JP2019138446A

JP2019138446A - スライド弁

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Publication number: JP2019138446A
Application number: JP2018024770A
Authority: JP
Inventors: 木船　仁志; Hitoshi Kibune; 仁志木船; 紀幸森田; Noriyuki Morita
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2019-08-22
Also published as: EP3527861A1; CN110159793A

Abstract

【課題】弁座のポートと弁体内の流路の壁面とのずれにより生じる流体の圧力損失を抑制できるスライド弁を提供する。
【解決手段】スライド弁１は、複数のポートが設けられた弁座面２１を有する弁座２０と、弁座面２１上にスライド可能に設けられた弁体３０と、を有している。弁体３０は、停止位置に応じて複数のポートのうちの２つのＥポート２３とＳポート２２とを連通するように曲がる流路を構成する。そして、弁体３０は、停止位置において、上流側のＥポート２３から流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａまでの弁座面２１上の距離Ｄ１が、下流側のＳポート２２から流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａまでの弁座面２１上の距離Ｄ２より大きくなるように配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、弁体を弁座面上でスライドさせることにより流路を切り換えるスライド弁に関する。

スライド弁は、例えば、空気調和機で使用される冷凍サイクルシステムにおいて冷媒流路の切り換えに用いられる。

従来のスライド弁の一例が特許文献１に開示されている。このスライド弁は、シリンダ状の弁本体を有している。弁本体には、その内部と連通された第１導管が設けられている。また、弁本体の内部には３つのポートが開口された弁座面を有する弁座が設けられている。弁座面の各ポートを通じて弁本体の内部と連通された第２導管、第３導管および第４導管が設けられている。スライド弁は、弁座面上にスライド可能な弁体を有している。弁体は、Ｕ字状に曲がる流路を構成し、この流路により弁座面のポートを通じて各導管を連通する。

特開２０１３−２２７９８９号公報

各導管を連通するとき、流路の壁面と下流側のポートの内周面とが段差なく連続するように弁体を配置することで、壁面に沿って流れる流体をスムーズに流動させることができる。しかしながら、公差内の最小寸法で作製された弁体がポートに覆い被さらないようにするために、流路が外側に若干広げて設けられている。そのため、流路の壁面が下流側のポートの内周面から外側に大きくずれた場合、流路の壁面と下流側のポートの内周面とに大きな段差が生じて弁座面が流路内に露出する。これにより、壁面に沿って流れる流体が弁座面に突き当たって流体の主流に大きく食い込み、主流が乱れて圧力損失が生じてしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、弁座のポートと弁体内の流路の壁面とのずれにより生じる流体の圧力損失を抑制できるスライド弁を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のスライド弁は、複数のポートが設けられた弁座面を有する弁座と、前記弁座面上にスライド可能に設けられた弁体と、を有するスライド弁であって、前記弁体は、停止位置に応じて前記複数のポートのうちの２つのポートを連通するように曲がる流路を構成し、前記停止位置において、前記２つのポートのうちの上流側のポートから前記流路の壁面の最外周部分までの前記弁座面上の距離が、前記２つのポートのうちの下流側のポートから前記流路の壁面の最外周部分までの前記弁座面上の距離より大きくなるように配置されることを特徴とする。

本発明において、前記弁体は、前記停止位置において、前記２つのポートのうちの下流側のポートから前記流路の壁面の最外周部分までの前記弁座面上の距離が０となるように配置されることが好ましい。

弁体により構成される流路は、弁座面に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通するように曲がっている。そして、流路の壁面の最外周部分が下流側のポートから外側に大きくずれた場合、流路の壁面に沿って流れる流体が弁座面に突き当たって流体の主流が乱れてしまう。一方、流路の壁面の最外周部分が上流側のポートから外側に大きくずれた場合、上流側ポートを通過した流体は流路幅が外側に広がることから乱流が生じるものの流体の主流への影響は小さい。そして、本発明によれば、弁体は、停止位置において、互いに連通される２つのポートのうちの上流側のポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離が、２つのポートのうちの下流側のポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離より大きくなるように配置される。このようにしたことから、流路の壁面の最外周部分を上流側のポートから外側に大きくずらすことにより、流路の壁面の最外周部分と下流側のポートとのずれを小さくすることができる。そのため、下流側のポート近傍において、流路の壁面に沿って流れる流体が弁座面に突き当たることにより生じる主流の乱れを抑制することができる。そのため、流体の圧力損失を効果的に抑制できる。

