JP2004125096A - 電動回転式流路切換弁および冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大流量対応で、弁装置の大型化、消費電力の増大を招くことがない電動回転式流路切換弁を提供すること。
【解決手段】主弁体３０に形成されたパイロットポート３６を開閉するパイロット弁体３７を設け、パイロットポート３６が開かれると、パイロット室１３Ｂが２次側の弁ポートに連通し、パイロット室１３Ｂが１次側圧力より低圧の２次側圧力になり、主弁体３０の両端で圧力差が付き、主弁体３０を弁座面に押し付けない状態で回転させる。
【選択図】 図１
【解決手段】主弁体３０に形成されたパイロットポート３６を開閉するパイロット弁体３７を設け、パイロットポート３６が開かれると、パイロット室１３Ｂが２次側の弁ポートに連通し、パイロット室１３Ｂが１次側圧力より低圧の２次側圧力になり、主弁体３０の両端で圧力差が付き、主弁体３０を弁座面に押し付けない状態で回転させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動回転式流路切換弁および冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置に関し、特に、冷媒吐出ガス熱によって蒸発器の除霜を行う型式の冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の冷媒回路切換を行う電動回転式の流路切換弁および冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用冷蔵庫（冷凍・冷蔵庫）の蒸発器に着霜した霜を除去する除霜（デフロスト）を、ヒータによって行うことに代えて、圧縮機より吐出される高温の冷媒吐出ガスを蒸発器に直接流入させ、冷媒吐出ガス熱によって行うことが既に提案されている。圧縮機より吐出される高温の冷媒吐出ガスを蒸発器に直接流入させる冷媒回路の切換は、流路切換弁である三方弁によって行うことができる。
【０００３】
三方弁としては、ステッピングモータによって回転駆動（直動）される弁体を有し、弁体が一端面にて弁座面に対して回転変位することにより、弁座面に開口している複数個の弁ポートの開閉を所定の組合せで行い、この弁ポートの開閉によって流路切換を行う電動回転式流路切換弁が知られている（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
その他、電動回転式の流路切換弁としては、流路切換を行う主弁体の回転移動時には主弁体を弁座面より浮かせ、低抵抗で弁体が回転できるようにパイロット弁を有するものや（例えば、特許文献３）、流路切換のための主弁の回転変位の先立って、主弁に形成されている均圧孔を副弁によって開き、主弁内外の差圧を無くし、主弁の回転変位が容易に行われるようにしたものがある（たとえば、特許文献４、５）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１５３４９２公報
【特許文献２】
特開２００２−１２２３６６公報
【特許文献３】
特開２０００−４６２２９公報
【特許文献４】
特開２００１−２９５９５１公報
【特許文献５】
特開２００２−１３８４３公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の電動回転式の流路切換弁では、弁体（主弁体、主弁）の端面に形成された隔壁部や連通溝によって弁ポート同士の接続や遮断を行うため、大流量対応では、その弁構造上、弁装置が大型化し、コンパクトで、大流量対応のものが得られない。
【０００７】
直動式のものでは、大流量化に伴い弁口径が大きくなると、それに伴い弁駆動荷重が大きくなり、弁体を回転駆動するステッピングモータのパワーアップが必要になり、弁装置の大型化、消費電力の増大を招く。
【０００８】
パイロット弁や副弁を有するものでは、主弁体の回転移動時には、主弁体を弁座面より浮かせる、主弁内外の差圧を無くすことにより、大流量化に伴う弁駆動荷重の増加は顕著でないが、電磁石による吸着音により静音性を損ねたり、構造上、安定した動作保証、耐久性保証が得にくいなど、種々の問題点がある。
【０００９】
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、大流量対応で、弁装置の大型化、消費電力の増大を招くことがなく、しかも、切換動作時に大きい動作音を生じることがなく静音性に優れ、安定した動作保証、耐久性保証も得ることができる電動回転式流路切換弁および冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【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、この発明による電動回転式流路切換弁は、各流路を接続される１次側、２次側の複数個の弁ポートを形成された固定側部材と、パイロットポートを有し、自身の中心軸線周りに回転することにより端面にて前記弁ポートを開閉して流路切換を行う主弁体と、前記主弁体を軸線方向に移動可能に支持し、前記固定側部材側に１次側室を、その反対側にパイロット室を区分する区画部材と、前記パイロットポートを開閉するパイロット弁体と、前記主弁体を前記固定側部材の側に付勢する付勢手段と、ステータコイルとロータとを有するステッピングモータとを具備し、前記パイロットポートは、一方においてパイロット室に連通し、他方において前記主弁体の回転位置に応じて選択された２次側の弁ポートに連通し、当該パイロットポートが閉じられた状態では、常時連通の絞り通路によって前記パイロット室が前記１次側室と同圧になり、前記主弁体は、前記ステッピングモータの前記ロータに正逆回転方向に所定回転角度のみ相対回転変位可能に接続されて流路切換を確立する規定回転位置に回転変位し、前記パイロット弁体は、前記ステッピングモータの前記ロータと一体的に回転するように前記ロータに常時接続され、前記主弁体が前記規定回転位置に位置するロータ回転角位置にて前記パイロットポートを閉じ、前記主弁体の回転変位に先立って前記パイロットポートを開く。
【００１１】
絞り通路は、前記主弁体と前記区画部材との嵌合部間隙により与えられる構造にすることができる。
【００１２】
この発明による電動回転式流路切換弁によれば、主弁体が規定回転位置にあって弁ポートを開閉し、流路切換を確立している状態では、パイロット弁体によってパイロットポートが閉じられている。したがって、流路切換確立状態では、常時連通の絞り通路によってパイロット室が１次側室と同圧になり、主弁体が付勢手段によって固定側部材側に押され、主弁体の端面が固定側部材（弁座面）に押し付けられ、弁締切りが得られる。
【００１３】
流路切換時には、主弁体の回転変位に先立ってパイロット弁体によってパイロットポートが開かれ、パイロット室が２次側の弁ポートに連通し、パイロット室が１次側圧力より低圧の２次側圧力になる。これにより、主弁体の両端で圧力差が付き、主弁体を固定側部材より離す方向の力が主弁体に作用し、主弁体の端面を固定側部材（弁座面）に押し付ける荷重が低減し、この後の主弁体の流路切換のための回転変位が低抵抗で行われる。
【００１４】
この発明による電動回転式流路切換弁は、前記弁ポートが、前記１次側室に常時連通の１次側ポートと、前記１次側室に開口し前記主弁体により互いに相反する関係で開閉する第１の２次側弁ポートと第２の２次側弁ポートであり、三方弁をなす。
【００１５】
上述の目的を達成するために、この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、流量調節手段と、蒸発器と、これらを接続する冷媒通路を含む冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置において、上述の三方弁としての電動回転式流路切換弁を有し、当該電動回転式流路切換弁の１次側ポートが前記圧縮機の吐出ポートに接続され、第１の２次側ポートが前記凝縮器に接続され、第２の２次側ポートが前記凝縮器をバイバスするバイバス冷媒通路によって前記蒸発器に直接接続されている。
【００１６】
【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〜図４はこの発明による電動回転式流路切換弁の一つの実施形態を示している。
【００１７】
