JP2011202687A - 流路切換弁及びそれを用いたヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切換動作を緩やかに行なうことができ、液バックや衝撃音等の発生を効果的に抑えることができるとともに、消費電力を電磁式のものに比して小さくすることのできる三方切換弁等の流路切換弁を提供する。
【構成】第１主弁部１０Ａを全開状態にして前記第２主弁部１０Ｂを全閉状態にする第１流通状態と、第１主弁部１０Ａを全閉状態にして第２主弁部１０Ｂを全開状態にする第２流通状態と、をとり得るようにされた切換弁本体２と、第１主弁部１０Ａ及び第２主弁部１０Ｂの背圧室１７Ａ、１７Ｂの圧力をそれぞれ調整するための流量調整弁３と、を備え、流量調整弁３は、切換弁本体２に、第１主弁部１０Ａの背圧室１７Ａの圧力を徐々に低下させることにより前記第１流通状態をとらせ、第２主弁部１０Ｂの背圧室１７Ｂの圧力を徐々に低下させることにより前記第２流通状態をとらせるようにされてなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体の流れ方向を切り換える三方切換弁等の流路切換弁及びそれを用いたヒートポンプ装置に関する。

一般に、ヒートポンプ装置（空調機等）は、圧縮機、気液分離器、凝縮器（室外熱交換器）、蒸発器（室内熱交換器）、及び膨張弁等に加えて、流路（流れ方向）切換手段としての四方切換弁を備えている（特許文献１等を参照）。

しかしながら、かかる四方切換弁を用いたヒートポンプ装置においては、四方切換弁内で高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが近接して流動するため、高温高圧の冷媒から低温低圧の冷媒への熱伝導量（伝熱量）が大きくなり、無視できない熱損失が発生し、熱効率が低下してしまうという問題がある。

そこで、本願の発明者等は、前記四方切換弁の流路切換機能を、２個の三方切換弁で代行することを検討している。この２個の三方切換弁を用いたヒートポンプ装置の概略回路例を図９に示す。図示例のヒートポンプ装置２００は、圧縮機２１０、気液分離器（図示省略）、凝縮器（室外熱交換器）２２０、蒸発器（室内熱交換器）２３０、及び膨張弁２５０等を備えるとともに、圧縮機２１０の吐出側と凝縮器２２０との間に第１の三方切換弁１００Ａが配在され、蒸発器２３０と圧縮機２１０の吸入側との間に第２の三方切換弁１００Ｂが配在されている。

第１の三方切換弁１００Ａは、一つの導入口１１と二つの導出口１２Ａ、１２Ｂとを有し、導入口１１と導出口１２Ａとの間を開いて導入口１１と導出口１２Ｂとの間を閉じる第１Ａ流通状態と、導入口１１と導出口１２Ａとの間を閉じて導入口と導出口１２Ｂとの間を開く第２Ａ流通状態とをとり得るようにされている。

第２の三方切換弁１００Ｂは、二つの導入口１１Ａ、１１Ｂと一つの導出口１２を有し、導入口１１Ａと導出口１２との間を開いて導入口１１Ｂと導出口１２との間を閉じる第１Ｂ流通状態と、導入口１１Ａと導出口１２との間を閉じて導入口１１Ｂと導出口１２との間を開く第２Ｂ流通状態とをとり得るようにされている。

かかるヒートポンプ装置２００においては、冷房運転時には、図９（Ａ）に示される如くに、第１の三方切換弁１００Ａが第１Ａ流通状態、第２の三方切換弁１００Ｂが第１Ｂ流通状態をとり、圧縮機２１０から吐出された冷媒は、第１の三方切換弁１００Ａの導入口１１→第１の三方切換弁１００Ａの導出口１２Ａ→凝縮器２２０→膨張弁２５０→蒸発器２３０→第２の三方切換弁１００Ｂの導入口１１Ａ→第２の三方切換弁１００Ｂの導出口１２→圧縮機２１０の吸入側へと流れる。

それに対し、暖房運転時には、図９（Ｂ）に示される如くに、第１の三方切換弁１００Ａが第２Ａ流通状態、第２の三方切換弁１００Ｂが第２Ｂ流通状態をとり、圧縮機２１０から吐出された冷媒は、第１の三方切換弁１００Ａの導入口１１→第１の三方切換弁１００Ａの導出口１２Ｂ→蒸発器２３０→膨張弁２５０→凝縮器２２０→第２の三方切換弁１００Ｂの導入口１１Ｂ→第２の三方切換弁１００Ｂの導出口１２→圧縮機２１０の吸入側へと流れる。

