JP2010112517A - 四方切換弁及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】四方切換弁の弁ケーシングを介した高温冷媒からの熱移動を抑制する。
【解決手段】両端が閉じられた筒状の弁ケーシング３２と、弁ケーシング内に平面状のシート面３４ａを有して設けられた弁座３４と、この弁座のシート面上を筒軸方向に沿って摺動可能に設けられた弁体３６とを備えて四方切換弁３０を構成する。弁座には、室内ノズル２６、低圧ノズル２４、室外ノズル２８に連通する連通路が形成され、対向する筒壁には、高圧ノズル２２に連通する開口２２ａが形成される。弁体は、シート面上を摺動する摺動面に窪み３６ａを有し、摺動面と反対側の外壁面３６ｂが弁ケーシングの筒壁と間隔をあけて曲面状に形成されている。高圧ノズル２２と連通する弁ケーシングの開口部４４を筒軸方向に拡径して、弁ケーシングの開口２２ａの筒軸方向の端部を、弁体３６の高圧ノズルと連通している状態の室外ノズル２８側の端部より筒端側に位置して形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルに用いられる四方切換弁、及びこれを備えた冷凍サイクル装置に関する。

圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器などを冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成する空気調和機などの冷凍サイクル装置において、四方切換弁を用いて冷媒流路を切換えることにより冷房運転と暖房運転とを切換えることが知られている。

四方切換弁は、両端が閉じられた筒状の弁ケーシングと、弁ケーシング内の筒壁に筒軸方向に延在させて形成され平面状のシート面を有する弁座と、弁座のシート面上を筒軸方向に沿って摺動可能に設けられた弁体などを備えて構成される。弁座には、筒軸方向に沿って順に、室内熱交換器に連通するノズルとの連通路、圧縮機の吸込口に連通する低圧ノズルとの連通路、室外熱交換器に連通するノズルとの連通路とがシート面に開口を有して形成され、弁ケーシングのシート面と対向する筒壁には、圧縮機の吐出口に連通して高温冷媒を弁ケーシング内に供給する高圧ノズルに連通する開口が形成される。

弁体は、シート面上を摺動する摺動面と摺動面に形成された窪みを有しており、筒軸方向に摺動することにより、この窪みを介して低圧ノズルと室内熱交換器及び室外熱交換器に連通するノズルのいずれか一方とを連通させ、他方のノズルを弁ケーシング内に開口させるように形成されている。

ところで、弁ケーシング内では高温冷媒の流路と低温冷媒の流路とが弁体を隔てて形成されているため、弁体を介して高温冷媒から低温冷媒へ熱移動が生じ、これにより、例えば冷房能力が低下するなどの不具合が生じるおそれがある。

これに対し、例えば特許文献１には同様の構成の四方切換弁において、高圧ノズルの弁ケーシングとの連通部を二股に形成し、それぞれを室内熱交換器に連通するノズルと室外熱交換器に連通するノズルに対向するよう設置し、２本の高圧ノズルの一方を弁体で遮蔽することが記載されている。これによれば、高圧ノズルから流入した高温冷媒が弁体に直接当たらないから、弁体を介して高温冷媒の熱が低温冷媒側に伝導するのを防止できるとされている。

特開２００２−２２３１５号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、四方切換弁の構成を簡素化し、弁ケーシングを介して高温冷媒の熱が低温冷媒側へ伝導することによる熱ロスを抑制することについては考慮されていない。

すなわち、高温ノズルから弁ケーシング内に流入した高温冷媒が弁体に衝突すると、衝突後に流れの向きを拡散させ、弁ケーシングへ向かって流れる衝突流となり、弁ケーシングを介して低温冷媒側へ熱移動を生じる。

この点、特許文献１の技術は、弁ケーシング内へ高温冷媒の流入口の一方が弁体により遮蔽され、他方が冷媒の出口となる室内或いは室外熱交換器に連通するノズルに対向しているので、高温冷媒が弁体に直接当たらず熱移動を抑制できるとも考えられる。しかし、高温冷媒の流入口の一方を隙間無く遮蔽できるように弁体を形成するのは困難であり四方切換弁の構成が複雑化するおそれがある。また、高温冷媒の流入口の一方の遮蔽部分の弁ケーシングと弁体との間に隙間が生じた場合、この隙間から高温冷媒が弁ケーシングに向かって流れ、弁ケーシングを介して熱ロスを生じるおそれがある。

そこで、本発明は、四方切換弁の構成を簡素化し、弁ケーシングを介した高温冷媒から低温冷媒への熱移動を抑制することを課題とする。

本発明の四方切換弁は、両端が閉じられた筒状の弁ケーシングと、弁ケーシング内の筒壁に筒軸方向に延在させて形成され平面状のシート面を有する弁座と、弁座のシート面上を筒軸方向に沿って摺動可能に設けられた弁体とを備えて構成される。弁座には、筒軸方向に沿って順に、第１のノズルに連通する連通路と、第２のノズルに連通する連通路と、第３のノズルに連通する連通路とが、それぞれシート面に開口を有して形成され、弁ケーシングのシート面と対向する筒壁には、高温冷媒を弁ケーシング内に供給する第４のノズルに連通する開口が形成されている。

弁体は、シート面上を摺動する摺動面とこの摺動面に形成された窪みを有し、摺動面の反対面が弁ケーシングの筒壁と間隔をあけて曲面状に形成され、シート面上を筒軸方向に沿って摺動した一方の摺動端において、第１のノズルと第２のノズルとを弁体の窪みを介して連通させるとともに第３のノズルを弁ケーシング内に開口させ、他方の摺動端において、第２のノズルと第３のノズルとを弁体の窪みを介して連通させるとともに第１のノズルを弁ケーシング内に開口させるよう形成される。

