JP4629709B2 - 双方向型電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、双方向型電磁弁に関し、例えば、サイクルドライ（除湿）モードを有する空気調和機で使用される双方向型電磁弁に関するものである。

除湿運転を行える空気調和機として、室内交換器が２分割され、その２個の室内交換器間に、絞りが設けられ、除湿運転時には、絞りを冷媒が流れることにより、２分割された室内交換器のうちの上流側の室内交換器を凝縮器、下流側の室内交換器を蒸発器とし、室内空気に対して下流側の室内交換器によって冷却・除湿を行い、上流側の室内交換器によって加熱を行い、温度を下げずに除湿を行うことができる空気調和機が知られている。この種の空気調和機は、下記の公報等に示されている。
特開平２−１８３７７６号公報 特開平７−９１７７８号（特許第３０４７７０２号公報） 特開平１１−５１５１４号

従来より知られている温度を下げずにサイクルドライ（除湿）を行うことができる空気調和機で使われるサイクルドライ用の電磁弁、即ち双方向電磁弁は、冷房モード時には弁体に対して冷媒圧が弁閉方向に作用するので大きい弁閉力を要することなく弁閉状態が維持されるが、ヒートポンプによる暖房モード時には、サイクルドライ用の電磁弁に対して冷媒が冷房モード時とは逆方向に流れ、弁体に対して冷媒圧が弁開方向に作用するので大きい弁閉力が与えられていないと、弁閉状態が維持できないという問題点があった。

このため、従来のものでは、暖房時の窓ガラスや壁面の結露を除去、防止したり、室内で洗濯物を乾燥したりするための、暖房モードで除湿を行う暖房時サイクルドライモードを得ることができない。

この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、冷房モード時と暖房モード時の何れにおいても、すなわち冷媒のような流体の流れ方向が反転しても弁閉状態を安定維持できる双方向型電磁弁を提供することを目的としている。
また、この発明は、常開型の省電力双方向型電磁弁を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、この発明による双方向型電磁弁は、流体が何れの向きに流れるモードにおいても弁閉状態を維持できる双方向型電磁弁であって、第１の入出口ポートと第２の入出口ポートとを有し、前記第２の入出口ポート側に弁ポートが設けられ、前記第１の入出口ポート側に形成された弁室に主弁体が設けられ、前記弁ポートの周りに画定されて弁座が設けられ、前記主弁体を、その一端が弁座に着座した弁閉位置と前記弁座より離れた弁開位置との間に駆動するプランジャを含み、該プランジャの一端側が前記主弁体の他端に連結された電磁式駆動手段が設けられ、前記プランジャの他端側の背部に弁閉維持用圧力室が画定され、前記第２の入出口ポートの側の流体圧を前記弁閉維持用圧力室に導入する流体圧通路が前記主弁体にその弁リフト方向に貫通して形成され、
前記主弁体が前記弁閉位置から弁開位置へ移動するために前記弁座から離間する際に、前記弁閉維持用圧力室内の流体圧によって前記主弁体の動きを阻止されないように、前記プランジャに前記弁閉維持用圧力室のプランジャ内流体圧逃がし用のブリード孔が形成され、前記ブリード孔を流れる流体の流量が前記流体圧通路を流れる流量よりも少ないことを特徴とするものである。

この構成によれば、第１の入出口ポートより第２の入出口ポートへ向けて流体が流れるモードでは、主弁体が弁閉位置にある状態において、その流体圧は弁室にて主弁体に対して弁閉方向に直接作用する。これに対し、第２の入出口ポートより第１の入出口ポートへ向けて流体が流れるモードにおいては、主弁体が弁閉位置にある状態において、その流体圧は主弁体に対して弁開方向に直接作用するが、流体圧通路により弁閉維持用圧力室に第２の入出口ポートの側の流体圧が導入され、弁閉維持用圧力室に導入された流体圧が主弁体に対して弁閉方向に作用する。従って、流体が何れの向きに流れるモードでも、主弁体が弁閉位置に位置する弁閉状態が 安定に維持される。また、このブリード孔が形成されていることで、電磁ソレノイド装置２０の通電停止時に、磁気的に吸引されているプランジャ２３の内部ばね２８のばね力による吸引子２２からの離間が、弁閉維持用圧力室３０内の流体圧によって阻止されてしまうことがなくなる。

