JP4074162B2 - 三方弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三方弁に関するものであり、更に詳しくは、１つの電磁弁の動作により、流体入口に対して、２つの流体出口の内の一方を選択するようにした三方弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調装置、冷蔵庫等に用いられる冷媒サイクルにおいて、冷媒流路を切り換えるために、流路中に流路切換弁が用いられている。従来、流路切換弁として四方弁が用いられるケースが多い。しかしながら、上記四方弁は部品点数が多く構造が複雑となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消し、部品点数が少なく構造が簡単な三方弁を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は下記の手段を講ずる。
請求項１記載の三方弁は、１つの流体入口１と第１出口２と第２出口３とを具備し、流体入口１から流入した流体を第１出口２又は第２出口３のどちらかの出口から流出させる三方弁において、
第１出口２への流路中に第２主弁３０及び第１主弁２０を設けると共に、第２主弁３０から第２出口３への流路を分岐させ、第２主弁３０の開閉を電磁弁により行うと共に、第１出口２の開閉を第２主弁３０の開閉に連動させ、
第１主弁２０は、第２主弁３０を介して流体入口１に連通すると共に第１弁座２２が形成されている第１弁筒部２４と、該第１弁筒部２４内に配置され第１弁付勢体２３により第１弁支持体２１ａを介して第１弁座方向に付勢されている第１弁体２１と、第１弁支持体２１ａに第１弁体２１とは反対側に装着されている副弁２５ａと、副弁２５ａに第２出口３の流体圧が作用する第１背圧作用空間２５と、を具備し、
第２主弁３０は、流体入口１に連通すると共に第２弁座３２が形成されている第２弁筒部３４と、該第２弁筒部３４内に配置され第２弁付勢体３３により第２弁座３２方向に付勢されている第２弁体３１と、第２弁体３１に流体入口１側の流体圧が作用する第２背圧作用空間３５と、第２背圧作用空間３５に連通するパイロット流路３７と、を具備し、
該パイロット流路３７の流体圧を電磁弁により低下させることで、第２主弁３０が「開」となるように構成したことを特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の三方弁は、上記手段において、第２主弁３０の第２弁座３２と第２出口３とを第２出口管路３９を介して連通させると共に、第１弁筒部２４の下底部で副弁２５ａに対応する位置に副弁座２２ａを設け、該副弁座２２ａを介して第１背圧作用空間２５と上記第２出口管路３９とを連通させると共に、第１弁体２１が「開」のとき副弁２５ａを「閉」とし、第２弁体３１が「開」のとき、第２出口管路３９からの冷媒圧により、副弁２５ａを「開」とすることを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の三方弁は、請求項１又は請求項２記載の手段において、電磁弁５０は、スイッチのオンオフにより駆動される駆動部６０と、該駆動部６０により開閉される弁体９１を具備し、弁体９１の流体流入側には、前記パイロット流路３７が連結されると共に、流体流出側に設けられた第２流出路３８を介して第２出口３に連通されていることを特徴とする。
【０００７】
なお、上記各発明の手段の記載においては、実施例との対応関係を理解し易くするために、各構成要素に図面符号を付したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１はその実施例の平面図、図２は同実施例の正面図、図３は同実施例の背面図、図４は同実施例の右側面図、図５は図１のＡ−Ａ線の断面図、図６は図５のＢ−Ｂ線の断面図である。
