JP2017020627A - 冷媒切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁本体と弁座の摺動抵抗が大きくなることで、弁座と弁本体の間の摺動が円滑にできなくなるのを解決する新規な冷媒切換弁を提供する。【解決手段】弁座と摺動する弁本体の摺接面に、冷媒を流す導通路とは別に冷媒を流す機能を有しない凹部を形成して弁座との摺接面積を低減させた。これによれば、凹部によって弁本体の摺接面の摺接面積が低減されるので摺動抵抗を小さくできる。これによって、電動モータの電力を多くしなければ所定の動作が得られない、或いは弁本体の回転動作が遅くなり円滑な冷媒切り換えができない、或いは弁本体が所定の位置まで回転せず冷媒切り換えそのものができないという課題の内の１つ以上の課題を解決することができる。【選択図】図１２

Description

本発明は冷媒切換弁に係り、特に冷凍サイクルの冷媒の流れを切り換える冷媒切換弁に関するものである。

冷蔵庫には、冷凍サイクルの冷媒を熱交換器（蒸発器）に流して冷気を生成する、或いは冷蔵庫内の仕切壁等に熱い冷媒を流して結露を防ぐといった目的にために冷媒切換弁が設けられている。例えば、このような冷媒切換弁は特開２０１５-７７０１５号公報（特許文献１）に記載されている。

この特許文献１には、１つの冷媒流入口と３つの冷媒連通口の連通状態を切換可能な導通路が形成された弁本体を備えた４方弁が開示されている。この４方弁は電動モータによって駆動されるものであり、図示しない制御装置からの制御信号によって電動モータが回転されると、この回転に対応して４方弁の弁本体の位置が変えられ、結果的に少なくとも１つの冷媒流入口と３つの冷媒連通口の連通状態を切り換えるものである。尚、このような冷媒切換弁は特許文献１以外にも多く存在するが、ここではこれ以上の説明は省略する。

特開２０１５−７７０１５号公報

ところで、特許文献１に開示されている冷媒切換弁においては、各冷媒連通路が開口した平坦な弁座（＝摺接面）と、これに対向して配置された冷媒切換弁の弁本体の摺接面によって各冷媒連通路の開閉を行うような構成となっている。そして、弁本体と弁座は密閉された空間（切換弁室）に配置され、かつ冷媒流入口から流入してくる冷媒は圧力の高い冷媒である。このため、圧力の高い冷媒は弁本体を弁座に向けて押し付けるので、弁本体と弁座の間には大きな接触圧が作用することになり、結果的に弁本体と弁座の間の摺動抵抗が大きくなる。

摺動抵抗が大きくなると弁本体と弁座の間の摺動が円滑にできなくなり、少なくとも、電動モータに供給する電力を多くしなければ所定の動作が得られないという課題、或いは弁本体の回転動作が遅くなり円滑な冷媒切り換えができなくなるという課題、或いは弁本体が所定の位置まで回転せず冷媒切り換えそのものができなくなるという課題の内の１つ以上の課題を生じることになる。したがって、このようないずれかの課題を解決するための対応策が求められている。

本発明の目的は、弁本体と弁座の間の摺動抵抗を低減して上述の課題の少なくとも１つを解決することができる新規な冷媒切換弁を提供することにある。

本発明の基本的な特徴は、弁座と摺動する弁本体の摺接面に、少なくとも、冷媒を流す導通路とは別に冷媒を流す機能を有しない凹部を形成して弁座との摺接面積を低減させた、ところにある。

本発明によれば、凹部によって弁本体の摺接面の摺接面積が低減されるので摺動抵抗を小さくでき、上述の課題の少なくとも１つを解決することができるものである。

本発明が適用される冷蔵庫の基本構成を説明する説明図である。 本発明になる冷媒切換弁の上面斜視図である。 図２に示す冷媒切換弁の縦断面図である。 図２に示す冷媒切換弁のステータケースと弁ケースとを取り外した状態の冷媒切換弁の上面斜視図である。 図２に示す冷媒切換弁の弁座プレート付近の横断面図である。 図５のＫ−Ｋ線に沿った縦断面図である。 図２に示す冷媒切換弁野のロータピニオンギヤとアイドラギヤと弁体の構成を示す分解斜視図である。 本実施形態の冷媒切換弁を使用した冷凍サイクルを示す構成図である。 図２に示す冷媒切換弁の冷媒連通路の開口及び弁体摺接面の関係を説明する説明図である。 本発明の代表的な実施形態を示す冷媒切換弁の弁本体の上面斜視図である。 図１０に示す冷媒切換弁の弁本体の下面斜視図である。 図１０、図１１に示す弁本体の弁体摺接面及び冷媒連通路の開口の関係を説明する説明図である。 図１１に示す弁本体の弁体摺接面に形成した冷媒導通路と開口間の距離と工程能力指数ＣＰ値の関係を説明する説明図である。 本実施形態になる冷媒切換弁の第１の切り換え状態を説明する説明図である。 冷媒切換弁の第１の切り換え状態から第２の切り換え状態に遷移する第１遷移状態を説明する説明図である。 冷媒切換弁の第１の切り換え状態から第２の切り換え状態に遷移する第２遷移状態を説明する説明図である。 冷媒切換弁の第１の切り換え状態から第２の切り換え状態に遷移する第３遷移状態を説明する説明図である。 本実施形態になる冷媒切換弁の第２の切り換え状態を説明する説明図である。