また、上述の目的を達成するために、この発明による双方向型電磁弁は、前記流体圧通路の途中に前記流体圧通路を閉じるように付勢され前記第２の入出口ポートの側の流体圧を及ぼされることにより開弁する副弁体が設けられている。

この構成によれば、第１の入出口ポートより第２の入出口ポートへ向けて流体が流れるモードでは、主弁体が弁閉位置にある状態において、その流体圧は弁室にて主弁体に対して弁閉方向に直接作用する。これに対し、第２の入出口ポートより第１の入出口ポートへ向けて流体が流れるモードにおいては、主弁体が弁閉位置にある状態において、その流体圧は主弁体に対して弁開方向に直接作用するが、流体圧通路に設けられた副弁体が、前記第２の入出力ポート側の流体圧により開弁し、弁閉維持用圧力室に第２の入出口ポートの側の流体圧が導入され、弁閉維持用圧力室に導入された流体圧が主弁体に対して弁閉方向に作用し、何れのモードでも、主弁体が弁閉位置に位置する弁閉状態が安定維持される。そして、この発明による双方向型電磁弁では、前記流体圧通路は前記主弁体を弁リフト方向に貫通して形成され、前記副弁体は前記主弁体に組み込まれている構成にすることができ、小型化設計が可能になる。

さらに、この発明による双方向型電磁弁は、前記電磁式駆動手段が、内部ばねを含む電磁ソレノイド装置により構成され、非通電時には内部ばねのばね力により前記主弁体を前記弁開位置へ駆動し、通電時には内部ばねのばね力に抗して前記主弁体を前記弁閉位置へ駆動する常開型のものとすることができ、電力消費量の低減を図ることができる。

以上の説明から理解される如く、この発明による双方向型電磁弁によれば、第１の入出口ポートより第２の入出口ポートへ向けて流体が流れるモードでは、主弁体が弁閉位置にある状態において、その流体圧は弁室にて主弁体に対して弁閉方向に直接作用する。
これに対し、第２の入出口ポートより第１の入出口ポートへ 向けて流体が流れるモードにおいては、主弁体が弁閉位置にある状態において、その流体圧は主弁体に対して弁開方向に直接作用するが、流体圧通路を通じて、弁閉維持用圧力室に第２の入出口ポートの側の流体圧が導入され、弁閉維持用圧力室に導入された流体圧が主弁体に対して弁閉方向に作用する。したがって、何れのモードでも、すなわち、流体の流れ方向が反転しても、他の電磁アクチュエータ等を必要とすることなく、弁閉状態が安定維持される。また、プランジャ内圧逃がし用のブリード孔形成されていることで、電磁 ソレノイド装置の通電停止時に、磁気的に吸引されているプランジャの内部ばねのばね力による吸引子からの離間が、弁閉維持用圧力室内 の流体圧によって阻止されてしまうことがなくなる。

また、この発明による双方向型電磁弁によれば、主弁体が弁閉位置にある状態において、その流体圧は主弁体に対して弁開方向に直接作用するが、その流体圧により副弁が開弁し、弁閉維持用圧力室に第２の入出口ポートの側の流体圧が導入され、弁閉維持用圧力室に導入された流体圧が主弁体に対して弁閉方向に作用するから、何れのモードでも、すなわち、流体の流れ方向が反転しても、他の電磁アクチュエータ等を必要とすることなく、弁閉状態が安定維持されるので電力消費量の低減を図ることができる。

以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１はこの発明による双方向型電磁弁の一つの実施の形態を示している。双方向型電磁弁は、全体を符号１０により示されており、金属等により構成された弁ハウジング１１を有している。

弁ハウジング１１は、第１の入出口ポート１２と、第２の入出口ポート１３と、第１の入出口ポート１２と第２の入出口ポート１３との間に形成された弁室１４および弁ポート１５とを有している。弁ポート１５の周りには円環状の弁座部１６が画定されており、弁座部１６には後述する主弁体１８と共働して絞り通路を画定する逃げ溝１７が弁座周方向の複数箇所に設けられている。

