JP6515163B2 - 六方切換弁 - Google Patents
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Description
本発明は、弁体を移動させることにより流路の切り換えを行う六方切換弁に係り、特に、ヒートポンプ式冷暖房システム等において流路切換を行う流路切換弁として使用するのに好適な六方切換弁に関する。
一般に、ルームエアコン、カーエアコン等のヒートポンプ式冷暖房システムは、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器、及び膨張弁等に加えて、流路(流れ方向)切換手段としての流路切換弁を備えている。
この種の流路切換弁としては、四方切換弁がよく知られているが、それに代えて六方切換弁を用いることが考えられている。
以下に六方切換弁を備えたヒートポンプ式冷暖房システムの一例を図9(A)、(B)を参照しながら簡単に説明する。図示例のヒートポンプ式冷暖房システム100は、運転モード(冷房運転と暖房運転)の切り換えを六方切換弁180で行うようになっており、基本的には、圧縮機110、室外熱交換器120、室内熱交換器130、冷房用膨張弁150、及び暖房用膨張弁160を備え、それらの間に6個のポートpA、pB、pC、pD、pE、pFを有する六方切換弁180が配在されている。
前記各機器間は導管(パイプ)等で形成される流路で接続されており、冷房運転モードが選択されたときには、図9(A)に示される如くに、圧縮機110から吐出された高温高圧の冷媒は、六方切換弁180のポートpAからポートpBを介して室外熱交換器120に導かれ、ここで室外空気と熱交換して凝縮し、高圧の気液二相又は液冷媒となって冷房用膨張弁150に導入される。この冷房用膨張弁150により高圧の冷媒が減圧され、減圧された低圧の冷媒は、六方切換弁180のポートpEからポートpFを介して室内熱交換器130に導入され、ここで室内空気と熱交換(冷房)して蒸発し、室内熱交換器130からは低温低圧の冷媒が六方切換弁180のポートpCからポートpDを介して圧縮機110の吸入側に戻される。
それに対し、暖房運転モードが選択されたときには、図9(B)に示される如くに、圧縮機110から吐出された高温高圧の冷媒は、六方切換弁180のポートpAからポートpFを介して室内熱交換器130に導かれ、ここで室内空気と熱交換(暖房)して凝縮し、高圧の気液二相又は液冷媒となって暖房用膨張弁160に導入される。この暖房用膨張弁160により高圧の冷媒が減圧され、減圧された低圧の冷媒は、六方切換弁180のポートpCからポートpBを介して室外熱交換器120に導入され、ここで室外空気と熱交換して蒸発し、室外熱交換器120からは低温低圧の冷媒が六方切換弁180のポートpEからポートpDを介して圧縮機110の吸入側に戻される。
前記した如くのヒートポンプ式冷暖房システムに組み込まれる六方切換弁として、特許文献1に所載の如くの、スライド式のものが知られている。このスライド式の六方切換弁は、スライド式主弁体を内蔵する弁本体(主弁ハウジング)と電磁式のパイロット弁(四方パイロット弁)とを有し、主弁ハウジングに、前記ポートpA〜pFが設けられるとともに、スライド式主弁体が左右方向に摺動可能に配在されている。主弁ハウジングにおけるスライド式主弁体の左右には、パイロット弁を介して圧縮機吐出側及び圧縮機吸入側に接続される、それぞれスライド式主弁体に結合された左右一対のピストン型パッキンにより画成される二つの作動室が設けられ、この二つの作動室への高圧流体(冷媒)の導入・排出を前記パイロット弁で選択的に行い、この二つの作動室の圧力差を利用して前記スライド式主弁体を左右方向に摺動させることで前記流路切換を行うようにされている。
前記した如くの従来の流路切換弁においては、次のような解決すべき課題がある。
すなわち、特許文献1に所載のスライド式の六方切換弁では、前記6個のポートpA〜pFのうち5個のポートpB〜pFが軸線方向に並んで設けられているので、前記5個のポートpB〜pFが設けられる主弁座やスライド式主弁体が(軸線方向で)長くなり、スライド式主弁体が摺動自在に対接せしめられる主弁座の弁シート面やスライド式主弁体のシール面の面精度(平面度)の確保が難しく、初期漏れや耐久劣化による漏れ(弁漏れ)が増加するおそれがある。
また、内容積が比較的小さな主弁ハウジング内において高圧流体(冷媒)が内壁面等に衝突するとともに、その流れ方向がクランク状に大きく変わるので、圧力損失が大きくなる嫌いがある。
上記に加えて、従来の流路切換弁、特に、前記したヒートポンプ式冷暖房システムに使用される流路切換弁では、主弁ハウジング内において高温高圧の冷媒(ポートpAからポートpB、ポートpAからポートpFへ流れる冷媒)と低温低圧の冷媒(ポートpCからポートpD、ポートpEからポートpDへ流れる冷媒)とが近接した状態で流される。詳しくは、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが、冷房運転時には主弁座を介して隣接するポートpBとポートpCとに流され、暖房運転時には主弁座を介して隣接するポートpFとポートpCとに流されるが、その各ポートが設けられる主弁座は、一般に熱伝導率の高い金属で作製されているので、それらの間の熱交換量(つまり、熱損失)が大きくなって、システムの効率が悪くなるという問題もある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、弁漏れし難くできるとともに、圧力損失を効果的に抑えることのできる六方切換弁を提供することにある。
また、本発明の他の目的とするところは、ヒートポンプ式冷暖房システム等の高温高圧の流体と低温低圧の流体が流される環境で使用される場合において、熱損失を低減し得てヒートポンプ式冷暖房システムの効率を向上させることのできる六方切換弁を提供することにある。
前記の目的を達成すべく、本発明に係る六方切換弁は、基本的には、主弁室を画成する筒状の主弁ハウジング、該主弁ハウジングに合計で6個設けられたポート、及び前記主弁室内に軸線方向に移動可能に配在されたスライド式の主弁体を備え、前記主弁体内に、前記ポート間を選択的に連通するための複数本の連通路が設けられ、前記主弁体を移動させることにより、連通するポート間が切り換えられるようにされ、前記主弁室に、3個のポートが軸線方向に並んで開口せしめられるとともに、前記3個のポートの軸線に対して反対側に、別の3個のポートが軸線方向に並んで開口せしめられ、前記主弁体は、筒状の高圧側スライド弁体と、前記高圧側スライド弁体に摺動自在に内嵌される嵌合凸部を一側面に持つ低圧側スライド弁体とを有し、前記高圧側スライド弁体に前記嵌合凸部が内嵌されることにより、前記高圧側スライド弁体の内周面と前記嵌合凸部の端面とによって、前記3個のポートのうちの2個のポートを選択的に連通させるとともに相対的に高圧の流体が導入される高圧側Uターン通路が画成され、前記高圧側スライド弁体と前記低圧側スライド弁体とが、軸線方向に一体的に移動自在、かつ、軸線に対して垂直な方向に相互に摺動自在とされるとともに、前記低圧側スライド弁体の他側面に、前記別の3個のポートのうちの2個のポートを選択的に連通させるとともに相対的に低圧の流体が導入される低圧側Uターン通路が開設されており、前記主弁室内で前記主弁体を移動させることにより、前記3個のポートのうちの2個のポートが前記高圧側Uターン通路を介して連通せしめられ、前記別の3個のポートのうちの2個のポートが前記低圧側Uターン通路を介して連通せしめられ、前記3個のポートのうちの他の1個のポートと前記別の3個のポートのうちの他の1個のポートとが前記主弁ハウジング内を通じて連通せしめられる連通状態を選択的に複数とり得るようにされていることを特徴としている。
