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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023108658
(43)【公開日】2023-08-07
(54)【発明の名称】膨張弁、車両用冷暖房装置およびバッテリ冷却装置
(51)【国際特許分類】
F25B 41/33 20210101AFI20230731BHJP
F25B 41/345 20210101ALI20230731BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20230731BHJP
B60H 1/32 20060101ALI20230731BHJP
B60H 1/22 20060101ALI20230731BHJP
F16K 31/06 20060101ALI20230731BHJP
H01M 10/6556 20140101ALI20230731BHJP
H01M 10/6569 20140101ALI20230731BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20230731BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20230731BHJP
【ＦＩ】
F25B41/33
F25B41/345
F25B1/00 321L
B60H1/32 613B
B60H1/22 651B
F16K31/06 335
H01M10/6556
H01M10/6569
H01M10/625
H01M10/613
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022009813
(22)【出願日】2022-01-26
(71)【出願人】
【識別番号】000133652
【氏名又は名称】株式会社テージーケー
(74)【代理人】
【識別番号】110002273
【氏名又は名称】弁理士法人インターブレイン
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 剛
(72)【発明者】
【氏名】佐伯 真司
(72)【発明者】
【氏名】津川 徳巳
(72)【発明者】
【氏名】城之内 隆史
【テーマコード（参考）】
3H106
3L211
5H031
【Ｆターム（参考）】
3H106DA03
3H106DA13
3H106DA23
3H106DB02
3H106DB12
3H106DB23
3H106DB32
3H106DC02
3H106DC17
3H106DD03
3H106FB11
3H106KK01
3H106KK31
3L211AA11
3L211BA14
3L211CA16
3L211DA23
5H031AA09
5H031HH06
5H031KK08
(57)【要約】
【課題】下流側の冷媒の圧力である所定の出口側圧力を設定圧力に迅速に近づけられるとともに、その設定圧力を適宜変更可能な膨張弁を提供する。
【解決手段】ある態様の膨張弁１は、上流側から冷媒を導入するポート１６と、下流側へ冷媒を導出するポート１４と、ポート１６とポート１４とをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔２０と、出口側圧力が導入される圧力感知室２３と、を有するボディ５と、弁孔２０との間に形成される弁部の開度を調整する弁体３０と、圧力感知室２３に設けられ、出口側圧力を感知して弁部の開閉方向の駆動力を発生し、出口側圧力が低下すると弁部の開弁方向に変位し、出口側圧力が上昇すると弁部の閉弁方向に変位する感圧部６と、供給電流値に応じた弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイド３と、を備える。ソレノイド３への供給電流値を変化させることにより設定圧力が設定変更可能である。
【選択図】図４
【解決手段】ある態様の膨張弁１は、上流側から冷媒を導入するポート１６と、下流側へ冷媒を導出するポート１４と、ポート１６とポート１４とをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔２０と、出口側圧力が導入される圧力感知室２３と、を有するボディ５と、弁孔２０との間に形成される弁部の開度を調整する弁体３０と、圧力感知室２３に設けられ、出口側圧力を感知して弁部の開閉方向の駆動力を発生し、出口側圧力が低下すると弁部の開弁方向に変位し、出口側圧力が上昇すると弁部の閉弁方向に変位する感圧部６と、供給電流値に応じた弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイド３と、を備える。ソレノイド３への供給電流値を変化させることにより設定圧力が設定変更可能である。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上流側から導入された冷媒を減圧膨張させて下流側へ導出するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力が設定圧力に近づくように冷媒流量を制御する膨張弁であって、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔と、前記出口側圧力が導入される圧力感知室と、を有するボディと、
前記弁孔との間に形成される弁部の開度を調整する弁体と、
前記圧力感知室に設けられ、前記出口側圧力を感知して前記弁部の開閉方向の駆動力を発生し、前記出口側圧力が低下すると前記弁部の開弁方向に変位し、前記出口側圧力が上昇すると前記弁部の閉弁方向に変位する感圧部と、
供給電流値に応じた前記弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、
を備え、
前記ソレノイドへの供給電流値を変化させることにより前記設定圧力が設定変更可能であることを特徴とする膨張弁。
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔と、前記出口側圧力が導入される圧力感知室と、を有するボディと、
前記弁孔との間に形成される弁部の開度を調整する弁体と、
前記圧力感知室に設けられ、前記出口側圧力を感知して前記弁部の開閉方向の駆動力を発生し、前記出口側圧力が低下すると前記弁部の開弁方向に変位し、前記出口側圧力が上昇すると前記弁部の閉弁方向に変位する感圧部と、
供給電流値に応じた前記弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、
を備え、
前記ソレノイドへの供給電流値を変化させることにより前記設定圧力が設定変更可能であることを特徴とする膨張弁。
【請求項2】
前記導出ポートが、下流側熱交換器の入口に連通し、
前記圧力感知室が、前記下流側熱交換器の出口に連通することを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
前記圧力感知室が、前記下流側熱交換器の出口に連通することを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
【請求項3】
前記下流側熱交換器が蒸発器であることを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
【請求項4】
前記下流側熱交換器がバッテリ用熱交換器であることを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
【請求項5】
前記ソレノイドへの供給電流値を上昇させることにより、前記出口側圧力の大きさにかかわらず前記弁部を全開にすることが可能であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の膨張弁。
【請求項6】
前記感圧部は、感圧用ガスを封入する感圧部材を含み、前記下流側の冷媒の圧力と温度を感知して変位することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の膨張弁。
【請求項7】
前記冷媒通路と前記圧力感知室との隔壁を貫通し、一端側が前記感圧部と作動連結可能であり、他端側が前記ソレノイドと作動連結可能であり、前記冷媒通路において前記弁体が一体変位可能に設けられた弁駆動体をさらに備えることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の膨張弁。
【請求項8】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖
房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、
車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
