JP4156438B2 - 四方切換弁 - Google Patents
四方切換弁 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4156438B2 JP4156438B2 JP2003137684A JP2003137684A JP4156438B2 JP 4156438 B2 JP4156438 B2 JP 4156438B2 JP 2003137684 A JP2003137684 A JP 2003137684A JP 2003137684 A JP2003137684 A JP 2003137684A JP 4156438 B2 JP4156438 B2 JP 4156438B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- port
- pressure
- valve
- way switching
- refrigerant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
- F25B41/26—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves of fluid flow reversing valves
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T137/00—Fluid handling
- Y10T137/8593—Systems
- Y10T137/86493—Multi-way valve unit
- Y10T137/86839—Four port reversing valves
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T137/00—Fluid handling
- Y10T137/8593—Systems
- Y10T137/87169—Supply and exhaust
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Multiple-Way Valves (AREA)
- Fluid-Driven Valves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は四方切換弁に関し、特に自動車のヒートポンプ方式冷暖房システムなどにおいて冷暖房運転モードの切り換え時に冷媒配管の切り換えを行う四方切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の冷暖房システムにおいて、冷房運転では冷凍サイクルが用いられ、暖房運転には、エンジンの冷却水が熱源として用いられている。しかしながら、この暖房用の熱源は、近年、エンジンの燃焼効率が向上したことにより、冷却水の温度が高くならず、冬期に十分な暖房温度を得ることができなくなってきている。そこで、冷房と一緒に暖房もできるようなシステムのニーズが増えている。このような冷暖房システムでは、室内熱交換器および室外熱交換器に流す冷媒の流れ方向を冷房運転時と暖房運転時とで逆転させる必要があるが、その冷媒流れ方向の切り換えを行うのが四方切換弁である。
【０００３】
このような四方切換弁として、椀状の弁体を摺動させることにより冷媒通路を切り換えるものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。この四方切換弁は、圧縮機からの吐出圧を導入するポートと、同一平面に開口するよう並設された３つのポートと、この３つのポートのうちの２つを互いに連通させ、残りの１つを上記した吐出圧導入用のポートと連通させる椀状の弁体とを備えている。３つのポートの真中に配置されたポートは、圧縮機の吸入側に接続され、他の２つのポートは、室内熱交換器と室外熱交換器とにそれぞれ接続されている。３つのポートの同一開口面を摺動するように弁体を駆動するピストンが弁体の摺動方向両側に配置され、パイロット弁がそれらピストンの作動室に吐出圧導入用のポートからチューブを介して高圧を選択的に導入するようにし、高圧が導入されない作動室は圧縮機の吸入側に接続されたポートに接続するように切換制御するようにしている。
【０００４】
