JP2009270697A - 流路切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁室の圧力制御空間の冷媒圧力と主弁の低圧路の冷媒圧力との差圧によって主弁の着座状態を保持するようにした流路切換弁において、主弁の回動をなめらかにする。
【解決手段】主弁３において、軸部３１、低圧導通部３２、ストッパ部３３及び補強部３４を一体に形成し、低圧導通部３２内にＵ字状の低圧路３２Ａを貫通し、この低圧路３２Ａの両端に開口部３２１，３２２を形成する。開口部３２１，３２２の径を、弁座の低圧ポートと切換ポートの径に整合するように形成する。開口部３２１，３２２を必要最小限の面積とし、主弁３の外側と低圧路３２Ａ内の冷媒の差圧により生じる主弁３を弁座に押圧する力を小さくする。さらに、主弁３のシール部３２１ａ，３２２ａの部分で押圧する力を受けることにより、力が小さくても、シール部３２１ａ，３２２ａと弁座との間の気密性を確保する。低圧路３２ＡをＵ字型にして冷媒の流れに死水域をなくし、流体音を低減する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ヒートポンプ式の冷凍サイクル等に用いられ、冷媒の流路を切り換える流路切換弁に関する。

従来、この種の流路切換弁として例えば特開２００３−１４８８３５号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この従来の流路切換弁は、弁本体（弁座）に吸入圧力導通孔（低圧ポート）と吐出圧力導通孔（高圧ポート）と二つの導通孔（切換ポート）が形成され、主弁には吸入圧力導通孔と二つの導通孔とを選択的に連通する連通部（低圧路）と、連通部と弁室とを連通する均圧孔とを備えている。また、主弁上にロータの回転に連動する副弁を設けている。そして、主弁の外側すなわち弁室内の圧力と連通部内の圧力との差圧により、主弁を弁本体（弁座）に押え付け、着座状態を保持している。また、冷媒の流路を切り換えるときは、副弁をモータ部により回動し、均圧孔を開けて上記差圧を無くすようにしている。
特開２００３−１４８８３５号公報

しかしながら、特許文献１のものでは、低圧路と圧力制御空間との均圧を主弁に形成された均圧孔のみで行うので、十分に均圧するのが困難である。このため、差圧により主弁に対して弁座に押し付ける力が依然と生じ、特に、高差圧下では大きな抵抗力が残ったまま主弁を回転しなければならず、流路の切換動作を行う際の確実性という点で問題がある。

本発明は、弁室の冷媒圧力と主弁の低圧路の冷媒圧力との差圧によって主弁の着座状態を保持するようにした流路切換弁において、該主弁の回動に先立って、主弁の周囲の高圧冷媒と低圧路内の低圧冷媒の圧力を均圧するとともに、主弁に係る差圧による主弁と弁座との摩擦力をできるだけ小さくして主弁の回動動作を確実にすることを課題とする。

請求項１の流路切換弁は、円筒状の弁室内に該弁室の軸回りに回動可能に主弁を収容するとともに、該主弁に対向する弁座に低圧ポート、高圧ポート及び２つの切換ポートを開口し、前記主弁に形成された低圧路により低圧ポートを一方の切換ポートに連通するとともに、高圧ポートを他方の切換ポートに連通するように、該主弁を回動して２つの切換ポートの連通先を切り換え、高圧ポートから流入する冷媒を一方の切換ポートに流出するとともに他方の切換ポートから流入する冷媒を低圧ポートに流出する流路切換弁であって、前記高圧ポートに通じる前記弁室内の圧力制御空間と前記主弁の低圧路との冷媒の差圧により、該主弁の着座状態を保持するようにした流路切換弁において、前記低圧ポート及び２つの切換ポートが同一径であり、前記主弁は前記低圧路を内包する低圧導通部を有し、該低圧導通部の前記弁座に摺接される部分に、前記低圧ポート及び前記切換ポートに整合する径を有する開口部であって前記低圧路の両端に開口する２つの開口部を有することを特徴とする。

請求項２の流路切換弁は、請求項１に記載の流路切換弁であって、前記２つの開口部の周囲に前記弁座に摺接されるリング状のシール部が形成されていることを特徴とする。

請求項３の流路切換弁は、請求項１または２に記載の流路切換弁であって、前記低圧路が前記低圧導通部内を略Ｕ字状に貫通して形成されていることを特徴とする。

請求項１の流路切換弁によれば、低圧路を内包する低圧導通部の開口部が低圧ポート及び切換ポートの径に整合する径であり、開口部の面積を必要最小限としているので、差圧による主弁を弁座に押さえ付ける力を最小限にでき、特に主弁の回動開始時の摩擦を小さくして回動動作を確実にすることができる。また、主弁を回動させるための力を小さくできるので省エネにもなる。さらに、必要最小限の開口部を備えているので大きな開口部を持つものよりも低圧路が堅牢になりひいては主弁の肉厚を削減できる。

