁装置１４の外部へ流出して凝縮器１９に流入する。凝縮器１９では、冷却ファン１９ａにより送風される外気にて冷媒が冷却されて凝縮する。
【００７１】
そして、凝縮器通過後の凝縮冷媒は固定絞りにて構成された冷房用減圧装置２０で減圧されて、低温低圧の気液２相状態となる。次に、この低圧冷媒は、第４通路４４から再び弁装置１４の内部に流入する。このとき、低圧通路７０の逆止弁２１に順方向の圧力が作用して逆止弁２１が開弁する。従って、低圧冷媒は低圧通路７０を通過して第３通路４３から弁装置１４の外部へ流出し、更に、低圧配管２２を通過して蒸発器２８内に流入する。
【００７２】
この蒸発器２８にて低圧冷媒は送風機２７の送風する空調空気から吸熱して蒸発する。蒸発器２８で冷却された空調空気は車室内２５へ吹き出して車室内２５を冷房する。蒸発器２８で蒸発したガス冷媒はアキュームレータ３１内にてガス冷媒と液冷媒がその密度差により分離され、ガス冷媒が圧縮機１０に吸入される。また、同時に、アキュームレータ３１内の下側に溜まった液冷媒が潤滑オイルとともに若干量圧縮機１０に吸入される。
【００７３】
一方、冬期にホットガスヒータの暖房モードが選択されると、空調用電子制御装置３３の制御信号により電磁クラッチ１１に通電されて圧縮機１０が車両エンジン１２にて駆動される。また、暖房モードが選択されたときは空調用電子制御装置３３の制御信号により電磁弁１５の電磁コイル１５ｃに通電される。
【００７４】
これにより、電磁弁１５の弁体１５ａが図２のように高圧通路４５の弁座部４５ａに圧着して高圧通路４５を閉塞し、電磁弁１５が閉弁状態となる。この結果、差圧弁１６においては第１室６０の圧力＞第２室６１の圧力という圧力差が急激に増大し、この圧力差が設定圧以上になると、差圧弁１６の弁体１６ａがばね１６ｃのばね力に抗して下方へ移動し、暖房用減圧装置１７の弁座部１７ａから開離する。これにより、差圧弁１６が図２のように開弁状態となり、暖房用減圧装置１７を構成する絞り通路が開口するので、ホットガスバイパス通路１８が開通する。
【００７５】
従って、圧縮機１０の高温高圧の吐出ガス冷媒（過熱ガス冷媒）が弁装置１４の第１通路４１、連通穴６２、及び第１室６０を経て暖房用減圧装置１７の絞り通路を通過する。これにより、圧縮機１０の吐出ガス冷媒が暖房用減圧装置１７にて所定の圧力まで減圧される。
【００７６】
この後、減圧後のガス冷媒がホットガスバイパス通路１８を通過して第３通路４３から弁装置１４の外部へ流出し、更に、低圧配管２２を通過して蒸発器２８内に流入する。この蒸発器２８で高温ガス冷媒が送風空気に放熱して、送風空気を加熱する。蒸発器２８で加熱された空気はヒータコア２９で温水熱源により再度加熱された後に車室内へ吹き出す。
【００７７】
一方、蒸発器２８で放熱したガス冷媒はアキュームレータ３１を通過した後に圧縮機１０に吸入され、再度圧縮される。そして、暖房モード時にはホットガスバイパス通路１８の圧力＞第４通路４４の圧力という関係にあるため、逆止弁２１の弁体２１ａが開弁位置から下方へ移動して図２のように低圧通路７０の弁座部７０ａに圧着する。これにより、逆止弁２１が閉弁状態となる。従って、ホットガスバイパス通路１８の高温ガス冷媒が低圧通路７０、冷房用減圧装置２０を経て凝縮器１９側へ逆流して、凝縮器１９内に冷媒が滞留すること（寝込み現象）を抑制できる。
【００７８】
ところで、暖房モード時には、圧縮機吐出ガス冷媒が暖房用減圧装置１７の絞り通路で急激に減圧されて絞り通路から高速度で噴出する。その際、暖房用減圧装置１７の絞り通路に対してホットガスバイパス通路１８が直角方向に配置されているので、高速度のガス噴出流がホットガスバイパス通路１８の対向壁面１８ａに衝突するという現象が発生する。