特に、上記課題を解決するための第１態様は、第４のノズルに連通する弁ケーシングの開口部が開口端に向かって筒軸方向に拡径されてなり、開口端の筒軸方向の一端は弁体が一方の摺動端に摺動した状態の弁体の第３のノズル側の縁部より筒端側に位置して形成され、他端は弁体が他方の摺動端に摺動した状態の弁体の第１のノズル側の縁部より筒端側に位置して形成されてなることを特徴としている。

これによれば、弁体が一方の摺動端、他方の摺動端のいずれの状態にあっても、第４のノズルからの高温冷媒の流入経路を筒軸方向に拡大しているので、第４のノズルから弁ケーシング内に流入した高温冷媒の圧力損失が低減され、曲面状に形成された弁体の摺動面の反対面（外壁面）に沿うようにして第１或いは第３のノズルに流れ込む。よって、弁ケーシング内に流入した高温流体が弁体の外壁面に衝突して流れの向きを拡散させて弁ケーシングへ向かって流れるのを抑制することができる。また、高温冷媒の弁ケーシング内への流入口を遮蔽するような加工の困難な弁体を用いる必要もない。したがって、四方切換弁の構成を簡素化し、弁ケーシングを介して流体の熱移動が生じるのを抑制することができる。

この場合において、第４のノズルに連通する弁ケーシングの開口部は、開口端の筒軸方向の一端と弁体が一方の摺動端に摺動した状態の弁体の摺動面の反対面との最短距離（Ｎ２）より第４のノズルの拡径根元部と弁体の摺動面の反対面との最短距離（Ｎ１）のほうが長くなり、他端と弁体が他方の摺動端に摺動した状態の弁体の摺動面の反対面との最短距離（Ｎ２）より第４のノズルの拡径根元部と弁体の摺動面の反対面との最短距離（Ｎ１）のほうが長くなるように形成されることが好ましい。

なぜなら、Ｎ１が短すぎる場合、言い換えれば第４のノズルの拡径根元部に相当する高温冷媒の流入口と弁体外壁面が近すぎる場合は、流入してきた高温冷媒が弁体外壁面に衝突して拡散し易いので、第４のノズルに連通する弁ケーシングの開口部を筒軸方向に拡径して高温冷媒の流入経路を拡大させた効果が低減するからである。この点、Ｎ２よりＮ１が長くなるように第４のノズルと連通する弁ケーシングの開口部を形成することにより、より一層弁ケーシング内に流入した高温流体の流路が拡大され圧力損失が低減されるので弁体外壁面に衝突して拡散せず、弁体外壁面に沿うようにして第１或いは第３のノズルに流れ易くなり、弁ケーシングを介した熱移動を抑制することができる。

また、上記課題を解決するための第２態様は、弁ケーシングの内壁面に、弁ケーシングよりも熱伝導率の低い熱抵抗部が形成されてなることを特徴としている。

これによれば、たとえ第４のノズルから流入した高温冷媒が弁体の曲面状の外壁面に衝突して流れ方向が拡散して弁ケーシングに向かって流れたとしても、弁ケーシング内壁面に弁ケーシングより熱伝導率が低い熱抵抗部が形成されているので、弁ケーシングを介して熱移動が生じるのを抑制することができる。

また、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第１の熱交換器と、減圧手段と、第２の熱交換器とを、冷媒が充填された冷媒配管で連結して冷凍サイクルを形成し、上述のいずれかの四方切換弁の第４のノズルを圧縮機の吐出口に連通し、第２のノズルを圧縮機の吸入口に連通し、第１及び第３のノズルのいずれか一方を第１及び第２の熱交換器のいずれか一方に、第１及び第３のノズルのいずれか他方を第１及び第２の熱交換器のいずれか他方に連通し、第１の熱交換器が放熱器となり第２の熱交換器が蒸発器となる運転と、第１の熱交換器が蒸発器となり第２の熱交換器が放熱器となる運転とを切換えるよう構成される。

本発明によれば、四方切換弁の構成を簡素化し、四方切換弁の弁ケーシングを介した高温冷媒から低温冷媒への熱移動を抑制することができる。

以下、本発明を適用してなる四方切換弁及び四方切換弁を備えた冷凍サイクル装置の各実施例を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図１は第１実施例の四方切換弁の縦断面と四方切換弁を用いた冷凍サイクル装置としての空気調和機の冷房運転時の構成を示す図である。図２は本実施例に係る四方切換弁の縦断面と四方切換弁を用いた冷凍サイクル装置としての空気調和機の暖房運転時の構成を示す図である。図３は本実施例に係る四方切換弁の斜視図である。図４は従来の四方切換弁と四方切換弁を用いた冷凍サイクル装置としての空気調和機の冷房運転時の構成を示す図である。図５は図４におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

図１に示すように、空気調和機１０は、圧縮機１２と、室外熱交換器１４と、減圧手段である膨張弁１６と、室内熱交換器１８とを、冷媒が充填された冷媒配管２０で連結して冷凍サイクルを形成している。また、圧縮機１２の吐出口に連通する高圧ノズル２２、圧縮機１２の吸込口に連通する低圧ノズル２４、室内熱交換器１８に連通する室内ノズル２６、室外熱交換器に連通する室外ノズル２８がそれぞれ連通された四方切換弁３０が設けられている。

四方切換弁３０は、両端が閉じられた筒状の弁ケーシング３２と、弁ケーシング３２内の筒壁に筒軸方向に延在させて形成され平面状のシート面３４ａを有する弁座３４と、弁座３４のシート面３４ａ上を筒軸方向に沿って摺動可能に設けられた弁体３６などを備えて構成されている。

