JP4116458B2

JP4116458B2 - 流路切換弁

Info

Publication number: JP4116458B2
Application number: JP2003032368A
Authority: JP
Inventors: 英樹外園
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP2004245427A

Description

【０００１】
【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

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。