次に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

まず本発明を説明する前に、本発明に関係する冷蔵庫の構成について簡単に説明する。図１にあるように、冷蔵庫１の各貯蔵室の前面開口部は扉によって開閉可能に構成されており、上から図示しないヒンジ等を中心に回動する観音開き式の冷蔵室扉２ａ、２ｂと、引き出し式の貯氷室扉３、上段冷凍室扉４と、下段冷凍室扉５と、野菜室扉６とが配置されている。尚、冷蔵室扉２ａ、２ｂ以外は全て引き出し式の扉であり、これらの引き出し式の扉３乃至扉６は扉を引き出すと、各貯蔵室を構成する容器が扉と共に引き出されてくる構成である。

冷蔵庫１を構成する断熱箱体の下部背面側には機械室が設けられている。機械室には、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１２と、冷媒と空気とを熱交換させる凝縮器１３と、凝縮器１３における冷媒と空気の熱交換を促進させる庫外送風機１４と、キャピラリーチューブからなる減圧部１５ａ、１５ｂと、冷媒切換弁１６とが配置されている。尚、圧縮機１２、凝縮器１３、減圧部１５ａ、１５ｂ、及び冷媒切換弁１６は、蒸発器１７や結露抑制配管１８と配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路が形成されるようになっている。尚、参照番号１９、２０、２１等は冷媒用の配管である。

冷凍サイクルは圧縮機１２、凝縮機１３、減圧部１５ａ、１５ｂ、蒸発器１７で構成され、冷媒切換弁１６は凝縮機１３の下流側、減圧部１５ａ、１５ｂの上流側に設けられている。ここで、結露抑制配管１８とは冷蔵庫前面の各貯蔵室の仕切壁等の結露を防止するために設けられた配管である．この配管は冷媒の放熱を利用して冷蔵庫の各貯蔵室の仕切壁等の温度が露点温度以下になることを防止し、結露が生じるのを少なくするために設けられているものである。このような冷蔵庫は既に良く知られているのでこれ以上の説明は省略する。

そして、本発明者等は上述した冷媒切換弁１６の開発を行っており、以下に示すような構成の冷媒切換弁１６を開発している。以下、その冷媒切換弁１６の構成について説明する。ここで、特許文献１においては４方弁であったが、本実施形態では減圧部１５ａ、１５ｂを備えているので５方弁の構成となっている。

図２は、図１に示す冷媒切換弁１６に対応する冷媒切換弁６０の外観を示す斜視図である。また、図３は、図２の冷媒切換弁の縦断面図である。また、図４は、冷媒切換弁６０からステータケースと弁ケースとを取り外した状態の冷媒切換弁６０の斜視図である。また、図５は弁ケース、弁本体体、アイドラギヤを取外したときの図１のＭ矢視（正面視）図であり、図６は図５のＫ−Ｋ断面図である。図７は、ロータピニオンギヤとアイドラギヤと弁本体の分解斜視図である。

図２乃至図７において、冷媒切換弁６０の外装を成す筒形状のステータケース６１の内部には、コイルを巻回した筒形状のステータ６２が形成されている。ステータケース６１には、外方に突出したコネクタケース６３が形成されており、コネクタケース６３内にはコネクタ６５が設けられている。コネクタ６５は、ステータ６２のコイルからの配線を、外部の駆動回路に接続するコネクタピン６４を有する。

ロータ７０は、マグネットを有するモータの回転子であり、コネクタピン６４を駆動回路に接続してステータ６２のコイルに通電すると、ステータ６２に磁界が生じ、弁ケース６６を介して磁界がロータ７０のマグネットに作用して、ロータ７０が弁体軸７１の周囲を回転する。このモータは、例えばステッピングモータとして構成することができる。

有底筒形状の弁ケース６６は弁本体８０を覆い、冷媒供給部の一例である冷媒流入口Ａから供給される冷媒が冷媒切換弁６０の外部に拡散することを抑制している。弁ケース６６の上側は、ステータ６２の内周部に嵌合している。図３中、弁ケース６６の下側の開口端には、弁座プレート６７が接合されている。そして、弁ケース６６と弁座プレート６７によって、密閉された切換弁室が形成されている。

弁座プレート６７は、互いに厚さが異なる３つの同心円状の平坦面を有しており、第一の弁座プレート部６７ａと、第一の弁座プレート部６７ａよりも小径で厚い第二の弁座プレート部６７ｂと、第一の弁座プレート部６７ａより大径で薄い第三の弁座プレート部６７ｃとを一体として有している。

