JP4109042B2 - 三方切換弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三方切換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、２つの流体入口からの流体を選択的に流入させて、１つの流体出口から流すようにした三方切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調装置等に用いられる冷媒サイクルは、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、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。例えば、図７，８には、四方弁を用いた空調機器に用いる冷凍サイクルが示されており、図７は冷房サイクルが、そして、図８は暖房サイクルが示されている。
図７において、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４及び室内熱交換器５は、サイクル管路６により冷媒が流動するように連結されており、四方弁２によってその流路の方向が決定されて冷房サイクルとなっている。図８に示す状態は、四方弁２によって流路が切り換えられており、冷媒を図７に示す方向とは逆にすることで、暖房サイクルが実現している。
しかしながら、上記冷媒サイクルに用いられている四方弁は部品点数が多く構造が複雑になるという問題があった。
【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することにあり、冷媒サイクル等に用いられる構造が簡単で、特に、圧縮機の低圧側に取り付けて流路切換を能動的に行わせる三方切換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記載の三方切換弁は、２つの流体入口と１つの流体出口とを具備し、２つの流体入口から流入する流体のどちらか一方の流体を流体出口から流出させる三方切換弁において、第１流体入口１１から流体出口１３への流路中に第１主弁部４０と、第２流体入口１２から流体出口１３への流路中に第２主弁部５０と、１つの電磁弁３０とを設け、第１主弁部４０は、第１主弁座４２が形成されている第１主弁部孔１４と、第１流体入口１１に連通する第１主弁室４６と、第１主弁部孔１４内に配置され第１主弁付勢体４３により第１主弁座４２方向に付勢されている第１主弁体４１と、該第１主弁体４１に第１流体入口１１側の流体圧が作用する第１背圧作用空間４５と、該第１背圧作用空間４５に連通する第１パイロット流路２４と、を具備し、第２主弁部５０は、第２主弁座５２が形成されている第２主弁部孔１５と、第２流体入口１２に連通する第２主弁室５６と、第２主弁部孔１５内に配置され第２主弁付勢体５３により第２主弁座５２方向に付勢されている第２主弁体５１と、該第２主弁体５１に第２流体入口１２側の流体圧が作用する第２背圧作用空間５５と、該第２背圧作用空間５５に連通する第２パイロット流路２５と、を具備し、電磁弁３０は、スイッチのオンオフにより駆動されるソレノイド部３２と、該ソレノイド部３２により開閉される第１副弁部６０及び第２副弁部７０と、を具備し、第１副弁部６０の流体流入側には、第２パイロット流路２５が連結されると共に、流体流出側は戻り流路２２を介して流体出口１３に連通され、第２副弁部７０の流体流入側には、第１パイロット流路２４が連結されると共に流体流出側は戻り流路２２を介して流体出口１３に連通され、電磁弁３０により、第１副弁部６０及び第２副弁部７０のいずれか一方の副弁が「開」で他方の副弁が「閉」となった場合、前記「開」となった一方の副弁と連結されるパイロット流路を介して連通する背圧作用空間の冷媒圧が低下することにより、当該背圧作用空間を具備する主弁部が、当該主弁部に具備される主弁体に対して「開」方向に作用する冷媒圧が当該主弁部に具備される付勢体の弾性力に打ち勝って「開」となり、前記「閉」となった他方の副弁と連結されるパイロット流路を介して連通する背圧作用空間の冷媒圧が高くなることにより、当該背圧作用空間を具備する主弁部が、当該主弁部に具備される付勢体の弾性力により「閉」となることを特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の三方切換弁は、上記手段において、第１副弁部６０と第２副弁部７０との間には連結ピン２