図１に示されているように、電動回転式流路切換弁１０は、固定側部材である円盤形状の底蓋部材１１と、底蓋部材１１上に気密に溶接あるいはろう付けされたキャン状のケース１２とを有している。ケース１２は、底蓋部材１１と共働して、内側に気密室構造の弁室・ロータ室１３を形成している。
【００１８】
底蓋部材１１には、Ａポート（１次側ポート）１４と、２次側接続ポート１５、１６が各々貫通形成されている。１次側ポート１４と２次側接続ポート１５、１６には、各々継手管１７、１８、１９が接続されている。
【００１９】
図２に示されているように、底蓋部材１１上（弁室・ロータ室１３側）には、位置合わせエンボス１１Ａ、２０Ａの嵌合によってベース板２０が位置決めされ、ろう付けされている。ベース板２０には、拡張部２１Ａを有し２次側接続ポート１５と連通する貫通孔２１と、拡張部２２Ａを有しもう一つの２次側接続ポート１６と連通する貫通孔２２とが形成されている。
【００２０】
ベース板２０には、中心軸線周りに互いに１８０度回転変位した位置に各々ストッパ片２３、２４が立ち上げ形成されている。
【００２１】
ベース板２０上には、位置合わせエンボス２０Ａ、位置決め切欠２５Ａの嵌合によって弁座板２５が、位置決めされ、耐冷媒性接着剤によって貼り合わせ接着されている。弁座板２５は、上面が弁座面２５Ｂになっており、貫通孔２１によつて２次側接続ポート１５に連通するＢポート（第１の２次側ポート）２６と、貫通孔２２によってもう一つの２次側接続ポート１６に連通するＣポート（第２の２次側ポート）２７と、拡張部２１Ａによって２次側接続ポート１５に連通するＢポート用パイロットポート２８と、拡張部２２Ａによって２次側接続ポート１６に連通するＣポート用パイロットポート２９とが各々貫通形成されている。
【００２２】
なお、Ｂポート２６とＣポート２７、Ｂポート用パイロットポート２８とＣポート用パイロットポート２９は、各々中心軸線周りの同一円弧線上で所定角度、回転変位した位置にあり、Ｂポート２６とＢポート用パイロットポート２８、Ｃポート２７とＣポート用パイロットポート２９は各々同一回転角位置にある。１次側ポート１４は、ベース板２０、弁座板２５の外郭形状により、弁室・ロータ室１３（後述の１次側室１３Ａ）と直接連通（常時連通）している。
【００２３】
弁座板２５の弁座面２５Ｂ上には、主弁体３０が中心軸線周りに回転可能に、且つ軸線方向に移動可能に設けられている。主弁体３０は、円柱部３１と、円柱部３１の下端側に側方に突出した舌片部３２を有し、舌片部３２の下底面３２Ａをもって弁座面２５Ｂに着座し、主弁体３０の中心軸線周りに回転によってＢポート２６とＣポート２７とを相反する関係で開閉する。
【００２４】
主弁体３０には、図３及び図４に示されているように、ストッパ片２３と当接することにより主弁体３０の時計廻り方向の最大回転位置を規定するストッパ面３０Ｂと、もう一つのストッパ片２４と当接することにより主弁体３０の反時計廻り方向の最大回転位置を規定するストッパ面３０Ｃとが形成されている。
【００２５】
図１に示されているように、主弁体３０には円柱部３１を上下に貫通したパイロットポート（通路）３６が形成されている。パイロットポート３６は、一方において後述のパイロット室１３Ｂに連通し、他方において主弁体３０の回転位置に応じてＢポート用パイロットポート２８あるいはＣポート用パイロットポート２９と整合連通し、これを介して２次側接続ポート１５あるいは１６と連通する。
【００２６】
ケース１２内には区画部材であるインナシェル３３が気密溶接されている。インナシェル３３は、円筒部３４にて主弁体３０の円柱部３１を受け入れ、主弁体３０を回転可能に、且つ軸線方向に移動可能に支持していると同時に、円柱部３１と共働して弁室・ロータ室１３内を、底蓋部材１１や弁座板２５の側の１次側室１３Ａと、その反対側のパイロット室１３Ｂとに区分している。
【００２７】
インナシェル３３の円筒部３４の内周面と主弁体３０の円柱部３１の外周面のとの間には嵌合部間隙（クリアランス）３５があり、この嵌合部間隙３５が１次側室１３Ａとパイロット室１３Ｂとを常時連通する絞り通路をなしている。この絞り通路の通路断面は、パイロットポート３６の口径面積より小さい値、あるいはシステム最適値に設定される。
【００２８】
パイロット室１３Ｂには主弁体３０と同心にパイロット弁３７が回転可能に配置されている。パイロット弁３７は、底面側に鼓形部３７Ａを有し、鼓形部３７Ａによって主弁体３０の円柱部３１の上端面３１Ａに摺接してパイロットポート３６を開閉する。
【００２９】
弁室・ロータ室１３（パイロット室１３Ｂ）内には、ステッピングモータ５０のロータ５１が回転可能に設けられている。ロータ５１は外周部５１Ａを多極着磁されたプラスチックマグネットであり、ボス部５１Ｂに中心軸５２をインサート成形されている。
【００３０】
中心軸５２の上端部には軸受部材５３が嵌合装着されている。軸受部材５３は、上部突起５３Ａにてケース１２の天井部に形成された軸受凹部１２Ａに係合し、ケース１２より回転可能に支持されている。中心軸５２は、パイロット弁３７の中心孔３７Ｂを貫通し、下端部にて主弁体３０の中心孔３０Ａに軸受け嵌合している。
【００３１】
ロータ５１の内周面の円周方向の一箇所にはキー形状の弁駆動突起５４が一体成形されている。駆動突起５４はパイロット弁３７に形成されたキー溝３７Ｃに係合している。この係合により、パイロット弁３７はロータ５１と一体的に回転する。
【００３２】
弁駆動突起５４は、主弁体３０の円柱部３１に形成された略半円状の切欠部３１Ｂの係合端面３１Ｃあるいは３１Ｄ（図２参照）に当接する。これにより、主弁体３０は、ロータ５１と正逆回転方向に所定回転角度のみ相対回転変位可能に接続される。
【００３３】
ロータ５１のボス部５１Ｂとパイロット弁３７との間には、付勢手段である圧縮コイルばね３８が取り付けられている。圧縮コイルばね３８は、パイロット弁３７の鼓形部３７Ａを円柱部３１の上端面３１Ａに押し付けると共に、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａを弁座板２５の弁座面２５Ｂに押し付けている。
【００３４】
ケース１２の外周部には、ステッピングモータ５０のステータ組立体５５が位置決め固定されている。ステータ組立体５５は、上下２段のステータコイル５６、複数個の磁極歯５７、電気コネクタ部５８等を有し、封止樹脂５９によって液密封止されている。
【００３５】
ステータ組立体５５は、ステータ組立体５５に設けられた位置決め片６０が底蓋部材１１の外周部に形成されている位置決め凹部１１Ｂに係合することにより、位相合わせされ、抜け止め片６１が底蓋部材１１に逆止係合することにより抜け止めされる。
【００３６】
つぎに、上述の構成による電動回転式流路切換弁１０の動作について説明する。図３（ｂ）と図４（ｂ）は、各々、主弁体３０が規定回転位置にあって所定の流路切換を確立している状態を示している。
【００３７】
図３（ｂ）に示されている状態では、Ｃポート２７が開かれてＢポート２６が舌片部３２によって閉じられ、Ａポート（１次側ポート）１４がＣポート２７に連通している。これを流路切換確立状態Ａと呼ぶ。
【００３８】
これに対し、図４（ｂ）に示されている状態では、Ｂポート２６が開かれてＣポート２７が舌片部３２によって閉じられ、Ａポート（１次側ポート）１４がＢポート２６に連通している。これを流路切換確立状態Ｂと呼ぶ。
【００３９】
図３（ｂ）、図４（ｂ）の何れの流路切換確立状態Ａ、Ｂにおいても、パイロットポート３６がパイロット弁３７によって塞がれ、Ｂポート用パイロットポート２８、Ｃポート用パイロットポート２９の何れかが閉じられている。
【００４０】
したがって、流路切換確立状態ＡあるいはＢでは、常時連通の絞り通路である嵌合部間隙３５によって１次側室１３Ａよりパイロット室１３Ｂに入る１次側圧力によって、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａと同圧になり、主弁体３０が圧縮コイルばね３８のばね力によって弁座板２５の側に押され、主弁体３０の舌片部３２の下底面（端面）３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられ、弁締切りが得られる。
【００４１】
なお、何れの流路切換確立状態Ａ、Ｂでも、ロータ５１の弁駆動突起５４は主弁体３０の係合端面３１Ｃと３１Ｄの丁度中間の回転角位置に位置している。また、ストッパ片２３側がイニシャライズ位置であることにより、図３（ｂ）に示されている流路切換確立状態Ａでは、主弁体３０のストッパ面３０Ｂがストッパ片２３に当接している。
