JP2012031877A

JP2012031877A - 多方向切換弁

Info

Publication number: JP2012031877A
Application number: JP2010169241A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kamio; 猛神尾
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-07-28
Also published as: US20120024398A1; CN102401152A; CN102401152B; JP5611699B2

Abstract

【課題】流路切換動作に支障を来すことがないようにされるとともに、フェールセーフ機構により誤判断されて装置が無闇に停止してしまうような事態を招くことがないようにできる多方切換弁を提供する。
【解決手段】弁体内に高圧流体が導入される高圧通路部２５が形成され、弁本体３０に、高圧通路部２５の出口２５ａに選択的に連通せしめられる第１入出口１３及び第２入出口１４が設けられた弁シート部３５、及び第１入出口１３及び第２入出口１４を介して選択的に低圧流体が導入される弁室３１が設けられ、流路切換過渡時において、高圧通路部２５の出口２５aが常に第１入出口１３及び第２入出ポート１４の少なくとも一方とは連通するように、高圧通路部２５の出口２５a並びに第１入出口１３及び第２入出口１４の位置や寸法形状等が設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプ等に用いられる三方切換弁や四方切換弁等の多方切換弁に係り、特に、流路の切り換えを、例えばロータとステータからなるモーター等のアクチュエータで弁体を回動させることにより行うロータリ式の多方向切換弁に関する。

一般に、空気調和機、冷凍装置等を構成するヒートポンプ（冷凍サイクル）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。

かかるヒートポンプ等に用いられる四方切換弁は、下記特許文献１にも見られるように、基本的には、モータ等のアクチュエータにより回動せしめられる弁体と、該弁体を回動可能に保持する、弁シート部及び弁室が設けられた弁本体とを備え、この弁本体の弁シート部に、第１入出口（凝縮器連通口）及び第２入出口（蒸発器連通口）、並びに、圧縮機吐出側からの高圧冷媒を前記弁室に導入するための高圧入口及び圧縮機吸入側へ低圧冷媒を導出するための低圧出口が設けられ、前記弁体を回動させることによって、前記弁体内に設けられた通路部により前記第１入出口及び第２入出口のいずれかと前記高圧入口（弁室）及び低圧出口のいずれかとを選択的に連通させることにより、流路の切り換えを行うようになっている。

しかしながら、前記した如くの従来のロータリ式四方切換弁は、弁室に高圧冷媒を導入するとともに、弁体内の通路部に低圧冷媒を流すようになっているので、弁体の内外の差圧が極めて大きくなり、その差圧（高圧冷媒）により弁体が弁シート部に強く押し付けられ、そのため、流路切換時に弁体がスムーズに回動せず、流路切換動作が重くなる嫌いがあり、また、弁体や弁シート部が摩耗しやすいといった問題があった。

このような問題を解消すべく、本発明の発明者等は、先に、次のような構成の四方切換弁を提案している（下記特許文献２）。

すなわち、該提案の四方切換弁１’は、図５、図６に示される如くに、流路を切り換えるべく、キャン３８内に配置されたロータ１６及びキャン３８の外周に配置されたステータ１７より成るモータ等のアクチュエータ１５と、該アクチュエータ１５の出力を減速する遊星歯車式減速機構４０の出力軸により回動せしめられる弁体５０と、この弁体５０を回動可能に保持する弁本体６０とを備え、前記弁体５０内に高圧冷媒が導入される高圧通路部５５が形成され、前記弁本体６０に、前記高圧通路部５５の出口に選択的に連通せしめられる第１入出口１３及び第２入出口１４が設けられた弁シート部６５と前記第１入出口１３及び第２入出口１４を介して選択的に低圧冷媒が導入される弁室６１とが設けられ、流路切換時に、前記弁体５０における前記高圧通路部５５の出口側端部が前記弁シート部６５における前記第１入出口１３と第２入出口１４との間を摺動するようにされ、前記高圧冷媒による前記弁体５０を前記弁シート部６５に押し付ける方向の力が略キャンセルされるように、前記弁体５０等の寸法形状が設定されてなる。