【００７９】
そこで、本実施形態では、ホットガスバイパス通路１８の通路径Ｄ（図３）を暖房用減圧装置１７の絞り通路径ｄに対して２倍以上（Ｄ≧２ｄ）となるよう設定して、ホットガスバイパス通路１８の対向壁面１８ａと暖房用減圧装置１７の絞り通路の出口端との距離Ｌが、暖房用減圧装置１７の絞り通路径ｄに対して２倍以上（Ｌ≧２ｄ）となるようにしている。
【００８０】
これによると、暖房用減圧装置１７の絞り通路の出口端に対して対向壁面１８ａを遠ざけて、ガス噴出流の対向壁面１８ａに対する衝突速度を低下できる。この衝突速度の低下によって、ガス噴出流の直角流れに起因する乱流（渦流）も同時に抑制できる。このようにガス噴出流の衝突速度の低下と乱流の抑制を同時に達成することにより冷媒通過音を効果的に低減できる。
【００８１】
次に、本実施形態による冷媒通過音の低減効果を図４により具体的に説明する。図４は暖房用減圧装置１７の絞り通路径ｄをφ２．４ｍｍに固定し、それに対し、ホットガスバイパス通路１８の径Ｄをφ３．２ｍｍ、φ３．７ｍｍ、φ４．０ｍｍ、φ５．０ｍｍ、φ７．０ｍｍに変化させた場合に、Ｄ＝φ３．２ｍｍ（通路径の比Ｄ／ｄ＝１．３３）の騒音レベルを基準とし、これに対する冷媒通過音の低減効果をまとめたものである。
【００８２】
図４から理解されるように、Ｄ＝φ３．２ｍｍ（Ｄ／ｄ＝１．３３）の基準比較例に対して、Ｄ＝φ５．０ｍｍ（Ｄ／ｄ＝２．０８）、およびＤ＝φ７．０ｍｍ（Ｄ／ｄ＝２．９２）とした本実施形態の場合には衝突速度の低下と乱流エネルギーの抑制とによって、冷媒通過音を約５ｄＢ低減できることを確認できた。これに反し、Ｄ＝φ４．０ｍｍ（Ｄ／ｄ＝１．６７）程度では、冷媒通過音の低減効果がほとんど得られないことを確認できた。
【００８３】
なお、図４において、冷媒通過音の低減効果は、６〜１０ｋＨｚの周波数域の冷媒通過音の実測値に基づくものであって、基準比較例との音圧レベル差（ｄＢ差）で表している。
【００８４】
これに対し、衝突速度および乱流エネルギーはコンピュータシミュレーションによる流れ解析結果に基づくものであり、乱流エネルギー（ｍ²／ｓ²）は、平均速度まわりで変動する各変動速度成分の分散の和の１／２であり、単位体積当たりの変動速度成分の運動エネルギーを流体密度で除したものである。
【００８５】
そして、図５は通路径の比Ｄ／ｄと乱流エネルギーとの関係を示し、また、図６は通路径の比Ｄ／ｄと衝突速度との関係を示す。図５、図６から分かるように、通路径の比Ｄ／ｄが２倍以上になると、乱流エネルギーの抑制効果および衝突速度の低下効果をともに効果的に発揮できる。
【００８６】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、暖房用減圧装置１７の絞り通路出口側にホットガスバイパス通路１８を直角方向に配置する通路構成を採用しているが、第２実施形態では図７に示すように、ホットガスバイパス通路１８に暖房用減圧装置１７の絞り通路の入口側に位置する第１通路部１８ｂと、暖房用減圧装置１７の絞り通路の出口側に位置する第２通路部１８ｃとを備え、第１通路部１８ｂを冷媒流れが直角に曲がる曲げ通路形状に形成している。
【００８７】
