CN101532579A - 四通阀 - Google Patents
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Abstract
提供一种结构简单，即使高温致冷剂和低温致冷剂接近地流动，也可以抑制在两者之间由于热泄漏引起的热损失的四通阀。所述四通阀包括：具有阀室(51)的阀箱构件(5)；具有设置在上述阀室(51)中的座面部(61)的阀座(6)；在规定的时刻流通高温流体的第一流路及流通低温流体的第二流路，所述第一流路和第二流路，在该阀座(6)的座面部(61)上具有相互邻接的开口部(1a、2a)，分别贯通该阀座(6)、引出到上述阀室(51)之外；以相对于上述阀座(6)的座面部(61)移动的方式设置的阀体(7)；在上述第一及第二流路(1、2)相互之间的上述开口部(1a、2a)附近的位置，设置抑制这些流路相互之间的热传递的热阻部(8)。
Description
本发明专利申请是申请号为200580046503.1、申请日为2005年11月2日、发明名称为“四通阀”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于空调装置致冷剂回路中的制冷和采暖转换阀等的四通阀的结构。
背景技术
作为现有的四通阀，有的四通阀，利用自润滑性树脂形成转换阀中的滑阀的至少相对于阀座的滑动接触面，利用热固化性树脂或者没有酯基或氨基的结晶性热塑性树脂形成除前述滑阀的前述滑动接触面之外的剩余部分(例如，参照专利文献1)。
另外，有的四通阀，将以把阀口B与导入高温、高压致冷剂的阀口A或者导出低温、低压致冷剂的阀口D连通的方式进行转换的三通转换阀的阀体，与以把阀口C与阀口A或者阀口D连通的方式进行转换的三通转换阀的阀体分离，利用导管连接公共的阀口A、D，用绝热套管及绝热塞围绕各阀体的用于使致冷剂流动的通路，并且，利用热传导性低的材料制造构成阀体的阀塞(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：特开平11-201297号公报
专利文献2：特开2003-254453号公报
发明内容
在上述专利文献1举例说明的四通阀中，由于来自于压缩机出口的高温高压致冷剂与返回到压缩机入口的低温低压致冷剂相接近地流动，所以，在两者之间，发生由热泄漏引起的热损失。当发生热损失时，如果是在采暖模式的话，会导致采暖能力减少，进而，由于压缩机入口致冷剂气体过热，压缩机的效率会降低，所以，存在着空调装置的效率大幅度降低的问题。另外，在专利文献2举例说明的四通阀中，内部的热损失被抑制，但是，由于在阀体中设置由树脂等热传导性低的材料构成阀塞，所以，存在着增加部件的数目，结构变得复杂的问题。
本发明是为了消除上述现有技术中的问题而完成的。本发明的发明人等通过对于四通阀的热损失进行反复深入研究分析，结果发现，在高温致冷剂从入口流路流入到阀室、从出口流路流出时，在出口流路中，由于在其开口部的致冷剂流的碰撞或缩流等，在壁面附近的表面流速增大，温度交界层变薄，促进传热，并且，其促进的程度对于扩大的管内的致冷剂流而言达到几倍到十几倍。同样地，在低温致冷剂的出口流路中，也促进传热，结果得知，这两种传热的促进成为主要原因，在设于阀室及阀座上的出口流路之间，特别是在开口部附近，集中地发生高温致冷剂和低温致冷剂的热损失。基于这些认识，发明人完成本发明，其目的是提供一种四通阀，所述四通阀，结构简单，而且由热泄漏引起的热损失少，可以提高空调装置的节能性。
根据本发明的四通阀，包括：具有阀室的阀箱构件；具有设置在上述阀室内的座面部的阀座；在规定的时刻成为高温流体出口流路的第一流路以及成为低温流体出口流路的第二流路，所述第一流路和第二流路在该阀座的座面部具有相互邻接的开口部，分别贯通该阀座、引出到上述阀室之外；以相对于上述阀座的座面部移动的方式设置的阀体；在上述第一及第二流路相互之间的上述开口部附近的位置处，设置抑制这些流路相互之间的热传递的热阻部。