前記室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器と、
冷房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器および前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、
暖房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器および前記室外熱交換器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、
前記第１冷媒循環通路における前記室外熱交換器の下流側に設けられ、前記室内蒸発器へ供給される冷媒の流量を調整する第１の弁と、
前記第２冷媒循環通路における前記補助凝縮器の下流側に設けられ、前記室外熱交換器へ供給される冷媒の流量を調整する第２の弁と、
を備え、
前記第１の弁および前記第２の弁が、上流側から導入された冷媒を減圧膨張させて下流側へ導出するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力が設定圧力に近づくように冷媒流量を制御する膨張弁であり、
前記膨張弁は、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔と、前記出口側圧力が導入される圧力感知室と、を有するボディと、
前記弁孔との間に形成される弁部の開度を調整する弁体と、
前記圧力感知室に設けられ、前記出口側圧力を感知して前記弁部の開閉方向の駆動力を発生し、前記出口側圧力が低下すると前記弁部の開弁方向に変位し、前記出口側圧力が上昇すると前記弁部の閉弁方向に変位する感圧部と、
供給電流値に応じた前記弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、
を含み、
前記ソレノイドへの供給電流値を変化させることにより前記設定圧力が設定変更可能であることを特徴とする車両用冷暖房装置。
車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖
房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、
車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
前記室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器と、
冷房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器および前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、
暖房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器および前記室外熱交換器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、
前記第１冷媒循環通路における前記室外熱交換器の下流側に設けられ、前記室内蒸発器へ供給される冷媒の流量を調整する第１の弁と、
前記第２冷媒循環通路における前記補助凝縮器の下流側に設けられ、前記室外熱交換器へ供給される冷媒の流量を調整する第２の弁と、
を備え、
前記第１の弁および前記第２の弁が、上流側から導入された冷媒を減圧膨張させて下流側へ導出するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力が設定圧力に近づくように冷媒流量を制御する膨張弁であり、
前記膨張弁は、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔と、前記出口側圧力が導入される圧力感知室と、を有するボディと、
前記弁孔との間に形成される弁部の開度を調整する弁体と、
前記圧力感知室に設けられ、前記出口側圧力を感知して前記弁部の開閉方向の駆動力を発生し、前記出口側圧力が低下すると前記弁部の開弁方向に変位し、前記出口側圧力が上昇すると前記弁部の閉弁方向に変位する感圧部と、
供給電流値に応じた前記弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、
を含み、
前記ソレノイドへの供給電流値を変化させることにより前記設定圧力が設定変更可能であることを特徴とする車両用冷暖房装置。
【請求項9】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
室外熱交換器と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器を経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な冷媒循環通路と、
前記冷媒循環通路における前記室外熱交換器と前記圧縮機との間に設けられたバッテリ用熱交換器と、
前記冷媒循環通路における前記室外熱交換器と前記バッテリ用熱交換器との間に設けられ、前記室外熱交換器からの冷媒を減圧膨張させて前記バッテリ用熱交換器へ供給するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力が設定圧力に近づくように冷媒流量を制御する膨張弁と、
を備え、
前記膨張弁は、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔と、前記出口側圧力が導入される圧力感知室と、を有するボディと、
前記弁孔との間に形成される弁部の開度を調整する弁体と、
前記圧力感知室に設けられ、前記出口側圧力を感知して前記弁部の開閉方向の駆動力を発生し、前記出口側圧力が低下すると前記弁部の開弁方向に変位し、前記出口側圧力が上昇すると前記弁部の閉弁方向に変位する感圧部と、
供給電流値に応じた前記弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、
を含み、
前記ソレノイドへの供給電流値を変化させることにより前記設定圧力が設定変更可能であることを特徴とするバッテリ冷却装置。
室外熱交換器と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器を経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な冷媒循環通路と、
前記冷媒循環通路における前記室外熱交換器と前記圧縮機との間に設けられたバッテリ用熱交換器と、
前記冷媒循環通路における前記室外熱交換器と前記バッテリ用熱交換器との間に設けられ、前記室外熱交換器からの冷媒を減圧膨張させて前記バッテリ用熱交換器へ供給するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力が設定圧力に近づくように冷媒流量を制御する膨張弁と、
を備え、
前記膨張弁は、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔と、前記出口側圧力が導入される圧力感知室と、を有するボディと、
前記弁孔との間に形成される弁部の開度を調整する弁体と、
前記圧力感知室に設けられ、前記出口側圧力を感知して前記弁部の開閉方向の駆動力を発生し、前記出口側圧力が低下すると前記弁部の開弁方向に変位し、前記出口側圧力が上昇すると前記弁部の閉弁方向に変位する感圧部と、
供給電流値に応じた前記弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、
を含み、
前記ソレノイドへの供給電流値を変化させることにより前記設定圧力が設定変更可能であることを特徴とするバッテリ冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷媒を減圧膨張させる膨張弁に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器等を冷凍サイクルに配置して構成される。冷凍サイクルには、膨張装置としての膨張弁など、冷媒の流れを制御するために各種制御弁が設けられている。膨張弁は、下流側の蒸発器にて冷媒が蒸発し易くなるよう、上流側からの液冷媒を絞り膨張させ、霧状にして下流側へ送出する。
【0003】
従来、このような膨張弁として、蒸発器から導出される冷媒が所定の過熱度を有するように、蒸発器の出口側の冷媒の温度および圧力を感知して弁開度を調整し、蒸発器へ送出する冷媒の流量を制御する温度式膨張弁が知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、このような膨張弁は、機械的構造のみによって弁部が自律的に動作するため、感知する圧力と弁開度との関係、言い換えれば、膨張弁により調整される蒸発器の出口圧力の設定値（「設定圧力」ともいう）が単一となる。このため、冷凍サイクルに要求される制御状態が変化した場合などにその設定圧力を変更できない点で改善の余地があった。
