CN104565445A - 制冷剂切换阀以及具备制冷剂切换阀的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供组装精度高且提高了可靠性的制冷剂切换阀以及使用了该制冷剂切换阀的设备。制冷剂切换阀具备阀芯(80)、覆盖阀芯(80)的一端开口的阀壳体(66)、以及设于上述阀壳体(66)的一端的阀座板(67),阀座板(67)具备第一阀座板部(67a)、以及设于第一阀座板部(67a)的外周且比第一阀座板部(67a)薄的外周阀座板部(67c),阀壳体(66)具备朝向开口侧扩大的扩大部,该扩大部位于由第一阀座板部(67a)和外周阀座板部(67c)形成的阶梯(H)的高度尺寸内,在阀壳体(66)的外周和外周阀座板部(67c)的外周形成有焊接部(98)。
Description
技术领域
本发明涉及制冷剂切换阀以及具备制冷剂切换阀的设备。
背景技术
作为本发明的背景技术,有下述的专利文献1~专利文献4中记载的发明。
专利文献1(日本专利4112918号公报)中,
权利要求1中公开了,“一种阀装置,其具有:在厚度方向上贯通有制冷剂的流入口以及制冷剂的流出口的阀座板;以覆盖该阀座板的表面侧以及背面侧中的表面侧的方式安装于该阀座板的表面部分的封闭壳体;以及在上述阀座板的表面滑动来开闭上述流入口或上述流出口的阀芯,上述阀装置的特征在于,具有:形成有与上述流入口以及上述流出口分别连通的导管***孔且在上述阀座板的背面侧层叠的导管支承板;和端部在该导管支承板的上述导管***孔内固定而与上述流入口以及上述流出口分别连通的流入导管以及流出导管,上述流入导管以及上述流出导管的各端部被硬钎焊在上述导管***孔内,上述阀座板和上述导管支承板以双方的端部错开的方式层叠,从而在上述接合面的外周缘形成台阶部,上述阀座板与上述导管支承板的接合面的外周侧由金属薄膜以气密的方式密封,上述金属薄膜是在上述阀座板和上述导管支承板层叠的状态下实施的镀膜,因硬钎焊时的热而熔融并因表面张力而集中,从而在上述台阶部形成的部分的膜厚比在其它的区域形成的部分的膜厚更厚。”。
专利文献2(日本专利4118034号公报)中,权利要求1中公开了,“一种阀驱动装置,具有:主体,其包括流体的流入导管以及流出导管而成为流体通路的一部分,且内设开闭与上述流入导管或者上述流出导管连通的阀口来断续上述流体的流动的阀芯;和驱动上述阀芯的驱动单元,上述阀驱动装置的特征在于,在阀口的周围构成阀座,上述阀口在主体壳体内部开口而将对应的上述流入导管或者上述流出导管与外部连接,在形成有该阀座的一个阀座板穿设贯通孔,而分别卡合固定轴以及转子支轴,上述固定轴对内设于上述主体壳体内部的旋转体进行支承,上述转子支轴能够自由旋转地支承作为上述驱动单元的转子,通过焊接将上述固定轴以及转子支轴固定于上述阀座板,并且以气密的方式密封上述贯通孔,上述旋转体是与形成于上述转子的转子小齿轮啮合而向上述阀芯传递驱动力的齿轮,上述固定轴是能够自由旋转地支承该齿轮的齿轮轴。”。
专利文献3(日本专利4183075号公报)中,权利要求1中公开了,“一种阀装置,其具有:在厚度方向上贯通有流体的流入口以及流体的流出口的阀座板;对该阀座板的表面侧以及背面侧中的表面侧进行覆盖的封闭壳体;以与上述流入口以及上述流出口连通的方式固定于上述阀座板的背面侧的流入导管以及流出导管;在上述阀座板的表面侧中的、形成有上述流出口的区域上滑动来开闭该流出口的阀芯;用于驱动上述阀芯的马达;为了以能够旋转的状态支承上述马达的转子而固定于上述阀座板的转子支轴;以及形成为比上述转子支轴短且细、并且为了以能够旋转的状态支承上述阀芯而固定于上述阀座板的阀芯支轴,上述阀装置的特征在于,上述阀座板在该阀座板的面内方向上被分割为构成形成有上述流出口的区域的第一板构成部件和第二板构成部件,上述第二板构成部件是冲压加工品,并形成有用于固定上述转子支轴的第一轴孔,上述第一板构成部件是比上述第二板构成部件厚的切削加工品,通过硬钎焊而与上述第二板构成部件接合,并形成有用于固定上述阀芯支轴的比上述第一轴孔小的第二轴孔。”。
现有技术文献
专利文献1:日本专利第4112918号公报
专利文献2:日本专利第4118034号公报
专利文献3:日本专利第4183075号公报
专利文献1以及专利文献2中记载的结构中,是转子支轴的两端分别由设于阀座板的贯通孔(下轴孔)和设于封闭壳体的轴孔(上轴孔)支承的双支承构造,为了维持阀座板与轴的垂直度精度,要求下轴孔和上轴孔的较高的同轴度,从而需要封闭壳体相对于阀座板的精度良好的定位。
根据专利文献1,封闭壳体通过形成于阀座板的外周缘的阶梯来定位封闭壳体的高度方向以及径向,但没有针对适于封闭壳体的定位的阀座板的阶梯形状的规定。
根据专利文献2,存在如下问题,即,由转子支轴的高度限制来定位封闭壳体的高度方向,并且由阀座板的外周来定位封闭壳体的径向,但原本没有关于利用阀座板的阶梯对封闭壳体进行的定位的记载,并且专利文献2中记载的封闭壳体的定位因利用阀座板的阶梯的定位,而封闭壳体的定位的接触面积显著减少,从而有轴的垂直度精度的可靠性降低的情况。
另外,存在如下问题,即,由于阀芯支轴和阀芯设置在比阀座板的中心偏向外周侧的位置,所以当焊接阀座板和封闭壳体(阀壳体)的外周时的热容易向阀芯传导,树脂制的阀芯温度上升而容易热变形。
专利文献3中记载的结构中,是转子支轴的两端分别由设于第二板构成部件的第一轴孔(下中心轴孔)和设于封闭壳体的轴孔(上中心轴孔)支承的双支承构造,为了维持阀座板和轴的垂直度精度,要求第一轴孔(下中心轴孔)和封闭壳体轴孔(下中心轴孔)的较高的同轴度,从而需要封闭壳体相对于阀座板的精度良好的定位。封闭壳体通过形成于阀座板的外周缘的阶梯来定位封闭壳体的高度方向以及径向,但没有针对适于封闭壳体的定位的阀座板的阶梯形状的规定。
发明内容
鉴于上述实际情况,本发明的目的在于提供组装精度高且提高了可靠性的制冷剂切换阀以及使用了该制冷剂切换阀的设备。
为了解决这样的课题,制冷剂切换阀的特征在于,具备:阀芯;覆盖上述阀芯的一端开口的阀壳体;以及设于上述阀壳体的一端的阀座板,上述阀座板具备:第一阀座板部;以及设于上述第一阀座板部的外周且比上述第一阀座板部薄的外周阀座板部,上述阀壳体具备朝向上述开口侧扩大的扩大部,该扩大部位于由上述第一阀座板部和上述外周阀座板部形成的阶梯的高度尺寸内,在上述阀壳体的外周和上述外周阀座板部的外周形成有焊接部。
发明的效果如下。
根据本发明,能够提供组装精度高且提高了可靠性的制冷剂切换阀以及使用了该制冷剂切换阀的设备。
附图说明
图1是从前方观察第一实施方式的冰箱的正面外观图。
图2是表示冰箱的箱内的结构的图1的E-E剖视图。
图3是表示冰箱的箱内的功能结构的主视图。
图4是放大表示图2的冷却器附近的主要部分放大说明图。
图5是表示使用了第一实施方式的制冷剂切换阀的制冷剂路径的第一模式的图。
图6是表示使用了第一实施方式的制冷剂切换阀的制冷剂路径的第二模式的图。
图7是表示使用了第一实施方式的制冷剂切换阀的制冷剂路径的第三模式的图。
图8是表示使用了第一实施方式的制冷剂切换阀的制冷剂路径的第四模式的图。
图9是表示第一实施方式的制冷剂切换阀的外观的立体图。
图10是图9的G方向向视图。
图11是图10的F-F剖视图。
图12是表示制冷剂切换阀的内部结构的立体图,是假设从制冷剂切换阀取下定子壳体和阀壳体而透视的立体图。
图13是表示转子小齿轮、空转齿轮以及阀芯的结构的立体图。
图14是表示第一实施方式的制冷剂切换阀的连通口的配置和阀芯滑动接触面的形状的说明图。
图15是表示第一实施方式的制冷剂切换阀的阀芯的转动和开闭状态的说明图。
图16是说明切换第一实施方式的制冷剂切换阀后的第一状态至第四状态的制冷剂切换阀的内部结构、制冷剂路径的图。
图17是表示制冷剂切换阀的第二阀座板部、阀芯以及连通管的剖面的放大局部剖视图。
图18是表示在制冷剂切换阀的阀座板硬钎焊有制冷剂流入管、制冷剂流出管以及空转轴的状态的F-F剖视图。
图19是表示在制冷剂切换阀的阀座板硬钎焊有制冷剂流入管、制冷剂流出管以及空转轴的状态的立体图。
图20是表示加宽制冷剂流入管的一部分而将其暂时固定于阀座板的状态的图。
图21是制冷剂切换阀的阀座板的剖视图。
图22是表示阀座板的最外周部和阀壳体的位置关系的剖视图。
图23是表示第二实施方式的制冷剂切换阀的第一状态至第三状态的制冷剂切换阀的内部结构的图。
图24是表示第二实施方式的制冷剂切换阀的阀芯的形状的立体图。
图25是表示第三实施方式的制冷剂切换阀的第一状态至第四状态的制冷剂切换阀的内部结构的图。
图26是表示第四实施方式的制冷剂切换阀的第一状态至第二状态的制冷剂切换阀的内部结构的图。
图27是表示连通管侧的压力上升后的制冷剂切换阀的阀座板、阀芯以及连通管的剖面的放大局部剖视图。
图28是表示第五实施方式的制冷剂切换阀的阀座板的结构的剖视图。
图中:
1—冰箱(设备),1H2—开口周缘部,7—冷却器(蒸发器),17—防止结露配管(制冷剂流通部),51—压缩机,52—冷凝器,54—减压单元,60—制冷剂切换阀,66—阀壳体(壳体),67—阀座板,67a—第一阀座板,67b—第二阀座板(阀座),67c—第三阀座板(外周阀座板),68—流入管,69—连通管(第一连通管、第二连通管、第三连通管),69b—连通管(第一连通管),69c—连通管(第二连通管),69d—连通管(第三连通管),71—阀芯轴,80—阀芯,81—阀芯滑动接触面,82—连通凹部(连通槽),86—板簧(施力单元),87—连通管孔(连通管连接部、第一连通口、第二连通口、第三连通口),88—连通孔(连通管连接部、第一连通口、第二连通口、第三连通口),89—流入管孔,90—研磨精加工面,91—正方形,92—阀芯轴,93—转子轴,94—加宽部,95—压接部,96—缝隙,97—凸量,98—焊接部,A—流入口(流入管连接部),B—连通口(连通管连接部、第一连通口),C—连通口(连通管连接部、第二连通口),D—连通口(连通管连接部、第三连通口)。
具体实施方式
以下,参照附图对作为用于实施本发明的方式的实施方式进行说明。此外,各附图中,对相同的部分标注相同的符号进行表示,并省略重复的说明。
《第一实施方式》
图1是从前方观察第一实施方式的冰箱的正面外观图。图2是表示冰箱的箱内的结构的图1的E-E剖视图。图3是表示冰箱的箱内的功能结构的主视图。图4是放大表示图2的冷却器附近的主要部分放大说明图。
<使用制冷剂切换阀60的设备(冰箱1)的结构>
在说明第一实施方式的制冷剂切换阀60(参照图9等)之前,首先,作为具备制冷剂切换阀60(参照图9等)的设备,以冰箱1为例,并使用图1至图4进行说明。
如图1、图3所示,冰箱1在其主体的冰箱主体1H从上方开始具备冷藏室2、左右并列的制冰室3以及上层冷冻室4、下层冷冻室5以及蔬菜室6。此外,冷藏室2以及蔬菜室6是冷藏温度带的储藏室,温度例如约为3~5℃。另外,制冰室3、上层冷冻室4以及下层冷冻室5是冷冻温度带的储藏室,温度例如约为-18℃。