特開２００１−２９５９５１号公報

しかしながら、前記した如くのヒートポンプ装置等に用いられる従来の三方切換弁等の流路切換弁は、通常、電磁式（ソレノイドでプランジャ弁体を吸引するタイプ）のものであったので、切換（開閉）動作が数百ミリ秒と非常に速く、その切換動作速度の影響で、液バック（冷媒が一部液体の状態で圧縮機等に戻る現象）、衝撃音等が発生し、甚だしくはシステム故障を引き起こすおそれがあった。

また、電磁式のものでは、流路切換後も通電を継続する必要があるため、消費電力が大きい等の問題もあった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、切換動作を緩やかに行なうことができ、液バックや衝撃音等の発生を効果的に抑えることができるとともに、消費電力を電磁式のものに比して小さくすることのできる三方切換弁等の流路切換弁及びそれが用いられたヒートポンプ装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る流路切換弁の一つは、基本的には、それぞれ二方弁の形態をとる第１主弁部と第２主弁部とを有し、前記第１主弁部を全開状態にして前記第２主弁部を全閉状態にする第１流通状態と、前記第１主弁部を全閉状態にして前記第２主弁部を全開状態にする第２流通状態と、をとり得るようにされた切換弁本体と、前記第１主弁部及び第２主弁部に対してパイロット弁の役目を果たす圧力調整手段と、を備えていることを特徴としている。

本発明に係る流路切換弁の他の一つは、それぞれ導入口、導出口、弁室、及び背圧室が形成された第１主弁部と第２主弁部とを有し、前記第１主弁部を全開状態にして前記第２主弁部を全閉状態にする第１流通状態と、前記第１主弁部を全閉状態にして前記第２主弁部を全開状態にする第２流通状態と、をとり得るようにされた切換弁本体と、前記第１主弁部及び第２主弁部の背圧室の圧力をそれぞれ調整するための背圧調整手段と、を備え、前記背圧調整手段は、前記切換弁本体に、前記第１主弁部の背圧室の圧力を徐々に低下させることにより前記第１流通状態をとらせ、前記第２主弁部の背圧室の圧力を徐々に低下させることにより前記第２流通状態をとらせるようにされていることを特徴としている。

前記第１主弁部及び第２主弁部は、好ましくは、それぞれ、有底筒状の主弁ケースを有し、該主弁ケースに、主弁口を持つ主弁座が設けられるとともに、前記主弁口を開閉するための主弁体が摺動自在に嵌挿され、前記主弁座と前記主弁体との間に主弁室が形成されるとともに、該主弁室に開口する導入口が形成され、前記主弁口より下流側に導出口が形成され、前記主弁ケースにおける底部と前記主弁体との間に背圧室が形成されるとともに、前記主弁体に前記主弁室と前記背圧室とを連通する均圧孔が設けられる。

この場合、好ましくは、前記第１主弁部及び第２主弁部の背圧室に、それぞれ前記主弁体を常時閉弁方向に付勢する閉弁ばねが配在される。

前記背圧調整手段は、好ましくは、前記第１主弁部及び第２主弁部の背圧室から導出口へ逃がす流体量をそれぞれ調整可能な単一もしくは２台の流量調整弁を備える。

一方、本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、及び膨張弁を備え、前記圧縮機の吐出側と前記凝縮器との間に上記構成の第１の流路切換弁が配在され、前記蒸発器と前記圧縮機の吸入側との間に上記構成の第２の流路切換弁が配在される。

この場合、より好ましい態様では、前記第１の流路切換弁における第１主弁部の導入口及び第２の主弁部の導入口は、それぞれ前記圧縮機の吐出側に接続され、前記第１主弁部の導出口及び第２の主弁部の導出口のうちの一方は前記凝縮器に接続され、他方は前記蒸発器に接続されており、前記第２の流路切換弁における第１主弁部の導入口及び第２主弁部の導入口のうちの一方は前記凝縮器に接続され、他方は前記蒸発器に接続され、前記第１主弁部の導出口及び第２主弁部の導出口は、それぞれ前記圧縮機の吸入側に接続される。

