JP2021089023A - スライド式切換弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

スライド式切換弁及び冷凍サイクルシステム Download PDF

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【課題】円筒部とその両端のキャップ部とにより弁ハウジングを構成するスライド式切換弁を改良し、円筒部とキャップ部との取り付け部の耐圧性を向上させる。【解決手段】スライド式切換弁において、弁ハウジング1を、軸線Xを中心線とする円筒状の円筒部11と円筒部11の両端をそれぞれ封止するキャップ部12とで構成する。円筒部11とキャップ部12とは、相互に対向する円環状で軸線Xと直交する円環端面111,121をそれぞれ有するとともに、円筒部11の円環端面111の軸線X側に雌ねじ部11aを形成し、キャプ部12の円環端面121の軸線X側に雄ねじ部12bを形成する。雌ねじ部11aと雄ねじ部12bとを螺合させるとともに、円環端面111,121の突き合わせ部の外周を溶接する。【選択図】図3

Description

本発明は、ヒートポンプ式の冷凍サイクルシステム等の冷媒の流路を切り換えるスライド式切換弁及び冷凍サイクルシステムに関する。
従来、この種のスライド式切換弁として、例えば特開2011−241870号公報(特許文献1)に開示されたものがある。このスライド式切換弁は、シリンダ状の弁ハウジングを有し、この弁ハウジング内に往復移動する一対のピストンが収容され、これらピストンにより、その内側に主弁室を画定するとともに、その両外側(左右)に副弁室を画定している。また、ピストンの間には弁体を保持する連結板が架設されている。そして、両外側(左右)の副弁室の差圧で移動するピストン及び連結板により、弁体を弁座上で摺動させ、流体の流路を切り換えるものである。
特開2011−241870号公報
特許文献1のものは、弁ハウジングを構成するために、円筒部の両端にキャップ部を溶接等により取り付けるようにしてる。この溶接の場合、耐圧強度は溶接の溶け込み量により確保されるが、溶け込み量は溶接機の性能に依存し、例えば流体が二酸化炭素冷媒のように高圧となる場合、この高圧冷媒の圧力に耐え得るような溶け込み量を実現するのは困難である。すなわち、単に溶接するだけでは、耐圧性という点で改良の余地がある。
本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、円筒部とその両端のキャップ部とにより弁ハウジングを構成するスライド式切換弁を改良し、円筒部とキャップ部との取り付け部の耐圧性を向上させたスライド式切換弁及び冷凍サイクルシステムを提供することを課題とする。
本発明のスライド式切換弁は、筒状の弁ハウジング内にピストンが収容されるとともに、前記ピストンにより前記弁ハウジング内が主弁室と該主弁室の両外側(左右)の副弁室とに画定され、該両外側(左右)の副弁室の差圧により前記ピストンを移動して、該ピストンに連結された連結板及び弁体を移動して、弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流路を切り換えるようにしたスライド式切換弁であって、前記弁ハウジングが、該弁ハウジングの軸線を中心線とする円筒状の円筒部と、該円筒部の前記弁体の移動方向の両端をそれぞれ封止するキャップ部とで構成され、前記円筒部と前記キャップ部とは、相互に対向する円環状で前記軸線と直交する円環端面をそれぞれ有するとともに、前記円筒部と前記キャップ部とは、一方に前記円環端面の前記軸線側に該軸線を中心として設けられた雌ねじ部を、他方に前記円環端面の前記軸線側に該軸線を中心として設けられた雄ねじ部を有し、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが螺合され、前記円環端面が当接されるとともに、前記円環端面の突き合わせ部の全周が溶接されて、前記円筒部と前記キャップ部とが固定されていることを特徴とする。
この際、前記キャップ部内の前記副弁室に圧力を導入する圧力導入管が、前記軸線と直交する方向で前記弁ハウジングに接続されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。
さらに、前記圧力導入管は、前記弁ハウジングの前記円筒部に前記軸線と直交する方向に設けられた外側圧力導入路に接続され、前記外側圧力導入路の軸線側の端部は、前記円筒部と前記キャップ部との間に円周状に形成された圧力導入溝に開口し、前記圧力導入溝は、前記キャップまたは前記円筒部に設けられた内側圧力導入路を介して前記副弁室に連通されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。