本発明の第１実施例に係るスライド弁を説明する図である。図１のスライド弁の弁体近傍の拡大断面図である。図１のスライド弁の弁座面の拡大図である。図１のスライド弁における流体の流れを模式的に示す図である。従来のスライド弁における流体の流れを模式的に示す図である。本発明の第２実施例に係るスライド弁の斜視図である。図６のスライド弁の縦断面図である。図７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図８のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例に係るスライド弁について図１〜図５を参照して説明する。本実施例のスライド弁は、一例として、空気調和機で使用される冷凍サイクルシステムにおいて冷媒流路の切り換えに用いられる。もちろん、このスライド弁の用途は、冷媒流路の切り換えに限られず、各種流体の流路の切り換えに用いることができる。第２実施例も同様である。

図１は、本発明の第１実施例に係るスライド弁を説明する図であって、一部を断面図で示している。図２は、図１のスライド弁の弁体近傍の拡大断面図である。図２において、一点鎖線で示す矢印は流体（冷媒）の流動方向を模式的に示す。図３は、図１のスライド弁の弁座面の拡大図である。図３において、線Ｌは各ポートの中心を通る。図４は、図１のスライド弁における流体の流れを模式的に示す図である。図４（ａ）は上流側のポート近傍を示し、図４（ｂ）は下流側のポート近傍を示している。図５は、従来のスライド弁における流体の流れを模式的に示す図である。図５（ａ）は上流側のポート近傍を示し、図５（ｂ）は下流側のポート近傍を示している。図４および図５において、実線で示す矢印は流体の流れを模式的に示している。本実施例の説明において、「上下」は、図１、図２、図４および図５の上下方向に一致する。

本実施例のスライド弁１は、弁体が直線的にスライドされる四方切換弁である。図１〜図３に示すように、スライド弁１は、弁本体１０と、弁座２０と、弁体３０と、ピストン部４０と、パイロット部５０と、を有している。

弁本体１０は、円筒形状を有している。弁本体１０の周壁部１１には開口部１２が設けられている。開口部１２には、第１導管６１が嵌められており、第１導管６１と弁本体１０の内部とが連通されている。第１導管６１は、図示しない圧縮機の吐出部に接続されており、高温高圧の冷媒が流れる。

弁座２０は、弁本体１０の内部に配置されている。弁座２０は、開口部１２側を向く弁座面２１を有している。弁座面２１には、円形の開口部であるＳポート２２、Ｅポート２３およびＣポート２４が設けられている。Ｓポート２２、Ｅポート２３およびＣポート２４には、弁本体１０の周壁部１１を貫通する第２導管６２、第３導管６３および第４導管６４が連通されている。第２導管６２は、図示しない圧縮機の吸込部に接続されている。第３導管６３は、図示しない熱交換器に接続されている。第４導管６４は、図示しない熱交換器に接続されている。

弁体３０は、ドーム形状を有しており、図１の左右方向にスライド可能なように弁座面２１上に設けられている。

弁体３０の内側の壁面３２は弁座面２１とともにＵ字状に曲がる流路３１を構成している。流路３１は、全体にわたって、流動方向に直交する断面の形状が略半円形状または略半楕円形状となる。なお、弁体３０の内側に管状の流路を設けて、弁体３０だけで流路を構成してもよい。弁体３０の内側の壁面３２は、流路３１の壁面３２でもある。

弁体３０は、図１〜図４に示す第１の停止位置（例えば、冷房運転時の停止位置）および図示しない第２の停止位置（例えば、暖房運転時の停止位置）を有している。弁体３０は、弁座面２１上でスライドされ、第１の停止位置および第２の停止位置に位置づけられる。流路３１は、停止位置に応じて、弁座面に開口した複数のポートのうちの２つのポートを連通する。

弁体３０は、第１の停止位置において、流路３１によりＥポート２３とＳポート２２との２つのポートを連通する。弁体３０は、第２の停止位置において、流路３１によりＣポート２４とＳポート２２との２つのポートを連通する。

ピストン部４０は、第１ピストン４１と、第２ピストン４２と、これらを連結する連結部材４３と、を有している。第１ピストン４１は、弁本体１０の一方の端部（図１の左端部）に設けられたエンドカバー１３と弁体３０との間に配置され、エンドカバー１３との間に作動室４５を形成する。第２ピストン４２は、弁本体１０の他方の端部（図１の右端部）に設けられたエンドカバー１４と弁体３０との間に配置され、エンドカバー１４との間に作動室４６を形成する。連結部材４３は、弁体３０が共に移動するように弁体３０に接続されている。