より詳しくは、前記弁本体６０は、上部体６０Ａ及び下部体６０Ｂを複数のねじ９３により締結されて成り、前記弁体５０は、弁シート部６５の中央に設けられた貫通孔６７を通過するように配置されると共に、前記弁本体６０の内部に軸受８１及び８２を介して回転自在に支持され、かつ、その高圧通路部５５の出口５５ａが前記弁シート部６５に密着するように、該出口５５ａにはОリング７４及び角型リング７５が配置されると共に、前記下部体６０Ｂとの間に縮装されたコイルばね９２により上方に押圧されている。

前記弁体５０は、逆Ｌ形軸部５３を有し、該逆Ｌ形軸部５３内に、高圧冷媒を前記第１入出口１３及び第２入出口１４に選択的に導くための逆Ｌ形ないしクランク状の前記高圧通路部５５が形成されている。また、前記弁室６１における前記弁シート部６５とは反対側の底部に前記弁体５０の高圧通路部５５に高圧流体を導くための高圧入口１１が設けられ、さらに、前記弁室６１に開口する低圧出口１２が設けられて、前記ヒートポンプ装置で用いられる四方切換弁として機能するようにされている。

符号６３及び６４は、弁本体６０に穿設され、前記第１及び第２入出口１３及び１４を当該電動弁外部と連通する流路である。

また、前記弁室６１内に流入する冷媒を前記キャン３８内に導入するため、当該電動弁の要所には連通孔や、各部材との間の設けられた間隙を備えている。

なお、図５においては、理解を助けるために、第１入出口１３及び第２入出口１４並びに流路６３及び６４は、紙面奥側に配置されるように描かれているが、実際には、図６に示されるような位置関係にある。

かかる提案の四方切換弁１’では、弁体５０内に高圧冷媒が導入される高圧通路部５５が形成されるとともに、弁室６１には低圧冷媒が導入されるようになっていて、高圧冷媒による弁体５０を弁シート部６５に押し付ける方向の力が略キャンセルされるように、弁体５０等の寸法形状が設定されているので、流路切換動作を容易に軽やかに行うことができるとともに、弁体５０や弁シート部６５が摩耗しにくくなり、その結果、耐久性、信頼性が向上する。

特開２００１−２９５９５１号公報特願２００９−２０３９２６号

しかしながら、前記した如くの従来のロータリ式四方切換弁１’では、弁体５０を図６（Ａ）に示される位置（以下、第１の運転位置）から図６（Ｄ）に示される位置（以下、第２の運転位置）へ回動させること、及び、その逆方向に回動させることにより、流路の切り換え、言い換えれば、第１入出口１３と高圧通路部５５とを連通させるとともに、第２入出口１４と低圧出口１２とを連通させる例えば冷房運転状態と、第２入出口１４と高圧通路部５５とを連通させるとともに、第１入出口１３と低圧出口１２とを連通させる例えば暖房運転状態との切り換え行われる。

この場合、流路切換過渡時（第１の運転位置から第２の運転位置への、及び、第２の運転位置から第１の運転位置への切換途中）には、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示される如くに、弁体５０における高圧通路部５５の出口側端部５５ａ（角形リング７５）が弁シート部６５における第１入出口１３と第２入出口１４との間の部分に押し付けられた状態で摺動するので、高圧通路部５５の出口が弁シート部６５によって閉止されてしまう。

このように、流路切換過渡時に高圧通路部５５の出口側が閉止されてしまうと、短時間であるとはいえ、圧縮機吐出側の高圧冷媒に逃げ場がなくなり、圧縮機の動作を停止させない限り、高圧冷媒の圧力が急上昇して、流路切換動作に支障を来したり、フェールセーフ機構により装置に異常・故障が発生したと誤判断されて装置が無闇に停止してしまう等の問題が生じるおそれがある。