根据本发明，通过在靠近在阀座的座面部相互邻接地开口的两个流路相互之间的该开口部位置处，设置抑制这些流路相互之间的热传递的热阻部，有效地隔绝热传递，降低热损失。另外，由于结构比较简单，所以，不会导致成本的增加，起到显著的效果。因此，在用于空调装置时，提高制冷、采暖能力，进而，防止流入压缩机的低温致冷剂的过热，提高压缩机的效率，提高空调装置的节能性。
附图说明
图1是示意地表示本发明的实施形式1的四通阀的主要部分的剖视图。
图2是表示图1所示的四通阀的变形例的剖视图。
图3是表示图1所示的四通阀的另一个变形例的主要部分的剖视图。
图4是表示图1所示的四通阀的又一个变形例的剖视图。
图5是示意地表示本发明的实施形式2的四通阀的主要部分的剖视图。
图6是示意地表示本发明的实施形式3的四通阀的主要部分的剖视图。
图7是示意地表示本发明的实施形式4的四通阀的主要部分的剖视图。
图8是表示图7所示的四通阀的变形例(a)及另一个变形例(b)的主要部分的剖视图。
图9是示意地表示本发明的实施形式5的四通阀的主要部分的剖视图。
图10是示意地表示本发明的实施形式6的四通阀的主要部分的剖视图。
附图标记说明：
1 第一流路，1a 开口部，1b 壁面，1c 内管，
2 第二流路，2a 开口部，2c 内管，3 第三流路，
3a 开口部，4 第四流路，4a 开口部，5、50 阀箱构件，
51 阀室，6 阀座，61 座面部，7 阀体，71 整流构件，
8 热阻部(缝隙)，81 热阻部(环形缝隙)
82 热阻部(空气层)，83 热阻部(缝隙)
84 热阻部(厚度薄的材料)，85 热阻部(涂层)
86 热阻部(气体滞留层)，9 气体滞留层形成构件，
10 四通阀，11 折流板，12 整流板，
RC流体(低温致冷剂)，RH流体(高温致冷剂)
具体实施方式
下面，基于附图说明用于实施本发明的最佳形式。
实施形式1.
图1～图4是示意地说明根据本发明的实施形式1的四通阀的主要部分的图示，图1(a)是剖视图，图1(b)是图1(a)的Ib-Ib线向视剖视图，图2是图1的四通阀的变形例，图2(a)是剖视图，图2(b)是图2(a)的IIb-IIb线的向视剖视图，图3是表示图1的四通阀的另一个变形例的主要部分的剖视图，图4是表示图1的四通阀的叉一个变形例的剖视图。
在图1中，四通阀10配备有：阀箱构件5，该阀箱构件5具有阀室51，大致呈圆筒状，且两个端部被堵塞；阀座6，该阀座6具有设置在上述阀室51内的座面部61；呈管状的第一流路1、第二流路2及第三流路3，这些流路呈直线地配置在该阀座6的座面部61，具有相互邻接的开口部1a、2a、3a，分别贯通该阀座6被引出到上述阀室51之外；管状的第四流路4，该第四流路4在上述阀室51中开口，并被引出到阀室5之外；以及阀体7，该阀体7相对于上述阀座6的座面部61滑动地设置。
上述阀体7，在本实施形式中，例如，利用树脂材料等热传导系数低的材料构成。另外，该阀体7，在相对于该座面部61贴紧的状态下，向图1(a)的左右方向移动(滑动)，以转换流路，而其驱动机构可以使用公知的现有技术，没有特别地限制，是与本发明的主旨没有直接关系的部分，所以，在图示中将其省略。
