JP3172914B2 - 冷暖房装置における作動媒体の流路切換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヒートポンプタイプ
の冷暖房機等に組み込まれ、作動媒体の流路を切り換え
る装置に関するものであり、特に作動媒体のシール性を
より向上させた新規な流路切換装置に係るものである。

【０００２】

【発明の背景】冷暖房装置は、室内機と室外機の間を循
環する作動媒体（室内熱交換器〜コンプレッサ〜室外熱
交換器の間で高低圧気体であり、室外熱交換器〜毛細管
〜室内熱交換器の間で液体である）に熱を運搬させて、
室内の熱を室外に放出、または室外の熱を室内に取り込
んで室温を調節している。そして冷房と暖房との切り換
えは、作動媒体の循環方向を反対に切り換えることによ
り行われる。ところで作動媒体を逆循環させるには、実
際にはコンプレッサを逆回転させて作動媒体を逆循環さ
せることはできないため、四方弁と呼ばれる切換弁が必
要とされる。このものはその作動性の改良等を図るべ
く、種々の開発が行われている。その傾向は特開昭６１
−６４６８号に見られるように弁体をスライドさせて切
り換えるものからケーシング内を弁体を回動させて流路
を切り換えるものに変わりつつある。

【０００３】そして本発明人は装置全体のコンパクト化
や低コスト化等を目的として、弁体をシフトさせる切換
構造と、弁体との両者を融合させ、特願平９−１２４９
４８号「冷暖房装置における高低圧気体の流路切換装
置」、特願平９−１２４９４９号「冷暖房装置における
高低圧気体の流路切換装置」、特願平９−１７６５１５
号「切換衝撃を抑制した四方弁」等の特許出願に関与し
ている。

【０００４】しかしながら弁体をシフトさせる切換構造
を弁体と融合させ、装置のコンパクト化を図っても、そ
の一方で弁体をある程度複雑化させることは免れず、こ
れに起因して弁体の気密性は確保しにくいものになって
いた。加えて多くの場合切換構造を駆動させる実質的な
駆動部材が、弁体を収納するケーシングの外部に設ける
設計仕様となるから、駆動部材がケーシングの一部を貫
通する状態となるのは免れ得ず、この貫通部でシール性
を確保しにくいという問題があった。

【０００５】

【開発を試みた技術的課題】本発明はこのような背景を
認識してなされたものであり、弁体をシフトさせる切換
構造を弁体とは別に構成することにより弁体を比較的シ
ンプルに構成し、また弁体を切り換える実質的な駆動部
材をケーシング内部に収納し、もって装置内部における
シール性をより向上させた新規な流路切換装置の開発を
試みたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち請求項１記載の
冷暖房装置における作動媒体の流路切換装置は、外壁に
第一接続口、第二接続口、第三接続口及び第四接続口を
有したケーシングと、このケーシング内の前記第一接続
口を通る軸線上に回動駆動機構を構成し、この回動駆動
機構により回動するように設けられ、第一切換路口から
第二切換路口へと連通する第一切換路、及び第一切換路
口から第三切換路口へと連通する第二切換路を有した弁
体とを具えて成り、前記第一接続口と第一切換路口とは
常時連通され、一方前記第二接続口と第二切換路口と、
第三接続口と第三切換路口とは弁体を一定角度往復回動
させることにより択一的に連通させ、第一切換路と第二
切換路との二つの流路を選択的に切り換えるようにした
装置において、前記回動駆動機構は、弁体と駆動源との
間を伝動機構で結ぶとともに、この伝動機構は、永久磁
石によって構成される駆動要素と、磁性体によって構成
される受動要素とを具え、互いに非接触状態で回転を伝
達して成り、且つ前記ケーシングは、この受動要素を内
部に密閉した状態に収納するとともに駆動要素から駆動
源に至る部位は、ケーシングにおける密閉範囲外に設け
るものであり、 また前記回動駆動機構は、受動要素と弁
体との間に駆動要素からの回転を減速して弁体の回動切
換を行う減速機構を具え、且つこの減速機構は前記受動
要素と共にケーシング内部に密閉状態に収納されること
を特徴として成るものである。この発明によれば、弁体
を比較的シンプルに構成でき弁体のシール性をより向上
させ得る。また弁体の回動軸を回動させる受動要素が密
閉されたケーシング内部に収納されるため、例えば作動
媒体が回動軸の周辺部分から漏出してもケーシング外に
漏出することなく、効率的な熱交換が行え、弁体の回動
切換も円滑且つ確実に行える。

