JP2016109160A - Four-way switch valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍機器、空調機器等に用いられる四方切換弁に関し、特に、弁体の断熱性を向上させて高温高圧冷媒と低温低圧冷媒との間で熱交換が生じることを抑制した流路切換可能な弁体を用いた四方切換弁に関する。 The present invention relates to a four-way switching valve used for refrigeration equipment, air conditioning equipment, and the like, and in particular, a flow path that improves heat insulation of a valve body and suppresses heat exchange between a high-temperature high-pressure refrigerant and a low-temperature low-pressure refrigerant. The present invention relates to a four-way switching valve using a switchable valve body.
従来、空調機器等で使用される冷凍サイクルシステムでは、四方切換弁を用いて冷媒流路の切換を行い、冷暖房機能のスイッチが可能なよう構成されている。その際、四方切換弁に用いられる樹脂製の弁体を介して弁体の内側に設けられた冷媒流路を流れる低温低圧の冷媒と弁体の外側を流れる高温高圧の冷媒との熱交換が生じてしまい、冷暖房効率が低下するという課題があった。この課題に対し、特許文献1では、四方切換弁の弁体として図4に示すような、膨出部の内部に中空断熱層70を設けた弁体を用いるという構成が開示されている。同図において、符号10aは冷媒が流れる冷媒流路、符号10bは内側を中空凹部形状とされた膨出部、符号10cは膨出部の外周に設けられた鍔部、符号10dは後述する各導管を選択的に連通するための開口部、符号10eは開口部の中央に設けられた補強ピンを示している。
Conventionally, a refrigeration cycle system used in an air conditioner or the like is configured such that a refrigerant flow path is switched using a four-way switching valve so that a cooling / heating function switch is possible. At that time, heat exchange between the low-temperature and low-pressure refrigerant flowing through the refrigerant flow path provided inside the valve body and the high-temperature and high-pressure refrigerant flowing outside the valve body through the resin valve body used for the four-way switching valve is performed. It occurred, and there was a problem that the cooling and heating efficiency was lowered. In response to this problem,
しかしながら、特許文献1に開示される弁体は、中空断熱層を形成した樹脂製の弁体として射出成形機等で成形するには、非常に複雑な金型を用いる必要があり、製造コストも非常に高くなると共に、膨出部は元来それほど肉厚に成形するものではなく、そこから更に中空断熱層の分だけ薄肉に形成されることから、強度が著しく低下する虞がある。また、中空断熱層を真空にすることは非常に難しく、また熱伝導率の低い気体等を封入することも技術的に困難であり、一定の熱交換は生じてしまう。更に、弁体が樹脂製であることから、何らかの影響により樹脂に連続した巣や微小な亀裂が発生した際、外部より中空断熱層内に冷媒が漏れて液状冷媒が溜まり、この液状冷媒が何らかの外部影響にて中空断熱層内で気化膨張した際に、弁体が故障する虞がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より弁体を介した冷媒間の熱交換を抑制することが可能な弁体を具備する四方切換弁を提供することである。
However, the valve body disclosed in
This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is providing the four-way switching valve which comprises the valve body which can suppress the heat exchange between the refrigerant | coolants through a valve body more. is there.
本発明の四方切換弁は、密閉空間を有する弁本体と、該弁本体の密閉空間と連通する第1導管及び第2導管と、該第2導管を挟んで対向するように配置され、前記密閉空間と連通する第3の導管及び第4導管と、前記弁本体内部に配し、前記第2導管、前記第3導管及び前記第4導管の夫々に連通する3つの開口部を有する弁座と、該弁座に摺動可能に設置されると共に前記弁座と反対側へ膨出しその内側に中空凹部の冷媒流路を形成する膨出部を具備し、前記冷媒流路を介して第2導管と、前記第3導管または前記第4導管の何れかとを切換可能に連通させることができる樹脂製の弁体と、該弁体の膨出部には、内部に熱伝導率の低い気体を封入した発泡金属から成る断熱部が設けられたことを特徴とする。 The four-way switching valve of the present invention is disposed so as to face a valve body having a sealed space, a first conduit and a second conduit communicating with the sealed space of the valve body, and sandwiching the second conduit. A third conduit and a fourth conduit communicating with the space; and a valve seat disposed inside the valve body and having three openings communicating with the second conduit, the third conduit, and the fourth conduit, respectively. Slidably installed on the valve seat, and bulges to the opposite side of the valve seat, and has a bulging portion that forms a refrigerant channel of a hollow recess on the inside thereof, and the second through the refrigerant channel. A resin-made valve body that can switchably communicate with the conduit and either the third conduit or the fourth conduit, and a gas having a low thermal conductivity in the bulging portion of the valve body. A heat insulating part made of encapsulated foam metal is provided.
