JP4116458B2 - 流路切換弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路切換弁に関し、更に詳しくは、空調機の冷凍サイクル等に用いられる流路切換用四方弁等の流路切換弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
空調機等の冷凍サイクルにおいて、冷暖房切換のための冷媒流路切換用として四方弁等の流路切換弁が用いられる。このような流路切換弁は、例えば、特許文献1に開示されている。
上記特許文献1における四方弁100'は図5に示されている。四方弁100'は、円筒状で両端部が閉止された弁体ケース10'内に構成される。該弁体ケース10'には、その中央上部に圧縮機から高圧冷媒を導入する高圧流入管路2が連結され、その中央下部には、弁座1を介して低圧流出管路3が連結され、該低圧流出管路3の両側には、第1出入通路4及び第2出入通路5が連結されている。
【0003】
そして、上記弁体ケース10'内部の弁座1上には、バルブスライド7が左右にスライド可能に配置され、該バルブスライド7の位置により、ピストン弁室6内の高圧冷媒を、第1出入通路4(このときは低圧冷媒を第2出入通路5から低圧流出管路3へ)、又は、第2出入通路5(このときは低圧冷媒を第1出入通路4から低圧流出管路3へ)のいずれかに切り換えるように構成している。
通常、このような四方弁においては、バルブスライド7を介して高温高圧冷媒から低温低圧冷媒に熱が伝わり、熱効率の低下を引き起こすという不具合があることから、この特許文献1記載の四方弁100'は、バルブスライド7の上面側に、断熱用の中空断熱層8が形成されている。しかしながら、この技術においては、バルブスライド7の上面側の遮熱については考慮されているものの、バルブスライド7の側面部の遮熱については考慮されていない。この結果、この側面部から低圧側冷媒に熱が伝わって、熱効率が低下するという問題がある。また、この従来技術によると、中空断熱層8に対して、ピストン弁室6内の冷媒が高温高圧であること、加えて、該バルブスライド7に強い冷媒圧による圧力が作用することから、該圧力に耐えうるだけの対応力素材或いは厚みを具備させるための素材の選定或いは設計が必要であった。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−221375号公報
【0005】
【本発明の課題】
したがって、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消することにあり、高温側冷媒から低温側冷媒への熱の伝達を極力抑制することで、熱損失の少ない流路切換弁を提供することにある。また、更なる目的は、安価で製造し易い遮熱形ピストン弁を具備する四方弁を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は下記の手段を講じた。即ち、請求項1記載の流路切換弁は、圧縮機の吐出口に連通した弁室を有する弁体ケースと、前記弁体ケース内に設けられ、前記圧縮機の吸入口に連通した低圧流出口、第1の熱交換器に連通した第1出入口、及び第2の熱交換器に連通した第2出入口を有する弁座と、前記弁座上を摺動し、前記弁室が前記第1出入口に連通するとともに前記低圧流出口が前記第2出入口に連通する第1の状態と、前記弁室が前記第2出入口に連通するとともに前記低圧流出口が前記第1出入口に連通する第2の状態とを選択的に切り換える主弁と、を備えた流路切換弁であることを前提にした上で、前記主弁は、前記弁座に摺接する椀状の主弁体と、該主弁体における上部及び左右・前後の全外表面を覆って断熱室を形成するように前記主弁体に設けられたカバーとで構成されていることを特徴とする。
かかる特徴により、主弁の略すべての面からの熱損失が発生しない。特に、主弁の側面部にも断熱手段が設けてあるために、主弁の略すべての面の熱の損失が小さい。また、断熱室の形成が容易となるばかりでなく、上記主弁体と上記カバーのそれぞれの素材を適宜選択できる。