如图1所示,冷藏室2在前方侧具备左右分割的对开(所谓的法式)的冷藏室门2a、2b。另外,制冰室3、上层冷冻室4、下层冷冻室5以及蔬菜室6分别具备抽拉式的制冰室门3a、上层冷冻室门4a、下层冷冻室门5a以及蔬菜室门6a。此外,以下的说明中,有将冷藏室门2a、2b、制冰室门3a、上层冷冻室门4a、下层冷冻室门5a、蔬菜室门6a仅称作门2a、2b、3a、4a、5a、6a的情况。
在门2a、2b、3a、4a、5a、6a的内侧的周围设有橡胶制的门垫片15(参照图2)。门垫片15在关闭各门2a、2b、3a、4a、5a、6a后,通过弹性变形而与冰箱主体前面16的开口周缘部1H2紧贴来相对于外部空间关闭并封闭储藏空间(冷藏室2、制冰室3、上层冷冻室4、下层冷冻室5、蔬菜室6),从而防止冷气从储藏空间向外部泄漏。
冰箱1具有:门传感器(未图示),其作为门开闭检测、报告单元,而在冰箱主体1H分别检测门2a、2b、3a、4a、5a、6a的开闭状态;以及报警器(未图示),其在判断出各门2a、2b、3a、4a、5a、6a敞开的状态持续规定时间(例如,1分钟以上)的情况下,以报告音向使用者报告。
除此之外,冰箱1具有用于供用户进行冷藏室2的温度设定、上层冷冻室4及下层冷冻室5的温度设定的温度设定器。温度设定器是指具有操作部以及显示部的图1所示的控制面板40。
如图2所示,冰箱主体1H的箱外和箱内由绝热箱体10以绝热的方式分隔,该绝热箱体10是通过在树脂制的内箱10a与钢板制的外箱10b之间填充发泡绝热材料(发泡聚氨酯)而形成的。另外,对于冰箱主体1H的绝热箱体10而言,为了提高绝热性能,沿外箱10b的内表面安装有热传递率更低的多个真空绝热件14。
在冰箱1的箱内,为了抑制热泄漏,由绝热分隔壁11a、11b以绝热的方式划分有多个储藏室,该多个储藏室在冷藏温度带和冷冻温度带的温度带不同的上下方向上配置。
即,由上绝热分隔壁11a以绝热的方式分隔有作为冷藏温度带的储藏室的冷藏室2、作为冷冻温度带的储藏室的上层冷冻室4以及制冰室3(参照图1,图2中未图示制冰室3)。另外,由下绝热分隔壁11b以绝热的方式分隔有作为冷冻温度带的储藏室的下层冷冻室5和作为冷藏温度带的储藏室的蔬菜室6。
在冷藏室门2a、2b的箱内侧,如图2所示,向箱内侧突出地配备有用于容纳(储藏)饮品等的多个门搁架13。另外,冷藏室2由载置食品等的多个搁板12在铅垂方向上划分为多个储藏空间。
具有抽拉式的门的制冰室3、上层冷冻室4、下层冷冻室5以及蔬菜室6在各储藏室的前方所配备的各门3a、4a、5a、6a的后方,一体地分别设有收纳容器3b、4b、5b、6b。而且,通过将手放在门3a、4a、5a、6a的未图示的把手部上而向近前侧拉出,来拉出收纳容器3b、4b、5b、6b。
<防止结露>
此处,若打开冰箱主体1H的各门2a、2b、3a、4a、5a、6a,则温暖的外部空气与冰箱主体前面16的开口周缘部1H2接触。特别是由于制冰室3、上层冷冻室4、下层冷冻室5内是冰点下的冷冻温度带(例如,-18℃),所以在打开门3a、4a、5a的情况下,冰箱主体前面16的开口周缘部1H2与外部空气接触而冷却从而成为露点以下,进而成为外部空气中的水分容易在冰箱主体前面16结露的状态。
并且,若在冰箱主体前面16结露的状态下关闭门3a、4a、5a,则有门垫片15与冰箱主体前面16之间的水滴被冷却为冰点下、从而冻结的担忧。
因此,如图2、图3所示,在制冰室3、上层冷冻室4、下层冷冻室5的开口周缘部1H2,埋设有制冷剂配管17,以防止结露为目的加热开口周缘部1H2而提高露点的温度,该制冷剂配管17使在后述的冷凝器52通过后的高温的制冷剂通过。此处,在制冷剂配管17流动的制冷剂的温度(在后述的冷凝器52通过后的制冷剂的温度)比箱外温度(外部空间的温度)的温度高,例如,当箱外温度为30℃时在制冷剂配管17流动的制冷剂的温度设定为33℃左右。
这样,制冷剂配管17具有利用流动的制冷剂的热对冰箱主体前面16的开口周缘部1H2进行加热、而抑制外部空气中的水分的结露以及冻结的功能。以下的说明中,将制冷剂配管17称作“防止结露配管17”。
此外,本第一实施方式中,防止结露配管17是设置在制冰室3、上层冷冻室4、下层冷冻室5的开口周缘部1H2的结构,但也可以是设置在冷藏室2、蔬菜室6的开口1H2的结构,该情况下,同样得到防止结露的效果。
<冷气循环>
如图2、图3所示,冷却器7配设在下层冷冻室5的大致内侧所配备的冷却器收纳室8内。冷却器7构成为在冷却器配管7d安装有用于扩大导热面积的多个翅片,进行冷却器配管7d内的制冷剂与空气之间的热交换。
另外,在冷却器7的上方,设有箱内送风机9(例如,被马达驱动的风扇)。由箱内送风机9将在冷却器7进行了热交换而变冷的空气(以下,将在冷却器7进行了热交换后的低温的空气称作“冷气”)经由冷藏室送风通道22、蔬菜室送风通道25、制冰室送风通道26a、上层冷冻室送风通道26b以及下层冷冻室送风通道27,而送向冷藏室2、蔬菜室6、制冰室3、上层冷冻室4以及下层冷冻室5的各储藏室。而且,如图2所示,通往冷藏室2、制冰室3、上层冷冻室4、下层冷冻室5以及蔬菜室6的各送风通道(22、26a、26b、27、25)设于冰箱主体1H的各储藏室的背面侧。
安装有箱内送风机9的送风机支承部30在冷却器收纳室8与冷冻温度带室背面分隔件29之间进行划分。
如图4所示,形成有分别向制冰室3、上层冷冻室4、下层冷冻室5吹出冷气的吹出口3c、4c、5c的冷冻温度带室背面分隔件29在上层冷冻室4、制冰室3以及下层冷冻室5与冷却器收纳室8之间进行划分。
送风机罩31配置为覆盖箱内送风机9的前面。在送风机罩31与冷冻温度带室背面分隔件29之间,形成有用于将由箱内送风机9送来的冷气导向吹出口3c、4c、5c的制冰室送风通道26a、上层冷冻室送风通道26b以及下层冷冻室送风通道27。
另外,在送风机罩31的上部形成有吹出口31a,靠近吹出口31a地设有冷冻温度带室冷气控制单元21。
并且,送风机罩31也实现将由箱内送风机9送来的冷气送至冷藏温度带室冷气控制单元20侧的作用。即,不向设于送风机罩31的冷冻温度带室冷气控制单元21侧流动的冷气如图4所示地经由冷藏室上游通道23而被导向冷藏温度带室冷气控制单元20侧。
另外,送风机罩31在箱内送风机9的前面具备整流部31b。整流部31b对吹出的冷气所引起的乱流进行整流,从而防止噪声的产生。
<风门>
冷却器7的冷气被送向哪个储藏室是由图2、图3所示的冷藏温度带室冷气控制单元20以及冷冻温度带室冷气控制单元21的开闭来控制的。
此处,冷藏温度带室冷气控制单元20是具备独立的两个第一、第二开口部20a、20b(参照图3)的所谓双风门,通过开闭第一开口20a来控制通往冷藏室送风通道22的送风,通过开闭第二开口20b来控制通往蔬菜室送风通道25的送风。
如图4所示,冷冻温度带室冷气控制单元21是具备单独的开口部的单风门,通过开闭开口部,来控制通往制冰室送风通道26a、上层冷冻室送风通道26b以及下层冷冻室送风通道27的送风。
<风门对冷藏室2的冷却>
在冷却冷藏室2时,若使冷藏温度带室冷气控制单元20的第一开口20a为打开状态,则冷气经由冷藏室上游通道23(参照图4)以及冷藏室送风通道22,从多层设置的吹出口2c(参照图3)被送向冷藏室2。而且,冷却冷藏室2后的冷气从设于冷藏室2的下部的返回口2d经由冷藏室返回通道24,并从冷却器收纳室8的侧方下部流入冷却器收纳室8内,与冷却器7进行热交换从而被冷却。
<风门对蔬菜室6的冷却>
在冷却蔬菜室6时,若使冷藏温度带室冷气控制单元20的第二开口20b为打开状态,则冷气经由冷藏室上游通道23以及蔬菜室送风通道25(参照图3),从吹出口6c(参照图3)被送向蔬菜室6。而且,冷却蔬菜室6后的冷气经由返回口6d从冷却器收纳室8的下部流入冷却器收纳室8内,与冷却器7进行热交换从而被冷却。
而且,为了使冷藏温度比冷藏室2的冷藏温度稍高,在蔬菜室6循环的风量比在冷藏室2循环的风量、在冷冻温度带室(3、4、5)循环的风量少。
<风门对冷冻室(3、4、5)的冷却>
在冷却冷冻室(3、4、5)时,若使冷冻温度带室冷气控制单元21为打开状态,则冷气经由制冰室送风通道26a、上层冷冻室送风通道26b分别从吹出口3c、4c被送向制冰室3、上层冷冻室4。另外,冷气经由下层冷冻室送风通道27(参照图2)从吹出口5c被送向下层冷冻室5。这样,冷冻温度带室冷气控制单元21安装于送风机罩31(参照图4)的上方,从而容易进行通往配置于其下方的冷冻室(3、4、5)的送风。
经由制冰室送风通道26a被送向制冰室3的冷气、以及经由上层冷冻室送风通道26b被送向上层冷冻室4的冷气向配置于下方的下层冷冻室5下降。而且和经由下层冷冻室送风通道27被送向下层冷冻室5的冷气一起,经由设于下层冷冻室5的里侧下方的冷冻室返回口28而流入冷却器收纳室8内,与冷却器7进行热交换从而被冷却。
而且,冷冻室返回口28的横宽尺寸与冷却器7的宽度尺寸大致相等。
另外,各送风通道等构成为,当冷藏温度带室冷气控制单元20以及冷冻温度带室冷气控制单元21为打开状态时将大部分的冷气送向冷冻温度带室冷气控制单元21侧、将剩余的其它的冷气导向冷藏温度带室冷气控制单元20侧。由此,能够用一个冷却器7向作为温度带不同的储藏室的冷冻温度带室(制冰室3、上层冷冻室4以及下层冷冻室5)以及冷藏温度带室(冷藏室2以及蔬菜室6)供给冷气。
如上所述,被送向冰箱主体1H的各储藏室的冷气的切换能够通过分别适当地开闭控制冷藏温度带室冷气控制单元20以及冷冻温度带室冷气控制单元21来进行。
<除霜装置的除霜加热器35>
如图4所示,在冷却器7的下方设置有作为除霜单元的除霜加热器35。在除霜加热器35的上方,为了防止除霜水向除霜加热器35滴下而设有上部罩36。
因对附着于冷却器7以及其周边的冷却器收纳室8的壁的霜进行除霜(融解)而产生的除霜水向在冷却器收纳室8的下部所配备的流槽32流入,之后,经由排水管33到达配设于机械室50的蒸发皿34而存积,因后述的压缩机51(参照图3)、冷凝器52所产生的热而蒸发,并向冰箱1外排出。
<机械室>
如图3所示,在绝热箱体10的下部背面(里)侧设有机械室50。
在机械室50配置有:压缩制冷剂使之成为高温、高压而将其排出的压缩机51;使制冷剂和空气进行热交换的冷凝器52;促进冷凝器52中的制冷剂和空气的热交换的箱外送风机53;作为细管的减压单元54;以及制冷剂切换阀60。
此外,压缩机51、冷凝器52、减压单元54、以及制冷剂切换阀60通过配管与冷却器7、防止结露配管17连接,从而形成供制冷剂流通的制冷剂路径(制冷剂回路)(以下使用图5至图8进行说明)。
<传感器、控制***>
如图2所示,在冰箱主体1H的顶棚壁1H1的上表面里侧,作为控制单元配置有控制基板41,该控制基板41是安装有具有CPU(Central ProcessingUnit)、ROM(Read Only Memory)或RAM(Random Access Memory)等存储器等的微型计算机、接口电路等的控制单元。
在冰箱1设有如下温度传感器:检测箱外的温度环境(外部空气温度)的外部空气温度传感器42;例如使用水分吸附型固体电解质来检测箱外的湿度环境(外部空气湿度)的外部空气湿度传感器43;检测冷藏室2的温度的冷藏室温度传感器44;检测蔬菜室6的温度的蔬菜室温度传感器45;检测冷冻温度带室(制冰室3、上层冷冻室4以及下层冷冻室5)的温度的冷冻室温度传感器46;以及检测冷却器7的温度的冷却器温度传感器47等。将由上述传感器检测到的温度作为检测信号而输入控制基板41。