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、流路切換過渡時に、圧縮機の動作を停止させることなく、高圧冷媒の圧力が過度に上昇することを抑えることができて、流路切換動作に支障を来すことがないようにされるとともに、フェールセーフ機構により装置に異常・故障が発生したと誤判断されて装置が無闇に停止してしまうような事態を招くことがないようにできる多方切換弁を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る多方切換弁は、基本的には、流路を切り換えるべくモータ等のアクチュエータにより回動せしめられる弁体と、該弁体を回動可能に保持する弁本体とを備え、前記弁体内に高圧流体が導入される高圧通路部が形成され、前記弁本体に、前記高圧通路部の出口が選択的に連通せしめられる複数個の流出口が形成された弁シート部が設けられ、流路切換過渡時に、前記弁体における高圧通路部の出口側端部が前記弁シート部に押し付けられた状態で摺動するようにされ、流路切換過渡時においても、前記高圧通路部の出口が常に前記複数個の流出口のうちの少なくとも１つと連通するように、前記高圧通路部の出口及び前記複数個の流出口の位置や寸法形状等が設定されていることを特徴としている。

より好ましくは、流路を切り換えるべくモータ等のアクチュエータにより回動せしめられる弁体と、該弁体を回動可能に保持する弁本体とを備え、前記弁体内に高圧流体が導入される高圧通路部が形成され、前記弁本体に、前記高圧通路部の出口に選択的に連通せしめられる第１入出口及び第２入出口が形成された弁シート部と前記第１入出口及び第２入出口を介して選択的に低圧流体が導入される弁室とが設けられ、流路切換時に、前記弁体における前記高圧通路部の出口側端部が前記弁シート部における前記第１入出口と第２入出口との間を摺動するようにされた多方切換弁おいて、流路切換過渡時においても、前記高圧通路部の出口が常に前記第１入出口及び第２入出ポートの少なくとも一方とは連通するように、前記高圧通路部の出口並びに前記第１入出口及び第２入出口の位置や寸法形状等が設定されていることを特徴としている。

前記弁体及び前記高圧通路部は、好ましくは、側面視Ｌ形ないしクランク状に形成される。

前記複数個の流出口の口径は、好ましくは、それぞれ前記高圧通路部の出口の口径より小さくされる。

他の好ましい態様では、前記高圧通路部の出口と前記複数個の流出口のうちの少なくとも１つは、同一円周上に配在される。

より好ましい態様では、前記複数個の流出口間の離隔距離は、前記高圧通路部の出口の口径より短くされる。

本発明に係る多方切換弁の好ましい態様では、流路切換過渡時においても、弁体内の高圧通路部の出口が常に第１入出口及び第２入出口の少なくとも一方とは連通するように、前記高圧通路部の出口並びに前記第１入出口及び第２入出口の位置や寸法形状等が設定されるので、流路切換過渡時において、圧縮機吐出側の高圧冷媒は、弁体内の高圧通路部から第１入出口及び／又は第２入出口を通じて弁室もしくは当該弁外に逃がされる。そのため、流路切換過渡時に、圧縮機の動作を停止させることなく、高圧冷媒の圧力が過度に上昇することを抑えることができ、その結果、流路切換動作に支障を来すことがないようにされるとともに、フェールセーフ機構により装置に異常・故障が発生したと誤判断されて装置が無闇に停止してしまうような事態を招くことがないようにできる。

本発明に係る多方（四方）切換弁の第１実施例の主要部を示す概略断面図。図１のＹ−Ｙ矢視線に従う断面図。第２実施例を示す、図２に相当する断面図。第３実施例を示す、図２に相当する断面図。従来の多方（四方）切換弁の一例を示す縦断面図。図５のＸ−Ｘ矢視線に従う断面図。

以下、本発明の四方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、本発明に係る多方（四方）切換弁の第１実施例（第２、第３実施例も基本的には同じ）の主要部を示す概略断面図、図２は、図１のＹ−Ｙ矢視線に従う断面図、図３、図４は、それぞれ第２、第３実施例を示す、図２に相当する断面図である。なお、本実施例の四方切換弁１において、前述した図５に示される従来の四方切換弁１’の各部に対応する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。

本発明の第１〜第３実施例は、図５に関して前述したような、弁室内に低圧冷媒が導入され、また該弁室内に配置される弁体内には高圧冷媒が導入される電動弁に適用されるものであり、図１は、図５に示された弁室及び弁体の概略構成を示すものである。

