JPH1163738A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低差圧時でも確実に四方弁を切換可能にす
る。 【解決手段】 冷凍装置１０の冷媒循環系統３０で、冷
媒流通方向を可逆的に切換えるため、四方弁１１が設け
られる。四方弁１１は、パイロット電磁弁２０からパイ
ロット室１８，１９に与えられるパイロット圧によっ
て、スライド弁１４が移動し、吐出ポート１１ａおよび
吸入ポート１１ｄと、２つの選択ポート１１ｂ，１１ｃ
との間の導通状態が切換えられる。パイロット電磁２０
は、４つの電磁二方弁２１，２２，２３，２４を切換装
置２５で切換え、高圧としては圧縮機３１の過圧縮部の
吐出直前の圧力をロードアップポート３７から取出して
用いるので、確実に切換を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒循環系統中で
の冷媒流通方向を切換えるために四方弁を備える冷凍装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、冷媒圧縮式で冷凍サイクルを
構成する冷凍装置には、冷媒循環系統内での冷媒流通方
向を可逆的に切換えて、冷却とヒートポンプによる加熱
とを可能にするため、図４に示すような四方弁１が用い
られている。四方弁は、四方切換弁、四路弁、四路切換
弁などとも呼ばれる。四方弁（１）には、圧縮機の吐出
側に接続する吐出ポート（１Ａ）、２つの切換ポート
（１Ｂ，１Ｃ）、および圧縮機の吸入側に接続する吸入
ポート（１Ｄ）を有するバルブ本体（２）と、その内部
で切換ポート（１Ｂ，１Ｃ）の接続先を切換えるための
バルブシート（３）、スライド弁（４）およびピストン
（５，６）が含まれる。スライド弁（４）は、ばね
（７）によって、図に示す状態、すなわち切換ポート
（１Ｂ）が吸入ポート（１Ｄ）に導通し、切換ポート
（１Ｃ）が吐出ポート（１Ａ）に導通する状態を維持す
るように付勢される。パイロットバルブ（８）を、コイ
ル（９）に電流を流して切換えると、ピストン（６）側
を吸引し、スライド弁（４）をバルブシート（３）に対
して、図の右方に摺動移動させ、切換ポート（１Ｂ，１
Ｃ）には吸入ポート（１Ｄ）および吐出ポート（１Ａ）
がそれぞれ導通するように切換えることができる。

【０００３】図４に示すような四方弁（１）では、スラ
イド弁（４）が切換時に移動する途中の位置で、高圧側
が閉塞され、圧縮機の吐出側に異常な高圧が発生しない
ように、ごく短時間ではあるが高圧側から低圧側に冷媒
が漏れるように設定してあり、このような高低圧のバイ
パス時には、冷媒の流通量である風量によって発生する
圧力差を用いて四方弁（１）のバルブ本体（２）を切換
える。また、このような四方弁（１）では、バルブ本体
（２）の容量を、冷凍装置での冷媒流通量に見合うよう
に選ぶ必要がある。これはもし、圧縮機の冷媒ガス供給
能力が不足すると、切換に必要な差圧が得られなくな
り、スライド弁（４）が途中で停止してしまって切換不
能となる可能性がある。逆に、圧縮機の冷媒ガス供給能
力に比較して四方弁（１）のバルブ本体（２）の容量が
小さ過ぎると、切換は充分に行うことができるけれど
も、四方弁（１）を冷媒が通過するときの圧力損失によ
る圧力低下が大きくなり、冷凍装置として充分な冷暖房
能力を発揮することができないからである。特に、パイ
ロット方式としないで直接電磁力でスライド弁を駆動し
ようとすると、駆動力が不足し、小さな容量しか得られ
なくなってしまう。

【０００４】四方弁に充分な差圧を与えて、切換動作を
確実に行わせる先行技術は、たとえば本件出願人による
実公平５−４４６８０などに開示されている。この先行
技術では、スライド弁が移動する途中で高圧側と低圧側
とが導通するときに、回転式圧縮機の吐出直前の冷媒圧
力の方が吐出圧より高くなることに着目し、パイロット
圧の高圧側を、圧縮機の吐出圧または吐出直前圧のうち
の高圧の方に切換えるようにしている。

【０００５】また、特開平８−１３５８１２には、磁気
コイルおよび永久磁石を含む駆動機構をバルブ本体と一
体化し、ロータの回動によって切換を行う四方弁が開示
されている。この先行技術では、高圧側と低圧側とが導
通しても、駆動機構による駆動力でロータを駆動して、
切換不能となる事態を避けるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、四方弁
（１）では、スライド弁（４）が移動する途中で、高圧
側と低圧側とがバイパスしてしまう。このため、特に低
差圧時は切換途中で高低差圧が低下して切換不能になっ
たり、中間停止状態から回復することができなくなった
りするおそれがある。