【0004】
一方、近年の電気自動車等の普及に伴い、駆動部にモータを備える電動膨張弁が広く採用されつつある。電気自動車では内燃機関による熱源そのものがないため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が採用される（例えば特許文献２参照）。電動膨張弁であれば、外部制御により弁開度を自由に変更できるため、蒸発器の出口圧力についても任意に設定変更できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１３－２４２１２９号公報
【特許文献2】特開２０１５－１０５７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、このような電動膨張弁は、圧力を感知する部分がないため、蒸発器の出口圧力を感知してフィードバックできない。このため、設定圧力への調整に関して応答性を高め難いといった問題があった。なお、このような問題は、自動車以外の空調装置や冷却装置に膨張弁を適用する場合にも同様に生じ得る。
【0007】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、下流側の冷媒の圧力である所定の出口側圧力を設定圧力に迅速に近づけられるとともに、その設定圧力を適宜変更可能な膨張弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のある態様は、上流側から導入された冷媒を減圧膨張させて下流側へ導出するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力が設定圧力に近づくように冷媒流量を制御する膨張弁である。この膨張弁は、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔と、出口側圧力が導入される圧力感知室と、を有するボディと、弁孔との間に形成される弁部の開度を調整する弁体と、圧力感知室に設けられ、出口側圧力を感知して弁部の開閉方向の駆動力を発生し、出口側圧力が低下すると弁部の開弁方向に変位し、出口側圧力が上昇すると弁部の閉弁方向に変位する感圧部と、供給電流値に応じた弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、を備える。ソレノイドへの供給電流値を変化させることにより設定圧力が設定変更可能である。
【0009】
この態様によると、膨張弁の制御状態において感圧部が出口側圧力を感知して弁部を開閉方向に駆動する。このため、出口側圧力を設定圧力に迅速に近づけることができる。また、ソレノイドへの供給電流値を変化させることで、その設定圧力を任意に変更できる。
【0010】
本発明の別の態様は車両用冷暖房装置である。この冷暖房装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器と、冷房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が室外熱交換器および室内蒸発器を順次経由して圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、暖房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が補助凝縮器および室外熱交換器を順次経由して圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、第１冷媒循環通路における室外熱交換器の下流側に設けられ、室内蒸発器へ供給される冷媒の流量を調整する第１の弁と、第２冷媒循環通路における補助凝縮器の下流側に設けられ、室外熱交換器へ供給される冷媒の流量を調整する第２の弁と、を備える。第１の弁および第２の弁が、上流側から導入された冷媒を減圧膨張させて下流側へ導出するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力が設定圧力に近づくように冷媒流量を制御する膨張弁である。
【0011】
この膨張弁は、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔と、出口側圧力が導入される圧力感知室と、を有するボディと、弁孔との間に形成される弁部の開度を調整する弁体と、圧力感知室に設けられ、出口側圧力を感知して弁部の開閉方向の駆動力を発生し、出口側圧力が低下すると弁部の開弁方向に変位し、出口側圧力が上昇すると弁部の閉弁方向に変位する感圧部と、供給電流値に応じた弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、を含む。ソレノイドへの供給電流値を変化させることにより設定圧力が設定変更可能である。
【0012】
この態様によると、冷暖房装置の制御状態において膨張弁の感圧部が蒸発器の出口側圧力を感知し、弁部を開閉方向に駆動する。このため、蒸発器の出口側圧力を設定圧力に迅速に近づけることができ、冷暖房能力を維持できる。また、膨張弁のソレノイドへの供給電流値を変化させることで、その設定圧力を任意に変更できる。
【0013】
本発明のさらに別の態様はバッテリ冷却装置である。このバッテリ冷却装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、室外熱交換器と、圧縮機から吐出された冷媒が室外熱交換器を経由して圧縮機に戻るように循環可能な冷媒循環通路と、冷媒循環通路における室外熱交換器と圧縮機との間に設けられたバッテリ用熱交換器と、冷媒循環通路における室外熱交換器とバッテリ用熱交換器との間に設けられ、室外熱交換器からの冷媒を減圧膨張させてバッテリ用熱交換器へ供給するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力が設定圧力に近づくように冷媒流量を制御する膨張弁と、を備える。
【0014】
この膨張弁は、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ冷媒通路に設けられた弁孔と、出口側圧力が導入される圧力感知室と、を有するボディと、弁孔との間に形成される弁部の開度を調整する弁体と、圧力感知室に設けられ、出口側圧力を感知して弁部の開閉方向の駆動力を発生し、出口側圧力が低下すると弁部の開弁方向に変位し、出口側圧力が上昇すると弁部の閉弁方向に変位する感圧部と、供給電流値に応じた弁部の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、を含む。ソレノイドへの供給電流値を変化させることにより設定圧力が設定変更可能である。
【0015】
この態様によると、バッテリ冷却装置の作動状態において膨張弁の感圧部がバッテリ冷却装置の出口側圧力を感知し、弁部を開閉方向に駆動する。このため、バッテリ冷却装置の出口側圧力を設定圧力に迅速に近づけ、冷却温度を維持できる。また、膨張弁のソレノイドへの供給電流値を変化させることで、その設定圧力を任意に変更できる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、下流側の冷媒の圧力である所定の出口側圧力を設定圧力に迅速に近づけられるとともに、その設定圧力を適宜変更可能な膨張弁を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成図である。
【図2】冷暖房装置の動作を表す図である。
【図3】冷暖房装置の動作を表す図である。
【図4】膨張弁の構成を表す断面図である。
【図6】膨張弁の動作を表す図である。
【図7】膨張弁の動作を表す図である。
【図8】膨張弁の動作を表す図である。
【図9】変形例１に係る膨張弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。
【図11】変形例２に係る膨張弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。
【図12】変形例３に係る膨張弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。
【図13】変形例４に係る膨張弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【0019】
図１は、実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成図である。
冷暖房装置１００は、圧縮機１０２、補助凝縮器１０４（室内凝縮器）、室外熱交換器１０６、受液器１０８、蒸発器１１０およびアキュムレータ１１２を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。冷暖房装置１００は、電気自動車に適用され、ＨＦＣ－１３４ａ（代替フロン）、ＨＦＯ－１２３４ｙｆなどの冷媒が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式冷暖房装置として構成されている。
