JP2532497B2 - 冷凍サイクル用四方弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は冷凍サイクル、特にヒートポンプ型の空調機
の冷暖房の切換えを行うために用いる冷凍サイクル用四
方弁に関するものである。

従来の技術 従来の技術としては、例えば特公昭35−12689号公報
に示されている様な冷凍サイクル用四方弁がある。

以下図面に基づき、上述した従来の冷凍サイクル用四
方弁の構成を説明する。

第９図，第10図は従来の冷凍サイクル用四方弁の断面
図である。１は圧縮機、２はアキュームレータであり、
四方弁３を介して室内熱交換器４とキャピラリ５と室外
熱交換器６の環状回路と接続されている。四方弁３は四
方弁本体７とパイロットバルブ装置８とで構成されてい
る。

そして、四方弁本体７は間隔を隔てた２個のピストン
9,10により３つの弁室11,12及び13に分けられ、２個の
ピストン9,10は連結棒14で結ばれ同時に第５図上で左右
に動く、連結棒14上にはスライド弁15が取付けられてお
り、ピストン9,10に連動してこのスライド弁15が動く。

ピストン9,10ではさまれた領域には４本のパイプ16,1
7,18,19により導入口16a,導出口17a,第一通口18a,第二
通口19aを形成している。

圧縮機１の吐出パイプ16は、導入口16aを介し弁室12
に常に連動し、圧縮機の吸入パイプ17の導出口17aはス
ライド弁15とバルブシート20にて形成される流路21に常
に連通している。又パイプ18の第一通口18a,パイプ19の
第二通口19aはそれぞれ室内熱交換器４及び室外熱交換
器６に接続されており、スライド弁15の位置により弁室
12又は流路21と連通する。

ピストン9,10には圧力バランス孔22,23が開けられて
いる。

次にパイロットバルブ装置８の構造について説明す
る。

パイロット装置８内には２つの弁室24,25が設けら
れ、ソレノイドコイル26により作動するニードル弁27,2
8にて交互に閉塞される連通孔29を有している。

第10図のニードル弁27,28はソレノイドコイルが通電
された状態、すなわち暖房の状態を示す。

30は前記連通孔29と吸入パイプ17とを連通する細管、
31は弁室11と弁室24を連通する細管、32は弁室13と弁室
25を連通する細管である。

以上のように構成された冷凍サイクル用四方弁につい
て、以下その作動状態を説明する。

第10図は暖房運転の状態を示しており、各弁室11,12,
13,24,25の圧力は次のようになっている。

圧縮機１の吐出ガスにより弁室12は高圧となり、ピス
トン9,10に設けられた圧縮バランス孔22,23を通じて弁
室11および弁室13を高圧圧力に保とうとする、ところが
パイロットバルブ装置８内のニードル弁27が連通孔29を
閉じているため、弁室13は細管32,弁室25,連通孔29およ
び細管30を介して吸入パイプ17と連通して低圧圧力とな
っている。したがって弁室11と13の間にはピストン9,10
を介して圧力差が生じ、ピストン9,10、およびスライド
弁15が図面上の右方向に押し付けられ、所定の暖房運転
状態を維持する。

次に冷房運転開始時における四方弁３の動作を説明す
る。

第９図において、ソレノイドコイル26は通電が停止さ
れている。そのためニードル弁27,28は図面上左方向に
移動し、ニードル弁28は連通口29を閉じ、細管30は弁室
24と連通するようになる。したがって暖芳時高圧となっ
ていた弁室11は、細管31,弁室24,細管30を介して吸入パ
イプ17と連通し急激に低圧圧力となる。そのためピスト
ン９を隔てて弁室12と弁室11間に圧力差が生じ、この圧
力差によりピストン9,10およびスライド弁15が図面上左
方向へ押し付けられ、吐出パイプ16とパイプ19は、導入
口16a,弁室12,第二通口19aを介して連通し、パイプ18は
第一通口18a,流路21,導出口17aを介して吸入パイプ17と
連通し、冷房運転の状態となる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の構成では、暖房運転，冷房運転，
各状態において、スライド弁15は、弁室12の高圧冷媒圧
力と流路21の低圧冷媒圧力の圧力差により、バルブシー
ト20に過大な力で押し付けられているため、例えば暖房
運転から冷房運転もしくはその逆に切換え作動させる場
合、スライド弁15の駆動は冷媒ガスの高低圧力差を利用
して行なうパイロット方式となっている。したがって非
常に多くの部品が必要となり、又構造も複雑であるな
ど、組立工程も複雑となる。問題点を有していた。更に
切換作動を行うための、細管30,31,32,や圧力バランス
孔22,23,パイロットバルブ８の連通孔29等が冷媒回路中
の異物等により閉塞され、切換作動となるおそれがある
等、信頼性の面も不安定であるという問題点を有してい
た。