【０００７】また請求項２記載の冷暖房装置における作
動媒体の流路切換装置は、前記請求項１記載の要件に加
え、前記駆動要素と受動要素とは、回転を伝達する作用
面を、それぞれ互いに嵌め合い状態に形成することを特
徴として成るものである。この発明によれば、駆動要素
から受動要素への伝動作用面を広く形成でき、より強い
伝動力を必要とする場合や装置の設置スペースが限定さ
れる場合等、種々の場合に対応できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明を図示の実施の形態に
基づき説明する。冷暖房装置における作動媒体の流路切
換装置１は図１、２に示すようにケーシング１０内を仕
切部１０ａによって仕切り、下部を減速作用室７とし、
上部を切換弁室８としている。切換弁室８内には回動駆
動機構３０によって一定角度往復回動する弁体２０を具
えて成る。なお回動駆動機構３０とは、駆動源たるモー
タＭや減速作用室７内に構成される減速機構３１等を含
み、弁体２０の回動切換を行う部材を総称するものであ
る。因みに図１では暖房運転を行っている。

【０００９】まず作動媒体の流路切換装置１の説明に先
立ち、冷暖房装置の全体構成について説明すると、図１
に示すようにコンプレッサ２の吐出口及び吸入口から第
一配管Ｈ１及び第四配管Ｈ４が作動媒体の流路切換装置
１へ接続されている。また作動媒体の流路切換装置１か
らは、室内熱交換器３及び室外熱交換器５へ第二配管Ｈ
２及び第三配管Ｈ３が接続されている。室内熱交換器３
と室外熱交換器５とは、作動媒体の減圧を行う毛細管４
を間に挟んで配管がなされて接続される。暖房運転時に
は作動媒体は図１、３、５に示すようにコンプレッサ
２、作動媒体の流路切換装置１、室内熱交換器３、毛細
管４、室外熱交換器５、作動媒体の流路切換装置１、そ
して再びコンプレッサ２へと戻って循環している。また
冷房運転時には図４、６に示すように作動媒体はコンプ
レッサ２、作動媒体の流路切換装置１、室外熱交換器
５、毛細管４、室内熱交換器３、作動媒体の流路切換装
置１、そして再びコンプレッサ２へと戻って循環してい
る。

【００１０】以下冷暖房装置における作動媒体の流路切
換装置１の各構成部について説明する。まずケーシング
１０について説明する。ケーシング１０は図２に示すよ
うに一例として概ね円筒管状を成し、内部は気密性が保
たれ、下部の減速作用室７と上部の切換弁室８とは仕切
部１０ａにより仕切られている。なおケーシング１０は
ワンパッケージ状の一体的な構成をとるものであるが、
実際には減速作用室７、切換弁室８及び仕切部１０ａを
形成する部位が、それぞれ個別に形成され、溶着、ボル
ト等によるネジ留め、あるいは各部材に直接切られたネ
ジ同士によりネジ留めされることにより一体的に構成さ
れる。そしてケーシング１０の上面中心には第一接続口
１１が開口され、ここにコンプレッサ２の吐出口と接続
される第一配管Ｈ１が接続される。また仕切部１０ａの
三カ所に第二接続口１２、第三接続口１３及び第四接続
口１４が開口されている。なお第四接続口１４は仕切部
１０ａのほか、ケーシング１０の上面や側壁に設けても
よい。また図３、４に示すように第二接続口１２と室内
熱交換器３とは第二配管Ｈ２により接続され、第三接続
口１３と室外熱交換器５とは第三配管Ｈ３により接続さ
れ、第四接続口１４とコンプレッサ２の吸入口とが第四
配管Ｈ４により接続されている。更に仕切部１０ａの中
心には後述する弁体２０の回動軸２６が挿入される。な
おこのようにケーシング１０は、作動媒体を圧縮するコ
ンプレッサ２の吐出口及び吸入口と接続され、運転中内
部が低圧状態となる。

