JP2001153491A - 電動式切換弁および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷蔵庫の高性能化と省エネルギを、より高度
に両立するために、冷蔵庫用の冷凍サイクル装置等で使
用される電動式切換弁を提供すること。 【解決手段】 弁室２２に常時連通している第１ポート
Ａと弁室２２の底面２３に開口した第２ポートＢ、第３
ポートＣおよび第４ポートＤを有する弁ハウジングと、
弁室２２内に回転変位可能に設けられて弁室２２の底面
２３に当接する端面に弁室２２と連通している開弁領域
２９と弁室２２と連通していない閉弁領域３０とに区分
する隔壁部３１を有する弁体２８と、弁体２８を段階的
に回転駆動するステッピングモータ３２とを設け、ステ
ッピングモータ３２によって弁体２８を段階的に回転駆
動して４個の異なる切換位置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動式切換弁お
よび冷蔵庫等で使用されるの冷凍サイクル装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷蔵庫用の冷凍サイクル装置は、
圧縮機→凝縮器→キャピラリチューブ→蒸発器→圧縮機
による冷媒循環通路を構成され、圧縮機のオン・オフ制
御、インバータ制御により冷却制御を行っている。

【０００３】これに対し、近年、年間を通して使用され
る家庭用冷凍・冷蔵庫の多彩、緻密な作動・制御を可能
にし、家庭用冷凍・冷蔵庫の高性能化と省エネルギを両
立する要求は、益々高まっている。

【０００４】上述のような要求に鑑みた冷蔵庫用の冷凍
サイクル装置として、特開平１１−１３２５７７号公報
には、キャピラリチューブ、蒸発器をバイパスして凝縮
器の下流側を圧縮機の吸入側に直接接続するバイパス通
路を３方向弁を介して設け、通常運転時には、３方向弁
によってバイパス通路を閉じ、冷媒が凝縮器よりキャピ
ラリチューブ、蒸発器を通常通りに流れるようにし、起
動時に限って、圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差が小さ
くなるよう、３方向弁の切換動作によりバイパス通路を
通って冷媒が流れるようにし、圧縮機の起動トルクを少
なくする冷凍サイクル装置が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
冷凍サイクル装置では、起動時の圧縮機のトルクしか低
減できず、起動後の速冷（急冷）、平衡運転時の圧縮機
トルク低減などを期待することはできず、冷蔵庫の高性
能化と省エネルギを、より高度に両立することはできな
い。

【０００６】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、冷蔵庫の高性能化と省エネルギ
を、より高度に両立するために、冷蔵庫用の冷凍サイク
ル装置等で使用される電動式切換弁、および冷蔵庫の高
性能化と省エネルギを、より高度に両立する冷凍サイク
ル装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明による電動式切換弁は、弁
室に常時連通している第１ポートと、前記弁室の底面に
開口した第２ポート、第３ポートおよび第４ポートを有
する弁ハウジングと、前記弁室内に回転変位可能に設け
られ、前記弁室の底面に当接する端面を前記弁室と連通
している開弁領域と連通していない閉弁領域とに区分す
る隔壁部を前記端面に有する弁体と、前記弁体を段階的
に回転駆動可能な電動式アクチュエータとを具備し、前
記弁体は、前記電動式アクチュエータによる段階的な回
転駆動により、前記第１の出口ポートと前記第２の出口
ポートの双方が前記連通領域に対応する第１の切換位置
と、前記第１の出口ポートと前記第３の出口ポートの双
方が前記連通領域に対応する第２の切換位置と、前記第
１の出口ポートと前記第２の出口ポートの双方が前記非
連通領域に対応する第３の切換位置と、前記第４の出口
ポートのみが前記連通領域に対応し前記第２の出口ポー
トと前記第３の出口ポートの双方が前記非連通領域に対
応する第４の切換位置との間に切換動作するものであ
る。

【０００８】また、上述の目的を達成するために、請求
項２に記載の発明による冷凍サイクル装置は、圧縮機の
吐出側からの冷媒を、第１凝縮器と、この第１凝縮器及
び第２凝縮器の直列回路とに選択的に供給し、前記第１
凝縮器又は前記第２凝縮器からキャピラリチューブ及び
蒸発器を経て前記圧縮機の吸入側に環流させる冷凍サイ
クル装置において、前記第１凝縮器及び第２凝縮器と前
記キャピラリチューブとの間に請求項１に記載の電動式
切換弁が介設されており、前記第１ポートに、前記第１
凝縮器の下流側と前記第２凝縮器の上流側との接続点が
接続されており、前記第４ポートに前記第２凝縮器の下
流側が接続されており、前記第３ポートに前記キャピラ
リチューブの上流側が接続されており、前記第２ポート
に、前記蒸発器の下流側と前記圧縮機の吸入側との接続
点が接続されているものである。