第１通路部１８ｂの入口部は差圧弁１６により開閉されるようになっているので、第１通路部１８ｂの入口部の通路方向は冷媒差圧弁１６の弁体作動方向（図７の上下方向）と同じである。従って、第１通路部１８ｂは冷媒差圧弁１６の弁体作動方向と一致する冷媒流れを直角に曲げるように構成されている。これに対し、第２通路部１８ｃは暖房用減圧装置１７の絞り通路方向（図７の左右方向）と直線状に連通するように配置されている。
【００８８】
第２実施形態によると、暖房用減圧装置１７の絞り通路の入口側に位置する第１通路部１８ｂに直角の曲げ通路部を形成するから、減圧前の、流速が上昇していない高圧冷媒が直角の曲げ通路部を通過することになる。そのため、第１通路部１８ｂにて冷媒の直角流れに伴う衝突が発生しても、その衝突速度および乱流エネルギーをともに小さい状態に抑制できる。
【００８９】
しかも、暖房用減圧装置１７の絞り通路の出口側に第２通路部１８ｃを直線状に連通しているから、第２通路部１８ｃの壁面が暖房用減圧装置１７の絞り通路の出口端に対向することがない。その結果、暖房用減圧装置１７から高速度で噴出するガス噴出流が第２通路部１８ｃの壁面に衝突するという現象が発生しない。以上により、ホットガスバイパス通路１８の一部（第１通路部１８ｂ）に直角の曲げ通路部が形成されていても、冷媒の直角流れに伴う冷媒通過音を効果的に低減できる。
【００９０】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、暖房用減圧装置１７の絞り通路の出口側に直線状に連通する第２通路部１８ｃを通路面積が一定に維持される円管状の通路形状にしているが、第３実施形態では図８、図９に示すように、第２通路部１８ｃを冷媒流れの下流に向かって通路面積が拡大するテーパ形状にしている。
【００９１】
図９は第３実施形態の具体的寸法例を示すものであり、ホットガスバイパス通路１８の第１通路部１８ｂの径＝φ３．２ｍｍ、暖房用減圧装置１７の絞り通路径＝φ２．４ｍｍ、暖房用減圧装置１７の絞り通路長さ＝３．５ｍｍ、第２通路部１８ｃの長さ＝６．５ｍｍ、テーパ角＝２０°である。
【００９２】
第３実施形態によると、上記第２実施形態と同一の作用効果を発揮できる。それに加えて、暖房用減圧装置１７の絞り通路の出口側に位置する第２通路部１８ｃの通路面積をテーパ形状により緩やかに増大するから、絞り通路出口における冷媒圧力の急低下を緩和することができる。その結果、暖房用減圧装置１７の絞り通路直後における冷媒圧力急低下に伴う冷媒流速の急上昇を抑制できる。同時に、冷媒流速の急上昇に伴う乱流の増大も抑制できる。これにより、第３実施形態では暖房モード時の冷媒通過音を第２実施形態よりも一層低減できる。
【００９３】
（第４実施形態）
前述の第２実施形態では、暖房用減圧装置１７の絞り通路を単一の円形状の通路穴により形成しているが、第４実施形態では図１０、図１１に示すように、暖房用減圧装置１７の絞り通路を並列に開口する複数の微小穴１７０により形成している。
【００９４】
図１１（ｂ）は暖房用減圧装置１７の絞り通路を構成する複数の微小穴１７０の平面配置形状を示しており、図示の例では、中央部の１個の微小穴１７０の周りに、４個の微小穴１７０を等間隔にて配置した構成になっている。
【００９５】
図１１は第４実施形態の具体的寸法例を示すものであり、ホットガスバイパス通路１８の第１通路部１８ｂの径＝φ３．２ｍｍ、第２通路部１８ｃの径＝φ６ｍｍである。そして、暖房用減圧装置１７の５個の微小穴１７０の合計通路面積が、第２実施形態の単一穴による絞り通路の場合と同一の通路面積となるように微小穴１７０の径が設定してある。具体的には、単一穴による絞り通路の径＝φ２．４ｍｍである場合は、５個の微小穴１７０の径＝φ１ｍｍとする。