冷暖房装置１００は、圧縮機１０２、補助凝縮器１０４（室内凝縮器）、室外熱交換器１０６、受液器１０８、蒸発器１１０およびアキュムレータ１１２を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。冷暖房装置１００は、電気自動車に適用され、ＨＦＣ－１３４ａ（代替フロン）、ＨＦＯ－１２３４ｙｆなどの冷媒が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式冷暖房装置として構成されている。
【0020】
圧縮機１０２、室外熱交換器１０６および受液器１０８は、車室外（エンジンルーム）に設けられている。一方、車室内には空気の熱交換が行われるダクト１１４が設けられ、ダクト１１４における空気の流れ方向上流側に蒸発器１１０が配設され、下流側に補助凝縮器１０４が配設されている。補助凝縮器１０４は、室内凝縮器として構成されている。
【0021】
冷暖房装置１００は、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。この冷凍サイクルは、補助凝縮器１０４と室外熱交換器１０６とが凝縮器として直列に動作可能に構成され、また、蒸発器１１０と室外熱交換器１０６とが蒸発器として切り替え可能に構成されている。冷房運転時に冷媒が循環する第１冷媒循環通路と、暖房運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路が形成される。
【0022】
第１冷媒循環通路は、圧縮機１０２→補助凝縮器１０４→室外熱交換器１０６→受液器１０８→蒸発器１１０→アキュムレータ１１２→圧縮機１０２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機１０２→補助凝縮器１０４→室外熱交換器１０６→受液器１０８→アキュムレータ１１２→圧縮機１０２のように冷媒が循環する通路である。すなわち、第２冷媒循環通路は、蒸発器１１０を迂回する通路とされている。
【0023】
具体的には、圧縮機１０２の吐出室は第１通路１２１を介して補助凝縮器１０４の入口に接続され、補助凝縮器１０４の出口は第２通路１２２を介して室外熱交換器１０６の入口に接続されている。室外熱交換器１０６の出口は、第３通路１２３における受液器１０８を介して蒸発器１１０の入口に接続され、蒸発器１１０の出口は第４通路１２４（戻り通路）を介してアキュムレータ１１２の入口に接続されている。
【0024】
第３通路１２３の中途には分岐点が設けられ、蒸発器１１０を迂回するようにアキュムレータ１１２の入口につながるバイパス通路１２５が設けられている。第１通路１２１、第２通路１２２、第３通路１２３および第４通路１２４により第１冷媒循環通路が形成される。第１通路１２１、第２通路１２２、第３通路１２３およびバイパス通路１２５により第２冷媒循環通路が形成される。
【0025】
第２通路１２２は、その主通路１２６から分岐する分岐通路１２７が設けられている。主通路１２６に開閉弁１３０が設けられ、分岐通路１２７に膨張弁１４０（「第２の弁」として機能する）が設けられている。開閉弁１３０は、主通路１２６を開放又は遮断する。第３通路１２３におけるバイパス通路１２５との分岐点には、冷媒の流路を切り替えるための切替弁１３２が設けられている。第３通路１２３における切替弁１３２と蒸発器１１０との間には、膨張弁１４２（「第１の弁」として機能する）が設けられている。
【0026】
開閉弁１３０は、本実施形態ではソレノイド駆動の電磁弁であるが、モータ駆動の電動弁としてもよい。膨張弁１４０は、ソレノイド駆動の電磁弁である。開閉弁１３０は、ソレノイドへの非通電状態で弁部を全開とする常開弁である。冷房運転時には開閉弁１３０を開いて主通路１２６における冷媒流量を確保する一方、膨張弁１４０を閉弁状態に保つ。暖房運転時には開閉弁１３０を閉じて膨張弁１４０を開くことにより冷媒を絞り膨張させる。
【0027】
切替弁１３２は、第３通路１２３を開閉する第１弁部と、バイパス通路１２５を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動する三方弁からなる。第１弁部の開閉により、室外熱交換器１０６から蒸発器１１０への冷媒の流れが許容又は遮断される。第２弁部の開閉により、室外熱交換器１０６からアキュムレータ１１２へ直接向かう冷媒の流れが許容又は遮断される。すなわち、第１弁部が開かれ、第２弁部が閉じられることにより、第１冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路が遮断される。第１弁部が閉じられ、第２弁部が開かれることにより、第１冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路が開放される。なお、本実施形態ではソレノイド駆動の電磁弁であるが、モータ駆動の電動弁としてもよい。
【0028】
膨張弁１４２は、第１冷媒循環通路に設けられている。膨張弁１４２は、冷房運転時に室外熱交換器１０６（室外凝縮器）から導出された冷媒を絞り膨張させて蒸発器１１０へ供給する。膨張弁１４２は、蒸発器１１０から圧縮機１０２へ向かう冷媒の圧力を感知して自律的に動作し、室外熱交換器１０６から蒸発器１１０へ向かう冷媒の流量を調整する。膨張弁１４２の詳細については後述する。
【0029】
ダクト１１４には、空気の流れ方向上流側から図示略の室内送風機、蒸発器１１０、補助凝縮器１０４が配設されている。補助凝縮器１０４の上流側には、エアミックスドア１１６が回動自在に設けられ、補助凝縮器１０４を通過する風量と補助凝縮器１０４を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器１０６に対向するように図示略の室外送風機が配置されている。
【0030】
圧縮機１０２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示略のバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。なお、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明を省略する。
【0031】
補助凝縮器１０４は、車室内に設けられ、室外熱交換器１０６とは別に冷媒を放熱させる室内凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機１０２から吐出された高温・高圧の冷媒が補助凝縮器１０４を通過する際に放熱する。エアミックスドア１１６の開度に応じて振り分けられた空気は、補助凝縮器１０４を通過する過程でその熱交換が行われる。
【0032】
室外熱交換器１０６は、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外熱交換器１０６は、外気と冷媒との間で熱交換をさせる。
【0033】
蒸発器１１０は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。膨張弁１４２の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器１１０を通過する際に蒸発する。ダクト１１４の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１１６の開度に応じて補助凝縮器１０４を通過するものと、補助凝縮器１０４を迂回するものとに振り分けられる。補助凝縮器１０４を通過する空気は、その通過過程で加熱される。補助凝縮器１０４を通過した空気と迂回した空気とが補助凝縮器１０４の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。
【0034】
また、本実施形態では、冷暖房装置１００の冷却機能を利用したバッテリ冷却装置１５０が設けられている。すなわち、冷暖房装置１００は、車両用冷暖房装置であるとともに図示略のバッテリを冷却する冷却装置でもある。このバッテリは、上述のように圧縮機１０２の駆動電源を供給するとともに、電気自動車の各部へ電源を供給する。
【0035】
蒸発器１１０を迂回するように第３通路１２３と第４通路１２４とをつなぐバイパス通路１２８が設けられ、そのバイパス通路１２８にバッテリ用熱交換器１５２が設けられている。バッテリ冷却用の冷媒循環路として、圧縮機１０２→補助凝縮器１０４→室外熱交換器１０６→受液器１０８→バッテリ用熱交換器１５２→アキュムレータ１１２→圧縮機１０２のように冷媒が循環する通路（第３冷媒循環通路）が設けられている。バッテリ用熱交換器１５２は、バイパス通路１２８を構成する冷媒配管を含み、その冷媒配管を低温の冷媒が通過する際にバッテリとの間で熱交換が行われる。より詳細には、バッテリを冷却する図示しないクーラントが循環しており、このクーラントと冷媒との間で熱交換がなされる。バイパス通路１２８におけるバッテリ用熱交換器１５２の上流側に膨張弁１４４が設けられている。