この四方切換弁の構成により、パイロット弁が或る切換位置にあるときは、吐出圧が一方のピストンの作動室にチューブを介して導入され、他方のピストンの作動室がチューブを介して圧縮機の吸入側へ接続されることにより、一方のピストンが弁体を駆動して並設された３つのポートのうち、一方のピストンから遠い側の２つのポートを互いに連通させるとともにこれら２つのポートを吐出圧から遮断し、残りの１つのポートを吐出圧導入用のポートと連通させる。これにより、冷暖房システムは、圧縮機から吐出された冷媒が、吐出圧導入用のポート、弁体によって覆われていないポート、第１の熱交換器、膨張装置、第２の熱交換器、弁体によって連通された２つのポートを介して圧縮機へ流れる冷媒通路が形成され、第１の熱交換器が冷媒の凝縮、第２の熱交換器が冷媒の蒸発を行うことになるので、第２の熱交換器による冷房運転が行われる。
【０００５】
逆に、パイロット弁が他の切換位置にあるときは、一方のピストンの作動室がチューブを介して圧縮機の吸入側へ接続され、他方のピストンの作動室にチューブを介して吐出圧が導入されることにより、他方のピストンが弁体を駆動して並設された３つのポートのうち、他方のピストンから遠い側の２つのポートを互いに連通させるとともにこれら２つのポートを吐出圧から遮断し、他方のピストンに最も近い側の１つのポートを吐出圧導入用のポートと連通させる。これにより、冷暖房システムは、圧縮機から吐出された冷媒が、吐出圧導入用のポート、弁体によって覆われていないポート、第２の熱交換器、膨張装置、第１の熱交換器、弁体によって連通された２つのポートを介して圧縮機へ流れる冷媒通路が形成され、第２の熱交換器で冷媒の凝縮、第１の熱交換器で冷媒の蒸発を行うことになるので、第２の熱交換器による暖房運転が行われる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１５１２５１号公報（段落番号〔００３５〕〜〔００３６〕，図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の四方切換弁では、椀状の弁体が摺動することによりポートの切り換えを行っているため、摺動部に弾性のあるシール材を使うことができず、シール性が悪いので、ポペット弁を使用した高圧用三方切換弁と低圧用三方切換弁とを備え、高圧用三方切換弁の２つの主弁の動作を、パイロット弁による２つの主弁の背圧制御で行うようにした構成のものも知られている（実願昭４９−１５５５６９）。この四方切換弁は、パイロット弁が背圧室を切り換えた後に連通させているのは低圧用三方切換弁の共通ポートであるので、圧縮機によって圧縮された高圧冷媒が背圧室を通じて低圧側、すなわち圧縮機の吸入側に何ら仕事をすることなく直接流れてしまうことになり、冷暖房システムの効率が悪化してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、冷暖房システムの効率を向上させることができる四方切換弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、第１のポートを第２のポートまたは第３のポートと連通するよう切り換えると同時に第４のポートを前記第３のポートまたは前記第２のポートと連通するように切り換える四方切換弁であって、前記第１のポートに供給された高圧の冷媒を前記第２のポートまたは前記第３のポートに流すよう切り換える高圧用三方切換弁と、前記高圧用三方切換弁の切換動作に連動して生じる前記第２のポートの圧力と前記第３のポートの圧力との差圧により前記第２のポートまたは前記第３のポートに供給された低圧の冷媒を前記第４のポートに流すよう切り換える低圧用三方切換弁と、を備えた四方切換弁において、前記高圧用三方切換弁は、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に配置された第１の主弁と、前記第１のポートの冷媒が供給される背圧室を有し、前記第１の主弁を駆動する第１のピストンと、前記第１のポートと前記第３のポートとの間に配置された第２の主弁と、前記第１のポートの冷媒が供給される背圧室を有し、前記第２の主弁を駆動する第２のピストンと、前記第１および第２のピストンの背圧室の圧力を選択的に逃がすよう切り換えるソレノイド駆動のパイロット弁と、前記第２のポートと前記第３のポートとの間の隔壁に配置され、前記第２のポートの圧力と前記第３のポートの圧力との差圧により切り換えられて前記パイロット弁からの圧力通路を冷媒が流出する側の前記第２のポートまたは前記第３のポートと連通させるチェック弁と、を備えていることを特徴とする四方切換弁が提供される。