また、前記キャップ部に前記雄ねじ部が形成されるとともに、該雄ねじ部が前記円筒部内に挿通されて、当該雄ねじ部の端部が前記ピストンに対するストッパ部を構成していることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。
また、前記キャップ部に前記雌ねじ部が形成されるとともに、該雌ねじ部より軸線方向奥側に前記ピストンに対するストッパ部となる段差部が設けられていることを特徴とするスライド式切換弁でも良い。
さらに、前記キャップ部に前記雌ねじ部が形成されるとともに、前記キャップ部の前記雌ねじ部より内周に円環状のストッパ部材が別体に設けられ、該円環状のストッパ部材の外周に円周状の圧力導入溝が形成されるとともに該圧力導入溝と前記副弁室を連通する内側圧力導入路が設けられ、かつ、前記圧力導入溝には前記弁ハウジングの前記円筒部に設けられた外側圧力導入路が開口していることを特徴とするスライド式切換弁でも良い。
本発明の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、流路切換弁とを含む冷凍サイクルシステムであって、前記スライド式切換が、前記流路切換弁として用いられていることを特徴とする。
本発明のスライド式切換弁によれば、弁ハウジングを構成する円筒部とキャップ部とが、溶接に加えて雌ねじ部と雄ねじ部との螺合により固定されているので、弁ハウジングが溶接により密閉されるとともに、雌ねじ部と雄ねじ部との螺合により堅牢に固定され、円筒部とキャップ部との取り付け部の耐圧性が向上する。
また、本発明の冷凍サイクルシステムによれば、耐久性が向上したスライド式切換弁を用いているので、信頼性の高いシステムが実現する。
本発明の実施形態のスライド式切換弁の縦断面図である。 実施形態のスライド式切換弁及び冷凍サイクルシステムを示す図である。 実施形態のスライド式切換弁の第1実施例を示す要部拡大断面図である。 実施形態のスライド式切換弁の第2実施例を示す要部拡大断面図である。 実施形態のスライド式切換弁の第3実施例を示す要部拡大断面図である。 実施形態のスライド式切換弁の第4実施例を示す要部拡大断面図である。 実施形態のスライド式切換弁の第5実施例を示す要部拡大断面図である。
次に、本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態のスライド式切換弁の縦断面図、図2は実施形態のスライド式切換弁及び冷凍サイクルシステムを示す図である。なお、この図1及び図2では後述の第1実施例の構造を図示してある。図1に示すように、この実施形態のスライド式切換弁10は、弁ハウジング1内に、弁座2、一対のピストン3,3、連結板4、弁体5を備えている。
弁ハウジング1は円筒形状の円筒部11と2つのキャップ部12,12とで構成されている。キャップ部12,12はそれぞれ円筒部11の端部を塞ぐように円筒部11に取り付けられている。また、円筒部11及びキャップ部12,12の中心軸が弁ハウジング1の軸線Xとなっている。弁座2は円筒部11内の中間部に配設され、円筒部11の中間部の弁座2と対向する位置には、円筒部11内に開口するD継手管13dが取り付けられている。また、弁座2には、弁ハウジング1の軸線X方向に一直線上に並んでE継手管13e、S継手管13s、C継手管13cが取り付けられている。
一対のピストン3,3は互いに対向配置され、それぞれが、固定円板31とストッパ板32とにより、ばね33とパッキン34を挟持しており、このピストン3,3はパッキン34を円筒部11の内周面に押圧しながら往復移動可能となっている。これにより、弁ハウジング1の内部は、2つのピストン3,3により、中央部の主弁室11Aと主弁室11Aの両側の2つの副弁室12A,12Aとに仕切られている。連結板4は金属板からなり、この連結板4は、弁ハウジング1の軸線X上に配置されるようにピストン3,3の間に架設されるとともに、その中央に弁体5を保持している。そして、弁体5は、ピストン3,3が移動すると連結板4に連動して弁座2上を摺動し、予め定められた左右の位置で停止する。
弁体5には膨出部51の内側に椀状凹部51Aが形成されている。そして、弁体5は、図1の左側の端部位置において、S継手管13sとE継手管13eとを椀状凹部51Aにより導通する。このとき、C継手管13cは主弁室11A内で主に透孔4cを介してD継手管13dに導通する。また、弁体5は、図1の右側の端部位置において、S継手管13sとC継手管13cとを椀状凹部51Aにより導通する。このとき、E継手管13eは主弁室11A内で主に透孔4bを介してD継手管13dに導通する。
図2に示すように、実施形態の冷凍サイクルシステムにおいて、D継手管13dは圧縮機30の吐出口に接続され、S継手管13sは圧縮機30の吸入口に接続されている。C継手管13cは室外機40に接続され、E継手管13eは室内機50に接続されている。室外機40と室内機50は絞り装置60を介して接続されている。このC継手管13cから室外機40、絞り装置60、室内機50及びE継手管13eからなる経路と、S継手管13sから圧縮機30及びD継手管13dからなる経路とにより、冷凍サイクルシステムが構成されている。