【0036】
以上のように構成された冷暖房装置１００は、制御部１６０により制御される。制御部１６０は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部１６０は、車室内外の温度、蒸発器の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて各制御弁の制御量（開閉状態）や圧縮機１０２の駆動量等を決定し、それらを駆動させるための制御電流を供給する。これにより、圧縮機１０２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。
【0037】
図２および図３は、冷暖房装置１００の動作を表す図である。図２（Ａ）は冷房運転、図２（Ｂ）はバッテリ冷却運転、図２（Ｃ）は冷房とバッテリ冷却の同時運転をそれぞれ示す。図３（Ａ）は暖房運転、図３（Ｂ）は除湿暖房運転、図３（Ｃ）は除湿暖房とバッテリ冷却の同時運転をそれぞれ示す。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。
【0038】
（冷房運転）
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、開閉弁１３０が開弁状態とされ、膨張弁１４０が閉弁状態とされる。一方、切替弁１３２において第１弁部が開弁状態とされ、第２弁部が閉弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路は遮断される。このため、圧縮機１０２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、補助凝縮器１０４および室外熱交換器１０６を経ることで凝縮される。このとき、室外熱交換器１０６は室外凝縮器として機能する。
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、開閉弁１３０が開弁状態とされ、膨張弁１４０が閉弁状態とされる。一方、切替弁１３２において第１弁部が開弁状態とされ、第２弁部が閉弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路は遮断される。このため、圧縮機１０２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、補助凝縮器１０４および室外熱交換器１０６を経ることで凝縮される。このとき、室外熱交換器１０６は室外凝縮器として機能する。
【0039】
そして、室外熱交換器１０６から導出された冷媒が受液器１０８にて気液分離され、その液冷媒が下流側に供給される。この液冷媒は、膨張弁１４２で絞り膨張され、低温・低圧の霧状の冷媒となって蒸発器１１０に導入される。その冷媒が蒸発器１１０を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。蒸発器１１０から導出された冷媒は、膨張弁１４２の内部通路（後述する「圧力感知室２３」）を通過し、アキュムレータ１１２を経由して圧縮機１０２に戻される。膨張弁１４４が閉弁状態とされるため、バッテリ用熱交換器１５２は機能しない。
【0040】
図２（Ｂ）に示すように、バッテリ冷却運転においては、膨張弁１４２が閉弁状態とされ、膨張弁１４４が開弁状態とされる。このとき、膨張弁１４４を経た低温・低圧の冷媒がバッテリ用熱交換器１５２を通過する。それによりバッテリが冷却される。図２（Ｃ）に示すように、膨張弁１４２および膨張弁１４４の双方が開弁状態とされると、冷房運転状態においてバッテリの冷却が行われる。
【0041】
（暖房運転）
図３（Ａ）に示すように、暖房運転時においては、開閉弁１３０が閉弁状態とされ、膨張弁１４０が開弁状態とされる。一方、切替弁１３２において第１弁部が閉弁状態とされ、第２弁部が開弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路が開放される。このため、冷媒は蒸発器１１０を通過せず、蒸発器１１０は実質的に機能しなくなる。室外熱交換器１０６のみが蒸発器（室外蒸発器）として機能する。
図３（Ａ）に示すように、暖房運転時においては、開閉弁１３０が閉弁状態とされ、膨張弁１４０が開弁状態とされる。一方、切替弁１３２において第１弁部が閉弁状態とされ、第２弁部が開弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路が開放される。このため、冷媒は蒸発器１１０を通過せず、蒸発器１１０は実質的に機能しなくなる。室外熱交換器１０６のみが蒸発器（室外蒸発器）として機能する。
【0042】
圧縮機１０２から吐出された冷媒は、補助凝縮器１０４を経ることで凝縮される。その冷媒は、膨張弁１４０にて絞り膨張され、低温・低圧の霧状の冷媒となって室外熱交換器１０６に導入される。その冷媒が室外熱交換器１０６を通過する過程で蒸発し、外部から熱量を吸収する。室外熱交換器１０６から導出された冷媒は、バイパス通路１２５を通過し、アキュムレータ１１２を経由して圧縮機１０２に戻される。
【0043】
図３（Ｂ）に示すように、除湿暖房運転においては、膨張弁１４０の開弁状態を維持しつつ、切替弁１３２において第２弁部を閉じて第１弁部を開く。それにより、冷媒は、室外熱交換器１０６（室外蒸発器）および蒸発器１１０（室内蒸発器）を通過する。すなわち、循環する冷媒について、室外熱交換器１０６と蒸発器１１０における蒸発比率が調整される。その際、蒸発器１１０による除湿機能が作用する。この除湿暖房運転中においても、図３（Ｃ）に示すように、膨張弁１４４を開弁させることで、バッテリ用熱交換器１５２を機能させることができ、バッテリを冷却できる。
【0044】
次に、膨張弁の構成について詳細に説明する。
冷暖房装置１００に適用される膨張弁１４０，１４２，１４４は、いずれもソレノイド駆動の電磁弁であり、本実施形態では同様の構成を有する。このため、以下ではこれらを「膨張弁１」としてその詳細を説明する。
冷暖房装置１００に適用される膨張弁１４０，１４２，１４４は、いずれもソレノイド駆動の電磁弁であり、本実施形態では同様の構成を有する。このため、以下ではこれらを「膨張弁１」としてその詳細を説明する。
【0045】
図４は、膨張弁１の構成を表す断面図である。
膨張弁１は、上流側から導入された冷媒を減圧膨張（絞り膨張）させて下流側へ導出するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力、具体的には下流側熱交換器の出口圧力Ｐｅが設定圧力Ｐｓｅｔに近づくように冷媒流量を制御する。ここで、「下流側熱交換器」とは、膨張弁１４０については室外熱交換器１０６、膨張弁１４２については蒸発器１１０、膨張弁１４４についてはバッテリ用熱交換器１５２がそれぞれ該当する。
膨張弁１は、上流側から導入された冷媒を減圧膨張（絞り膨張）させて下流側へ導出するとともに、下流側の冷媒の圧力である出口側圧力、具体的には下流側熱交換器の出口圧力Ｐｅが設定圧力Ｐｓｅｔに近づくように冷媒流量を制御する。ここで、「下流側熱交換器」とは、膨張弁１４０については室外熱交換器１０６、膨張弁１４２については蒸発器１１０、膨張弁１４４についてはバッテリ用熱交換器１５２がそれぞれ該当する。
【0046】
膨張弁１は、弁本体２とソレノイド３とを軸線方向に組み付けて構成される。弁本体２は、段付円筒状のボディ５（バルブボディ）を有し、そのボディ５内にパワーエレメント６を収容する。パワーエレメント６は「感圧部」として機能し、出口圧力Ｐｅを感知して弁部の開閉方向の駆動力（以下「感圧駆動力」ともいう）を発生する。ボディ５は、ソレノイド３のボディ７（ソレノイドボディ）と同軸状に組み付けられる。
【0047】
一方、ポート１２ｂは、下流側熱交換器のさらに下流側に位置する下流側機器の入口に連通する。ここで、「下流側機器」とは、膨張弁１４０については受液器１０８ひいては圧縮機１０２、膨張弁１４２および１４４についてはアキュムレータ１１２ひいては圧縮機１０２がそれぞれ該当する。
【0048】
ボディ５の上端開口部を閉じるように端部材１３が固定されている。ボディ５の下部とソレノイド３の上部とが、接続部材５１を介して連結され固定されている。
【0049】
ボディ５内には、ポート１６とポート１４とを連通させる冷媒通路に弁孔２０が設けられ、弁孔２０の上流側開口端に弁座２２が設けられている。後述の弁体３０が弁座２２に着脱することにより弁部を開閉する。膨張弁１は、一端側からパワーエレメント６、弁部、ソレノイド３が順に配置される構成を有する。
【0050】