パイロット部５０は、作動室４５および作動室４６と、第１導管６１および第２導管６２との接続を切り換えて、作動室４５および作動室４６内の冷媒圧力を制御する。これにより、作動室４５および作動室４６内の冷媒圧力の差によってピストン部４０をいずれか一方の側へ移動させる。ピストン部４０の移動に伴って、連結部材４３と接続された弁体３０が弁座面２１上でスライドされ、第１の停止位置または第２の停止位置に位置づけられる。

弁体３０が第１の停止位置にあるとき、圧縮機の吐出部から吐出された冷媒は、第１導管６１から弁本体１０内に流入し、弁体３０の外部を通ってＣポート２４から第４導管６４へ流れ込む。そして、冷媒は、第４導管６４から熱交換器を通過して第３導管６３に流れ、Ｅポート２３、流路３１およびＳポート２２を順に通って第２導管６２へ流れ込み、圧縮機の吸込部へもどる。

弁体３０が第２の停止位置にあるとき、圧縮機の吐出部から吐出された冷媒は、第１導管６１から弁本体１０内に流入し、弁体３０の外部を通ってＥポート２３から第３導管６３へ流れ込む。そして、冷媒は、第３導管６３から熱交換器を通過して第４導管６４に流れ、Ｃポート２４、流路３１およびＳポート２２を順に通って第２導管６２へ流れ込み、圧縮機の吸込部へもどる。

弁体３０は、第１の停止位置において、上流側のＥポート２３から流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａまでの弁座面２１上の距離Ｄ１が、下流側のＳポート２２から流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａまでの弁座面２１上の距離Ｄ２より大きくなるように配置される。なお、流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａとは、Ｕ字状に曲がる流路３１を構成する壁面３２における最も外側をまわる部分のことをいう。

弁体３０は、図示しない第２の停止位置においても同様に、上流側のＣポート２４から流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａまでの弁座面２１上の距離Ｄ３が、下流側のＳポート２２から流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａまでの弁座面２１上の距離Ｄ４より大きくなるように配置される。距離Ｄ２および距離Ｄ４は、０となることが好ましい。

次に、上述した距離Ｄ１、Ｄ２の大小関係と冷媒の主流の乱れとの関係を、図４および図５を参照して説明する。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の停止位置において、上述した距離Ｄ１が距離Ｄ２より大きくなるように弁体３０を配置した場合、上流側のＥポート２３と壁面３２の最外周部分３２ａとのずれが比較的大きくなり、Ｅポート２３付近で流路３１が外側に広がる。これにより、Ｅポート２３を通過した冷媒に乱流が生じるものの、冷媒の主流に食い込むような流れは生じない（図４（ａ）において一点鎖線で囲んだ箇所）。また、下流側のＳポート２２と壁面３２の最外周部分３２ａとのずれが比較的小さくなり、壁面３２に沿って流れる冷媒をスムーズに流動させることができる。これにより、冷媒の圧力損失を抑制できる。

一方、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の停止位置において、上述した距離Ｄ１が距離Ｄ２より小さくなるように弁体３０を配置した場合、上流側のＥポート２３と壁面３２の最外周部分３２ａとのずれが比較的小さくなり、Ｅポート２３から流路３１へ冷媒をスムーズに流動させることができる。しかしながら、下流側のＳポート２２と壁面３２の最外周部分３２ａとのずれが比較的大きくなり、弁座面２１が流路３１内に大きく露出する。そのため、壁面３２に沿って流れる冷媒が弁座面２１に突き当たって冷媒の主流に大きく食い込み、冷媒の主流を乱してしまう（図５（ｂ）において一点鎖線で囲んだ箇所）。これにより、冷媒の圧力損失が生じる。

以上より、本実施例のスライド弁１によれば、弁体３０は、第１の停止位置において、互いに連通される２つのポート（Ｅポート２３およびＳポート２２）のうちの上流側のＥポート２３から流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａまでの弁座面２１上の距離Ｄ１が、下流側のＳポート２２から流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａまでの弁座面２１上の距離Ｄ２より大きくなるように配置される。このようにしたことから、流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａを上流側のＥポート２３から外側に大きくずらすことにより、流路３１の壁面３２の最外周部分３２ａと下流側のＳポート２２とのずれを小さくすることができる。そのため、下流側のＳポート２２近傍において、流路３１の壁面３２に沿って流れる冷媒が弁座面２１に突き当たることにより生じる主流の乱れを抑制することができる。そのため、冷媒の圧力損失を効果的に抑制できる。第２の停止位置において、Ｃポート２４およびＳポート２２ならびに流路３１に係る距離Ｄ３、Ｄ４についても同様である。