【0009】
請求項2記載の流路切換弁は、請求項1記載の流路切換弁において、前記断熱室に前記弁室内の高圧冷媒が流入可能であることを特徴とする。
かかる手段により、弁室内の高圧冷媒下において、断熱室内の冷媒圧が弁室内の冷媒圧と略同一となって圧力差が生じないから、カバーに冷媒圧荷重が発生せず、カバーの肉厚を大きくする必要がない。また、強度的にカバーの肉厚を大きくする必要がないから、より複雑な形状とすることも可能であり、溶接・ろう接が容易となる。更に、溶接個所が少なくてすむから、入熱量が小さくてすみ、熱変形も少なく、溶接後にシール性を確保する為のスライド面の後加工が必要とならない。
【0010】
請求項3記載の流路切換弁は、前記カバーの内面にリブを設けたことを特徴とする。
かかる特徴により、断熱室内の冷媒の流動を更に抑制できるため、断熱性がさらに良好となるという効果がある。
【0011】
本発明の四方弁を適用する冷凍サイクルは、図2に示すように、圧縮機101、四方弁100、室外熱交換器102、膨張弁103、及び、室内熱交換器104を具備し、各機器は冷媒用の管路105で連結されている。そして、例えば、冷房時(図3参照)においては、冷媒はこの順序、即ち、圧縮機101、四方弁100、室外熱交換器102、膨張弁103、室内熱交換器104、四方弁100、及び、圧縮機101の順に流動することになる。また、四方弁100における冷媒の出入口には、管路105が連結されているが、その内、符号20は高圧流入管路、符号30は低圧流出管路、符号40は第1出入通路、そして、符号50は第2出入通路である。
管路105の内、図3,4に示すように、高圧流入管路20は四方弁100の上部に、また、低圧流出管路30は四方弁100の低圧流出口31に、また、第1出入通路40は四方弁100の第1出入口41に、また、第2出入通路50は四方弁100の第2出入口51にそれぞれ連結されている。
【0012】
四方弁100は、図3に示されるように、横長で円筒形状の弁体ケース10内に形成されており、該弁体ケース10の円筒部分である弁本体部11の右側端縁は、右蓋体部12によって蓋が形成されており、その左端端縁は、左蓋体部13が一体に設けられており、更に、下部には弁座14が設けられている。この弁座14の上面は、平坦部となっている。 そして、この弁体ケース10内はピストン弁室60を構成している。
【0013】
上記ピストン弁室60内には、左右に移動可能なピストン弁70が設けられている。該ピストン弁70は、右側にピストン右弁部71が、左側にピストン左弁部72がそれぞれ形成され、これらの外周部が弁本体部11の内面に内接するように配置されている。上記ピストン右弁部71は、中央部に配置される主弁80(後述)に右腕杆71aを介して連結されており、その右端部には突状の右突弁71bが形成され、且つピストン右弁部71にはブリードポート71cが穿接されている。
【0014】
また、上記ピストン右弁部71と同様に、ピストン左弁部72も、主弁80から左腕杆72aを介して設けられており、その左端部には、突状の左突弁72bが設けられると共にブリードポート72cが形成されている。
【0015】
そして、上記ピストン弁室60のうち、ピストン右弁部71とピストン左弁部72との間の空間部はピストン弁中央室63として形成され、ピストン右弁部71の右側空間はピストン弁右室61として、ピストン左弁部72の左側空間はピストン弁左室62として、それぞれ形成される。
【0016】
上記弁座14には、その中央部に低圧流出口31が形成されるとともに、その右側には第1出入口41が形成され、また、その左側には第2出入口51が穿接されている。
【0017】