另外,控制基板41与分别检测门2a、2b、3a、4a、5a、6a的开闭状态的门传感器(未图示)、设于冷藏室门2a的控制面板40(参照图1)电连接。
而且,控制基板41通过执行预先搭载于上述ROM的控制程序,来进行如下控制从而统一地控制冰箱1整体的运转:压缩机51的接通/断开或旋转速度的控制;分别独立地开闭驱动冷藏温度带室冷气控制单元20以及冷冻温度带室冷气控制单元21的各个驱动马达(未图示)的控制;箱内送风机9的接通/断开或旋转速度的控制;箱外送风机53(参照图3)的接通/断开或旋转速度等的控制;报告门敞开状态的报警器(未图示)的接通/断开;以及制冷剂切换阀60的切换动作等的控制。
以上是作为设备的冰箱1的结构。
<制冷剂路径(制冷剂回路)>
接下来,使用图5至图8,对具备第一实施方式的制冷剂切换阀60(参照图3、图9等)的冰箱1的制冷剂路径(制冷剂回路)、运转模式进行说明。
图5是表示使用了第一实施方式的制冷剂切换阀60的制冷剂路径的第一模式的图。图6是表示使用了第一实施方式的制冷剂切换阀60的制冷剂路径的第二模式的图。图7是表示使用了第一实施方式的制冷剂切换阀60的制冷剂路径的第三模式的图。图8是表示使用了第一实施方式的制冷剂切换阀60的制冷剂路径的第四模式的图。
图5的第一模式是通常的模式,是向防止结露配管17(参照图2、图3)输送高温的制冷剂从而抑制结露的防止结露模式。
图6的第二模式是在没有结露的可能性的环境下制冷剂绕开防止结露配管17的旁通模式。
图7的第三模式是停止压缩机51的停止模式。
图8的第四模式是从防止结露配管17回收制冷剂而实现节能的制冷剂回收模式。
制冷剂切换阀60连接有四个连通管(以下使用图9等说明的流入管68、连通管69b、69c、69d),是具备一个流入口A、三个连通口B、C、D的所谓四通阀。
即,流入口A与流入管68连接,三个连通口B、C、D分别与连通管69b、69c、69d连接。
如图5所示,在流入口A的上游侧连接有第一制冷剂配管55。在第一制冷剂配管55且在上游侧连接有冷凝器52,并且在其上游侧连接有压缩机51的高压侧排出口51o。在连通口B连接有第二制冷剂配管56的一端,经由防止结露配管17而在连通口D连接有第二制冷剂配管56的另一端。在连通口C的下游侧连接有第三制冷剂配管57。
第三制冷剂配管57经由作为下游侧的细管的减压单元54而与冷却器7连接。冷却器7的下游侧与压缩机51的低压侧吸入口51i连接。而且,作为制冷剂路径(制冷剂回路)的制冷剂,例如能够使用处理时的CO2的排出较少的异丁烷。
由于图5至图8所示的第一模式至第四模式分别模式不同,所以制冷剂切换阀60的开闭状态(连通状态)不同,制冷剂的路径(回路)不同。
(图5的第一模式)防止结露模式
图5所示的第一模式(防止结露模式)中,制冷剂切换阀60的流入口A和连通口B连通(制冷剂流动L1),连通口C和连通口D连通(制冷剂流动L2)。
由压缩机51压缩后的高温高压的制冷剂流入冷凝器52,并在冷凝器52中与空气(箱外空气)进行热交换而冷却。从冷凝器52流出的制冷剂在第一制冷剂配管55中通过,而向制冷剂切换阀60的流入口A流入,如制冷剂流动L1所示地从连通口B流出。而且,在第二制冷剂配管56中通过而流入防止结露配管17。
流入防止结露配管17的制冷剂的温度(即,从冷凝器52流出的制冷剂的温度)比箱外空气的温度高,从而流入防止结露配管17的制冷剂对冰箱主体1H的开口周缘部1H2(参照图2、图3)进行加热。由此,冰箱主体1H的开口周缘部1H2的温度上升,露点温度上升,从而抑制结露。
而且,向开口周缘部1H2散热而温度变得比向防止结露配管17流入时低的制冷剂从防止结露配管17流出,而经由第二制冷剂配管56的下游侧,向制冷剂切换阀60的连通口D流入。而且,制冷剂如制冷剂流动L2所示地从连通口C流出,并经由第三制冷剂配管57,在作为细管的减压单元54通过之后,绝热膨胀而变得低温低压。
在减压单元54通过后的制冷剂向作为蒸发器的冷却器7(冷却器配管7d)(参照图4)流入。流入冷却器7(冷却器配管7d)的低温的制冷剂在冷却器7中与周围空气进行热交换而蒸发,并返回压缩机51。
这样,第一模式(防止结露模式)中,由于在防止结露配管17通过的制冷剂温度比设置冰箱主体1H的外部空气温度高,所以即使在外部空气是高温高湿的情况下,冰箱主体1H的开口周缘部1H2的温度也上升,能够抑制冰箱主体1H的开口周缘部1H2的结露。
(图6的第二模式)旁通模式
如图6所示,第二模式(旁通模式)中,制冷剂切换阀60的流入口A和连通口C连通(制冷剂流动L3),连通口B以及连通口D不与其它连通。
由压缩机51压缩后的高温高压的制冷剂向冷凝器52流入,在冷凝器52中与空气(箱外空气)进行热交换从而冷却。从冷凝器52流出的制冷剂在第一制冷剂配管55中通过,向制冷剂切换阀60的流入口A流入,如制冷剂流动L3所示,从连通口C流出,在第三制冷剂配管57中通过,并在作为细管的减压单元54通过之后,绝热膨胀而变得低温低压,向作为蒸发器的冷却器7(冷却器配管7d)流入。向冷却器7(冷却器配管7d)(参照图2)流入的低温的制冷剂在冷却器7中与周围空气进行热交换而蒸发,并返回压缩机51。
若以第一模式(防止结露模式)(参照图5)运转,则温度比外部空气的温度高的制冷剂向防止结露配管17流动,从而有由该热加热储藏室(制冰室3、上层冷冻室4、下层冷冻室5)(参照图3)等的可能。因此,在外部空气为低湿等结露的可能性较低的情况下,以第二模式(旁通模式)运转,从而不向防止结露配管17流动制冷剂。
由此,在虽然没有冰箱主体1H的开口周缘部1H2的防止结露的效果、但结露的可能性较低的情况下,能够防止热从防止结露配管17向冰箱主体1H内部泄漏,从而能够提高冰箱1的节能性能。
制冷剂切换阀60的第一模式(防止结露模式)和第二模式(旁通模式)基于图2所示的外部空气温度传感器42、外部空气湿度传感器43的检测结果来判定是否有结露的可能。
例如,根据由外部空气湿度传感器43检测到的外部空气的湿度求出露点,并根据由外部空气温度传感器42检测到的外部空气温度求出是否是会结露的环境。或者根据由外部空气温度传感器42检测到的外部空气温度求出饱和湿度,并根据由外部空气湿度传感器43检测到的外部空气的湿度求出是否是会结露的环境。
而且,若以在存在结露的可能性的情况下设为第一模式(防止结露模式)、在不存在结露的可能性的情况下设为第二模式(旁通模式)的方式切换模式,则能够仅在会结露的必要时防止结露,除此以外时,即不会结露时能够抑制热泄漏,从而在减少消耗电力方面有效。
(图7的第三模式)停止模式
在图7所示的第三模式(停止模式)中,压缩机51成为停止的状态,制冷剂切换阀60的连通口C关闭。
第三模式中,通过关闭连通口C,来切断制冷剂所循环的回路。即,通过切断制冷剂切换阀60的连通口C,来切断第一制冷剂配管55或冷凝器52、第二制冷剂配管56或制冷剂防止结露配管17内的温度比较高的制冷剂向第三制冷剂配管57或冷却器7流入。由此,能够防止冷却器7的温度上升。
此处,冰箱1在通过冷冻循环进行冷却储藏室(2、3、4、5、6)的运转的情况下,使压缩机51动作直至储藏室成为规定温度以下,若储藏室降低至已设定的规定温度以下则使压缩机51停止。而且,若储藏室上升至比已设定的规定温度高,则再起动压缩机51来冷却储藏室。
在压缩机51的停止时,通过将制冷剂切换阀60设为第三模式(停止模式),能够以低温维持冷却器7内的制冷剂。因此,在压缩机51的再起动时,冷却器7内的制冷剂是低温,从而处于热交换效率较高的状态,进而能够提高冰箱1的节能性能。
(图8的第四模式)制冷剂回收模式
如图8所示,第四模式(制冷剂回收模式)中,制冷剂切换阀60的流入口A和连通口D关闭而不与其它连通,连通口B和连通口C相互连通,制冷剂如制冷剂流动L4那样流动。
由于流入口A与任一个连通口B、C、D均不连通,所以即使使压缩机51运转,制冷剂也不流动,比压缩机51的高压侧排出口51o靠下游侧的冷凝器52、第一制冷剂配管55与压缩机51的高压侧排出口51o连通而成为高压的状态。
另一方面,由于连通口B和连通口C相互连通,所以第二制冷剂配管56和第三制冷剂配管57连通。而且,由于连通口D关闭,所以即使使压缩机51运转,制冷剂也不流动,比连通口D靠下游侧的第二制冷剂配管56和防止结露配管17、从连通口C的下游侧连接到压缩机51的吸入侧的第三制冷剂配管57、作为细管的减压单元54、以及冷却器7因压缩机51的运转,而成为与压缩机51的低压侧吸入口51i相等的低压的状态。
即,若以第四模式(制冷剂回收模式)使压缩机51运转,则能够利用压缩机51的低压侧吸入口51i的低压将第二制冷剂配管56和防止结露配管17内的制冷剂吸引至冷却器7内。而且,在压缩机51的再起动时,成为第二制冷剂配管56和防止结露配管17内的制冷剂量较少的状态,另一方面,在冷却器7内充分地存在制冷剂而成为热交换效率较高的状态,从而能够提高冰箱1的节能性能。
以上是冰箱1的制冷剂回路和第一~第四模式的运转模式。
《制冷剂切换阀60》(连通口B、C、D的配置)
接下来,使用图9至图16对第一实施方式的制冷剂切换阀60的结构和动作进行说明。
图9是表示第一实施方式的制冷剂切换阀60的外观的立体图。图10是图9的G方向向视图。图11是图10的F-F剖视图。图12是表示制冷剂切换阀60的内部结构的立体图,是假设从制冷剂切换阀60取下定子壳体61和阀壳体66而进行透视的立体图。图13是表示转子小齿轮75、空转齿轮79、以及阀芯80的结构的立体图,表示使用了从转子70至阀芯80为止的齿轮的驱动力的传递单元的结构。
如图9、图11所示,在构成制冷剂切换阀60的外装的大致圆筒形状的定子壳体61的内部,形成有卷绕有线圈的马达的作为固定件的大致圆筒形状的定子62。另外,在定子壳体61的一部分,形成有以凸形状向外侧突出的连接器壳体63,在连接器壳体63内设有连接器65,该连接器65具有将来自定子62的线圈的布线与外部的驱动电路连接的连接器销64。
制冷剂切换阀60的对阀芯80进行覆盖的阀壳体66例如由不锈钢材等非磁性体金属通过深拉深加工等一体形成,形成为上端关闭而下端开口、下端侧的直径比上端侧的直径大的有底圆筒形状,开口的下端扩大为凸缘状。
如图11所示,阀壳体66的上侧与定子62的内周部嵌合,另一方面,阀壳体66的下侧成为其直径比上侧扩大的开口端。在该开口端,嵌合圆盘状的阀座板67,并通过焊接对整周进行密封接合。
如图10至图12所示,阀座板67由相互厚度不同的同心圆状的三个部分构成,一体地具有:构成阀座板67的一部分的圆盘形状的第一阀座板部67a;与第一阀座板部67a相比直径小且厚度厚、单向地向连通管69侧凸出而内包第一阀座板部67a的中心的圆盘形状的第二阀座板部67b;以及与第一阀座板部67a相比厚度薄且构成阀座板67的最外周的外部轮廓的第三阀座板部(外周阀座板部)67c。另外,阀座板67的与阀芯80抵接的一侧的面优选为研磨精加工面90。后述阀座板67的结构的详细情况。
如图11至图12所示,在第一阀座板部67a上,一个流入管68以通过硬钎焊密封接合部的方式与其结合,并与阀壳体66的内部连通。