請求項２の流路切換弁によれば、請求項１の効果に加えて、差圧により生じる主弁を弁座に押さえ付ける力を、開口部周囲のシール部のみで受けるので、押さえ付ける力が小さくても気密性を確保することができる。

請求項３の流路切換弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、低圧路内での冷媒の流れの死水域がなくなり、冷媒の流れがなめらかになり、流体音の低減を図れるとともに、高効率を図ることができる。

次に、本発明による流路切換弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る流路切換弁の縦断面図、図２は同流路切換弁における弁座の平面図、図３は同流路切換弁における主弁の底面図、図４は図３のＡ−Ａ位置断面図、Ｂ−Ｂ位置断面図及びＣ−Ｃ位置断面図、図５は同流路切換弁における副弁の斜視図、図６は同流路切換弁の動作説明図である。

この実施形態の流路切換弁は、本体ケースを構成するケース部材１と円盤状の弁座２とを有しており、ケース部材１には略円筒状に切削された弁室１１が形成されている。弁座２の周囲にはリング２ａが取り付けられており、弁室１１の開口部に弁座２及びリング２ａを嵌め込むことにより、弁室１１が封止される。また、弁室１１内には、主弁３及び副弁４が収容されるとともに、ケース部材１の上部には駆動部５が配設されている。

弁座２には、弁室１１と図示しない圧縮機の冷媒吐出口に連通される「高圧ポート」としてのＤポート２１Ｄ、弁室１１と同圧縮機の冷媒吸入口に連通される「低圧ポート」としてのＳポート２１Ｓ、弁室１１と図示しない室外熱交換器に連通される「切換ポート」としてのＣ切換ポート２１Ｃ及び図示しない室内熱交換器に連通される「切換ポート」としてのＥ切換ポート２１Ｅが、それぞれ形成されている。Ｓポート２１Ｓ、Ｃポート２１Ｃ及びＥポート２１Ｅの径は同一であり、Ｄポート２１ＤとＳポート２１Ｓは１８０°離間する位置に開口し、Ｃ切換ポート２１ＣとＥ切換ポート２１ＥはＳポート２１Ｓからそれぞれ９０°づつ離間して開口されている。また、Ｄポート２１Ｄにはストッパ管２１ａが挿入され、このストッパ管２１ａは弁座２のシート面位置よりも弁室１１内に突出されている。

主弁３は樹脂で形成された外周が円形の部材であり中心に軸部３１を有し、この軸部３１には軸孔３１ａが形成されている。そして、図１に示すように、この主弁３は、駆動部５の回動軸５１の下部に軸孔３１ａを嵌合された状態で、弁室１１の軸Ｌの回りに回動自在に配設されている。また、図３に示すように、主弁３は軸部３１の片側に位置する低圧導通部３２と、この低圧導通部３２と反対側に形成されたストッパ部３３とを有し、この低圧導通部３２とストッパ部３３は各々の両側において補強部３４，３４によって連結されている。

低圧導通部３２には、その内部を略Ｕ字状に貫通する低圧路３２Ａが形成されている。また、この低圧導通部３２の弁座２側には、Ｓポート２１ＳとＣ切換ポート２１Ｃに整合する径を有する開口部３２１と、Ｓポート２１ＳとＥ切換ポート２１Ｅに整合する径を有する開口部３２２とが形成されている。そして、この開口部３２１，３２２は、低圧路３２Ａの両端に開口している。開口部３２１，３２２の径は、Ｓポート２１Ｓ、Ｃ切換ポート２１Ｃ及びＥ切換ポート２１Ｅの径よりも僅かに大きな径となっており、この開口部３２１，３２２の周囲にはリング状のシール部３２１ａ，３２２ａが形成されている。このシール部３２１ａ，３２２ａはその外周部分よりも弁座２側に突出しており、このシール部３２１ａ，３２２ａは弁座２の摺動面に摺接される。

ストッパ部３３は水平断面円弧状の形状である。このストッパ部３３の両端の内面はＤポート２１Ｄのストッパ管２１ａの側面に整合する形状となっており、一方が冷房モード時に当接する冷房側ストッパ面３３ａ、他方が暖房モード時に当接する暖房側ストッパ面３３ｂとなっている。そして、このストッパ部３３の冷房側ストッパ面３３ａと暖房側ストッパ面３３ｂの一方がストッパ管２１ａに択一的に当接することで、主弁３の回動範囲が規制される。また、ストッパ部３３の弁座２側の端部３３１はシール部３２１ａ，３２２ａと同じ高さとなり、この端部３３１も弁座２の摺動面に摺接される。さらに、ストッパ部３３の内側はＤポート２１Ｄを常時内包し、高圧空間となる。また、補強部３４，３４にはこの高圧空間を主弁３の上部に導通する導通孔３４ａ，３４ａが形成されている。