ピストン弁70の中央部に配置される主弁80は、特に図1(A)、(B)、(C)に示すように、左右面及び前後面の縦断面形状が逆U字形となっていて弁座14に摺接する椀状の主弁体81と、該主弁体81における上部及び左右・前後の全外表面を覆って主弁体81との間で所定空間(断熱室84)が形成されるように溶接される逆U型のカバー82とで構成されている。そして、この主弁80の形成手段としては、主弁体81が樹脂等を素材として形成される場合は、カバー82を主弁体81にかしめ、圧着、接着、溶着等の手段で取り付け、主弁体81が金属製で形成される場合は、カバーを主弁体81にかしめや入熱の少ない安価な工法、例えば、点付け溶接、プロジェクション溶接等で取り付けるものである。また、カバー82の任意の位置、例えば、カバー82の上方中央部には、冷媒ガスを確実に安定して積極導入させるための細孔からなるガス導入孔83を形成する。なお、主弁体81の下面空間は主弁室85として形成されている。
【0018】
そして、この主弁体81の下面が弁座14の上面に当接しながら左右に移動することで、図3(冷房状態)の状態においては、第1出入口41がピストン弁中央室63に連通しているとともに、第2出入口51が主弁室85を介して低圧流出口31に連通している状態となっている。また、図4(暖房状態)の状態においては、第2出入口51がピストン弁中央室63に連通しているとともに、第1出入口41が主弁室85を介して低圧流出口31に連通している状態となっている。
【0019】
パイロット三方弁95は、選択的に開閉される右開閉弁96及び左開閉弁97を具備し、冷・暖房を選択的に切り換える人為的な操作により、右開閉弁96又は左開閉弁97から流出する冷媒を、主パイロット流路90を介して低圧流出管路30に排出させる。その結果、四方弁100におけるピストン弁70は左右のどちらかに移動する。
上記右蓋体部12の中心部に穿設された孔には、右パイロット流路91が連結されており、ピストン弁70が最右方に移動したとき、右突弁71bに閉止される。又、左開閉弁97は上記左蓋体部13の中心部に形成される孔に連結されている。この開口はピストン弁70が最左方に移動した時、左突弁72bによって閉止されることになる。
【0020】
なお、パイロット三方弁95の作用により、ピストン弁70が図3の状態から、右方へスライドし、主弁80が弁座14上で右側に移動する(図4の状態)と、第2出入口51がピストン弁中央室63に連通し、第1出入口41と低圧流出口31が主弁室85を介して連通することになる。
【0021】
冷凍サイクルの作動に当たって、図3に示すように、パイロット三方弁95の右開閉弁96を「閉」とし(左開閉弁97は開)て設定した場合(冷房の場合)について説明する。この状態において、圧縮機101から高圧流入管路20を介して高圧ガス冷媒がピストン弁中央室63内に流入する。
このピストン弁中央室63内の高圧ガス冷媒は第1出入口41から第1出入通路40に流出し、室外熱交換器102に送出される。この時、ピストン弁室60内において冷媒圧は左右のピストン右弁部71及びピストン左弁部72に対して等しい圧力で加圧することになる。また、ピストン弁中央室63内の高圧冷媒はブリードポート71c及びブリードポート72cからピストン弁右室61及びピストン弁左室62に僅かづつ流出することになる。
【0022】
ピストン弁中央室63からブリードポート71cを通ってピストン弁右室61内に流入した冷媒は、右パイロット流路91を介してパイロット三方弁95に流れるが、右開閉弁96が「閉」と設定されている為に冷媒の流出が発生せず、したがってピストン弁右室61内の冷媒は行き場を失って高い冷媒圧となる。
【0023】
他方、ピストン弁中央室63からブリードポート72cを介してピストン弁左室62に流入した冷媒は、左パイロット流路92を介して左開閉弁97に至る。この時、左開閉弁97が「開」であるから、冷媒はパイロット三方弁95を通過して主パイロット流路90に至り、さらに、低圧流出管路30に流入する。