弁座３４には、筒軸方向に沿って順に、室内ノズル２６に連通する連通路と、低圧ノズル２４に連通する連通路と、室外ノズル２８に連通する連通路とが、それぞれシート面３４ａに開口２６ａ，２４ａ，２８ａを有して形成されている。また、弁ケーシング３２のシート面３４ａと対向する筒壁には、高圧ノズル２２に連通する開口２２ａが形成されている。

弁体３６は、シート面３４ａ上を摺動する摺動面とこの摺動面に形成された窪み３６ａを有して形成されている。また、摺動面と反対面である外壁面３６ｂが弁ケーシングの筒壁と間隔をあけて曲面状に形成されている。また、弁体３６の筒軸方向の縁部３６ｃ，３６ｄにはそれぞれ冷媒が通流可能な穴が形成された連結板３８ｃ，３８ｄの一端が固定されており、連結板３８ｃ，３８ｄの他端には、弁ケーシング３２の筒形状にあわせたピストン板４０ｃ，４０ｄが弁ケーシング３２の両端部に圧力調整空間４２ｃ，４２ｄをそれぞれ形成するように設けられている。

圧力調整空間４２ｃ，４２ｄ内の圧力を調整することにより弁体３６は、弁座３４のシート面３４ａ上を筒軸方向に沿って摺動する。例えば圧力調整空間４２ｃ＜圧力調整空間４２ｄとすることでピストン板４０ｄが押されて、ピストン板４０ｃ，４０ｄと、連結板３８ｃ，３８ｄと、弁体３６が一体に図１において左側へ、ピストン板４０ｄが弁座３４に当接する摺動端まで摺動する。逆に、圧力調整空間４２ｃ＞圧力調整空間４２ｄとすることでピストン板４０ｃが押されて、ピストン板４０ｃ，４０ｄと、連結板３８ｃ，３８ｄと、弁体３６が一体に図２に示すように右側へ、ピストン板４０ｃが弁座３４に当接する摺動端まで摺動する。

弁体３６は、シート面上を筒軸方向に沿って摺動した一方の摺動端（図１に示すように左側へ摺動した摺動端）において、室内ノズル２６と低圧ノズル２４とを弁体の窪み３６ａを介して連通させて室内ノズル２６から弁体の窪み３６ａを介して低圧ノズル２４へ冷媒を通流させるとともに室外ノズル２８を弁ケーシング３２内に開口させて高圧ノズル２２から弁体の外壁面３６ｂに対向する空間を介して室外ノズル２８へ冷媒を通流させる。

また、弁体３６は、図２に示す他方の摺動端において、室外ノズル２８と低圧ノズル２４とを弁体の窪み３６ａを介して連通させて室外ノズル２８から弁体の窪み３６ａを介して低圧ノズル２４へ冷媒を通流させるとともに室内ノズル２６を弁ケーシング３２内に開口させて高圧ノズル２２から弁体の外壁面３６ｂに対向する空間を介して室内ノズル２６へ冷媒を通流させる。

続いて、空気調和機１０の運転動作を説明する。冷房運転時には、図１に示すように、圧縮機１２で圧縮された冷媒（図示せず）は、高圧ノズル２２を介して弁ケーシング３２へ流入し、室外ノズル２８から流出する。その後、室外熱交換器１４にて室外空気に放熱することによって凝縮・液化し、膨張弁１６によって減圧される。減圧されて、低温・低圧となった冷媒は、室内熱交換器１８へ流れ、室内空気から熱を奪い、蒸発・ガス化するので、このとき室内空気は蒸発潜熱により冷やされ冷房運転を行うことができる。その後低温・低圧の冷媒は室内ノズル２６から弁ケーシング３２に流入する。そして弁体３６の窪み３６ａを通り、低圧ノズル２４を通って圧縮機１２の吸込側へ戻り、再度圧縮される。

一方、暖房運転時には、図２に示すように、圧縮機１２で圧縮された冷媒（図示せず）は、高圧ノズル２２を介して弁ケーシング３２へ流入し、室内ノズル２６から流出する。その後、室内熱交換器１８にて室内空気に放熱することによって室内を暖め凝縮・液化し、膨張弁１６によって減圧される。減圧されて、低温・低圧となった冷媒は、室外熱交換器１４へ流れ、室外空気から熱を奪い、蒸発・ガス化する。その後低温・低圧の冷媒は室外ノズル２８から弁ケーシング３２に流入する。そして弁体３６の窪み３６ａを通り、低圧ノズル２４を通って圧縮機１２の吸込側へ戻り、再度圧縮される。

ところで、従来の四方切換弁は、図４に示すように、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部の、弁体摺動方向（筒軸方向）の開口幅Ｌ１と弁体摺動方向と垂直方向の開口幅Ｌ２の長さが同様となっている。そのため、高温冷媒は高圧ノズル２２から弁ケーシング３２内へシート面３４ａ方向にほぼ垂直に流入し、弁体の曲面状の外壁面３６ｂに衝突した後、図５の矢印ａからｃのように流れの向きを拡散させる。

拡散された流れのうち、弁体の曲面状の外壁面３６ｂの頂点周辺に衝突した矢印ｂで示す流れは、高温冷媒の流路の出口となる室内ノズル２６、或いは室外ノズル２８へ向かって流れる。しかし弁体の曲面状の外壁面３６ｂの曲面が急となる側面部分に衝突した矢印ａと矢印ｃとで示す流れは、弁ケーシング３２へ向かって流れる衝突流となるため、これが高温冷媒から弁ケーシング３２を介して低温冷媒側への熱移動の原因となる。この熱移動により、四方切換弁３０内では熱損失が生じ、冷凍サイクルの性能は低下する。