ボディ５の上部には圧力感知室２３が区画されており、圧力感知室２３にパワーエレメント６が設けられている。ポート１２ａは、下流側熱交換器の出口と圧力感知室２３とを連通させる。一方、ポート１２ｂは、下流側機器の入口と圧力感知室２３とを連通させる。ポート１６は上流側から上流側圧力Ｐｉｎの冷媒を導入する。膨張弁１４０について、上流側圧力Ｐｉｎは補助凝縮器１０４（室内凝縮器）の下流側の圧力となる。膨張弁１４２および１４４について、上流側圧力Ｐｉｎは室外熱交換器１０６（室外凝縮器）の下流側の圧力となる。
【0051】
ポート１６と弁孔２０との間には弁室２４が設けられている。弁孔２０は開口端近傍がやや拡径されたテーパ形状となっており、そのテーパ面に弁座２２が形成されている。ポート１４は、弁部を経由して下流側圧力Ｐｏｕｔとなった冷媒を下流側熱交換器の入口へ向けて導出する。下流側熱交換器を経由して出口圧力Ｐｅとなった冷媒は、ポート１２ａを介して圧力感知室２３に導入された後、ポート１２ｂを介して下流側機器へ向けて導出される。パワーエレメント６は、圧力感知室２３の出口圧力Ｐｅを感知して動作する。
【0052】
ポート１４，１６には、円筒状のフィルタ部材１５，１７がそれぞれ取り付けられている。フィルタ部材１５，１７は、ボディ５の内部への異物の侵入を抑制するためのメッシュを含む。
【0053】
ポート１４と弁孔２０との間に下流側圧力室２５が形成されている。弁室２４、弁孔２０および下流側圧力室２５は、ポート１６とポート１４とをつなぐ冷媒通路を形成する。圧力感知室２３と弁室２４との間にガイド孔２６が設けられ、ボディ５の下部（弁室２４に対する弁孔２０とは反対側）にはガイド孔２７が設けられている。ガイド孔２６とガイド孔２７とは同軸状に形成されている。ボディ５の軸線に沿って弁駆動体２９が挿通されている。弁駆動体２９は、上下のガイド孔２６，ガイド孔２７により軸線方向に摺動可能に支持されている。弁駆動体２９は、下流側圧力室２５と圧力感知室２３との隔壁３７を貫通し、パワーエレメント６に作動連結される。
【0054】
弁駆動体２９は、有底段付円筒状をなし、軸線方向に延びる内部通路３５を有する。弁駆動体２９の上端部が閉じた状態で縮径され、パワーエレメント６と作動連結可能となっている。弁駆動体２９の下端がソレノイド３に向けて開放されている。弁駆動体２９の上部には、圧力感知室２３と内部通路３５とを連通させる連通孔２８が設けられている。
【0055】
弁駆動体２９の中間部に形成された段部が、弁体３０となっている。弁体３０が弁室２４側から弁座２２に着脱して弁部を開閉する。また、弁体３０が弁孔２０に接離して弁部の開度を調整する。それにより、上流側から下流側へ流れる冷媒流量を調整する。弁駆動体２９の下端部には、ソレノイド３のプランジャ６２が一体に組み付けられている。
【0056】
パワーエレメント６は、出口圧力Ｐｅを感知して変位するベローズ４５を含み、そのベローズ４５の変位により感圧駆動力を発生させる。この感圧駆動力は、弁駆動体２９ひいては弁体３０に伝達される。
【0057】
一方、ソレノイド３は、ボディ７の内方に駆動機構を収容して構成される。ボディ７は、上端部が縮径された段付円筒状のケース５０と、ケース５０の上端部に同軸状に圧入された段付筒状の接続部材５１と、ケース５０内に収容された円筒状のボビン５２と、ボビン５２に巻回された電磁コイル５４と、ボビン５２の内方に挿通された円筒状のスリーブ５６と、ケース５０の下端開口部を概ね封止するように設けられた端部材５８と、ボビン５２の下方にて端部材５８に埋設されたカラー５９を備える。スリーブ５６は、非磁性材料からなる。ケース５０、接続部材５１およびカラー５９は、磁性材料からなり、ソレノイド３の「ヨーク」を構成する。
【0058】
ボディ７の内方に形成される作動空間６０にプランジャ６２およびコア６４が配設されている。スリーブ５６は、その上端部が接続部材５１に挿入され、同軸状に固定されている。コア６４は、上部の外径がやや小径化された有底円筒状をなし、その上部がスリーブ５６の下部に挿通されるように組み付けられている。コア６４は、スリーブ５６と同軸状に固定され、下方から作動空間６０を閉じている。
【0059】
プランジャ６２は、段付円筒状をなし、コア６４と軸線方向に対向する。弁駆動体２９の下端中央部が円ボス状に突出し、プランジャ６２の上端開口部に圧入されている。それにより、弁駆動体２９とプランジャ６２とが同軸状に固定されている。コア６４の内方にスプリング６８（「付勢部材」として機能する）が収容されている。スプリング６８は、コア６４の底部とプランジャ６２の底部との間に介装され、プランジャ６２を閉弁方向に付勢する。コア６４は、プランジャ６２を支持する部材としてスプリング６８のみを挿通する。出口圧力Ｐｅは、弁駆動体２９の内部通路３５を通って作動空間６０に導かれる。
【0060】
コア６４とプランジャ６２との吸引力であるソレノイド３の駆動力（「ソレノイド力」ともいう）は、弁駆動体２９ひいては弁体３０に伝達される。すなわち、膨張弁１の制御状態においては、ソレノイド力と感圧駆動力とにより調整された力が弁体３０に作用し、弁部の開度を適切に制御する。
【0061】
プランジャ６２の側面には軸線に平行な連通溝６６が設けられ、プランジャ６２の上部には内外を連通する連通孔６７が設けられている。このような構成により、出口圧力Ｐｅがプランジャ６２とスリーブ５６との間隙にも導かれる。
【0062】
ボビン５２からは電磁コイル５４につながる一対の接続端子７２が延出し、それぞれ端部材５８を貫通して外部に引き出されている。同図には説明の便宜上、その一対の片方のみが表示されている。端部材５８は、ケース５０に内包されるソレノイド３内の構造物全体を下方から覆うように取り付けられている。端部材５８は、耐食性を有する樹脂材のモールド成形（射出成形）により形成されている。端部材５８からは接続端子７２の先端部が引き出されており、図示しない外部電源に接続される。
【0063】
図５は、図４の上半部に対応する部分拡大断面図である。
弁駆動体２９のガイド孔２７との摺動面には環状溝７３が周設され、Ｏリング７４（シール部材）が嵌着されている。それにより、両者の間隙を介した冷媒の流通が防止されている。弁駆動体２９にプランジャ６２が一体に設けられているため、ソレノイド力を弁体３０に直接的に伝達できる。
弁駆動体２９のガイド孔２７との摺動面には環状溝７３が周設され、Ｏリング７４（シール部材）が嵌着されている。それにより、両者の間隙を介した冷媒の流通が防止されている。弁駆動体２９にプランジャ６２が一体に設けられているため、ソレノイド力を弁体３０に直接的に伝達できる。
【0064】
パワーエレメント６は、ベローズ４５の上端開口部を第１ストッパ８２により閉止し、下端開口部を第２ストッパ８４により閉止して構成されている。ベローズ４５は「感圧部材」として機能する。第１ストッパ８２は、端部材１３と一体成形されている。第２ストッパ８４は、金属材をプレス成形して有底円筒状に構成されており、その下端開口部に半径方向外向きに延出するフランジ部８６を有する。ベローズ４５は、蛇腹状の本体の上端部が端部材１３の下面に気密に溶接され、その本体の下端開口部がフランジ部８６の上面に気密に溶接されている。ベローズ４５の内部は密閉された基準圧力室Ｓとなっており、ベローズ４５の内方には、端部材１３とフランジ部８６との間に、ベローズ４５を伸長方向に付勢するスプリング８８が介装されている。基準圧力室Ｓは、真空状態とされている。スプリング６８の荷重はスプリング８８の荷重よりも十分に大きい。なお、ソレノイド３をオフにしたときの弁開度は、スプリング６８，８８の荷重に加え、ベローズ４５が出口圧力Ｐｅを受圧することによって生じる閉弁方向の荷重（以下「受圧荷重」ともいう）も関係する。このため、スプリング６８の荷重とベローズ４５の受圧荷重が、ソレノイド３のオフ時において常にスプリング８８の荷重に打ち勝つようにベローズ４５の受圧面積を設定しておけばよい。その場合、スプリング６８の荷重とスプリング８８の荷重との大小関係は特に問われない。
【0065】
端部材１３は、パワーエレメント６の固定端となっている。端部材１３のボディ５への圧入量を調整することにより、パワーエレメント６の設定荷重（スプリング８８の設定荷重）を調整できる。なお、第１ストッパ８２の中央部がベローズ４５の内方に向けて下方に延在し、第２ストッパ８４の中央部がベローズ４５の内方に向けて上方に延在し、それらがベローズ４５の軸芯を形成している。
【0066】
ベローズ４５は、圧力感知室２３の出口圧力Ｐｅと基準圧力室Ｓの基準圧力との差圧に応じて軸線方向（各弁の開閉方向）に伸長または収縮する。その差圧が小さくなってベローズ４５が伸長するに応じて、弁駆動体２９に開弁方向の感圧駆動力が付与される。出口圧力Ｐｅが低下するほどベローズ４５が伸長し、開弁方向の感圧駆動力が大きくなる。一方、出口圧力Ｐｅが上昇すると、ベローズ４５が収縮して閉弁方向に変位する。その結果、弁駆動体２９ひいては弁体３０が閉弁方向に作動する。このとき、出口圧力Ｐｅが上昇して弁体３０が弁座２２に着座すると、弁駆動体２９は停止する。その際、弁駆動体２９が停止してもなおベローズ４５が収縮すると、弁駆動体２９の上端部がフランジ部８６から離脱し、弁駆動体２９とパワーエレメント６との作動連結が解除される。ただし、ベローズ４５が所定量収縮すると、第２ストッパ８４が第１ストッパ８２に当接して係止されるため、その収縮は規制される。