本発明に係る流路切換弁の好ましい態様では、第１主弁部の背圧室の圧力を低下させて第１流通状態をとらせ、第２主弁部の背圧室の圧力を低下させて第２流通状態をとらせるようにされているので、第１主弁部と第２主弁部における全閉状態から全開状態への移行及び全開状態から全閉状態への移行（主弁開閉動作）、並びに、第１流通状態から第２流通状態への切り換え及び第２流通状態から第１流通状態への切り換え（流路切換動作）をそれぞれ緩やかに行なうことができ、そのため、液バックや衝撃音等の発生を効果的に抑えることができ、本流路切換弁が採用されたヒートポンプ装置等においてシステム故障等を招くことがないようにできる。

また、流路切換後は、流量調整弁等で構成される背圧調整手段に通電する必要はないので、消費電力を電磁式のものに比して小さくすることができる。

さらに、流量調整弁等で構成される背圧調整手段は、両主弁部に対してパイロット弁の役目を果たすようにされているので、従来の電磁式のものより小さな駆動力で流路切換を行なうことができ、この点からも消費電力等のエネルギー消費量を低減することができる。

本発明に係る流路切換弁の一実施形態を示す概略構成図。 （Ａ）は、図１に示される切換弁本体の外観斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）に示される切換弁本体の左側面図。 （Ａ）は、図１に示される流量調整弁の部分切欠断面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＹーＹ矢視断面図。 図１に示される流路切換弁が用いられたヒートポンプ装置の概略回路例を示す図。 図１に示される流路切換弁の動作説明に供される図。 図１に示される流路切換弁の動作説明に供される図。 図１に示される流路切換弁の動作説明に供される図。 図１に示される流路切換弁の動作説明に供されるタイムチャート。 三方切換弁が２個用いられたヒートポンプ装置の概略回路例を示す図。

以下、本発明の流路切換弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る流路切換弁の一実施形態を示す概略構成図である。図示流路切換弁１は、切換弁本体２と流量調整弁３とを備えている。図２（Ａ）は、図１に示される切換弁本体２の外観斜視図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示される切換弁本体２の左側面図である。図３（Ａ）は、図１に示される流量調整弁３の部分切欠断面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＹーＹ矢視断面図である。なお、図１の切換弁本体２部分は、図２（Ｂ）のＸーＸ矢視断面図であり、図１の流量調整弁３部分は、図３（Ｂ）と同一図である。

本実施形態の流路切換弁１は、前述した図９に示される如くのヒートポンプ装置において三方切換弁として用いることを想定して開発されたもので（詳細は図４を参照しながら後述する）、基本的には、２方弁の形態をとる第１主弁部１０Ａと第２主弁部１０Ｂとが左右対称的に配在されてなる切換弁本体２と、前記第１主弁部１０Ａ及び第２主弁部１０Ｂに対してパイロット弁（背圧調整手段）として働く電動モータ式（ロータリ式）の流量調整弁３とを備える。

前記切換弁本体２の第１主弁部１０Ａ及び第２主弁部１０Ｂは、それぞれ、有底円筒状の主弁ケース１３Ａ、１３Ｂを有する。主弁ケース１３Ａ、１３Ｂは、共通の底部１３ｃを持つように背合わせで一体となっており、それらの先端部１３ａ、１３ｂは開口している。この主弁ケース１３Ａ、１３Ｂの先端部１３ａ、１３ｂには、主弁口１４ａ、１４ｂを持つ主弁座１４Ａ、１４Ｂが設けられ、主弁ケース１３Ａ、１３Ｂ内には、前記主弁口１４ａ、１４ｂを開閉するためのポペット部１５ａ、１５ｂを有する主弁体１５Ａ、１５Ｂが摺動自在に嵌挿されている。主弁体１５Ａ、１５Ｂの外周には、漏れを抑制又はシールするためのシール材１５ｃ、１５ｃが装着されている。また、主弁体１５Ａ、１５Ｂの後端面には、全開位置を規制するための凸状ストッパ１５ｄが突設されている。

前記主弁ケース１３Ａ、１３Ｂにおける主弁座１４Ａ、１４Ｂ（主弁口１４ａ、１４ｂ）と主弁体１５Ａ、１５Ｂとの間には、主弁室１６Ａ、１６Ｂが形成され、この主弁室１６Ａ、１６Ｂに冷媒等の流体が導入される導入口１１Ａ、１１Ｂが開口せしめられ、主弁口１４ａ、１４ｂより下流側には該流体が導出される導出口１２Ａ、１２Ｂが形成されている。