【００９６】
第４実施形態によると、前述の第２実施形態と同一の作用効果を発揮できる。それに加えて、暖房用減圧装置１７の絞り通路を並列に開口する複数の微小穴１７０により形成しているから、第１通路部１８ｂからの冷媒が複数の各微小穴１７０にそれぞれ分岐して流れることにより減圧され、第２通路部１８ｃへと流れる。
【００９７】
従って、複数の微小穴１７０を図１１（ｂ）のように第２通路部１８ｃの通路断面上に均一に配置することにより、減圧後の冷媒流れを第２通路部１８ｃの通路断面上に均一に形成できる。
【００９８】
図１２は、第３、第４実施形態による衝突速度の低減効果を比較例と対比して示す。ここで、比較例は図４の最上段のＤ／ｄ＝１．３３の比較例と同じものであり、第３実施形態は図９の具体的寸法にて設計したものであり、第４実施形態は図１１の具体的寸法にて設計したものである。
【００９９】
第３、第４実施形態による衝突速度は、第１通路部１８ｂでの直角流れによる衝突速度であり、比較例に比較して大幅に低減できる。また、第３、第４実施形態による衝突速度は第１実施形による衝突速度（図４）より更に低減できる。
【０１００】
（他の実施形態）
なお、上記の第１〜第４実施形態では、暖房用減圧装置１７の絞り通路の前後における冷媒通路の曲げ形状を直角の曲げ形状としているが、この冷媒通路の曲げ形状を直角より曲げ角度が大きい鈍角状の曲げ形状としたり、あるいは直角より曲げ角度が小さい鋭角状の曲げ形状としても、本発明を同様に適用できる。
【０１０１】
また、第２〜第４実施形態では、暖房用減圧装置１７の絞り通路の出口側に位置する第２通路部１８ｃを、暖房用減圧装置１７の絞り通路の方向に対して直線状に連通させているが、第２通路部１８ｃを暖房用減圧装置１７の絞り通路の方向に対して微小角度傾斜して連通させてもよい。
【０１０２】
つまり、第２通路部１８ｃの直線状の連通とは、完全な一直線状の連通のみに限定されず、微小な傾斜による連通をも包含する意味である。
【０１０３】
また、上記の第１〜第４実施形態では、冷房用減圧装置２０を弁装置１４と別体で構成しているが、冷房用減圧装置２０をオリフィス、ノズルのような通路長さの短い固定絞りで構成して、弁装置１４のハウジング部材１４０の内部に一体的に冷房用減圧装置２０を構成することもできる。すなわち、ハウジング部材１４０の第４通路４４部分に冷房用減圧装置２０を構成する固定絞りを配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による車両空調用冷凍サイクル装置の全体システム図である。
【図２】第１実施形態による弁装置の断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】第１実施形態による冷媒通過音の低減効果を示す図表である。
【図５】第１実施形態による乱流エネルギーの解析結果を示すグラフである。
【図６】第１実施形態による衝突速度の解析結果を示すグラフである。
【図７】第２実施形態による弁装置の断面図である。
【図８】第３実施形態による弁装置の断面図である。
【図９】図８の要部拡大図である。
【図１０】第４実施形態による弁装置の断面図である。
【図１１】図１０の要部拡大図である。
【図１２】第３、第４実施形態による衝突速度の低減効果を示す図表である。
【図１３】先願発明による弁装置の断面図である。
【符号の説明】
１０…圧縮機、１５…電磁弁（冷房用弁手段）、
１６…差圧弁（暖房用弁手段）、１７…暖房用減圧装置、