如图10至图12所示,在最厚的第二阀座板部67b上,三个连通管69亦即连通管69b、连通管69c、以及连通管69d以通过硬钎焊密封接合部的方式与其结合,并与阀壳体66的内部连通。而且,如图10以及图11所示,流入管68和连通管69b、连通管69c、连通管69d的一端分别在阀座板67的一个面与朝向阀壳体66内侧开口的流入口A、连通口B、连通口C、连通口D连接。
图11所示的转子70是具有磁铁的马达的旋转件。若将连接器销64连接于驱动电路(未图示)而对定子62的线圈通电,则在定子62产生磁场,经由阀壳体66对转子70的磁铁施加磁场,转子70绕阀芯轴71旋转。该马达的结构的一个例子是一般的步进电机,按恒定的角度旋转,但省略详细的说明。
阀芯轴71是转子70的旋转中心轴,并且成为后述的阀芯80的转动中心的轴。
在第一阀座板部67a或第二阀座板部67b的大致中央、优选为中心位置,形成有作为阀芯轴71的嵌合孔的转子轴孔72,该转子轴孔72是不贯通第二阀座板部67b的有底孔。而且,第一阀座板部67a和第二阀座板部67b以与转子轴孔72同轴的方式配置。
如图11所示,在阀壳体66上部的圆筒有底部的大致中央,形成有作为凹部的转子轴承73。阀芯轴71的一端部嵌合而支承于转子轴孔72,并且另一端部与转子轴承73嵌合而被支承。
阀芯轴71被压入固定于设于阀座板67的一端部的转子轴孔72,且松嵌合地组装于另一端部的转子轴承73。即,一端部的转子轴孔72具有比阀芯轴71的直径稍小的直径,另一端部的转子轴承73具有比阀芯轴71的直径稍大的直径。
但是,由于阀芯轴71以与转子轴孔72无晃动地成为一体的方式被压入固定,所以即使转子轴孔72和转子轴承73的同轴度的精度不高,也能够使阀芯轴71相对于阀座板67垂直精度良好地竖立。由此,提高阀座板67和阀壳体66、阀壳体66和转子70以及转子70和定子62的同轴度。因此,提高马达性能。
(制冷剂切换阀60的流入口A、连通口B、C、D的位置)
如图10所示,在制冷剂切换阀60的下表面开口的连通口B、连通口C、以及连通口D配置于以阀芯轴71(转子轴孔72)为中心的相同圆上。
以下详述连通口B、连通口C、以及连通口D的最佳配置角度。
该第一实施方式中,连通口D设置在相对于阀芯轴71(转子轴孔72)接近流入口A的位置。连通口B设置在隔着阀芯轴71(转子轴孔72)而与连通口B相反的一侧。
连通口C具有在阀芯轴71(转子轴孔72)的侧方的、与连通口B和连通口D相互大致成90°的关系,且设置在空转轴78的附近位置。
此外,若连通口B、连通口C、以及连通口D的位置满足绕阀芯轴71的相互的配置关系,则对于流入口A或空转轴78不限定于本例的位置关系。
如图10、图12所示,在第一阀座板部67a上,在相对于阀芯轴71(转子轴孔72)接近连通口C的一侧,形成有作为后述的空转齿轮79的旋转中心的空转轴78的嵌合孔78a。在嵌合孔78a,以通过硬钎焊密封接合部的方式将空转轴78的一端部结合于第一阀座板部67a。
如图11、图12、图13所示,空转轴78的另一端部不固定,空转轴78是所谓悬臂支承的构造。
转子70一体地支承于转子驱动部74,以阀芯轴71为旋转中心轴,从而转子70和转子驱动部74一体地旋转。如图12所示,在转子驱动部74的下部形成有转子小齿轮75。即,若转子70旋转,则转子驱动部74以及转子小齿轮75一体地旋转。
(阀芯80的阀芯滑动接触面81)
阀芯80一边以一面为阀芯滑动接触面81(参照图13)而与阀座板67的研磨精加工面90相接,一边以阀芯轴71为中心转动。
通过使阀芯80转动,来成为对设于阀座板67的连通口B、C、D(参照图10)进行开闭的结构。
另外,在阀芯80的作为与阀座板67相接的面的阀芯滑动接触面81(参照图13),局部地设有作为凹部的连通凹部82(参照图13),如后文所述,该连通凹部82能够选择连通的两个连通口。此外,连通凹部82的位置、和连通口B、C、D的开闭动作的关系将于后文叙述。另外,在阀芯80的远离阀座板67(参照图11)的一侧的外周设有阀芯齿轮83。
(转子小齿轮75和阀芯80的关系)
对于与转子驱动部74一体形成的转子小齿轮75而言,在转子小齿轮75的下端部的旋转轴周围设置的作为凸部的转子驱动部前端76载置于阀芯80的上表面。而且,转子小齿轮75和阀芯80分别经由转子驱动轴孔77和阀芯轴孔85被配置为能够绕作为共同的中心轴的阀芯轴71自由旋转。
(阀芯80的按压)
如图11、图12所示,板簧86是朝向阀壳体66的上表面内侧而一部分放射状地伸长臂的施力单元,该板簧86配置在支承转子70且与其一体旋转的转子驱动部74的上面。
如图12所示,板簧86的臂将从阀壳体66的上表面内侧受到的阀芯轴71方向的反作用力经由转子驱动部74、转子小齿轮75而施加于阀芯80,从而相对于阀座板67按压阀芯80。并且,对阀芯80也一并施加转子70的自重。
此处,如图13所示,由于转子驱动部前端76与阀芯80接触的位置是阀芯轴71的附近,所以阀芯80在旋转轴(阀芯轴71)的附近、即旋转中心附近沿轴向相对于阀座板67被按压,从而均匀且平衡良好地被按压。
(空转齿轮79)
如图11、图12所示,在空转轴78,能够自由旋转地轴支承有具有空转大齿轮79b和空转小齿轮79a的空转齿轮79。空转大齿轮79b与转子小齿轮75啮合,空转小齿轮79a与阀芯齿轮83啮合,从而进行减速。来自转子70的转矩一边按照转子小齿轮75、空转大齿轮79b、空转小齿轮79a、阀芯齿轮83的顺序减速一边进行传递。此外,来自转子70的转矩与减速至阀芯齿轮83的量相应地变大。
此处,当将转子小齿轮75的齿数设为Z1、将空转大齿轮79b的齿数设为Z2、将空转小齿轮79a的齿数设为Z3、将阀芯齿轮83的齿数设为Z4时,若全部的齿轮的模块相同,且满足Z1+Z2=Z3+Z4的关系,则转子小齿轮75与空转大齿轮79b之间的轴间距离、和空转小齿轮79a与阀芯齿轮83之间的轴间距离相等,从而能够同轴配置转子小齿轮75和阀芯齿轮83。例如,当Z1=12、Z2=34、Z3=13、Z4=33时,Z1+Z2=Z3+Z4=46,从而能够满足该关系。
而且,此时的从转子70至阀芯80的减速比为(Z1×Z3)/(Z2×Z4),上述的例子中为(12×13)/(34×33)=约1/7.2。
根据(转矩)×(减速比)=恒定这一关系,阀芯80以由转子70产生的扭矩的7.2倍的扭矩旋转。因此,阀芯80的转矩有余裕,能够可靠地驱动阀芯80的切换动作。
<流入管68、第二阀座板部67b或阀芯80、空转轴78或空转齿轮79的最佳配置>
接下来,使用图10~图12,对流入管68、第二阀座板部67b或阀芯80、空转轴78或空转齿轮79的最佳配置关系进行说明。
如图10~图12所示,流入管68与阀壳体66的内部连通,从流入口A向阀壳体66内高速地喷出制冷剂。制冷剂通过流入管68而流入到阀壳体66内时,流路面积扩大而流速降低,从与阀芯80的切换状态对应地敞开的流出口B、C、D中的任一个向连通管69流出。
此处,若因从与流入管68连接的流入口A喷出的制冷剂而产生的流体力作用于空转齿轮79,则空转齿轮79浮起、振动而对与空转齿轮79啮合的阀芯80作用力,从而有阀芯80相对于第二阀座板部67b的按压力变化、相对于第二阀座板部67b的密封性降低的可能性。
因此,本第一实施方式中,相对于与阀壳体66的中心轴的阀芯轴71同轴配置的阀芯80,在隔着流出口D的另一侧设有流入口A(流入管68),在流出口C的附近设有空转轴78和空转齿轮79。
或者不限定于该第一实施方式,也可以构成为,相对于阀芯80而在一侧设置流入口A(流入管68),在隔着阀芯80的另一侧设置空转轴78和空转齿轮79。
通过该配置,由于不在流入口A的附近配置空转齿轮79,所以空转齿轮79不会受到因流入阀壳体66内的制冷剂引起的流体力,从而不会产生空转齿轮79浮起或振动的情况。因此,阀芯80相对于阀座板67的按压力不会变化,从而得到相对于阀座板67的稳定的密封性,而得到可靠性高的制冷剂切换阀60。
(阀芯80的挡块84)
另外,如图13所示,阀芯80的一部分形成为比阀芯齿轮83的外周凸出的凸形状的挡块84。通过该结构,当阀芯80顺时针或者逆时针旋转了最大角度时,凸形状的挡块84与空转齿轮79的比空转小齿轮79a向下侧突出的圆筒状的空转挡块79c抵接,而将阀芯齿轮83的旋转角度限制为规定的角度范围。
此外,为了确保需要的转动角度的范围,阀芯齿轮83的旋转角度构成为,在后述的阀芯80的切换动作所需要的转动角度的范围的基础上,多旋转规定的角度例如8°左右的角度后抵接而停止转动。
(悬臂式的空转齿轮79的脱落防止)
如图12所示,在空转齿轮79,且在空转大齿轮79b的上表面形成有圆周状的突起部79s。另外,如图11所示,在转子驱动部74,圆周状地形成有突起部74s。空转齿轮79的空转轴78是悬臂式的构造,但在空转齿轮79的轴向的位置向上方错开的情况下,空转齿轮79的突起部79s与转子驱动部74的突起部74s抵接而无法继续移动。由此,防止空转齿轮79从悬臂式的空转轴78脱落。
<制冷剂切换阀60的动作>
接下来,使用图14~图16对阀芯80对连通口B、C、D的开闭动作进行说明。
作为阀座板67的连通口B、C、D的配置,在假定的正方形91中的三个顶点配置连通口,在由阀芯80开闭连通口B、C、D的方面、阀芯80的转动控制的容易性等看更加适宜。
图14是说明从图9的箭头G方向观察的阀芯80的阀芯滑动接触面81、第一实施方式的连通口B、C、D的位置关系的图。此外,图14~图16中,为了容易理解,对与阀座板67相接的阀芯滑动接触面81附加剖面线进行图示。
(阀芯80的转动间距)
邻接的连通口B、C、D彼此间,连接各个连通口B、C、D与阀芯轴71的中心线所成的角是90°。
此处,连通口B、连通口C以及连通口D分别以每90°邻接配置,从连通口B至连通口D的配置的范围是180°。
若将阀芯80的阀芯滑动接触面81也设为覆盖180°的范围,则阀芯80能够同时覆盖连通口B、C、D。本实施方式中,除此之外,在阀芯80的阀芯滑动接触面81,以仅连通90°的范围的方式设置连通凹部82,并以连通连通口B与连通口C之间的方式配置连通凹部82。即,连通口B、C与连通凹部82连通,连通口D成为由阀芯滑动接触面81覆盖的状态。
阀芯80以图14所示的状态为角度0,从角度0开始向本实施方式中逆时针方向转动。
在本实施方式中向逆时针方向转动270°,向各个方向每转动90°,连通口B、C、D的开闭状态产生变化。
通过图15说明上述的连通口B、C、D的开闭状态。
图15是表示连通口的配置、阀芯的转动以及开闭状态的说明图,与图17相同地进行图示。
图15中图示了,阀芯80的阀芯滑动接触面81绕阀芯轴71向逆时针方向
(1)是与图14相同、角度=0的第一状态,
(2)是转动90°后的第二状态,
(3)是转动180°后的第三状态,
(4)是转动270°后的第四状态。
阀芯80构成为能够从(1)的第一状态转动至(4)的第四状态,并且可逆地能够从(4)的第四状态向(1)的第一状态转动。