１ａが介装され、第１副弁部６０と第２副弁部７０との開閉動作が連動す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、実施形態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、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係る三方切換弁の正面図、図２は図１のＡ方向から見た側面図、図３は同三方切換弁の縦断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線の断面図である。
【０００９】
先ず、本実施形態の全体構成について説明する。
例えば、三方切換弁１００を空調機の冷凍サイクルに用いる場合には、圧縮機１から送り出された冷媒を冷・暖房に応じて流路を振り分けるための高圧側の三方切換弁（したがって、１個の第１流体入口と冷房側と暖房側の２つの流体出口を有する。）と、冷・暖房に応じて２本の流路から流入する冷媒を選択して、１個の出口から送出するための低圧側の三方切換弁（したがって、２個の流体入口と１個の流体出口を有する。）とが必要であるが、本実施形態に係る三方切換弁１００は低圧側に用いるもので、２個の流体入口と１個の流体出口を有し、更に、電磁弁３０を具備させた能動的な流路切換機能をもつものである。
実施形態の低圧側用の三方切換弁１００は、弁体・流路部分が形成された本体ブロック１０と、該本体ブロック１０に装着される電磁弁３０と、からなる。
【００１０】
次に、本体ブロック１０について説明する。
本体ブロック１０には、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ており、その正面（図１参照）には、第１流体入口１１及び第２流体入口１２が形成され、その側面（図２参照）には流体出口１３が形成されている。なお、符号１８は、上記流体入口や流体出口に装着するサイクル管路６取付用のサイクル管路取付孔である。
また、本体ブロック１０には、上記第１流体入口１１に連通している第１入口流路１１ａを介して第１弁部孔１４が形成されている。また、第２流体入口１２に連通している第２入口流路１２ａを介して第２弁部孔１５が形成されている。そして、本体ブロック１０内において、第１弁部孔１４と第２弁部孔１５とは、一直線上に配置される。
【００１１】
更に、第１弁部孔１４と第２弁部孔１５とは、主弁間連通路２０により連通され、該主弁間連通路２０の中間位置から、出口流路１３ａを介して、流体出口１３に連通している。また、本体ブロック１０には、第２弁部孔１５と並行させて、第３弁部孔１６が形成されている。そして、更に、本体ブロック１０の第３弁部孔１６の位置とは反対側に電磁弁３０の取付孔となる第４弁部孔１７が形成されている。
【００１２】
次に、第１弁部４０について説明する。
第１弁部４０は内面形状が円筒状の第１弁部孔１４内に設けられ、ボール状の第１弁体４１と、該第１弁体４１に一体的に取り付けられる略円柱状の第１弁支持体４１ａと、第１弁部孔１４の開口部に装着され蓋としての機能も有する第１付勢体支持具４４と、上記第１弁支持体４１ａと第１付勢体支持具４４との間に形成される第１背圧作用空間４５と、該第１背圧作用空間４５内に配置される第１弁付勢体４３と、第１弁部孔１４と第１弁体４１との間に形成される第１弁室４６と、からなる。また、第１弁部孔１４における第１弁体４１と対向する位置には第１弁座４２が設けられ、更に、前記第１背圧作用空間４５と後述の第４弁部７０の第４弁室７６との間には、第１パイロット流路２４が設けられている。
【００１３】
次に、第２弁部５０について説明する。
第２弁部５０は、内面形状が円筒状の第２弁部孔１５内に設けられ、ボール状の第２弁体５１と、該第２弁体５１に一体的に取付けられる円柱状の第２弁支持体５１ａと、第２弁部孔１５の開口部に装着され蓋としての機能も有する第２付勢体支持具５４と、上記第２弁支持体５１ａと第２付勢体支持具５４との間に形成される第２背圧作用空間５５と、該第２背圧作用空間５５内に配置される第２弁付勢体５３と、第２弁部孔１５と第２弁体５１との間に形成される第２弁室５６と、からなる。また、第２弁部孔１５における第２弁体５１と対向する位置には第２弁座５２が設けられ、更に、前記第２背圧作用空間５５と後述の第３弁部６０の第３弁室６６との間には、第２パイロット流路２５が設けられている。
【００１４】