弁室１４は第１の入出口ポート１２の側にあり、弁室１４には主弁体１８が図にて上下方向（弁リフト方向）に移動可能に設けられている。主弁体１８は、弁ポート１５の周りに画定されている弁座部１６に着座して逃げ溝１７により微少流量の流れを確保する絞り状態を得る弁閉位置（図３、図４参照）と、弁座部１６より離れた弁開位置（図１、図２参照）との間に移動可能になっている。

弁ハウジング１１には電磁ソレノイド装置２０が取り付けられている。電磁ソレノイド装置２０は、弁ハウジング１１の上部に一体形成されたプランジャチューブ部２１と、プランジャチューブ部２１内の底部に固定された吸引子２２と、プランジャチューブ部２１内に移動可能に設けられたプランジャ２３と、プランジャチューブ部２１の上端部に取り付けられたコイルガイド部材２４と、プランジャ２３の外側に設けられ、ボルト２５によってコイルガイド部材２４に固定された電磁コイル部２６および外凾２７と、吸引子２２とプランジャ２３との間に設けられた内部ばね２８と、プランジャ２３に設けられたストップリング２９とを有している。

主弁体１８のステム部１９は、吸引子２２を貫通し、上端部１９ａにてプランジャ２３とかしめ結合されている。これにより、電磁ソレノイド装置２０は、電磁コイル部２６に通電が行われていない非通電時には、内部ばね２８のばね力によってプランジャ２３と共に主弁体１８を上方（弁開方向）へ駆動し、これに対し、電磁コイル部２６に通電が行われている通電時には、プランジャ２３が内部ばね２８のばね力に抗して吸引子２２側に磁気的に吸引されることにより、主弁体１８を下方（弁閉方向）へ駆動する。

すなわち、電磁ソレノイド装置２０は、非通電時には内部ばね２８のばね力により主弁体１８を弁座部１６より離れた弁開位置へ駆動し、通電時には内部ばね２８のばね力に抗して主弁体１８を弁座部１６に着座させて逃げ溝１７により微少流量の流れを確保する絞り状態を得る弁閉位置へ駆動する常開型になっている。

プランジャ２３は、カップ形状をなしており、背部側にコイルガイド部材２４との間に弁閉維持用圧力室３０を画定している。プランジャ２３の外周には、弁閉維持用圧力室３０の気密性を得るためのシールリング３１が取り付けられている。弁閉維持用圧力室３０におけるプランジャ２３の有効径は弁ポート１５の有効径より大きく、弁閉維持用圧力室３０に導入される流体圧はプランジャ２３に対して主弁体１８を弁閉位置へ付勢する方向に作用する。

主弁体１８には、弁閉維持用圧力室３０に連通する内部通路（流体圧通路）３２が弁リフト方向に貫通形成されている。内部通路３２は下端側にて第２の入出口ポート１３と対向する主弁体底部の開口３３によって第２の入出口ポート１３に向けて開口している。

内部通路３２には、リング状の弁座部材３４と、弁座部材３４に対して離接することにより内部通路３２の連通遮断を行う副弁体３５と、副弁体３５を弁閉方向に付勢する弁閉ばね３６とが組み込まれている。副弁体３５は、主弁体１８が弁閉状態にある状態において、第２の入出口ポート１３の側の流体圧を弁開方向に及ぼされ、この流体圧によって開弁する。なお、副弁体３５が弁開すると、弁座部材３４、副弁体３５と内部通路３２との間隙、副弁体３５に形成された孔３５ａ、３５ｂを介して内部通路３２が連通状態になる。

プランジャ２３には一般的な電磁弁としてのプランジャ内圧逃がし用のブリード孔３７が形成されている。このブリード孔３７が形成されていることで、電磁ソレノイド装置２０の通電停止時に、磁気的に吸引されているプランジャ２３の内部ばね２８のばね力による吸引子２２からの離間が、弁閉維持用圧力室３０内の流体圧によりよって阻止されてしまうことがなくなる。なお、ブリード孔３７は、弁閉維持用圧力室３０が有効に作用するよう、副弁体３５が弁開している状態で内部通路３２を流れる流体の流量よりブリード流量が小流量になるように口径を設定されている。