图16是说明制冷剂切换阀60与图15(1)的第一状态至(4)的第四状态对应地阀芯80每90°地依次转动后的制冷剂回路的示意图。图16中,连通口B以及连通口D连接第二制冷剂配管56的两端,防止结露配管17设置在连通口B与连通口D之间。连通口C与第三制冷剂配管57连接。
此处,如图9所示,在流入口A,固定有与第一制冷剂配管55连接的流入管68。
在连通口B,固定有与第二制冷剂配管56的一端连接的连通管69b。
在连通口C,固定有与第三制冷剂配管57连接的连通管69c。
在连通口D,固定有与第二制冷剂配管56的另一端连接的连通管69d。
<制冷剂回收模式>
图16(1)的第一状态是图8所示的第四模式,是制冷剂回收模式。
图16(1)的第一状态(制冷剂回收模式)中,连通口B和连通口C通过连通凹部82而相互连通,连通口D由阀芯滑动接触面81关闭。
由于连通口B、连通口C以及连通口D全部由阀芯80覆盖,所以从流入口A向阀壳体66内流入的制冷剂不从阀壳体66内向连通口B、连通口C以及连通口D中任一个流动。因此,是从流入口A向阀壳体66内流入的制冷剂无法从连通口B、C、D中的任一个流出、流入口A关闭的状态。
另一方面,第二制冷剂配管56和第三制冷剂配管57的连通口B和连通口C通过连通凹部82而相互连通。因此,若在该状态下使压缩机51运转,则比连通口D靠下游侧的第二制冷剂配管56和防止结露配管17、从连通口C的下游侧开始与压缩机51的吸入侧连接的第三制冷剂配管57、作为细管的减压单元54、冷却器7成为与压缩机51的低压侧吸入口51i相等的低压的状态,从而从防止结露配管17等向冷却器7内回收制冷剂。
<停止模式>
图16(2)的第二状态是图7所示的第三模式,是压缩机51停止的停止模式。
图16(2)的第二状态下,流入口A和连通口D经由阀壳体66的内部空间而连通,连通口C、B关闭。该情况下,压缩机51停止,制冷剂不流动。
<旁通模式>
图16(3)的第三状态是图6所示的第二模式,是制冷剂不向防止结露配管17流动的旁通模式。
图16(3)的第三状态下,连通口B以及连通口D关闭。
由于与连通口B、D连接的第二制冷剂配管56的两端关闭,所以由压缩机51压缩且经由冷凝器52从制冷剂切换阀60的流入口A流入的制冷剂经由阀壳体66内而向连通口C流动。而且,制冷剂在从连通口C经由第三制冷剂配管57在作为细管的减压单元54通过后,绝热膨胀而变得低温低压,向冷却器7流入。流入冷却器7(冷却器配管7d)的低温的制冷剂与周围空气进行热交换后返回压缩机51。
<防止结露模式>
图16(4)的第四状态是图5所示的第一模式,是制冷剂向防止结露配管17流动的通常模式亦即防止结露模式。
图16(4)的第四状态下,连通口B开口,连通口C以及连通口D在连通凹部82开口而相互连通。由压缩机51压缩且经由冷凝器52从制冷剂切换阀60的流入口A流入的制冷剂经由阀壳体66(参照图11)内而从连通口B向第二制冷剂配管56流出。
制冷剂经由防止结露配管17而从连通口D向连通凹部82流入,从连通口C流出并经由第三制冷剂配管57在作为细管的减压单元54通过,之后绝热膨胀而变得低温低压,向冷却器7流入。流入冷却器7(冷却器配管7d)的低温的制冷剂与周围空气进行热交换而返回压缩机51。
此处,本实施方式中对以能够切换的方式具备制冷剂回收模式、停止模式、旁通模式以及防止结露模式等四个模式的方式进行了说明,但也可以不使用制冷剂回收模式,而是以能够切换的方式具备停止模式、旁通模式以及防止结露模式等三个模式的方式。这样的具备三个模式的实施方式中,通过以使阀芯80能够仅转动图15和图16中的(2)第二状态至(4)第四状态的180°的方式,在限制阀芯80的旋转角度的位置设置挡块84,能够实现。
此外,连通口B、C、D的以阀芯轴71为中心的角度、连通凹部82的尺寸若能够实现上述四个模式则没有特别限制,不一定限定于上述位置关系。
《阀座构造》
接下来,使用图17至图22进一步对第一实施方式的制冷剂切换阀60的阀座构造进行说明。
图17是表示制冷剂切换阀60的第二阀座板部67b、阀芯80以及连通管69的剖面的放大局部剖视图。
图18是表示制冷剂切换阀60的阀座板67、连通管69、流入管68、以及空转轴78的图10中的F-F剖面的放大局部剖视图。图19是假设表示在阀座板67压入阀芯轴71的状态的分解立体图。图20是表示第一阀座板部67a和流入管68的剖面形状的放大局部剖视图。图21是表示研磨阀座板的一面后的形状的与图18相同的剖视图。图22是表示第三阀座板部67c和阀壳体66的剖面的放大局部剖视图。
如图17所示,第二阀座板部67b的直径比外周的第一阀座板部67a的直径小,一体同心,且设有阶梯。
在第二阀座板部67b的中央,从配置阀芯80的一侧穿设有不贯通的有底的转子轴孔72,压入而固定支承阀芯轴71。另外,与转子轴孔72邻接地开口有与连通管69(69b、69c、69d)分别连接的连通孔88(连通管孔87)。此外,图17中,表示与连通管69(69b、69c、69d)分别连接的三个连通孔88(连通管孔87)中的一个。
此处,对于连通孔88、连通管孔87而言,配置阀芯80的一侧开口有直径d0(例如,左右)的连通孔88,配置阀芯80的一侧的相反侧的连通管孔87扩大为直径d1(d1>d0)。在连通管孔87的直径d1的部分,嵌合而硬钎焊地接合连通管69。
上述连通管69所连接的连通孔88、连通管孔87配置为,通过阀芯80的转动而能够与设于阀芯滑动接触面81的连通凹部82重叠。
另一方面,连通管69一般使用铜管作为制冷剂配管,嵌合而硬钎焊连通管69的连通管孔87具有比连通孔88的内径粗的直径d1(例如,左右),硬钎焊时,为了相对于第二阀座板部67b进行定位,需要某程度的深度t2(例如,2mm左右)。
此处,当将第二阀座板部67b的厚度设为t0、将有底的转子轴孔72的深度设为t1、将嵌合连通管69b、连通管69c、连通管69d的深度设为t2时,若满足t0>(t1+t2)的关系,则转子轴孔72和连通管孔87干涉而不打开孔。因此,在对连通管69进行硬钎焊时,不向转子轴孔72流入焊剂,从而适宜。这能够例如作为t0=5mm、t1=t2=2mm来实现。
如图17所示,连通管孔87和转子轴孔72在正面观察研磨精加工面90的情况下不重叠进一步抑制两者的干涉,从而优选。
通过将转子轴孔72设置于具有厚度的第二阀座板部67b,能够更加深地压入阀芯轴71,从而优选。
接下来,使用图17、图19对阀座板67和阀芯轴71的适宜的结构进行说明。
由于阀芯轴71被压入有底的转子轴孔72直至深度t1而嵌合固定,不进行硬钎焊,所以具有如下效果,即,焊剂不向阀芯轴71与第二阀座板部67b的接合部侵入,焊剂不会因表面张力而在角部凸片状地伸出,并且不会因伸出的焊剂而妨碍阀芯80与第二阀座板部67b的紧贴。并且,在通过硬钎焊固定轴的情况下,在轴与轴孔之间需要用于流入焊剂的例如0.05~0.1mm左右的缝隙,所以因该缝隙而在轴与轴孔之间产生垂直度的误差。即,即使相对于第二阀座板部67b的与阀芯80的滑动接触面以较高的垂直度对转子轴孔72进行了开孔加工,阀芯轴71的硬钎焊后的垂直度也比开孔加工的垂直度差。
另一方面,本实施方式中,由于阀芯轴71被压入转子轴孔72,所以具有如下效果,即,阀芯轴71不会相对于转子轴孔72产生错位,阀芯轴71得到与转子轴孔72的开孔加工精度同等的精度,从而阀芯轴71相对于阀座板67无误差地固定而得到较高的垂直精度。
接下来,通过图17对连通槽82的适宜的尺寸进行说明。
图15所示的第一实施方式的(1)第一状态、(4)第四状态下,制冷剂在连通凹部82通过而流动。
此处,作为连通凹部82的剖面尺寸,优选将图17所示的连通凹部82的宽度w设为与大体连通孔88的直径d0相等的值或比大体连通孔88的直径d0稍大的值,将图17所示的连通凹部82的深度h设为与w大致相等的尺寸。
通过设为这样的尺寸,具有如下效果,即,当制冷剂从连通口B、C、D向连通凹部82流入时,能够抑制流路面积急剧扩大而引起的压力损失。
如图18及图19所示,流入管68或流入管孔89在阀座板67中具备中间的厚度t4的第一阀座板部67a设置是适宜的。即,流入管68与流入管孔89的位置关系虽然不需要较高的垂直精度,但为了确保硬钎焊后的强度,第一阀座板部67a优选不是如外周的第三阀座板部67c那样程度的薄壁。
另一方面,为了使熔融的焊剂可靠地进入到流入管68与流入管孔89之间,第一阀座板部67a优选不是如设置连通管69的最厚部亦即第二阀座板部67b那样较厚。并且,由于流入管68与流入管孔89的缝隙最多为0.05~0.1mm,所以在流入管孔89贯通流入管68时,第一阀座板部67a不过厚的话组装性良好。因此,流入管68或流入管孔89在阀座板67中具备中间的厚度t4的第一阀座板部67a设置是最适宜的。
接下来,通过图20对穿设于第一阀座板部67a的流入管孔89和流入管68的关系进行说明。
图20是表示将流入管68通过穿设于第一阀座板部67a的流入管孔89后加宽流入管68前端而进行暂时固定的、硬钎焊前的状态的图,图20(a)是图19的J向视图,图20(b)是图20(a)的K-K剖视图,图示上方是阀壳体66内部,制冷剂从图示下方通过流入管68而向阀壳体66内部流入。
流入管孔89的内径比流入管68的外径大0.05~0.1mm,构成为产生缝隙。该缝隙是在硬钎焊时熔融的焊剂进入到流入管68与流入管孔89之间所需要的,若缝隙过小则有焊剂无法进入、无法密封流入管68和流入管孔89等问题。
另一方面,硬钎焊以前的状态下,由于流入管68和流入管孔89仅是嵌合的状态,所以是产生缝隙的状态,从而当硬钎焊时产生流入管68的错位的问题。因此,优选是保持在流入管68与流入管孔89之间流入焊剂所需要的缝隙、并且在相互压接而硬钎焊结束之前位置不偏离的结构。
作为这样的结构的一个例子,如图20所示,在将流入管68以从第一阀座板部67a向内侧突出规定的凸量97配置之后,沿流入管68的端面圆周上的箭头方向将两个位置设为加宽部94而加宽,使流入管68的端部局部变形,而通过在与加宽部94对应的压接部95中与流入管孔89内侧压接,从而能够防止流入管68与第一阀座板部67a的错位,并且能够在流入管68与流入管孔89之间确保焊剂流入所需要的缝隙96。
本实施方式中,表示了加宽流入管68的两个位置的结构,但不限定于加宽两个位置也可以加宽三个位置,能够在流入管68与流入管孔89之间确保焊剂流入所需要的缝隙96即可。
若加宽两个位置则流入管68的内侧的端面大体成为椭圆形或长圆形,若加宽三个位置则成为所谓“饭团形状”。
此外,构成为焊剂因表面张力也在流入管孔89内侧与压接部95之间环绕。
(阀芯80的中心配置的效果)
图9至图12所示的阀壳体66和作为阀座板67的外周的第三阀座板部67c构成为在最外周的焊接部98中例如通过TIG焊接(钨、非活性气体焊接)、激光焊接而密封。另一方面,阀芯80、空转齿轮79(参照图11、图13)例如由PPS(聚苯硫醚树脂)等耐热性树脂制作而成,但对于温度上升存在极限。特别是,由于阀芯80的阀芯滑动接触面81有即使产生微量的热变形也无法密封制冷剂的担忧,所以优选是抑制阀芯80的温度上升的结构。
该第一实施方式的制冷剂切换阀60的结构中,阀芯80与转子70同轴配置,且是配置为绕设于阀壳体66的中心及阀座板67的中心的阀芯轴71转动的结构。因此,如图11所示,阀芯80配置于离焊接部98最远的位置。