また、前記主弁ケース１３Ａ、１３Ｂにおける底部１３ｃと主弁体１５Ａ、１５Ｂとの間に背圧室１７Ａ、１７Ｂが形成されるとともに、主弁体１５Ａ、１５Ｂに主弁室１６Ａ、１６Ｂと背圧室１７Ａ、１７Ｂとを連通する均圧孔１８Ａ、１８Ｂが形成されている。さらに、背圧室１７Ａ、１７Ｂ内における主弁体１５Ａ、１５Ｂと底部１３ｃとの間には、主弁体１５Ａ、１５Ｂを常時閉弁方向に付勢する圧縮コイルばねからなる閉弁ばね１９Ａ、１９Ｂが縮装されている。

かかる構成を有する切換弁本体２は、主弁体１５Ａを主弁座１４Ａから離間させて第１主弁部１０Ａを全開状態にするとともに、主弁体１５Ｂを主弁座１４Ｂに着座させて第２主弁部１０Ｂを全閉状態にする第１流通状態と、主弁体１５Ａを主弁座１４Ａに着座させて第１主弁部１０Ａを全閉状態にするとともに、主弁体１５Ｂを主弁座１４Ｂから離間させて第２主弁部１０Ｂを全開状態にする第２流通状態と、をとり得る。

第１流通状態では、第１主弁部１０Ａの導入口１１Ａと導出口１２Ａとの間が連通して第２主弁部１０Ｂの導入口１１Ｂと導出口１２Ｂとの間が遮断され、第２流通状態では、第１主弁部１０Ａの導入口１１Ａと導出口１２Ａとの間が遮断されて第２主弁部１０Ｂの導入口１１Ｂと導出口１２Ｂとの間が連通する。

一方、本実施形態の流路切換弁１は、第１主弁部１０Ａ及び第２主弁部１０Ｂの背圧室１７Ａ、１７Ｂの圧力をそれぞれ調整するための背圧調整手段を備えている。

該背圧調整手段は、前記背圧室１７Ａ、１７Ｂに設けられた逃がしポート２１Ａ、２１Ｂと、前記主弁座１４Ａ、１４Ｂ（主弁口１４ａ、１４ｂより下流側）に設けられた排出ポート２２Ａ、２２Ｂと、前記流量調整弁３とを含んで構成されている。

前記流量調整弁３は、図３に示される如くに、弁シート部３１を有する有底筒状の弁ハウジング３０と、該弁ハウジング３０にその下端部が密封接合されたキャン３６、該キャン３６の内周側に配在されたロータ３７、及びキャン３６の外周に外嵌固定されたステータ３８からなるステッピングモータ３５と、このステッピングモータ３５により回動せしめられる断面逆Ｔ形状の回転弁体３２と、を備える。

回転弁体３２は、その縦辺部３２ａが弁ハウジング３０の上部に固定されたガイド部材３３により回動自在に支持され、かつ、その下辺部３２ｂとガイド部材３３との間に配在された圧縮コイルばね３４の付勢力によりその下端面を弁シート部３１に強く押し付けられている。

前記弁シート部３１には、同一円周上に、前記第１主弁部１０Ａに設けられた逃がしポート２１Ａが接続される第１ポート４１、及び、排出ポート２２Ａが接続される第２ポート４２、並びに、前記第２主弁部１０Ｂに設けられた逃がしポート２１Ｂが接続される第３ポート４３、及び、排出ポート２２Ｂが接続される第４ポート４４が設けられている。例えばポートの位置関係は、第１ポート４１から反時計回りに約６０度の角度間隔をあけて第２ポート４２が設けられ、第２ポート４２から反時計回りに約１４０度の角度間隔をあけて第３ポート４３が設けられ、第３ポート４３から反時計回りに約６０度の角度間隔をあけて第４ポート４４が設けられ、第４ポート４４と第１ポート４１との角度間隔は約１００度となっている。

また、弁体３２の下辺部３２ｂの下半部には、第１ポート４１と第２ポート４２、及び、第３ポート４３と第４ポート４４をそれぞれ選択的に連通させるための、平面視角丸扇形状（中心角は約９０度）の下面が開口した連通路４０が設けられている。

かかる構成の流量調整弁３は、例えば、ステータ３８の励磁速度を調整することにより、回転弁体３２を比較的ゆっくりと回転させるようになっている。なお、回転弁体３２の回転速度を遅くしたり、高トルクを得たりするには、上記以外に、ロータ３７と回転弁体３２との間に歯車式減速機構を介装する等の手法をとり得る。