実施例に係る三方弁１００は、全体としてアルミニウム合金、鋼材等を素材とする概略直方体形状の金属ブロックからなる構造体に支持され、その一側面（特に、図２，６参照）に流体入口１が形成されている。また、その反対の側面には第１出口２が形成されている（特に、図３，６参照）。
【０００９】
また、三方弁１００の上部側には、電磁弁５０が付設されており、該電磁弁５０の駆動部６０に対するスイッチのオンオフにより、冷凍サイクル中の管路の内、圧縮機の流出口側に連結された流体入口１から流入した冷媒を、第１出口２又は第２出口３に切り換えて流すようにするものである。この三方弁１００は、例えば、空調装置等の冷凍サイクルにおける冷房サイクル又は暖房サイクルの冷媒流路の切換に応用されるものである。
【００１０】
次に、上記流体入口１から第１流入路１０、第２主弁３０及び第２流入路１１を介して連結される第１主弁２０について説明する（特に図６参照）。第１主弁２０は、第１流入路１０及び第２流入路１１の流れ方向とは直角方向に穿設された断面円形の第１弁筒部２４内に形成される。該第１弁筒部２４内には、第１弁筒部２４の上底部に形成された第１弁座２２に対して遠近方向（図６では上下方向）に移動可能な第１弁体２１が配置される。
【００１１】
該第１弁体２１は、ボール形状を有しているとともに一体的に設けられた円柱状の第１弁支持体２１ａに支持されている。換言すれば、シリンダー状の第１弁筒部２４に対してピストン状の第１弁支持体２１ａが上下に往復移動可能に配置されていることになる。なお、第１弁体２１と第１弁支持体２１ａとの間の空間に連通して冷媒抜き孔（符号なし）が形成されている。又、前記第１弁座２２の中央部の開口部は、第１連通路２６ａを介して第１出口管路２９に開口しており、該第１出口管路２９は第１出口２に連通している。
【００１２】
第１弁筒部２４内は第１弁室２６を構成しており、また、第１弁筒部２４と、第１弁筒部２４の下部に設けられている第１弁支持体２１ａとの間には、第１背圧作用空間２５が形成されており、該第１背圧作用空間２５には、第１弾性体支持具２３ａに支持される第１弁付勢体２３が介装されており、第１弁体２１は第１弁付勢体２３により左方、即ち、「閉」側に付勢されている。
【００１３】
また、第１弁支持体２１ａの下端部（第１弁体２１の取付部とは反対側）には、ボール状の副弁２５ａが装着されており、一方、第１弁支持体２１ａには、第１背圧作用空間２５に連通する主連通孔２３ｂ及び主連通孔２３ｂに連通する副連通孔２３ｃが連設されている。なお、該副連通孔２３ｃは後述のパイロット流路３７を介して第２連通路３６ａと連通している。
【００１４】
したがって、第２連通路３６ａ内の冷媒は、前記パイロット流路３７を介して第１弁支持体２１ａの下側（図６）に形成される第１背圧作用空間２５に至るように形成されている。また、第１背圧作用空間２５に至った冷媒圧は、副弁２５ａを「開」とすると共に、第１弁支持体２１ａに対して背圧として作用し、第１弁体２１を「閉」方向に作用することになる。
【００１５】
次に、三方弁１００に形成される流体入口１から第１流入路１０、第２流入路１１を介して連結される第２主弁３０について説明する（特に、図６参照）。
【００１６】
第２主弁３０は、第１流入路１０及び第２流入路１１の流れ方向とは直角方向に穿設された断面円形の第２弁筒部３４内に形成される。該第２弁筒部３４内には、第２弁筒部３４の底部に形成された第２弁座３２に対して遠近方向（図６では上下方向）に移動可能な第２弁体３１が配置される。
【００１７】
該第２弁体３１は、ボール形状を有していると共に、一体的に設けられた円柱状の第２弁支持体３１ａに支持されている。換言すれば、シリンダー状の第１弁筒部２４に対してピストン状の第２弁支持体３１ａが左右に往復移動可能に配置されていることになる。なお、第２弁体３１と第２弁支持体３１ａとの間の空間に連通して冷媒抜き孔（符号なし）が形成されている。前記第２弁座３２の中央部の開口部は、第２連通路３６ａを介して第２出口管路３９に開口しており、該第２出口管路３９は第２出口３に連通している。
【００１８】
