CN112879597B - 旋转式切换阀以及冷冻循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供旋转式切换阀以及冷冻循环系统，在具备开闭主阀的均压路的副阀的旋转式切换阀中，抑制膨胀、蠕变引起的变形，确保副阀对均压孔的稳定的密封性和工作性。旋转式切换阀具备：主阀(1)，其在外壳部件(4)的阀室(4A)内能够以轴线(X)为中心旋转地配设在阀座(31)上；以及副阀(2)，其开闭形成于主阀(1)的副阀座板(14)的均压孔(14a)。通过打开均压孔(14a)而使主阀(1)从阀座(31)沿轴线(X)方向浮起并使主阀(1)旋转，从而切换与阀座(1)的端口连通的流路。使主阀(1)的副阀座板(14)为金属、陶瓷等不是高分子材料的材质。

Description

旋转式切换阀以及冷冻循环系统

技术领域

本发明涉及用于热泵式的冷冻循环等且切换制冷剂的流路的旋转式切换阀以及冷冻循环系统。

背景技术

以往，作为这种旋转式切换阀(四方切换阀)，例如有日本专利第4602593号公报(专利文献1)中所公开的旋转式切换阀。专利文献1的旋转式切换阀是在从制冷切换为制热或者从制热切换为制冷时使阀座上的主阀旋转的构件，使用如下构造：在使该主阀旋转时，利用副阀打开主阀的均压孔，减少施加于主阀的压力差。即，在副阀旋转而打开均压孔，并利用压力差使主阀从阀座浮起的状态下使主阀旋转后，副阀反向旋转，由此关闭均压孔，使主阀落座。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4602593号公报

发明内容

发明所要解决的课题

专利文献1的技术中，为了确保主阀相对于阀座的密封性，主阀由作为弹性体的PA、PPS等高分子材料形成。即，供副阀滑动的副阀座也为高分子材料。但是，因切换阀主体内流动的高温制冷剂的影响，存在以下那样的问题。PA、PPS等高分子材料因高温制冷剂、冷冻机油而膨胀。若膨胀，则导致副阀座的阀座面歪斜，因此副阀对均压孔的密封性恶化，导致系统效率下降。此外，膨胀体现在高分子材料溶解时，是溶剂分子进入到高分子链之间从而使体积膨胀的现象。

另外，存在主阀因切换阀主体内的高温制冷剂而成为高温的情况，并且，副阀因压力差而被按压到主阀(副阀座)，因此在PA、PPS等高分子材料中，因此蠕变而导致副阀座的阀座面变形。存在以下问题：密封性因该变形而恶化，并且若蠕变进一步发展，则在切换动作时勾挂副阀而引起工作不良。

本发明的课题是在具备开闭主阀的均压路的副阀的旋转式切换阀以及冷冻循环系统中，抑制膨胀、蠕变引起的变形，确保副阀对均压孔的稳定的密封性和工作性。

用于解决课题的方案

本发明的旋转式切换阀具备：主阀，其在外壳部件的阀室内能够以轴线为中心旋转地配设在阀座上；以及副阀，其开闭形成在设于上述主阀的上部的副阀座上的均压孔，通过打开上述均压孔并使该主阀旋转，从而切换与上述阀座的端口连通的流路，上述旋转式切换阀的特征在于，上述主阀的上述副阀座的部位为不是高分子材料的材质。

此时，优选旋转式切换阀的特征在于，上述副阀座的部位的不是高分子材料的材质的熔点为970℃以上。

另外，优选旋转式切换阀的特征在于，上述副阀座的部位的不是高分子材料的材质为金属或者陶瓷。

另外，优选旋转式切换阀的特征在于，上述主阀由主阀主体和设于该主阀主体的上述副阀座侧的副阀座板构成，上述副阀座板构成由不是上述高分子材料的材质形成的上述副阀座的部位。

另外，优选旋转式切换阀的特征在于，在上述主阀主体形成有与低压流路连通的均压路，并且在上述副阀座板形成有上述均压孔，在上述主阀主体和/或上述副阀座板形成有连通槽，该连通槽连通上述均压路与上述均压孔。

本发明的冷冻循环系统是包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、以及流路切换阀的冷冻循环系统，其特征在于，使用上述旋转式切换阀作为上述流路切换阀。