【００４２】
流路切換確立状態Ａ→Ｂの切換動作を説明する。図３（ｂ）に示されている流路切換確立状態Ａでステータコイル５６に通電し、ロータ５１を反時計廻り方向に規定パルス分（１８パルス）回転させる。これにより、図３（ｃ）に示されているように、パイロット弁３７だけがロータ５１と共に反時計廻り方向に回転し、パイロットポート３６が開かれ、パイロット室１３Ｂが、パイロットポート３６、Ｂポート用パイロットポート２８を経て２次側接続ポート１５に連通する。
【００４３】
この連通により、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａの１次側圧力より低圧の２次側圧力になる。これにより、主弁体３０の両端で圧力差が付き、主弁体３０を弁座板２５より引き離す方向の力（上昇方向の力）が主弁体３０に作用し、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａを弁座面２５Ｂに押し付ける荷重が低減する。
【００４４】
この時、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂより浮き上がるか否かは、圧力条件や、パイロットポート３６の通路面積と嵌合部間隙３５の通路面積との大小関係等によって決まる。何れにしても、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重は激減する。
【００４５】
これより更に、ロータ５１を反時計廻り方向に規定パルス分（１８パルス）回転させる。この回転によって、図４（ａ）に示されているように、ロータ５１の弁駆動突起５４が主弁体３０の係合端面３１Ｄに当接し、主弁体３０がロータ５１と共に反時計廻り方向に回転し、主弁体３０の舌片部３２がＢポート２６との整合位置よりＣポート２７と整合する位置に移動する。
【００４６】
この主弁体３０の回転変位は、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重が激減している状態で行われるので、この主弁体３０の回転変位が、低抵抗で、円滑に行われる。
【００４７】
また、この主弁体３０の回転により、パイロットポート３６がＢポート用パイロットポート２８との連通状態よりＣポート用パイロットポート２９との連通状態に切り換わる。この時のロータ５１の反時計廻り方向の回転によってパイロット弁３７も同方向に回転しているので、パイロットポート３６は開かれたままであり、パイロット室１３Ｂが２次側接続ポート１６と連通している。このため、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂより浮上している場合もあり、Ｃポート２７は閉じられていない。
【００４８】
上述の状態よりロータ５１を時計廻り方向に規定パルス分（−１８パルス）回転させる。これにより、図４（ｂ）に示されているように、パイロット弁３７だけがロータ５１と共に時計廻り方向に回転し、パイロットポート３６が塞がれ、パイロット室１３Ｂが２次側接続ポート１６との連通を遮断される。
【００４９】
これにより、嵌合部間隙３５によって１次側室１３Ａよりパイロット室１３Ｂに入る１次側圧力によって、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａと同圧になり、主弁体３０が圧縮コイルばね３８のばね力によって弁座板２５の側に押され、主弁体３０の舌片部３２の下底面（端面）３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられ、Ｃポート２７が閉じられる。これにより、Ｃポート２７が閉じられてＡポート１４がＢポート２６に連通する流路切換確立状態Ｂが成立する。
【００５０】
つぎに、流路切換確立状態Ｂ→Ａの切換動作を説明する。図４（ｂ）に示されている上述の流路切換確立状Ｂでステータコイル５６に通電し、ロータ５１を時計廻り方向に規定パルス分（−１８パルス）回転させる。これにより、図４（ｃ）に示されているように、パイロット弁３７だけがロータ５１と共に時計廻り方向に回転し、パイロットポート３６が開かれ、パイロット室１３Ｂが、パイロットポート３６、Ｃポート用パイロットポート２９を経て２次側接続ポート１６に連通する。
【００５１】
この連通により、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａの１次側圧力より低圧の２次側圧力になる。これにより、主弁体３０の両端で圧力差が付き、主弁体３０を弁座板２５より引き離す方向の力（上昇方向の力）が主弁体３０に作用し、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａを弁座面２５Ｂに押し付ける荷重が低減する。
【００５２】
この時も、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂより浮き上がるか否かは、圧力条件や、パイロットポート３６の通路面積と嵌合部間隙３５の通路面積との大小関係等によって決まる。何れにしても、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重は激減する。
【００５３】
これより更に、ロータ５１を時計廻り方向に規定パルス分（−１８パルス）回転させる。この回転によって、図３（ａ）に示されているように、ロータ５１の弁駆動突起５４が主弁体３０の係合端面３１Ｃに当接し、主弁体３０がロータ５１と共に時計廻り方向に回転し、主弁体３０の舌片部３２がＣポート２７との整合位置よりＢポート２６と整合する位置に移動する。
【００５４】
この主弁体３０の回転変位も、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重が激減している状態で行われるので、この主弁体３０の回転変位も、低抵抗で、円滑に行われる。
【００５５】
また、この主弁体３０の回転により、パイロットポート３６がＣポート用パイロットポート２９との連通状態よりＢポート用パイロットポート２８との連通状態に切り換わる。この時のロータ５１の時計廻り方向の回転によってパイロット弁３７も同方向に回転しているので、パイロットポート３６は開かれたままであり、パイロット室１３Ｂが２次側接続ポート１５と連通している。このため、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂより浮上している場合もあり、Ｂポート２６は閉じられていない。
【００５６】
上述の状態よりロータ５１を反時計廻り方向に規定パルス分（１８パルス）回転させる。これにより、図３（ｂ）に示されているように、パイロット弁３７だけがロータ５１と共に反時計廻り方向に回転し、パイロットポート３６が塞がれ、パイロット室１３Ｂが２次側接続ポート１５との連通を遮断される。
【００５７】
これにより、嵌合部間隙３５によって１次側室１３Ａよりパイロット室１３Ｂに入る１次側圧力によって、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａと同圧になり、主弁体３０が圧縮コイルばね３８のばね力によって弁座板２５の側に押され、主弁体３０の舌片部３２の下底面（端面）３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられ、Ｂポート２６が閉じられる。これにより、Ｂポート２６が閉じられてＡポート１４がＣポート２７に連通する流路切換確立状態Ａが成立する。
【００５８】
上述の構成による電動回転式流路切換弁１０では、弁室・ロータ室１３（１次側室１３Ａ）に常時連通のＡポート１４と、弁室・ロータ室１３（１次側室１３Ａ）に開口したＢポート２６とＣポート２７を有し、Ｂポート２６とＣポート２７が主弁体３０により互いに相反する関係で開閉されることにより流路切換を行うから、弁体（主弁体、主弁）の端面に形成された隔壁部や連通溝によって弁ポート同士の接続や遮断を行って流路切換を行うものに比して、大型化することになく大流量に対応でき、コンパクト設計が可能になる。
【００５９】
また、主弁体３０の回転変位が、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重が激減している状態で行われるので、この主弁体３０の回転変位が、低抵抗で、円滑に行われ、低トルクで主弁体３０を回転駆動ができ、大口径化されてもステッピングモータ５０のパワーアップを必要とせず、消費電力の増大を招くこともない。