次に、上記の如くの構成とされた流路切換弁１の動作を図５〜図７及び図８のタイムチャートを参照しながら説明する。

図５（１）に示される如くに、回転弁体３２が第１ポート４１のみを開いている状態、言い換えれば、第１ポート４１と第２ポート４２及び第３ポート４３と第４ポート４４がいずれも連通していない状態では、第１主弁部１０Ａ及び第２主弁部１０Ｂの背圧室１７Ａ、１７Ｂの冷媒は共に排出されないので、両主弁部１０Ａ、１０Ｂにおいて、主弁体１５Ａ、１５Ｂに対して開弁方向にかかる力（主弁室１６Ａ、１６Ｂの圧力Ｐａ）より閉弁方向にかかる力（背圧室１７Ａ、１７Ｂの圧力＋閉弁ばね１９Ａ、１９Ｂの付勢力）の方が大きくなる。すなわち、両主弁部１０Ａ、１０Ｂの背圧室１７Ａ、１７Ｂには、弁室１６Ａ、１６Ｂから均圧孔１８Ａ、１８Ｂを介して冷媒が徐々に導入されるので、背圧室１７Ａ、１７Ｂの圧力は弁室１６Ａ、１６Ｂの圧力Ｐａと略等しくなり、主弁体１５Ａ、１５Ｂは閉弁ばね１９Ａ、１９Ｂの付勢力により主弁座１４Ａ、１４Ｂに押し付けられ、第１主弁部１０Ａ及び第２主弁部１０Ｂは両方とも全閉状態となる。この状態は、図８において時点ｔ１以前の状態、すなわち、逃がしポート２１Ａ、２１Ｂの実効開口面積が０、背圧室１７Ａ、１７Ｂの圧力が弁室１６Ａ、１６Ｂの圧力Ｐａと同じ、両主弁部１０Ａ、１０Ｂの開度が０の状態に相当する。

図５（１）に示される状態から回転弁体３２が反時計回りに回転せしめられて、図５（２）に示される如くに、第２ポート４２が僅かに開かれると、連通路４０を介して第１ポート４１と第２ポート４２とが連通する。ここで、第２ポート４２の開口面積は、逃がしポート２１Ａの実効開口面積となるので、背圧室１７Ａ内の冷媒が逃がしポート２１Ａ→第１ポート４１→連通路４０→第２ポート４２→排出ポート２２Ａ→導出口１２Ａへと流れ、背圧室１７Ａの圧力が僅かに低下する。しかし、このときは未だ開弁方向にかかる力より閉弁方向にかかる力の方が大きいので、第１主弁部１０Ａは全閉状態のままである。この図５（１）〜（２）の期間は、図８において時点ｔ１〜ｔ２の期間に相当する。

図５（２）に示される状態から回転弁体３２が反時計回りにさらに回転せしめられて、図５（３）に示される如くに、第２ポート４２が２／３程度開かれると、背圧室１７Ａの圧力がさらに低下し、これにより、主弁体１５Ａが右行して主弁座１４Ａから僅かに離れ、第１主弁部１０Ａが半開状態となり、冷媒が導入口１１Ａから導出口１２Ａへ多少絞られて流れ出す。この図５（２）〜（３）の期間は、図８において時点ｔ２〜ｔ３の期間に相当する。

図５（３）に示される状態から回転弁体３２が反時計回りにさらに回転せしめられて、図５（４）に示される如くに、第２ポート４２が全開されると、背圧室１７Ａの圧力がさらに低下し、主弁体１５Ａがさらに右行して、主弁座１４Ａから大きく離れ、その後端面に突設された凸状ストッパ１５ｄが底部１３ｃに当接し、第１主弁部１０Ａが全開状態となる。これにより、流路切換弁１は、第１流通状態となり、冷媒が導入口１１Ａから導出口１２Ａへほとんど絞られることなく流れる。この図５（３）〜（４）の期間は、図８において時点ｔ３〜ｔ４の期間に相当する。

ここで、図５（４）に示される如くの、第１主弁部１０Ａが全開状態で第２主弁部１０Ｂが全閉状態の第１流通状態をとった時点において、モータ３５のステータ３８への通電を停止すると、回転弁体３２の回転が停止し、回転弁体３２は図５（４）に示される位置（ポート４１、４２の全開位置）をキープし、流路切換弁１は第１流通状態を維持する。この第１流通状態の期間は、図８において時点ｔ４〜ｔ５の期間に相当する。