図示例の四方切換弁１も、図５に示される従来例と同様に、カーエアコン等のヒートポンプ装置に用いられるもので、モータ（図示省略）により回動せしめられる弁体２０と、この弁体２０を回動可能に保持する弁本体３０とを備えている。

弁体２０は、側面視Ｌ形ないしクランク状に形成されており、その上面には弁本体３０の上部（弁シート部）３５の中央（回転軸線Ｏ上）に形成された軸受穴３３に嵌挿される支軸２３が突設されている。この支軸２３は、図示されないモータ等のアクチュエータの回転出力軸に連結されている。該弁体２０の内部には、その外形と相似する、高圧冷媒が導入される高圧通路部２５が形成されている。

弁本体３０には、高圧入口１１、低圧出口１２（図には現れない、図５参照）、及び弁室３１が形成されるとともに、その弁シート部３５には、弁体２０の高圧通路部２５の出口２５ａ（角形リング７５の内側）が選択的に連通せしめられる第１入出口１３及び第２入出口１４が形成されている（図１においては図示省略）。

また、図示例の四方切換弁１においては、高圧通路部２５の出口２５ａ（の中心線Ｃａ）と第１入出口１３（の中心線Ｃｂ）とは、同一円（Ｄ１）周上に配在され、第１入出口１３の口径は、高圧通路部２５の出口２５ａの口径より若干小さく設定され、第２入出口１４の口径は、第１入出口１３の口径より相当小さく設定されている。

そして、本例の四方切換弁１では、流路切換過渡時においても、高圧通路部２５の出口２５ａが常に第１入出口１３及び第２入出口１４の少なくとも一方とは連通するように、言い換えれば、流路切換過渡時に高圧通路部２５の出口２５ａが弁シート部３５により完全に閉止されることがないように、高圧通路部２５の出口２５ａ並びに第１入出口１３及び第２入出口１４の位置や寸法形状等が設定されている。

具体的には、第１実施例（図２）においては、第２入出口１４（の中心線Ｃｃ）が前記円Ｄ１の円周上に配在され、第２実施例（図３）においては、第２入出口１４（の中心線Ｃｃ）が前記円Ｄ１より大きな円Ｄ２の円周上に配在され、第３実施例（図４）においては、第２入出口１４（の中心線Ｃｃ）が前記円Ｄ１より小さな円Ｄ３の円周上に配在されており、いずれの実施例においても、第１入出口１３と第２入出口１４との離隔距離（最短直線距離）Ｌｂは、高圧通路部２５の出口２５ａの口径Ｌａより短く設定されている。

かかる構成の四方切換弁１においては、弁体２０を図２（Ａ）に示される位置（第１の運転位置）から図２（Ｃ）に示される位置（第２の運転位置）へ回動させること、及び、その逆方向に回動させることにより、流路の切り換え、言い換えれば、第１入出口１３と高圧通路部２５とを連通させるとともに、第２入出口１４と低圧出口１２とを連通させる例えば冷房運転状態と、第２入出口１４と高圧通路部２５とを連通させるとともに、第１入出口１３と低圧出口１２とを連通させる例えば暖房運転状態との切り換え行われる。

この場合、流路切換過渡時（第１の運転位置から第２の運転位置への、及び、第２の運転位置から第１の運転位置への切換途中）には、図２、図３、図４の（Ｂ）に示される如くに、弁体２０における高圧通路部２５の出口側端部（角形リング７５）が弁シート部３５における第１入出口１３と第２入出口１４との間の部分に押し付けられた状態で摺動する。

ここで、本実施例の四方切換弁１においては、前述したように、第１入出口１３と第２入出口１４との離隔距離（最短直線距離）Ｌｂを高圧通路部２５の出口２５ａの口径Ｌａより短く設定する等して、流路切換過渡時においても、高圧通路部２５の出口２５ａが常に第１入出口１３及び第２入出口１４の少なくとも一方とは連通するようにされている［図２（Ｂ）、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）においては、高圧通路部２５の出口２５ａが第１入出口１３と第２入出口１４の両方にそれぞれ僅かずつ開口している状態が示されている］ので、流路切換過渡時においては、圧縮機吐出側の高圧冷媒は、高圧通路部２５から第１入出口１３及び／又は第２入出口１４を通じて弁室３１もしくは当該弁外に逃がされる。これにより、流路切換過渡時において、圧縮機の動作を停止させることなく、高圧冷媒の圧力が過度に上昇することを抑えることができて、流路切換動作に支障を来すことがないようにされるとともに、フェールセーフ機構により装置に異常・故障が発生したと誤判断されて装置が無闇に停止してしまうような事態を招くことがないようにできる。