図４、図５に示しているように、弁座プレート６７には、冷媒が流通可能な冷媒流入管６８及び４つの連通管６９が接続している。第一の弁座プレート６７ａは冷媒流入口Ａを有しており、第二の弁座プレート６７ｂは４つの開口Ｂ-１、Ｂ-２、Ｂ-３、及びＢ-４を有している。冷媒流入口Ａは、冷媒流入管６８を流れる冷媒を弁ケース６６内部（切換弁室）に供給する。４つの開口Ｂ-１〜Ｂ-４の夫々は、４つの連通管６９ｂ〜連通管６９ｅの夫々に冷媒を流通させる。冷媒流入口Ａと開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４の夫々は、弁ケース６６の内部に連通している。なお、弁本体８０と当接する弁座プレート６７の部分は研磨仕上げ面８６となって平面精度を高くしている。

図３、図４に示しているように、弁体軸７１はロータ７０及び弁本体８０の回動中心である。ロータ７０が回転すると、ロータ７０に接続したロータピニオンギヤ７５、弁体軸７８に軸支されたアイドラギヤ７９、弁本体８０の外周に形成した弁体ギヤ８３を介して回転力が弁本体８０に伝達される。これにより弁体８０は弁座プレート６７に対して相対的に回動する。弁座プレート６７の中心位置には、弁体軸７１が嵌合する有底のロータ軸穴７２が形成されている。

図６、図７に示しているように、ロータピニオンギヤ７５の下端部の回転軸周囲に設けられた凸部であるロータ駆動部先端７６は、弁本体８０の上面に載置されている。ロータピニオンギヤ７５と弁本体８０とは、共通の中心軸である弁体軸７１のまわりにそれぞれロータ駆動軸穴７７と弁体軸穴８５を介して回転自在に配置されている。

弁本体８０には弁体ギヤ８３の外周から突出したストッパ８４が形成されている。弁本体８０が所定角度だけ回動すると、ストッパ８４がアイドラピニオンギヤ７９ａの下側のアイドラストッパ７９ｃに当接して、弁本体８０の回動を制限する。尚、ストッパ８４は、後述する冷媒切換弁６０の各状態の切換動作に必要な角度より弁体８０が大きく回動できるように設けられている。弁本体８０の弁体摺接面８１には、３個の冷媒導通部８２が設けられている。冷媒導通部８２は、弁体溝８２ａ（第一の弁体溝）、弁体溝８２ｂ（第二の弁体溝）、弁体溝８２ｃ（第三の弁体溝）を有する。これらの弁体溝８２ａ、８２ｂ、８２ｃは弁本体８０の回動によって所定の状態で冷媒が流れるものである。

図５に示しているように、開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４は、弁体軸７１からそれぞれ略等距離の位置にほぼ等間隔に設けられている。開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４は、冷媒流入口Ａを基準にして円周方向で時計回りにＢ-１、Ｂ-２、Ｂ-３、Ｂ-４と順番に並んでおり、開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４は円周方向で隣接している。また、開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４は、弁体軸７１を中心として略９０°間隔で配されている。

尚、図５に示す状態（以下で説明する第２モードの状態）で開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４のうち、開口Ｂ-１が冷媒流入口Ａに最近接している。冷媒流入口Ａは、開口Ｂ-１を挟んで弁体軸７１の反対側に位置している。アイドラ軸７８は、弁体軸７１を挟んで冷媒流入口Ａとは反対側に設けられている。

次に、この冷媒切換弁６０と冷凍サイクルの関係について説明する。図８は、冷蔵庫１が備える冷凍サイクルの冷媒回路を模式的に示したものである。冷蔵庫１は、冷媒を用いた冷凍サイクルを駆動している。冷凍サイクルは、冷媒切換弁６０に加えて、圧縮機１２、凝縮器１３、結露抑制配管１８、減圧部１５ａ、１５ｂ、蒸発器１８、配管２０、２１、２２ａ、２２ｂを有している。

冷媒流入口Ａには、冷媒流入口Ａ側から順に、配管２０、凝縮器１３、圧縮機１２、蒸発器１７が接続されている。冷媒は、圧縮機１２で高温、高圧となって凝縮器１３と配管２０を流れて冷媒流入口Ａに到達する。

開口Ｂ-１、Ｂ-３には、それぞれ結露抑制配管１８の一端及び他端が接続している。また、開口Ｂ-２には第１減圧部１５ａの一端が接続し、開口Ｂ-４には第２減圧部１５ｂの一端が接続している。第１減圧部１５ａ及び第２減圧部１５ｂの他端は、それぞれ合流部８９で接続している。第１減圧部１５ａ又は第２減圧部１５ｂを通過した冷媒は、合流部８９を通過した後、蒸発器１７に流入して再び圧縮機１２に戻る。第１減圧部１５ａと第２減圧部１５ｂでは、通過する冷媒の減圧量が異なっており、例えば、２つの減圧部１５ａ、１５ｂとしてキャピラリーチューブを採用し、その径を異なるものに構成すれば良いものである。