【０００７】実公平５−４４６８０の先行技術では、圧
縮機の吐出圧と吐出直前の圧力とを比較し、高い方をパ
イロット圧の高圧側として切換えるようにしているけれ
ども、圧力の比較や切換に必要な構成要素が増えてしま
い、冷凍装置の製造コストが高くなってしまう。特開平
８−１３５８１２の先行技術では、ロータと電磁的な駆
動機構とを一体的に設計する必要があり、特に大容量化
する場合には困難が予想される。

【０００８】本発明の目的は、高低差圧がバイパスする
ような低差圧時でも確実に四方弁の切換を行うことがで
きる冷凍装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機（３
１）の吐出側（３２）および吸入側（３６）に接続され
る高圧室（３８）および低圧室（３９）をそれぞれ有
し、二つのパイロット室（１８，１９）に与える駆動圧
の差によって、冷媒循環系統（３０）内での冷媒流通方
向を冷却サイクル用と加熱サイクル用とに切換えるため
の四方弁（１１）を備える冷凍装置（１０）において、
圧縮機（３１）から吐出直前の圧力を取出す高圧抽出手
段（３７）と、高圧抽出手段（３７）によって取出され
る吐出直前の高圧と、圧縮機（３１）の吸入側（３６）
の低圧とを、四方弁（１１）のパイロット室（１８，１
９）の一方または他方に与えるように駆動圧を切換える
電磁弁（２０，２１，２２，２３，２４；４０；４１，
４２）とを含むことを特徴とする冷凍装置である。

【００１０】本発明に従えば、高圧抽出手段（３７）に
よって、圧縮機（３１）から吐出直前の圧力が取出され
る。この圧力は、容積型の圧縮機（３１）の過圧縮部に
常時発生しており、特に圧縮機（３１）の吐出側（３
２）と吸入側（３７）との間の高低差圧がバイパスする
ような低差圧時にも、吐出圧より高くなるので、高圧抽
出手段（３７）からの高圧が導かれるパイロット室（１
８，１９）の圧力を圧縮機（３１）の吸入側に接続され
るパイロット室（１８，１９）より常時高くすることが
できる。これによって、中間停止の状態や、切換時の高
低圧バイパス時でも四方弁（１１）の切換を確実に行う
ことができる。

【００１１】また本発明で、前記電磁弁（２０）は、一
端が前記高圧抽出手段（３７）の取出し側に共通に接続
され、他端が前記四方弁（１１）の一方または他方のパ
イロット室（１８，１９）にそれぞれ接続される第１電
磁二方弁（２１）および第２電磁二方弁（２２）と、一
端が前記圧縮機（３１）の吸入側（３６）に共通に接続
され、他端が四方弁（１１）の前記他方または前記一方
のパイロット室（１８，１９）にそれぞれ接続される第
３電磁二方弁（２３）および第４電磁二方弁（２４）と
を含み、第１電磁二方弁（２１）および第３電磁二方弁
（２３）の組と、第２電磁二方弁（２２）および第４電
磁二方弁（２４）の組とを、いずれか一方の組を開とす
るときには他方は閉となるように切換える切換手段（２
５）を備えることを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、４つの電磁二方弁（２
１，２２，２３，２４）でパイロット室（１８，１９）
の圧力を切換える途中でパイロット圧力の高低差圧がバ
イパスしないようにすることができるので、確実に四方
弁（１１）の切換を行うことができる。

【００１３】また本発明は、前記高圧抽出手段（３７）
は、圧縮機（３１）の起動時に四方弁（１１）が中間停
止した場合にでも、駆動力が取り出せ四方弁（１１）の
切換えが可能であることを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、四方弁（１１）が中間停
止していて、高圧側から低圧側へ冷媒が漏れて高低圧間
の差圧が小さくなっても、吐出直前の高圧を利用して四
方弁（１１）の切換えを行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態に
よる冷凍装置（１０）の概略的な構成を示す。Ｒ２２や
Ｒ５０２などの冷媒の流通方向を切換える四方弁（１
１）には、吐出ポート（１１ａ）、２つの切換ポート
（１１ｂ、１１ｃ）および吸入ポート（１１ｄ）を備え
るバルブ本体（１２）を有する。バルブ本体（１２）内
では、バルブシート（１３）に沿って、中央の吸入ポー
ト（１１ｄ）を挟ん両側に切換えポート（１１ｂ、１１
ｃ）が配置される。スライド弁（１４）は、バルブシー
ト（１３）上を摺動変位して、吸入ポート（１１ｄ）と
切換ポート（１１ｂ，１１ｃ）のうちの一方との間を選
択的に導通させることができる。切換えポート（１１
ｂ、１１ｃ）の他方は、吐出ポート（１１ａ）に導通す
る。スライド弁（１４）の移動は、ピストン（１５，１
６）をパイロット室（１８，１９）に導入するパイロッ
ト圧で駆動して行われる。