【００１１】次に前記切換弁室８内に設けられる弁体２
０について説明する。弁体２０は図１、２に示すように
左右側面が円弧状のほぼ直方体形状であり、底部を開口
するケース部２０ａと、このケース部２０ａの底部開放
側を塞ぐように一体的に組み付けられる閉塞板２０ｂと
を具えて成り、内部に連通室２０ｃが形成されている。
連通室２０ｃは気密性が保持されており、上面から下面
に連通する二つの流路が設けられるため、上面中心には
第一切換路口２１が開口し、下面の左右位置には、第二
切換路口２２及び第三切換路口２３が開口している。そ
して第一切換路口２１から第二切換路口２２へと連通す
る流路を第一切換路Ｒ１とし、第一切換路口２１から第
三切換路口２３へと連通する流路を第二切換路Ｒ２とし
ている。前記第一切換路口２１内には前記第一配管Ｈ１
が挿入されている。一方、弁体２０の下面中心には回動
軸２６が弁体２０に固定して設けられ、前記ケーシング
１０の仕切部１０ａに回動自在に挿入されており、この
回動軸２６と前記第一配管Ｈ１とにより弁体２０は切換
弁室８内にて一定角度回動自在に保持される。なお第二
切換路口２２及び第三切換路口２３には、Ｏリング２４
を介して表面にフッ素樹脂のコーティングがなされたも
の、もしくはフッ素樹脂で形成された円筒形状のシーリ
ング２５を外端を突出した状態で内嵌めしている。これ
により仕切部１０ａの内壁面にシーリング２５がＯリン
グ２４によって弾性的に押し当てられ、開口端部から作
動媒体が漏出しないように図られている。なお弁体２０
のケース部２０ａ及び閉塞板２０ｂは、一例として金属
材料から成る板材をプレス加工して形成されるが、ガラ
ス、プラスチック等適宜の材料で形成されても構わな
い。

【００１２】次に減速作用室７内に構成される減速機構
３１について説明する。このものは駆動源たるモータＭ
からの回動を減速して、弁体２０の回動軸２６に伝達す
るものであり、図２に示すように一例としてシャフト３
２に複数のギヤ３３を回動自在に嵌め込んだ歯車列３４
を並設するように構成される。そして相互の歯車列３４
間において順次減速を行い、最終的に適宜の減速比を得
るものであり、一方のシャフト３２の先端部が回動軸２
６を適宜の角度回動させる。また複数のギヤ３３のうち
最初に駆動を受けるギヤ３３には、その先端部に後述す
る伝動機構６の受動要素６Ｂが設けられる。

【００１３】次に伝動機構６について説明する。伝動機
構６はモータＭにより直接回転駆動される駆動要素６Ａ
と、これを受けて非接触状態で回転する受動要素６Ｂと
を具えて成るものである。なお伝動機構６は、永久磁石
６１と、鋼板６３等の磁性体との組み合わせによって構
成されるものであって、本発明では駆動要素６Ａを永久
磁石６１で形成し、受動要素６Ｂを鋼板６３で形成する
ものである。そして前述したように鋼板６３等の磁性体
が、前記ギヤ３３のうち最初に駆動を受けるものの先端
部に設けられ、永久磁石６１が密閉された減速作用室７
の下方に配されるモータＭ側に設けられる。すなわちま
ずモータＭにより永久磁石６１を回転させて、その磁力
で非接触状態にある鋼板６３を回転させ、歯車列３４、
回動軸２６を介して最終的に弁体２０の回動切換を行う
のである。このように永久磁石６１を収納する部位は必
ずしも気密性が保持される必要はなく、実際にはモータ
Ｍを固定するブラケット等が取り付けられている。また
鋼板６３を適用して成る受動要素６Ｂが、実質的に弁体
２０を回動させる駆動部材であり、密閉されたケーシン
グ１０内部に収納されるため、例えば作動媒体が回動軸
２６の周辺部分から漏出しても、減速作用室７で遮断さ
れ、効率的な熱交換が行える。因みに弁体２０の回動方
向を切り換えるには、モータＭに流す電流の方向を換え
ることによって行える。また例えば減速機構３１の最終
的な減速比が、１／８００の設定であれば駆動要素６Ａ
を１００回転させた場合に弁体２０を１／８回転すなわ
ち４５°回動させることになる。更に弁体２０の回動切
換に伴い、ケーシング１０内に第二切換路口２２と第二
配管Ｈ２とが連結される一定角度と、第三切換路口２３
と第三配管Ｈ３とが連結される一定角度とに、弁体２０
の回動を止めるストッパを設けることが好ましい。