发明的效果

根据本发明的旋转式切换阀以及冷冻循环系统，由于主阀的副阀座的部位成为不是高分子材料的材质，因此不会在副阀座产生膨胀、蠕变引起的变形，能够确保副阀对均压孔的稳定的密封性。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式中的旋转式切换阀的主阀的落座状态的主要部分纵剖视图。

图2是第一实施方式中的旋转式切换阀的主阀的浮起状态的主要部分纵剖视图。

图3是第一实施方式中的旋转式切换阀的主阀的俯视图。

图4是第一实施方式中的旋转式切换阀的主阀的仰视图。

图5是第一实施方式中的旋转式切换阀的副阀的仰视图。

图6是第一实施方式中的旋转式切换阀的阀座的俯视图。

图7是说明第一实施方式中的旋转式切换阀的切换中途的状态的图。

图8是本发明的第二实施方式中的旋转式切换阀的主阀的落座状态的主要部分纵剖视图。

图9是第二实施方式中的旋转式切换阀的主阀的俯视图。

图10是第二实施方式中的旋转式切换阀的副阀的仰视图。

图11是表示本发明的实施方式的冷冻循环系统的图。

图中：

1—主阀，11—裙状部，11A—低压流路，11B—高压空间，11a—均压路，111—滑动肋，112—滑动肋，113—止动销抵接部，12—活塞部，12A—连通槽，12a—活塞环，121—上端面，13—轴承部，14—副阀座板，14a—均压孔，15—突出部，15a—副阀卡定部，2—副阀，21—凸缘部，21a—主阀卡定部，22—凸起部，22a—角孔，23—滑动阀部，3—阀座部件，31—阀座，31D—D端口，31S—S端口，31E—E切换端口，31C—C切换端口，31a—止动销，32—凸缘部，4—外壳部件，4A—阀室，41—导向孔，411—限位部，5—驱动部，51—蜗轮，51a—凸轮部，52—蜗轮蜗杆，53—螺旋弹簧，6—中心轴，X—轴线，50—压缩机，60—室外换热器，70—膨胀阀，80—室内换热器，100—旋转式切换阀。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的旋转式切换阀以及冷冻循环系统的实施方式进行说明。图1是本发明的第一实施方式中的旋转式切换阀的主阀的落座状态的主要部分纵剖视图，图2是该旋转式切换阀的主阀的浮起状态的主要部分纵剖视图，图3是该旋转式切换阀的主阀的俯视图，图4是该旋转式切换阀的主阀的仰视图，图5是该旋转式切换阀的副阀的仰视图，图6是该旋转式切换阀的阀座的俯视图。此外，以下的说明中的“上下”的概念与图1以及图2的附图中的上下对应。

该第一实施方式的旋转式切换阀100具有主阀1、副阀2、阀座部件3、外壳部件4、驱动部5、以及中心轴6。阀座部件3由薄型圆柱状的阀座31和形成于该阀座31的外周的凸缘部32构成。另外，在外壳部件4形成有大致圆筒状的阀室4A。在阀室4A内收纳有主阀1、副阀2、驱动部5以及中心轴6，中心轴6贯通主阀1、副阀2以及驱动部5，并固定于阀座部件3与外壳部件4之间。并且，以阀座31嵌合于外壳部件4的阀室4A的开口部，并使凸缘部32抵接于外壳部件4的下端的方式，在外壳部件4安装有阀座部件3。

主阀1是一部分由树脂形成的外周为圆形的部件，构成为具备：将阀座31侧的裙状部11、圆筒状的活塞部12以及轴承部13形成为一体的“主阀主体”；以及作为“副阀座的部位”的后述的副阀座板14。在活塞部12的周围配设有活塞环12a。并且，通过中心轴6贯通中心的轴承部13，从而主阀1配设为绕中心轴6的轴线X自由转动。另外，阀室4A的上部的收纳活塞部12的空间成为圆柱状的导向孔41，主阀1能够使活塞环12a在导向孔41的侧面滑动而沿中心轴6的轴线X方向移动。并且，如后文所述，当主阀1从阀座部件3的阀座31浮起时，导向孔41的上端的下表面成为供活塞部12的上端面121抵接的限位部411。另外，在活塞部12的上端的四处形成有连通槽12A。