また、本発明の四方切換弁は、前記断熱部はその気泡の1つ1つが密閉空間として形成されるクローズドセルの発泡金属であることを特徴とする。 In the four-way selector valve according to the present invention, the heat insulating portion is a closed cell foam metal in which each bubble is formed as a sealed space.
更に、本発明の四方切換弁は、前記発泡金属はアルミニウム、チタン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、鉄、鉛又は銅、或いはこれらの合金からなることを特徴とする。 Furthermore, the four-way selector valve of the present invention is characterized in that the foam metal is made of aluminum, titanium, magnesium, nickel, zinc, iron, lead, copper, or an alloy thereof.
更に、本発明の四方切換弁は、前記発泡金属のクローズドセルには空気あるいは不活性ガスが封入されていることを特徴とする。 Furthermore, the four-way selector valve of the present invention is characterized in that air or an inert gas is sealed in the foamed metal closed cell.
更に、本発明の四方切換弁は、前記断熱部は、前記弁体の前記膨出部の前記冷媒流路側に配置されることを特徴とする。 Furthermore, the four-way switching valve of the present invention is characterized in that the heat insulating portion is disposed on the refrigerant flow path side of the bulging portion of the valve body.
更に、本発明の四方切換弁は、前記断熱部は、前記弁体の前記膨出部の内部に包含されるように配置されることを特徴とする。 Furthermore, the four-way switching valve according to the present invention is characterized in that the heat insulating portion is disposed so as to be included in the bulging portion of the valve body.
本発明による四方切換弁によれば、上記のように、弁体の膨出部に発泡金属を用いた断熱部を具備することで、製造が容易で、樹脂製の弁体を介した冷媒間の熱交換を抑制し、冷暖房効率の低下を防止して省エネルギー性を高めることが可能となる。
また、断熱部を1つ1つが密閉空間となる気泡を持つクローズドセル構造を備えた発泡金属としたので、樹脂製の弁体に巣や亀裂が発生し、巣や亀裂を伝って冷媒が断熱部に到達したとしても、冷媒は断熱部の気泡内に冷媒が浸入することなく亀裂内に留まる。このため従来の樹脂製の弁体に中空断熱層を設けた場合に比べて、弁体が故障する虞がなくなる。
According to the four-way switching valve of the present invention, as described above, by providing the heat insulating portion using the foam metal in the bulging portion of the valve body, the manufacture is easy and the refrigerant is interposed via the resin valve body. It is possible to suppress the heat exchange and to prevent the cooling and heating efficiency from decreasing and to improve the energy saving performance.
In addition, because the heat insulation part is made of foamed metal with closed cell structure that has air bubbles that form a sealed space one by one, nests and cracks occur in the resin valve body, and the refrigerant insulates through the nests and cracks. Even if it reaches the part, the refrigerant stays in the crack without the refrigerant entering the bubbles of the heat insulating part. For this reason, compared with the case where the hollow heat insulation layer is provided in the conventional valve body made of resin, there is no possibility that the valve body will break down.
以下、添付した図面に基づいて、本発明を説明する。まず、この発明による四方切換弁の第1実施例を、図1に示す説明図及び図2に示す断面図を参照して説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of a four-way switching valve according to the present invention will be described with reference to an explanatory view shown in FIG. 1 and a sectional view shown in FIG.