在上述阀座6的图的下面部中的上述第一流路1及第二流路2之间，以及在上述第二流路2及第三流路3之间，形成狭缝状或者槽状的缝隙8，作为抑制在这些流路的开口部附近相互之间的热传递的热阻部。另外，上述第一、第二、第三及第四流路1、2、3及4，分别与图中均省略的室内热交换器、压缩机入口、室外热交换器及压缩机出口连接，构成热泵式空调装置的致冷剂回路。实线箭头RH表示作为流体的高温致冷剂流，虚线箭头RC表示作为流体的低温致冷剂流。另外，上述阀体7，在图1(a)所示的位置，将第四流路4和第一流路1连通，另一方面，将第二流路2和第三流路3连通，将阀室51内分隔成高温致冷剂RH流动的流路和低温致冷剂RC流动的流路两个流路，在这种情况下，成为采暖模式的致冷剂回路结构。另外，在各个图中，相同的标号，表示相同的部分或者相应的部分。
其次，对于上述图1所示的结构的实施形式1的动作进行说明。从图中省略的压缩机出口排出的高温致冷剂RH，从第四流路4流入到阀室51内，通过第一流路1被送往室内热交换器。经由相对于该室内热交换器通过图中省略的膨胀阀串列地连接的室外热交换器返回的低温致冷剂RC，从第三流路3流入阀体7。然后，以在阀体7内U形转弯、从第二流路2流出到外部并返回压缩机入口的方式进行循环，从而进行采暖模式的运转。另一方面，通过在使阀体7贴紧到座面部61上的状态下，使阀体7向图1(a)的左方向滑动，转换成分别将第一流路1和第二流路2、以及第三流路3和第四流路4分别连通的流路，转换为制冷模式的致冷剂回路结构，在该结构中，高温致冷剂RH从第四流路4通过第三流路3被送往室外热交换器，来自于室内热交换器的低温致冷剂RC，从第一流路1通过第二流路2返回到压缩机入口。
在四通阀10内，由于这样使高温致冷剂RH和低温致冷剂RC接近地流动，所以，在两致冷剂之间，发生由热泄漏引起的热损失。这里，若更详细地对于四通阀的热损失进行分析，如下面所述。即，当对采暖模式的情况进行说明时，从第四流路4流入的高温致冷剂RH变成喷流，碰撞成为出口流路的第一流路1的开口部1a，并流出。因此，首先，在第一流路1的开口部1a及其附近的刚刚流出后的壁面1b处，通过致冷剂流的碰撞及缩流等，壁面1b附近的表面流速增大，温度交界层变薄，促进传热。
另一方面，从第三流路3流入的低温致冷剂RC，在阀体7内进行U形转弯，从第二流路2流出。因此，在从第二流路2流出之前，致冷剂流剥离，并靠近外周侧，开口部2a附近的流路壁面2b附近的表面流速增大，同样促进传热。这些传热促进的程度。对于扩大的管内致冷剂流，达到几倍到十几倍。因此，以这种传热的促进为主要原因，高温致冷剂和低温致冷剂的热损失，集中发生在第一流路1和第二流路2之间，即，高温致冷剂和低温致冷剂的出口流路的开口部1a、2a附近。另外，在致冷模式的情况下，由于同样的理由，热损失集中在第二流路2和第三流路3之间的开口部2a、3a附近。
在本实施形式1中，在第一流路1和第二流路2之间，即，在作为热损失的主要路径的第一及第二流路1、2之间，设置狭缝状的缝隙8，该缝隙8沿着相对于热传递方向交叉的方向形成。因此，由该缝隙8构成的阀座6的薄壁部分构成相对于热传递方向的热阻部，有效地隔断热传递。从而，降低四通阀10中的热损失，提高致冷、采暖能力。进而，由于可以防止压缩机入口致冷剂气体过热，所以，提高压缩机的效率，大幅度提高空调装置的节能性。另外，由于利用在热损失的主要路径上设置狭缝状的缝隙8这样的比较简单的结构，所以可以在不会导致成本增加的情况下起到效果。
另外，作为热阻部的狭缝状的缝隙8，例如，也可以如图2的变形例所示，由设置在第一流路1和第二流路2的外周部的与流路截面形状成同心圆状设置的环形的凹部构成的缝隙81构成。另外，例如，也可以如图3的另外一种变形例所示，利用袋状的空气层82构成作为热阻部的狭缝状的缝隙8，所述袋状的冷空气层是通过将构成流路的管材的前端部向外侧折回而形成的。在环形的缝隙81(图2)的情况下，由于可以防止来自于流路的热在阀体7及阀座6内扩散蔓延，所以，可以进一步抑制流路间的热传递，提高制冷、采暖能力，提高空调装置的节能性。另外，在袋状的空气层82(图3)的情况下，同样地，由于可以进一步抑制流路之间的热传递，可以抑制由阀座6或者阀室51内的热传导引起的热扩散，所以，可以进一步降低热损失。