続いて、図５（４）に示される状態から回転弁体３２が反時計回りにさらに回転せしめられて、図６（５）に示される如くに、第１ポート４１が僅かに閉じられると、背圧室１７Ａからの冷媒逃がし量が少なくなるため、均圧孔１８Ａから導入される冷媒により背圧室１７Ａの圧力が多少上がり、主弁体１５Ａが僅かに左行して、第１主弁部１０Ａが半開状態となる。この図５（４）〜図６（５）の期間は、図８において時点ｔ５〜ｔ６の期間に相当する。

図６（５）に示される状態から回転弁体３２が反時計回りにさらに回転せしめられて、図６（６）に示される如くに、第１ポート４１が２／３程度閉じられると、背圧室１７Ａからの冷媒逃がし量がさらに少なくなるため、均圧孔１８Ａから導入される冷媒により背圧室１７Ａの圧力が上がり、主弁体１５Ａがさらに左行し、主弁体１５Ａが主弁座１４Ａに着座して、第１主弁部１０Ａが全閉状態となる。この図６（５）〜図６（６）の期間は、図８において時点ｔ６〜ｔ７の期間に相当する。

図６（６）に示される状態から回転弁体３２が反時計回りにさらに回転せしめられて、図６（７）に示される如くに、第１ポート４１が全閉されると、図５（１）に示される状態と同様に、第１ポート４１と第２ポート４２及び第３ポート４３と第４ポート４４がいずれも連通していない状態となり、主弁体１５Ａは閉弁ばね１９Ａの付勢力により主弁座１４Ａに押し付けられ、第１主弁部１０Ａ及び第２主弁部１０Ｂは両方とも全閉状態となる。この図６（６）〜図６（７）の期間は、図８において時点ｔ７〜ｔ８の期間に相当する。

図６（７）に示される状態から回転弁体３２が反時計回りにさらに回転せしめられて、図６（８）に示される如くに、全ポート４１、４２、４３、４４が閉じられると、第１主弁部１０Ａ及び第２主弁部１０Ｂは両方とも全閉状態を維持したままとなる。

ここで、図６（７）もしくは（８）に示される如くの、両主弁部１０Ａ、１０Ｂが全開状態となった時点において、モータ３５のステータ３８への通電を停止すると、回転弁体３２の回転が停止し、回転弁体３２は図６（７）もしくは（８）に示される位置をキープし、流路切換弁１は両主弁部１０Ａ、１０Ｂが全閉の状態を維持する。この期間は、図８において時点ｔ８以降の期間に相当する。

続いて、図６（８）に示される状態から回転弁体３２が反時計回りにさらに回転せしめられると、図７（９）、（１０）、（１１）に示される如くに、第２主弁部１０Ｂは、前述した図５（１）〜（３）に示される第１主弁部１０Ａと同様に、全閉状態→半開状態→全開状態へと移行し、図７（１２）に示されるように第２主弁部１０Ｂが全開状態にされると、流路切換弁１は、第２流通状態となる。この図７（９）〜図７（１２）の期間は、図８において時点ｔ１１〜ｔ１４の期間に相当する。

さらに、図７（１２）に示される状態から回転弁体３２が反時計回りにさらに回転せしめられると、第２主弁部１０Ｂは、前述した図６（５）〜図６（８）に示される第１主弁部１０Ａと同様に、全開状態→半開状態→全閉状態へと移行する。この第２主弁部１０Ｂの動作は、第１主弁部１０Ａと同様であるので、説明を省略する。

このように、本実施形態の流路切換弁１では、流量調整弁３のステータ３８の励磁速度を調整することにより（あるいは、ロータ３７と回転弁体３２との間に歯車式減速機構を介装すること等により）、回転弁体３２を比較的ゆっくりと回転させ、これによって、第１主弁部１０Ａの背圧室１７Ａの圧力を徐々に低下させて第１流通状態をとらせ、第２主弁部１０Ｂの背圧室１７Ｂの圧力を徐々に低下させて第２流通状態をとらせるようにされているので、第１主弁部１０Ａと第２主弁部１０Ｂにおける全閉状態から全開状態への移行及び全開状態から全閉状態への移行（主弁開閉動作）、並びに、第１流通状態から第２流通状態への切り換え及び第２流通状態から第１流通状態への切り換え（流路切換動作）をそれぞれ緩やかに行なうことができ、そのため、液バックや衝撃音等の発生を効果的に抑えることができ、システム故障等を招くことがないようにできる。