そして、圧縮機１２により圧縮された高温、高圧の冷媒は、凝縮器１３に流入し、凝縮器１３で空気（庫外空気）と熱交換することにより冷却される。凝縮器１３から流出した冷媒は、冷媒配管２０を経て、流体切換弁６０の冷媒流入口Ａに流入する。冷媒は各モードに応じて流通した後、開口Ｂ-２又は開口Ｂ-４によって流体切換弁６０の下流に流れる。尚、図８の冷媒切換弁６０の各開口の位置は模式的に表したものであり、図９に示したものと若干異なっている。

更に冷媒は、第１減圧部１５ａ又は第２減圧部１５ｂによって減圧されて低温、低圧となり、合流部８９に至る。その後、冷媒は蒸発器１７に流入し、周囲空気と熱交換して圧縮機１２に戻る。蒸発器１８で冷やされた空気は冷気となって冷蔵庫１の各貯蔵室に分配、供給される。

次に冷媒切換弁６０の切り換え動作に基づき実行される各モードについて簡単に説明する。

第１モードは、結露抑制配管１８及び第１減圧部１５ａに冷媒を流通させるモードである。冷媒は、冷媒流入口Ａ、開口Ｂ-１を通り、結露抑制配管１８を通過して開口Ｂ-３及び開口Ｂ-２を通って第１減圧部１５ａに流れる。

第２モードは、第１減圧部１５ａだけに冷媒を流通させるモードである。冷媒は、冷媒流入口Ａから直接的に開口Ｂ-２を通り、第１減圧部１５ａに流れる。このモードでは、冷媒は結露抑制配管１８には送り出されない。

第３モードは、結露抑制配管１８及び第１減圧部１５ａに冷媒を流通させるモードである。冷媒は、冷媒流入口Ａから開口Ｂ-３を通り、結露抑制配管１８を通過して開口Ｂ-１及び開口Ｂ-２を通って減圧部１５ａに流れる。この場合は、第１モードに比べて結露抑制配管１８を流れる冷媒の流れ方向は逆方向である。

第４モードは、開口Ｂ-２、Ｂ-４を共に閉塞し、冷媒の流通を遮断しているモードである。本実施形態ではこのとき、圧縮機５１を停止させる。

第５モードは、結露抑制配管１８及び第２減圧部１５ｂに冷媒を流通させるモードである。冷媒は、冷媒流入口Ａから開口Ｂ-３を通り、結露抑制配管１８を通過して開口Ｂ-１及び開口Ｂ-４を通って第２減圧部１５ｂに流れる。この場合も、第１モードに比べて結露抑制配管１８を流れる冷媒の流れ方向は逆方向である。

第６モードは、第２減圧部１５ｂだけに冷媒を流通させるモードである。冷媒は、冷媒流入口Ａから直接的に開口Ｂ-４を通り、第２減圧部１５ｂに流れる。このモードでは、冷媒は結露抑制配管１８には送り出されない。

第７モードは、結露抑制配管１８及び第２減圧部１５ｂに冷媒を流通させるモードである。冷媒は、冷媒流入口Ａから開口Ｂ-１を通り、結露抑制配管１８を通過して開口Ｂ-３及び開口Ｂ-４を通って第２減圧部１５ｂに流れる。この場合は、結露抑制配管１８を流れる冷媒の流れ方向は第１モードと同じ方向である。

以上のような各モードを実行させるための冷媒切換弁６０の弁本体８０の構成は次の通りである。

図９は、開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４及び弁体摺接面８１の関係を表している。弁本体８０の一面である弁体摺接面８１は、開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４が設けられた研磨仕上げ面８６と接しながら、弁体軸７１を中心として回動する。弁本体８０が弁座プレート６７に対して相対的に回動することで、弁座プレート６７に設けられた開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４を開閉できる。尚、冷媒流入口Ａは、弁本体８０の回動に関係なく常に冷媒を弁ケース６６内部に供給している。

弁体摺接面８１には、冷媒導通部８２が設けられている。冷媒導通部８２は、弁体溝８２ａ、弁体溝８２ｂ、弁体溝８２ｃを有する。弁体溝８２ａ、８２ｂは弁体摺接面８１に設けた溝であり、２つの開口と重なったとき、これら開口間を冷媒が移動できるように構成されている。

したがって、例えば、第１モードでは、弁本体８０を反時計回りに所定の角度だけ回転させることで、冷媒は、開口Ｂ-１⇒結露抑制配管１８⇒開口Ｂ-３⇒冷媒導通路８２a⇒開口Ｂ-２⇒第１減圧部１５ａと流れるものである。以下、同様にして上述した各モードを実行するものである。ちなみに図９の状態は第２モードの状態を示している。

