JP2022019265A - 逆止弁および冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な加工や部品を用いなくても所定の強度を確保して耐圧性能を高めることができる逆止弁および冷凍サイクルシステムを提供する。【解決手段】逆止弁１は、流路の一次側に設けられる一次管２および流路の二次側に設けられる二次管３と、一次管２および二次管３の間に接続される外管部４と、外管部４に内蔵されて弁座部８および弁ホルダ７を有する弁本体５と、弁ホルダ７に移動自在に収容される弁体６と、を備える。外管部４は、一次管２および二次管３と別体に形成されるとともに、軸方向に延びる直管状のパイプ材で構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、逆止弁および冷凍サイクルシステムに関する。

従来、逆止弁として、一次管（導入口）および二次管（導出口）に連続する外管と、外管の内部に設けられる弁本体と、弁本体の内部に設けられる弁体と、を備え、弁本体は、弁口を構成する弁座部と、弁体を移動自在に収容する筒状の弁ホルダと、を有し、ストレート管である外管の両端部を縮径して一次管および二次管が形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４８４２８６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の逆止弁では、弁本体の外側を覆う外管には高圧が作用するため、特に超高圧のＣＯ_２冷媒で使用する場合は、耐圧性能を高めるために外管の肉厚を大きくすることが考えられるが、従来のようにストレート管を縮径加工するのが困難であるとともに、縮径や拡径の加工を施すと部分的に肉厚が不均一になったり強度が低下したりなどの問題も生じる。

本発明の目的は、複雑な加工や部品を用いなくても所定の強度を確保して耐圧性能を高めることができる逆止弁および冷凍サイクルシステムを提供することである。

本発明の逆止弁は、流路の一次側に設けられる一次管および流路の二次側に設けられる二次管と、前記一次管および前記二次管の間に接続される外管部と、前記外管部に内蔵されて弁座部および弁ホルダを有する弁本体と、前記弁ホルダに移動自在に収容される弁体と、を備えた逆止弁であって、前記外管部は、前記一次管および前記二次管と別体に形成されるとともに、軸方向に延びる直管状のパイプ材で構成されていることを特徴とする。

このような本発明によれば、直管状のパイプ材を外管部に用いることで、外管部の肉厚を適宜に設定することにより強度を確保し、縮径や拡径の加工が不要にできるため部分的な強度低下を抑えることができる。また、パイプ材は、熱間継目無造管等の比較的安価な製管方法によって製造されるものが好ましく、切削によるくり抜き加工で製造されるものと比較して材料コストを抑制することができる。

この際、前記二次管は、前記外管部よりも小径な管材で構成され、当該二次管の一次側端部には、前記外管部の内径と同等の外径に拡径されて当該外管部に挿入固定される挿入固定部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、二次管に拡径加工を施すことで、外管部と二次管の間に接続部品が不要となり、コストを安く抑えることができる。

さらに、前記二次管の一次側端部内周面には、径方向に拡がるテーパ部が設けられることが好ましい。この構成によれば、二次管の内周面にテーパ部が設けられることで、流体の流れを円滑にして適正な流量を確保することができる。また、テーパ部が設けられていない二次管に対し、流路を確保したまま、外管部の長さを短くでき、コンパクトとなり、コストダウンすることもできる。

また、前記弁座部および前記弁ホルダは、別体で構成され、前記弁体を収容した前記弁ホルダが前記弁座部に溶接固定されていることが好ましい。前記弁座部および前記弁ホルダは、一体成形により構成され、前記弁ホルダにおける前記弁座部の反対側には、前記弁体を抜け止めする抜け止め部材が取り付けられていてもよい。

また、前記弁座部が前記一次管の端部外周面に固定され、前記弁座部の外周面には雄ねじ部が形成され、前記外管部の一次側端部内周面には雌ねじ部が形成され、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが螺合されるとともに、前記外管部と前記弁座部とが溶接固定されていることが好ましい。このような構成によれば、外管部と弁座部とがねじ部同士の螺合固定と溶接固定とによって二重に固定されていることで、固定強度を高めることができる。また、ねじ部で強度が確保できるため、溶接部では、気密性能を保たせればよいため、高出力の溶接機が不要であり、設備費が抑えられコストダウンすることができる。

本発明の冷凍サイクルシステムは、前記いずれかの逆止弁を備えていることを特徴とする。

本発明の逆止弁および冷凍サイクルシステムによれば、直管状のパイプ材で外管部が構成されることで、複雑な加工や部品を用いなくても所定の強度を確保して耐圧性能を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る逆止弁を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る逆止弁を示す断面図である。 本発明の冷凍サイクルシステムを示す図である。 前記逆止弁の変形例を示す拡大断面図である。 前記逆止弁の変形例を示す拡大断面図である。