好ましい態様では、前記高圧側スライド弁体と前記低圧側スライド弁体の前記嵌合凸部との間に、環状のシール部材が配在される。
更に好ましい態様では、前記3個のポートが設けられた主弁座側の前記高圧側スライド弁体の環状シール面の外形が、前記シール部材の外形より小さくされる。
更に好ましい態様では、前記高圧側スライド弁体における前記3個のポートが設けられた主弁座側の端部内周に内鍔状部が設けられ、該内鍔状部の主弁座側の端面に前記環状シール面が形成される。
別の好ましい態様では、前記高圧側スライド弁体と前記低圧側スライド弁体との間に、前記高圧側スライド弁体と前記低圧側スライド弁体とを相互に逆方向に付勢する付勢部材が配在される。
更に好ましい態様では、前記シール部材の外側に前記付勢部材が配在される。
他の好ましい態様では、前記低圧側Uターン通路の通路面積が前記高圧側Uターン通路の通路面積より大きくされる。
他の好ましい態様では、前記嵌合凸部の端面に、前記高圧側Uターン通路における高圧の流体の流れを円滑にする椀状窪みからなるガイド面が形成される。
他の好ましい態様では、前記主弁ハウジングにおける前記主弁室の一端側及び他端側に、一対の第1及び第2ピストンにより画成される、高圧流体が選択的に導入・排出される容量可変の第1及び第2作動室が設けられ、前記主弁体は、前記第1及び第2ピストンに連動して軸線方向に移動自在に配在されており、前記第1及び第2作動室への高圧流体の導入・排出を制御して前記第1及び第2ピストンを移動させて、前記主弁室内で前記主弁体を移動させるようにされる。
更に好ましい態様では、前記第1ピストンと前記第2ピストンとは、前記ポートが設けられた主弁座の弁シート面に対して直交する方向に配置された一枚又は複数枚の板材からなる連結体により一体移動可能に連結され、前記連結体に、前記主弁体が前記第1及び第2ピストンの往復移動に伴って移動するように、かつ、前記主弁座の弁シート面に対して直交する方向に摺動自在に支持される。
更に好ましい態様では、前記連結体に、前記主弁体の軸線方向への移動規制を行うストッパ部が設けられる。
更に好ましい態様では、前記ストッパ部は、前記主弁ハウジングに当接せしめられるようにされる。
本発明に係る六方切換弁では、主弁室に、3個のポートが軸線方向に並んで開口せしめられるとともに、その3個のポートの軸線に対して反対側に、別の3個のポートが軸線方向に並んで開口せしめられ、主弁体内に、3個のポートのうちの2個のポートを選択的に連通させるとともに相対的に高圧の流体が導入される高圧側Uターン通路と別の3個のポートのうちの2個のポートを選択的に連通させるとともに相対的に低圧の流体が導入される低圧側Uターン通路とが設けられ、主弁室内で主弁体を移動させることにより、3個のポートのうちの2個のポートが高圧側Uターン通路を介して連通せしめられ、別の3個のポートのうちの2個のポートが低圧側Uターン通路を介して連通せしめられ、3個のポートのうちの他の1個のポートと別の3個のポートのうちの他の1個のポートが主弁ハウジング内を通じて連通せしめられる連通状態(流路)を選択的に複数とり得るようにされている。そのため、従来のスライド式主弁体を使用した六方切換弁と比べて、ポートが設けられる主弁座や主弁体を(軸線方向で)短くできるので、主弁座の弁シート面や主弁体のシール面の面精度(平面度)が確保しやすくなり、弁漏れを抑えられるとともに、流体(例えば高圧流体(冷媒))がUターン通路を介して流されるので、圧力損失を低減することもできる。
上記に加えて、本発明に係る六方切換弁をヒートポンプ式冷暖房システム等の、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒が流される環境で使用する場合、高温高圧の冷媒が流される高圧側Uターン通路と低温低圧の冷媒が流される低圧側Uターン通路が、例えば金属製の主弁座を介することなく比較的大きく離されて設けられるので、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが金属製の主弁座を介して近接した状態で流される従来のものに比べて、それらの間の熱交換量(つまり、熱損失)を大幅に低減でき、そのため、システムの効率を向上できるという効果も得られる。
また、本発明に係る六方切換弁では、主弁体が、筒状の高圧側スライド弁体と、その高圧側スライド弁体に摺動自在に内嵌される嵌合凸部を一側面(高圧側スライド弁体側の側面)に持つ低圧側スライド弁体とを有し、高圧側スライド弁体に嵌合凸部が内嵌されることにより、高圧側スライド弁体の内周面と嵌合凸部の端面とによって、前記高圧側Uターン通路が画成されるので、当該高圧側Uターン通路に導入された高圧流体(の流体圧)によって低圧側スライド弁体がポートが設けられる主弁座に押し付けられる(圧接せしめられる)。そのため、主弁体の体格(特に、軸線に対して直交する方向の大きさ)を抑えながら、弁漏れをより効果的に抑えることができる。
また、前記3個のポートが設けられた主弁座側の高圧側スライド弁体の環状シール面の外形が、高圧側スライド弁体と低圧側スライド弁体の嵌合凸部との間に配置されたシール部材の外形より小さくされるので、高圧側スライド弁体の受圧面積の差に起因して当該高圧側スライド弁体に作用する差圧によって高圧側スライド弁体がポートが設けられる主弁座に押し付けられる(圧接せしめられる)ため、これによっても、弁漏れをより効果的に抑えることができる。
上記した以外の、課題、構成、及び作用効果は、以下の実施形態により明らかにされる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1及び図2は、本発明に係る六方切換弁の一実施形態を示す縦断面図であり、図1は、第1連通状態(冷房運転時)、図2は、第2連通状態(暖房運転時)を示す図である。
なお、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際にヒートポンプ式冷暖房システム等に組み込まれた状態での位置、方向を指すとは限らない。
また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、各構成部材の寸法に比べて大きくあるいは小さく描かれている場合がある。
図示実施形態の六方切換弁1は、例えば前述した図9(A)、(B)に示されるヒートポンプ式冷暖房システムにおける六方切換弁180として用いられるスライド式のもので、基本的に、シリンダ型の六方弁本体10と、パイロット弁としての単一の電磁式四方パイロット弁90とを備える。なお、本実施形態の六方切換弁1に備えられている6個のポートは、上記六方切換弁180の各ポートpA〜pFに対応させて同一の符号が付されている。
[六方弁本体10の構成]
六方弁本体10は、真鍮あるいはステンレス等の金属製とされた筒状の主弁ハウジング11を有し、この主弁ハウジング11に、一端側(上端側)から順次、第1作動室31、第1ピストン21、主弁室12、第2ピストン22、及び第2作動室32が配在されている。前記第1及び第2ピストン21、22にはいずれにも、主弁ハウジング11を気密的に仕切るべく、主弁ハウジング11の内周面にその外周部が圧接するばね付きパッキンが取り付けられている。