【0067】
ソレノイド力の調整により、パワーエレメント６の感圧駆動力とのバランスを調整でき、それにより出口圧力Ｐｅの設定値（設定圧力Ｐｓｅｔ）を調整できる。すなわち、膨張弁１は、ソレノイド３への供給電流値が一定である限り、出口圧力Ｐｅがその供給電流値に対応した設定圧力Ｐｓｅｔとなるように自律的に弁部の開度を調整する。このことは、言い換えればソレノイド３への供給電流値を変化させることにより設定圧力Ｐｓｅｔを設定変更可能であることを意味する。また、ソレノイド３への供給電流値を上昇させてソレノイド力を大きくすると、パワーエレメント６の作動状態にかかわらず、弁駆動体２９ひいては弁体３０を強制的に開弁方向に作動させ、弁部を全開状態とすることができる。
【0068】
また、プランジャ６２が弁駆動体２９に固定された状態でソレノイド力を弁体３０に直接的に伝達することができ、弁体３０を開弁方向に大きな力で付勢することができる。この構成は、弁駆動体２９とガイド孔２６との摺動部への異物の噛み込みにより弁体３０の作動がロックした場合に、それを解除するロック解除機構として機能する。
【0069】
本実施形態においては、弁体３０の弁部における有効受圧径Ａ（シール部径）と、弁駆動体２９のガイド孔２６における摺動部径Ｂと、弁駆動体２９のガイド孔２７における摺動部径Ｃとが等しくされる。なお、ここでいう「等しい」とは、完全に等しい概念はもちろん、ほぼ等しい（実質的に等しい）概念を含めてよい。そして、出口圧力Ｐｅを弁駆動体２９の内部通路３５を介してソレノイド３の作動空間６０にも導入する。このため、弁体３０に作用する上流側圧力Ｐｉｎ、下流側圧力Ｐｏｕｔおよび出口圧力Ｐｅの影響がキャンセルされる（圧力キャンセル構造）。その結果、膨張弁１の制御状態において、弁体３０は、パワーエレメント６が圧力感知室２３にて受ける出口圧力Ｐｅに基づいて弁部の開閉方向に動作することになる。
【0070】
弁駆動体２９とプランジャ６２との結合体の前後（図では上下）の圧力を同じ圧力（出口圧力Ｐｅ）とすることができ、それにより圧力キャンセルが実現される。これにより、ベローズ４５の有効受圧径Ｄに依存することなく各弁体の径を設定することもでき、設計自由度が高い。本実施形態では、ベローズ４５の径Ｄを径Ａ，Ｂ，Ｃと等しくしているが、径Ａ，Ｂ，Ｃより大きくしてもよいし、小さくしてもよい。
【0071】
本実施形態では、厳密には弁駆動体２９のガイド孔２６における摺動部径Ｂが弁体３０の有効受圧径Ａよりもやや小さくされ、下流側圧力Ｐｏｕｔと出口圧力Ｐｅとの差圧（Ｐｏｕｔ－Ｐｅ）が弁駆動体２９に対して開弁方向に作用する。なお、このように摺動部径Ｂが有効受圧径Ａよりもやや小さくされることで、弁駆動体２９をボディ５に組み付ける際、弁駆動体２９の上部（パワーエレメント６との連結部）をボディ５の下方から弁孔２０に通すことができる。すなわち、本実施形態のように弁駆動体２９を一体部品（単一部品）で構成したとしても、ボディ５に組み付けることができる。
【0072】
なお、変形例においては、弁駆動体２９のガイド孔２６における摺動部径Ｂと、弁体３０の有効受圧径Ａとを完全に等しくしてもよい。その場合、ガイド孔２６に摺動可能に支持される第１部材と、ガイド孔２７に摺動可能に支持される第２部材とを軸線方向に同軸状に組み付けて弁駆動体２９を構成してもよい。
【0073】
次に、膨張弁１の動作について説明する。
本実施形態では、ソレノイド３への通電制御にＰＷＭ方式（Pulse Width Modulation ）が採用される。このＰＷＭ制御は、所定のデューティ比に設定した４００Ｈｚ程度のパルス電流を供給して制御を行うものであり、制御部１６０により実行される。制御部１６０は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。
本実施形態では、ソレノイド３への通電制御にＰＷＭ方式（Pulse Width Modulation ）が採用される。このＰＷＭ制御は、所定のデューティ比に設定した４００Ｈｚ程度のパルス電流を供給して制御を行うものであり、制御部１６０により実行される。制御部１６０は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。
【0074】
図６～図８は、膨張弁１の動作を表す図である。図６は弁開度の制御状態を示し、図７は弁部の全開状態を示す。既に説明した図５は閉弁状態を示す。図８（Ａ）は図５のＸ部拡大図、図８（Ｂ）は図６のＸ部拡大図、図８（Ｃ）は図７のＸ部拡大図である。以下では図４に基づき、適宜図５～図８を参照しつつ説明する。
【0075】
膨張弁１を閉弁させるときには、ソレノイド３を非通電（オフ）にする。このとき、コア６４とプランジャ６２との間に吸引力が作用しない。一方、スプリング６８により弁駆動体２９が上方に押し下げられる。その結果、図５に示すように、弁体３０が弁座２２に着座して閉弁状態となる（図８（Ａ）参照）。
【0076】
一方、膨張弁１を機能させるときには、ソレノイド３に通電する。このときの供給電流値は、出口圧力Ｐｅの設定圧力Ｐｓｅｔに対応した値とする。それにより、図６に示すように、出口圧力Ｐｅが供給電流値により設定された設定圧力Ｐｓｅｔとなるように弁部の開度が自律的に調整される（図８（Ｂ）参照）。この供給電流値を変更することにより設定圧力Ｐｓｅｔを変更することもできる。
【0077】
膨張弁１に最大流量の冷媒を流したいときには、膨張弁１を全開にするために予め定めた大きさの電流（「全開電流」ともいう）をソレノイド３へ供給する。このときの供給電流値を「全開電流値」とも称す。それにより、図７に示すように、膨張弁１を全開状態とすることができる（図８（Ｃ）参照）。
【0078】
以上に説明したように、本実施形態では、冷暖房装置１００の運転状態において、各膨張弁１により下流側の出口圧力Ｐｅを設定圧力Ｐｓｅｔに迅速に近づけられるとともに、その設定圧力Ｐｓｅｔを適宜変更できる。
【0079】
冷房運転時においては、膨張弁１４２において、パワーエレメント６が蒸発器１１０の出口圧力Ｐｅを感知して弁部を開閉方向に駆動し、その出口圧力Ｐｅを冷房に適切な設定圧力Ｐｓｅｔに迅速に近づけることができる。暖房運転時においては、膨張弁１４０において、パワーエレメント６が室外熱交換器１０６の出口圧力Ｐｅを感知して弁部を開閉方向に駆動し、その出口圧力Ｐｅを暖房に適切な設定圧力Ｐｓｅｔに迅速に近づけることができ。さらに、バッテリ冷却運転においては、膨張弁１４４において、パワーエレメント６がバッテリ用熱交換器１５２の出口圧力Ｐｅを感知して弁部を開閉方向に駆動し、その出口圧力Ｐｅをバッテリ冷却に適切な設定圧力Ｐｓｅｔに迅速に近づけることができる。
【0080】
本実施形態によれば、ソレノイド３への供給電流値を変化させることで、その設定圧力Ｐｓｅｔを任意に変更できる。このため、冷房、暖房、除湿、バッテリ冷却といった各運転状態においてそれぞれ最適な設定圧力Ｐｓｅｔを設定しやすく、その設定変更も迅速に行うことができる。
【0081】
また、膨張弁１がソレノイド駆動の電気駆動弁でありながら、出口圧力Ｐｅのフィードバック機能を有するため、下流側熱交換器が蒸発器である場合には空調装置の吹き出し温度を制御しやすい。
【0082】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【0083】
【0084】
図９に示すように、本変形例の膨張弁２０１は、いわゆるスプール弁として構成されている。ボディ２０５には、段付円孔状の弁孔２２０が形成されている。弁体３０が弁孔２２０に挿抜されることにより弁部を開閉する。
【0085】
ただし、閉弁状態においても弁体３０は弁孔２２０内で着座はせず、弁体３０との間に所定のクリアランスＣＬを形成する（図１０（Ａ））。弁孔２２０の開口端には、微小に拡径したテーパ状の流調部２２２が設けられており、膨張弁２０１の制御状態において、弁体３０が流調部２２２に差し掛かることで、冷媒流量を変化させる（つまり流量を調整する）ことができる（図１０（Ｂ））。ソレノイド３に全開電流を供給することで、膨張弁２０１を全開状態とすることもできる（図１０（Ｃ））。
【0086】
本変形例においても、パワーエレメント６が出口圧力Ｐｅを感知することで、出口圧力Ｐｅを設定圧力Ｐｓｅｔに迅速に近づけることができるとともに、ソレノイド３への供給電流値を変更することで設定圧力Ｐｓｅｔを適宜変更できる。さらに、弁部をスプール構造とすることで、弁部の微小開度においてＰＷＭ制御により弁体３０が振動したとしても、弁体３０が弁座に打ち付けることを防止又は抑制でき、弁部からの異音の発生を抑制できる。
【0087】