由此,由于在焊接时的热最难以传递且温度最难以上升的中心位置配置阀芯80,所以具有能够抑制阀壳体66与阀座板67的接合时的阀芯80的热变形的效果。
并且,如图18或图19所示,作为阀座板67的外周的第三阀座板部67c比第一阀座板部67a薄,在阀座板67中最薄,厚度为t3。在焊接阀壳体66和第三阀座板部67c时,焊接部的温度需要上升至阀壳体66和第三阀座板部67c熔融的温度,但必须抑制内部的阀芯80、空转齿轮79的温度上升。为此,优选变薄焊接时熔融的外周部的厚度,而以少量的热量充分地使温度上升,并且减少该热朝向阀座板67的内周传导的热量。
为此,通过将设置于外周的最薄的第三阀座板部67c的厚度t3与内周的最厚的厚度t0的第二阀座板部67b之间的第一阀座板部67a的厚度t4设为t3<t4<t0的关系,从而作为外周部的第三阀座板部67c和阀壳体66外周部以少量的热量熔融而可靠地焊接,并且,通过使第一阀座板部67a的厚度比第二阀座板部67b薄来抑制热传导,能够抑制阀芯80、空转齿轮79的温度上升,从而是适宜的。
接下来,通过图21对阀座板67中、与阀芯80的阀芯滑动接触面81滑动接触的表面形状的详细情况进行说明。图21是图10所示的F-F剖视图中仅表示阀座板67的剖视图。
第一阀座板部67a和第二阀座板部67b的朝向阀芯80的一侧的面、即图11、图12以及图17至图19中图示上方的面是相同的平面,并且第二阀座板部67b是通过阀芯80的转动动作而敞开或关闭连通口B、连通口C、连通口D的滑动面,需要较高的平面精度,从而为研磨精加工面90。
如图18等所示,设于第二板部67b的、与设有连通管孔87的一面对置的一面是设有与连通管孔87连通的连通孔88的研磨精加工面90,第一板部67a的一面以与研磨精加工面90平坦地连续的方式设置。第三板部67c以与第一板部67a的一面所对置的面平坦地连续的方式设置。此外,第三板部67c也可以在与第一板部67a的一面对置的一面的一侧设置。
研磨精加工作业例如通过使用了砂轮的研磨机、使用了泥浆状的研磨剂的抛光研磨盘等进行,但由于研磨精加工面90中、与中央部相比外周缘部与砂轮的压接力较大而容易研磨,从而产生所谓“塌边”。即在阀座板67的阀芯80侧的面,如图21所示,从研磨精加工面90的外周开始在e的范围内产生深度s程度的塌边,例如e为1~2mm左右,s为5~10μm左右。
在从外周开始除去e的范围的内侧的范围内,由于不产生塌边所以得到面精度较高的面。此处,当将阀芯滑动接触面81的直径设为d时,通过在从外周开始比e的范围充分靠内周设置直径d的范围,能够没有研磨所引起塌边的影响,能够以较高的精度无缝隙地使阀芯滑动接触面81和阀座板67滑动接触,从而具有提高密封性而减少制冷剂的泄漏、提高阀的切换精度的效果。
接下来,通过图22对第一阀座板部67a、第三阀座板部(外周阀座板部)67c、以及阀壳体66的适宜的形状进行说明。图22是表示阀座板67与阀壳体66的外周的焊接部98附近的剖视图。
在厚度为t4且直径为D1的第一阀座板部67a和外周部的厚度为t3的第三阀座板部(外周阀座板部)67c中,若以成为相同面的方式配置第一阀座板部67a和第三阀座板部67c的图示下表面,则在第一阀座板部67a的图示上表面与第三阀座板部67c的图示上表面之间产生阶梯H。此处,H=(t4-t3)。
阀壳体66的以直径D1开口的下端形成为凸缘状或者凸边状地比D1扩大的扩大部,其外周直径与第三阀座板部67c的外周相同或几乎相等。通过焊接来密封并接合阀壳体66的外周与第三阀座板部67c的外周的边界部的整周上的焊接部98。
焊接时,必须同轴精度良好地焊接阀壳体66和阀座板67。阀壳体66通过深拉深加工等一体成形,从而从直径D1的圆筒形状凸缘状地扩大的扩大部的内周的棱线部成为带有与阀壳体66的板厚相等或比板厚稍大的弯曲R的剖面形状。
因此,将第一阀座板部67a的图示上表面与第三阀座板部67c的图示上表面之间的阶梯H设为比阀壳体66的弯曲R大,即H>R。换言之,在阶梯H的高度尺寸内存在由弯曲R形成的扩大部。由此,在从第一阀座板部67a的图示上表面开始(H-R)的范围、即扩大部的上部位置,阀壳体66的内周和第一阀座板部67a的外周在直径D1的圆筒部处相互嵌合,从而能够同轴精度良好地定位阀壳体66的内周和第一阀座板部67a的外周,焊接后也能够确保较高的同轴度,从而是适宜的。
<作用、效果>
1.制冷剂切换阀60通过切换阀芯80,来提高制冷剂的切换性能。
如图14~图16所示,第一实施方式的制冷剂切换阀60通过切换阀芯80,能够切换如下四个状态:图16(1)所示的流入管68(流入口A)与连通管69b(连通口B)、连通管69c(连通口C)及连通管69d(连通口D)中任一个均不连通、并且连通管69b(连通口B)和连通管69c(连通口C)相互连通且连通管69d(连通口D)关闭的第一状态(制冷剂回收模式);图16(2)所示的流入管68(流入口A)和连通管69d(连通口D)连通、并且连通管69b(连通口B)和连通管69c(连通口C)关闭的第二状态(停止模式);图16(3)所示的流入管68(流入口A)和连通管69c(连通口C)连通、并且连通管69b(连通口B)和连通管69d(连通口D)关闭的第三状态(旁通模式);图16(4)所示的流入管68(流入口A)和连通管69b(连通口B)连通、并且连通管69c(连通口C)和连通管69d(连通口D)相互连通的第四状态(防止结露模式)。
由此,能够提供提高了制冷剂的切换性能的制冷剂切换阀60。另外,能够进行符合具备制冷剂切换阀60的设备(冰箱1)的实际使用状态的制冷剂的切换。
2.利用制冷剂切换阀60能够切换设备的冰箱1的模式。
如通过图5~图8以及图14~图16所说明那样,具备第一实施方式的制冷剂切换阀60的设备(冰箱1)能够通过一个制冷剂切换阀60的动作来切换如下四个制冷剂路径(制冷剂回路)的模式:向防止结露配管17供给温度比外部空气的温度高的制冷剂而防止结露的第一模式(参照图5、图16(4));减少来自防止结露配管17的热泄漏的第二模式(参照图6、图16(3));在停止压缩机51时以低温维持冷却器7内的制冷剂的温度的第三模式(参照图7、图16(2));减少防止结露配管17内的制冷剂量的第四模式(参照图8、图16(1))。
由此,设于设备(冰箱1)的制冷剂路径(制冷剂回路)的阀仅是制冷剂切换阀60,能够不追加其它的阀而构成冷冻循环,所以能够廉价地构成。另外,制冷剂切换阀60的切换控制、配置不复杂,从而能够提高具备制冷剂切换阀60的设备(冰箱1)的可靠性。
或者,也可以不具备减少防止结露配管17内的制冷剂量的第四模式,而够构成为仅具备防止结露的第一模式(参照图5、图16(4))、减少来自防止结露配管17的热泄漏的第二模式(参照图6、图16(3))、在停止压缩机51时以低温维持冷却器7内的制冷剂的温度的第三模式(参照图7、图16(2))。
3.能进行防止结露模式和旁通模式(不向防止结露配管17流动制冷剂的模式)的切换。
具备制冷剂切换阀60的设备(冰箱1)与图2所示的外部空气湿度传感器43、外部空气温度传感器42的测定结果对应地,在外部空气是高温高湿且存在结露的可能性的情况下,能够将制冷剂路径(制冷剂回路)切换为第一模式(防止结露模式)(参照图5、图16(4)),在外部空气是低湿且没有结露的可能性的情况下,能够将制冷剂路径(制冷剂回路)切换为第二模式(旁通模式)(参照图6、图16(3))。此外,如上所述,该模式的切换能够通过制冷剂切换阀60的动作来切换。
由此,在存在结露的可能性的情况下,使高温的制冷剂通过防止结露配管17,使储藏室(3、4、5)的开口前面周缘部1H2的温度比储藏室温度高而提高露点从而能够防止结露。另外,在没有结露的可能性的情况下,使防止结露配管17的制冷剂的通过停止,能够抑制来自防止结露配管17的热向储藏室内部泄漏而增加耗能。因而,具有节能效果,从而能够减少运转成本。
4.能够实现模式的切换的高速化。
第一模式(防止结露模式)(参照图5、图16(4))和第二模式(旁通模式)(参照图6、图16(3))通过使阀芯80的旋转角度相互旋转90°能够进行切换。因此,经由防止结露配管17的第一模式和不经由防止结露配管17的第二模式之间的切换能够以极短的时间来进行。
5.具有防止节流运转的效果。
此处,对下述结构的问题点进行说明,即,在切换经由防止结露配管17的第一模式(防止结露模式)(参照图5、图16(4))和不经由防止结露配管17的第二模式(旁通模式)(参照图6、图16(3))时,暂且经由停止压缩机51的第三模式(停止模式)(参照图7、图16(2))或减少防止结露配管17内的制冷剂量的第四模式(制冷剂回收模式)(参照图8、图16(1))后进行切换。
第三模式(停止模式)和第四模式(制冷剂回收模式)中,与压缩机51的高压侧排出口51o连通的流入口A和与压缩机51的低压侧吸入口51i连通的连通口C均不连通,制冷剂回路均关闭。因此,若在该状态下使压缩机51运转,则高压侧排出口51o的压力上升,低压侧吸入口51i的压力降低,但由于制冷剂不流动,所以压缩机51成为仅空转的所谓节流状态。这样的状态下使压缩机51运转会产生过大的压力上升,从而不推荐。
因此,在构成为在切换经由防止结露配管17的第一模式(防止结露模式)(参照图5、图16(4))和绕开防止结露配管17的第二模式(旁通模式)(参照图6、图16(3))时暂且经由第三模式(停止模式)(参照图7、图16(2))或第四模式(制冷剂回收模式)(参照图8、图16(1))的情况下,此时优选停止压缩机51,但每当切换第一模式(防止结露模式)和第二模式(旁通模式)时,需要压缩机51的停止和再起动的工序,从而有模式的切换动作花费时间的问题。
另一方面,若保持压缩机51运转不变地切换第一模式和第二模式,则在切换动作期间变成保持压缩机51运转不变地经由第三模式(停止模式)或第四模式(制冷剂回收模式),从而成为节流状态下的运转,而对于压缩机51而言有不推荐的问题。
根据第一实施方式,在切换经由防止结露配管17的第一模式(防止结露模式)和不经由防止结露配管17的第二模式(旁通模式)时不经由其它的模式。因此,即使保持压缩机51运转不变地进行切换动作,也不会在节流的状态下进行运转,能够在短时间内进行切换动作,并且不会产生压缩机51的过大的压力上升,从而能够提高具备制冷剂切换阀60的设备(冰箱1)的可靠性。
此外,该第一实施方式中,如图14~图16所示,举例表示了依次在图示顺时针方向上90°地配置连通口B、连通口C以及连通口D的情况,但即使在相反地与图示相反的逆时针方向上每90°地配置的情况下,若将阀芯滑动接触面81的形状和旋转动作方向设为与图示左右对称的镜像,则能够进行与图15、图16所示的相同的连通口B、C、D的切换和制冷剂回路的切换动作。
6.能够实现配管的简化。
以往,在为了切换经由防止结露配管17的防止结露模式(第一模式)和绕开防止结露配管17的旁通模式(第二模式)而设有制冷剂切换阀和制冷剂逆流防止阀的结构的情况下,作为四通阀的制冷剂切换阀具备一根流入管和三根连通管,制冷剂逆流防止阀具备一根流入管和一根出口管,从而为了与制冷剂回路连接至少需要通过硬钎焊连接六个位置。