また、第２弁筒部３４内は第２弁室３６を構成しており、第２弁筒部３４と第２弁支持体３１ａとの間には所定空間、即ち、第２背圧作用空間３５が形成されており、該第２背圧作用空間３５には、第２弾性体支持具３３ａに支持される第２弁付勢体３３が介装されており、第２弁体３１は第２弁付勢体３３により下方、即ち、「閉」側に付勢されている。
第２弁室３６内の冷媒は、前記第２弁筒部３４と第２弁支持体３１ａとの隙間を介して、第２弁支持体３１ａの上側に形成される第２背圧作用空間３５に至るように形成されている。また、第２背圧作用空間３５に至った冷媒圧は、第２弁支持体３１ａに対して背圧として作用（閉弁方向に作用）することになる。
【００１９】
上記第２背圧作用空間３５からは、図５に示すように、パイロット流路３７が略直線状に穿設されており、パイロット流路３７の他端は後述の弁室９６に連通している。なお、図中符号８は、三方弁１００に管路を構成するパイプを取り付けるための取付孔を示す。
【００２０】
電磁弁５０は、図５に示すように、三方弁１００に穿設された電磁弁装着孔４に対して取付具５１を介して装着されている。電磁弁５０には、電力を供給するリード線５２（図１，４参照）が連結されていると共に、電磁コイル６０ａ等からなる駆動部６０が配置され、その中央部には駆動部６０をオン・オフするスイッチ（図外）の操作により、上下動するプランジャ６１が配置されている。
三方弁１００の電磁弁装着孔４とプランジャ６１の下端部に形成された弁体９１との間には、弁室９６が形成され、また、弁体９１の下部近傍には、弁座９２が配置されている。
【００２１】
また、この弁座９２には、第２流出路３８が形成されており、その下端部は第２出口管路３９に連通している。
なお、プランジャ６１の上部には、吸引子９３ａが上下位置調節可能に配置される。また、吸引子９３ａとプランジャ６１の間には閉ばね９３が弾装されており、弁体９１を下方に押圧している。したがって、この電磁弁５０は、非通電時「閉」である。
【００２２】
また、プランジャ６１と吸引子９３ａの間に背圧作用空間９５が形成され、該背圧作用空間９５内に、閉ばね９３が配置されるとともに、この背圧作用空間９５と弁室９６との間は冷媒が移動可能に隙間（符号なし）が形成されている。
【００２３】
図５に示す状態は、スイッチがオフ状態であり、弁体９１は閉状態である。したがって、弁室９６、パイロット流路３７の冷媒は流動せず、第２背圧作用空間３５内の冷媒圧も高く、第２主弁３０は「閉」状態となる。
【００２４】
電磁弁５０に対してスイッチがオンになり、プランジャ６１が上動した時は、弁体９１が弁座９２から離れ「開」となり、弁室９６と第２流出路３８が連通する結果、弁室９６内の流体は第２流出路３８、第２出口管路３９を介して第２出口３から流出することになる。その結果、弁室９６内の冷媒圧は低下する。
【００２５】
次に、本実施例の作用について説明する。
図７は図６と同一図面で、冷媒が第1出口２に流れる状態を示す。また、図８は図５と同一図面で、冷媒が第２出口３に流れる状態を示す。更に、図９は図６と同一図面で、冷媒が第２出口３に流れる状態を示す。
上記構成において、流体入口１から加圧冷媒が供給されない状態においては、第１弁体２１は第１弁付勢体２３により第１弁座２２上にあり、「閉」となっている。また、同様に、この状態では第２弁体３１も第２弁付勢体３３の作用により第２弁座３２上にあり「閉」となっている。
【００２６】
次に、流体入口１に加圧冷媒が供給された状態においては、電磁弁５０がオフの場合には、図１，５に示すように、第２主弁３０は「閉」の状態になる。
即ち、第２背圧作用空間３５に至った冷媒はそのままパイロット流路３７を通って弁室９６、及び背圧作用空間９５に至るも流れ出ることができず、結局、図７に示すように、第１流入路１０を介して第２主弁３０に至った加圧冷媒は、第２背圧作用空間３５に至って行き場を失い、その結果、第２主弁３０の第２弁体３１側と第２背圧作用空間３５で圧力差が解消され、第２弁付勢体３３が弁を押し戻すことにより、結果として第２主弁３０は「閉」となり第２出口３からの冷媒の流れはない。したがって、第２主弁３０は「閉」の状態になる。