【００１２】
このような四方切換弁によれば、背圧室の圧力をパイロット弁およびチェック弁を介して、低圧側ではなく、高圧側の下流へ流出させるようにしたことで、背圧室から流出される冷媒を有効的に使うことができるので、冷暖房システムの効率を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車冷暖房システムに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は四方切換弁を使用した冷暖房システムの構成を示す図である。
冷暖房システムは、自動車のエンジンによって駆動される圧縮機１１と、冷暖房運転モードの切り換えを行う四方切換弁１２と、外気との熱交換を行う室外熱交換器１３と、オリフィスチューブからなる膨張装置１４と、車室内空気との熱交換を行う室内熱交換器１５と、冷媒を気液に分離するアキュムレータ１６とから構成されている。
【００１７】
四方切換弁１２は、等価的に、それぞれ３つのポートを有する２つの三方切換弁１２ａ，１２ｂから構成されていて、それらのポートを組み合わせることで４つのポートＴ１〜Ｔ４を有するようにしている。四方切換弁１２のポートＴ１は、圧縮機１１の吐出配管に接続され、ポートＴ２は、室外熱交換器１３に接続され、ポートＴ３は、室内熱交換器１５に接続され、ポートＴ４は、アキュムレータ１６を介して圧縮機１１の吸入配管に接続されている。
【００１８】
四方切換弁１２は、冷房運転モードのとき、図中に実線で示したように、ポートＴ１とポートＴ２とが連通し、ポートＴ３とポートＴ４とが連通するように切り換えられる。したがって、圧縮機１１にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、四方切換弁１２のポートＴ１に入り、ポートＴ２から室外熱交換器１３に送られ、ここで冷媒は熱交換されて凝縮され、膨張装置１４にて断熱膨張されて低温・低圧になる。この低温・低圧の冷媒は、室内熱交換器１５で車室内の空気と熱交換されて暖かい空気を冷やす。熱交換によって蒸発された冷媒は、四方切換弁１２のポートＴ３およびポートＴ４を通ってアキュムレータ１６に入り、ここで飽和液と飽和ガスとに分離され、分離された飽和ガスが圧縮機１１に戻る。
【００１９】
一方、暖房運転モードのときには、四方切換弁１２は、図中に破線で示したように、ポートＴ１とポートＴ３とが連通し、ポートＴ２とポートＴ４とが連通するように切り換えられる。したがって、圧縮機１１にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、四方切換弁１２のポートＴ１およびポートＴ３を通って室内熱交換器１５に入り、ここで熱交換されて室内の冷たい空気を加熱する。熱交換によって凝縮された冷媒は、膨張装置１４にて断熱膨張されて低温・低圧になり、室外熱交換器１３での熱交換により蒸発され、四方切換弁１２のポートＴ２およびポートＴ４を通ってアキュムレータ１６に入り、ここで気液分離された飽和ガスが圧縮機１１に戻る。
【００２０】
このように、四方切換弁１２は、その冷媒通路を切り換えることにより、室外熱交換器１３と膨張装置１４と室内熱交換器１５とを流れる冷媒の流れ方向を逆転させ、室内熱交換器１５を、冷房運転モードのときは蒸発器、暖房運転モードのときは凝縮器として機能させることができる。
【００２１】
図２は第１の実施の形態に係る四方切換弁の内部構成をソレノイドオフで冷媒が流れていないときの状態で示す断面図、図３は第１の実施の形態に係る四方切換弁の構成例を示す断面図、図４は図２のＡ−Ａ矢視断面図、図５は図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００２２】
この第１の実施の形態に係る四方切換弁１２は、図２に示したように、ポペット弁構造の２つの主弁２１，２２が並置されてポートＴ１をポートＴ２またはポートＴ３と連通するように切り換える高圧用の三方切換弁１２ａと、ポペット弁構造の２つの主弁２３，２４が同一軸線上に配置されてポートＴ２またはポートＴ３をポートＴ４と連通するように切り換える低圧側の三方切換弁１２ｂと、高圧用の主弁２１，２２の背圧を制御するソレノイド作動のパイロット弁２５とを備えている。パイロット弁２５は、三方切換弁の構成を有していて、主弁２１，２２の背圧室の一方を圧力通路２６を介してチェック弁２７に連通するようにしている。