六方弁本体10は、真鍮あるいはステンレス等の金属製とされた筒状の主弁ハウジング11を有し、この主弁ハウジング11に、一端側(上端側)から順次、第1作動室31、第1ピストン21、主弁室12、第2ピストン22、及び第2作動室32が配在されている。前記第1及び第2ピストン21、22にはいずれにも、主弁ハウジング11を気密的に仕切るべく、主弁ハウジング11の内周面にその外周部が圧接するばね付きパッキンが取り付けられている。
詳しくは、主弁ハウジング11は、比較的大径の胴体部11cを有し、この胴体部11cの上端開口部に気密的に取り付けられた厚肉円板状の上側連結蓋11dに設けられた中央穴に、(比較的小径の)パイプ部材からなる第1ピストン部11aがろう付け等により気密的に固着され、この第1ピストン部11aに前記第1ピストン21が配在されている。同様に、胴体部11cの下端開口部に気密的に取り付けられた厚肉円板状の下側連結蓋11eに設けられた中央穴に、(比較的小径の)パイプ部材からなる第2ピストン部11bがろう付け等により気密的に固着され、この第2ピストン部11bに前記第2ピストン22が配在されている。
主弁ハウジング11(の第1ピストン部11a)の上端には、容量可変の第1作動室31を画成する薄肉円板状の上端側蓋部材11Aがろう付け等により気密的に固着され、主弁ハウジング11(の第2ピストン部11b)の下端には、容量可変の第2作動室32を画成する薄肉円板状の下端側蓋部材11Bがろう付け等により気密的に固着されている。上端側蓋部材11A及び下端側蓋部材11B(の中央)には、第1作動室31及び第2作動室32に高圧流体(冷媒)を導入・排出するためのポートp11、p12がそれぞれ取り付けられている。
前記主弁ハウジング11(の主弁室12)には、合計で6個のポートが設けられている。
詳しくは、前記主弁室12の左部中央には、その表面(右面)が平坦な弁シート面とされた例えば金属製の第1主弁座(弁シート)13がろう付け等により主弁ハウジング11の胴体部11c(の内周)に気密的に固着され、その第1主弁座13の弁シート面に、左方に向けて延びる管継手からなる3個のポート(上端側から順次、ポートpB、ポートpA、ポートpF)が縦並びで(軸線O方向に並んで)略等間隔に開口せしめられている。
また、前記主弁室12の右部中央(第1主弁座13に対向する位置、言い換えれば、軸線Oに対して第1主弁座13の反対側の位置)には、その表面(左面)が平坦な弁シート面とされた例えば金属製の第2主弁座(弁シート)14がろう付け等により主弁ハウジング11の胴体部11c(の内周)に気密的に固着され、その第2主弁座14の弁シート面に、右方に向けて延びる管継手からなる3個のポート(上端側から順次、ポートpC、ポートpD、ポートpE)が縦並びで(軸線O方向に並んで)略等間隔に開口せしめられている。
第1主弁座13に設けられた各ポート(ポートpB、ポートpA、ポートpF)と第2主弁座14に設けられた各ポート(ポートpC、ポートpD、ポートpE)とは、対向する位置(軸線Oに対して反対側)に設定されるとともに、本例では、第1主弁座13及び第2主弁座14に設けられた各ポートpA〜pFの口径は略同径に設定されている。
前記主弁室12内、具体的には、主弁ハウジング11の胴体部11c内には、両側面(左面及び右面)が前記第1主弁座13及び第2主弁座14の弁シート面にそれぞれ摺動自在に対接せしめられる、レーストラック形の環状シール面を持つ断面矩形状のスライド式の主弁体15が軸線O方向(上下方向)に移動可能に配在されている。本例では、主弁体15の左右方向及び前後方向の寸法は、前記主弁ハウジング11の第1ピストン部11a及び第2ピストン部11bの外径と同等もしくはそれより若干大きくされている。
前記主弁体15は、例えば合成樹脂製とされ、基本的に、第1主弁座13側(左側)の第1スライド弁体(高圧側スライド弁体)15Aと、第2主弁座14側(右側)の第2スライド弁体(低圧側スライド弁体)15Bとの2部品構成とされている。
第1スライド弁体15Aは筒状を有し、その左端部(第2スライド弁体15B側とは反対側の端部)内周に、第1主弁座13の弁シート面に開口する3個のポートのうちの隣り合う2個のポート(ポートpBとポートpA、あるいは、ポートpAとポートpF)を選択的に連通させ得るような大きさの開口を画成する内鍔状部15aが(内側に向けて)突設されている。この内鍔状部15aの左端面(第1主弁座13側の端面)は、前記第1主弁座13の弁シート面に摺動自在に対接せしめられる前記環状シール面とされている。
一方、第2スライド弁体15Bの右面側(第1スライド弁体15A側とは反対側)には、第2主弁座14の弁シート面に開口する3個のポートのうちの隣り合う2個のポート(ポートpCとポートpD、あるいは、ポートpDとポートpE)を選択的に連通させ得るような大きさの椀状窪みからなる第2Uターン通路(低圧側Uターン通路)(連通路)16Bが開設されるとともに、第2スライド弁体15Bの左面(第1スライド弁体15A側の側面)には、前記筒状の第1スライド弁体15Aの内形とほぼ同じもしくはそれより若干小さい外形を持つ嵌合凸部15bが(左向きに)延設されている。
前記第2スライド弁体15Bの嵌合凸部15bが前記筒状の第1スライド弁体15A(の右側部分)に(間に設けられた段差部分にOリング18を挟んで)摺動自在に内嵌されることにより、第1スライド弁体15Aの内周面と嵌合凸部15bの左端面とによって、第1主弁座13の弁シート面に開口する3個のポートのうちの隣り合う2個のポート(ポートpBとポートpA、あるいは、ポートpAとポートpF)を選択的に連通させ得る第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)(連通路)16Aが画成されるとともに、第1スライド弁体15Aと第2スライド弁体15Bとは、左右方向(軸線Oに対して垂直な方向であって第1主弁座13に設けられた各ポート(ポートpB、ポートpA、ポートpF)と第2主弁座14に設けられた各ポート(ポートpC、ポートpD、ポートpE)とが対向する方向、つまり、第1主弁座13及び第2主弁座14の弁シート面に対して直交する方向)に相互に若干の移動自在、かつ、上下方向(軸線O方向)に一体的に移動自在とされている。
図示例では、第1スライド弁体15Aの右端側内周に形成された段差部(内周段差部)と第2スライド弁体15Bの嵌合凸部15bの外周に形成された段差部(外周段差部)との間に、環状のシール部材としてのOリング18が介装されている。なお、Oリング18に替えて、リップシール等のシール部材を用いてもよいことは勿論である。
そのため、前記Oリング18より内側の部分は、ポート(吐出側高圧ポート)pAから第1Uターン通路16Aを介して高圧流体(冷媒)が導入され、第1Uターン通路16Aと主弁室12とは、その間に配在された前記Oリング18によりシール(封止)されている。
ここで、図1及び図2とともに図3を参照すればよく分かるように、左右方向(軸線Oに対して垂直な方向)で視て、第1スライド弁体15Aにおける右面側の受圧面積Sbは左面側(第1主弁座13側)の受圧面積Saより大きくされる。
より詳しくは、左右方向に対して垂直な平面に対する前記Oリング18より内側の投影面積であって、前記第1Uターン通路16A内に導入された高圧冷媒によって第1スライド弁体15A(の右面)が左方向の圧力を受ける面の投影面積(受圧面積Sb)が、左右方向に対して垂直な平面に対する前記第1主弁座13側の環状シール面の投影面積(つまり、ここでは内鍔状部15aの投影面積とほぼ同じ面積)であって、ポート(環状シール面の内側)を流れる高圧冷媒によって第1スライド弁体15A(の左面)が右方向の圧力を受ける面の投影面積(受圧面積Sa)より大きくされている。