加えて上記従来例では、暖房運転中は連続通電である
ため消費電力が大きく省エネルギ性での課題を有してい
た。又、暖房運転の電源切の際に四方弁への通電も停止
されるためニードル弁27,28は第５図において左方向に
移動するため、システム内に残っている高低圧力差によ
りいったん冷房運転状態に戻るため、不用な冷房の切替
り音が発生し、不快感を与えていた。

本発明は、上記問題点に鑑み、低コストで小型のパイ
ロットバルブレス型でありながら、消費電力が小さく、
暖房運転停止時にも冷媒切替りによる不快音を発生させ
ない冷凍サイクル用四方弁を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の冷凍サイクル用
四方弁は、冷媒回路を切換える摺動弁を直接プランジャ
により駆動するソレノイド部の固定鉄心を分割してその
間に着磁及び消磁が可能な磁石を設け、コイルへの通電
制御により前記磁石を着磁又は消磁する様に構成したも
のである。

作用 本発明は上記した構成によって、ソレノイドのコイル
に通電すると摺動弁と直結したプランジャが固定鉄心に
吸引されると同時に磁石が着磁されプランジャを自己保
持するため通電は短時間のみでよく、復帰も吸引と逆磁
界を与えるように短時間通電し、磁石を消磁することで
自己保持を解除して行えることからコイルの小型化を図
ることができる。

実 施 例 以下本発明の一実施例の冷凍サイクル用四方弁につい
て図面を参照しながら説明する。尚冷却システムは従来
と同一構成であるため同一番号を付してその詳細な説明
を省略する。第１図及び第３図は、本発明の一実施例に
おける冷凍サイクル用四方弁の非通電時の断面図を示す
ものである。33は弁本体を形成するシリンダで側面に圧
縮機１の吐出側に接続される吐出パイプ34の導入口34a
が開口している。35は前記シリンダ33の一端に嵌合溶接
された蓋である。36,37は前記シリンダ33の内壁にシー
ト面36r,37aを互いに平行に対向させて一体に形成した
第一，第二のバルブシートであり、第一のバルブシート
36aには圧縮機１の吸入側に接続される吸入パイプ38へ
の導出口36bが開口している。尚、第７図，第８図によ
り明らかなように導出口36bは断面が長円上になってお
り、吸入パイプ38の先端部38′も偏平状に拡管されて、
この導出口36bに挿入接続されている。又、第二のバル
ブシート37には、各々凝縮器又は蒸発器として可逆的に
機能する室外熱交換器6,室内熱交換器４に接続される第
一，第二の接続パイプ39,40が開口される第一，第二の
通口37b,37cがシリンダ33の軸方向に並設開口されてい
る。41,42は、前記バルブシート36a,37aに当接してシー
ルする摺動性のすぐれた例えばPTFE（四フッ化エチレン
樹脂）等のフッ素樹脂よりなるスライドシートリング4
3,44を両端面に嵌合した一対のスライドバルブである。
43′（44′），或いは43″（44″）は上記スライドシー
トリング43,44のバルブシート36a,37aとの反当接面と低
圧区域Ｌを連通させるようにスライドバルブ41,42に形
成された連通路である。45は、前記スライドバルブ41,4
2を両端に収納してトンネル状流路を構成するスライダ
である。46は前記ヅライダ45内にあって前記スライドバ
ルブ41,42の間に介在して前記一対のスライドバルブ41,
42を前記バルブシート36,37に付勢し、前記スライドシ
ートリング43,44を前記バルブシート36,37に圧接して内
外をシールする板バネである。47,49は前記スライドバ
ルブ41,42の外周中央凹部に収納され前記スライダ間を
シールするＶ字形シールリングである。49は前記シリン
ダ33の他端を閉塞する蓋である。50は前記蓋49の中央に
前記シリンダ33と同軸にとりつけられたパイプである。
51は前記スライダ45と一端を連結し前記パイプ内をその
軸方向に移動可能なプランジャである。52は前記プラン
ジャ51の他端と同一軸心で対向し復帰バネ53を介して設
けた固定鉄心であり前記パイプの先端を閉塞している。
54は前記固定鉄心52を前記軸方向で分割する様に介挿さ
れ着磁及び消磁が可能なたとえばアルニコ系の磁石であ
る。55は前記パイプ50の外側に配設され前記軸心とほぼ
一致した軸心をもつコイルであり、互いに逆向きに巻線
した吸引コイル55aと復帰コイル55bより成っており、吸
引コイル55aに通電すると前記磁石54は着磁され、復帰
コイル55bに通電すると消磁される。