主弁３の上部は円筒状に形成され、その内部には軸孔３１ａから離間した位置の全週に突出した副弁座３５が形成され、この副弁座３５の一箇所には、主弁３の上部から低圧路３２Ａまで貫通する均圧孔３５ａ（図３及び図４(B) 参照）が形成されている。また、副弁座３５の外側の所定箇所には主弁凸部３６が形成されている。なお、図１においては均圧孔３５ａ及び主弁突部３６は二点差線（仮想線）で図示してある。

図５に示すように、副弁４は略円盤状の形状をしたスライド弁部４１とその中央のボス部４２とを有しており、このボス部４２の中心において回動軸５１に固定されている。また、スライド弁部４１の主弁３側の面には前記副弁座３５に対向する副弁切り欠き部４１１が２箇所に形成されている。また、スライド弁部４１の周囲一箇所には主弁３の主弁突部３６に当接する副弁凸部４１ａが形成されている。

ケース部材１の上端には、駆動部５のケース５２が溶接等によって気密に固定されている。ケース５２内には、外周部を多極に着磁されたマグネットロータ５３が回転可能に設けられ、このマグネットロータ５３のロータ軸５３ａはケース部材１の上端に設けられた軸受１２により回動自在に軸支されている。そして、このロータ軸５３ａの下端部において前記回動軸５１が連結されている。また、ケース５２の外周には、ステータユニット５４が配設されており、この駆動部５は、ステータユニット５４のステータコイル５４ａにパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ５３を回転させる。そして、このマグネットロータ５３の回転によって回動軸５１が回転し、副弁４が回転する。

次に図６に基づいて冷房運転及び暖房運転の切換動作を説明する。なお、図６は弁座２側（下）から主弁３側（上）を見た状態での各部位の位置関係を示すものであり実線、破線、斜線等の表記は前後位置や構造を示すものではない。また、「Ｄ，Ｓ，Ｃ，Ｅ」の表記は、Ｄポート２１Ｄ、Ｓポート２１Ｓ、Ｃ切換ポート２１Ｃ及びＥ切換ポート２１Ｅの弁座２における開口を示している。図６(A) は冷房運転状態、図６(D) は暖房運転状態、図６(B) ，(C) ，(E) ，(F) は運転状態の切換過程である。

先ず、図６(A) の冷房運転時にあるとする。図６(A) のように、Ｄポート２１ＤはＣ切換ポート２１Ｃに導通され、Ｓポート２１Ｓは低圧導通部３２（その低圧路３２Ａ）によりＥ切換ポート２１Ｅに導通されている。また、副弁４のスライド弁部４１により均圧孔３５ａが閉状態とされている。そして、Ｄポート２１Ｄから高圧冷媒が導入され、この高圧冷媒は主弁３の導通孔３４ａ，３４ａから主弁３の周囲に流入し、主弁３の外側が高圧になる。また、低圧導通部３２の低圧路３２Ａが低圧になっている。したがって、主弁３は弁座２に押さえ付けられ、主弁３は弁座２に着座して密着されている。

次に、上記冷房運転状態から暖房運転状態に切り換えるとき、圧縮機本体は運転状態のままで駆動部５を駆動すると、副弁４のみが図６(A) の状態から時計回りに回動する。そして、図６(B) の状態になると、副弁４の副弁切り欠き部４１１が均圧孔３５ａの位置になり、均圧孔３５ａが開放される。これにより、主弁３の周囲が低圧路３２Ａに導通される。したがって、主弁３の周囲は低圧となり、主弁３に加わる差圧がキャンセルされる。

また、このとき、副弁４の副弁凸部４１ａが主弁凸部３６に当接し、回動軸５１の回動により副弁４と主弁３とが共に回動する。そして、図６(C) のようにストッパ部３３の暖房側ストッパ面３３ｂがストッパ管２１ａに当接し、副弁４及び主弁３の回動が停止される。なお、ストッパ部３３がストッパ管２１ａに当接することにより、駆動部５のモータ及び駆動回路に過負荷が掛かるのでこれを検出してモータを停止するようにしてもよい。次に、副弁４を所定量だけ逆（反時計回り）に回転して副弁切り欠き部４１１を均圧孔３５ａの位置から移動させて、図６(D) のように均圧孔３５ａをスライド弁部４１により非導通の状態とする。これにより、Ｄポート２１Ｄから導入される高圧冷媒によって、主弁３の外側の空間と低圧路３１Ａとの差圧により主弁３は弁座２に着座して密着され、暖房運転状態となる。