つぎに、上述の構成による双方向型電磁弁１０の動作について説明する。
（第１の入出口ポート１２より第２の入出口ポート１３へ向けて流体（冷媒）が流れるモード（冷房モード）時）電磁ソレノイド装置２０に通電が行われていない状態では、図１及び図２に示されているように、電磁ソレノイド装置２０の内部ばね２８のばね力によってプランジャ２３と共に主弁体１８が持ち上げられて弁座部１６より離れ、全開の実質的な絞り作用がない弁開状態が得られる。

電磁ソレノイド装置２０に通電が行われると、図３に示されているように、内部ばね２８のばね力に抗してプランジャ２３が吸引子２２側に磁気的に吸引され、主弁体１８が弁閉方向へ駆動され、主弁体１８が弁座部１６に着座する。この弁閉状態では、逃げ溝１７により微少流量の流れを確保する絞り状態が得られる。また、この弁閉状態では、第１の入出口ポート１２より弁室１４に流入する一次圧が主弁体１８に対してこれを弁座部１６に押し付ける方向に作用し、主弁 体１８の弁閉状態が安定維持される。

なお、この弁閉状態では、第２の入出口ポート１３の側は、下流側で、低圧状態（二次圧）になっているから、副弁体３５が弁開することがないし、その必要もない。

（第２の入出口ポート１３より第１の入出口ポート１２へ向けて流体（冷媒）が流れるモード（暖房モード）時）電磁ソレノイド装置２０に通電が行われていない状態では、図１及び図２に示されているように、電磁ソレノイド装置２０の内部ばね２８のばね力によってプランジャ２３と共に主弁体１８が持ち上げられて弁座部１６より離れ、全開の実質的な絞り作用がない弁開状態が得られる。

電磁ソレノイド装置２０に通電が行われると、図４に示されているように、内部ばね２８のばね力に抗してプランジャ２３が吸引子２２側に磁気的に吸引され、主弁体１８が弁閉方向へ駆動され、主弁体１８が弁座部１６に着座する。この弁閉状態では、逃げ溝１７により微少流量の流れを確保する絞り状態が得られる。

この弁閉状態では、第２の入出口ポート１３の一次圧が主弁体１８に対して弁開方向に作用するが、次の動作により、この場合も、弁閉状態が安定維持される。

主弁体１８が弁座部１６に着座すると、第２の入出口ポート１３の流体圧が副弁体３５に作用し、副弁体３５が弁閉ばね３６のばね力に抗して弁開し、内部通路３２の連通が確立する。これにより、弁閉維持用圧力室３０に第２の入出口ポート１３の一次圧が入り、一次圧がプランジャ２３に対して弁閉方向に作用し、主弁体１８が弁座部１６に押し付けられ、主弁体１８の弁閉状態が安定維持される。

図５はこの発明による空気調和機の一つの実施の形態を示している。この空気調和機は、圧縮機５０と、室外熱交換器５１と、第１の室内交換器５２と、第２の室内熱交換器５３と、これらをループ接続する冷媒通路５５〜６３と、室外熱交換器５１と第１の室内交換器５２との間の冷媒通路（５７、５８、５９）に設けられた膨張弁５４と、冷房モードと暖房モードとの切換のためにループ接続された冷媒通路５５〜６３における冷媒の流れ方向を反転する四方弁６４とを有している。

第１の室内交換器５２と第２の室内熱交換器５３との間の冷媒通路６０には上述した構成による双方向型電磁弁１０が接続されている。この場合、双方向型電磁弁１０の第１の入出口ポート１２は第１の室内交換器５２の出口側に接続され、第２の入出口ポート１３が第２の室内熱交換器５３の入口側に接続される。

冷房モードでは、図５にて矢印で示されている方向に冷媒が循環する。この時には、双方向型電磁弁１０においては、第１の入出口ポート１２より第２の入出口ポート１３へ向けて冷媒が流れ、双方向型電磁弁１０が弁開している状態で、冷房モードが得られ、双方向型電磁弁１０が弁閉している状態では、双方向型電磁弁１０が絞り弁として作用し、冷房サイクルドライモード（冷房時除湿）が得られる。

暖房モードでは、図５にて矢印で示されている方向とは逆方向に冷媒が循環する。この時には、双方向型電磁弁１０においては、第２の入出口ポート１３より第１の入出口ポート１２へ向けて冷媒が流れ、双方向型電磁弁１０が弁開している状態で、暖房モードが得られ、双方向型電磁弁１０が弁閉している状態では、双方向型電磁弁１０が絞り弁として作用し、暖房サイクルドライモード（暖房時除湿）が得られる。