結局、ブリードポート72cを介してピストン弁左室62に至った冷媒は、左開閉弁97及び主パイロット流路90から低圧流出管路30に流出するから、ピストン左弁部72内の冷媒圧を保持することができず、結局、図3に示すように、ピストン左弁部72が左パイロット流路92の入口を閉止する状態になる。したがって、高圧流入管路20、ピストン弁中央室63、第1出入口41、第1出入通路40を流動する高圧ガス冷媒は、室外熱交換器102、膨張弁103から室内熱交換器104に至り、熱交換(熱吸収)して低温ガス冷媒となり第2出入通路50から第2出入口51、主弁室85、低圧流出口31を介して低圧流出管路30から圧縮機101に戻るサイクル、即ち、冷房サイクルを構成することになる。
【0024】
逆に、暖房とする場合は、右開閉弁96を「開」、左開閉弁97を「閉」とすることで、四方弁100のピストン弁70は右動する。このときは、圧縮機101からの高温高圧ガス冷媒は高圧流入管路20、ピストン弁中央室63、第2出入口51、第2出入通路50を介して(室内)熱交換器104で熱を放出(暖房)し、(室外)熱交換器102を経由して第1出入通路40から第1出入口41、主弁室85、低圧流出口31、低圧流出管路30を介して圧縮機101に戻ることになる。
【0025】
上記いずれ方向の冷凍サイクルにおいても、ピストン弁中央室63内の冷媒は高温高圧状態であり、主弁80を介して主弁室85内の冷媒(低温低圧冷媒)との温度差が大きいことから、従来は主弁80を介して冷媒熱がピストン弁中央室63から主弁室85に伝達しやすく、この伝達は冷凍サイクルの熱効率の低下を招いていたが、本発明においては、ガス導入孔83を介してピストン弁中央室63内と断熱室84とが連通しており、ピストン弁中央室63内の高圧冷媒がガス導入孔83から断熱室84に流入し、一旦高圧冷媒(ガス)が流入されれば、断熱室84は袋状の空間となっているために、断熱室84内の高圧冷媒は、再び導入孔83からピストン弁中央室63に出て流動することは少なく、静止状態となり、断熱室84内の高圧冷媒の熱伝達率は低下する。その結果、主弁体81の上面
及び側面外周等のピストン弁中央室63に曝される主弁の略すべての面にわたって断熱手段(断熱室84)が形成されていることから、断熱効果を向上させることができる。
【0026】
また、本発明においては、上記構成により、ピストン弁室60と断熱室84との圧力差をほとんどなくすることができ、その結果、遮熱カバー82の肉厚を薄くすることが可能で、プレス等の安価な工法で作製可能となって製作し易い断熱構造とすることができる。
【0027】
また、冷凍サイクルの運転が始まると、四方弁100に冷媒が流入し、高圧流入管路20からピストン弁室60内に至った高圧冷媒ガスは、遮熱カバー82に設けたガス導入孔83より遮熱カバー82と主弁体81の間の空間(断熱室84)に導入される。導入されたガスはガス導入孔83が小さいため、冷媒(高圧ガス)の流れに影響されず、停滞して静止ガスとなる。この積極的に導入されて停滞している静止ガスの熱伝達率は、遮熱カバー82外側で流動している冷媒ガスよりも熱伝達率が格段に小さくなり、断熱・遮熱効果が大きい。
【0028】
上記実施の形態の四方弁100は、パイロット三方弁95を併用する場合について示したが、その他の四方弁100における断熱構造として適用することも可能である。また、主弁体81及び遮熱カバー82の素材については適宜選択することが可能であり、遮熱カバー82の平面形状においても、図1に示すように、平面形状を概略四辺形とする外に、他の形状を採用しても良いことは言うまでもない。
【0029】
また、上記実施例におけるガス導入孔83の大きさ(開口面積)及び形状についても冷媒の種類に応じて選択すれば良く、例えば、粘性の高い冷媒については、若干大きくする必要があるなど適宜設計上その大きさについては許容することができるものである。また、上記実施の形態において、ピストン右弁部71及びピストン左弁部72のピストン部のタイプについては種々選択できるものとする。
【0030】
上記実施形態として四方弁を用いて説明したが、四方弁の外、他の流路切換弁、例えば、回転ロータによって弁体を作動させる電動式の流路切換弁、上下動するプランジャによって弁体を作動させる電磁式の流路切換弁等に適用できることはいうまでもない。