ところで、以上に説明した弁本体８０の弁体摺接面８１の形状は図７及び図９に示しているように、平坦な弁体摺接面８１に冷媒導通路８２ａ、８２ｂ、８２ｃを形成したものである。したがって、冷媒流入口Ａから流入する圧力の高い冷媒は、弁本体８０の弁体摺接面８１を開口Ｂ-１〜開口Ｂ-４が設けられた研磨仕上げ面８６に向けて強く押し付けるので、弁本体と弁座の間には大きな接触圧が作用することになり、結果的に弁本体と弁座の間の摺動抵抗が大きくなることが判明した。

摺動抵抗が大きくなると、少なくとも、電動モータに供給する電力を多くしなければ所定の動作が得られないという課題、或いは弁本体の回転動作が遅くなり円滑な冷媒切り換えができなくなるという課題、或いは弁本体が所定の位置まで回転せず冷媒切り換えそのものができなるという課題の内の１つ以上の課題を生じることになる。

このような課題を解決するため、本実形態においては、弁座と摺動する弁本体の弁体摺接面に、冷媒を流す導通路とは別に冷媒を流す機能を有しない凹部を形成して弁座との摺接面積を低減させた構成を提案するものである。

以下、本実施形態になる冷媒切換弁６０を詳細に説明する。図１０、図１１は本実施形態になる弁本体８０の上面斜視図と下面斜視図である。

図１０において、弁本体８０は内側に円形状の凹部８７が形成されており、外周部に環状壁８８が植立、形成されている。環状壁８８の外周面には弁体ギヤ８３が形成されている。これは図７に示してある通りである。弁体ギヤ８３の周方向の一部は切り欠かれており、この部分にストッパ８４が形成されている。また、弁本体８０の底面壁８９の中央には弁体軸穴８５が形成されている。このストッパ８４、弁体軸穴８５も図７に示してある通りである。

そして図１１にある通り、底面壁８９の電動モータが配置されている側の反対側の表面には２段の階段状の平坦面が形成されている。低い方の平坦面は冷媒が常に供給される冷媒導通路９０であり、これは図７に示す冷媒導通路８２ｃに対応するものである。一方、高い方の平坦面は弁体摺接面９１であり、この弁体摺接面９１には２個の細長い冷媒導通路９２ａ、９２ｂが形成されている。２個の冷媒導通路９２ａ、９２ｂは弁体軸穴８５を境にして線対称の位置で同じ形状に形成されている。冷媒導通路９２ａ、９２ｂは図７に示す冷媒導通路８２ａ、８２ｂに対応するものであり、この冷媒導通路の長さは夫々の開口を連通できる長さを備えている。これについては後述する。

冷媒導通路９２ａ、９２ｂと弁体軸穴８５で囲まれた領域には、本実施形態の特徴である、弁体摺接面９１の摺接面積を低減するための面積低減凹部９３が形成されている。この面積低減凹部９３は弁体軸穴８５からストッパ８４に向けて延びており、この領域に、上述した第２モード（図９で、冷媒流入口Ａから開口Ｂ-２に冷媒が直接的に流れる状態）の状態で、開口Ｂ−４が位置する構成となっている。

ただ、隣接する冷媒導通路９２ａ、９２ｂとの間の距離は、後述するような「シール長さＬ」に近い長さに設定されている。この所定の距離Ｌに設定した理由は充分なシール機能の確保のためである。また、面積低減凹部９３の弁体摺接面９１の摺接面からの深さは、冷媒導通路９２ａ、９２ｂより浅くなっている。要は摺接面９１の面積を低減できれば良いので僅かに深くなっていれば良いものである。

尚、面積低減凹部９３は細長い形状に形成されているが、この形状は任意であり、またその数、配置位置も任意である。要は、摺接面９１にシール機能を損なわない範囲で適切に配置されていれば良いものである。

また、冷媒導通路９２ａ、９２ｂの外周側には、上述した第２モード（図９で、冷媒流入口Ａから開口Ｂ-２に冷媒が直接的に流れる状態）の状態で、開口Ｂ−１と開口Ｂ−３を完全に閉じるＢ−１用閉止領域（以下、閉止面という）９４とＢ−３用閉止領域（以下、閉止面という）９５が形成されている。この両閉止面９４、９５は弁体摺接面９１に形成されているものである。更にこの閉止面９４、９５からストッパ８４側に向けた外周面には摺接面積を低減するための切り欠き部９６、９７が形成されている。

更に、上述した弁体摺接面９１の詳細な形状について図１２を用いて説明する。尚、図１１と同じ部分については説明を省略する。

図１２には、弁体摺接面９１の形状の他に、これと協働して冷媒の流れを制御する各開口Ｂ-１〜開口Ｂ−４を破線で示している。したがって、連通管６９ｂ〜連通管６９ｅは紙面に対して手前側に垂直に延びているものである。

図１２は、第２モード（図９で、冷媒流入口Ａから開口Ｂ-２に直接的に冷媒が流れる状態）の状態を示している。したがって、この状態で開口Ｂ−１、開口Ｂ−３は、Ｂ−１用閉止面９４と、Ｂ−３用閉止面９５で完全に閉止されている。