【０００９】請求項１に記載の発明による電動式切換弁
では、弁体が電動式アクチュエータによって段階的に回
転駆動されることにより、第１の切換位置〜第４の切換
位置の４位置が得られ、第１の切換位置では第３ポート
と第４ポートが閉じられて第１ポートが第２ポートに連
通接続され、第２の切換位置では第２ポートと第４ポー
トとが閉じられて第１ポートが第３ポートに連通接続さ
れ、第３の切換位置では第２ポートが閉じられて第１ポ
ートと第４ポートの両方が第３ポートに連通接続され、
第４の切換位置では第２ポートと第３ポートが閉じられ
て第１ポートが第４ポートに連通接続される。

【００１０】請求項２に記載の発明による冷凍サイクル
装置では、電動式切換弁の弁体が電動式アクチュエータ
によって段階的に回転駆動されることにより、第１の切
換位置〜第４の切換位置による４個の運転モードが得ら
れ、第１の切換位置ではバイパス通路が連通状態になる
第１の運転モードが、第２の切換位置ではバイパス通路
が閉じられて第１凝縮器だけがキャピラリチューブ、蒸
発器と接続される第２の運転モードが、第３の切換位置
ではバイパス通路が閉じられて第１凝縮器と第２凝縮器
の直列回路がキャピラリチューブ、蒸発器と接続される
第３の運転モードが、第４の切換位置ではバイパス通路
が閉じられた上に、第１凝縮器、第２凝縮器の何れもが
キャピラリチューブ、蒸発器と接続されない第４の運転
モード（停止モード）が得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】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
る冷凍サイクル装置の一つの実施の形態を示している。
この冷凍サイクル装置は、圧縮機１と、第１凝縮器（放
熱器）２と、第２凝縮器（放熱器）３と、キャピラリチ
ューブ４と、蒸発器５と、逆止弁６と、電動式切換弁２
０を有している。

【００１２】圧縮機１の吐出側には冷媒通路７によって
第１凝縮器２が接続され、第１凝縮器２には冷媒通路８
によって第２凝縮器３が直列接続されている。冷媒通路
８（第１凝縮器２の下流側）は冷媒通路９によって電動
式切換弁２０の第１ポートＡに接続され、第２凝縮器３
の下流側（第１凝縮器２と第２凝縮器３との直列回路の
下流側）は冷媒通路１０によって電動式切換弁２０の第
４ポートＤに接続されている。電動式切換弁２０の第２
ポートＢにはバイパス通路１１が接続されており、バイ
パス通路１１はキャピラリチューブ４、蒸発器５をバイ
パスして第２ポートＢを逆止弁６を介して圧縮機１の吸
入側にバイパス接続している。電動式切換弁２０の第３
ポートＣには冷媒通路１２によってキャピラリチューブ
４、蒸発器５が接続され、蒸発器５は冷媒通路１３によ
って逆止弁６を介して圧縮機１の吸入側に接続されてい
る。

【００１３】つぎに、図２、図３を参照してこの発明に
よる電動式切換弁２０について説明する。電動式切換弁
２０は弁ハウジング２１に横断面形状が円形の弁室２２
を有している。弁ハウジング２１には、弁室２２の側周
面に開口して弁室２２と常時連通の第１ポートＡと、弁
室２２の底面（弁座面）２３に開口した第２ポートＢ、
第３ポートＣ及び第４ポートＤとが形成されている。第
２ポートＢと第３ポートＣと第４ポートＤは円形の弁室
２２の中心軸線周りに各々所定の間隔（例えば１２０度
の回転角）をおいて設けられている。

【００１４】第１ポートＡにはＡ継手２４によって冷媒
通路９が接続され、第２ポートＢにはＢ継手２５によっ
てバイパス通路１１が接続され、第３ポートＣにはＣ継
手２６によって冷媒通路１２が接続され、第４ポートＤ
にはＤ継手２７によって冷媒通路１０が接続されてい
る。

【００１５】弁室２２内には円盤状の弁体２８が回転変
位可能に設けられている。弁室２２の底面２３に対向す
る弁体２８の端面には、弁室２２と常時連通している開
弁領域２９と、弁室２２と連通していない閉弁領域３０
とに端面を区分する三ヵ月状の隔壁部３１が突出形成さ
れており、弁体２８は隔壁部３１の先端面にて弁室２２
の底面２３の摺接可能に当接している。