次に第３弁部６０について説明する。
第３弁部６０は、第２弁部５０の側部に平行して形成されている第３弁部孔１６に設けられる。該第３弁部孔１６内の第３弁室６６には、第３弁体６１と該第３弁体６１を支持する円筒状の第３弁支持体６１ａが設けられている。
そして、第３弁支持体６１ａと、その下部（図３参照）で本体ブロック１０に取り付けられて蓋としての機能も有する第３付勢体支持具６４との間に第３背圧作用空間６５が形成され、該第３背圧作用空間６５内には第３弁付勢体６３が介装されている。
第３弁付勢体６３は第３弁体６１を上方、即ち、第３弁体６１に対向して設けられた第３弁座６２方向に弾圧している。また、第３弁部６０における第３背圧作用空間６５と、第２弁部５０における第２弁室５６とは第２パイロット流路２５によって結ばれている。
【００１５】
次に第４弁部７０について説明する。
第４弁部７０には電磁弁取付具１９を介して電磁弁３０が装着されており、電磁弁３０の中心部に配置されているプランジャ７１ａの下端部には第４弁体７１が形成され、その下部で、かつ第４弁部孔１７の底部には第４弁座７２が設けられている。また、第４弁座７２の弁孔と第３弁座６２の弁孔は連通されて副弁間連通路２１が形成され、さらに副弁間連通路２１の中心位置から主弁間連通路２０の向けて戻り流路２２が形成されている。
【００１６】
また第３弁体６１と第４弁体７１との間には連結ピン２１ａが介装され、第４弁体７１と第３弁体６１との開閉動作が連動するようになっている。そして、第４勢弁付体７３のバネ圧の方が第３弁付勢体６３のバネ圧よりも大きく設定されていることから、通常（電磁弁オフ時）は、第４弁体７１は「閉」、第３弁体６１は「開」となっている。また、第４弁室７６と第１背圧作用空間４５との間には第１パイロット流路２４が形成されている。
【００１７】
次に電磁弁３０について説明する。
三方切換弁１００の上部側の第４弁部孔１７には、ソレノイドコイル３３等からなる電磁弁３０が電磁弁取付具１９を用いて装着される。なお、符号３１は電磁弁３０のリード線である。
電磁弁３０のソレノイド部３２は、ソレノイドコイル３３、吸引子７４、プランジャ７１ａ等からなる。プランジャ７１ａの上部には、吸引子７４が配置され、該吸引子７４は、ソレノイドケース３２ａにボルト３２ｂにより固定される。また、吸引子７４とプランジャ７１ａの間には第４背圧作用空間７５が形成され、第４弁付勢体７３が弾装されており、プランジャ７１ａを第４弁座７２側に押圧している。
また、この第４背圧作用空間７５と第４弁室７６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。そして、そのソレノイド部３２をオン・オフするスイッチ（図外）の操作により、吸引子７４の磁化に伴ってプランジャ７１が上下動する。
電磁弁３０は、三方切換弁１００に穿設された第４弁孔１７に対してプランジャパイプ１９ａ及び取付具１９を介して装着されている。
上記取付具１９は、外側に雄ねじが刻設された筒状部１９ｂと、円板リング状で径大部として形成されたフランジ部１９ｃとの一体物からなり、その中心部はプランジャパイプ１９ａを支持していると共に、筒状部１９ｂの外面の雄ねじ（符号なし）は第４弁部孔１７の内面に穿設された雌ねじ（符号なし）に螺合されて装着される。
また、プランジャパイプ１９ａを取付具１９に固定するに当たっては、プランジャパイプ１９ａの下端部を外周に開くように拡大させて拡大部１９ｄを形成し、この上に、取付具１９の下端部を載せてＴＩＧ溶接している。
そして、電磁弁３０のソレノイド部３２に対するスイッチ（図外）をオンオフすることにより、冷媒の流入路を、暖房時の冷媒の戻り管路に取付けられる第１流体入口１１と、冷房時の冷媒の戻り管路に取付けられる第２流体入口１２とのいずれかに切り換えるものである。
【００１８】
そのために、電磁弁３０のソレノイド部３２の中央部に配置されているプランジャパイプ１９ａには、プランジャ７１ａが配置される。このプランジャ７１ａの下部には、上記のように流路切り換え用の第４弁部７０及び第３弁部６０が設けられる。
また、プランジャ７１ａの上部には吸引子７４が設けられ、該吸引子７４とプランジャ７１ａとの間には、第４背圧作用空間７５が形成されると共に、第４勢弁付体７３が介装されている。なお、プランジャパイプ１９ａとプランジャ７１ａとの間には隙間があり、冷媒は流動可能となっている。
【００１９】
次に使用態様について説明する。