また、流路切換後等、回転弁体３２に特定の位置をとらせた後は、流量調整弁３に通電する必要はないので、消費電力を電磁式のものに比して小さくすることができる。

さらに、流量調整弁３は、両主弁部１０Ａ、１０Ｂに対するパイロット弁の役目を果たすようにされているので、従来の電磁式のものより小さな駆動力で流路切換を行なうことができ、この点からも消費電力等のエネルギー消費量を低減することができる。

なお、流路切換動作速度及び主弁開閉動作速度は、当該流路切換弁が採用されるヒートポンプシステム等の仕様に応じて調整することができる。

また、上記実施形態では、背圧調整手段として、単一のロータリー式４ポート流量調整弁３を用いているが、ロータリー弁式以外の４ポート流量調整弁を用いても良く、また、それに代えて２個の２ポート流量調整弁等を用いるようにしてもよく、さらに、背圧調整手段として、流量調整弁に代えて２個の二方弁（ＯＮ・ＯＦＦ弁）等を用いて、流路切換動作のみ、あるいは、主弁開閉動作のみを緩やかに行なうようにしてもよい。

さらに、上記実施形態の流路切換弁１では、導入口及び導出口がそれぞれ２つずつ設けられているが、本流路切換弁１を三方切換弁として用いる場合は、例えば、導入口１１Ａ、１１ＢをＴ形継手等用いて合流させて一口とするか、あるいは、導出口１２Ａ、１２ＢをＴ形継手等用いて合流させて一口とすればよい。

次に、上記実施形態の流路切換弁１を、前述した図９に示されるヒートポンプ装置２００の三方切換弁（１００Ａ、１００Ｂ）として用いた例を、図４を参照しながら説明する。

図示例のヒートポンプ装置２００’では、圧縮機２１０の吐出側と凝縮器２２０との間に上記実施形態と同構成の第１の流路切換弁１Ａが配在され、蒸発器２３０と圧縮機２１０の吸入側との間に上記実施形態と同構成の第２の流路切換弁１Ｂが配在されている。

より詳細には、第１の流路切換弁１Ａにおける第１主弁部１０Ａの導入口１１Ａ及び第２の主弁部１０Ｂの導入口１１Ｂは、それぞれＴ形継手３１０等を介して圧縮機２１０の吐出側に接続され、第１主弁部１０Ａの導出口１２Ａは凝縮器２２０に、また、第２の主弁部１０Ｂの導出口１２Ｂは蒸発器２３０に接続されている。

一方、第２の流路切換弁１Ｂにおける第１主弁部１０Ａの導入口１１Ａは蒸発器２３０に、また、第２主弁部１０Ｂの導入口１１Ｂは凝縮器２２０に接続され、第１主弁部１０Ａの導出口１２Ａ及び第２主弁部１０Ｂの導出口１２Ｂは、それぞれＴ形継手３２０等を介して圧縮機２１０の吸入側に接続されている。

かかるヒートポンプ装置２００’においては、流量調整弁を制御することにより、冷房運転時には、図４（Ａ）に示される如くに、第１の流路切換弁１Ａが第１流通状態、第２の流路切換弁１Ｂも第１流通状態をとり、圧縮機２１０から吐出された冷媒は、第１の流路切換弁１Ａの導入口１１Ａ→第１の流路切換弁１Ａの導出口１２Ａ→凝縮器２２０→膨張弁２５０→蒸発器２３０→第２の流路切換弁１Ｂの導入口１１Ａ→第２の流路切換弁１Ｂの導出口１２Ａ→圧縮機２１０の吸入側へと流れる。

それに対し、暖房運転時には、図４（Ｂ）に示される如くに、第１の流路切換弁１Ａが第２流通状態、第２の流路切換弁１Ｂも第２流通状態をとり、圧縮機２１０から吐出された冷媒は、第１の流路切換弁１Ａの導入口１１Ｂ→第１の流路切換弁１Ａの導出口１２Ｂ→蒸発器２３０→膨張弁２５０→凝縮器２２０→第２の流路切換弁１Ｂの導入口１１Ｂ→第２の流路切換弁１Ｂの導出口１２Ｂ→圧縮機２１０の吸入側へと流れる。