【００６０】
つぎに、この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の一つの実施形態を図５を参照して説明する。この冷凍・冷蔵庫の冷凍サイクル装置は、圧縮機１０１と、凝縮器１０２と、流量調節手段としてのキャピラリチューブ１０３と、蒸発器１０４と、電動回転式流路切換弁１０と、これらを接続する冷媒通路１０５〜１０７を含む。
【００６１】
電動回転式流路切換弁１０のＡポートは圧縮機１０１の吐出ポート１０１ｄに接続され、Ｃポートを凝縮器１０２に、Ｂポートをバイパス冷媒通路１０９に接続されている。バイパス冷媒通路１０９は凝縮器１０２をバイパスしてＢポートを蒸発器１０４に直接接続する。
【００６２】
電動回転式流路切換弁１０が流路切換確立状態Ａである場合には、圧縮機１０１→凝縮器１０２→キャピラリチューブ１０３→蒸発器１０４→圧縮機１０１の循環経路が成立し、通常の冷却運転が行われる。
【００６３】
冷凍・冷蔵庫は、第１室１１１、第２室１１２、第３室１１３を有し、冷却運転時には、蒸発器１０４より冷気が、ファン１１４によって第１室１１１へ送られて第１室１１１が冷凍室として機能し、また、冷気がダンパ１１５の開閉によって第２室１１２へ送られて第２室１１２が冷蔵室として機能すると共に、第３室１１３が野菜室として機能する。
【００６４】
電動回転式流路切換弁１０が流路切換確立状態Ｂに切り換わると、圧縮機１０１の吐出ポート１０１ｄがバイパス冷媒通路１０９に接続され、圧縮機１０１より高温高圧の冷媒がバイパス冷媒通路１０９によって蒸発器１０４に直接流れ、蒸発器１０４の除霜（デフロスト）が行われる。
【００６５】
図６は、この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の他の実施形態を示している。
【００６６】
この実施形態では、冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆと冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ、冷凍室用の蒸発器１０４Ｆと冷蔵室用の蒸発器１０４Ｒが各々個別に設けられ、三方切換弁６０によって冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆ、蒸発器１０４Ｆの冷媒通路１０６Ｆと、冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ、蒸発器１０４Ｒの冷媒通路１０６Ｒとが切り換えられるようになっている。冷蔵室用の蒸発器１０４Ｒと冷凍室用の蒸発器１０４Ｆとは逆止弁１１６によって接続されている。
【００６７】
電動回転式流路切換弁１０のＡポートは圧縮機１０１の吐出ポート１０１ｄに接続され、Ｃポートを凝縮器１０２に、Ｂポートをバイパス冷媒通路１１０に接続されている。バイパス冷媒通路１１０は凝縮器１０２をバイパスしてＢポートを蒸発器１０４Ｆに直接接続する。
【００６８】
電動回転式流路切換弁１０が流路切換確立状態Ａである場合には、通常の冷却運転が行われて、三方切換弁６０が冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆ側に切り換わっていれば、圧縮機１０１→凝縮器１０２→冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆ→冷凍室用の蒸発器１０４Ｆ→圧縮機１０１の循環経路が成立し、三方切換弁６０が冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ側に切り換わっていれば、圧縮機１０１→凝縮器１０２→冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ→冷凍室用の蒸発器１０４Ｒ→圧縮機１０１の循環経路が成立する。
【００６９】
これにより、三方切換弁６０が冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆ側に切り換わっている間は、冷凍室用の蒸発器１０４Ｆより冷気が、ファン１１４Ｆによって第３室１１３へ送られると共に、冷凍室用の蒸発器１０４Ｆより冷気が、ファン１１４Ｆによって第３室１１３へ送られ、一方、三方切換弁６０が冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ側に切り換わっている間は、冷蔵室用の蒸発器１０４Ｒより冷気が、ファン１１４Ｒによって第１室１１１へ送られる。よって、第１室１１１が冷蔵室として機能し、第３室１１３が冷凍室として機能すると共に、第２室１１２が野菜室として機能する。
【００７０】
一方、電動回転式流路切換弁１０が流路切換確立状態Ｂに切り換わると、圧縮機１０１の吐出ポート１０１ｄがバイパス冷媒通路１１０に接続され、圧縮機１０１より高温高圧の冷媒がバイパス冷媒通路１１０によって蒸発器１０４Ｆに直接流れ、蒸発器１０４Ｆの除霜（デフロスト）が行われる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による電動回転式流路切換弁によれば、流路切換時には、主弁体の回転変位に先立ってパイロット弁体によってパイロットポートが開かれ、パイロット室が２次側の弁ポートに連通し、パイロット室が１次側圧力より低圧の２次側圧力になり、主弁体の両端で圧力差が付き、主弁体を固定側部材より離す方向の力が主弁体に作用し、主弁体の端面を弁座面に押し付ける荷重が低減し、この後の主弁体の流路切換のための回転変位が低抵抗で行われるから、大流量対応で、弁装置の大型化、消費電力の増大を招くことがなく、しかも、切換動作時に大きい動作音を生じることがなく静音性に優れ、安定した動作保証、耐久性保証が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動回転式流路切換弁の一つの実施形態を示す縦断面図である。
【図２】この発明による電動回転式流路切換弁の一つの実施形態を示す要部の分解斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図１の電動回転式流路切換弁の動作状態を示す平断面図および各ポートの開閉を示すテーブル図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図１の電動回転式流路切換弁の動作状態を示す平断面図および各ポートの開閉を示すテーブル図である。
【図５】この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の一つの実施形態を示す冷媒回路図である。
【図６】この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の他の実施形態を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
１０ 電動回転式流路切換弁
１１ 底蓋部材
１２ ケース
１３ 弁室・ロータ室
１３Ａ １次側室
１３Ｂ パイロット室
１４ Ａポート（１次側ポート）
１５、１６ ２次側接続ポート
２０ ベース板
２５ 弁座板
２６ Ｂポート（第１の２次側ポート）
２７ Ｃポート（第２の２次側ポート）
３０ 主弁体
３２ 舌片部
３３ インナシェル
３５ 嵌合部間隙
３６ パイロットポート
３７ パイロット弁
３８ 圧縮コイルばね
５０ ステッピングモータ
５１ ロータ
５５ ステータ組立体
１０１ 圧縮機
１０２ 凝縮器
１０３、１０３Ｆ、１０３Ｒ キャピラリチューブ
１０４、１０４Ｆ、１０４Ｒ 蒸発器
１０９、１１０ バイバス冷媒通路
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動回転式流路切換弁および冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置に関し、特に、冷媒吐出ガス熱によって蒸発器の除霜を行う型式の冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の冷媒回路切換を行う電動回転式の流路切換弁および冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用冷蔵庫（冷凍・冷蔵庫）の蒸発器に着霜した霜を除去する除霜（デフロスト）を、ヒータによって行うことに代えて、圧縮機より吐出される高温の冷媒吐出ガスを蒸発器に直接流入させ、冷媒吐出ガス熱によって行うことが既に提案されている。圧縮機より吐出される高温の冷媒吐出ガスを蒸発器に直接流入させる冷媒回路の切換は、流路切換弁である三方弁によって行うことができる。