【００１６】パイロット圧は、パイロット電磁弁（２
０）によって発生される。パイロット電磁弁（２０）
は、２つ一組で合計２組の電磁二方弁（２１，２２，２
３，２４）から構成される。各電磁二方弁（２１，２
２，２３，２４）の一端側は、第１の電磁二方弁（２
１）と第２の電磁二方弁（２２）との組が高圧側で、第
３の電磁二方弁（２３）と第４の電磁二方弁（２４）と
の組が低圧側にそれぞれ共通に接続される。第１電磁二
方弁（２１）および第４電磁二方弁（２４）の他端側
は、図１の状態の冷却時で、高圧側になっているパイロ
ット室（１８）であるＡ室に共通に接続される。第２電
磁二方弁（２２）および第３電磁二方弁（２３）の他端
側は、図１では低圧側になっているパイロット室（１
９）であるＢ室に接続される。切換装置（２５）は、各
電磁二方弁（２１，２２，２３，２４）を次の表１に示
すように切換え、パイロット室（１８，１９）であるＡ
室およびＢ室の圧力を高圧であるＨＰまたは低圧である
ＬＰに切換える。なお、開弁状態を「」、閉弁状態を
「×」でそれぞれ示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１に示すような切換装置（２５）の動作
で、冷媒流通方向が切換えられる冷媒循環系統（３０）
では、圧縮機（３１）の吐出口（３２）から高圧の冷媒
ガスが吐出され、四方弁（１１）の吐出ポート（１１
ａ）に導かれる。実線の矢印で示す冷却時には、一方の
選択ポート（１１ｂ）から室外熱交換器（３３）に冷媒
ガスが供給され、潜熱を放出して凝縮する。凝縮した冷
媒液を室内熱交換器（３４）で蒸発させるため、膨張弁
（３５）を通過させて圧力を急激に低下させる。蒸発時
に周囲から奪う潜熱で冷却を行う。蒸発した冷媒ガス
は、四方弁（１１）の他方の選択ポート（１１ｃ）から
吸入ポート（１１ｄ）を経て、圧縮機（３１）の吸入口
（３６）に吸入される。

【００１９】図２は、容積型圧縮機の圧縮時間／１行程
とシリンダ内圧力との関係を示す。吐出直前に、圧力が
吐出圧よりも高くなる過圧縮部が生じることが判る。本
実施形態では、圧縮機（３１）に容積型回転式を使用
し、高圧抽出手段であるロードアップポート（３７）を
設け、吐出直前の圧力ＨＨＰを取出している。図２の仮
想線で示すように、吐出圧と吸入圧との高低圧が同圧と
なるときにも、圧縮機ロードアップポート圧Ｐは高い圧
力が発生している。この吐出直前の圧力ＨＨＰは、第１
電磁二方弁（２１）または第２電磁二方弁（２２）を介
して、バルブ本体（１２）内のパイロット室（１８）ま
たはパイロット室（１９）に選択的に導かれる。吐出直
前の圧力ＨＨＰが与えられないパイロット室（１８，１
９）は、第３電磁二方弁（２３）または第４電磁二方弁
（２４）を介して圧縮機（３１）の吸入口（３６）側の
低圧ＬＰに接続される。バルブ本体（１２）内でピスト
ン（１５，１６）間に形成される空間は、スライド弁
（１４）によって、吐出ポート（１１ａ）に連通する高
圧室（３８）と、吸入ポート（１１ｄ）に連通する低圧
室（３９）とに分けられる。一方のパイロット室（１
８，１９）に導かれる吐出直前圧力ＨＨＰは、高圧室
（３８）の圧力よりも常時高くなるので、確実にスライ
ド弁（１４）をバルブシート（１３）に対して摺動変位
させ、切換ポート（１１ｂ，１１ｃ）間での冷媒流通方
向を確実に切換えることができる。たとえば圧縮機（３
１）の起動時に、四方弁（１１）が中間停止した場合に
は、高圧室（３８）と低圧室（３９）との間の差圧が小
さくなるけれども、ロードアップポート（３７）の吐出
直前圧力ＨＨＰを駆動圧として利用し、確実に切換える
ことができる。