本発明の第１実施形態に係る逆止弁を図１に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の逆止弁１は、一次側（図１の左側）から二次側（図１の右側）への流体の流れ（正流）を許可し、二次側から一次側への流体の流れ（逆流）を禁止する弁装置である。逆止弁１は、流路の一次側に設けられる一次管２および流路の二次側に設けられる二次管３と、軸線Ｌに沿った軸方向に延びる円筒状の外管部４と、外管部４に内蔵される弁本体５と、弁本体５に設けられる弁体６と、を備えている。弁本体５は、弁体６を支持する筒状の弁ホルダ７と、弁体６が着座可能な弁座部８と、を有している。

一次管２は、銅製の円筒状接手部材であって、図示を省略した一次側（図１の左側）端部に一次接手部が形成されている。二次管３は、銅製の円筒状接手部材であって、図示を省略した二次側（図１の右側）端部に二次接手部が形成されている。一次管２および二次管３は、外管部よりも小径な管材で構成され、二次管３の一次側端部には、外管部４の内径と同等の外径に拡径されて外管部４に挿入固定される挿入固定部１１が形成されている。また、二次管３の一次側端部内周面には、径方向に拡がるテーパ部１２が設けられている。二次管３と外管部４とは、挿入固定部１１を外管部４に挿入するとともに、ろう付けすることにより固定されている。

外管部４は、軸方向に延びる直管状のＳＵＳ製パイプ材で構成されている。このパイプ材は、熱間継目無造管等の比較的安価な製管方法によって製造されるものである。外管部４の一次側端部内周面には、弁座部８と螺合する雌ねじ部４Ａが形成されている。

弁本体５は、弁ホルダ７と、弁座部８と、が別体で構成され、互いに溶接固定されている。弁ホルダ７は、ＳＵＳ製の円筒状部材であって、その周面を径方向に貫通する連通孔２１が４箇所に設けられている。また、弁ホルダ７の二次側端部は、径方向内側に折り曲げられた弁ストッパー部２２が設けられ、弁開位置に移動した弁体６が弁ストッパー部２２に当接することで、弁体６の弁開位置よりも二次側への移動が規制されている。すなわち、弁開位置とは、弁体６が弁座部８から離れた位置で、なおかつ、弁体６が弁ストッパー部２２に当接したことで、弁ストッパー部２２よりも二次側に弁体６が移動することが規制された位置(弁ストロークにおける二次側方向最大位置)のことである。

弁座部８は、ＳＵＳ製の段付き円筒状部材であって、一次側から二次側に向かって第一筒部３１、第二筒部３２、第三筒部３３を有して形成されている。弁座部８は、第三筒部３３の二次側端部に環状突起状の弁座３４が設けられ、弁閉位置に移動した弁体６が弁座３４に着座するようになっている。第一筒部３１は、その内径が一次管２の外径と同等で、外径が外管部４の外径と同等に形成されている。第二筒部３２は、その内径が一次管２の外径と同等で、外周面には外管部４の雌ねじ部２Ａと螺合する雄ねじ部３５が形成されている。第三筒部３３は、その内径が一次管２の内径と同等で、外径が弁ホルダ７の外径と同等に形成され、第三筒部３３の内周面によって弁口３６が構成されている。

弁体６は、黄銅製で円柱状の円柱部材４１と、弁座３４に当接可能な樹脂製の弁シート４２と、この弁シート４２を係止する係止リング４３と、を有し、円柱部材４１のカシメ片４４をカシメることで係止リング４３および弁シート４２が円柱部材４１に固定されている。円柱部材４１の外径は、弁ホルダ７の内径よりも若干小さく、弁ホルダ７の内周面に沿って弁体６が軸方向に移動可能に設けられている。

弁体６は、弁閉位置において、弁シート４２が弁座部６の弁座３４に当接して着座し、これにより弁口３６が閉じて二次側から一次側への流体の逆流が阻止されるようになっている。一方、弁体６は、図１に示す弁開位置において、後端面が弁ストッパー部２２に当接して移動が規制され、弁ホルダ７の連通孔２１の一部または全部が開放されるようになっている。従って、弁体６が弁開位置に移動した弁開状態において、一次管２から弁口３６を通って弁ホルダ７内に流入した流体は、連通孔２１を通って外管部４内に流出し、二次管３へと流れることになる。

逆止弁１の製造手順は以下の通りである。先ず、一次管２の端部を弁座部８の第一筒部３１および第二筒部３２に挿入して、これらをろう付け固定する。次に、二次管３の挿入固定部１１を外管部４に挿入して、これらをろう付け固定する。次に、弁ホルダ７に弁体６を挿入してから、弁ホルダ７の端部と弁座部８の第三筒部３３とをＴｉｇ溶接等により溶接固定する。次に、外管部４の雌ねじ部４Ａと弁座部８の雄ねじ部３５とを螺合させてから、外管部４の端部と弁座部８の第一筒部３１とをＴｉｇ溶接等により溶接固定する。以上により逆止弁１の組み立てが完了する。