（第２実施例）
以下、本発明の第２実施例に係るスライド弁について図６〜図９を参照して説明する。

図６は、本発明の第２実施例に係るスライド弁の斜視図である。図７は、図６のスライド弁の縦断面図である。図８は、図７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図８（ａ）は、第２実施例のスライド弁において弁体が第１の停止位置にある状態を示し、図８（ｂ）は、弁体が第２の停止位置にある状態を示す。図９は、図８のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図であり、図６のスライド弁の弁体近傍を示す。図９において、一点鎖線で示す矢印は流体（冷媒）の流動方向を模式的に示す。本実施例の説明において、「上下」は、図６、図７および図９の上下方向に一致する。

本実施例のスライド弁２は、平面視略扇形の弁体が円弧方向にスライドされるロータリー式の流路切換弁である。図６および図７に示すように、スライド弁２は、弁本体１１０と、弁座１２０と、弁体１３０と、弁体駆動部１４０と、を有している。

弁本体１１０は、円筒形状を有している。弁本体１１０の上端開口を塞ぐように弁体駆動部１４０が設けられている。弁体駆動部１４０の駆動軸１４１は、弁体１３０の扇形状の要（かなめ）に相当する箇所に取り付けられている。弁本体１１０の下端開口を塞ぐように弁座１２０が設けられている。弁座１２０は上方を向く弁座面１２１を有している。図８に示すように、弁座面１２１には、円形の開口部であるＤポート１２５、Ｓポート１２２、Ｅポート１２３およびＣポート１２４が設けられている。

Ｄポート１２５、Ｓポート１２２、Ｅポート１２３およびＣポート１２４には、第１導管１６１、第２導管１６２、第３導管１６３および第４導管１６４が連通されている。第１導管１６１は、図示しない圧縮機の吐出部に接続されており、高温高圧の冷媒が流れる。第２導管１６２は、図示しない圧縮機の吸込部に接続されている。第３導管１６３は、図示しない熱交換器に接続されている。第４導管１６４は、図示しない熱交換器に接続されている。

弁体１３０は、平面視略扇形の柱形状を有しており、扇形状の要（かなめ）に相当する箇所を回転軸Ｏとして円弧方向にスライド可能なように弁座面１２１上に設けられている。

弁体１３０の内側の壁面１３２は弁座面１２１とともにＵ字状に曲がる流路１３１を構成している（図９）。流路１３１は、全体にわたって、流動方向に直交する断面の形状が略半円形状または略半楕円形状となる。なお、弁体１３０の内側に管状の流路を設けて、弁体１３０だけで流路を構成してもよい。弁体１３０の内側の壁面１３２は、流路１３１の壁面１３２でもある。

弁体１３０は、図８（ａ）および図９に示す第１の停止位置（例えば、冷房運転時の停止位置）ならびに図８（ｂ）に示す第２の停止位置（例えば、暖房運転時の停止位置）を有している。弁体１３０は、弁体駆動部１４０により回転され、弁座面１２１上でスライドされて、第１の停止位置および第２の停止位置に位置づけられる。流路１３１は、停止位置に応じて、弁座面１２１に開口した複数のポートのうちの２つのポートを連通する。

弁体１３０は、第１の停止位置において、流路１３１によりＥポート１２３とＳポート１２２との２つのポートを連通する。弁体１３０は、第２の停止位置において、流路１３１によりＣポート１２４とＳポート１２２との２つのポートを連通する。

弁体１３０が、第１の停止位置および第２の停止位置にあるときの冷媒の流れは第１実施例と同様である。

弁体１３０は、第１の停止位置において、上流側のＥポート１２３から流路１３１の壁面１３２の最外周部分１３２ａまでの弁座面１２１上の距離Ｄ５が、下流側のＳポート１２２から流路１３１の壁面１３２の最外周部分１３２ａまでの弁座面１２１上の距離Ｄ６より大きくなるように配置される。なお、流路１３１の壁面１３２の最外周部分１３２ａとは、Ｕ字状に曲がる流路１３１を構成する壁面１３２における最も外側をまわる部分のことをいう。なお、図９において、距離Ｄ５および距離Ｄ６は、図８のＢ−Ｂ線の矢印方向から見た状態を示している。