暖房サイクルドライモードでは、前述したように、第２の入出口ポート１３に現れる一次圧が双方向型電磁弁１０の主弁体１８に対して弁開方向に作用するが、この時には、一次圧によって副弁体３５が弁開し、弁閉維持用圧力室３０に第２の入出口ポート１３の一次圧が入り、主弁体１８の弁閉状態が安定維持される。これにより、暖房サイクルドライモードも安定して得られる。

なお、図１に示す逃げ溝１７を省略した双方向型電磁弁１０´を、図６に示すように、空気調和機の冷凍サイクル上において、逃げ溝１７による絞り機能を代替するキャピラリチューブ６５と並列に接続するようにしてもよい。

この発明による双方向型電磁弁の一つの実施の形態を示す断面図である。 この発明による双方向型電磁弁の主弁体弁開状態を示す断面図である。 この発明による双方向型電磁弁の冷房ドライ時の主弁体弁閉状態を示す断面図である。 この発明による双方向型電磁弁の暖房ドライ時の主弁体弁閉状態を示す断面図である。 この発明による空気調和機の一つの実施の形態を示すブロック図である。 この発明による空気調和機の他の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

１０，１０´ 双方向型電磁弁
１１ 弁ハウジング
１２ 第１の入出口ポート
１３ 第２の入出口ポート
１４ 弁室
１５ 弁ポート
１６ 弁座部
１７ 逃げ溝
１８ 主弁体
２０ 電磁ソレノイド装置
２３ プランジャ
２６ 電磁コイル部
２８ 内部ばね
３０ 弁閉維持用圧力室
３２ 内部通路（流体圧通路）
３５ 副弁体
５０ 圧縮機
５１ 室外熱交換器
５２ 第１の室内交換器
５３ 第２の室内熱交換器
５５〜６３ 冷媒通路
６４ 四方弁

Claims (3)

1. 流体が何れの向きに流れるモードにおいても弁閉状態を維持できる双方向型電磁弁であ
   って、
   第１の入出口ポートと第２の入出口ポートとを有し、前記第２の入出口ポート側に弁ポ
   ートが設けられ、前記第１の入出口ポート側に形成された弁室に主弁体が設けられ、
   前記弁ポートの周りに画定されて弁座が設けられ、前記主弁体を、その一端が弁座に着座した弁閉位置と前記弁座より離れた弁開位置との間に駆動するプランジャを含み、該プランジャの一端側が前記主弁体の他端に連結された電磁式駆動手段が設けられ、前記プランジャの他端側の背部に弁閉維持用圧力室が画定され、
   前記第２の入出口ポートの側の流体圧を前記弁閉維持用圧力室に導入する流体圧通路が前記主弁体にその弁リフト方向に貫通して形成され、
   前記主弁体が前記弁閉位置から弁開位置へ移動するために前記弁座から離間する際に、前記弁閉維持用圧力室内の流体圧によって前記主弁体の動きを阻止されないように、前記プランジャに前記弁閉維持用圧力室のプランジャ内流体圧逃がし用のブリード孔が形成され、
   前記ブリード孔を流れる流体の流量が前記流体圧通路を流れる流量よりも少ないことを特徴とする双方向型電磁弁。
2. 前記流体圧通路の途中に前記流体圧通路を閉じるように付勢され前記第２の入出口ポー
   トの側の流体圧を及ぼされることにより開弁する副弁体が設けられ、
   前記主弁体が前記弁閉位置にある状態において、前記第２の入出口ポートより前記第１
   の入出口ポートへ向けて流体が流れるモードであるとき、前記副弁体が前記第２の入出口
   ポートの側の流体圧により開弁することを特徴とする請求項１に記載の双方向型電磁弁。
3. 前記電磁式駆動手段は、内部ばねを含む電磁ソレノイド装置により構成され、非通電時
   には内部ばねのばね力により前記主弁体を前記弁開位置へ駆動し、通電時には内部ばねの
   ばね力に抗して前記主弁体を前記弁閉位置へ駆動する常開型のものであることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の双方向型電磁弁。

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