この三方切換弁１００は、例えば、空調装置等の冷凍サイクル用として使用されるもので、暖房サイクル又は冷房サイクルに切り換えるようにするものである。図５は同三方切換弁の冷房時の使用態様を示す説明図である。
【００２０】
上記構成において、電磁弁３０のスイッチオフ（無操作、又は、「オン」からの切換）で、第１弁室４６に冷媒があるときは、第１パイロット流路２４の冷媒圧が高く、第１背圧作用空間４５の冷媒圧が高いことから、図３に示すように、第１弁体４１が第１弁付勢体４３の弾性により下動して第１弁座４２に当接し、「閉」となっている。
しかし、電磁弁３０の作用（スイッチオン）により、第１パイロット流路２４の冷媒圧が低下するに従って、第１背圧作用空間４５の冷媒圧が低下する結果、第１弁体４１に対して「開」方向に作用する冷媒圧が第１弁付勢体４３の弾性力に打ち勝って上昇し、第1弁部４０は、「開」となる。
【００２１】
ところで、第３弁部６０は、電磁弁３０によりプランジャ７１ａを介して上下に作動される。そして、電磁弁３０がオフのときプランジャ７１ａからの押し下げ力が働き、［開］の状態にある。したがって第２流体入口１２からの冷媒は第２弁部孔１５に入り、［開］の状態にある第２弁室５６を通り主弁間連通路２０、出口流路１３ａを通って流体出口１３から送り出される。
このとき第２弁室５６内の冷媒は第２弁部孔１５と第２弁支持体５１ａの隙間を通って第２背圧作用空間５５に至り、さらに第２パイロット流路２５、第３弁室６６、副弁間連通路２１及び戻り流路２２を通って主弁間連通路２０に至り、流体出口１３から流出することになる。
【００２２】
また、電磁弁３０のオンにより、プランジャ７１ａが上動したとき、第３弁体６１は「閉」となり、第２背圧作用空間５５に至った冷媒は行き場を失い、第２弁体５１に対して背圧として作用することになる。このことは、第２弁体５１に対する上下からの冷媒圧が相殺されることになって、結局、第２弁体５１は、第２弁付勢体５３により上動し、第２弁座５２に当接して［閉］となる。
したがって、第３弁部６０は電磁弁３０のオンオフ作用により第２弁部５０の第２背圧作用空間５５の背圧を用いて第２弁部５０をオンオフする作用を有することと成る。
【００２３】
第４弁体７１が「閉」状態においては、第１背圧作用空間４５内には冷媒圧が保持され、第１弁体４１に対する上下からの冷媒圧は相殺される。しかし、第１弁体４１には第１弁付勢体４３のバネ圧が作用しているから第１弁体４１は「閉」となっている。
逆に、電磁弁３０がオンされ、第４弁体７１が「開」となったときは、第４弁室７６内の冷媒は副弁間連通路２１及び戻り流路２２を通って、主弁間連通路２０に排出されることで第１背圧作用空間４５内の冷媒圧は消失するから、結局、第１弁体４１は、第１弁付勢体４３のバネ圧よりはるかに大きな冷媒圧により「開」となる。
なお、上記実施例において、第１流体入口１１と第２流体入口１２とに連結する管路を逆にすることによって、電磁弁３０がオフ時に暖房とすることができる。
【００２４】
【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、圧縮機の流体の流出口に連結された流体入口からの流体の流れを、冷・暖房に対応する方向に適宜切り換えることで、両サイクルを容易に切り換えることができるに至った。
【００２５】
また、それぞれの第１弁部と第２弁部とはほぼ同一形状を有することから、その製造が簡単かつ容易であり、製造費の低廉化とトラブル頻度の低下を期待することができる。しかも、第１弁部と第２弁部とは同一直線上に相対させて配置できることから、構成が簡略化できる。
また、三方切換弁は、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、分離可能であり、したがって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、同様の機能を有する手段を簡単に用いることができる。また、本発明においては、第３弁部と第４弁部との戻り流路が共通の流路となるので、構成が一層簡単で製造も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る三方切換弁の正面図。
【図２】図１のＡ方向から見た側面図。
【図３】同三方切換弁の縦断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線の断面図。
【図５】同三方切換弁の冷房時の使用態様を示す説明図。