これにより、ポート(吐出側高圧ポート)pAを介して第1Uターン通路16Aに高圧冷媒が導入されたときに、第1Uターン通路16A(の高圧冷媒)から受ける圧力(より詳細には、第1Uターン通路16Aを流れる冷媒(高圧冷媒)から受ける圧力と第2Uターン通路16Bを流れる冷媒(低圧冷媒)から受ける圧力との差圧)によって、第2スライド弁体15Bの右面(の環状シール面)が第2主弁座14の弁シート面に押し付けられるとともに、第1スライド弁体15Aの右面側と左面側との受圧面積の差(Sb−Sa)に起因して当該第1スライド弁体15Aに作用する差圧によって、第1スライド弁体15Aの左面(の環状シール面)が第1主弁座13の弁シート面に押し付けられるようになっている。
なお、第1スライド弁体15Aと第2スライド弁体15Bとの間、例えば、Oリング18の外側であって、第1スライド弁体15Aの右面と第2スライド弁体15Bの嵌合凸部15bを形成する段差面(左向きの段丘面)との間に、第1スライド弁体15Aと第2スライド弁体15Bとを相互に逆方向(引き離す方向)に付勢する付勢部材(リング状の板ばね、圧縮コイルばね等)を配置し、これによって、第1スライド弁体15Aの左面(の環状シール面)を第1主弁座13の弁シート面に圧接せしめる(押し付ける)とともに、第2スライド弁体15Bの右面(の環状シール面)を第2主弁座14の弁シート面に圧接せしめる(押し付ける)ようにしてもよい。
なお、本例では、第2スライド弁体15Bの第2Uターン通路16Bの略中央に、形状保持のための補強ピン15dが前後方向に向けて架設されている(図5も併せて参照)。
また、本例では、主弁体15(を構成する第1スライド弁体15A及び第2スライド弁体15B)の上下面に、後述する連結体25(の連結板25A、25B)の支持板部25cが(左右方向に若干の隙間を持って)嵌め込まれる窪み面15eが形成されている。
前記主弁体15は、前述のように、第1スライド弁体15Aと第2スライド弁体15Bとが一体となって軸線O方向に移動せしめられ、図1に示される如くの、ポートpFを開きかつポートpBとポートpAとを第1スライド弁体15Aの第1Uターン通路16Aを介して連通させるとともに、ポートpEを開きかつポートpCとポートpDとを第2スライド弁体15Bの第2Uターン通路16Bを介して連通させる冷房位置(上端位置)と、図2に示される如くの、ポートpBを開きかつポートpAとポートpFとを第1スライド弁体15Aの第1Uターン通路16Aを介して連通させるとともに、ポートpCを開きかつポートpDとポートpEとを第2スライド弁体15Bの第2Uターン通路16Bを介して連通させる暖房位置(下端位置)とを選択的にとり得るようにされている。
主弁体15の第1スライド弁体15Aは、移動時以外は3個のポートのうちの2個のポート(ポートpBとポートpA、あるいは、ポートpAとポートpF)の真上に位置し、主弁体15の第2スライド弁体15Bは、移動時以外は3個のポートのうちの2個のポート(ポートpCとポートpD、あるいは、ポートpDとポートpE)の真上に位置し、このときは、主弁体15内(の第1Uターン通路16A)に導入された高圧冷媒からの圧力によりそれぞれ左右に押圧されて第1主弁座13及び第2主弁座14の弁シート面に圧接せしめられている。
第1ピストン21と第2ピストン22とは、連結体25により一体移動可能に連結されており、この連結体25に、前記主弁体15の第1スライド弁体15Aと第2スライド弁体15Bとが左右方向に若干の摺動自在かつ前後方向での移動はほぼ阻止された状態で嵌合せしめられて支持されている。
前記連結体25は、本例では、例えばプレス成形等で作製された、同一寸法及び同一形状の一対の板材で構成されており、各板材が、左右方向(第1主弁座13及び第2主弁座14の弁シート面に対して直交する方向)に沿って(言い換えれば、弁シート面に対して直交する平面に平行となるように)配置されるとともに、それら一対の板材が、前後方向で対向配置されており、前記一対の板材の間に前記主弁体15が(前後方向で)挟持されている。なお、以下、主弁体15の前側に配置される板材を連結板25A、主弁体15の後側に配置される板材を連結板25Bと称する。
より詳しくは、図1及び図2とともに図4、図5を参照すればよく分かるように、各連結板25A、25Bは、その中心から前後方向に延びる中心線(対称線)に対して対称な縦長矩形状(ここでは、上下全長に亘って同幅)の板材で構成されている。各連結板25A、25Bの(上下方向の)略中央には、前記主弁体15(の前側部分又は後側部分)を軸線O方向に一体的に移動自在に係合支持すべく、前記主弁体15の外周(前面及び上下面、又は、後面及び上下面)に沿う形状(つまり、断面略凹状)の支持板部25cが形成されている。この支持板部25cの(左右方向の)幅は、前記弁体15の上下面に設けられた窪み面15eの幅より若干小さくされている。
各連結板25A、25Bにおける前記支持板部25cの上下には、第1ピストン21又は第2ピストン22まで延在する接続板部25aが連接されている。前記接続板部25aは、ここでは、折り曲げ等によってステップ状ないしクランク状に形成されており、支持板部25c側から、オフセット板部25aaと、対接板部25abとを有する。前側の連結板25Aにおける接続板部25aのオフセット板部25aaは、軸線Oより前側、特に、左右方向に視て第1主弁座13及び第2主弁座14の弁シート面に開口せしめられた6個のポートpA〜pFを前側に避けた位置(言い換えれば、6個のポートpA〜pFから前方にオフセットした位置)に配在され、後側の連結板25Bにおける接続板部25aのオフセット板部25aaは、軸線Oより後側、特に、左右方向に視て第1主弁座13及び第2主弁座14の弁シート面に開口せしめられた6個のポートpA〜pFを後側に避けた位置(言い換えれば、6個のポートpA〜pFから後方にオフセットした位置)に配在される。すなわち、本例では、左右方向に視て、一対の連結板25A、25Bにおける接続板部25aのオフセット板部25aa同士が第1主弁座13及び第2主弁座14の弁シート面に開口せしめられた各ポートpA〜pFの口径より(前後方向で)離間して配置され、その一対の連結板25A、25Bにおける接続板部25aのオフセット板部25aa同士の間に各ポートpA〜pF(より詳しくは、図1に示される冷房位置(上端位置)では下側に位置するポートpFとポートpE、図2に示される暖房位置(下端位置)では上側に位置するポートpBとポートpC)が位置せしめられることになる(特に、図4参照)。
また、連結板25A、25Bにおける接続板部25aの対接板部25ab(第1ピストン21又は第2ピストン22に近接する部分であって、第1主弁座13及び第2主弁座14の弁シート面に開口せしめられた各ポートpA〜pFとラップしない部分)は、反対側の(対向配置される)連結板25B、25Aにおける接続板部25aの対接板部25abに対接せしめられている。なお、後述する組立性等を考慮して、例えば、この対接板部25abに、対向配置される連結板25A、25Bを相互に位置合わせするため凹凸等(位置合わせ部)を設けてもよい。
各連結板25A、25B(の接続板部25a)の上下の端部には、対向配置される連結板25B、25A側とは反対側(断面略凹状の支持板部25cが形成される方向)に向けて略90°折り曲げられて形成された取付脚部25bが設けられ、その取付脚部25bに、当該連結板25A、25Bを第1ピストン21又は第2ピストン22に連結するボルト30を挿通するためのねじ穴29が貫設されている。