【０００３】
三方弁としては、ステッピングモータによって回転駆動（直動）される弁体を有し、弁体が一端面にて弁座面に対して回転変位することにより、弁座面に開口している複数個の弁ポートの開閉を所定の組合せで行い、この弁ポートの開閉によって流路切換を行う電動回転式流路切換弁が知られている（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
その他、電動回転式の流路切換弁としては、流路切換を行う主弁体の回転移動時には主弁体を弁座面より浮かせ、低抵抗で弁体が回転できるようにパイロット弁を有するものや（例えば、特許文献３）、流路切換のための主弁の回転変位の先立って、主弁に形成されている均圧孔を副弁によって開き、主弁内外の差圧を無くし、主弁の回転変位が容易に行われるようにしたものがある（たとえば、特許文献４、５）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１５３４９２公報
【特許文献２】
特開２００２−１２２３６６公報
【特許文献３】
特開２０００−４６２２９公報
【特許文献４】
特開２００１−２９５９５１公報
【特許文献５】
特開２００２−１３８４３公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の電動回転式の流路切換弁では、弁体（主弁体、主弁）の端面に形成された隔壁部や連通溝によって弁ポート同士の接続や遮断を行うため、大流量対応では、その弁構造上、弁装置が大型化し、コンパクトで、大流量対応のものが得られない。
【０００７】
直動式のものでは、大流量化に伴い弁口径が大きくなると、それに伴い弁駆動荷重が大きくなり、弁体を回転駆動するステッピングモータのパワーアップが必要になり、弁装置の大型化、消費電力の増大を招く。
【０００８】
パイロット弁や副弁を有するものでは、主弁体の回転移動時には、主弁体を弁座面より浮かせる、主弁内外の差圧を無くすことにより、大流量化に伴う弁駆動荷重の増加は顕著でないが、電磁石による吸着音により静音性を損ねたり、構造上、安定した動作保証、耐久性保証が得にくいなど、種々の問題点がある。
【０００９】
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、大流量対応で、弁装置の大型化、消費電力の増大を招くことがなく、しかも、切換動作時に大きい動作音を生じることがなく静音性に優れ、安定した動作保証、耐久性保証も得ることができる電動回転式流路切換弁および冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【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、この発明による電動回転式流路切換弁は、各流路を接続される１次側、２次側の複数個の弁ポートを形成された固定側部材と、パイロットポートを有し、自身の中心軸線周りに回転することにより端面にて前記弁ポートを開閉して流路切換を行う主弁体と、前記主弁体を軸線方向に移動可能に支持し、前記固定側部材側に１次側室を、その反対側にパイロット室を区分する区画部材と、前記パイロットポートを開閉するパイロット弁体と、前記主弁体を前記固定側部材の側に付勢する付勢手段と、ステータコイルとロータとを有するステッピングモータとを具備し、前記パイロットポートは、一方においてパイロット室に連通し、他方において前記主弁体の回転位置に応じて選択された２次側の弁ポートに連通し、当該パイロットポートが閉じられた状態では、常時連通の絞り通路によって前記パイロット室が前記１次側室と同圧になり、前記主弁体は、前記ステッピングモータの前記ロータに正逆回転方向に所定回転角度のみ相対回転変位可能に接続されて流路切換を確立する規定回転位置に回転変位し、前記パイロット弁体は、前記ステッピングモータの前記ロータと一体的に回転するように前記ロータに常時接続され、前記主弁体が前記規定回転位置に位置するロータ回転角位置にて前記パイロットポートを閉じ、前記主弁体の回転変位に先立って前記パイロットポートを開く。
【００１１】
絞り通路は、前記主弁体と前記区画部材との嵌合部間隙により与えられる構造にすることができる。
【００１２】
この発明による電動回転式流路切換弁によれば、主弁体が規定回転位置にあって弁ポートを開閉し、流路切換を確立している状態では、パイロット弁体によってパイロットポートが閉じられている。したがって、流路切換確立状態では、常時連通の絞り通路によってパイロット室が１次側室と同圧になり、主弁体が付勢手段によって固定側部材側に押され、主弁体の端面が固定側部材（弁座面）に押し付けられ、弁締切りが得られる。
【００１３】
流路切換時には、主弁体の回転変位に先立ってパイロット弁体によってパイロットポートが開かれ、パイロット室が２次側の弁ポートに連通し、パイロット室が１次側圧力より低圧の２次側圧力になる。これにより、主弁体の両端で圧力差が付き、主弁体を固定側部材より離す方向の力が主弁体に作用し、主弁体の端面を固定側部材（弁座面）に押し付ける荷重が低減し、この後の主弁体の流路切換のための回転変位が低抵抗で行われる。
【００１４】
この発明による電動回転式流路切換弁は、前記弁ポートが、前記１次側室に常時連通の１次側ポートと、前記１次側室に開口し前記主弁体により互いに相反する関係で開閉する第１の２次側弁ポートと第２の２次側弁ポートであり、三方弁をなす。
【００１５】
上述の目的を達成するために、この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、流量調節手段と、蒸発器と、これらを接続する冷媒通路を含む冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置において、上述の三方弁としての電動回転式流路切換弁を有し、当該電動回転式流路切換弁の１次側ポートが前記圧縮機の吐出ポートに接続され、第１の２次側ポートが前記凝縮器に接続され、第２の２次側ポートが前記凝縮器をバイバスするバイバス冷媒通路によって前記蒸発器に直接接続されている。
【００１６】
【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〜図４はこの発明による電動回転式流路切換弁の一つの実施形態を示している。
【００１７】
図１に示されているように、電動回転式流路切換弁１０は、固定側部材である円盤形状の底蓋部材１１と、底蓋部材１１上に気密に溶接あるいはろう付けされたキャン状のケース１２とを有している。ケース１２は、底蓋部材１１と共働して、内側に気密室構造の弁室・ロータ室１３を形成している。
【００１８】
底蓋部材１１には、Ａポート（１次側ポート）１４と、２次側接続ポート１５、１６が各々貫通形成されている。１次側ポート１４と２次側接続ポート１５、１６には、各々継手管１７、１８、１９が接続されている。
【００１９】
図２に示されているように、底蓋部材１１上（弁室・ロータ室１３側）には、位置合わせエンボス１１Ａ、２０Ａの嵌合によってベース板２０が位置決めされ、ろう付けされている。ベース板２０には、拡張部２１Ａを有し２次側接続ポート１５と連通する貫通孔２１と、拡張部２２Ａを有しもう一つの２次側接続ポート１６と連通する貫通孔２２とが形成されている。
【００２０】
ベース板２０には、中心軸線周りに互いに１８０度回転変位した位置に各々ストッパ片２３、２４が立ち上げ形成されている。
【００２１】
ベース板２０上には、位置合わせエンボス２０Ａ、位置決め切欠２５Ａの嵌合によって弁座板２５が、位置決めされ、耐冷媒性接着剤によって貼り合わせ接着されている。弁座板２５は、上面が弁座面２５Ｂになっており、貫通孔２１によつて２次側接続ポート１５に連通するＢポート（第１の２次側ポート）２６と、貫通孔２２によってもう一つの２次側接続ポート１６に連通するＣポート（第２の２次側ポート）２７と、拡張部２１Ａによって２次側接続ポート１５に連通するＢポート用パイロットポート２８と、拡張部２２Ａによって２次側接続ポート１６に連通するＣポート用パイロットポート２９とが各々貫通形成されている。