そしてスライダ45の両端に収納されたスライドバルブ
41,42の端部に固定されたスライドシートリング43,44の
位置は、第１図，第２図図示のスライダ45が第一の位置
（プランジャ51非吸着状態）において前記導出口36bと
第一の通口37bを連通させ、吸引コイル55aの通電により
プランジャ51及びスライダ45を吸引した第２の位置（第
２図）において前記導出口36bと第二の通口37cを連通さ
せる如く設計されている。

以上の様に構成された冷凍サイクル用四方弁について
以下第１図〜第６図を用いてその動作を説明する。第１
図，第２図はプランジャ51の非吸着時の態様を示したも
ので図の下方に附勢されてスライダ45が蓋35に当接して
止まる。この結果、スライダ45及びその両端に収納され
たスライドバルブ41,42により形成されるトンネル状流
路により導出口36bと第二の通口37cが連通されるととも
に、導入口34aと同一の通口37bもシリンダ33の内部を通
して連通される。従って冷媒ガスは、圧縮機１→吐出パ
イプ34→第一の接続パイプ39→室外コイル６→膨張弁５
→室内コイル４→第二の接続パイプ40→吸入パイプ38→
圧縮機１の冷房サイクル回路となる。

次に吸引コイル55aを一定時間通電状態にすると（第
３図でSW₁を導通）プランジャ51は固定鉄心52に吸着さ
れ、当接して当まる。これと同時に磁石54は着磁され、
通電後もその吸着力によりプランジャ51を自己保持す
る。その結果、スライダ45及びその両端に収納されたス
ライドバルブ41,42により形成されるトンネル状流路に
より導出口36bと第一の通口37bが連通されると共に、導
入口34aと第二の通口37cもシリンダ33の内部を通して連
通される。従って冷媒ガスは、圧縮機１→吐出パイプ34
→第二の接続パイプ40→室内コイル４→膨張弁５→室外
コイル６→第一の接続パイプ39→吸入パイプ38→圧縮機
１の暖房サイクル回路となる。

次に前記吸引コイル55aと逆向きに巻線した復帰コイ
ル55bを一定時間通電状態にすると（第４図でSW₂を導
通）、前記磁石54は消磁され、プランジャ51は復帰バネ
53の作用により図の下方に附勢されてスライダ45が蓋35
に当接して止まる。

尚、いずれの場合においても、スライドシートリング
43,44の反当接面は連通路43′（44′）によって低圧区
域Ｌとなっているトンネル状通路45′と連通しているの
で、高圧区域Ｈからの圧力によってスライドシートリン
グ43,44がバルブシート面36a（37a）方向に押出される
ことがない。従ってスライドシートリング43,44とバル
ブシート面36a（37a）との摺動摩擦は軽減される。

また吸入パイプ38に連通する導出口36bは断面が長円
状となっており、これに合致して吸入パイプの先端部3
8′も偏平状に拡管されているため吸入圧損を低減でき
る。この導出口36bはシリンダ33の他の位置に設けた場
合、例えば導入口34aを導出口とした場合でも同様に長
円状に形成される。