冷媒導通路９２ａ、９２ｂと弁体軸穴８５で囲まれた領域には、弁体摺接面９１の摺接面積を低減するための面積低減凹部９３が形成されている。この面積低減凹部９３は弁体軸穴８５からストッパ８４に向けて延びており、この領域に開口Ｂ−４が位置している。尚、開口Ｂ-４は面積低減凹部９３に対向して開口しているが、面積低減凹部９３は冷媒を他の開口に流す導通機能を備えていないので、開口Ｂ-４も面積低減凹部９３の配置された閉止領域によって閉止されている。

一方、開口Ｂ-２は弁体摺接面９１から離間しているので、この非閉止領域の部分から冷媒を開口Ｂ−２に流出させることができるものである。

そして、この図１２からわかるように、弁体軸穴８５から開口Ｂ-２、Ｂ-４までの距離、言い換えれば開口Ｂ-２と開口Ｂ-４までの長さは、弁体軸穴８５から開口Ｂ-１、Ｂ-３までの距離、言い換えれば開口Ｂ-１と開口Ｂ-３までの長さに比べて短くなっている。このようにすることで冷媒導通路９２ａ、９２ｂの長さを短縮することができ、これによって弁本体８０の直径を小さくすることが可能となる。

例えば、全ての開口を弁体軸穴８５から開口Ｂ-１、Ｂ-３と同じように外側に等距離におくと、冷媒導通路９２ａ、９２ｂの長さを長くしなければならず、また冷媒導通路９２ａ、９２ｂを形成するためのシール面を形成する肉厚も必要となることから、弁本体８０の直径が大きくなる問題が生じるからである。

更に、開口Ｂ-２は両側に弁体摺接面９１（＝シール面）が位置しており、開口Ｂ−２の位置が弁体軸穴８５に近いため、この分だけ弁体摺接面９１の周接面積を低減することに寄与している。

また、弁本体８０の回転に合わせて冷媒導通路９２ａの形状は、開口Ｂ−１と開口Ｂ−２、或いは開口Ｂ−１と開口Ｂ−４を接続する形状に設定されている。同様に、冷媒導通路９２ｂの形状は、開口Ｂ−３と開口Ｂ−２、或いは開口Ｂ−３と開口Ｂ−４を接続する形状に設定されている。

次に、Ｂ−１用閉止面９４とＢ−３用閉止面９５の形状の決め方について説明するが、以下では代表してＢ−３用閉止面９５について説明する。

図１２の状態で、開口Ｂ-３の周縁と冷媒導通路９２ｂの周縁までのＢ−３用閉止面９５の機密性能（シール性能）を確保するためには、開口Ｂ-３の周縁から冷媒導通路９２ｂの周縁まで所定の長さの閉止距離（以下、シール長さという）が必要である。本実施形態では開口Ｂ-３の直径Ｄと、開口Ｂ-３の周縁から冷媒導通路９２ｂの周縁までの「シール長さＬ」から、行程能力指数ＣＰが所定の値になるＬ／Ｄを求めて、開口Ｂ-３の周縁から冷媒導通路９２ｂの周縁まで「シール長さＬ」を決めるようにしている。尚、「シール長さＬ」は開口Ｂ-３の周縁から冷媒導通路９２ｂの周縁までの最短距離にほぼ対応している。

ここで、工程能力指数ＣＰは、品質管理の分野において、ある工程の持つ工程能力を定量的に評価する指標の一つである。そして、本実施形態では工程能力指数ＣＰが約０.８以上であれば、漏れの問題が発生しないとされる値である。そして、図１３にある通りＬ/Ｄが０.４５以上あればＣＰ値が０.８以上となり、漏れに対する信頼性が充分確保できるようになる。したがって、Ｌ／Ｄ＝０．４５とした場合、開口Ｂ−３の直径Ｄが決まると、開口Ｂ-３の周縁から冷媒導通路９２ｂの周縁までの「シール長さＬ」はＬ＝０.４５×Ｄで求めることができる。

このように、開口Ｂ-３の直径Ｄと、開口Ｂ-３の周縁から冷媒導通路９２ｂの周縁までの「シール長さＬ」が求まると、開口Ｂ-３の中心を中心とする半径（Ｄ/２＋Ｌ）の円を描いて、Ｂ−３用閉止面９５の基本形状が決められている。したがって、Ｂ−３用閉止面９５は開口Ｂ-３を「シール長さＬ」をもってシールすることになる。

そして、冷媒導通路９２ｂの形状に沿った切り欠き部９７の外周縁９７ＡとＢ−３用閉止面９５の外周縁の接続部付近に肉盛り部Ｃを形成してＢ−３用閉止面９５の基本形状が補正されている。このように肉盛り部Ｃを形成することによって、弁本体８０の回転位置のずれによるシール性能の変動を抑制することができる。