【００２３】
この四方切換弁１２は、図３に示したように、ボディ３１の図の上部に２つの主弁２１，２２を収容する２つのシリンダ３２，３３が平行に穿設され、これらのシリンダ３２，３３の両方に連通するように高圧冷媒を導入するポートＴ１が設けられている。これらのシリンダ３２，３３の下方には、ポートＴ２およびポートＴ３がそれぞれ設けられている。
【００２４】
ポートＴ１とポートＴ２，Ｔ３との間の各シリンダ３２，３３には、主弁座３４，３５がボディ３１と一体に形成されている。主弁座３４，３５に対向してポートＴ１の側から接離自在の主弁体３６，３７が配置されており、これら主弁体３６，３７は、シリンダ３２，３３内を摺動自在に配置されたピストン３８，３９と一体に形成されている。ピストン３８，３９は、主弁体３６，３７より大きな受圧面積を有している。
【００２５】
主弁体３６，３７は、主弁座３４，３５に着座する部分にワッシャを介してかしめ加工により弾性材料のシールリング４０，４１が固定されている。ピストン３８，３９には、それらの背圧室とポートＴ１とを連通するオリフィス４２，４３が穿設されていて、ポートＴ１の高圧冷媒をピストン３８，３９の背圧室に微少リークさせるようにしている。シリンダ３２，３３の開口端は、プラグ４４，４５によって閉止され、このプラグ４４，４５とピストン３８，３９との間には、スプリング４６，４７が配置されて、主弁体３６，３７が主弁座３４，３５に着座する方向にピストン３８，３９を付勢している。
【００２６】
ボディ３１の図の下部には、ポートＴ２，Ｔ３とポートＴ４との間を連通するよう水平方向に穿設されたシリンダ５１を有し、その両端開口縁部に主弁座５２，５３がボディ３１と一体に形成されている。主弁座５２，５３に対向して外側から接離自在の主弁体５４，５５が配置されている。主弁体５４，５５は、それらの対向する側の中央にそれぞれシャフト５６，５７を有し、主弁座５２，５３に着座する部分にワッシャを介してかしめ加工により弾性材料のシールリング５８，５９が固定されている。主弁体５４，５５は、また、主弁２３，２４の切換動作時に、ポートＴ４が同時にポートＴ２，Ｔ３と連通する領域ができないようにする筒状のスカート６０，６１が固定されている。このスカート６０，６１は、シリンダ５１の両端開口部から挿入され、主弁体５４，５５が図示のような中立の位置にいるときには、シリンダ５１の両端開口部をほぼ塞ぐようにし、主弁体５４，５５がこの中立の位置から外方向へ移動したときには、開くように外周の一部が切除されている。また、スカート６０，６１は、シリンダ５１に挿入されていることにより、主弁座５２，５３に対して接離動作する主弁体５４，５５のガイドとしても機能する。そして、主弁体５４，５５は、その外側に配置されたスプリング６２，６３により付勢されていて、互いにシャフト５６，５７で突き合わされている。
【００２７】
ポートＴ２とポートＴ３と間を隔離している隔壁には、チェック弁２７が設けられている。このチェック弁２７は、ボディ３１と一体に形成され弁孔がポートＴ２に開口している弁座６４と、シリンダおよび弁座６５が一体に形成されて弁孔がポートＴ３に開口しているプラグ６６と、このプラグ６６内に配置されて弁座６４と弁座６５との間を往復動することができる弁体６７とから構成されている。この弁体６７が収容されている空間は、圧力通路２６を介してパイロット弁２５に連通している。
【００２８】
圧力通路２６は、図４に示したように、チェック弁２７が挿置される穴６８とパイロット弁２５が挿置される穴６９とを連通するようにボディ３１の中に形成され、この圧力通路２６を形成するためにボディ３１に開けた捨て穴の開口端は、ボールの圧入による金属シールで塞がれている。
【００２９】
パイロット弁２５は、図５に示したように、チェック弁２７と連通されている穴６９の奥にボディ３１と一体に形成された弁座７０を有し、その弁孔はピストン３８の上部の背圧室に連通されている。穴６９には、プラグ７１が挿置されていて、弁座７０と対向する位置には弁座７２が形成され、その弁孔は、ピストン３９の上部の背圧室に連通するようにプラグ７１およびボディ３１に通路が形成されている。プラグ７１内には、弁座７０，７２に対向する両端がニードル形状を有するパイロット弁体７３が配置され、パイロット弁２５を三方切換弁の構成にしている。パイロット弁体７３は、スプリング７４によって、プラグ７１に形成された弁座７２に着座するように付勢されている。