また、本例では、前記各連結板25A、25Bの接続板部25a(オフセット板部25aa+対接板部25ab)の上下方向(軸線O方向)の長さが、主弁ハウジング11の第1及び第2ピストン部11a、11bの長さより短くされている。これにより、主弁ハウジング11の上側連結蓋11d(における第1ピストン部11aの外周部分)が、連結体25(の各連結板25A、25B)における支持板部25c(の上端側角部)に当接して当該連結体25(つまり、連結体25に嵌合せしめられた主弁体15)の上方向への移動を阻止するストッパとされ、主弁ハウジング11の下側連結蓋11e(における第2ピストン部11bの外周部分)が、連結体25(の各連結板25A、25B)における支持板部25c(の下端側角部)に当接して当該連結体25(つまり、連結体25に嵌合せしめられた主弁体15)の下方向への移動を阻止するストッパとされる。
言い換えれば、本例では、連結体25(の各連結板25A、25Bにおける支持板部25c)に、主弁ハウジング11の上側連結蓋11d又は下側連結蓋11eに当接して主弁体15の上下方向への移動規制を行うストッパ部25sが設けられている。
前記のように、主弁体15の移動規制を行うストッパ部25sが連結体25に設けられることで、例えば、上端側蓋部材11A及び下端側蓋部材11Bが、第1ピストン21の上方向への移動及び第2ピストン22の下方向への移動を阻止するストッパを兼ねるものと比べて、第1及び第2ピストン21、22に加わる負荷を軽減できるとともに、主弁体15の位置規制のための第1及び第2ピストン21、22の構成部品並びに上端側及び下端側蓋部材11A、11B等の寸法精度を緩和できる。なお、前述のように、上端側蓋部材11A及び下端側蓋部材11Bが、第1ピストン21の上方向への移動及び第2ピストン22の下方向への移動(つまり、主弁体15の上下動)を阻止するストッパを兼ねてもよいことは勿論である。
本例では、前記したように、各連結板25A、25Bは、同一寸法及び同一形状の板材で構成されているので、2枚の連結板25A、25Bを前後方向で対向して配置するとともに、双方の連結板25A、25Bの接続板部25aの対接板部25ab同士を当接させるようにして逆向きで(詳しくは、上下逆さまにして)組み合わせて配置し、ボルト30を介して各取付脚部25bを前記第1ピストン21又は第2ピストン22に固定する。そして、各連結板25A、25Bにおける支持板部25c同士の間(側面視略矩形状の空間)に前記主弁体15の第1スライド弁体15A及び第2スライド弁体15Bを(それぞれ左右方向から)配置することで、前記主弁体15の第1スライド弁体15Aと第2スライド弁体15Bとが、左右方向に若干の摺動自在かつ前後方向での移動はほぼ阻止された状態で当該連結体25に嵌合せしめられる(特に、図5参照)。
連結体25(の一対の連結板25A、25B)に嵌合されて支持された主弁体15は、第1及び第2ピストン21、22の往復移動に伴って前記連結体25の連結板25A、25Bにおける断面凹状の支持板部25cの上側部分又は下側部分(左右方向で幅広の矩形状平面)に押動されて(ここでは、主弁体15の第1スライド弁体15Aと第2スライド弁体15Bの上下面が押圧されて)冷房位置(上端位置)と暖房位置(下端位置)との間を行き来するようにされている。
なお、本例では、前記連結体25が、同一寸法及び同一形状の一対の板材(連結板25A、25B)で構成される場合を例示しているが、例えば一枚の板材で前記連結体25を構成してもよいことは当然である。
[六方弁本体10の動作]
次に、上記した如くの構成を有する六方弁本体10の動作を説明する。
次に、上記した如くの構成を有する六方弁本体10の動作を説明する。
主弁ハウジング11内に配在された主弁体15が暖房位置(下端位置)(図2に示される如くの第2連通状態)にあるときにおいて、後述する四方パイロット弁90を介して、第2作動室32を吐出側高圧ポートであるポートpAに連通させるとともに、第1作動室31を吸入側低圧ポートであるポートpDに連通させると、第2作動室32に高温高圧の冷媒が導入されるとともに、第1作動室31から高温高圧の冷媒が排出される。そのため、主弁室12の他端側(下端側)の第2作動室32の圧力が主弁室12の一端側(上端側)の第1作動室31の圧力より高くなり、図1に示される如くに、第1、第2ピストン21、22及び主弁体15が上方に移動して連結体25(の各連結板25A、25Bにおける支持板部25c)のストッパ部25sが上側連結蓋11dに接当係止され、主弁体15が冷房位置(上端位置)(図1に示される如くの第1連通状態)をとる。
これにより、ポートpAとポートpBとが(第1Uターン通路16Aを介して)連通せしめられ、ポートpCとポートpDとが(第2Uターン通路16Bを介して)連通せしめられ、ポートpEとポートpFとが(主弁室12を介して)連通せしめられるので、ヒートポンプ式冷暖房システムにおいて、冷房運転が行われる。
主弁体15が冷房位置(上端位置)(図1に示される如くの第1連通状態)にあるときにおいて、後述する四方パイロット弁90を介して、第1作動室31を吐出側高圧ポートであるポートpAに連通させるとともに、第2作動室32を吸入側低圧ポートであるポートpDに連通させると、第1作動室31に高温高圧の冷媒が導入されるとともに、第2作動室32から高温高圧の冷媒が排出される。そのため、主弁室12の一端側(上端側)の第1作動室31の圧力が主弁室12の他端側(下端側)の第2作動室32の圧力より高くなり、図2に示される如くに、第1、第2ピストン21、22及び主弁体15が下方に移動して連結体25(の各連結板25A、25Bにおける支持板部25c)のストッパ部25sが下側連結蓋11eに接当係止され、主弁体15が暖房位置(下端位置)(図2に示される如くの第2連通状態)をとる。
これにより、ポートpAとポートpFとが(第1Uターン通路16Aを介して)連通せしめられ、ポートpEとポートpDとが(第2Uターン通路16Bを介して)連通せしめられ、ポートpCとポートpBとが(主弁室12を介して)連通せしめられるので、ヒートポンプ式冷暖房システムにおいて、暖房運転が行われる。
[四方パイロット弁90の構成]
パイロット弁としての四方パイロット弁90は、その構造自体はよく知られているもので、図6(A)、(B)に拡大図示されている如くに、基端側(左端側)外周に電磁コイル91が外嵌固定された円筒状のストレートパイプからなる弁ケース92を有し、該弁ケース92に、基端側から順次、吸引子95、圧縮コイルばね96、プランジャ97が直列的に配在されている。
パイロット弁としての四方パイロット弁90は、その構造自体はよく知られているもので、図6(A)、(B)に拡大図示されている如くに、基端側(左端側)外周に電磁コイル91が外嵌固定された円筒状のストレートパイプからなる弁ケース92を有し、該弁ケース92に、基端側から順次、吸引子95、圧縮コイルばね96、プランジャ97が直列的に配在されている。
弁ケース92の左端部は、吸引子95の鍔状部(外周段丘部)に溶接等により密封接合されており、吸引子95は、通電励磁用の電磁コイル91の外周を覆うカバーケース91Aにボルト92Bにより締結固定されている。