另外，这些缝隙8、81也可以设置在阀座6的座面部61侧。进而，如图4的又一个变形例所示，也可以在阀座6的内外两面交替地设置作为热阻部的缝隙83。在这种情况下，与如图1所示的在单面设置缝隙8的情况相比，当以相同的缝隙宽度(狭缝宽度)进行比较时，由于弯曲强度提高，所以增加了强度的可靠性。另外，当以相同的弯曲强度进行比较时，由于可以加大缝隙的宽度(狭缝宽度)，所以，可以进一步降低流路间的热传递。
另外，在上述图1～图4所示的例子中，利用直线状的狭缝状的缝隙8、83或者环形的缝隙81、袋状的空气层82等构成设置在流路开口部附近的热阻部，但是，利用热传导率低的材料、例如不锈钢、陶瓷、硬质树脂等构成热阻部，也可以获得同样的隔热效果。进而，在实施形式1中，例举了在阀座6上连接三个流路的例子，当然，对于设置在阀座6上的流路的数目及阀的形式没有特定的限制，与数目、形式无关，可以获得同样的隔热效果。另外，通过对于形成阀座6及阀室51的阀箱构件5也采用上述例子所示的热传导率低的材料来构成，可以进一步降低热损失，同时，通过利用强度大的材料使厚度减薄，可以获得进一步的降低热损失的效果。
实施形式2.
图5是示意地说明根据本发明的实施形式2的四通阀的主要部分的图示，图5(a)是剖视图，图5(b)是图5(a)的Vb-Vb线的向视剖视图。在图中，阀箱构件50与阀座6成一体地构成，在构成阀室51的内周面的下部形成阀座6的截面为圆弧状的座面部61，其整体构成薄壁的大致圆筒状，其两端部被堵塞。阀体7与阀座6的座面部61的形状相对应，接合面形成曲面。第二流路2的开口部2a以从座面部61突出到阀室51中的方式设置，具有阀体7的止转功能。84是利用阀座6(同时也是阀箱构件50)形成的由厚度薄的材料构成的热阻部。由于其它结构与上述实施形式1相同，因此省略相关的说明。
在如上所述构成的实施形式2中，由于阀座6与阀箱构件50成一体地利用厚度薄的材料形成，所以，该阀座6形成成为高温致冷剂RH的出口流路的第一流路1和成为低温致冷剂RC的出口流路的第二流路2的开口部1a、2a附近的流路相互之间的热阻部84、或者在致冷时成为高温致冷剂RH的出口流路的第三流路3与成为低温致冷剂RC的出口流路的第二流路2的开口部3a、2a附近的流路相互之间的热阻部84，抑制热传递，获得与上述实施形式1中的由狭缝状的缝隙8、81、83或者袋状的空气层构成的热阻部82同样的效果。
实施形式3.
图6是示意地表示根据本发明的实施形式3的四通阀的主要部分的剖视图。在图中，涂层85被施加到第一流路1和第二流路2之间的开口部1a和2a附近的流路壁面上，起到热阻部的作用。该涂层85，例如，优选可以采用0.1W/mK左右的低热传导率的材料，例如，树脂材料等，膜厚为0.1～1mm左右。本实施形式3，代替狭缝状的缝隙，利用热传导率低的涂层构成热阻部，其它结构与实施形式1一样，因此省略相关的说明。
在如上所述构成的实施形式3中，例如，在采暖模式中，在第一流路1与第二流路2之间，即，在成为致冷剂的出口流路的开口部1a、2a附近的流路壁面中的传热促进，成为热损失的主要原因，但是，由于在该部位施加有热传导率低的涂层85，所以，该涂层85成为隔热层，有效地隔绝邻接的第一、第二流路1、2之间的热传递。从而，可以大幅度降低四通阀10中的热损失，大大提高空调装置的节能性。另外，由于可以利用比较简单的方法设置隔热层，所以，可以简化了结构。另外，在图6中，在第一流路1和第二流路2之间的开口部1a、2a附近的流路壁面的一部分上施加有涂层85，但是，涂层85当然也可以设置在该流路开口部1a、2a附近的内周面的全部周围，进而，当在第三流路3的开口部3a附近也设置涂层时，在制冷、采暖任何一种模式，都可以获得降低热损失的效果。
实施形式4.