これに対して、図１，２に示す本実施例の四方切換弁３０は、高圧ノズル２２に連通する弁ケーシング３２の開口部４４が開口端に向かって筒軸方向に拡径されており、弁ケーシング３２の高圧ノズル２２に連通する開口２２ａの筒軸方向の筒軸方向の一端が、図１に示すように弁体３６が一方の摺動端に摺動した状態における弁体の室外ノズル２８側の縁部３６ｄより筒端側に位置して形成されている。また、他端が、図２に示すように弁体３６が他方の摺動端に摺動した状態における弁体の室内ノズル２６側の縁部３６ｃより筒端側に位置して形成されている。高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４は、高圧ノズル２２の小径部から筒軸方向に沿って拡径して大径部となり弁ケーシング３２に接続されている。

これにより、弁ケーシング３２の高圧ノズル２２に連通する開口２２ａを、弁体３６の摺動方向に拡大し、開口２２ａの弁体摺動方向の開口幅Ｌ１が、弁体摺動方向に垂直方向の開口幅Ｌ２よりも長くなる。

このような構成とすることにより、高圧ノズル２２からの高温冷媒の流路が、出口となる室内ノズル２６或いは室外ノズル２８側へ拡大されるため、図３の矢印が示すように、弁体の曲面状の外壁面３６ｂとの衝突を低減した高温冷媒の流路を形成することができる。したがって、高圧ノズル２２から弁ケーシング３２内に流入した冷媒は曲面状に形成された弁体３６の外壁面３６ｂに沿うようにして室内ノズル２６或いは室外ノズル２８に流れ込むので、弁体３６の外壁面３６ｂとの衝突が低減される。よって、高温冷媒が弁体３６の外壁面３６ｂへの衝突により拡散されて弁ケーシング３２へ向かって流れるのを抑制することができる。また、高温冷媒の弁ケーシング３２内への流入口を遮蔽するような加工の困難な弁体を用いる必要もない。その結果、四方切換弁３０の構成を簡素化しつつ、弁ケーシング３２を介して冷媒の熱移動が生じるのを抑制することができる。

また、筒軸方向に拡径された高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４と高圧ノズル２２の流路出口側の接点から弁体３６の外壁面３６ｂまでの最短距離Ｎ１が、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４と弁ケーシング３２との接点から弁体３６の外壁面３６ｂまでの最短距離Ｎ２よりも長くなるように高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４を形成するのが好ましい。本実施例では、図１，２に示すように、Ｎ１とＮ２が略同等の長さになっている。

すなわち、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４と弁ケーシング３２との接点から弁体３６の外壁面３６ｂまでの最短距離Ｎ２は、開口２２ａの弁体摺動方向の開口幅Ｌ１に比例した値であるため、Ｌ１の拡大はＮ２の拡大となる。しかし、仮にＮ１がＮ２よりも短い場合、言い換えれば高圧ノズル２２の拡径根元部に相当する冷媒の流入口と弁体３６の外壁面３６ｂとが近すぎる場合は、開口幅Ｌ１を拡大しＮ２が拡大されていても、高温冷媒の流路はＮ１の部分で狭まり、弁ケーシング３２内に流入してきた冷媒が弁体３６の外壁面３６ｂに衝突して拡散し易いので、開口幅Ｌ１の拡大効果が低減する。

この点、Ｎ２よりＮ１が長くなるように高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４を形成することにより、より一層弁ケーシング３２内に流入した冷媒が弁体３６の外壁面３６ｂに衝突して拡散せず、弁体３６の外壁面３６ｂに沿うようにして室内ノズル２６或いは室外ノズル２８に流れ易くなり、弁ケーシング３２を介した熱移動を抑制することができる。

なお、設置性の観点からは四方切換弁３０は小型であることが望ましいところ、Ｎ１の拡大は四方切換弁３０の大形化につながるため、本実施例ではＮ１とＮ２とを同等の長さとしている。つまり、Ｎ１がＮ２よりも同等以上の長さになるように、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４を形成すればよい。

また、開口幅Ｌ２を拡大するほど、高温冷媒から弁ケーシング３２を介した熱伝達を抑制できるが、その幅はシート面３４ａの長辺ｔよりも短い必要がある。なぜなら、開口幅Ｌ２がシート面３４ａの長辺ｔよりも長い場合、ピストン板４０ｃ，４０ｄにより形成される圧力調整空間４２ｃ，４２ｄが、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４を介して高圧ノズル２２と連通し、弁体３６の摺動切換えができなくなるからである。

次に、本発明の第２実施例の四方切換弁３０について図６を用いて説明する。図６は本発明の第２実施例に係る四方切換弁３０の縦断面図である。この第２実施例は、以下に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と同様であるので、重複する説明を省略する。

図６に示すように、本実施例では、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４は、高圧ノズル２２の小径部から弁ケーシング３２との接続部に向かって漸次拡径して円錐状になっている。

このような形状にした場合も、第１実施例と同様に、高圧ノズル２２からの高温冷媒の流路が、出口となる室内ノズル２６或いは室外ノズル２８側へ拡大されるため、高圧ノズル２２から弁ケーシング３２内に流入した冷媒は曲面状に形成された弁体３６の外壁面３６ｂに沿うようにして室内ノズル２６或いは室外ノズル２８に流れ込み、弁体３６の外壁面３６ｂとの衝突が低減される。その結果、高温冷媒が弁体３６の外壁面３６ｂへの衝突により拡散されて弁ケーシング３２へ向かって流れるのを抑制することができ、弁ケーシング３２を介して冷媒の熱移動が生じるのを抑制することができる。