１８…ホットガスバイパス通路、１８ａ…対向壁面、１８ｂ…第１通路部、
１８ｃ…第２通路部、１９…凝縮器、２０…冷房用減圧装置、２１…逆止弁、
２８…蒸発器、４５…高圧通路、７０…低圧通路、１４０…ハウジング部材。

Claims (3)

1. 冷房用減圧装置（２０）にて減圧された低圧冷媒が蒸発器（２８）で蒸発して空気を冷却する冷房モードと、圧縮機（１０）吐出側のガス冷媒を前記蒸発器（２８）に直接導入して前記蒸発器（２８）で放熱させる暖房モードとを切り替える冷凍サイクル装置に用いる弁装置において、
   ハウジング部材（１４０）と、
   前記ハウジング部材（１４０）に設けられ、前記冷房モードと前記暖房モードとの冷媒流れを切り替える弁手段（１５、１６）と、
   前記ハウジング部材（１４０）に設けられ、前記暖房モード時に前記圧縮機（１０）吐出側のガス冷媒が前記蒸発器（２８）の入口側に向かって流れるホットガスバイパス通路（１８）と、
   前記ハウジング部材（１４０）に設けられ、前記ホットガスバイパス通路（１８）を通過する前記ガス冷媒を減圧する暖房用減圧装置（１７）とを備え、
   前記ホットガスバイパス通路（１８）に、前記暖房用減圧装置（１７）の絞り通路入口側に位置して前記ガス冷媒の流れを曲げる曲げ通路形状からなる第１通路部（１８ｂ）と、前記暖房用減圧装置（１７）の絞り通路出口側に位置して前記絞り通路の方向と略直線状に連通する第２通路部（１８ｃ）とを設け、
   前記第１通路部（１８ｂ）の入口側端面に弁座部（１７ａ）が形成され、
   前記弁手段として、前記第１通路部（１８ｂ）を開閉する暖房用弁手段（１６）を有し、
   前記暖房用弁手段（１６）は、前記第１通路部（１８ｂ）の入口側空間内に位置する弁体（１６ａ）を具備しており、
   前記弁体（１６ａ）が前記入口側空間内で前記弁座部（１７ａ）に対して圧着、開離する方向に作動することにより、前記第１通路部（１８ｂ）を開閉するようになっており、
   前記第１通路部（１８ｂ）は、前記弁体（１６ａ）の作動方向と一致する冷媒流れを前記暖房用減圧装置（１７）の絞り通路入口側に向けて直角に曲げる形状になっており、
   前記第２通路部（１８ｃ）の径は前記暖房用減圧装置（１７）の絞り通路の径よりも大きくなっており、
   さらに、前記ハウジング部材（１４０）には、前記第２通路部（１８ｃ）の出口側が連通する低圧通路（７０）、及び前記蒸発器（２８）の入口側への接続部をなす接続通路（４３）が設けられ、
   前記第２通路部（１８ｃ）の出口側は前記低圧通路（７０）により前記接続通路（４３）に連通し、
   前記低圧通路（７０）及び前記接続通路（４３）は、前記第２通路部（１８ｃ）の径よりも大きい径寸法でもって前記絞り通路及び前記第２通路部（１８ｃ）の方向と同一方向に形成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置に用いる弁装置。
2. 前記第２通路部（１８ｃ）の少なくとも入口部を冷媒流れの下流に向かって通路面積が拡大するテーパ形状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置に用いる弁装置。
3. 前記暖房用減圧装置（１７）の絞り通路を並列に開口する複数の微小穴（１７０）により構成したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置に用いる弁装置。

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