图7及图8是示意地说明根据本发明的实施形式4的四通阀的主要部分的图示，图7(a)是剖视图，图7(b)是表示开口部附近的详细情况的放大图，图8是表示图7的四通阀的变形例(a)，以及另一个变形例(b)的主要部分的剖视图。
在图7中，气体滞留层形成构件9形成用于形成作为热阻部的气体滞留层86的顶端变细的漏斗状。气体滞留层形成构件9的直径大的图中的上部，被压入固定到第一流路1或者第二流路2的开口部1a或者2a中，直径小的图中的下部，在第一流路1或者第二流路2内与流路壁面分离开，在流路中心部侧开口。
在本实施形式4中，代替图6所示的涂层，在上述部位处设置气体(致冷剂气体)滞留的气体滞留层86。由于气体的热传导率低，所以，获得与涂层同样的隔热效果。另外，气体滞留层86，如图8(a)的变形例所示，也可以借助将管端部向内侧折回形成的顶端袋状管构成。另外，如图8(b)的另外一个变形例所示，采用在构成第一流路1(第二流路2)的管(外管)的内侧留有间隙地内置外径比该管小的内管1c(2c)的双重管，将该内管1c(2c)与外管的间隙部作为气体滞留层86，也可以获得同样的效果。
另外，在图8(b)中，没有表示出内管1c(2c)的保持部，对该内管1c(2c)的保持方式没有特定的限制，例如，只在图的下端部固定，开口部1a(2a)侧的上端部，如图8(b)所示，是自由的也没有关系。另外，气体滞留层86，可以在阀室中开口，也可以不开口。如图8(b)所示，即使上端部在阀室中开口时，与外管的管的间隙也很狭窄，所以，致冷剂很难流动，与内管1c(2c)的致冷剂流相比，大体上可以看作滞留层。进而，不言而喻，也可以在第三流路3的开口部3a设置气体滞留层86。这样，气体滞留层86与构成第一～第三流路1～3的例如铜等材料相比，由于热传导率低，所以具有隔热效果，另外，由于利用比较简单的方法可以设置隔热层，所以，可以简化结构。
实施形式5.
图9是示意地表示根据本发明的实施形式5的四通阀的主要部分的剖视图。在图中，在阀室51内，相对于阀箱构件5利用图中省略的固定机构固定设置有折流板11，所述折流板11使作为从第四流路4流入的流体的高温致冷剂碰撞，使之在阀室51内扩散。另外，在阀体7的内部，相对于阀体7利用图中省略的固定机构固定设置沿着致冷剂的流动方向顺滑地弯曲的整流板12。进而，第二流路2与第三流路3之间的开口部2a、3a的角部R形成曲面状的R形，朝着阀室51的方向，流路横截面面积逐渐扩大。
例如，在采暖模式中，在成为出口流路的第一流路1的开口部1a与第二流路2的开口部2a之间的附近，通过致冷剂流的碰撞、弯曲及流路面积的缩小等引起偏流、缩流，流路壁面附近的表面流速增加，从而促进传热，这是热损失的主要原因。然而，在上述结构的实施形式5中，利用折流板11，防止致冷剂与第一流路1的开口部1a直接碰撞。另外，在从第三流路3流入的低温致冷剂在阀体7内进行U形转弯、流出到第二流路2中时，由于开口部3a、2a的角部为R形，流路面积朝着阀室51逐渐扩大，所以，抑制致冷剂流的剥离，进而，借助阀体7内的整流板12的整流效果，致冷剂流被整流，所以，壁面附近的表面流速不会增加，传热促进受到抑制。
这样，根据实施形式5，例如，在采暖模式中，作为出口流路1的第一流路或者第二流路2的开口部1a或者2a附近的表面流速不会增加，抑制对传热的促进，有效地隔断热传递，减少热损失。因此，提高制冷、采暖能力，进而，防止流入压缩机的低温致冷剂的过热，提高压缩机的效率，大幅度提高空调装置的节能性。另外，不言而喻，设置在阀体7的内部的整流板12，在制冷运转时，在使阀体7向图的左方滑动时，与阀体7一起移动。另外，为了抑制在制冷运转时的热传递，优选地，将第一流路1的开口部1a也形成R形。另外，上述折流板11和整流板12，即使单独设置其中的任何一个，也可以获得相应的效果。进而，在阀座6上，设置上述实施形式1～4所示的由缝隙、空气层、厚度薄的材料、气体滞留层、涂层等构成的热阻部，可以预期进一步增大效果。
实施形式6.