【００２２】
なお、Ｂポート２６とＣポート２７、Ｂポート用パイロットポート２８とＣポート用パイロットポート２９は、各々中心軸線周りの同一円弧線上で所定角度、回転変位した位置にあり、Ｂポート２６とＢポート用パイロットポート２８、Ｃポート２７とＣポート用パイロットポート２９は各々同一回転角位置にある。１次側ポート１４は、ベース板２０、弁座板２５の外郭形状により、弁室・ロータ室１３（後述の１次側室１３Ａ）と直接連通（常時連通）している。
【００２３】
弁座板２５の弁座面２５Ｂ上には、主弁体３０が中心軸線周りに回転可能に、且つ軸線方向に移動可能に設けられている。主弁体３０は、円柱部３１と、円柱部３１の下端側に側方に突出した舌片部３２を有し、舌片部３２の下底面３２Ａをもって弁座面２５Ｂに着座し、主弁体３０の中心軸線周りに回転によってＢポート２６とＣポート２７とを相反する関係で開閉する。
【００２４】
主弁体３０には、図３及び図４に示されているように、ストッパ片２３と当接することにより主弁体３０の時計廻り方向の最大回転位置を規定するストッパ面３０Ｂと、もう一つのストッパ片２４と当接することにより主弁体３０の反時計廻り方向の最大回転位置を規定するストッパ面３０Ｃとが形成されている。
【００２５】
図１に示されているように、主弁体３０には円柱部３１を上下に貫通したパイロットポート（通路）３６が形成されている。パイロットポート３６は、一方において後述のパイロット室１３Ｂに連通し、他方において主弁体３０の回転位置に応じてＢポート用パイロットポート２８あるいはＣポート用パイロットポート２９と整合連通し、これを介して２次側接続ポート１５あるいは１６と連通する。
【００２６】
ケース１２内には区画部材であるインナシェル３３が気密溶接されている。インナシェル３３は、円筒部３４にて主弁体３０の円柱部３１を受け入れ、主弁体３０を回転可能に、且つ軸線方向に移動可能に支持していると同時に、円柱部３１と共働して弁室・ロータ室１３内を、底蓋部材１１や弁座板２５の側の１次側室１３Ａと、その反対側のパイロット室１３Ｂとに区分している。
【００２７】
インナシェル３３の円筒部３４の内周面と主弁体３０の円柱部３１の外周面のとの間には嵌合部間隙（クリアランス）３５があり、この嵌合部間隙３５が１次側室１３Ａとパイロット室１３Ｂとを常時連通する絞り通路をなしている。この絞り通路の通路断面は、パイロットポート３６の口径面積より小さい値、あるいはシステム最適値に設定される。
【００２８】
パイロット室１３Ｂには主弁体３０と同心にパイロット弁３７が回転可能に配置されている。パイロット弁３７は、底面側に鼓形部３７Ａを有し、鼓形部３７Ａによって主弁体３０の円柱部３１の上端面３１Ａに摺接してパイロットポート３６を開閉する。
【００２９】
弁室・ロータ室１３（パイロット室１３Ｂ）内には、ステッピングモータ５０のロータ５１が回転可能に設けられている。ロータ５１は外周部５１Ａを多極着磁されたプラスチックマグネットであり、ボス部５１Ｂに中心軸５２をインサート成形されている。
【００３０】
中心軸５２の上端部には軸受部材５３が嵌合装着されている。軸受部材５３は、上部突起５３Ａにてケース１２の天井部に形成された軸受凹部１２Ａに係合し、ケース１２より回転可能に支持されている。中心軸５２は、パイロット弁３７の中心孔３７Ｂを貫通し、下端部にて主弁体３０の中心孔３０Ａに軸受け嵌合している。
【００３１】
ロータ５１の内周面の円周方向の一箇所にはキー形状の弁駆動突起５４が一体成形されている。駆動突起５４はパイロット弁３７に形成されたキー溝３７Ｃに係合している。この係合により、パイロット弁３７はロータ５１と一体的に回転する。
【００３２】
弁駆動突起５４は、主弁体３０の円柱部３１に形成された略半円状の切欠部３１Ｂの係合端面３１Ｃあるいは３１Ｄ（図２参照）に当接する。これにより、主弁体３０は、ロータ５１と正逆回転方向に所定回転角度のみ相対回転変位可能に接続される。
【００３３】
ロータ５１のボス部５１Ｂとパイロット弁３７との間には、付勢手段である圧縮コイルばね３８が取り付けられている。圧縮コイルばね３８は、パイロット弁３７の鼓形部３７Ａを円柱部３１の上端面３１Ａに押し付けると共に、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａを弁座板２５の弁座面２５Ｂに押し付けている。
【００３４】
ケース１２の外周部には、ステッピングモータ５０のステータ組立体５５が位置決め固定されている。ステータ組立体５５は、上下２段のステータコイル５６、複数個の磁極歯５７、電気コネクタ部５８等を有し、封止樹脂５９によって液密封止されている。
【００３５】
ステータ組立体５５は、ステータ組立体５５に設けられた位置決め片６０が底蓋部材１１の外周部に形成されている位置決め凹部１１Ｂに係合することにより、位相合わせされ、抜け止め片６１が底蓋部材１１に逆止係合することにより抜け止めされる。
【００３６】
つぎに、上述の構成による電動回転式流路切換弁１０の動作について説明する。図３（ｂ）と図４（ｂ）は、各々、主弁体３０が規定回転位置にあって所定の流路切換を確立している状態を示している。
【００３７】
図３（ｂ）に示されている状態では、Ｃポート２７が開かれてＢポート２６が舌片部３２によって閉じられ、Ａポート（１次側ポート）１４がＣポート２７に連通している。これを流路切換確立状態Ａと呼ぶ。
【００３８】
これに対し、図４（ｂ）に示されている状態では、Ｂポート２６が開かれてＣポート２７が舌片部３２によって閉じられ、Ａポート（１次側ポート）１４がＢポート２６に連通している。これを流路切換確立状態Ｂと呼ぶ。
【００３９】
図３（ｂ）、図４（ｂ）の何れの流路切換確立状態Ａ、Ｂにおいても、パイロットポート３６がパイロット弁３７によって塞がれ、Ｂポート用パイロットポート２８、Ｃポート用パイロットポート２９の何れかが閉じられている。
【００４０】
したがって、流路切換確立状態ＡあるいはＢでは、常時連通の絞り通路である嵌合部間隙３５によって１次側室１３Ａよりパイロット室１３Ｂに入る１次側圧力によって、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａと同圧になり、主弁体３０が圧縮コイルばね３８のばね力によって弁座板２５の側に押され、主弁体３０の舌片部３２の下底面（端面）３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられ、弁締切りが得られる。
【００４１】
なお、何れの流路切換確立状態Ａ、Ｂでも、ロータ５１の弁駆動突起５４は主弁体３０の係合端面３１Ｃと３１Ｄの丁度中間の回転角位置に位置している。また、ストッパ片２３側がイニシャライズ位置であることにより、図３（ｂ）に示されている流路切換確立状態Ａでは、主弁体３０のストッパ面３０Ｂがストッパ片２３に当接している。
【００４２】
流路切換確立状態Ａ→Ｂの切換動作を説明する。図３（ｂ）に示されている流路切換確立状態Ａでステータコイル５６に通電し、ロータ５１を反時計廻り方向に規定パルス分（１８パルス）回転させる。これにより、図３（ｃ）に示されているように、パイロット弁３７だけがロータ５１と共に反時計廻り方向に回転し、パイロットポート３６が開かれ、パイロット室１３Ｂが、パイロットポート３６、Ｂポート用パイロットポート２８を経て２次側接続ポート１５に連通する。
【００４３】
この連通により、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａの１次側圧力より低圧の２次側圧力になる。これにより、主弁体３０の両端で圧力差が付き、主弁体３０を弁座板２５より引き離す方向の力（上昇方向の力）が主弁体３０に作用し、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａを弁座面２５Ｂに押し付ける荷重が低減する。
【００４４】
この時、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂより浮き上がるか否かは、圧力条件や、パイロットポート３６の通路面積と嵌合部間隙３５の通路面積との大小関係等によって決まる。何れにしても、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重は激減する。
【００４５】