弁体１３０は、第２の停止位置においても同様に、上流側のＣポート１２４から流路１３１の壁面１３２の最外周部分１３２ａまでの弁座面２１上の距離Ｄ７が、下流側のＳポート１２２から流路１３１の壁面１３２の最外周部分１３２ａまでの弁座面１２１上の距離Ｄ８より大きくなるように配置される。距離Ｄ６および距離Ｄ８は、０となることが好ましい。

上述した距離Ｄ５、Ｄ６および距離Ｄ７、Ｄ８の大小関係と冷媒の主流の乱れとの関係は、第１実施例において説明した距離Ｄ１、Ｄ２の大小関係と冷媒の主流の乱れとの関係と同様である。

つまり、第１の停止位置において、上述した距離Ｄ５が距離Ｄ６より大きくなるように弁体１３０を配置した場合、上流側のＥポート１２３と壁面１３２の最外周部分１３２ａとのずれが比較的大きくなり、Ｅポート１２３付近で流路１３１が外側に広がる。これにより、Ｅポート１２３を通過した冷媒に乱流が生じるものの、冷媒の主流に食い込むような流れは生じない。また、下流側のＳポート１２２と壁面１３２の最外周部分１３２ａとのずれが比較的小さくなり、壁面１３２に沿って流れる冷媒をスムーズに流動させることができる。これにより、冷媒の圧力損失を抑制できる。第２の停止位置において、Ｃポート１２４およびＳポート１２２ならびに流路１３１に係る距離Ｄ７、Ｄ８についても同様である。

第２実施例においても、第１実施例と同様の効果を奏する。

上記第１実施例および第２実施例では、本発明を四方切換弁に適用した構成を説明したが、これに限定されるものではない。本発明の目的に反しない限り、六方切換弁などの各種スライド弁に適用可能である。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本発明の範囲に含まれる。

（第１実施例）
１…スライド弁、１０…弁本体、１１…周壁部、１２…開口部、１３、１４…エンドカバー、２０…弁座、２１…弁座面、２２…Ｓポート、２３…Ｅポート、２４…Ｃポート、３０…弁体、３１…流路、３２…壁面、３２ａ…最外周部分、４０…ピストン部、４１…第１ピストン、４２…第２ピストン、４３…連結部材、４５、４６…作動室、５０…パイロット部、６１…第１導管、６２…第２導管、６３…第３導管、６４…第４導管、Ｄ１…弁体が第１の停止位置にあるときのＥポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離、Ｄ２…弁体が第１の停止位置にあるときのＳポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離、Ｄ３…弁体が第２の停止位置にあるときのＣポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離、Ｄ４…弁体が第２の停止位置にあるときのＳポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離
（第２実施例）
２…スライド弁、１１０…弁本体、１２０…弁座、１２１…弁座面、１２２…Ｓポート、１２３…Ｅポート、１２４…Ｃポート、１２５…Ｄポート、１３０…弁体、１３１…流路、１３２…壁面、１３２ａ…最外周部分、１４０…弁体駆動部、１６１…第１導管、１６２…第２導管、１６３…第３導管、１６４…第４導管、Ｄ５…弁体が第１の停止位置にあるときのＥポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離、Ｄ６…弁体が第１の停止位置にあるときのＳポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離、Ｄ７…弁体が第２の停止位置にあるときのＣポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離、Ｄ８…弁体が第２の停止位置にあるときのＳポートから流路の壁面の最外周部分までの弁座面上の距離

Claims

複数のポートが設けられた弁座面を有する弁座と、前記弁座面上にスライド可能に設けられた弁体と、を有するスライド弁であって、
前記弁体は、停止位置に応じて前記複数のポートのうちの２つのポートを連通するように曲がる流路を構成し、前記停止位置において、前記２つのポートのうちの上流側のポートから前記流路の壁面の最外周部分までの前記弁座面上の距離が、前記２つのポートのうちの下流側のポートから前記流路の壁面の最外周部分までの前記弁座面上の距離より大きくなるように配置されることを特徴とするスライド弁。
前記弁体は、前記停止位置において、前記２つのポートのうちの下流側のポートから前記流路の壁面の最外周部分までの前記弁座面上の距離が０となるように配置されることを特徴とする請求項１に記載のスライド弁。