更に、Ｂ−３用閉止面９５には、開口Ｂ−３を境にして切り欠き部９７とは反対側にも切り欠き部９９が形成されている。もちろん、Ｂ−１用閉止面９４にも開口Ｂ−１を境にして切り欠き部９６とは反対側にも切り欠き部９８が形成されている。これによって、更に弁体摺接面９１の摺接面積を低減することに寄与している。このようにしてＢ−３用閉止面９５及びＢ−１用閉止面９４の形状が決められるものである。

更に、このようにして求められた「シール長さＬ」は弁体摺接面の９１の外形形状を決めるのにも利用している。図１２からわかるように、Ｂ−３用閉止面９５及びＢ−１用閉止面９４以外は、冷媒導通路９２ａ、９２ｂの形状に沿って、「シール長さＬ」に近い長さの幅を有するシール領域だけを形成するように弁体摺接面９１の形状が決められている。したがって、このシール領域以外のシール面は切り欠き部９６、９７、９８、９９等のように切り欠かれて省かれている。

同様に、冷媒導通路９２ａ、９２ｂと面積低減凹部９３の間の距離も「シール長さＬ」に近い長さに決められている。したがって、本実施形態では、必要な弁体摺接面９１を残して、図９にあるような不要な弁体摺接面を省くようにしている。

このように本実施形態によれば、少なくとも、弁体摺接面に面積低減凹部、或いは面積低減凹部と切り欠き部を設けることによって、弁体摺接面の摺接面積を低減できる。これによって、電動モータに供給する電力を多くしなければ所定の動作が得られないという課題、或いは弁本体の回転動作が遅くなり円滑な冷媒切り換えができなくなるという課題、或いは弁本体が所定の位置まで回転せず冷媒切り換えそのものができなるという課題の内の１つ以上の課題を解決することが可能となるものである。

次に、本実施形態によるモード切り換え時における遷移状態での冷媒の流れについて説明する。特に、この場合は、結露抑制配管１８及び第１減圧部１５ａに冷媒を流通させる第１モードから、第１減圧部１５ａだけに冷媒を流通させる第２モードに切り替える時の結露抑制配管１８に流れる冷媒について説明する。

図１４Ａは第１モードの状態を示しており、冷媒切換弁６０の弁本体８０の冷媒導通路９２ａ、９２ｂの位置と各開口Ｂ−１〜開口Ｂ−４の相対位置は図示の通りである。以下、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄ、図１４Ｅも同様である。

この第１モードの状態では、冷媒は開口Ｂ-１から流入して結露抑制配管１８を流れ、開口Ｂ−３から冷媒導通路９２ｂを通り開口Ｂ−２から流出する。これによって、結露抑制配管１８に多くの冷媒が流れて仕切壁等の結露を抑制することができる。

更に、図１４Ａに示す第１モードから弁体８０が時計回りに回転していくと、図１４Ｂに示すように、冷媒導通路９２ａ、９２ｂの位置と各開口Ｂ−１〜開口Ｂ−４の相対位置は変化していく。図１４Ｂにおいても、弁体摺接面９１に形成した切り欠き部９９の存在によって冷媒は開口Ｂ-１から流入して結露抑制配管１８を流れ、開口Ｂ−３から冷媒導通路９２ｂを通り開口Ｂ−２から流出する。この状態で、開口Ｂ−３と冷媒導通路９２ｂ及び開口Ｂ−２はまだ導通状態である。これによって、結露抑制配管１８に冷媒が流れて仕切壁等の結露を抑制することができる。この場合は結露抑制配管１８に流れる冷媒の量は図１４Ａに比べて減少されている。

更に、図１４Ｂに示す状態から弁体８０が時計回りに回転していくと、図１４Ｃに示すように、冷媒導通路９２ａ、９２ｂの位置と各開口Ｂ−１〜開口Ｂ−４の相対位置は変化していく。図１４Ｃにおいても、弁体摺接面９１に形成した切り欠き部９９の存在によって冷媒は開口Ｂ-１から流入して結露抑制配管１８を流れ、開口Ｂ−３から冷媒導通路９２ｂを通り開口Ｂ−２から流出する。この状態で、開口Ｂ−３と冷媒導通路９２ｂ及び開口Ｂ−２は導通する面積は減少されているが、まだ導通状態である。これによって、結露抑制配管１８に冷媒が流れて仕切壁等の結露を抑制することができる。この場合は結露抑制配管１８に流れる冷媒の量は図１４Ｂに比べて更に減少されている。

更に、図１４Ｃに示す状態から弁体８０が時計回りに回転していくと、図１４Ｄに示すように、冷媒導通路９２ａ、９２ｂの位置と各開口Ｂ−１〜開口Ｂ−４の相対位置は変化していく。図１４Ｄにおいても、弁体摺接面９１に形成した切り欠き部９９の存在によって冷媒は開口Ｂ-１から流入して結露抑制配管１８を流れ、開口Ｂ−３から冷媒導通路９２ｂを通り開口Ｂ−２から流出する。この状態では、開口Ｂ-１の冷媒通過面積は更に狭くなり、また開口Ｂ−３と冷媒導通路９２ｂ及び開口Ｂ−２は導通する面積は減少されているが、まだ導通状態である。これによって、結露抑制配管１８に少量であるが冷媒が流れて仕切壁等の結露を抑制することができる。