図1に示す四方切換弁100は、内部を密閉空間とするシリンダ状の弁本体1が設けられている。この弁本体1には、開口部14が形成され、該開口部14には、密閉空間と連通し圧縮機(不図示)からの高温高圧の冷媒が流入する第1導管21を連結され、さらに開口部14には、第1導管21と対向する位置に圧縮機(不図示)の吸入管に連結され低温低圧の冷媒が流入する第2導管22を連結している。また、第2導管22を挟んで対向する位置に熱交換器(不図示)に連結される第3導管23及び第4導管24が、弁本体1の密閉空間と連通するよう弁本体1に連結されている。
A four-
弁本体1はその内部に、第2導管22、第3導管23、第4導管24の夫々に対応した開口部11a、11b、11cを具備する弁座11と、弁座11上に摺動可能に取り付けられる樹脂製の弁体10を具備する。弁体10は、ナイロン等の樹脂で形成され、弁座11は、真鍮等で形成される。弁体10は弁座11上を摺動することで第2導管22と、第3導管23及び第4導管24との何れかを切換可能に連通させるものである。弁体10には適宜連結部を介して第1のピストン31と第2のピストン32を対向して連結している。夫々のピストンは、弁本体1の端部に設けられたエンドカバー12、13と弁体1との間に作動室41、42を形成する。
The
弁本体1は、その動作を制御するためのパイロット部50、及びこれらを接続し気体又は液体等の流体を流す配管とを具備している。弁本体1はパイロット部50の制御によって弁本体1の作動室41、42にかかる圧力を制御し、夫々の作動室に係る圧力の差によって第1のピストン31及び第2のピストン32を何れか一方の側へ押し込むことで、夫々のピストンと連結部33、34によって固定された弁体10を摺動させて、第3導管23と第4導管24の何れか一方と第2導管22とを切換可能に連通させる。このとき、第2導管22と連通しなかった他方の導管は第1導管21と連通することになる。このような構成を有する四方切換弁100は、例えば図1に示す冷房時において、第1道管21から第3道管23へ弁体10の外側に沿って圧縮機の高温高圧の冷媒が流れ、第4道管24から第2道管22に後述する弁体10の内側に設けられた冷媒流路10aに沿って熱交換器から排出された低温低圧の冷媒が流れ、圧縮機の吸入管に流入する。図1の状態から弁体10を摺動させて冷房から暖房に切り換えた状態(不図示)においては、第1道管21から第4道管24へ弁体10の外側に沿って圧縮機の高温高圧の冷媒が流れ、第3道管23から第2道管22に後述する弁体10の内側に設けられた冷媒流路10aに沿って熱交換器から排出された低温低圧の冷媒が流れ、圧縮機の吸入管に流入する。
The
図2に、弁本体1が内部に具備する第1実施例の弁体10の断面図を示す。弁体10は、膨出部10bが形成されており、その内側を中空凹部形状として冷媒流路10aとしている。また、膨出部10bの外周部には、弁座11との摺動面となる鍔部10cを備えている。膨出部10bと対向する側には、冷媒流路10aにより、第2導管22と第3導管23又は第4導管24とを選択的に連通するための開口部10dが形成され、開口部10dの中央には強度向上のための補強ピン10eが設けられている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
従来であれば、樹脂製の弁体10を介して弁体10の冷媒流路10a内の低温低圧の冷媒と、弁体10の外側の高温高圧の冷媒との間(即ち第1導管21内の冷媒と第2導管22内の冷媒との間)で熱交換が生じてしまい、冷媒による冷却効果に影響が生じて冷暖房効率が低下していた。
Conventionally, between the low-temperature and low-pressure refrigerant in the
それに対し、本第1実施例における弁体10は、その膨出部10bの内側の略全域を、ステンレスからなる金属マトリックス中に気泡が分散した発泡体で、気泡の1つ1つが密閉空間として形成されたクローズドセル構造を具備する発泡金属によって形成する断熱部6aによって覆うようにインサートして成形した。発泡金属には、金属マトリックスの内部の気泡同士がつながっているオープンセル構造と気泡間に境界があり互いに分離されているクローズドセル構造とがあるが、本願ではクローズドセル構造を備えたものを用いている。クローズドセル構造であれば気泡の1つ1つが独立しているので、熱の移動が気泡内で遮られることにより高い断熱性能を備える。このため従来に比べて弁体を介した冷媒間の熱交換量を低減することができる。この発泡金属の気孔率や気泡のサイズは、四方切換弁に求められる断熱性能を備えていればどのような値でも適用可能である。この断熱部の形成に際し、クローズドセルの内部には熱伝導率の低い気体(例えば窒素やアルゴン等の不活性ガス、あるいは空気)を封入することが望ましい。
このように、弁体10の膨出部10bの内側にクローズドセル構造を備えた発泡金属から成る断熱部6aを形成することによって、弁体10の内側に形成された冷媒流路10aを流れる低温低圧の冷媒と弁体10の外側を流れる高温高圧の冷媒との間での熱交換を著しく抑制することで冷媒の冷却効率と弁体10の長寿命化を実現した。また断熱部6aを金属製としたことで樹脂製の弁体10を補強することができ、ひいては弁体10の変形を防止することができる。
なお、断熱部6aは、その厚さを、弁体10の膨出部10bの厚さをtとすると0.5t〜0.8t程度であることが望ましい。
On the other hand, the
Thus, the low temperature which flows through the refrigerant |
In addition, as for the