一方、弁ケース92の右端開口部には、高圧冷媒を導入するための細管挿着口(高圧導入ポートa)を有するフィルタ付き蓋部材98が溶接、ろう付け、かしめ等により気密的に取着されており、蓋部材98とプランジャ97と弁ケース92とで囲まれる領域が弁室99となっている。弁室99には、蓋部材98の細管挿着口(高圧導入ポートa)に気密的に挿着された可撓性を有する高圧細管#aを介して前記ポート(吐出側高圧ポート)pAから高温高圧の冷媒が導入されるようになっている。
また、弁ケース92におけるプランジャ97と蓋部材98との間には、その内端面が平坦な弁シート面とされた弁座93がろう付け等により気密的に接合されており、この弁座93の弁シート面(内端面)には、先端側(右端側)から順次、前記した六方弁本体10の第1作動室31に細管#bを介して接続されるポートb、ポート(吸入側低圧ポート)pDに細管#cを介して接続されるポートc、第2作動室32に細管#dを介して接続されるポートdが弁ケース92の長手方向(左右方向)に沿って所定間隔をあけて横並びに開口せしめられている。
吸引子95に対向配置されたプランジャ97は、基本的には円柱状とされ、弁ケース92内を軸方向(弁ケース92の中心線Lに沿う方向)に摺動自在に配在されている。そのプランジャ97の吸引子95側とは反対側の端部には、弁体94をその自由端側で厚み方向に摺動可能に保持する弁体ホルダ94Aがその基端部を取付具94Bと共に圧入、かしめ等により取付固定されている。この弁体ホルダ94Aには、弁体94を弁座93に押し付ける方向(厚み方向)に付勢する板ばね94Cが取り付けられている。弁体94は、弁座93の弁シート面に開口するポートb、c、d間の連通状態を切り換えるべく、当該弁座93の弁シート面に対接せしめられた状態で、弁座93の弁シート面をプランジャ97の左右方向の移動に伴って摺動するようになっている。
また、弁体94には、弁座93の弁シート面に開口する3個のポートb〜dのうちの隣り合うポートb−c間、c−d間を選択的に連通させ得るような大きさの凹部94aが設けられている。
また、圧縮コイルばね96は、吸引子95とプランジャ97との間に縮装されてプランジャ97を吸引子95から引き離す方向(図では、右方)に付勢するようになっているが、本例では、弁座93(の左端部)が、プランジャ97の右方への移動を阻止するストッパとされている。なお、このストッパの構成としては、その他の構成を採用し得ることは言うまでも無い。
なお、上記四方パイロット弁90は、取付具92Aを介して六方弁本体10の背面側等の適宜の箇所に取付けられる。また、上記四方パイロット弁90では、吸入側低圧ポートであるポートpDに細管#cを接続しているが、中圧冷媒が流されるポートpCに細管#cを接続してもよい。
[四方パイロット弁90の動作]
上記した如くの構成とされた四方パイロット弁90においては、電磁コイル91への通電OFF時には、図1及び図6(A)に示される如くに、プランジャ97は圧縮コイルばね96の付勢力により、その右端が弁座93に接当する位置まで押し動かされている。この状態では、弁体94がポートbとポートc上に位置し、その凹部94aによりポートbとポートcが連通するとともに、ポートdと弁室99とが連通するので、ポート(吐出側高圧ポート)pAに流入する高圧流体が高圧細管#a→弁室99→ポートd→細管#d→ポートp12を介して第2作動室32に導入されるとともに、第1作動室31の高圧流体がポートp11→細管#b→ポートb→凹部94a→ポートc→細管#c→ポート(吸入側低圧ポート)pDへと流れて排出される。
上記した如くの構成とされた四方パイロット弁90においては、電磁コイル91への通電OFF時には、図1及び図6(A)に示される如くに、プランジャ97は圧縮コイルばね96の付勢力により、その右端が弁座93に接当する位置まで押し動かされている。この状態では、弁体94がポートbとポートc上に位置し、その凹部94aによりポートbとポートcが連通するとともに、ポートdと弁室99とが連通するので、ポート(吐出側高圧ポート)pAに流入する高圧流体が高圧細管#a→弁室99→ポートd→細管#d→ポートp12を介して第2作動室32に導入されるとともに、第1作動室31の高圧流体がポートp11→細管#b→ポートb→凹部94a→ポートc→細管#c→ポート(吸入側低圧ポート)pDへと流れて排出される。
それに対し、電磁コイル91への通電をONにすると、図2及び図6(B)に示される如くに、プランジャ97は吸引子95の吸引力により、その左端が吸引子95に接当する位置まで(圧縮コイルばね96の付勢力に抗して)引き寄せられる。このときには、弁体94がポートcとポートd上に位置し、その凹部94aによりポートcとポートdが連通するとともに、ポートbと弁室99とが連通するので、ポート(吐出側高圧ポート)pAに流入する高圧流体が高圧細管#a→弁室99→ポートb→細管#b→ポートp11を介して第1作動室31に導入されるとともに、第2作動室32の高圧流体がポートp12→細管#d→ポートd→凹部94a→ポートc→細管#c→ポート(吸入側低圧ポート)pDへと流れて排出される。
したがって、電磁コイル91への通電をOFFにすると、六方弁本体10の主弁体15が暖房位置(第2連通状態)から冷房位置(第1連通状態)に移行し、前記した如くの流路切換が行われる一方、電磁コイル91への通電をONにすると、六方弁本体10の主弁体15が冷房位置(第1連通状態)から暖房位置(第2連通状態)に移行し、前記した如くの流路切換が行われる。
このように、本実施形態の六方切換弁1では、電磁式四方パイロット弁90への通電をON/OFFで切り換えることで、六方切換弁1内を流通する高圧流体(高圧部分であるポートpAを流れる流体)と低圧流体(低圧部分であるポートpDを流れる流体)との差圧を利用して六方弁本体10を構成する主弁体15を主弁室12内で移動させることにより、主弁ハウジング11に合計で6個設けられたポート間の連通状態が切り換えられ、ヒートポンプ式冷暖房システムにおいて、暖房運転から冷房運転への切り換え、及び、冷房運転から暖房運転への切り換えを行うことができる。
[六方切換弁1の作用効果]
以上の説明から理解されるように、本実施形態の六方切換弁1においては、主弁室12に、ポートpB、ポートpA、及びポートpFが軸線O方向に並んで開口せしめられるとともに、ポートpB、ポートpA、及びポートpFの軸線Oに対して反対側に、ポートpC、ポートpD、及びポートpEが軸線O方向に並んで開口せしめられ、主弁体15内に、第1Uターン通路16Aと第2Uターン通路16Bとが設けられ、主弁室12内で主弁体15を移動させることにより、ポートpAとポートpBが第1Uターン通路16Aを介して連通せしめられ、ポートpCとポートpDが第2Uターン通路16Bを介して連通せしめられ、ポートpEとポートpFが主弁室12を介して連通せしめられる第1連通状態と、ポートpAとポートpFが第1Uターン通路16Aを介して連通せしめられ、ポートpEとポートpDが第2Uターン通路16Bを介して連通せしめられ、ポートpCとポートpBとが主弁室12を介して連通せしめられる第2連通状態と、を選択的にとり得るようにされている。そのため、従来のスライド式主弁体を使用した六方切換弁と比べて、ポートが設けられる主弁座(第1主弁座13及び第2主弁座14)や主弁体15を(軸線O方向で)短くできるので、主弁座(第1主弁座13及び第2主弁座14)の弁シート面や主弁体15のシール面の面精度(平面度)が確保しやすくなり、弁漏れを抑えられるとともに、流体(例えば高圧流体(冷媒))が第1Uターン通路16Aを介して流されるので、圧力損失を低減することもできる。