パイロット弁20はスライド式切換弁10に接続されている。パイロット弁20は、例えばスライド式切換弁10と同様な構造であり、電磁アクチュエータ等により弁体を移動して流路を切り換える。そして、このパイロット弁20は、スライド式切換弁10のS継手管13sに連通する導管の接続先を、スライド式切換弁10の左側の副弁室12Aに連通する圧力導入管14Lと、右側の副弁室12Aに連通する圧力導入管14Rとで切り換え、これと同時にスライド式切換弁10のD継手管13dに連通する導管の接続先を圧力導入管14Rと圧力導入管14Lとで切り換える。これにより、減圧された副弁室12Aの圧力と反対側の副弁室12Aの圧力との圧力差により、ピストン3、連結板4及び弁体5が移動され、この弁体5の位置が切り換えられて冷凍サイクルシステムの流路が切り換えられる。
以上の構成により、圧縮機30で圧縮された高圧の冷媒はD継手管13dから主弁室11A内に流入し、図2の冷房運転の状態では、高圧冷媒はC継手管13cから室外機40に流入される。また、弁体5を切り換えた暖房運転の状態では、高圧冷媒はE継手管13eから室内機50に流入される。すなわち、冷房運転時には、圧縮機30から吐出される冷媒はC継手管13c→室外機40→絞り装置60→室内機50→E継手管13aと循環し、室外機40が凝縮器(コンデンサ)、室内機50が蒸発器(エバポレータ)として機能し、冷房がなされる。また、暖房運転時には冷媒は逆に循環され、室内機50が凝縮器、室外機40が蒸発器として機能し、暖房がなされる。
次に、弁ハウジング1の円筒部11とキャップ部12との固定構造及び圧力導入管の実施例について、その要部拡大断面図により説明する。なお、以下の各実施例において同様な部材及び要素には同符号を付記する。図3は第1実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、図3(B)は図3(A)のPの部分の拡大図である。円筒部11には、キャップ部12側の端部に円環状で軸線Xと直交する円環端面111が形成され、キャップ部12には、円筒部11側の端部に円環状で軸線Xと直交する円環端面121が形成されている。また、円筒部11には、円環端面111の軸線X側に軸線Xを中心として設けられた雌ねじ部11aが形成され、キャップ部12には、円環端面121の軸線X側に軸線Xを中心として設けられた雄ねじ部12bが形成されている。
円筒部11の雌ねじ部11aとキャップ部12の雄ねじ部12bとは螺合され、両者の円環端面111,121が相互に対向するとともに互いに当接されている。そして、円環端面111,121の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部11とキャップ部12とが固定されている。溶接個所には溶融固化層Wが形成されている。また、キャップ部12の雄ねじ部12bの円筒部11側の端部は、ピストン3のストッパ板32に当接するストッパ部Sとなっている。さらに、この第1実施例では、キャップ部12の中央すなわち軸線X上において、圧力導入路12cが形成されるとともにキャップ部12の外側から軸線X上の圧力導入路12cに圧力導入管14R(14L)が接続されている。
図4は第2実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、図4(B)は図4(A)のPの部分の拡大図である。キャップ部12には、円筒部11側の端部に円環状で軸線Xと直交する円環端面122が形成され、円筒部11には、キャップ部12側の端部に円環状で軸線Xと直交する円環端面112が形成されている。また、キャップ部12には、円環端面122の軸線X側に軸線Xを中心として設けられた雌ねじ部12aが形成され、円筒部11には、円環端面112の軸線X側に軸線Xを中心として設けられた雄ねじ部11bが形成されている。雌ねじ部12aと雄ねじ部11bとは螺合され、両者の円環端面122,112が相互に対向するとともに互いに当接されている。そして、円環端面122,112の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部11とキャップ部12とが固定されている。なお、この第2実施例でも第1実施例と同様にキャップ部12の中央において、圧力導入路12cが形成されるとともに圧力導入管14R(14L)が接続されている。また、キャップ部12の雌ねじ部12aより軸線X方向奥側に、軸線X側に延伸する段差部が設けられ、この段差部はピストン3のストッパ板32に当接するストッパ部Sとなっている。