以上の様に本実施例によれば、冷媒回路を構成する吐
出パイプ34,吸入パイプ38、第一，第二の接続パイプ39,
40を切換えるスライダ45及びスライドバルブ41,42によ
り形成される摺動弁を直接プランジャ51により駆動する
ソレノイド部の固定鉄心52を分割してその間に着磁及び
消磁が可能な磁石54を設け、コイル55への通電制御によ
り前記磁石54を着磁又は消磁する様構成している。した
がって、コイル55に通電するとプランジャ51が固定鉄心
52に吸引されると同時に磁石54が着磁されプランジャを
自己保持するため通電は短時間のみでよい。また復帰も
吸引と逆磁界を与えるように短時間通電し、磁石を消磁
することで自己保持を解除して行えることから、コイル
の小型化を図ることができ、弁切換が従来の如くパイロ
ット機構や超大型のソレノイドを用いなくても可能とな
る。又、暖房運転停止時にコイルへの通電が停止しても
前記磁石54の着磁力により自己保持され、不快な切替り
音は発生しない。

また、連通路43′（44′）、或いは43″（44″）によ
り、スライドシートリング43,44の摺動摩擦が軽減され
るので、PTFE等の樹脂材を採用することができるもので
ある。さらに長円状の導出口36bにより吸入圧力損失を
低減できるものである。

発明の効果 以上のように本発明は、弁本体を形成するシリンダ
と、前記シリンダに接続された４本の冷媒通路用導管
と、前記バルブシートに当接するスライドシートリング
を嵌合した一対のスライドバルブを両端に収納し前記シ
リンダ内を軸方向に摺動して前記４本の導管により構成
される冷媒回路を切換える摺動弁と、前記摺動弁と、前
記摺動弁と一端を連結し前記軸方向に移動可能なプラン
ジャと、前記プランジャの他端と同一軸心で対向し復帰
バネを介して設けた固定鉄心と、前記固定鉄心を前記軸
方向で分割する様に介挿され着磁及び消磁が可能な磁石
と、前記固定鉄心及びプランジャの外側に配設され前記
軸心とほぼ一致した軸心をもちかつ前記磁石を着磁又は
消磁するコイルとより構成したので、プランジャの吸着
状態で自己保持できるためコイルへの短時間通電制御に
より切換動作が可能となるので、低コストで小型のパイ
ロットバルブレス型でありながら、消費電力が小さく、
しかも暖房運転停止時（電源切）にコイルへの通電が停
止しても前記磁石により自己保持されるため、不快な切
替り音が発生しなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における冷凍サイクル用四方
弁の冷房状態を示す断面図、第２図は第１図の要部斜視
透視図、第３図は第１図の暖房状態を示す断面図、第４
図はコイルの結線及び外部コントロールの基本回路図、
第５図は第１図Ａ部の拡大断面図、第６図は別な例にお
ける第５図相当部分の拡大断面図、第７図は第１図VII
−VII線における拡大断面図、第８図は第１図VIII−VII
I線における拡大断面図、第９図は従来の冷凍サイクル
用四方弁の冷房状態を示す断面図、第10図は第９図の暖
房状態を示す断面図である。 33……シリンダ、34,38,39,40……４本の導管、41,42,4
5……摺動弁（スライダ）、51……プランジャ、52……
固定鉄心、53……復帰バネ、54……磁石、55……コイ
ル。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁本体を形成し、内面にバルブシートを有
   するシリンダと、前記シリンダに接続された４本の冷媒
   通路用導管と、前記バルブシートに当接するスライドシ
   ートリングを嵌合した一対のスライドバルブを両端に収
   納し前記シリンダ内を軸方向に摺動して前記４本の導管
   により構成される冷媒回路を切換える摺動弁と、前記摺
   動弁と一端を連結し前記軸方向に移動可能なプランジャ
   と、前記プランジャの他端と同一軸心で対向し復帰バネ
   を介して設けた固定鉄心と、前記固定鉄心を前記軸方向
   で分割する様に介挿され着磁及び消磁が可能な磁石と、
   前記固定鉄心及びプランジャの外側に配設され前記軸心
   とほぼ一致した軸心をもち、かつ前記磁石を着磁又は消
   磁するコイルとを備えてなる冷凍サイクル用四方弁。