以上の本実施形態によれば、直管状のパイプ材を外管部４に用いることで、外管部４の肉厚を適宜に設定することにより強度を確保し、縮径や拡径の加工が不要にできるため部分的な強度低下を抑えることができる。また、外管部４のパイプ材は、熱間継目無造管等の比較的安価な製管方法によって製造されるものが好ましく、切削によるくり抜き加工で製造されるものと比較して材料コストを抑制することができる。

また、二次管３の端部に拡径された挿入固定部１１が形成され、二次管３に拡径加工を施すことで、外管部４と二次管３の間に接続部品が不要となり、コストを安く抑えることができる。さらに、二次管３の内周面にテーパ部１２が設けられることで、流体の流れを円滑にして適正な流量を確保することができる。また、テーパ部１２が設けられていない二次管３に対し、流路を確保したまま、外管部４の長さを短くでき、コンパクトとなり、コストダウンすることもできる。

また、弁座部８の外周面に雄ねじ部３５が形成され、外管部の内周面に雌ねじ部４Ａが形成され、雌ねじ部４Ａと雄ねじ部３５とが螺合されるとともに、外管部４と弁座部８とが溶接固定されていること、外管部４と弁座部８とが螺合固定および溶接固定により二重に固定されていることで、固定強度を高めて耐圧性能を向上させることができる。また、雌ねじ部４Ａと雄ねじ部３５とが螺合されたねじ部で強度が確保できるため、溶接部では、気密性能を保たせればよいため、高出力の溶接機が不要であり、設備費が抑えられコストダウンすることができる。

次に、図２に基づき、本発明の第２実施形態に係る逆止弁１Ａについて説明する。本実施形態の逆止弁１Ａは、第１実施形態の逆止弁１と同様に、一次管２および二次管３と、外管部４と、弁本体５と、弁体６と、を備えて構成されている。一方、逆止弁１Ａは、弁本体５の一部構成が逆止弁１と相違している。以下、相違点について詳しく説明する。

本実施形態の逆止弁１Ａの弁本体５Ａは、弁ホルダ７と、弁座部８と、が一体に形成されたＳＵＳ製部材である。弁ホルダ７には、連通孔２１が４箇所に設けられ、二次側の端部内周面に弁体６を抜け止めする抜け止め部材としての弁ストッパー２３が取り付けられている。弁座部８は、第三筒部３３の内周面にテーパ状の弁座面３７を有し、弁閉位置に移動した弁体６の弁シート４２が弁座面３７に着座することで、弁口３６が閉じられるようになっている。

以上の本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、直管状のパイプ材を外管部４に用いることで、外管部４の肉厚を適宜に設定することにより強度を確保し、縮径や拡径の加工が不要にできるため部分的な強度低下を抑えることができる。

次に、本発明の冷凍サイクルシステムを図３に基づいて説明する。図３は、実施形態の冷凍サイクルシステム５０を示す図である。冷凍サイクルシステム５０は、例えば、業務用エアコン等の空気調和機に用いられる。この冷凍サイクルシステム５０は、室内側熱交換器５１、室外側熱交換器５２、膨張弁５３、四方弁５４、並列に接続された３台の圧縮機５５、が配管で接続されたものである。逆止弁１，１Ａは、各圧縮機５５への冷媒の逆流を防ぐために、各圧縮機５５における吐出（高圧出力）側と四方弁５４との間に、圧縮機５５を一次側、四方弁５４を二次側として接続されている。

冷房運転時には、実線矢印Ｄ５１で示されているように、室内側熱交換器５１で熱を吸収した冷媒が、四方弁５４を介して圧縮機５５へと流れ、圧縮機５５で圧縮された後、逆止弁１，１Ａと四方弁５４を経て室外側熱交換器５２に至る。そして、この室外側熱交換器５２で熱を放出した後、膨張弁５３を経て室内側熱交換器５１に戻る。暖房運転時には、点線矢印Ｄ５２で示されているように、室内側熱交換器５１で熱を放出した冷媒が、膨張弁５３を経て室外側熱交換器５２に至る。そして、この室外側熱交換器５２で熱を吸収した後、四方弁５４を介して圧縮機５５へと流れ、圧縮機５５で圧縮された後、逆止弁１，１Ａと四方弁５４を経て室内側熱交換器５１に戻る。冷凍サイクルシステム５０は、これらのサイクルを繰り返して室内の冷房または暖房を行う。