そこで、冷媒は、第２流入路１１を通って第１主弁２０に至り、冷媒圧により、第１弁体２１は下動して第１連通路２６ａ、第１出口管路２９を通って第１出口２から流出する。この時、第１弁体２１の副弁２５ａは副弁座２２ａに対して、「閉」となる。この状態においては、加圧冷媒は第１弁室２６から第１弁支持体２１ａとブロックとの隙間（符号なし）を通って第１背圧作用空間２５ｂに至っている。したがって、第１背圧作用空間２５は加圧冷媒で満たされている。
【００２７】
この状態では、第２連通路３６ａは低圧であり、副弁２５ａの「閉」により、第１付勢体２３のばね反力よりも大きい冷媒圧の圧力差が発生し、第１弁体２１は「開」となる。従って、流体入口１からの冷媒は第１流入路１０、第１弁室２６、第１連通路２６ａ、第１出口管路２９を通って第１出口２に流れることになる。
【００２８】
逆に、冷房から暖房に切り換える場合には、スイッチをオンして電磁弁５０の駆動部６０を駆動させる。この操作により、プランジャ６１は磁力により上動し、弁体９１は「開」となる。
その結果、弁室９６内の冷媒圧は低下し、したがって、パイロット流路３７を介して連通する第２背圧作用空間３５の冷媒圧も低下し、第２主弁３０は「開」となる。第２主弁３０の「開」により、冷媒は、図８，９に示すように、第２連通路３６ａから第２出口管路３９に流れるが、パイロット流路３７及び副連通孔２３ｃ及び主連通孔２３ｂを介して副弁２５ａにも作用し、第１主弁２０を「開」にしている副弁２５ａ前後の圧力差（第１背圧作用空間２５内圧力と副連通孔２３ｃ内圧力との圧力差）は解消され、第１付勢体２３により第１主弁２０は押し戻され、第１弁体２１を「閉」とする。
【００２９】
以上に経過を経て、第２弁体３１は「開」となり、冷媒は第１流入路１０、第２弁室３６、第２連通路３６ａ、第２出口管路３９を経て第２出口３から流れ出し、冷媒流路の切換が行なわれる。そして、この手段は流路切換を必要とするシステムに応用される。なお、上記実施例において、第１弁付勢体２３及び第２弁付勢体３３として、それぞれ１個のばねを用いたが、複数のばねを用いてばね定数を変化させたり、或いは、他の弾性体を用いてもよい。
また、上記実施例では、図５に示すように、電磁弁５０はその軸方向が第１弁筒部２４の軸方向と平行に配置され、且つ第２流出路３８が第２出口管路３９に連結されているが、電磁弁５０の軸方向は他の方向、例えば第２出口管路３９と平行に配置し、第２流出路３８を第２連通路３６ａに連結するようにしてもよい。
【００３０】
また、上記実施例において、第１弁座２２、副弁座２２ａ、及び／又は第２弁座３２を、ブロック体とは別体として耐摩耗性を有する金属素材等で構成してもよい。また、第１弁体２１、第２弁体３１及び／又は副弁２５ａを、耐摩耗性を有する金属体若しくは耐摩耗性を有する表面処理を施した弁体、又は衝撃を吸収する為に樹脂等で形成しても良い。
また、上記実施例において、第１弁体２１及び第２弁体３１はボール形状としたが、他の形状の弁体であってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているので、電磁弁のスイッチを単にオン・オフするだけで、例えば、コンプレッサの流体流出口に連結された流体入口からの流体を、冷・暖房において適宜切り換えることで、例えば、両サイクルに必要な流路を容易に切り換えることができる。
【００３２】
また、第１主弁と第２主弁とは相対位置を適宜配置できることから、種々の機器に適用できる。また、三方弁は、弁部分と電磁弁部分とは別構成とし、これらを結合して全体装置としているから、相互に分離可能であり、したがって、例えば、一方の構成に不具合が生じた場合でも、容易に交換したり同様の機能の部材を容易に用いることができる。