次に、本発明の第３実施例の四方切換弁３０について図７を用いて説明する。図７は本発明の第３実施例に係る四方切換弁３０の高圧ノズル２２及び低圧ノズル２４の部分の弁ケーシング３２の筒軸に直交する方向の縦断面図である。この第３実施例は、以下に述べる点で第１，２実施例と相違するものであり、その他の点については第１，２実施例と同様であるので、重複する説明を省略する。

図７に示すように、本実施例は高圧ノズル２２を扁平管で形成し、その軸中心が低圧ノズル２４の軸中心上となるよう配置するものであり、さらに、第１実施例と同様に、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４を筒軸方向に拡径して、弁ケーシング３２に連通する高圧ノズル２２の開口２２ａの筒軸方向の両端が、弁体３６の高圧ノズル２２と連通している状態の室内ノズル２６，室外ノズル２８側の縁部３６ｃ，３６ｄより筒端側に形成されている。

本実施例によれば、断面積が同じ円管を高圧ノズル２２として用いた場合と比較して、高温冷媒から弁ケーシング３２への熱移動を抑制することができる。すなわち、高温冷媒から弁ケーシング３２への熱移動は、弁体３６の外壁面３６ｂへの衝突により高温冷媒の流れが弁ケーシング３２へ向かうことが主な原因である。図５において説明したように、高温冷媒が弁ケーシング３２へ向かうのは、弁体３６の外壁面３６ｂの曲面が急となる側面部分に高温冷媒が衝突した場合である。

これに対して、本実施例の高圧ノズル２２は扁平管であるため、図７に示すように弁ケーシング３２と連通する高圧ノズル２２の開口２２ａの弁体摺動方向に垂直方向の開口幅Ｌ２が、同じ断面積の円管に比べ縮小されている。高圧ノズル２２の軸中心は、弁体３６の外壁面３６ｂの頂点と同一軸上にあるため、Ｌ２の幅が狭いほど弁体３６の外壁面３６ｂの接触幅Ｌ３も狭まり、高温冷媒は弁体３６の外壁面３６ｂの頂点近くに衝突しやすくなる。そのため弁体３６の外壁面３６ｂの曲面が急となる側面部分に高温冷媒が衝突しにくいので、弁ケーシング３２へ向かう高温冷媒の流れは抑制され、弁ケーシング３２を介する熱移動の抑制が可能となる。

本実施例によれば、第１実施例と同様に、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４が筒軸方向に拡径されているため、高圧ノズル２２から弁ケーシング３２内に流入した冷媒は曲面状に形成された弁体３６の外壁面３６ｂに沿うようにして室内ノズル２６或いは室外ノズル２８に流れ込む。これに加えて、高温冷媒が弁体３６の外壁面３６ｂに衝突するとしても、弁体３６の外壁面３６ｂの頂点近くに衝突しやすくなり、弁体３６の外壁面３６ｂの曲面が急となる側面部分に高温冷媒が衝突しにくいので、弁ケーシング３２へ向かう高温冷媒の流れは抑制される。その結果、弁ケーシング３２を介する熱移動の抑制が可能となる。

次に、本発明の第４実施例の四方切換弁３０について図８を用いて説明する。図８は本発明の第４実施例に係る四方切換弁３０の縦断面図である。この第４実施例は、以下に述べる点で第１乃至３実施例と相違するものであり、その他の点については第１乃至３実施例と同様であるので、重複する説明を省略する。

本実施例は、冷房運転或いは暖房運転のいずれかの運転モードの効率を重視した構成において、冷凍サイクルの性能向上を目的とするものである。すなわち、従来、高圧ノズル２２を室内ノズル２６の真上に設ける構成の四方切換弁があり、これは暖房性能の向上を目的とした構成であった。この構成は、暖房運転時においては、高温冷媒の流路が出口となる室内ノズル２６に向かって、弁体３６との衝突を回避した一直線の流路となり、高温冷媒から弁ケーシング３２を介した熱伝達を抑制することができる。

しかしながら、この構成は、冷房運転時においては、高圧ノズル２２の直下に弁体３６が配置されるため、弁体３６の外壁面３６ｂとの衝突が起こり、弁ケーシング３２を介した熱伝達が促進されるが、これまでこの性能の悪化に対しては、なんら対策がなされていなかった。

これに対して、本実施例では、暖房運転時の効率の向上を図りつつ、それに伴い悪化する冷房能力の低下を抑制することを目的とする構成としている。本実施例の四方切換弁３０は、図８に示すように、高圧ノズル２２が、室内ノズル２６に対向する弁ケーシング３２の筒壁に設けられるとともに、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４が筒軸方向に拡径されており、弁ケーシング３２と連通する高圧ノズル２２の開口２２ａの筒軸方向の両端が、弁体３６の高圧ノズル２２と連通している状態の室内ノズル２６，室外ノズル２８側の縁部３６ｃ，３６ｄより筒端側に形成されている。

本実施例によれば、暖房運転時の高温冷媒の流路は、弁体３６との衝突を回避した一直線の流路となり、高温冷媒から弁ケーシング３２を介した熱伝達を抑制することができる。さらに冷房運転時には、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４が室外ノズル２８に向かって弁ケーシング３２の筒軸方向へ拡大されているため、高温冷媒の流路が拡大され、弁体３６との接触を抑制できる。これにより、高温冷媒から弁ケーシング３２を介した熱伝達を抑制することができる。以上のように、本実施例によれば、暖房運転時でも冷房運転時においても能力を向上させることができるので、従来の四方切換弁に対し、さらに性能を向上させることができる。