【００１４】なおこの実施の形態では図示したように伝
動機構６の伝動作用面をほぼ水平方向に設定している
が、駆動要素６Ａと受動要素６Ｂとの間に、より強い伝
動力を必要とする場合や装置の設置スペースが限定され
る場合等においては、例えば図７に示すように伝動作用
面をほぼ鉛直方向に設定した形態、すなわち駆動要素６
Ａと受動要素６Ｂとをそれぞれ互いに嵌め合い状態に形
成し、それぞれの隣接周面に駆動要素６Ａと受動要素６
Ｂとを設ける形態が採り得る。その場合必ずしも駆動要
素６Ａの外側に受動要素６Ｂを配する形態だけでなく、
図８に示すように駆動要素６Ａの内側に受動要素６Ｂを
配する形態も採り得る。

【００１５】また図７、８に示す実施の形態では、ケー
シング１０に連結される第二配管Ｈ２、第三配管Ｈ３及
び第四配管Ｈ４等を装置の外周部に屈曲するように配す
るのではなく、装置のほぼ直下方にストレート状に配す
るものであって、これは冷暖房機等の設置スペースや流
路切換装置の下方に接続される部材等の種々の条件に応
じて採り得る形態である。

【００１６】次にこの装置の作動状態について説明す
る。説明にあたっては暖房運転時と冷房・除湿運転時と
に区分して説明する。 （１）暖房運転時 暖房運転を行う際には、図３、５に示すように弁体２０
の第二切換路口２２を第二配管Ｈ２に接続し、第三切換
路口２３を第三配管Ｈ３に接続しない状態とする。この
場合にはコンプレッサ２からの作動媒体は、コンプレッ
サ２、第一配管Ｈ１、第一切換路Ｒ１、第二配管Ｈ２、
室内熱交換器３、毛細管４、室外熱交換器５、第三配管
Ｈ３、ケーシング１０内、第四接続口１４、第四配管Ｈ
４、コンプレッサ２．．．の順で循環する。

【００１７】（２）冷房・除湿運転時 冷房・除湿運転時には、図４、６に示すように弁体２０
の第三切換路口２３を第三配管Ｈ３に接続し、第二切換
路口２２を第二配管Ｈ２に接続しない状態とする。この
場合にはコンプレッサ２からの作動媒体は、コンプレッ
サ２、第一配管Ｈ１、第二切換路Ｒ２、第三配管Ｈ３、
室外熱交換器５、毛細管４、室内熱交換器３、第二配管
Ｈ２、ケーシング１０内、第四接続口１４、第四配管Ｈ
４、コンプレッサ２．．．の順で循環する。

【００１８】

【発明の効果】まず請求項１記載の冷暖房装置における
作動媒体の流路切換装置によれば、弁体２０を比較的シ
ンプルに構成でき弁体２０のシール性をより向上させ得
る。また弁体２０の回動軸２６を実質的に回動させる受
動要素６Ｂが密閉されたケーシング１０内部に収納され
るため、例えば作動媒体が回動軸２６の周辺部分から漏
出してもケーシング１０外に漏出することなく、効率的
な熱交換が行え、弁体２０の回動切換も円滑且つ確実に
行える。

【００１９】また請求項２記載の冷暖房装置における作
動媒体の流路切換装置によれば、駆動要素６Ａから受動
要素６Ｂへの伝動作用面を広く形成でき、より強い伝動
力を必要とする場合や装置の設置スペースが限定される
場合等種々の場合に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作動媒体の流路切換装置の使用状態を
示す説明図（ａ）、並びに作動媒体の流路切換装置を示
す斜視図（ｂ）である。