【0031】
また、上記実施形態において、遮熱カバー82に付加的構造を適用しても良い。例えば、遮熱カバー82の内面又は外面にリブ(突出物)を付加することで、遮熱カバー82の材料力学的な補強としてもよい。特に、遮熱カバー82の内面にリブを付加することで、断熱室84内の冷媒の流動を更に抑制できるという副次的効果もある。
【0032】
更に、上記実施形態において、右腕杆71a及び左腕杆72aは、遮熱カバー82を介して主弁80に装着されているが、遮熱カバー82に代えて、或いは、遮熱カバー82に加えて、主弁体81に装着してもよい。特に、ピストン弁70の駆動力が大きいときは、この別例は望ましい形態となる。
【0033】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、遮熱手段を上面及び側面の略全周面に確実に配置させたことで、弁体内に高温冷媒と低温冷媒が隣接して並存しても、熱伝達を小さくすることで、熱効率が優れた流路切換弁とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施形態の四方弁の要部(主弁)の平面図(A)、該図1(A)のB−B断面図(B)、該図1(A)のC−C断面図(C)。
【図2】同四方弁を用いた冷凍サイクル説明図。
【図3】同四方弁の冷房時(非通電)の縦断面図。
【図4】同四方弁の暖房時(通電)の縦断面図。
【図5】従来技術に係る四方弁の縦断面図。
【符号の説明】
1・・弁座 2・・高圧流入管路 3・・低圧流出管路
4・・第1出入通路 5・・第2出入通路 6・・ピストン弁室
7・・バルブスライド 8・・中空断熱層
10,10’・・弁体ケース
11・・・弁本体部 12・・右蓋体部 13・・左蓋体部
14・・弁座
20・・高圧流入管路
30・・低圧流出管路 31・・低圧流出口
40・・第1出入通路 41・・第1出入口
50・・第2出入通路 51・・第2出入口
60・・ピストン弁室(弁室)
61・・ピストン弁右室 62・・ピストン弁左室
63・・・ピストン弁中央室
70・・ピストン弁 71・・ピストン右弁部
71a・・右腕杆 71b・・右突弁 71c・・ブリードポート
72・・ピストン左弁部
72a・・左腕杆 72b・・左突弁 72c・・ブリードポート
80・・主弁
81・・主弁体 82・・カバー 83・・ガス導入孔
84・・断熱室 85・・主弁室
90・・主パイロット流路
91・・右パイロット流路 92・・左パイロット流路
95・・パイロット三方弁 96・・右開閉弁 97・・左開閉弁
100,100’・・四方弁(流路切換弁)
101・・圧縮機 102・・(室外)熱交換器 103・・膨張弁
104・・(室内)熱交換器 105・・管路
Claims (3)
- 圧縮機の吐出口に連通した弁室を有する弁体ケースと、前記弁体ケース内に設けられ、前記圧縮機の吸入口に連通した低圧流出口、第1の熱交換器に連通した第1出入口、及び第2の熱交換器に連通した第2出入口を有する弁座と、前記弁座上を摺動し、前記弁室が前記第1出入口に連通するとともに前記低圧流出口が前記第2出入口に連通する第1の状態と、前記弁室が前記第2出入口に連通するとともに前記低圧流出口が前記第1出入口に連通する第2の状態とを選択的に切り換える主弁と、を備えた流路切換弁において、
前記主弁は、前記弁座に摺接する椀状の主弁体と、該主弁体における上部及び左右・前後の全外表面を覆って断熱室を形成するように前記主弁体に設けられたカバーとで構成されていることを特徴とする流路切換弁。 - 前記断熱室に前記弁室内の高圧冷媒が流入可能であることを特徴とする請求項1記載の流路切換弁。
- 前記カバーの内面にリブを設けたことを特徴とする請求項2記載の流路切換弁。
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