与此相对,第一实施方式(本发明)的制冷剂切换阀60中,如图9、图10所示,制冷剂切换阀60具备一根流入管68和三根连通管69(69a、69b、69c)共计四根管,除此之外不需要制冷剂逆流防止阀,从而为了将制冷剂切换阀60连接于制冷剂回路,对四个位置进行硬钎焊即可,能够减少硬钎焊部位进而实现低成本化。
并且,在以往的具备制冷剂切换阀和制冷剂逆流防止阀的结构的情况下,为了将制冷剂配管的一部分连接于制冷剂逆流防止阀的一端和另一端,与没有制冷剂逆流防止阀的情况比较,制冷剂配管的长度较长。第一实施方式(本发明)中,由于未设置制冷剂逆流防止阀,所以不需要增长制冷剂配管的长度,从而节约制冷剂配管的材料而对于资源保护也有效果。
此外,上述的说明中,对以往的具备制冷剂切换阀和制冷剂逆流防止阀的结构、和第一实施方式进行比较而进行了说明,但不限定于与设置有制冷剂逆流防止阀的结构的比较,与以往的具备2式的作为电磁阀的制冷剂切换阀的结构比较,该第一实施方式也能够减少硬钎焊部位,并且不需要增长制冷剂配管的长度,从而可知能够节约制冷剂配管的材料而在资源保护也具有效果。
7.利用制冷剂的压力来提高紧贴性。
第一实施方式的制冷剂切换阀60中,来自压缩机51的高压的制冷剂经由第一制冷剂配管55(参照图5)、流入管68(参照图11)、流入口A(参照图10)向阀壳体66内的空间流入。
因此,制冷剂的压力作为将阀芯80向阀座板67按压的方向的力而施加于图11所示的阀壳体66内的阀芯80。由此,提高阀芯80的阀芯滑动接触面81与阀座板67之间的紧贴性,而能够减少制冷剂的泄漏。
8.能够实现制冷剂切换阀60(的投影面积)的小型化。
如图11所示,第一实施方式的制冷剂切换阀60中,与转子70以及转子驱动部74一体旋转的转子小齿轮75在阀芯80上重叠,转子小齿轮75和阀芯80配置为能够同轴地绕作为共同的旋转轴的阀芯轴71自由旋转。另外,绕与阀芯轴71分开设置的空转轴78配置有空转齿轮79,该空转齿轮79一体地设有空转大齿轮79b和空转小齿轮79a。
而且,使转子小齿轮75和空转大齿轮79b啮合而减速,并且使空转小齿轮79a和阀芯齿轮83啮合而进一步减速。由此,转子小齿轮75、空转齿轮79、阀芯齿轮83这三个齿轮能够绕阀芯轴71和空转轴78这两根轴配置。
因此,能够在两个齿轮的投影面积上配置三个齿轮,从而能够使制冷剂切换阀60小型化。
9.能够增加阀芯80的转矩。
由于从转子小齿轮75至阀芯齿轮83进行两个阶段的减速,所以减速比变大,从而能够增大向阀芯80传递的转矩。因此,能够可靠地进行阀芯80的切换动作。
另外,即使阀芯80与阀座(第二阀座板部67b)的摩擦增加,转矩也不会不足(转矩较大),从而阀芯80不需要使用特别的低摩擦材料。另外,即使是转矩低的定子和转子的组合,也能够增大转矩而进行动作,从而能够使制冷剂切换阀60廉价。
10.能够确保阀芯80对第二阀座板部67b的适度的按压力。
如图11所示,制冷剂切换阀60中,转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75)和阀芯80以共同的阀芯轴71同轴配置,转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75)载置于阀芯80上,而以板簧86对转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75)进行施力。
由此,利用板簧86的作用力和转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75)的自重,相对于阀座(第二阀座板部67b)对阀芯80施力,所以以适度的按压力将阀芯滑动接触面81按压于阀座(第二阀座板部67b),从而能够得到可靠地关闭制冷剂的按压力。
11.能够将阀芯轴71设为简易的双支承构造。
如图11所示,制冷剂切换阀60中,支承阀芯80的阀芯轴71是如下双支承构造,即,被压入而支承于在通过阀芯滑动接触面81而与阀芯80相接的阀座的第二阀座板部67b上设置的有底的转子轴孔72,并且通过设于阀壳体66的上端的作为凹部的转子轴承73来支承两端。
因此,容易得到阀芯80的支承刚性、精度,在阀芯滑动接触面81中能够可靠地关闭制冷剂。除此之外,由于是转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75)绕阀芯轴71旋转的结构,所以不需要在转子轴孔72、转子轴承73设置高精度的轴承,从而能够使制冷剂切换阀60廉价。
另外,设置需要绕阀芯轴71旋转精度的转子70和阀芯80,转子70和阀芯80构成为绕相同的轴转动,从而容易得到同轴度且旋转精度较高。
12.由于空转轴78是悬臂构造,所以提高制冷剂切换阀60的组装性。
如图11所示,第一实施方式的制冷剂切换阀60中,空转轴78成为悬臂构造,从而提高制冷剂切换阀60的组装性。此外,即使在空转齿轮79向上方移动的情况下,由于空转大齿轮79b与转子驱动部74抵接,所以能够防止空转齿轮79的脱落。
此外,如上所述,优选通过在转子驱动部74形成突起部74s,并在空转齿轮79形成突起部79s,来缩小转子驱动部74与空转大齿轮79b的接触面积。由此,能够避免额外的摩擦力的增加。
13.使阀座板67成为一体,将连通管69设于最厚部。
对第一阀座板部67a和第二阀座板部67b独立地相互通过硬钎焊接合的情况的问题点进行说明,该焊剂会从接合部向第二阀座板部67b的表面即与阀芯80滑动的滑动面渗出,在这样的情况下有阀芯滑动接触面81无法密闭地密封连通口B、C、D的课题。
另一方面,本实施方式中,由于第一阀座板部67a和第二阀座板部67b是一体的,所以防止焊剂向阀座板67表面渗出,从而有能够可靠地密封制冷剂的效果。
并且,当将阀芯滑动接触面81的直径设为d时,通过在从外周开始比产生研磨塌边的范围充分靠内周设置直径d的范围,来消除研磨所引起的塌边的影响,能够以较高的精度无缝隙地使阀芯滑动接触面81和阀座板67滑动接触,从而有提高密封性而减少制冷剂的泄漏、能够提高阀的切换精度的效果。
另外,如图11或图17所示,第一实施方式的制冷剂切换阀60中,在阀座板67的中央部的厚度最大的第二阀座板部67b设有连通管69。通过在阀座板67的最厚部设置连通管孔87,能够确保连通管69***连通管孔87的***深度。
14.将转子轴压入有底的转子轴孔72来提高精度。
设于第二阀座板部67b的中央的转子轴孔72是有底孔,无缝隙地压入固定阀芯轴71。
当将第二阀座板部67b的厚度设为t0、将有底的转子轴孔72的深度设为t1、将连通管69b、连通管69c、连通管69d所嵌合的深度设为t2时,若满足t0>(t1+t2)的关系,则转子轴孔72和连通管孔87干涉而不打开孔。因此,在对连通管69进行硬钎焊时,焊剂不向转子轴孔72流入,所以是适宜的。另外,由于相对于转子轴孔72无缝隙地压入固定阀芯轴71,所以阀芯轴71相对于第二阀座板部67b容易确保垂直度,从而得到高精度。
15.阀座板67的外周部最薄,设有连通管的中央部最厚,外周部与中央部之间为中间厚度,且同心圆状地构成,从而能够防止焊接时的阀芯的热变形。
通过将为了与阀壳体66焊接而被加热的外周部(第三阀座板部67c)设为最薄,从而减少焊接所需要的热量,通过将设有***连通管69而用于硬钎焊的连通管孔87的中央部(第二阀座板部67b)设为最厚,从而可靠地进行连通管69的固定,并且在有底的转子轴孔72压入支承阀芯轴71,通过将外周部与中央部之间(第一阀座板部67a)设为中间的厚度,从而难以向处于中央部的阀芯80传递焊接时的热,能够防止阀芯80的热变形,因此高精度地维持阀芯80的阀芯滑动接触面81,而能够提高与阀座板67之间的紧贴性,从而能够减少制冷剂的泄漏。
16.由于将流入管设于中间厚度部所以组装性良好。
由于将流入管孔89设于阀座板67中具备中间的厚度t4的第一阀座板部67a,所以焊剂能够可靠地向流入管68与流入管孔89的缝隙进入而能够可靠地地进行密封,并且能够充分确保硬钎焊后的强度。
并且,在流入管孔89贯通流入管68时的作业性也良好。
17.局部地加宽流入管而进行暂时固定。
在以从第一阀座板部67a突出规定的凸量97地配置流入管68后,以加宽端面圆周上的两个位置或三个位置的方式使流入管68的端部局部变形,而在压接部95中与流入管孔89压接,从而具有如下效果,即,压接流入管68和第一阀座板部67a而防止错位,并且能够在流入管68与流入管孔89之间确保焊剂流入所需要的缝隙。
并且,由于以从第一阀座板部67a突出规定的凸量97地配置流入管68,所以也有防止向第一阀座板表面渗出的焊剂向流入管68的内部进入的效果。
并且,由于以从第一阀座板部67a突出规定的凸量97地配置流入管68,所以从流入管68排出的流体进一步向上方流动,从而也有能够利用流体从上方向下方推压阀芯80的效果。另外,此时的规定的凸量97优选是比阀芯滑动接触面81高的位置。
18.利用阀座板的阶梯能够提高与阀壳体的焊接精度。
若使在第一阀座板部67a与第三阀座板部67c之间产生的阀壳体66侧的阶梯H比阀壳体66的弯曲R大,即H>R,则在从与阀芯80的滑动接触面开始(H-R)的范围内,阀壳体66的内周和第一阀座板部67a的外周在直径D1的圆筒部处相互嵌合,从而能够同轴精度良好地定位阀壳体66的内周和第一阀座板部67a的外周,焊接后也能够确保较高的同轴度,从而是适宜的。
接下来,使用图23对第二实施方式的制冷剂切换阀进行说明。此外,图23中,为便于说明,对与阀座板67相接的阀芯滑动接触面81A附加剖面线进行图示。图23(A)是表示第二实施方式的制冷剂切换阀的第一状态的内部结构的说明图,图23(B)是表示第二实施方式的制冷剂切换阀的第二状态的内部结构的说明图,图23(C)是表示第二实施方式的制冷剂切换阀的第三状态的内部结构的说明图。
第一实施方式的制冷剂切换阀是四通阀,相对于此,第二实施方式的制冷剂切换阀是三通阀,在阀座板67上形成有流入口A、连通口B以及连通口D、而未形成连通口C的方面不同。
另外,第一实施方式的阀芯80在阀芯滑动接触面81形成有连通凹部82,相对于此,第三实施方式的阀芯80A在阀芯滑动接触面81A未形成连通凹部的方面不同。
图23(A)是连通口B向阀壳体66内部开口、并且连通口D被阀芯80A覆盖的第一状态。该第一状态下,是流入口A与连通口B连通、连通口D关闭的状态。
图23(B)是连通口B以及连通口D被阀芯80A覆盖的第二状态,是使阀芯80A从第一状态(参照图23(A))逆时针摆动90°后的状态。该第二状态下,是连通口B以及连通口D关闭、与流入口A均不连通的状态。
图23(C)是连通口B被阀芯80A覆盖、并且连通口D向阀壳体66内部开口的第三状态,是阀芯80A从第二状态(参照图23(B))逆时针摆动90°后的状态。该第三状态下,是流入口A与连通口D连通、连通口B关闭的状态。
若将与流入口A连通的状态设为“开”,将不与流入口A连通的状态设为“闭”,以“连通口B/连通口D”的形式表现连通口B以及连通口D的状态,则第二实施方式的制冷剂切换阀能够取得“开/闭”、“闭/闭”、“闭/开”这三个状态。即,能够成为如下三通阀,即,当从仅连通口B为开状态(参照图23(A))向仅连通口D为开状态(参照图23(C))切换时,经由连通口B以及连通口D为闭状态(参照图23(B))来进行切换。