【図２】同上図２（ｂ）におけるＡ−Ａ線矢印方向から
見た断面図（ａ）、並びにこの断面図（ａ）におけるＢ
−Ｂ線矢印方向から見た断面図（ｂ）、並びにＣ−Ｃ線
矢印方向から見た断面図（ｃ）である。

【図３】同上暖房運転時の作動媒体の流れを示す説明図
である。

【図４】同上冷房・除湿運転時の作動媒体の流れを示す
説明図である。

【図５】同上暖房運転時の作動媒体の流れを示す横断平
面図（ａ）、並びに縦断面図（ｂ）である。

【図６】同上冷房・除湿運転時の作動媒体の流れを示す
横断平面図（ａ）、並びに縦断面図（ｂ）である。

【図７】伝動機構を示す断面図であって、図７（ｂ）に
おけるＡ−Ａ線矢印方向から見た断面図（ａ）、並びに
この断面図（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢印方向から見た断
面図（ｂ）、並びにＣ−Ｃ線矢印方向から見た断面図
（ｃ）である。

【図８】駆動要素の内側に受動要素を配し、第二配管を
直下方にストレート状に接続した実施の形態を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１ 作動媒体の流路切換装置 ２ コンプレッサ ３ 室内熱交換器 ４ 毛細管 ５ 室外熱交換器 ６ 伝動機構 ６Ａ 駆動要素 ６Ｂ 受動要素 ７ 減速作用室 ８ 切換弁室 １０ ケーシング １０ａ 仕切部 １１ 第一接続口 １２ 第二接続口 １３ 第三接続口 １４ 第四接続口 ２０ 弁体 ２０ａ ケース部 ２０ｂ 閉塞板 ２０ｃ 連通室 ２１ 第一切換路口 ２２ 第二切換路口 ２３ 第三切換路口 ２４ Ｏリング ２５ シーリング ２６ 回動軸 ３０ 回動駆動機構 ３１ 減速機構 ３２ シャフト ３３ ギヤ ３４ 歯車列 ６１ 永久磁石 ６３ 鋼板 Ｈ１ 第一配管 Ｈ２ 第二配管 Ｈ３ 第三配管 Ｈ４ 第四配管 Ｍ モータ Ｒ１ 第一切換路 Ｒ２ 第二切換路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外壁に第一接続口、第二接続口、第三接
   続口及び第四接続口を有したケーシングと、 このケーシング内の前記第一接続口を通る軸線上に回動
   駆動機構を構成し、この回動駆動機構により回動するよ
   うに設けられ、第一切換路口から第二切換路口へと連通
   する第一切換路、及び第一切換路口から第三切換路口へ
   と連通する第二切換路を有した弁体とを具えて成り、 前記第一接続口と第一切換路口とは常時連通され、一方
   前記第二接続口と第二切換路口と、第三接続口と第三切
   換路口とは弁体を一定角度往復回動させることにより択
   一的に連通させ、第一切換路と第二切換路との二つの流
   路を選択的に切り換えるようにした装置において、 前記回動駆動機構は、弁体と駆動源との間を伝動機構で
   結ぶとともに、この伝動機構は、永久磁石によって構成
   される駆動要素と、磁性体によって構成される受動要素
   とを具え、互いに非接触状態で回転を伝達して成り、且
   つ前記ケーシングは、この受動要素を内部に密閉した状
   態に収納するとともに駆動要素から駆動源に至る部位
   は、ケーシングにおける密閉範囲外に設けるものであ
   り、 また前記回動駆動機構は、受動要素と弁体との間に駆動
   要素からの回転を減速して弁体の回動切換を行う減速機
   構を具え、且つこの減速機構は前記受動要素と共にケー
   シング内部に密閉状態に収納される ことを特徴とする冷
   暖房装置における作動媒体の流路切換装置。
2. 【請求項２】 前記駆動要素と受動要素とは、回転を伝
   達する作用面を、それぞれ互いに嵌め合い状態に形成す
   ることを特徴とする請求項１記載の冷暖房装置における
   作動媒体の流路切換装置。