另外，在主阀1的裙状部11，在轴线X的单侧形成有以圆顶状穿过的低压流路11A，并且在低压流路11A的顶面的中央形成有与活塞部12的内侧连通的均压路11a。另外，在裙状部11的阀座部件3侧的底面，以包围低压流路11A的外周的方式形成有滑动肋111，并且在相对于轴线X与滑动肋111相反侧的两处形成有滑动肋112、112。并且，裙状部11相对于低压流路11A在轴线X的相反侧形成有后述的D端口31D总是敞开的高压空间11B，该高压空间11B的外侧在大致90°的范围内开口，该开口部分的绕轴线X方向的两端分别成为止动销抵接部113。该止动销抵接部113与设于后述的阀座31的止动销31a抵接。

另外，如图3所示，在活塞部12的内侧的底部，配设有由金属板(在该例中为SUS)构成的副阀座板14。该副阀座板14是“副阀座的部位”，该副阀座板14为不是高分子材料的材质。在该例中为金属板(SUS)，但也可以是陶瓷制。在副阀座板14，在与均压路11a对应的位置形成有均压孔14a。另外，活塞部12的内周面的一部分在大致90°的范围内形成有向轴线X侧突出的突出部15，该突出部15的绕轴线X方向的两端分别成为副阀卡定部15a。此外，该副阀卡定部15a与后述的副阀2的主阀卡定部21a抵接。

如图5所示，副阀2具有收纳在主阀1的活塞部12的副阀收纳室内的大致半圆盘状的凸缘部21和其中央的凸起部22，在该凸起部22的中心形成有大致长方形的角孔22a。另外，在凸缘部21的主阀1侧的面形成有以圆环状突出的滑动阀部23。该滑动阀部23离轴线X的距离与上述主阀1中的副阀座板14的均压孔14a离轴线X的距离相等。并且，在凸缘部21的绕轴线X的圆周上形成有构成半径方向的端面的主阀卡定部21a，该两个主阀卡定部21a相对于上述主阀1的两个副阀卡定部15a择一地卡定。

如图6所示，在阀座31分别形成有：与阀室4A和压缩机的制冷剂的喷出侧连通的D端口31D、与低压流路11A和压缩机的制冷剂的吸入侧连通的S端口31S、与室外换热器侧连通的C切换端口31C、以及与室内换热器侧连通的E切换端口31E。此外，这些端口分别在每隔离90°的位置开口。

如图1所示，驱动部5具有能够转动地配置在中心轴6的蜗轮51、以及与该蜗轮51啮合的蜗轮蜗杆52，该蜗轮蜗杆52固定于未图示的马达的驱动轴。蜗轮51具有向副阀2侧突出的凸轮部51a，蜗轮51通过该凸轮部51a能够旋转地配置于中心轴6。另外，该凸轮部51a与副阀2的上述大致长方形的角孔22a嵌合。由此，副阀2在相对于蜗轮51绕轴线X的转动被限制的状态下能够仅在轴线X方向上滑动，该副阀2与蜗轮51一起协作地转动。另外，在蜗轮51与副阀2之间配设有对副阀2向主阀1侧施力的螺旋弹簧53。

根据以上的结构，在图1的状态下，如图7(A)所示，副阀2的滑动阀部23关闭副阀座板14的均压孔14a。并且，若驱动部5工作，则蜗轮蜗杆52和蜗轮51的驱动力经由蜗轮51的凸轮部51a而向副阀2施加旋转力，副阀2绕轴线X旋转。若副阀2旋转，则滑动阀部23在主阀1的副阀座板14上滑动，在图7(B)的位置，滑动阀部23从副阀座板14的均压孔14a偏移，该均压孔14a打开。由此，主阀1中的均压路11a打开，主阀1的上部的流体的压力向低压流路11A内(低压侧)释放。由此，施加于主阀1的压力差减少，压力差引起的按压力减少，主阀1的旋转(流路切换)变得容易。