【００１６】弁ハウジング２１には、弁体２８を分割回
転駆動する電動式アクチュエータとしてステッピングモ
ータ３２が取り付けられている。

【００１７】ステッピングモータ３２は、弁ハウジング
２１に気密にろう付け固定された下蓋３３と、下蓋３３
上に気密に固着されたキャップ状のロータケース３４
と、ロータケース３４内に回転可能に設けられたマグネ
ット３５およびロータ３６と、ロータケース３４の外側
に固定された円筒状のステータコイル３７とを有してい
る。

【００１８】弁体２８は弁体ホルダ３８に固定されてお
り、弁体ホルダ３８は、ロータ３６に、回転方向には固
定（不動）状態で、軸線方向には変位可能に接続され、
ロータ３６の回転を弁体３８に伝える。また、ロータ３
６と弁体ホルダ３８との間には、弁体２８を弁室２２の
底面２３に押し付ける圧縮コイルばね３９が設けられて
いる。

【００１９】弁体２８は、ステッピングモータ３２によ
る段階的な回転駆動により、第２ポートＢのみが２９開
弁領域に対応し、第３ポートＣと第４ポートＤが閉弁領
域３０に対応する第１の切換位置（図３（ａ）参照）
と、第３ポートＣのみが開弁領域３０に対応し、第２ポ
ートＢと第４ポートＤが閉弁領域３０に対応する第２の
切換位置（図３（ｂ）参照）と、第３ポートＣと第４ポ
ートＤの双方が開弁領域２９に対応し、第２ポートＢの
みが閉弁領域３０に対応する第３の切換位置（図３
（ｃ）参照）と、第４ポートＤのみが開弁領域２９に対
応し、第２ポートＢと第３ポートＢが閉弁領域３０に対
応する第４の切換位置（図３（ｄ）参照）との間に切換
動作し、４位置が得られる。

【００２０】つぎに、上述の構成による電動式切換弁２
０を含む冷凍サイクル装置の動作について説明する。電
動式切換弁７の弁体２８が電動式アクチュエータである
ステッピングモータ３２によって段階的に回転駆動され
ることにより、上述の第１の切換位置〜第４の切換位置
の４位置が得られ、図３（ａ）に示されている第１の切
換位置では、第３ポートＣ、第４ポートＤが閉じられて
第１ポートＡが第２ポートＢに連通接続され、図３
（ｂ）に示されている第２の切換位置では、第２ポート
Ｂ、第４ポートＤが閉じられて第１ポートＡが第３ポー
トＣに連通接続され、図３（ｃ）に示されている第３の
切換位置では、第２ポートＢが閉じられて第１ポートＡ
が第３ポートＣと第４ポートＤの双方に連通接続（冷媒
流れとして見れば、第１ポートＡと第４ポートＤの両方
が第３ポートＣに連通接続）され、図３（ｄ）に示され
ている第４の切換位置では、第２ポートＢ、第３ポート
Ｃが閉じられて第１ポートＡと第４ポートＤとが連通接
続される。

【００２１】従って、第１の切換位置では、バイパス通
路１１が連通状態になり、第１凝縮器２の下流側がバイ
パス通路１１によって圧縮機１の吸入側に直接接続され
る第１の運転モードが得られる。第１の運転モードは起
動直前時に設定され、この第１の運転モードでは、バイ
パス通路１１を冷媒を流れることで、圧縮機１の吸入側
と吐出側の圧力差が小さくなり、圧縮機１の起動時のト
ルクを少なくすることができる。

【００２２】第２の切換位置では、バイパス通路１１が
閉じられて第１凝縮器２だけがキャピラリチューブ４、
蒸発器５と接続される第２の運転モードが得られる。第
２の運転モードは起動直後等に設定され、この第２の運
転モードでは、高圧保持の冷媒供給により速冷効果が得
られる。

【００２３】第３の切換位置では、バイパス通路１１が
閉じられて第１凝縮器２と第２凝縮器３の直列回路がキ
ャピラリチューブ４、蒸発器５と接続される第３の運転
モードが得られる。第３の運転モードは平衡運転時等に
設定され、この第３の運転モードでは、高圧低減の冷媒
供給により圧縮機１の運転トルクを低減でき、消費電力
の低減が図られる。

【００２４】第４の切換位置では、バイパス通路１１が
閉じられた上に、第１凝縮器２、第２凝縮器３の何れも
がキャピラリチューブ４、蒸発器５と接続されない第４
の運転モード（停止モード）が得られる。第４の運転モ
ードは停止時に設定され、第４の運転モードでは、運転
停止時に高温、高圧の冷媒が蒸発器５に流入することが
防止され、運転停止時間の延長が図られる。