【図６】同三方切換弁の暖房時の使用態様を示す説明図。
【図７】四方弁を用いた場合の冷房時の使用態様を示す説明図。
【図８】四方弁を用いた場合の暖房時の使用態様を示す説明図。
【符号の説明】
１・・・圧縮機 ２・・・四方弁 ３・・・室外熱交換器
４・・・膨張弁 ５・・・室内熱交換器 ６・・・サイクル管路
７・・・（高圧側の）三方切換弁
１０・・本体ブロック
１１・・第１流体入口 １１ａ・・第１入口流路
１２・・第２流体入口 １２ａ・・第２入口流路
１３・・流体出口 １３ａ・・出口流路
１４・・第１弁部孔 １５・・第２弁部孔
１６・・第３弁部孔 １７・・第４弁部孔（電磁弁取付孔）
１８・・サイクル管路取付孔 １９・・電磁弁取付具
１９ａ・・プランジャパイプ １９ｂ・・筒状部
１９ｃ・・フランジ部 １９ｄ・・拡大部
２０・・主弁間連通路 ２１・・副弁間連通路 ２１ａ・・連結ピン
２２・・戻り流路 ２４・・第１パイロット流路
２５・・第２パイロット流路 ３０・・電磁弁 ３１・・リード線
３２・・ソレノイド部 ３２ａ・・ソレノイドケース
３２ｂ・・ボルト ３３・・ソレノイドコイル
４０・・第１弁部 ４１・・第１弁体 ４１ａ・・第１弁支持体
４２・・第１弁座 ４３・・第１弁付勢体 ４４・・第１付勢体支持具
４５・・第１背圧作用空間 ４６・・第１弁室
５０・・第２弁部 ５１・・第２弁体 ５１ａ・・第２弁支持体
５２・・第２弁座 ５３・・第２弁付勢体 ５４・・第２付勢体支持具
５５・・第２背圧作用空間 ５６・・第２弁室
６０・・第３弁部 ６１・・第３弁体 ６１ａ・・第３弁支持体
６２・・第３弁座 ６３・・第３弁付勢体 ６４・・第３付勢体支持具
６５・・第３背圧作用空間 ６６・・第３弁室
７０・・第４弁部 ７１・・第４弁体 ７１ａ・・プランジャ
７２・・第４弁座 ７３・・第４勢弁付体 ７４・・吸引子
７５・・第４背圧作用空間 ７６・・第４弁室
１００・・（低圧側の）三方切換弁

Claims (2)

1. ２つの流体入口と１つの流体出口とを具備し、２つの流体入口から流入する流体のどちらか一方の流体を流体出口から流出させる三方切換弁において、第１流体入口から流体出口への流路中に第１主弁部と、第２流体入口から流体出口への流路中に第２主弁部と、１つの電磁弁とを設け、
   前記第１主弁部は、第１主弁座が形成されている第１主弁部孔と、第１流体入口に連通する第１主弁室と、前記第１主弁部孔内に配置され第１主弁付勢体により第１主弁座方向に付勢されている第１主弁体と、該第１主弁体に第１流体入口側の流体圧が作用する第１背圧作用空間と、該第１背圧作用空間に連通する第１パイロット流路と、を具備し、
   前記第２主弁部は、第２主弁座が形成されている第２主弁部孔と、第２流体入口に連通する第２主弁室と、前記第２主弁部孔内に配置され第２主弁付勢体により第２主弁座方向に付勢されている第２主弁体と、該第２主弁体に第２流体入口側の流体圧が作用する第２背圧作用空間と、該第２背圧作用空間に連通する第２パイロット流路と、を具備し、
   前記電磁弁は、スイッチのオンオフにより駆動されるソレノイド部と、該ソレノイド部により開閉される第１副弁部及び第２副弁部と、を具備し、
   第１副弁部の流体流入側には、前記第２パイロット流路が連結されると共に、流体流出側は戻り流路を介して流体出口に連通され、
   第２副弁部の流体流入側には、前記第１パイロット流路が連結されると共に流体流出側は前記戻り流路を介して流体出口に連通され、
   前記電磁弁により、前記第１副弁部及び第２副弁部のいずれか一方の副弁が「開」で他方の副弁が「閉」となった場合、
   前記「開」となった一方の副弁と連結されるパイロット流路を介して連通する背圧作用空間の冷媒圧が低下することにより、当該背圧作用空間を具備する主弁部が、当該主弁部に具備される主弁体に対して「開」方向に作用する冷媒圧が当該主弁部に具備される付勢体の弾性力に打ち勝って「開」となり、
   前記「閉」となった他方の副弁と連結されるパイロット流路を介して連通する背圧作用空間の冷媒圧が高くなることにより、当該背圧作用空間を具備する主弁部が、当該主弁部に具備される付勢体の弾性力により「閉」となることを特徴とする三方切換弁。
2. 前記第１副弁部と前記第２副弁部との間には連結ピンが介装され、前記第１副弁部と前記第２副弁部との開閉動作が連動することを特徴とする請求項１記載の三方切換弁。

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