図１１は、変形例２に係る膨張弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。
本変形例の膨張弁２２１は、ガイド孔２６の内周面に環状溝２７３が設けられており、Ｏリング７４（シール部材）が嵌着されている。このような構成により、弁駆動体２９とガイド孔２６との間隙を介した冷媒の漏洩を防止できる。なお、変形例においては本実施形態とは逆に、弁駆動体２９の外周面に環状溝を設け、Ｏリング等のシール部材を嵌着させてもよい。
本変形例の膨張弁２２１は、ガイド孔２６の内周面に環状溝２７３が設けられており、Ｏリング７４（シール部材）が嵌着されている。このような構成により、弁駆動体２９とガイド孔２６との間隙を介した冷媒の漏洩を防止できる。なお、変形例においては本実施形態とは逆に、弁駆動体２９の外周面に環状溝を設け、Ｏリング等のシール部材を嵌着させてもよい。
【0088】
図１２は、変形例３に係る膨張弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。
本変形例の膨張弁２３１は、出口圧力Ｐｅをソレノイド３に導入する内部通路が設けられていない。ボディ２３５に形成されるガイド孔２６の内径は、弁孔２０の径よりも十分に小さい。弁駆動体２２９の上端部から延出する縮径部２３０がガイド孔２６を摺動可能に貫通し、パワーエレメント６と作動連結される。
本変形例の膨張弁２３１は、出口圧力Ｐｅをソレノイド３に導入する内部通路が設けられていない。ボディ２３５に形成されるガイド孔２６の内径は、弁孔２０の径よりも十分に小さい。弁駆動体２２９の上端部から延出する縮径部２３０がガイド孔２６を摺動可能に貫通し、パワーエレメント６と作動連結される。
【0089】
弁体３０の有効受圧径Ａと、弁駆動体２２９のガイド孔２７における摺動部径Ｃとは等しいが、弁駆動体２２９のガイド孔２６における摺動部径Ｂはこれらより小さい。ソレノイド３の作動空間６０（図４参照）と下流側圧力室２５とが、弁駆動体２２９の内部通路２５３および連通孔２８を介して連通している。このため、下流側圧力Ｐｏｕｔが作動空間６０に導入される。
【0090】
このような構成により、弁駆動体２２９ひいては弁体３０に作用する冷媒圧力は概ねキャンセルされるものの、縮径部２３０の前後において、下流側圧力Ｐｏｕｔと出口圧力Ｐｅとの差圧（Ｐｏｕｔ－Ｐｅ）が閉弁方向に作用することになる。しかし、縮径部２３０の径が小さいため、その影響も小さい。本変形例によれば、ガイド孔２６を小さくすることで、弁駆動体２２９とガイド孔２６との隙間の断面積を小さくできる。それにより、ガイド孔２６への異物の侵入を抑制できる。
【0091】
図１３は、変形例４に係る膨張弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。
本変形例の膨張弁２４１は、変形例３の膨張弁２３１と比較してパワーエレメント２４６の構造がやや異なる。パワーエレメント２４６は、防振ばね２５０による防振構造を有する。
本変形例の膨張弁２４１は、変形例３の膨張弁２３１と比較してパワーエレメント２４６の構造がやや異なる。パワーエレメント２４６は、防振ばね２５０による防振構造を有する。
【0092】
防振ばね２５０は、円環状のベース部２５２と、ベース部２５２の周縁に沿って等間隔で設けられた複数のばね部２５４を有する。ベース部２５２は、ベローズ４５の底面とフランジ部８６の上面との間に介装される態様で固定されている。各ばね部２５４は、上方に向かうほどベローズ４５との間隔を広げるように斜め上方に延出する。ばね部２５４の先端部には、その外側に向けて半球状の膨出部２５６が突設され、その膨出部２５６が一定の付勢力をもって圧力感知室２３の内壁に当接する。
【0093】
このような構成により、ベローズ４５が伸縮する際には、ばね部２５４がボディ２３５の内周面に沿って摺動する。このため、ＰＷＭ制御による弁駆動体２２９の振動がパワーエレメント２４６に伝達されても、その振動を緩和できる。また、上流側圧力Ｐｉｎ、下流側圧力Ｐｏｕｔおよび出口圧力Ｐｅのいずれかの圧力で脈動が生じたとしても、防振ばね２５０によりこの脈動に伴う弁体３０の振動を緩和できる。
【0094】
［その他の変形例］
上記実施形態では、膨張弁１においてポート１２ａが下流側熱交換器の出口に連通し、ポート１２ｂが下流側機器の入口に連通する例を示した。変形例においては、ポート１２ａおよびポート１２ｂともに下流側熱交換器の出口に連通し、圧力感知室２３に出口圧力Ｐｅを導入してもよい。そのポートの数は複数あってもよいし、単一であってもよい。すなわち、圧力感知室２３は冷媒の圧力を導入する圧力室に留まり、上記実施形態のように冷媒を通過させる内部通路を構成しなくてもよい。
上記実施形態では、膨張弁１においてポート１２ａが下流側熱交換器の出口に連通し、ポート１２ｂが下流側機器の入口に連通する例を示した。変形例においては、ポート１２ａおよびポート１２ｂともに下流側熱交換器の出口に連通し、圧力感知室２３に出口圧力Ｐｅを導入してもよい。そのポートの数は複数あってもよいし、単一であってもよい。すなわち、圧力感知室２３は冷媒の圧力を導入する圧力室に留まり、上記実施形態のように冷媒を通過させる内部通路を構成しなくてもよい。
【0095】
上記実施形態では、膨張弁の下流側の冷媒の圧力である出口側圧力として、下流側熱交換器の出口圧力Ｐｅを感知する構成を例示した。変形例においては、導出ポート（ポート１４）から導出する下流側圧力Ｐｏｕｔを「出口側圧力」として感知してもよい。
【0096】
上記実施形態では、プランジャ６２をコア６４に対して弁駆動体２９と同じ側に配置し、ソレノイド３が供給電流値に応じた開弁方向の駆動力を発生する構成を例示した。すなわち、膨張弁１を常閉弁とし、ソレノイド３への通電をオフにすると閉弁する構成を例示した。変形例においては、膨張弁を常開弁としてもよい。具体的には、プランジャをコアに対して弁駆動体を反対側に配置し、ソレノイドが供給電流値に応じた閉弁方向の駆動力を発生するようにする。それにより、ソレノイド３への通電をオフにすると開弁する構成を実現してもよい。膨張弁をこのような常開弁としても、弁開度の制御中にソレノイドへの供給電流値を変更することで、出口圧力Ｐｅの設定圧力を適宜変更できる。
【0097】
上記実施形態では、感圧部材としてベローズ４５を例示したが、ダイヤフラムを採用してもよい。
【0098】
上記実施形態では述べなかったが、パワーエレメント６の基準圧力室Ｓに感圧用ガスを封入し、膨張弁の下流側の冷媒圧力（出口側圧力）と温度を感知して変位するように構成してもよい。それにより、蒸発器から導出される冷媒が所定の過熱度（スーパーヒート）となる制御を実現してもよい。それにより、空調性能（効率）を高めることができる。様々な運転モードにおいて、最適な過熱度を得ることができる。
【0099】
上記実施形態では、付勢部材をスプリングとしたが、ゴム等その他の付勢部材を採用してもよい。
【0100】
上記実施形態では、ヒートポンプ式冷暖房装置を例示したが、内燃機関エンジンを利用した通常の冷凍サイクルを備えた冷暖房装置であってもよい。上記冷暖房装置は電気自動車に限らず、内燃機関エンジンを備える自動車やハイブリッド自動車に適用することもできる。また、上記膨張弁は、車両に限らず住宅設備その他の空調装置にも適用できる。
【0101】
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【0102】
１ 膨張弁、２ 弁本体、３ ソレノイド、５ ボディ、６ パワーエレメント、７ ボディ、１２ａ ポート、１２ｂ ポート、１４ ポート、１６ ポート、２０ 弁孔、２２ 弁座、２３ 圧力感知室、２４ 弁室、２５ 下流側圧力室、２６ ガイド孔、２７ ガイド孔、２９ 弁駆動体、３０ 弁体、３５ 内部通路、４５ ベローズ、５０ ケース、５４ 電磁コイル、５６ スリーブ、６０ 作動空間、６２ プランジャ、６４ コア、６８ スプリング、７３ 環状溝、７４ Ｏリング、８８ スプリング、１００ 冷暖房装置、１０２ 圧縮機、１０４ 補助凝縮器、１０６ 室外熱交換器、１０８ 受液器、１１０ 蒸発器、１１２ アキュムレータ、１２１ 第１通路、１２２ 第２通路、１２３ 第３通路、１２４ 第４通路、１２５ バイパス通路、１２６ 主通路、１２７ 分岐通路、１２８ バイパス通路、１３０ 開閉弁、１３２ 切替弁、１４０ 膨張弁、１４２ 膨張弁、１４４ 膨張弁、１５０ バッテリ冷却装置、１５２ バッテリ用熱交換器、１６０ 制御部、２０１ 膨張弁、２０５ ボディ、２２０ 弁孔、２２１ 膨張弁、２２２ 流調部、２２９ 弁駆動体、２３０ 縮径部、２３１ 膨張弁、２３５ ボディ、２４１ 膨張弁、２４６ パワーエレメント、２５０ 防振ばね、２５２ ベース部、２５４ ばね部、２５６ 膨出部、２７３ 環状溝、２５３ 内部通路、Ｓ 基準圧力室。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】