これより更に、ロータ５１を反時計廻り方向に規定パルス分（１８パルス）回転させる。この回転によって、図４（ａ）に示されているように、ロータ５１の弁駆動突起５４が主弁体３０の係合端面３１Ｄに当接し、主弁体３０がロータ５１と共に反時計廻り方向に回転し、主弁体３０の舌片部３２がＢポート２６との整合位置よりＣポート２７と整合する位置に移動する。
【００４６】
この主弁体３０の回転変位は、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重が激減している状態で行われるので、この主弁体３０の回転変位が、低抵抗で、円滑に行われる。
【００４７】
また、この主弁体３０の回転により、パイロットポート３６がＢポート用パイロットポート２８との連通状態よりＣポート用パイロットポート２９との連通状態に切り換わる。この時のロータ５１の反時計廻り方向の回転によってパイロット弁３７も同方向に回転しているので、パイロットポート３６は開かれたままであり、パイロット室１３Ｂが２次側接続ポート１６と連通している。このため、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂより浮上している場合もあり、Ｃポート２７は閉じられていない。
【００４８】
上述の状態よりロータ５１を時計廻り方向に規定パルス分（−１８パルス）回転させる。これにより、図４（ｂ）に示されているように、パイロット弁３７だけがロータ５１と共に時計廻り方向に回転し、パイロットポート３６が塞がれ、パイロット室１３Ｂが２次側接続ポート１６との連通を遮断される。
【００４９】
これにより、嵌合部間隙３５によって１次側室１３Ａよりパイロット室１３Ｂに入る１次側圧力によって、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａと同圧になり、主弁体３０が圧縮コイルばね３８のばね力によって弁座板２５の側に押され、主弁体３０の舌片部３２の下底面（端面）３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられ、Ｃポート２７が閉じられる。これにより、Ｃポート２７が閉じられてＡポート１４がＢポート２６に連通する流路切換確立状態Ｂが成立する。
【００５０】
つぎに、流路切換確立状態Ｂ→Ａの切換動作を説明する。図４（ｂ）に示されている上述の流路切換確立状Ｂでステータコイル５６に通電し、ロータ５１を時計廻り方向に規定パルス分（−１８パルス）回転させる。これにより、図４（ｃ）に示されているように、パイロット弁３７だけがロータ５１と共に時計廻り方向に回転し、パイロットポート３６が開かれ、パイロット室１３Ｂが、パイロットポート３６、Ｃポート用パイロットポート２９を経て２次側接続ポート１６に連通する。
【００５１】
この連通により、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａの１次側圧力より低圧の２次側圧力になる。これにより、主弁体３０の両端で圧力差が付き、主弁体３０を弁座板２５より引き離す方向の力（上昇方向の力）が主弁体３０に作用し、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａを弁座面２５Ｂに押し付ける荷重が低減する。
【００５２】
この時も、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂより浮き上がるか否かは、圧力条件や、パイロットポート３６の通路面積と嵌合部間隙３５の通路面積との大小関係等によって決まる。何れにしても、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重は激減する。
【００５３】
これより更に、ロータ５１を時計廻り方向に規定パルス分（−１８パルス）回転させる。この回転によって、図３（ａ）に示されているように、ロータ５１の弁駆動突起５４が主弁体３０の係合端面３１Ｃに当接し、主弁体３０がロータ５１と共に時計廻り方向に回転し、主弁体３０の舌片部３２がＣポート２７との整合位置よりＢポート２６と整合する位置に移動する。
【００５４】
この主弁体３０の回転変位も、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重が激減している状態で行われるので、この主弁体３０の回転変位も、低抵抗で、円滑に行われる。
【００５５】
また、この主弁体３０の回転により、パイロットポート３６がＣポート用パイロットポート２９との連通状態よりＢポート用パイロットポート２８との連通状態に切り換わる。この時のロータ５１の時計廻り方向の回転によってパイロット弁３７も同方向に回転しているので、パイロットポート３６は開かれたままであり、パイロット室１３Ｂが２次側接続ポート１５と連通している。このため、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂより浮上している場合もあり、Ｂポート２６は閉じられていない。
【００５６】
上述の状態よりロータ５１を反時計廻り方向に規定パルス分（１８パルス）回転させる。これにより、図３（ｂ）に示されているように、パイロット弁３７だけがロータ５１と共に反時計廻り方向に回転し、パイロットポート３６が塞がれ、パイロット室１３Ｂが２次側接続ポート１５との連通を遮断される。
【００５７】
これにより、嵌合部間隙３５によって１次側室１３Ａよりパイロット室１３Ｂに入る１次側圧力によって、パイロット室１３Ｂが１次側室１３Ａと同圧になり、主弁体３０が圧縮コイルばね３８のばね力によって弁座板２５の側に押され、主弁体３０の舌片部３２の下底面（端面）３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられ、Ｂポート２６が閉じられる。これにより、Ｂポート２６が閉じられてＡポート１４がＣポート２７に連通する流路切換確立状態Ａが成立する。
【００５８】
上述の構成による電動回転式流路切換弁１０では、弁室・ロータ室１３（１次側室１３Ａ）に常時連通のＡポート１４と、弁室・ロータ室１３（１次側室１３Ａ）に開口したＢポート２６とＣポート２７を有し、Ｂポート２６とＣポート２７が主弁体３０により互いに相反する関係で開閉されることにより流路切換を行うから、弁体（主弁体、主弁）の端面に形成された隔壁部や連通溝によって弁ポート同士の接続や遮断を行って流路切換を行うものに比して、大型化することになく大流量に対応でき、コンパクト設計が可能になる。
【００５９】
また、主弁体３０の回転変位が、主弁体３０の舌片部３２の下底面３２Ａが弁座面２５Ｂに押し付けられる荷重が激減している状態で行われるので、この主弁体３０の回転変位が、低抵抗で、円滑に行われ、低トルクで主弁体３０を回転駆動ができ、大口径化されてもステッピングモータ５０のパワーアップを必要とせず、消費電力の増大を招くこともない。
【００６０】
つぎに、この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の一つの実施形態を図５を参照して説明する。この冷凍・冷蔵庫の冷凍サイクル装置は、圧縮機１０１と、凝縮器１０２と、流量調節手段としてのキャピラリチューブ１０３と、蒸発器１０４と、電動回転式流路切換弁１０と、これらを接続する冷媒通路１０５〜１０７を含む。
【００６１】
電動回転式流路切換弁１０のＡポートは圧縮機１０１の吐出ポート１０１ｄに接続され、Ｃポートを凝縮器１０２に、Ｂポートをバイパス冷媒通路１０９に接続されている。バイパス冷媒通路１０９は凝縮器１０２をバイパスしてＢポートを蒸発器１０４に直接接続する。
【００６２】
電動回転式流路切換弁１０が流路切換確立状態Ａである場合には、圧縮機１０１→凝縮器１０２→キャピラリチューブ１０３→蒸発器１０４→圧縮機１０１の循環経路が成立し、通常の冷却運転が行われる。
【００６３】
冷凍・冷蔵庫は、第１室１１１、第２室１１２、第３室１１３を有し、冷却運転時には、蒸発器１０４より冷気が、ファン１１４によって第１室１１１へ送られて第１室１１１が冷凍室として機能し、また、冷気がダンパ１１５の開閉によって第２室１１２へ送られて第２室１１２が冷蔵室として機能すると共に、第３室１１３が野菜室として機能する。
【００６４】
電動回転式流路切換弁１０が流路切換確立状態Ｂに切り換わると、圧縮機１０１の吐出ポート１０１ｄがバイパス冷媒通路１０９に接続され、圧縮機１０１より高温高圧の冷媒がバイパス冷媒通路１０９によって蒸発器１０４に直接流れ、蒸発器１０４の除霜（デフロスト）が行われる。