図5は第3実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、この第3実施例の円筒部11とキャップ部12との固定構造は第1実施例と同様であり、円筒部11の円環端面111とキャップ部12の円環端面121とを当接させて、円筒部11の雌ねじ部11aとキャップ部12の雄ねじ部12bとが螺合されている。また、円環端面111,121の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部11とキャップ部12とが固定されている。また、キャップ部12の雄ねじ部12bの円筒部11側の端部は、ピストン3のストッパ板32に当接するストッパ部Sとなっている。
この第3実施例では、キャップ部12の雄ねじ部12bに隣接した部分の軸線X周りの4カ所に軸線Xと直交する内側圧力導入路12cが形成されるとともに、雄ねじ部12bの円環端面121側に隣接する外周の内側圧力導入路12cと交差する位置に円周状の溝を設け、この凹溝と円筒部11の内周により全周に圧力導入溝12dが形成されている。また、円筒部11の雌ねじ部11aの部分の1カ所には圧力導入溝12dに連通し、軸線Xと直交する外側圧力導入路11cが形成され、この外側圧力導入路11cに、キャップ部12内の副弁室12Aに圧力を導入する圧力導入管14R(14L)が接続されている。これにより、圧力導入管14Rは、軸線Xと直交する方向で弁ハウジング1に接続され、パイロット弁20の圧力は、圧力導入管14R(14L)、外側圧力導入路11c、圧力導入溝12d、内側圧力導入路12cを経由して副弁室12Aに導入される。このように圧力導入管14Rが軸線Xと直交方向に配置されているので、第1実施例の圧力導入管がキャップ部の外側から軸線X上の圧力導入路に接続されるのに比べて圧力導入管を含む切換弁全体の軸線X方向の長さを小さくできる。
ここで、キャップ部12に外側圧力導入路を設けたとすると、キャップ部12を円筒部11にねじ結合した際に外側圧力導入路の回転位置が一定の位置とならず、圧力導入管の接続に支障をきたす。よって図5のように、円筒部11の外側圧力導入路11cを形成してここに圧力導入管14R(14L)を接続するようにしたのは、圧力導入管の接続位置を常に一定の位置とするためである。また、円筒部11の外側圧力導入路11cとキャップ部12の内側圧力導入路12cの間に円周状の圧力導入溝12dを形成したのは、上記と同様にキャップ部12の内側圧力導入路12cの回転位置が一定の位置にならなくとも円周状の圧力導入溝12dに内側圧力導入路12cの一端が開口することで、副弁室に圧力導入が可能となる連通路を形成できるようにしたものである。尚、ここでは内側圧力導入路12cを4カ所としたが、内側圧力導入路12cの合計の流路断面積が、外側圧力導入路11cの流路断面積以上であれば1カ所あるいは複数カ所としてもよい。
図6は第4実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、この第4実施例の円筒部11とキャップ部12との固定構造、ストッパ部Sは第3実施例と同様であり、円筒部11の円環端面111とキャップ部12の円環端面121とを当接させて、円筒部11の雌ねじ部11aとキャップ部12の雄ねじ部12bとが螺合されている。また、円環端面111,121の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部11とキャップ部12とが固定されている。さらに、キャップ部12の雄ねじ部12bの円筒部11側の端部は、ピストン3のストッパ板32に当接するストッパ部Sとなっている。この第4実施例は第3実施例の変形例であり、内側圧力導入路12c′と圧力導入溝12d′、外側圧力導入路11c′を雄ねじ部12bに隣接するストッパ部S側に形成した点である。これにより、第3実施例よりもキャップ部12の厚みが小さくなっている。
図7は第5実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、この第5実施例の円筒部11とキャップ部12との固定構造は第2実施例と同様であり、円筒部11の円環端面112とキャップ部12の円環端面122とを当接させて、円筒部11の雄ねじ部11bとキャップ部12の雌ねじ部12aとが螺合されている。また、円環端面112,122の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部11とキャップ部12とが固定されている。この第5実施例では、円環状のストッパ部材12′を円筒部11の内周側かつキャップ部材12Aの内側にキャップ部材12Aとは別体に配設したものであり、このストッパ部材12′の円筒部11側の端部が、ピストン3のストッパ板32に当接するストッパ部S′となっている。また、この第5実施例では第4実施例と同様な内側圧力導入路12c′と圧力導入溝12d′をストッパ部材12′に形成して、円筒部11の端部の外側圧力導入路11c′に圧力導入管14R(14L)が軸線Xと直交方向に接続配置されている。