以上の説明から理解されるように、本実施形態の六方切換弁1においては、主弁室12に、ポートpB、ポートpA、及びポートpFが軸線O方向に並んで開口せしめられるとともに、ポートpB、ポートpA、及びポートpFの軸線Oに対して反対側に、ポートpC、ポートpD、及びポートpEが軸線O方向に並んで開口せしめられ、主弁体15内に、第1Uターン通路16Aと第2Uターン通路16Bとが設けられ、主弁室12内で主弁体15を移動させることにより、ポートpAとポートpBが第1Uターン通路16Aを介して連通せしめられ、ポートpCとポートpDが第2Uターン通路16Bを介して連通せしめられ、ポートpEとポートpFが主弁室12を介して連通せしめられる第1連通状態と、ポートpAとポートpFが第1Uターン通路16Aを介して連通せしめられ、ポートpEとポートpDが第2Uターン通路16Bを介して連通せしめられ、ポートpCとポートpBとが主弁室12を介して連通せしめられる第2連通状態と、を選択的にとり得るようにされている。そのため、従来のスライド式主弁体を使用した六方切換弁と比べて、ポートが設けられる主弁座(第1主弁座13及び第2主弁座14)や主弁体15を(軸線O方向で)短くできるので、主弁座(第1主弁座13及び第2主弁座14)の弁シート面や主弁体15のシール面の面精度(平面度)が確保しやすくなり、弁漏れを抑えられるとともに、流体(例えば高圧流体(冷媒))が第1Uターン通路16Aを介して流されるので、圧力損失を低減することもできる。
また、本実施形態では、六方弁本体10内を流れる流体(例えば低圧冷媒)が第2Uターン通路16Bを介して流されるとともに、流体(例えば中圧冷媒)が主弁室12内を左右方向に(ストレート状に)流されるので、これによっても、圧力損失を低減することが可能となる。
上記に加えて、本発明に係る六方切換弁1をヒートポンプ式冷暖房システム等の、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒が流される環境で使用する場合、高温高圧の冷媒が流される第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)16Aと低温低圧の冷媒が流される第2Uターン通路(低圧側Uターン通路)16Bが、例えば金属製の主弁座を介することなく比較的大きく離されて設けられるので、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが金属製の主弁座を介して近接した状態で流される従来のものに比べて、それらの間の熱交換量(つまり、熱損失)を大幅に低減でき、そのため、システムの効率を向上できるという効果も得られる。
また、本発明に係る六方切換弁1では、主弁体15が、筒状の第1スライド弁体(高圧側スライド弁体)15Aと、その第1スライド弁体15Aに摺動自在に内嵌される嵌合凸部15bを左側面(第1スライド弁体15A側の側面)に持つ第2スライド弁体(低圧側スライド弁体)15Bとを有し、第1スライド弁体15Aに嵌合凸部15bが内嵌されることにより、第1スライド弁体15Aの内周面と嵌合凸部15bの左端面とによって、前記第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)16Aが画成されるので、当該第1Uターン通路16Aに導入された高圧流体(の流体圧)によって第2スライド弁体15Bがポートが設けられる第2主弁座14に押し付けられる(圧接せしめられる)。そのため、主弁体15の体格(特に、軸線Oに対して直交する方向の大きさ)を抑えながら、弁漏れをより効果的に抑えることができる。
また、3個のポート(ポートpB、ポートpA、及びポートpF)が設けられた第1主弁座13側の第1スライド弁体15Aの環状シール面の外形が、第1スライド弁体15Aと第2スライド弁体15Bの嵌合凸部15bとの間に配置されたOリング18の外形より小さくされるので、第1スライド弁体15Aの受圧面積の差に起因して当該第1スライド弁体15Aに作用する差圧によって第1スライド弁体15Aがポートが設けられる第1主弁座13に押し付けられる(圧接せしめられる)ため、これによっても、弁漏れをより効果的に抑えることができる。
[六方切換弁1の他例]
なお、上記実施形態では、第2スライド弁体15B側の第2Uターン通路(低圧側Uターン通路)16Bの通路面積(流れ方向に対して略垂直な断面積)と第1スライド弁体15A側の第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)16Aの通路面積(流れ方向に対して略垂直な断面積)とがほぼ同じとされているが、第2Uターン通路(低圧側Uターン通路)16Bが第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)16Aよりも流量が多い(言い換えれば、第1Uターン通路16Aを流れる高圧冷媒が圧縮されている)こと等に対応して、図7に示されるように、第2スライド弁体15B(図示例では、その嵌合凸部15b)を大きくし、第2Uターン通路16Bの通路面積を第1Uターン通路16Aの通路面積より大きくして、高低圧流路比も変更してもよい。この構成によれば、低圧側Uターン通路と高圧側Uターン通路の高低圧流路比を最適に設定できる。このため、低圧側流路の流路面積を高圧側流路の流路面積よりも大きくした冷暖房システム等に用いられる流路切換弁として特に適している。
なお、上記実施形態では、第2スライド弁体15B側の第2Uターン通路(低圧側Uターン通路)16Bの通路面積(流れ方向に対して略垂直な断面積)と第1スライド弁体15A側の第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)16Aの通路面積(流れ方向に対して略垂直な断面積)とがほぼ同じとされているが、第2Uターン通路(低圧側Uターン通路)16Bが第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)16Aよりも流量が多い(言い換えれば、第1Uターン通路16Aを流れる高圧冷媒が圧縮されている)こと等に対応して、図7に示されるように、第2スライド弁体15B(図示例では、その嵌合凸部15b)を大きくし、第2Uターン通路16Bの通路面積を第1Uターン通路16Aの通路面積より大きくして、高低圧流路比も変更してもよい。この構成によれば、低圧側Uターン通路と高圧側Uターン通路の高低圧流路比を最適に設定できる。このため、低圧側流路の流路面積を高圧側流路の流路面積よりも大きくした冷暖房システム等に用いられる流路切換弁として特に適している。
また、上記実施形態では、第1スライド弁体15A側の第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)16Aが略凹状を呈しているが、第1Uターン通路16Aにおける高圧冷媒の流れを円滑にして騒音を低減するために、図8に示されるように、第2スライド弁体15Bの嵌合凸部15bの左端面に、角部が丸みを帯びた椀状窪みからなるガイド面15cを形成してもよい。この場合、図示の如くに、第2スライド弁体15Bの嵌合凸部15bの左端面を、第1スライド弁体15Aの内鍔状部15aに近接して配置するのがよい。
なお、上記実施形態の六方切換弁1では、四方パイロット弁90を用いて主弁室12内で主弁体15を駆動する構成について説明したが、例えば四方パイロット弁90に代えてモータを用いて主弁室12内で主弁体15を駆動する構成でも良い。
また、本実施形態の六方切換弁1は、ヒートポンプ式冷暖房システムのみならず、他のシステム、装置、機器類にも組み込めることは勿論である。