更に、電磁弁は、１つの弁室を単に開閉するだけであるから、電磁弁の構成も簡略化できる。また、第１主弁及び第２主弁は相互に連動する構成となっていることから作動が的確であり、機能の信頼性が高いものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例の平面図。
【図２】同実施例の正面図。
【図３】同実施例の背面図。
【図４】同実施例の右側面図。
【図５】図１のＡ−Ａ線の断面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ線の断面図。
【図７】図６と同一図面で、冷媒が第1出口２に流れる状態を示す。
【図８】図５と同一図面で、冷媒が第２出口３に流れる状態を示す。
【図９】図６と同一図面で、冷媒が第２出口３に流れる状態を示す。
【符号の説明】
１００・・三方弁
１・・・流体入口 ２・・・第１出口 ３・・・第２出口
４・・・電磁弁装着孔 ８・・・取付孔
１０・・第１流入路 １１・・第２流入路
２０・・第１主弁 ２１・・第１弁体 ２１ａ・・第１弁支持体
２２・・第１弁座 ２２ａ・・副弁座 ２３・・第１弁付勢体
２３ａ・・第１弾性体支持具 ２３ｂ・・主連通孔 ２３ｃ・・副連通孔
２４・・第１弁筒部 ２５・・第１背圧作用空間 ２５ａ・・副弁
２６・・第１弁室 ２６ａ・・第１連通路
２９・・第１出口管路
３０・・第２主弁 ３１・・第２弁体 ３１ａ・・第２弁支持体
３２・・第２弁座 ３３・・第２弁付勢体
３３ａ・・第２弾性体支持具 ３４・・第２弁筒部
３５・・第２背圧作用空間 ３６・・第２弁室 ３６ａ・・第２連通路
３７・・パイロット流路 ３８・・第２流出路
３９・・第２出口管路
５０・・電磁弁 ５１・・取付具 ５２・・リード線
６０・・駆動部 ６０ａ・・電磁コイル ６１・・プランジャ
９１・・弁体 ９２・・弁座
９３・・閉ばね ９３ａ・・吸引子
９５・・背圧作用空間 ９６・・弁室

Claims (3)

1. １つの流体入口と第１出口と第２出口とを具備し、流体入口から流入した流体を第１出口又は第２出口の内どちらか１つから流出させる三方弁において、流体入口から第１出口への流路中に第２主弁及び第１主弁を設けると共に、第２主弁から第２出口への流路を分岐させ、第２主弁の開閉を電磁弁により行うと共に、第１出口の開閉を第２主弁の開閉に連動させ、
   上記第１主弁は、第２主弁を介して流体入口に連通させると共に第１弁座が形成されている第１弁筒部と、該第１弁筒部内に配置され第１弁付勢体により第１弁支持体を介して第１弁座方向に付勢されている第１弁体と、第１弁支持体に第１弁体とは反対側に装着されている副弁と、副弁に第２出口の流体圧が作用する第１背圧作用空間と、を具備し、
   上記第２主弁は、流体入口に連通すると共に第２弁座が形成されている第２弁筒部と、該第２弁筒部内に配置され第２弁付勢体により第２弁座方向に付勢されている第２弁体と、第２弁体に流体入口側の流体圧が作用する第２背圧作用空間と、第２背圧作用空間に連通するパイロット流路と、を具備し、
   該パイロット流路の流体圧を電磁弁により低下させることで、第２主弁が「開」となるように構成したことを特徴とする三方弁。
2. 第２主弁の第２弁座と第２出口とを第２出口管路を介して連通させると共に、第１弁筒部の下底部で副弁に対応する位置に副弁座を設け、該副弁座を介して第１背圧作用空間と上記第２出口管路とを連通させ、第１弁体が「開」のとき副弁を「閉」とし、第２弁体が「開」のとき、第２出口管路からの冷媒圧により、副弁を「開」とすることを特徴とする請求項１記載の三方弁。
3. 電磁弁は、スイッチのオンオフにより駆動される駆動部と、該駆動部により開閉される弁体を具備し、
   弁体の流体流入側には、前記パイロット流路が連結されると共に、流体流出側に設けられた第２流出路を介して第２出口に連通されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の三方弁。

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