暖房運転状態から冷房運転状態に切り換えるときは、圧縮機本体は運転状態のままで駆動部５を駆動し、副弁４を図６(D) の状態から反時計回りに回動する。そして、副弁４の副弁凸部４１ａが主弁３の主弁凸部３６に当接して図６(E) の状態になると、副弁４の他方の副弁切り欠き部４１１が均圧孔３５ａを開放する。これにより、主弁３の外側の空間と低圧路３１Ａが均圧され、主弁３に加わる差圧がキャンセルされる。

また、このとき、副弁４の副弁凸部４１ａが主弁３の主弁凸部３６に当接しているので、副弁４と主弁３とが共に回動し、図６(F) のように主弁３のストッパ部３３の冷房側ストッパ面３３ａがストッパ管２１ａに当接し、副弁４及び主弁３の回動が停止される。そして、副弁４を所定量だけ逆（時計回り）に回転して副弁切り欠き部４１１を均圧孔３５ａの位置から移動させて、図６(A) のようにスライド弁部４１により均圧孔３５ａを非導通の状態とする。これにより、前記冷房運転状態となる。

以上のように、低圧路３２Ａを内包する低圧導通部３２の開口部３２１，３２２がＳポート２１Ｓ、Ｃ切換ポート２１Ｃ及びＥ切換ポート２１Ｅの径に整合する径である。すなわち、開口部３２１，３２２の面積が必要最小限となっている。したがって、主弁３の外側と低圧路３２Ａとの差圧により主弁３に作用する力、すなわち弁座２に押さえ付ける力を最小限にできる。特に主弁３の回動開始時の摩擦を小さくして回動動作を確実にすることができる。また、主弁３を回動させるための力を小さくできるので省エネにもなる。さらに、必要最小限の開口部３２１，３２２を備えているので大きな開口部を持つものよりも低圧導通部３２の部分が堅牢になる。これにより主弁３の肉厚を削減できる。

また、低圧導通部３２の開口部３２１，３２２の周囲にはシール部３２１ａ，３２２ａが形成されているので、差圧により生じる主弁３を弁座２に押さえ付ける力を、このシール部３２１ａ，３２２ａのみで受けるので、押さえ付ける力が小さくても低圧同粒３２と弁座２との間での気密性を確保することができる。また、低圧導通部３２内の低圧路３２Ａは、Ｕ字状に貫通して形成されているので、低圧路３２Ａ内での冷媒の流れに、死水域がなくなり、冷媒の流れがなめらかになる。したがって、流体音の低減を図れるとともに、高効率を図ることができる。

本発明の実施形態に係る流路切換弁の縦断面図である。 同流路切換弁における弁座の平面図である。 同流路切換弁における主弁の底面図である。 図３のＡ−Ａ位置断面図、Ｂ−Ｂ位置断面図及びＣ−Ｃ位置断面図である。 実施形態の流路切換弁における副弁の斜視図である。 同流路切換弁の動作説明図である。

符号の説明

１ ケース部材
２ 弁座
３ 主弁
４ 副弁
５ 駆動部
１１ 弁室
２１Ｄ Ｄポート（高圧ポート）
２１Ｓ Ｓポート（低圧ポート）
２１Ｃ Ｃ切換ポート（切換ポート）
２１Ｅ Ｅ切換ポート（切換ポート）
３２ 低圧導通路
３２Ａ 低圧路
３２１ 開口部
３２１ａ シール部
３２２ 開口部
３２２ａ シール部
３５ａ 均圧孔

Claims (3)

1. 円筒状の弁室内に該弁室の軸回りに回動可能に主弁を収容するとともに、該主弁に対向する弁座に低圧ポート、高圧ポート及び２つの切換ポートを開口し、前記主弁に形成された低圧路により低圧ポートを一方の切換ポートに連通するとともに、高圧ポートを他方の切換ポートに連通するように、該主弁を回動して２つの切換ポートの連通先を切り換え、高圧ポートから流入する冷媒を一方の切換ポートに流出するとともに他方の切換ポートから流入する冷媒を低圧ポートに流出する流路切換弁であって、前記高圧ポートに通じる前記弁室内の圧力制御空間と前記主弁の低圧路との冷媒の差圧により、該主弁の着座状態を保持するようにした流路切換弁において、
   前記低圧ポート及び２つの切換ポートが同一径であり、
   前記主弁は前記低圧路を内包する低圧導通部を有し、該低圧導通部の前記弁座に摺接される部分に、前記低圧ポート及び前記切換ポートに整合する径を有する開口部であって前記低圧路の両端に開口する２つの開口部を有することを特徴とする流路切換弁。
2. 前記２つの開口部の周囲に前記弁座に摺接されるリング状のシール部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流路切換弁。
3. 前記低圧路が前記低圧導通部内を略Ｕ字状に貫通して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流路切換弁。

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