【００６５】
図６は、この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の他の実施形態を示している。
【００６６】
この実施形態では、冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆと冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ、冷凍室用の蒸発器１０４Ｆと冷蔵室用の蒸発器１０４Ｒが各々個別に設けられ、三方切換弁６０によって冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆ、蒸発器１０４Ｆの冷媒通路１０６Ｆと、冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ、蒸発器１０４Ｒの冷媒通路１０６Ｒとが切り換えられるようになっている。冷蔵室用の蒸発器１０４Ｒと冷凍室用の蒸発器１０４Ｆとは逆止弁１１６によって接続されている。
【００６７】
電動回転式流路切換弁１０のＡポートは圧縮機１０１の吐出ポート１０１ｄに接続され、Ｃポートを凝縮器１０２に、Ｂポートをバイパス冷媒通路１１０に接続されている。バイパス冷媒通路１１０は凝縮器１０２をバイパスしてＢポートを蒸発器１０４Ｆに直接接続する。
【００６８】
電動回転式流路切換弁１０が流路切換確立状態Ａである場合には、通常の冷却運転が行われて、三方切換弁６０が冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆ側に切り換わっていれば、圧縮機１０１→凝縮器１０２→冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆ→冷凍室用の蒸発器１０４Ｆ→圧縮機１０１の循環経路が成立し、三方切換弁６０が冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ側に切り換わっていれば、圧縮機１０１→凝縮器１０２→冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ→冷凍室用の蒸発器１０４Ｒ→圧縮機１０１の循環経路が成立する。
【００６９】
これにより、三方切換弁６０が冷凍室用のキャピラリチューブ１０３Ｆ側に切り換わっている間は、冷凍室用の蒸発器１０４Ｆより冷気が、ファン１１４Ｆによって第３室１１３へ送られると共に、冷凍室用の蒸発器１０４Ｆより冷気が、ファン１１４Ｆによって第３室１１３へ送られ、一方、三方切換弁６０が冷蔵室用のキャピラリチューブ１０３Ｒ側に切り換わっている間は、冷蔵室用の蒸発器１０４Ｒより冷気が、ファン１１４Ｒによって第１室１１１へ送られる。よって、第１室１１１が冷蔵室として機能し、第３室１１３が冷凍室として機能すると共に、第２室１１２が野菜室として機能する。
【００７０】
一方、電動回転式流路切換弁１０が流路切換確立状態Ｂに切り換わると、圧縮機１０１の吐出ポート１０１ｄがバイパス冷媒通路１１０に接続され、圧縮機１０１より高温高圧の冷媒がバイパス冷媒通路１１０によって蒸発器１０４Ｆに直接流れ、蒸発器１０４Ｆの除霜（デフロスト）が行われる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による電動回転式流路切換弁によれば、流路切換時には、主弁体の回転変位に先立ってパイロット弁体によってパイロットポートが開かれ、パイロット室が２次側の弁ポートに連通し、パイロット室が１次側圧力より低圧の２次側圧力になり、主弁体の両端で圧力差が付き、主弁体を固定側部材より離す方向の力が主弁体に作用し、主弁体の端面を弁座面に押し付ける荷重が低減し、この後の主弁体の流路切換のための回転変位が低抵抗で行われるから、大流量対応で、弁装置の大型化、消費電力の増大を招くことがなく、しかも、切換動作時に大きい動作音を生じることがなく静音性に優れ、安定した動作保証、耐久性保証が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動回転式流路切換弁の一つの実施形態を示す縦断面図である。
【図２】この発明による電動回転式流路切換弁の一つの実施形態を示す要部の分解斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図１の電動回転式流路切換弁の動作状態を示す平断面図および各ポートの開閉を示すテーブル図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図１の電動回転式流路切換弁の動作状態を示す平断面図および各ポートの開閉を示すテーブル図である。
【図５】この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の一つの実施形態を示す冷媒回路図である。
【図６】この発明による冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置の他の実施形態を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
１０ 電動回転式流路切換弁
１１ 底蓋部材
１２ ケース
１３ 弁室・ロータ室
１３Ａ １次側室
１３Ｂ パイロット室
１４ Ａポート（１次側ポート）
１５、１６ ２次側接続ポート
２０ ベース板
２５ 弁座板
２６ Ｂポート（第１の２次側ポート）
２７ Ｃポート（第２の２次側ポート）
３０ 主弁体
３２ 舌片部
３３ インナシェル
３５ 嵌合部間隙
３６ パイロットポート
３７ パイロット弁
３８ 圧縮コイルばね
５０ ステッピングモータ
５１ ロータ
５５ ステータ組立体
１０１ 圧縮機
１０２ 凝縮器
１０３、１０３Ｆ、１０３Ｒ キャピラリチューブ
１０４、１０４Ｆ、１０４Ｒ 蒸発器
１０９、１１０ バイバス冷媒通路
Claims (4)
- 各流路を接続される１次側、２次側の複数個の弁ポートを形成された固定側部材と、
パイロットポートを有し、自身の中心軸線周りに回転することにより端面にて前記弁ポートを開閉して流路切換を行う主弁体と、
前記主弁体を軸線方向に移動可能に支持し、前記固定側部材側に１次側室を、その反対側にパイロット室を区分する区画部材と、
前記パイロットポートを開閉するパイロット弁体と、
前記主弁体を前記固定側部材の側に付勢する付勢手段と、
ステータコイルとロータとを有するステッピングモータとを具備し、
前記パイロットポートは、一方においてパイロット室に連通し、他方において前記主弁体の回転位置に応じて選択された２次側の弁ポートに連通し、当該パイロットポートが閉じられた状態では、常時連通の絞り通路によって前記パイロット室が前記１次側室と同圧になり、
前記主弁体は、前記ステッピングモータの前記ロータに正逆回転方向に所定回転角度のみ相対回転変位可能に接続されて流路切換を確立する規定回転位置に回転変位し、
前記パイロット弁体は、前記ステッピングモータの前記ロータと一体的に回転するように前記ロータに常時接続され、前記主弁体が前記規定回転位置に位置するロータ回転角位置にて前記パイロットポートを閉じ、前記主弁体の回転変位に先立って前記パイロットポートを開く、
ことを特徴とする電動回転式流路切換弁。 - 前記絞り通路は、前記主弁体と前記区画部材との嵌合部間隙により与えられることを特徴とする請求項１記載の電動回転式流路切換弁。
- 前記弁ポートは、前記１次側室に常時連通の１次側ポートと、前記１次側室に開口し前記主弁体により互いに相反する関係で開閉する第１の２次側弁ポートと第２の２次側弁ポートであり、三方弁をなすことを特徴とする請求項１または２記載の電動回転式流路切換弁。
- 圧縮機と、凝縮器と、流量調節手段と、蒸発器と、これらを接続する冷媒通路を含む冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置において、
請求項３記載の電動回転式流路切換弁を有し、当該電動回転式流路切換弁の１次側ポートが前記圧縮機の吐出ポートに接続され、第１の２次側ポートが前記凝縮器に接続され、第２の２次側ポートが前記凝縮器をバイバスするバイバス冷媒通路によって前記蒸発器に直接接続されていることを特徴とする冷凍・冷蔵庫用の冷凍サイクル装置。
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