根据第二实施方式的制冷剂切换阀,通过与第一实施方式的制冷剂切换阀相同的结构能够作为三通阀而发挥功能。另外,能够迅速地进行制冷剂的流通以及切断的切换,能够提高阀芯滑动接触面81A与阀座板67之间的紧贴性能,而能够提高抑制制冷剂的泄漏的可靠性。
《第三实施方式》
接下来,使用图24以及图25对第三实施方式的制冷剂切换阀进行说明。此外,图25中,为便于说明,对与阀座板67相接的阀芯滑动接触面81B附加剖面线进行图示。图24是第三实施方式的制冷剂切换阀所具备的阀芯80B的立体图。图25(A)是表示第三实施方式的制冷剂切换阀的第一状态的内部结构的说明图,图25(B)是表示第三实施方式的制冷剂切换阀的第二状态的内部结构的说明图,图25(C)是表示第三实施方式的制冷剂切换阀的第三状态的内部结构的说明图。图25(D)是表示第三实施方式的制冷剂切换阀的第四状态的内部结构的说明图。
第一实施方式的制冷剂切换阀是四通阀,相对于此,第三实施方式的制冷剂切换阀是三通阀,在阀座板67上形成有流入口A、连通口C以及连通口D、未形成连通口B的方面不同。
另外,第一实施方式的阀芯80的阀芯滑动接触面81的面积是能够堵塞三个连通口的大小(参照图15(1))且形成有连通凹部82,相对于此,第三实施方式的阀芯80B在阀芯滑动接触面81B的面积是能够堵塞邻接的两个连通口(连通口C和连通口D)的大小(参照图25(A))且未形成连通凹部的方面不同。并且,在以扩大阀芯80B的摆动角度的方式扩大阀芯80B的挡块84B的形状和阀芯齿轮83的配设角度的方面不同。
图25(A)是连通口C以及连通口D被阀芯80B覆盖的第一状态。该第一状态下,是连通口C以及连通口D关闭、与流入口A均不连通的状态。
图25(B)是连通口C向阀壳体66内部开口、并且连通口D被阀芯80B覆盖的第二状态,是使阀芯80B从第一状态(参照图25(A))逆时针摆动90°后的状态。该第二状态下,是流入口A与连通口C连通、连通口D关闭的状态。
图25(C)是连通口C以及连通口D向阀壳体66内部开口的第三状态,是阀芯80B从第二状态(参照图25(B))逆时针摆动90°后的状态。该第三状态下,是流入口A与连通口C以及连通口D连通的状态。
图25(D)是连通口C被阀芯80覆盖、并且连通口D向阀壳体66内部开口的第四状态,是使阀芯80B从第三状态(参照图25(C))逆时针摆动90°后的状态。该第四状态下,是流入口A与连通口D连通、连通口C关闭的状态。
若将与流入口A连通的状态设为“开”,将不与流入口A连通的状态设为“闭”,以“连通口C/连通口D”的形式表现连通口C以及连通口D的状态,则第三实施方式的制冷剂切换阀能够取得“闭/闭”、“开/闭”、“开/开”、“闭/开”这四个状态。
另外,第三实施方式的制冷剂切换阀通过在第二状态至第四状态之间动作,能够取得“开/闭”、“开/开”、“闭/开”这三个状态。即,能够为如下三通阀,即,当从仅连通口C为开状态(参照图25(B))向仅连通口D为开状态(参照图25(D))切换时,经由连通口C以及连通口D为开状态(参照图25(C))来进行切换。
根据第三实施方式的制冷剂切换阀,能够通过与第一实施方式的制冷剂切换阀相同的结构来作为三通阀发挥功能。另外,能够迅速地进行制冷剂的流通以及切断的切换,能够提高阀芯滑动接触面81B与阀座板67之间的紧贴性能,而能够提高抑制制冷剂的泄漏的可靠性。
《第四实施方式》
接下来,使用图26对第四实施方式的制冷剂切换阀进行说明。此外,图26中,为便于说明,对与阀座板67相接的阀芯滑动接触面81A附加剖面线进行图示。
图26(A)是表示第四实施方式的制冷剂切换阀的第一状态的内部结构的说明图,图26(B)是表示第四实施方式的制冷剂切换阀的第二状态的内部结构的说明图。
第一实施方式的制冷剂切换阀是四通阀,相对于此第四实施方式的制冷剂切换阀是双向阀,在阀座板67上形成有流入口A以及连通口D、未形成连通口B以及连通口C的方面不同。
另外,第四实施方式的阀芯80A与第二实施方式的阀芯80A相同,在阀芯滑动接触面81A上未形成连通凹部的方面不同。
图26(A)是连通口D被阀芯80A覆盖的第一状态。该第一状态下,连通口D是关闭的状态,是不与流入口A连通的状态。
图26(B)是连通口D向阀壳体66内部开口的第二状态,是阀芯80A从第一状态(参照图26(A))逆时针摆动180°后的状态。该第二状态下,是流入口A与连通口D连通的状态。
若将与流入口A连通的状态设为“开”,将不与流入口A连通的状态设为“闭”,以“连通口D”的形式表现连通口D的状态,则第四实施方式的制冷剂切换阀能够取得“开”、“闭”这两个状态。
根据第四实施方式的制冷剂切换阀,能够通过与第一实施方式的制冷剂切换阀相同的结构来作为双向阀发挥功能。另外,能够迅速地进行制冷剂的流通以及切断的切换,能够提高阀芯滑动接触面81A与阀座板67之间的紧贴性能,而能够提高抑制制冷剂的泄漏的可靠性。
《液封时的动作》
接下来,使用图27(适当地使用图17等),对在制冷剂路径(制冷剂回路)产生所谓液封的情况进行说明。此处,液封是指如下现象,即,两端关闭的制冷剂回路、即闭合回路被液体的制冷剂充满,之后温度上升而制冷剂热膨胀,从而在制冷剂回路的配管内部、阀芯内部产生高压象。
如上所述,例如第一实施方式的制冷剂切换阀60的第三状态(参照图16(3))下,第二制冷剂配管56(以及防止结露配管17)成为两端被阀芯80关闭的闭合回路。
(第一实施方式的第三状态的液封的防止)
而且,例如第一实施方式的制冷剂切换阀60的第三状态(参照图16(3))下,由于阀壳体66成为与内部的体积比较大的冷凝器52连通的状态,所以闭合回路的体积(冷凝器52、第一制冷剂配管55、阀壳体66)能够比被封入的总制冷剂量的体积(液体时)大,从而能够防止液封。
另外,对于因制冷剂切换阀60的连通口C和压缩机51而关闭的第三制冷剂配管57、冷却器7而言,作为蒸发器发挥功能的冷却器7的内部的体积也比较大,从而能够防止液封。
图27是表示连通管69侧的压力上升后的制冷剂切换阀60的第二阀座板部67b、阀芯80以及连通管69的剖面的放大局部剖视图。
若闭合回路的内部全部被液体的制冷剂充满,之后温度上升而制冷剂热膨胀,则热膨胀后的制冷剂的压力P2从连通管69朝向阀芯80(从图示下方向上方)施加。
然而,如通过图11或图12说明那样,通过在阀芯80上载置转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75),来构成为,利用转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75)的自重和板簧86的作用力,相对于第二阀座板部67b预先施加压力。另外,对阀芯80施加由阀壳体66内部的制冷剂的压力P1引起的按压力。
此处,若制冷剂的压力P2比P1大,且受到超过转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75)的自重、板簧86的作用力、以及压力P1所引起的按压力的合计的力,则板簧86收缩,如图27所示,阀芯80以及转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75)沿阀芯轴71从第二阀座板部67b向浮起的方向移动。由于阀芯80浮起,所以连通管69内的制冷剂从阀芯80与第二阀座板部67b之间的缝隙向阀壳体66的内部流出,从而连通管69内的压力降低。而且,若连通管69内的压力降低,则因转子70(转子驱动部74、转子小齿轮75)的自重和板簧86的作用力,阀芯80与第二阀座板部67b紧贴。
这样,阀芯80能够从第二阀座板部67b浮起,从而有能够抑制连通管69内的压力异常上升的效果。
此外,对于抑制连通管69内的压力异常上升的效果而言,不限定于连通管69内被液体制冷剂充满的液封的状态,在连通管69内部仅是气体或者是气体和液体的混合状态下、因温度上升而热膨胀从而压力上升的情况下也有相同的效果。
此外,第一实施方式中,将连通口B、C、D的配置设为正方形的顶点位置,但若与第一实施方式的伴随阀芯80的转动的连通口的开闭动作相同,则邻接的连通口的角度也可以是从90°错开的角度。
《第五实施方式》
接下来,使用图28对第五实施方式的制冷剂切换阀进行说明。
图28是表示第五实施方式的制冷剂切换阀60的结构的、与图18相同的剖视图,与图18不同的方面在于,扩大第二阀座板部67b的直径而使之大致接近第一阀座板部67a的直径,流入管68不设置在第一阀座板部67a而设置在第二阀座板部67b,流入管68不贯通第二阀座板部67b,配置阀芯80的一侧开口直径例如为左右的流入口A,配置阀芯80的一侧的相反侧的流入管孔89的直径扩大。在流入管孔89的直径扩大的部分,嵌合而硬钎焊地接合流入管68。
《其它的实施方式》
1.上述第一~第五实施方式中,制冷剂切换阀60中,举例表示并说明了阀芯80和转子70是同轴的情况、在转子驱动部74与阀芯80之间具有减速机构的情况等,但若制冷剂切换阀60实现上述第一~第五实施方式中说明的功能、作用,换言之,若满足权利要求书的范围所记载的制冷剂切换阀的结构,则制冷剂切换阀60的结构也可以采用上述第一~第五实施方式中说明的结构以外的结构。
2.上述第一~第五实施方式中,举例表示了使制冷剂切换阀60的阀芯80转动的情况,但若阀芯80的开闭能够进行所说明的那样的情况,则不限定于转动,也可以是直线运动等转动以外的移动。此外,在使上述的阀芯80转动的情况下,动作可靠性高、结构简单且紧凑,从而优选是使说明的阀芯80转动的结构。
3.上述第一~第五实施方式中,作为切换阀,举例表示了控制制冷剂的流动的制冷剂切换阀60,但也可以是控制其它的循环介质的流动的切换阀。
4.上述第一~第五实施方式中,转子的旋转构成为经由小齿轮和空转齿轮而使阀芯减速地旋转,但也可以是如下构造,即,不具有空转齿轮而不使转子和阀芯减速地直接连结,从而将转子的旋转直接传递至阀芯。
5.上述第一~第五实施方式中,作为设备,举例表示了冰箱,但当然也可以用于冰箱以外的设备。
以上,对本发明的各种实施方式进行了说明,但能够在本发明的范围内进行各种修正和变更。即,本发明的具体的方式能够在不变更发明的主旨的范围内适当地任意变更。
Claims (3)
1.一种制冷剂切换阀,其特征在于,具备:
阀芯;
覆盖上述阀芯的一端开口的阀壳体;以及
设于上述阀壳体的一端的阀座板,
上述阀座板具备:
第一阀座板部;以及
设于上述第一阀座板部的外周且比上述第一阀座板部薄的外周阀座板部,
上述阀壳体具备朝向上述开口侧扩大的扩大部,
该扩大部位于由上述第一阀座板部和上述外周阀座板部形成的阶梯的高度尺寸内,
在上述阀壳体的外周和上述外周阀座板部的外周形成有焊接部。
2.根据权利要求1所述的制冷剂切换阀,其特征在于,
上述阀壳体的内周在上述扩大部的上部位置与上述第一阀座板部嵌合。
3.一种设备,其特征在于,
具备权利要求1或2所述的制冷剂切换阀。
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