なお、本実施例では、暖房運転時の効率を重視した構成を基本構成としているが、逆に、高圧ノズル２２を室外ノズル２８の真上に設けて冷房運転時の効率を重視する基本構成とし、高圧ノズル２２と連通する弁ケーシング３２の開口部４４を室内ノズル２６に向かって拡径する構成とすることもできる。

次に、本発明の第５実施例の四方切換弁３０について図９を用いて説明する。図９は本発明の第５実施例に係る四方切換弁３０の縦断面図である。この第５実施例は、以下に述べる点で第１乃至４実施例と相違するものであり、その他の点については第１乃至４実施例と同様であるので、重複する説明を省略する。

図９に示すように、本実施例の四方切換弁３０は、高圧ノズル２２の弁ケーシング３２との連通部が二股に分かれており、２つの高圧ノズル２２のそれぞれが、室内ノズル２６と、室外ノズル２８に対向するよう設置されている。弁ケーシング３２の室内ノズル２６に対向する部分に高圧ノズル２２と連通する開口２２ｂが、室外ノズル２８に対向する部分に高圧ノズル２２と連通する開口２２ｃが形成されている。

このような構成とすることで、高温冷媒の出口となる室内ノズル２６、或いは室外ノズル２８に近い開口２２ｂ，２２ｃでは弁体３６との接触を回避した一直線の広い流路となるため冷媒が流れやすい。そのため高圧ノズル２２から流入した高温冷媒のほとんどが出口となる室内ノズル２６、或いは室外ノズル２８に近い側の開口２２ｂ，２２ｃから弁ケーシング３２内に流入する。

なお、本実施例は特許文献１で開示された従来技術とは異なり、弁体３６の外壁面３６ｂが弁ケーシング３２の筒壁と間隔をあけて曲面状に形成されているので、２つの開口２２ｂ，２２ｃの一方が弁体３６で遮蔽されることなく、どちらの開口２２ｂ，２２ｃも弁ケーシング３２に対し開いている。そのため、冷媒の流出口となる室内ノズル２６、或いは室外ノズル２８から遠い側の連通口にも高温冷媒は流れるが、その流量は少ない。

従来技術では、この流出口となる室内ノズル２６、或いは室外ノズル２８から遠い側の連通口を弁体３６で遮蔽するため、弁体３６と弁ケーシング３２との間に、弁ケーシング３２の内壁面に沿った細い流路（隙間）が形成されて、この隙間から弁ケーシング３２に向けて冷媒の流れが生じて弁ケーシング３２を介した熱伝達が促進されてしまう。

これに対して、本実施例ではいずれの開口２２ｂ，２２ｃも開いているため、冷媒の流出口となる室内ノズル２６、或いは室外ノズル２８から遠い連通口から流入した少流量の高温冷媒は、弁体３６に向かって流れる。そして弁体３６の外壁面３６ｂに衝突し、流れの向きを拡散させるが、そこで拡散されて弁ケーシング３２へ向かう流れは弱く、弁ケーシング３２を介した熱移動は低減される。その結果、高温冷媒の熱が弁ケーシング３２を介して低温冷媒へ伝達されるのを抑制することができ、高温冷媒から低温冷媒への熱移動を抑制することができる。

次に、本発明の第６実施例の四方切換弁３０について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の第６実施例に係る四方切換弁３０の縦断面図である。この第６実施例は、以下に述べる点で第１乃至５実施例と相違するものであり、その他の点については第１乃至５実施例と同様であるので、重複する説明を省略する。

本実施例は、弁ケーシング３２の内壁面を弁ケーシング３２より熱伝導率が低い例えば樹脂などの部材で形成されたカバー４６で覆って熱抵抗部を形成するものである。また、カバー４６に代えて、弁ケーシング３２より熱伝導率が低い例えば樹脂などの部材を弁ケーシング３２の内壁面にコーティングしてもよい。

本実施例の構成によれば、高圧ノズル２２から流入した高温冷媒の一部は弁体３６の外壁面３６ｂに衝突して拡散し、弁ケーシング３２の内壁面に向けて流れる。しかし、弁ケーシング３２の内壁面に熱抵抗部が形成されているため、高温冷媒から弁ケーシング３２への熱伝達を抑制することができ、弁ケーシング３２を介した熱移動を抑制することができる。

なお、本実施例は、実施例１乃至５と組み合わせることにより、高温冷媒の弁体３６の外壁面３６ｂとの衝突がなくなるため、弁ケーシング３２の内壁面で抑制する熱量が低減するため、カバー４６の厚みを薄くすることができる。また、弁体３６の外壁面３６ｂから弁ケーシング３２へ向かう衝突流ばかりでなく、高温冷媒と弁ケーシング３２が接する全ての面からの熱伝達を抑制することができるため、さらに弁ケーシング３２を介した熱移動を抑制することができる。

次に、本発明の第７実施例の四方切換弁３０について図１１〜図１３を用いて説明する。図１１は本発明の第７実施例に係る四方切換弁３０の縦断面図である。図１２は図１１の四方切換弁３０のＡ−Ａ断面を示す図である。図１３は本実施例に係る四方切換弁内に設ける低熱伝導部材の斜視図である。この第７実施例は、以下に述べる点で第１乃至６実施例と相違するものであり、その他の点については第１乃至６実施例と同様であるので、重複する説明を省略する。