このように、ヒートポンプ装置に上記実施形態の流路切換弁１を２個用いることで、四方切換弁の流路切換機能を代行することができる。

１（１Ａ、１Ｂ） 流路切換弁（三方切換弁）
２ 切換弁本体
３ 流量調整弁
１０Ａ、１０Ｂ 主弁部
１１Ａ、１１Ｂ 導入口
１２Ａ、１２Ｂ 導出口
１３Ａ、１３Ｂ 主弁ケース
１４Ａ、１４Ｂ 主弁座
１５Ａ、１５Ｂ 主弁体
１６Ａ、１６Ｂ 主弁室
１７Ａ、１７Ｂ 背圧室
１８Ａ、１８Ｂ 均圧孔
１９Ａ、１９Ｂ 閉弁ばね
２１Ａ、２１Ｂ 逃がしポート
２２Ａ、２２Ｂ 排出ポート
３０ 弁ハウジング
３２ 回転弁体
３５ ステッピングモータ
３７ ロータ
３８ ステータ
４０ 連通路
４１ 第１ポート
４２ 第２ポート
４３ 第３ポート
４４ 第４ポート
２００、２００’ ヒートポンプ装置
２１０ 圧縮機
２２０ 凝縮器
２３０ 蒸発器
２５０ 膨張弁

Claims (7)

1. それぞれ二方弁の形態をとる第１主弁部と第２主弁部とを有し、前記第１主弁部を全開状態にして前記第２主弁部を全閉状態にする第１流通状態と、前記第１主弁部を全閉状態にして前記第２主弁部を全開状態にする第２流通状態と、をとり得るようにされた切換弁本体と、
   前記第１主弁部及び第２主弁部に対してパイロット弁として働く圧力調整手段と、を備えていることを特徴とする流路切換弁。
2. それぞれ導入口、導出口、弁室、及び背圧室が形成された第１主弁部と第２主弁部とを有し、前記第１主弁部を全開状態にして前記第２主弁部を全閉状態にする第１流通状態と、前記第１主弁部を全閉状態にして前記第２主弁部を全開状態にする第２流通状態と、をとり得るようにされた切換弁本体と、
   前記第１主弁部及び第２主弁部の背圧室の圧力をそれぞれ調整するための背圧調整手段と、を備え、
   前記背圧調整手段は、前記切換弁本体に、前記第１主弁部の背圧室の圧力を低下させることにより前記第１流通状態をとらせ、前記第２主弁部の背圧室の圧力を低下させることにより前記第２流通状態をとらせるようにされていることを特徴とする流路切換弁。
3. 前記第１主弁部及び第２主弁部は、それぞれ、有底筒状の主弁ケースを有し、該主弁ケースに、主弁口を持つ主弁座が設けられるとともに、前記主弁口を開閉するための主弁体が摺動自在に嵌挿され、前記主弁座と前記主弁体との間に主弁室が形成されるとともに、該主弁室に開口する導入口が形成され、前記主弁口より下流側に導出口が形成され、前記主弁ケースにおける底部と前記主弁体との間に背圧室が形成されるとともに、前記主弁体に前記主弁室と前記背圧室とを連通する均圧孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切換弁。
4. 前記第１主弁部及び第２主弁部の背圧室に、それぞれ前記主弁体を常時閉弁方向に付勢する閉弁ばねが配在されていることを特徴とする請求項３に記載の流路切換弁。
5. 前記背圧調整手段は、前記第１主弁部及び第２主弁部の背圧室から導出口へ逃がす流体量をそれぞれ調整可能な単一もしくは２台の流量調整弁を備えていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の流路切換弁。
6. 圧縮機、凝縮器、蒸発器、及び膨張弁を備え、前記圧縮機の吐出側と前記凝縮器との間に請求項１から５のいずれかに記載の第１の流路切換弁が配在され、前記蒸発器と前記圧縮機の吸入側との間に請求項１から５のいずれかに記載の第２の流路切換弁が配在されていることを特徴とするヒートポンプ装置。
7. 前記第１の流路切換弁における第１主弁部の導入口及び第２の主弁部の導入口は、それぞれ前記圧縮機の吐出側に接続され、前記第１主弁部の導出口及び第２の主弁部の導出口のうちの一方は前記凝縮器に接続され、他方は前記蒸発器に接続されており、
   前記第２の流路切換弁における第１主弁部の導入口及び第２主弁部の導入口のうちの一方は前記凝縮器に接続され、他方は前記蒸発器に接続され、前記第１主弁部の導出口及び第２主弁部の導出口は、それぞれ前記圧縮機の吸入側に接続されていることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ装置。

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