【００２５】上述のような多彩、緻密な作動・制御によ
り、冷蔵庫の高性能化と省エネルギが、より高度に両立
する。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１に記載の発明による電動式切換弁によれば、弁体が電
動式アクチュエータによって段階的に回転駆動されるこ
とにより、第１の切換位置〜第４の切換位置の４位置が
得られ、第１の切換位置では第３ポートと第４ポートが
閉じられて第１ポートが第２ポートに連通接続され、第
２の切換位置では第２ポートと第４ポートとが閉じられ
て第１ポートが第３ポートに連通接続され、第３の切換
位置では第２ポートが閉じられて第１ポートと第４ポー
トの両方が第３ポートに連通接続され、第４の切換位置
では第２ポートと第３ポートが閉じられて第１ポートが
第４ポートに連通接続されるから、冷蔵庫用の冷凍サイ
クル装置での使用で、多彩、緻密な作動・制御を行え、
冷蔵庫の高性能化と省エネルギの両立を、より高度に行
うことが可能になる。

【００２７】また、請求項２に記載の発明による冷凍サ
イクル装置によれば、電動式切換弁の弁体が電動式アク
チュエータによって段階的に回転駆動されることによ
り、第１の切換位置〜第４の切換位置による４個の運転
モードが得られ、第１の切換位置ではバイパス通路が連
通状態になる第１の運転モードが、第２の切換位置では
バイパス通路が閉じられて第１凝縮器だけがキャピラリ
チューブ、蒸発器と接続される第２の運転モードが、第
３の切換位置ではバイパス通路が閉じられて第１凝縮器
と第２凝縮器の直列回路がキャピラリチューブ、蒸発器
と接続される第３の運転モードが、第４の切換位置では
バイパス通路が閉じられた上に、第１凝縮器、第２凝縮
器の何れもがキャピラリチューブ、蒸発器と接続されな
い第４の運転モード（停止モード）が得られるから、多
彩、緻密な作動・制御が行われ、冷蔵庫の高性能化と省
エネルギが、より高度に両立する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による冷凍サイクル装置の一つの実施
の形態を示す構成図である。

【図２】この発明による電動式切換弁の一つの実施の形
態を示す断面図である。

【図３】（１）〜（５）はこの発明による電動式切換弁
の各切換位置状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 第１凝縮器 ３ 第２凝縮器 ４ キャピラリチューブ ５ 蒸発器 ６ 逆止弁 １１ バイパス通路 ２０ 電動式切換弁 ２２ 弁室 ２９ 開弁領域 ３０ 閉弁領域 ３１ 隔壁部 ３２ ステッピングモータ ３８ 弁体ホルダ Ａ 第１ポート Ｂ 第２ポート Ｃ 第３ポート Ｄ 第４ポート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁室に常時連通している第１ポートと、
   前記弁室の底面に開口した第２ポート、第３ポートおよ
   び第４ポートを有する弁ハウジングと、 前記弁室内に回転変位可能に設けられ、前記弁室の底面
   に当接する端面を前記弁室と連通している開弁領域と連
   通していない閉弁領域とに区分する隔壁部を前記端面に
   有する弁体と、 前記弁体を段階的に回転駆動可能な電動式アクチュエー
   タと、 を具備し、 前記弁体は、前記電動式アクチュエータによる段階的な
   回転駆動により、前記第１の出口ポートと前記第２の出
   口ポートの双方が前記連通領域に対応する第１の切換位
   置と、前記第１の出口ポートと前記第３の出口ポートの
   双方が前記連通領域に対応する第２の切換位置と、前記
   第１の出口ポートと前記第２の出口ポートの双方が前記
   非連通領域に対応する第３の切換位置と、前記第４の出
   口ポートのみが前記連通領域に対応し前記第２の出口ポ
   ートと前記第３の出口ポートの双方が前記非連通領域に
   対応する第４の切換位置との間に切換動作することを特
   徴とする電動式切換弁。
2. 【請求項２】 圧縮機の吐出側からの冷媒を、第１凝縮
   器と、この第１凝縮器及び第２凝縮器の直列回路とに選
   択的に供給し、前記第１凝縮器又は前記第２凝縮器から
   キャピラリチューブ及び蒸発器を経て前記圧縮機の吸入
   側に環流させる冷凍サイクル装置において、 前記第１凝縮器及び第２凝縮器と前記キャピラリチュー
   ブとの間に請求項１に記載の電動式切換弁が介設されて
   おり、 前記第１ポートに、前記第１凝縮器の下流側と前記第２
   凝縮器の上流側との接続点が接続されており、 前記第４ポートに前記第２凝縮器の下流側が接続されて
   おり、 前記第３ポートに前記キャピラリチューブの上流側が接
   続されており、 前記第２ポートに、前記蒸発器の下流側と前記圧縮機の
   吸入側との接続点が接続されていることを特徴とする冷
   凍サイクル装置。