なお、高圧通路部２５の出口２５ａ並びに第１入出口１３及び第２入出口１４の位置や寸法形状等は、上記実施例のものに限られる訳ではなく、種々の変更が可能である。例えば、第１入出口１３と第２入出口１４の口径を同じにしたり、高圧通路部２５の出口２５ａ、第１入出口１３、第２入出ポート１４の形状を円形以外の形状（例えば、楕円形、角丸矩形等）にしてもよいことは勿論である。

また、上記実施例では、ヒートポンプ装置に用いられる四方切換弁が取り上げられているが、本発明は、これに限られる訳ではなく、高圧通路部の出口が選択的に連通せしめられる流出口（又は入出口）が２個の三方切換弁（上記実施例から低圧出口１２を無くしたもの）や、高圧流出口（又は入出口）が３個以上の四方切換弁や五方切換弁等にも同様に適用できる。

また、弁体を回転駆動するモータもいかなる形式のものであって良く、さらにモータと弁体との間に減速機構を配置するか否かも、当該電動弁が配置されるヒートポンプ装置等の仕様等により、適宜決定されれば良い。

１四方切換弁
１１高圧入口
１２低圧出口
１３第１入出口
１４第２入出口
２０弁体
２５高圧通路部
２５ａ出口
３０弁本体
３１弁室
３５弁シート部

Claims

流路を切り換えるべくモータ等のアクチュエータにより回動せしめられる弁体と、該弁体を回動可能に保持する弁本体とを備え、前記弁体内に高圧流体が導入される高圧通路部が形成され、前記弁本体に、前記高圧通路部の出口が選択的に連通せしめられる複数個の流出口が形成された弁シート部が設けられ、流路切換過渡時に、前記弁体における高圧通路部の出口側端部が前記弁シート部に押し付けられた状態で摺動するようにされた多方切換弁であって、
流路切換過渡時においても、前記高圧通路部の出口が常に前記複数個の流出口のうちの少なくとも１つと連通するように、前記高圧通路部の出口及び前記複数個の流出口の位置や寸法形状等が設定されていることを特徴とする多方切換弁。
流路を切り換えるべくモータ等のアクチュエータにより回動せしめられる弁体と、該弁体を回動可能に保持する弁本体とを備え、前記弁体内に高圧流体が導入される高圧通路部が形成され、前記弁本体に、前記高圧通路部の出口に選択的に連通せしめられる第１入出口及び第２入出口が形成された弁シート部と前記第１入出口及び第２入出口を介して選択的に低圧流体が導入される弁室とが設けられ、流路切換時に、前記弁体における前記高圧通路部の出口側端部が前記弁シート部における前記第１入出口と第２入出口との間を摺動するようにされた多方切換弁であって、
流路切換過渡時においても、前記高圧通路部の出口が常に前記第１入出口及び第２入出ポートの少なくとも一方とは連通するように、前記高圧通路部の出口並びに前記第１入出口及び第２入出口の位置や寸法形状等が設定されていることを特徴とする多方切換弁。
前記弁体及び前記高圧通路部は、側面視Ｌ形ないしクランク状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多方切換弁。
前記複数個の流出口の口径は、それぞれ前記高圧通路部の出口の口径より小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の多方切換弁。
前記高圧通路部の出口と前記複数個の流出口のうちの少なくとも１つは、同一円周上に配在されていることを特徴とする請求項４に記載の多方切換弁。
前記複数個の流出口間の離隔距離は、前記高圧通路部の出口の口径より短くされていることを特徴とする請求項４又は５に記載の多方切換弁。