更に、図１４Ｄに示す状態から弁体８０が時計回りに回転していくと、図１４Ｅに示すように第２モードに切り換るものである。この状態では開口Ｂ-１はＢ−１閉止面９５によって完全に閉止され、同様に開口Ｂ-３はＢ−３閉止面９６によって完全に閉止される。一方、開口Ｂ−２は弁体摺接面９１から離間するので、直接的に冷媒が開口Ｂ−２に流入する。この状態では結露抑制配管１８には冷媒が流れなくなっている。

以上の通り、本実施形態によれば第１モードから第２モードに遷移する過程でも冷媒が結露抑制配管１８に流れ続けているため、仕切壁等の結露を更に抑制できる効果がある。

以上述べた通り、本発明によれば、弁座と摺動する弁本体の摺接面に、少なくとも、冷媒を流す導通路とは別に冷媒を流す機能を有しない凹部を形成して弁座との摺接面積を低減させる構成した。これによれば、凹部によって弁本体の摺接面の摺接面積が低減されるので摺動抵抗を小さくできる。

これによって、すくなくとも、電動モータに供給する電力を多くしなければ所定の動作が得られないという課題、弁本体の回転動作が遅くなり円滑な冷媒切り換えができなくなるという課題、弁本体が所定の位置まで回転せず冷媒切り換えそのものができなるという課題の内の１つ以上の課題を解決することができる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…冷蔵庫、１２…圧縮機、１３…凝縮器、１５ａ、１５ｂ…減圧部、１６…冷媒切換弁、１７…蒸発器、１８…結露抑制配管、６０…冷媒切換弁、６６…弁ケース、６７…弁座プレート、６７ａ…第一の弁座プレート、６７ｂ…第二の弁座プレート、６８…冷媒流入管、６９ｂ…連通管、６９ｃ…連通管、６９ｄ…連通管、６９ｅ…連通管、７１…弁体軸、８０…弁本体、８１…弁体摺接面、８２ａ…弁体溝、８２ｂ…弁体溝、８２ｃ…弁体溝、８６…研磨仕上げ面、８４…ストッパ、８５…弁体軸穴、８７…凹部、８８…環状壁、８９…底面壁、９０…冷媒導通路、９１…弁体摺接面、９２a、９２b…冷媒導通路、９３…面積低減凹部、９４…Ｂ−１閉止面、９５…Ｂ-３閉止面、９６〜９９…切欠き部、Ａ…冷媒流入口Ｂ-１〜Ｂ-４…開口。

Claims (5)

1. 圧縮機からの冷媒が流入する切換弁室と、前記切換弁室に設けられ、冷凍サイクルの構成要素の一部に接続される複数の開口を有する平坦な弁座と、前記弁座と摺接する平坦な摺接面を有し、更に前記摺接面に少なくとも２つの前記開口を接続、或いは遮断する冷媒導通路を備えた弁本体と、前記弁本体を所定の位置に回転させる電動モータとを備えた冷媒切換弁において、
   前記弁本体の前記摺接面に、少なくとも、冷媒の導通機能を備えない所定形状の凹部を形成したことを特徴とする冷媒切換弁。
2. 請求項１に記載の冷媒切換弁において、
   前記開口は４個の開口であり、夫々の前記開口は前弁本体の回転中心を基準にして約９０°間隔に配置されており、
   前記弁本体の前記摺接面は、対向する一対の前記開口を閉止する一対の閉止領域と、前記一対の閉止領域が前記一対の開口を閉止した状態で、残りの一対の前記開口の一方を閉止する閉止領域と、他方の前記開口を閉止しない非閉止領域より形成されていることを特徴とする冷媒切換弁。
3. 請求項２に記載の冷媒切換弁において、
   前記一対の閉止領域が前記一対の開口を閉止した状態で、前記摺接面には、前記一対の閉止領域によって閉止された前記一対の夫々の開口と残りの前記一対の開口の間に、前記冷媒導通路が夫々配置され、更に前記夫々の冷媒導通路の間に前記所定形状の凹部が形成されていることを特徴とする冷媒切換弁。
4. 請求項３に記載の冷媒切換弁において、
   前記一対の閉止領域によって閉止される前記一対の開口の間の距離は、前記他方の一対の前記開口の間の距離より長いことを特徴とする冷媒切換弁。
5. 請求項４に記載の冷媒切換弁において、
   前記一対の閉止領域が前記一対の開口を閉止した状態で、前記冷媒導通路の周縁と前記冷媒導通路の外周側に位置する前記開口の周縁の間の最短距離にほぼ対応する長さの幅を有するシール領域を、前記一対の冷媒導通路に沿って前記一対の閉止領域以外に形成し、前記一対の閉止領域と前記シール領域によって前記摺接面を形成することを特徴とする冷媒切換弁。

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