图10是示意地表示根据本发明的实施形式6的四通阀的主要部分的剖视图。在图中，阀体7形成由与上述实施形式1同样形状的内侧的阀体7和配置在其外方的整流构件71构成的双重结构。外侧的整流构件71，其上面开口，形成将从第四流路4流入的高温致冷剂引导到第一流路1(采暖运转时)或者第三流路3(制冷运转时)的通路。
在如上所述构成的实施形式6中，与实施形式5一样，例如，在采暖模式中，通过将整流构件71延伸设置于开口部4a附近，防止致冷剂直接与阀室51的内壁及第一流路1的开口部1a碰撞。另外，由于在外侧的整流构件71形成的通路中将致冷剂流整流，所以，不会增大成为出口流路的第一流路1的开口部1a附近的壁面附近的表面流速，抑制了对传热的促进。另外，当阀体7在座面部61上向图的左方滑动，变成制冷模式时，当然整流构件71也向左侧移动，所以，从第四流路4流入的致冷剂，从阀体7的外周部与整流构件71之间通过，被引导到第三流路3，所以，获得与采暖模式同样的抑制对传热的促进的效果。这样，有效地隔绝热传递，降低热损失，提高制冷、采暖能力，进而，防止流入压缩机的低温致冷剂的过热，提高压缩机的效率，大幅度提高空调装置的节能性。
另外，在上述实施形式的说明中，举例说明了在设于阀室51中的阀座6的座面部61呈直线地并列设置三个流路的开口部，使高温流体流入阀室51，使阀体7与座面部61滑动接触地滑动移动的方式的四通阀，但是，不言而喻，本发明并不特别局限于这种方式或例子。另外，例如，很容易在图10所示的阀座6上设置图1所示的缝隙等，将各个实施形式所示的发明适当地组合，在将多个发明组合的情况下，可以进一步提高隔热效果。进而，对于将缝隙8、83设置成狭缝状的例子进行了说明，但是，该形状并不局限于狭缝状，例如，即使是V字形、U形槽等，也可以期待同样的效果。
工业上的利用可能性
本发明的四通阀，例如，适用于热泵式空调装置的制冷剂回路中的制冷采暖转换阀等。
Claims (2)
1.一种四通阀，其特征在于，该四通阀包括：具有阀室的阀箱构件；具有设置在上述阀室中的座面部的阀座；在该阀座的座面部具有相互邻接的开口部、且分别贯通该阀座并被引出到上述阀室之外的第一流路、第二流路及第三流路；朝着上述阀箱构件的阀室开口、使高温的流体流入的第四流路；和相对于上述阀座的座面部移动地设置、且按照下述方式对流路进行转换的阀体，所述方式是，在使从上述第四流路流入的高温流体向上述第一流路流出时，使从上述第三流路流入的低温流体向上述第二流路流出，在使从上述第四流路流入的高温流体向上述第三流路流出时，使从上述第一流路流入的低温流体向上述第二流路流出；上述第二流路被设置成，从截面为圆弧形的座面部突出到上述阀室中。
2.如权利要求1所述的四通阀，其特征在于，上述阀座与上述阀箱构件构成一体。
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