図１１，図１２に示すように、本実施例では弁ケーシング３２の高温冷媒と接する内壁面の一部分と高圧ノズル２２の内壁面を覆う低熱伝導部材４８を設けた構成としている。ここで低熱伝導部材４８とは、弁ケーシング３２の素材よりも熱伝導率の低い素材であればよく、本実施例では樹脂を想定している。本実施例において低熱伝導部材４８は図１３に示すような半円筒部材４８ａの外側表面の中心に細い円筒状部材４８ｂを設けた形状となっている。高圧ノズル２２に円筒状部材４８ｂを圧入することで、半円筒部材４８ａを高温冷媒と弁ケーシング３２とが接する面に固定されている。

また、低熱伝導部材４８の弁体摺動方向の長さは、シート面３４ａの長辺ｔと同じ長さとなっている。これによれば、冷房運転時においても、暖房運転時においても、弁体３６の外壁面３６ｂと対向する弁ケーシング３２の内壁面を覆うことができる。本実施例によれば、高圧ノズル２２から流入した冷媒が弁体３６の外壁面３６ｂへ衝突して拡散し、弁ケーシング３２の内壁面へ向けて流れた場合であっても、低熱伝導部材４８により弁ケーシング３２への熱移動が抑制され、その結果、弁ケーシング３２を介した熱移動を抑制することができる。

次に、本発明の第８実施例の四方切換弁３０について図１４を用いて説明する。図１４は本発明の第８実施例に係る四方切換弁３０の縦断面とこれを用いた冷凍サイクル装置の構成を示す図である。この第８実施例は、以下に述べる点で第１乃至７実施例と相違するものであり、その他の点については第１乃至７実施例と同様であるので、重複する説明を省略する。

本実施例は、冷凍サイクル装置としてヒートポンプ式の給湯器を想定した実施例である。図１４に示すように、圧縮機１２で圧縮された冷媒（図示せず）は、高圧ノズル２２から弁ケーシング３２内へ流入し、第２のノズル５０から流出する。その後、第２の熱交換器５２にて放熱することによって凝縮・液化し、膨張弁５４によって減圧される。減圧されて、低温・低圧となった冷媒は、第１の熱交換器５６へ流れ、周辺空気から熱を奪い、蒸発・ガス化する。その後低温・低圧の冷媒は第１のノズル５８から弁ケーシング３２内に流入する。そこから弁体３６の窪み３６ａを介して、低圧ノズル２４を通って圧縮機１２の吸込側へ戻り、再度圧縮される。

この過程で、周囲の気温及び湿度の関係で、第２の熱交換器５２に着霜すると、四方切換弁３０によって第１の熱交換器５６と第２の熱交換器５２の機能を逆転させるように冷媒の循環経路を切換え、除霜運転を行う。除霜が終わると再び冷媒の循環経路を切換え、元の循環経路に戻る。一方水回路においては、貯水槽６０に貯められた水がポンプ６２によって第２の熱交換器５２へ送り込まれる。第２の熱交換器５２は貯水槽６０とポンプ６２と水熱交換器とからなる水回路の一部であり、第２の熱交換器５２はここに送り込まれた水に、冷媒が凝縮された時に発生する熱を吸収させることで放熱する。一方熱を吸収した水は湯となり、再び貯水槽６０に戻される。貯水槽６０に蓄えられた湯は、必要に応じて浴槽やキッチンなどに給湯されたり、床暖房や温水パネルヒータに用いられたりする。

四方切換弁３０内では高温冷媒と低温冷媒とが隣接しているため、熱移動が生じる。ヒートポンプ給湯器は、高温のお湯を貯めておく必要があるため、高温冷媒は高温となる。例えば冷媒がＣＯ_２である場合、圧縮機１２から吐出される高温冷媒の温度は、１００℃以上にもなる場合がある。そのとき第１の熱交換器５６から四方切換弁３０に流れ込む低温冷媒の温度はおよそ０℃である。このように実施例１などの空気調和機の場合に比べ、ヒートポンプ式給湯器の高温冷媒と低温冷媒との温度差は大きい。高温冷媒と低温冷媒との温度差が大きいほど四方切換弁３０内の熱移動は多くなる。

本実施例では、四方弁切換弁内での高温冷媒から低温冷媒への熱移動を抑制するために、実施例１の四方切換弁と同様のものをヒートポンプ給湯器の冷媒の循環経路の切換えに用いる。

このような構成とすることで高圧ノズル２２から流入した高温冷媒は弁ケーシング３２の筒軸方向へ流れやすくなるため、従来の四方切換弁内で生じていた、弁体３６の外壁面３６ｂとの衝突後の高温冷媒が、弁ケーシング３２へ向かって衝突流となることを抑制することができる。これにより、高温冷媒から低温冷媒への弁ケーシング３２を介した伝熱を抑制することができる。

第１実施例の四方切換弁の縦断面と四方切換弁を用いた冷凍サイクル装置としての空気調和機の冷房運転時の構成を示す図である。 第１実施例に係る四方切換弁の縦断面と四方切換弁を用いた冷凍サイクル装置としての空気調和機の暖房運転時の構成を示す図である。 第１実施例に係る四方切換弁の斜視図である。 従来の四方切換弁と四方切換弁を用いた冷凍サイクル装置としての空気調和機の冷房運転時の構成を示す図である。 図４におけるＡ−Ａ断面を示す図である。 第２実施例に係る四方切換弁の縦断面図である。 第３実施例に係る四方切換弁の高圧ノズル及び低圧ノズルの部分の弁ケーシングの筒軸に直交する方向の縦断面図である。 第４実施例に係る四方切換弁の縦断面図である。 第５実施例に係る四方切換弁の縦断面図である。 第６実施例に係る四方切換弁の縦断面図である。 第７実施例に係る四方切換弁の縦断面図である。 図１１の四方切換弁のＡ−Ａ断面を示す図である。 第７実施例に係る四方切換弁内に設ける低熱伝導部材の斜視図である。 第８実施例に係る四方切換弁の縦断面とこれを用いた冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 空気調和機
１２ 圧縮機
１４ 室外熱交換器
１６ 膨張弁
１８ 室内熱交換器
２０ 冷媒配管
２２ 高圧ノズル
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２４ａ，２６ａ，２８ａ 開口
２４ 低圧ノズル
２６ 室内ノズル
２８ 室外ノズル
３０ 四方切換弁
３２ 弁ケーシング
３４ 弁座
３４ａ シート面
３６ 弁体
３６ａ 窪み
３６ｂ 外壁面
４４ 開口部
４６ カバー
４８ 低熱伝導部材