ここで、例えば、冷却負荷が大きい条件では、３台の圧縮機５５を同時に運転するため、３台の各逆止弁１，１Ａは全開状態となる。また、冷却負荷が小さい条件では、１台の圧縮機５５の運転だけで足りるので、他の２台の圧縮機５５は運転しない。このときには、２台の逆止弁１，１Ａの二次側圧力が一次側圧力より高くなることで二次側からの逆流が生じ、２台の逆止弁１，１Ａが閉じた状態となる。

なお、以上に説明した実施形態や変形例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の逆止弁の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

例えば、上述の実施形態や変形例では、業務用エアコン等の空気調和機に用いられる逆止弁１，１Ａを例示したが、逆止弁は、業務用エアコンに限らず、家庭用エアコンに用いてもよいし、空気調和機に限らず、各種の冷凍機、冷蔵庫等にも適用可能である。また、以上の様々な冷凍サイクルシステムにおいて、図３の冷凍サイクルの逆止弁取付け例の様に圧縮機の吐出側への取付けに限定するものではなく、様々な冷凍サイクル中の様々な場所での逆流防止用として適用が可能である。また、各冷凍サイクルシステムの冷媒としては、多種多様な冷媒（例えば、各種フロン系冷媒や、炭化水素系冷媒やＣＯ_２やアンモニア等といった自然冷媒等）があるが、これらのどの冷媒に対応した冷凍サイクルシステムにも本発明の逆止弁を適用することができる。

また、前記実施形態では、外管部４としては、一次側の内周面に雌ねじ部４Ａが形成され、雌ねじ部４Ａ以外の加工が施されていないものを例示したが、図４に示すように、二次側の内周面に拡径された段付き部４Ｂが形成されていてもよい。この段付き部４Ｂは、切削加工により形成されて外管部４の内径を拡径するものであり、段付き部４Ｂの内径と二次管３の挿入固定部１１の外径とが同等になっている。外管部４に段付き部４Ｂを形成し、この段付き部４Ｂに二次管３の挿入固定部１１を挿入することで、二次管３の外管部４に対する位置を固定することができるため、安定したろう付けが可能となる。また、外管部４の内周面と二次管３の端部との段差を小さくすることができ、流体の流れをよりスムーズにすることができる。

また、前記実施形態では、二次管３の一次側端部に挿入固定部１１およびテーパ部１２が形成されたものを例示したが、図５に示すように、挿入固定部１１の外周面に凹凸部１３が形成されていてもよい。この凹凸部１３としては、例えば、ローレット加工やディンプル加工により形成される微細な凹凸である。このような凹凸部１３が形成されていることで、挿入固定部１１を外管部４に圧入してからろう付けすることで、圧入面間にろう材が浸透しやすくなり、ろう付け固定の強度を確保するとともに耐圧性能を高めることができる。

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（例えば、各部材の材質や形状などの変更）があっても本発明に含まれる。

１，１Ａ 逆止弁
２ 一次管
３ 二次管
４ 外管部
４Ａ 雌ねじ部
５，５Ａ 弁本体
６ 弁体
７ 弁ホルダ
８ 弁座部
１１ 挿入固定部
１２ テーパ部
２３ 弁ストッパー（抜け止め部材）
５０ 冷凍サイクルシステム

Claims (7)

1. 流路の一次側に設けられる一次管および流路の二次側に設けられる二次管と、前記一次管および前記二次管の間に接続される外管部と、前記外管部に内蔵されて弁座部および弁ホルダを有する弁本体と、前記弁ホルダに移動自在に収容される弁体と、を備えた逆止弁であって、
   前記外管部は、前記一次管および前記二次管と別体に形成されるとともに、軸方向に延びる直管状のパイプ材で構成されていることを特徴とする逆止弁。
2. 前記二次管は、前記外管部よりも小径な管材で構成され、当該二次管の一次側端部には、前記外管部の内径と同等の外径に拡径されて当該外管部に挿入固定される挿入固定部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
3. 前記二次管の一次側端部内周面には、径方向に拡がるテーパ部が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の逆止弁。
4. 前記弁座部および前記弁ホルダは、別体で構成され、前記弁体を収容した前記弁ホルダが前記弁座部に溶接固定されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の逆止弁。
5. 前記弁座部および前記弁ホルダは、一体成形により構成され、前記弁ホルダにおける前記弁座部の反対側には、前記弁体を抜け止めする抜け止め部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の逆止弁。
6. 前記弁座部が前記一次管の端部外周面に固定され、前記弁座部の外周面には雄ねじ部が形成され、
   前記外管部の一次側端部内周面には雌ねじ部が形成され、
   前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが螺合されるとともに、前記外管部と前記弁座部とが溶接固定されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の逆止弁。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の逆止弁を備えた冷凍サイクルシステム。

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