以上の各実施例のように、弁ハウジング1を構成する円筒部11とキャップ部12とが、溶接に加えて雌ねじ部11a(または12a)と雄ねじ部12b(または11b)との螺合により固定されている。したがって、弁ハウジング1が溶接により密閉されるとともに、雌ねじ部と雄ねじ部との螺合により堅牢に固定され、円筒部11とキャップ部12との取り付け部の耐圧性が向上する。
さらに、上記の効果に加えて、パイロット弁20からの副弁室12Aへの圧力導入管14R,14Lを弁ハウジング20の軸線Xと直交方向に配置することで、切換弁全体の軸線X方向の長さを小さくできる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
1 弁ハウジング
11 円筒部
111 円環端面
11A 主弁室
111 円環端面
11a 雌ねじ部
11b 雄ねじ部
12 キャップ部
12A 副弁室
121 円環端面
12a 雌ねじ部
12b 雄ねじ部
13e E継手管
13s S継手管
13c C継手管
13d D継手管
2 弁座
3 ピストン
4 連結板
5 弁体
X 軸線
10 スライド式切換弁
20 パイロット弁
30 圧縮機
40 室外機
50 室内機
60 絞り装置

Claims (7)

  1. 筒状の弁ハウジング内にピストンが収容されるとともに、前記ピストンにより前記弁ハウジング内が主弁室と該主弁室の両外側の副弁室とに画定され、該両外側の副弁室の差圧により前記ピストンを移動して、該ピストンに連結された連結板及び弁体を移動して、弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流路を切り換えるようにしたスライド式切換弁であって、
    前記弁ハウジングが、該弁ハウジングの軸線を中心線とする円筒状の円筒部と、該円筒部の前記弁体の移動方向の両端をそれぞれ封止するキャップ部とで構成され、
    前記円筒部と前記キャップ部とは、相互に対向する円環状で前記軸線と直交する円環端面をそれぞれ有するとともに、前記円筒部と前記キャップ部とは、一方に前記円環端面の前記軸線側に該軸線を中心として設けられた雌ねじ部を、他方に前記円環端面の前記軸線側に該軸線を中心として設けられた雄ねじ部を有し、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが螺合され、前記円環端面が当接されるとともに、前記円環端面の突き合わせ部の全周が溶接されて、前記円筒部と前記キャップ部とが固定されていることを特徴とするスライド式切換弁。
  2. 前記キャップ部内の前記副弁室に圧力を導入する圧力導入管が、前記軸線と直交する方向で前記弁ハウジングに接続されていることを特徴とする請求項1に記載のスライド式切換弁。
  3. 前記圧力導入管は、前記弁ハウジングの前記円筒部に前記軸線と直交する方向に設けられた外側圧力導入路に接続され、前記外側圧力導入路の軸線側の端部は、前記円筒部と前記キャップ部との間に円周状に形成された圧力導入溝に開口し、前記圧力導入溝は、前記キャップまたは前記円筒部に設けられた内側圧力導入路を介して前記副弁室に連通されていることを特徴とする請求項1または2に記載のスライド式切換弁。
  4. 前記キャップ部に前記雄ねじ部が形成されるとともに、該雄ねじ部が前記円筒部内に挿通されて、当該雄ねじ部の端部が前記ピストンに対するストッパ部を構成していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のスライド式切換弁。
  5. 前記キャップ部に前記雌ねじ部が形成されるとともに、該雌ねじ部より軸線方向奥側に前記ピストンに対するストッパ部となる段差部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のスライド式切換弁。
  6. 前記キャップ部に前記雌ねじ部が形成されるとともに、前記円筒部の内周側かつキャップ部材の内側に円環状のストッパ部材が別体に設けられ、該円環状のストッパ部材の外周に円周状の圧力導入溝が形成されるとともに該圧力導入溝と前記副弁室を連通する内側圧力導入路が設けられ、かつ、前記圧力導入溝には前記弁ハウジングの前記円筒部に設けられた外側圧力導入路が開口していることを特徴とする請求項1または2に記載のスライド式切換弁。
  7. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、流路切換弁とを含む冷凍サイクルシステムであって、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のスライド式切換が、前記流路切換弁として用いられている
    ことを特徴とする冷凍サイクルシステム。
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