Claims (5)

1. 両端が閉じられた筒状の弁ケーシングと、該弁ケーシング内の筒壁に筒軸方向に延在させて形成され平面状のシート面を有する弁座と、該弁座のシート面上を筒軸方向に沿って摺動可能に設けられた弁体とを備え、
   前記弁座には、前記筒軸方向に沿って順に、第１のノズルに連通する連通路と、第２のノズルに連通する連通路と、第３のノズルに連通する連通路とが、それぞれ前記シート面に開口を有して形成され、前記弁ケーシングの前記シート面と対向する筒壁には、高温冷媒を前記弁ケーシング内に供給する第４のノズルに連通する開口が形成されてなり、
   前記弁体は、前記シート面上を摺動する摺動面と該摺動面に形成された窪みを有し、前記摺動面の反対面が前記弁ケーシングの筒壁と間隔をあけて曲面状に形成され、前記シート面上を筒軸方向に沿って摺動した一方の摺動端において、前記第１のノズルと前記第２のノズルとを前記弁体の窪みを介して連通させるとともに前記第３のノズルを前記弁ケーシング内に開口させ、他方の摺動端において、前記第２のノズルと前記第３のノズルとを前記弁体の窪みを介して連通させるとともに前記第１のノズルを前記弁ケーシング内に開口させる四方切換弁であって、
   前記第４のノズルに連通する前記弁ケーシングの開口部は開口端に向かって筒軸方向に拡径されてなり、前記開口端の筒軸方向の一端は前記弁体が前記一方の摺動端に摺動した状態の弁体の前記第３のノズル側の縁部より筒端側に位置して形成され、他端は前記弁体が前記他方の摺動端に摺動した状態の弁体の前記第１のノズル側の縁部より筒端側に位置して形成されてなることを特徴とする四方切換弁。
2. 前記第４のノズルに連通する前記弁ケーシングの開口部は、前記開口端の筒軸方向の一端と前記弁体が前記一方の摺動端に摺動した状態の弁体の摺動面の反対面との最短距離より前記第４のノズルの拡径根元部と弁体の摺動面の反対面との最短距離のほうが長くなり、他端と前記弁体が前記他方の摺動端に摺動した状態の弁体の摺動面の反対面との最短距離より前記第４のノズルの拡径根元部と弁体の摺動面の反対面との最短距離のほうが長くなるように形成されてなる請求項１の四方切換弁。
3. 両端が閉じられた筒状の弁ケーシングと、該弁ケーシング内の筒壁に筒軸方向に延在させて形成され平面状のシート面を有する弁座と、該弁座のシート面上を筒軸方向に沿って摺動可能に設けられた弁体とを備え、
   前記弁座には、前記筒軸方向に沿って順に、第１のノズルに連通する連通路と、第２のノズルに連通する連通路と、第３のノズルに連通する連通路とが、それぞれ前記シート面に開口を有して形成され、前記弁ケーシングの前記シート面と対向する筒壁には、高温冷媒を前記弁ケーシング内に供給する第４のノズルに連通する開口が形成されてなり、
   前記弁体は、前記シート面上を摺動する摺動面と該摺動面に形成された窪みを有し、前記摺動面の反対面が前記弁ケーシングの筒壁と間隔をあけて曲面状に形成され、前記シート面上を筒軸方向に沿って摺動した一方の摺動端において、前記第１のノズルと前記第２のノズルとを前記弁体の窪みを介して連通させるとともに前記第３のノズルを前記弁ケーシング内に開口させ、他方の摺動端において、前記第２のノズルと前記第３のノズルとを前記弁体の窪みを介して連通させるとともに前記第１のノズルを前記弁ケーシング内に開口させる四方切換弁であって、
   前記弁ケーシングの内壁面に、前記弁ケーシングよりも熱伝導率の低い熱抵抗部が形成されてなることを特徴とする四方切換弁。
4. 前記熱抵抗部は、前記弁ケーシングよりも熱伝導率の低いコーティング層で形成されてなる請求項３の四方切換弁
5. 圧縮機と、第１の熱交換器と、減圧手段と、第２の熱交換器とを、冷媒が充填された冷媒配管で連結して冷凍サイクルを形成し、
   請求項１乃至４のいずれかの四方切換弁の前記第４のノズルが前記圧縮機の吐出口に連通され、前記第２のノズルが前記圧縮機の吸入口に連通され、前記第１及び第３のノズルのいずれか一方が前記第１及び第２の熱交換器のいずれか一方に、前記第１及び第３のノズルのいずれか他方が前記第１及び第２の熱交換器のいずれか他方に連通されてなり、前記第１の熱交換器が放熱器となり前記第２の熱交換器が蒸発器となる運転と、前記第１の熱交換器が蒸発器となり前記第２の熱交換器が放熱器となる運転とを切換える冷凍サイクル装置。

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