在此，高压的流体经由主阀1的活塞环12a(以及活塞部12)与导向孔41的间隙、以及中心轴6与轴承部13的间隙而向活塞部12的上部流入，但通过将向该活塞部12的上部流入的流量设定为比从均压孔141a释放的流量小，从而在活塞环12a的上下产生压力差，使主阀1从阀座31浮起，从而能够更容易地进行主阀1的旋转。并且，若主阀1浮起，则主阀1的活塞部12的上端面121与外壳部件4的限位部411抵接。

若使副阀2进一步旋转，则副阀2的主阀卡定部21a与主阀1的副阀卡定部15a抵接，副阀2与主阀1一体地旋转。并且，主阀1的止动销抵接部113与设置在阀座31的上表面的止动销31a抵接，在该预定位置停止旋转。接着，若使驱动部5的蜗轮51反向旋转，则副阀2反向旋转，该副阀2的滑动阀部23在副阀座板14上滑动，关闭该副阀座板14的均压孔14a。由此，均压路11a关闭，在主阀1的上部积存压力，通过主阀1的上部与低压流路11A内(低压侧)的压力差，主阀1落座于阀座31。

另外，活塞部12的上端的四处的连通槽12A的开口面积比活塞环12a与导向孔41的间隙的面积大，通过设置这样的连通槽12A，在主阀1浮起而活塞部12的上端面121与外壳部件4的限位部411抵接的状态下，活塞部12的外周与导向孔41的间隙的高压也会供给至活塞部12的背空间(主阀1的主要的上部空间)。因此，活塞环12a的上下的压力差减少，能够减少主阀1(上端面121)向限位部411的按压力。因此，能够可靠地确保上端面121与限位部411的摩擦力，能够削减主阀1的切换动作所需要的动力，得到稳定的切换动作。此外，上述那样的连通槽也可以设置在外壳部件4的限位部411侧。

另外，在进行以上那样的切换动作时，副阀2的滑动阀部23在副阀座板14上滑动，但该副阀座板14暴露于切换阀主体内的高温制冷剂，并且施加有压力差产生的载荷和螺旋弹簧产生的载荷，副阀密封部被按压到副阀座板14。但是，如上所述，该副阀座板14为“不是高分子材料的材质”，因此不在该副阀座板14产生膨胀、蠕变引起的变形，能够确保副阀2对均压孔141a的稳定的密封性和工作性。

实施例

另外，通常若使用温度超过材料的熔点(绝对温度)的30％则产生蠕变，因此若考虑在切换阀主体内流动有100℃左右的高温制冷剂的情况，则优选副阀座板14使用熔点为970℃以上的材质。此外，以下表1示出高分子材料、不是高分子材料的金属以及陶瓷的各熔点的例子。

表1

图8是本发明的第二实施方式中的旋转式切换阀的主阀的落座状态的主要部分纵剖视图，图9是该旋转式切换阀的主阀的俯视图，图10是该旋转式切换阀的副阀的仰视图，在该第二实施方式中，对于与第一实施方式相同的部件、相同的要素标注与第一实施方式相同的符号并省略详细的说明。在该第二实施方式中，与第一实施方式不同的方面是主阀1的均压路11a的部位与副阀2的滑动阀部23′的位置以及副阀座板14的均压孔14a′的位置。

在该第二实施方式中，在副阀座板14的背侧，以从均压路11a架设到中心轴6侧的方式形成有连通槽11c。另外，副阀座板14的均压孔14a′形成于连通槽11c的与中心轴6侧的端部对应的位置(半径方向的位置)。并且，副阀2的滑动阀部23′形成于与副阀座板14的均压孔14a′对应的位置。即，连通槽11c连通均压路11a与均压孔14a′。

根据该第二实施方式，为了开闭均压孔14a，在转动副阀2时，滑动阀部23′在副阀座板14上滑动，但由于滑动阀部23′处于比第一实施方式的滑动阀部23更靠近中心轴6的位置，因此与第一实施方式的情况相比，用于转动副阀2的转矩较小。

这样，在实施方式的旋转式切换阀100中，主阀1包括：构成主阀主体的活塞部12；以及由与该活塞部12不同的部件构成的副阀座板14。因此，能够如第二实施方式那样在活塞部12与副阀座板14之间容易地形成连通均压路11a与均压孔14a′的连通槽11c。此外，在该第二实施方式中，“连通槽”形成于活塞部12，但该“连通槽”也可以形成于副阀座板14，该“连通槽”也可以形成于活塞部12与副阀座板14这两方。