【００２０】図３は、本発明の実施の他の形態のパイロ
ット電磁弁の構成を示す。冷凍装置としての他の部分の
構成は、図１の実施形態と同等である。図３（ａ）は、
パイロット四方弁（４０）を用いる構成を示す。図３
（ｂ）は、２つのパイロット三方弁（４１，４２）を用
いる構成を示す。パイロット四方弁（４０）は、１つだ
け用いればよいので、製造コストが低くなる。ただし、
最小動作差圧として、１ｋｇ／ｃｍ² が必要となるの
で、ロードアップポート（３７）の流量が少ないときに
は、中間停止状態からの切換が困難になるおそれがあ
る。２つのパイロット三方弁（４１，４２）を用いる
と、製造コストが増大してしまう。最小動作差圧も比較
的大きい必要がある。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高圧抽出
手段（３７）によって、圧縮機（３１）から吐出直前の
圧力が取出される圧力と、圧縮機（３１）の吸入側（３
６）との間の高低差圧をパイロット室（１８，１９）間
に印加するので、中間停止の状態や、切換時の高低圧バ
イパス時でも、四方弁（１１）の切換を確実に行うこと
ができる。

【００２２】また本発明によれば、４つの電磁二方弁
（２１，２２，２３，２４）を交互に切換えて、パイロ
ット圧力の高低差圧がバイパスしないようにすることが
できるので、確実に四方弁（１１）の切換を行うことが
できる。

【００２３】また本発明によれば、圧縮機（３１）の起
動時に四方弁（１１）が中間停止しても、確実に切換え
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な冷媒循環系統
図である。

【図２】図１の実施形態の圧縮機（３１）の圧力特性を
示すグラフである。

【図３】本発明の実施の他の形態によるパイロット電磁
弁の構成を示す図である。

【図４】従来からの四方弁の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 冷凍装置 １１ 四方弁 １１ａ 吐出ポート １１ｂ，１１ｃ 選択ポート １１ｄ 吸入ポート １２ バルブ本体 １３ バルブシート １４ スライド弁 １５，１６ ピストン １８，１９ パイロット室 ２０ パイロット電磁弁 ２１ 第１電磁二方弁 ２２ 第２電磁二方弁 ２３ 第３電磁二方弁 ２４ 第４電磁二方弁 ２５ 切換装置 ３０ 冷媒循環系統 ３１ 圧縮機 ３２ 吐出口 ３６ 吸入口 ３７ ロードアップポート ３８ 高圧室 ３９ 低圧室 ４０ パイロット四方弁 ４１，４２ パイロット三方弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（３１）の吐出側（３２）および
   吸入側（３６）に接続される高圧室（３８）および低圧
   室（３９）をそれぞれ有し、二つのパイロット室（１
   ８，１９）に与える駆動圧の差によって、冷媒循環系統
   （３０）内での冷媒流通方向を冷却サイクル用と加熱サ
   イクル用とに切換えるための四方弁（１１）を備える冷
   凍装置（１０）において、 圧縮機（３１）から吐出直前の圧力を取出す高圧抽出手
   段（３７）と、 高圧抽出手段（３７）によって取出される吐出直前の高
   圧と、圧縮機（３１）の吸入側（３６）の低圧とを、四
   方弁（１１）のパイロット室（１８，１９）の一方また
   は他方に与えるように駆動圧を切換える電磁弁（２０，
   ２１，２２，２３，２４；４０；４１，４２）とを含む
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】 前記電磁弁（２０）は、 一端が前記高圧抽出手段（３７）の取出し側に共通に接
   続され、他端が前記四方弁（１１）の一方または他方の
   パイロット室（１８，１９）にそれぞれ接続される第１
   電磁二方弁（２１）および第２電磁二方弁（２２）と、 一端が前記圧縮機（３１）の吸入側（３６）に共通に接
   続され、他端が四方弁（１１）の前記他方または前記一
   方のパイロット室（１８，１９）にそれぞれ接続される
   第３電磁二方弁（２３）および第４電磁二方弁（２４）
   とを含み、 第１電磁二方弁（２１）および第３電磁二方弁（２３）
   の組と、第２電磁二方弁（２２）および第４電磁二方弁
   （２４）の組とを、いずれか一方の組を開とするときに
   は他方は閉となるように切換える切換手段（２５）を備
   えることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 【請求項３】 前記高圧抽出手段（３７）は、圧縮機
   （３１）の起動時に四方弁（１１）が中間停止した場合
   にでも、駆動力が取り出せ四方弁（１１）の切換えが可
   能であることを特徴とする請求項１または２記載の冷凍
   装置。