続いて第2実施例について、図3に基づいて説明する。第1実施例は断熱部6aによって弁体10の膨出部10bの冷媒流路10a側の内壁を覆うよう構成したが、これに対し第2実施例では、弁体10の成形の際に第1実施例で用いたのと同じ発泡金属で形成された断熱部6bを膨出部10bの内部にインサートして成形し、膨出部10bの内部の略全域を発泡金属で覆うように構成した。これによって弁体10の内部に発泡金属を収容することができ、発泡金属の離脱が発生することのない弁体10を形成することができる。 また第1実施例と同様に、弁体10の内側に形成された冷媒流路10aを流れる低温低圧の冷媒と弁体10の外側を流れる高温高圧の冷媒との間での熱交換を著しく抑制することで冷媒の冷却効率と弁体10の長寿命化を実現できるという効果と、断熱部6bを金属製としたことで樹脂製の弁体10を補強することができ、ひいては弁体10の変形を防止することができるという効果とを奏する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the
本発明の四方切換弁100は、以上説明したような構造を備えているが、それらの構造のみに限定されるのではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された発明思想を備える限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、断熱部6a、6bに用いる発泡金属の素材をステンレスとしたが、これに限定せず熱交換が防止でき加工成形に適した金属(例えばアルミニウム、チタン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、鉄、鉛又は銅、或いはこれらの合金)を適宜選択して用いることができる。発泡金属のクローズドセルに封入する気体についても同様である。また、断熱部6aを膨出部10bの内側に一体成形によって固定するとしたが、これに限定せず、膨出部10bの内側に接着剤等にて取り付け固定するとしてもよい。
Although the four-
100 四方切換弁
1 弁本体
10 弁体
10a 冷媒流路
10b 膨出部
10c 鍔部
10d 開口部
10e 補強ピン
11 弁座
11a、11b、11c 開口部
12、13 エンドカバー
14 開口部
21 第1導管
22 第2導管
23 第3導管
24 第4導管
31 第1のピストン
32 第2のピストン
33、34 連結部
41 第1の作動室
42 第2の作動室
50 パイロット部
6a、6b 断熱部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該弁本体の密閉空間と連通する第1導管及び第2導管と、
該第2導管を挟んで対向するように配置され、前記密閉空間と連通する第3の導管及び第4導管と、
前記弁本体内部に配し、前記第2導管、前記第3導管及び前記第4導管の夫々に連通する3つの開口部を有する弁座と、
該弁座に摺動可能に設置されると共に前記弁座と反対側へ膨出しその内側に中空凹部の冷媒流路を形成する膨出部を具備し、前記冷媒流路を介して第2導管と、前記第3導管または前記第4導管の何れかとを切換可能に連通させることができる樹脂製の弁体と、
該弁体の膨出部には、内部に熱伝導率の低い気体を封入した発泡金属から成る断熱部が設けられたことを特徴とする四方切換弁。 A valve body having a sealed space;
A first conduit and a second conduit communicating with the sealed space of the valve body;
A third conduit and a fourth conduit disposed to face each other across the second conduit and communicating with the sealed space;
A valve seat disposed within the valve body and having three openings communicating with each of the second conduit, the third conduit, and the fourth conduit;
The valve seat is slidably installed, and swells to the opposite side of the valve seat, and has a bulging portion for forming a hollow recessed refrigerant flow path on the inside thereof, and the second conduit is provided via the refrigerant flow path. A valve body made of resin that can switchably communicate with either the third conduit or the fourth conduit;
4. A four-way switching valve characterized in that a heat insulating portion made of a foam metal in which a gas having low thermal conductivity is enclosed is provided in the bulging portion of the valve body.
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関 信弘 編, 伝熱工学, vol. 第1版第1刷, JPN6018030038, 20 May 1988 (1988-05-20), JP, pages 223 - 227, ISSN: 0003852042 * |
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