图11是表示实施方式的冷冻循环系统的图，是空调机的冷冻循环系统的例子。空调机具有压缩机50、室外换热器60、膨胀阀70、室内换热器80、实施方式的旋转式切换阀100，上述各要素分别由导管如图示那样连接，构成热泵式的冷冻循环系统。

冷冻循环系统的流路由实施方式的旋转式切换阀100切换成制冷运转以及制热运转这两条流路，在制冷运转时成为图11(A)的状态，在制热运转时成为图11(B)的状态。此外，该图11所示的旋转式切换阀100作为从阀座部3的背侧观察到的状态，仅示出主要部分的位置关系，主阀1的一部分虚线显示和实线图示与阀座抵接的部分。另外，上述S端口31S、D端口31D、E切换端口31E、C切换端口31C省略符号，分别由“S”、“D”、“E”、“C”的记号表示。

在图11(A)的制冷运转时，在旋转式切换阀100中，S端口“S”通过主阀的低压流路11A而与E切换端口“E”连接，D端口“D”通过高压空间11B而与C切换端口“C”连接。并且，如图中箭头所示，由压缩机50压缩的作为流体的制冷剂流入旋转式切换阀100的D端口“D”并从C切换端口“C”流入室外换热器60，从室外换热器60流出的制冷剂流入到膨胀阀70。并且，制冷剂在该膨胀阀70中膨胀，并供给至室内换热器80。从该室内换热器80流出的制冷剂在旋转式切换阀100中从E切换端口“E”流向S端口“S”，并从S端口“S”向压缩机50循环。

在图11(B)的制热运转时，在旋转式切换阀100中，S端口“S”通过主阀的低压流路11A而与C切换端口“C”连接，D端口“D”通过高压空间11B而与E切换端口“E”连接。并且，如图中箭头所示，由压缩机50压缩的制冷剂流入旋转式切换阀100的D端口“D”并从E切换端口“E”流入室内换热器80，从室内换热器80流出的制冷剂流入到膨胀阀70。并且，制冷剂在该膨胀阀70中膨胀，并供给至室外换热器60。从该室外换热器60流出的制冷剂在旋转式切换阀100中从C切换端口“C”流向S端口“S”，并从S端口“S”向压缩机50循环。

此外，在上述第一、第二实施方式中，作为将马达的驱动轴的旋转传递到副阀的旋转的齿轮机构，利用蜗轮蜗杆52和蜗轮51形成的蜗轮蜗杆机构进行了说明，但并不限定于蜗轮蜗杆机构，也可以使用其它齿轮机构。例如，也可以采用正齿轮、行星齿轮机构等。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但具体的结构并不限于这些实施方式，不脱离本发明的主旨的范围的设计的变更等也包含在本发明中。

Claims (4)

1.一种旋转式切换阀，其具备：

主阀，其在外壳部件的阀室内能够以轴线为中心旋转地配设在阀座上；以及

副阀，其开闭形成在设于上述主阀的上部的副阀座上的均压孔，

通过打开上述均压孔并使该主阀旋转，从而切换与上述阀座的端口连通的流路，

上述旋转式切换阀的特征在于，

上述主阀的上述副阀座的部位为不是高分子材料的材质，

上述主阀由主阀主体和设于该主阀主体的上述副阀座侧的副阀座板构成，上述副阀座板构成由不是上述高分子材料的材质形成的上述副阀座的部位，

在上述主阀主体形成有与低压流路连通的均压路，并且在上述副阀座板形成有上述均压孔，在上述主阀主体和/或上述副阀座板形成有连通槽，该连通槽连通上述均压路与上述均压孔。

2.根据权利要求1所述的旋转式切换阀，其特征在于，

上述副阀座的部位的不是高分子材料的材质的熔点为970℃以上。

3.根据权利要求2所述的旋转式切换阀，其特征在于，

上述副阀座的部位的不是高分子材料的材质为金属或者陶瓷。

4.一种冷冻循环系统，是包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、以及流路切换阀的冷冻循环系统，其特征在于，

使用权利要求1至3任一项中所述的旋转式切换阀作为上述流路切换阀。