1 六方切換弁
10 六方弁本体
11 主弁ハウジング
11A 上端側蓋部材
11B 下端側蓋部材
11a 第1ピストン部
11b 第2ピストン部
11c 胴体部
12 主弁室
13 第1主弁座(弁シート)
14 第2主弁座(弁シート)
15 主弁体
15A 第1スライド弁体(高圧側スライド弁体)
15B 第2スライド弁体(低圧側スライド弁体)
15a 第1スライド弁体の内鍔状部
15b 第2スライド弁体の嵌合凸部
15c 第2スライド弁体のガイド面
15e 窪み面
16A 第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)(連通路)
16B 第2Uターン通路(低圧側Uターン通路)(連通路)
18 Oリング(環状のシール部材)
21 第1ピストン
22 第2ピストン
25 連結体
25A、25B 一対の連結板
25a 接続板部
25aa オフセット板部
25ab 対接板部
25b 取付脚部
25c 支持板部
25s 連結体のストッパ部
31 第1作動室
32 第2作動室
90 四方パイロット弁
pA、pB、pC、pD、pE、pF ポート
10 六方弁本体
11 主弁ハウジング
11A 上端側蓋部材
11B 下端側蓋部材
11a 第1ピストン部
11b 第2ピストン部
11c 胴体部
12 主弁室
13 第1主弁座(弁シート)
14 第2主弁座(弁シート)
15 主弁体
15A 第1スライド弁体(高圧側スライド弁体)
15B 第2スライド弁体(低圧側スライド弁体)
15a 第1スライド弁体の内鍔状部
15b 第2スライド弁体の嵌合凸部
15c 第2スライド弁体のガイド面
15e 窪み面
16A 第1Uターン通路(高圧側Uターン通路)(連通路)
16B 第2Uターン通路(低圧側Uターン通路)(連通路)
18 Oリング(環状のシール部材)
21 第1ピストン
22 第2ピストン
25 連結体
25A、25B 一対の連結板
25a 接続板部
25aa オフセット板部
25ab 対接板部
25b 取付脚部
25c 支持板部
25s 連結体のストッパ部
31 第1作動室
32 第2作動室
90 四方パイロット弁
pA、pB、pC、pD、pE、pF ポート
Claims (12)
- 主弁室を画成する筒状の主弁ハウジング、該主弁ハウジングに合計で6個設けられたポート、及び前記主弁室内に軸線方向に移動可能に配在されたスライド式の主弁体を備え、前記主弁体内に、前記ポート間を選択的に連通するための複数本の連通路が設けられ、前記主弁体を移動させることにより、連通するポート間が切り換えられるようにされた六方切換弁であって、
前記主弁室に、3個のポートが軸線方向に並んで開口せしめられるとともに、前記3個のポートの軸線に対して反対側に、別の3個のポートが軸線方向に並んで開口せしめられ、
前記主弁体は、筒状の高圧側スライド弁体と、前記高圧側スライド弁体に摺動自在に内嵌される嵌合凸部を一側面に持つ低圧側スライド弁体とを有し、前記高圧側スライド弁体に前記嵌合凸部が内嵌されることにより、前記高圧側スライド弁体の内周面と前記嵌合凸部の端面とによって、前記3個のポートのうちの2個のポートを選択的に連通させるとともに相対的に高圧の流体が導入される高圧側Uターン通路が画成され、前記高圧側スライド弁体と前記低圧側スライド弁体とが、軸線方向に一体的に移動自在、かつ、軸線に対して垂直な方向に相互に摺動自在とされるとともに、前記低圧側スライド弁体の他側面に、前記別の3個のポートのうちの2個のポートを選択的に連通させるとともに相対的に低圧の流体が導入される低圧側Uターン通路が開設されており、
前記主弁室内で前記主弁体を移動させることにより、
前記3個のポートのうちの2個のポートが前記高圧側Uターン通路を介して連通せしめられ、前記別の3個のポートのうちの2個のポートが前記低圧側Uターン通路を介して連通せしめられ、前記3個のポートのうちの他の1個のポートと前記別の3個のポートのうちの他の1個のポートとが前記主弁ハウジング内を通じて連通せしめられる連通状態を選択的に複数とり得るようにされていることを特徴とする六方切換弁。 - 前記高圧側スライド弁体と前記低圧側スライド弁体の前記嵌合凸部との間に、環状のシール部材が配在されていることを特徴とする請求項1に記載の六方切換弁。
- 前記3個のポートが設けられた主弁座側の前記高圧側スライド弁体の環状シール面の外形が、前記シール部材の外形より小さくされていることを特徴とする請求項2に記載の六方切換弁。
- 前記高圧側スライド弁体における前記3個のポートが設けられた主弁座側の端部内周に内鍔状部が設けられ、該内鍔状部の主弁座側の端面に前記環状シール面が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の六方切換弁。
- 前記高圧側スライド弁体と前記低圧側スライド弁体との間に、前記高圧側スライド弁体と前記低圧側スライド弁体とを相互に逆方向に付勢する付勢部材が配在されていることを特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載の六方切換弁。
- 前記シール部材の外側に前記付勢部材が配在されていることを特徴とする請求項5に記載の六方切換弁。
- 前記低圧側Uターン通路の通路面積が前記高圧側Uターン通路の通路面積より大きくされていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の六方切換弁。
- 前記嵌合凸部の端面に、前記高圧側Uターン通路における高圧の流体の流れを円滑にする椀状窪みからなるガイド面が形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の六方切換弁。
- 前記主弁ハウジングにおける前記主弁室の一端側及び他端側に、一対の第1及び第2ピストンにより画成される、高圧流体が選択的に導入・排出される容量可変の第1及び第2作動室が設けられ、前記主弁体は、前記第1及び第2ピストンに連動して軸線方向に移動自在に配在されており、前記第1及び第2作動室への高圧流体の導入・排出を制御して前記第1及び第2ピストンを移動させて、前記主弁室内で前記主弁体を移動させるようにされていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の六方切換弁。
- 前記第1ピストンと前記第2ピストンとは、前記ポートが設けられた主弁座の弁シート面に対して直交する方向に配置された一枚又は複数枚の板材からなる連結体により一体移動可能に連結され、前記連結体に、前記主弁体が前記第1及び第2ピストンの往復移動に伴って移動するように、かつ、前記主弁座の弁シート面に対して直交する方向に摺動自在に支持されていることを特徴とする請求項9に記載の六方切換弁。
- 前記連結体に、前記主弁体の軸線方向への移動規制を行うストッパ部が設けられていることを特徴とする請求項10に記載の六方切換弁。
- 前記ストッパ部は、前記主弁ハウジングに当接せしめられるようにされていることを特徴とする請求項11に記載の六方切換弁。
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- 2018-08-03 CN CN201810876007.8A patent/CN109578616B/zh active Active
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