【００３０】
プラグ７１の外側には、同一軸線上に配置されるソレノイドが設けられている。このソレノイドは、プラグ７１との当接部分がフランジ状に形成されているコア７５を有し、その略半分は、スリーブ７６に嵌入されている。このスリーブ７６内には、プランジャ７７が遊挿され、スリーブ７６の先端部は、キャップ７８によって気密に閉止されている。スリーブ７６は、その外側にコイル７９が周設され、さらにヨーク８０によってコア７５およびコイル７９が囲繞されている。このヨーク８０をボディ３１にねじ込むことによりコア７５をプラグ７１に押し付けている。
【００３１】
コア７５およびプランジャ７７は、その中心の軸線位置に穴が貫通形成されている。プランジャ７７の貫通穴は、２つの段差を有し、キャップ７８に向かって順次径が大きくなっている。貫通穴の中央部分には、ホルダ８１とスプリング８２とが収容されており、キャップ７８側の大径部分にはプラグ８３が圧入固定され、スプリング８２がコア７５側の段差部にホルダ８１を当接するよう付勢している。また、プランジャ７７とキャップ７８との間には、パイロット弁体７３を付勢しているスプリング７４よりもばね力の弱いスプリング８４が配置されている。
【００３２】
プランジャ７７の小径の貫通穴と、コア７５の貫通穴と、プラグ７１の穴には、シャフト８５が配置されており、その一端部はホルダ８１に当接し、他端部はパイロット弁体７３に固定されて弁座７２の弁孔を貫通して延びているシャフト８６に当接している。
【００３３】
次に、以上のように構成された四方切換弁の動作について説明する。まず、ソレノイドのコイル７９が通電されていないソレノイドオフの状態であって、冷媒が流れていないときには、高圧用の主弁２１，２２は、ピストン３８，３９がスプリング４６，４７により付勢されて主弁体３６，３７が主弁座３４，３５にそれぞれ着座しており、低圧側の主弁２３，２４は、その主弁体５４，５５がスプリング６２，６３により付勢されて互いに押し合っているので、中立の位置にあり、パイロット弁は、パイロット弁体７３がスプリング７４により付勢されて弁座７２に着座している。また、チェック弁２７については、その弁体６７は、冷媒の流れが停止したときの位置にある。図示の例では、冷暖房システムを冷房運転モードで使用していたときの状態であって、弁体６７は、ポートＴ３側の弁孔を閉じている位置にある。
【００３４】
図６は第１の実施の形態に係る四方切換弁のソレノイドオフ時の動作状態を示す断面図、図７は第１の実施の形態に係る四方切換弁のソレノイドオン時の動作状態を示す断面図である。
【００３５】
このソレノイドオフの状態で、ポートＴ１に高圧の冷媒が導入されると、図６に示したように、その冷媒の圧力は、高圧用の主弁２１，２２のピストン３８，３９に設けられたオリフィス４２，４３を介してピストン３８，３９の上部の背圧室に導入される。このとき、パイロット弁体７３がスプリング７４により付勢されていて、主弁２１の側が開き、主弁２２の側が閉じているので、ピストン３８の上部の背圧室は、パイロット弁２５、圧力通路２６およびチェック弁２７を介してポートＴ２またはポートＴ３に連通している。図示の例では、チェック弁２７は、たまたまポートＴ３が閉じている位置にあるので、ピストン３８の上部の背圧室は、ポートＴ２に連通している。一方、ピストン３９の上部の背圧室は、パイロット弁２５によって閉塞されている。
【００３６】
このため、ピストン３８の上部の背圧室は、ポートＴ１から導入される冷媒の量よりもポートＴ２に流出される量の方が多いので低圧になり、ピストン３８および主弁体３６が図の上方へ押し上げられ、主弁２１は開弁する。一方、ピストン３９の上部の背圧室は、高圧になるので、ピストン３９および主弁体３７にかかる圧力差によって、ピストン３９および主弁体３７が図の下方へ押し下げられ、主弁２２は閉弁する。
【００３７】
また、主弁２１が開弁し、主弁２２が閉弁してポートＴ２が高圧、ポートＴ３が低圧になることから、チェック弁２７は、その弁体６７が差圧により押されてポートＴ２側が開き、ポートＴ３側が閉じている状態になる。これにより、主弁２１の背圧を、ポートＴ１からの冷媒が流出する側のポートＴ２に逃がすようにしている。
【００３８】
低圧側の主弁２３，２４は、高圧用の主弁２１，２２の動作に連動して動作する。すなわち、高圧用の主弁２１，２２が動作することにより、ポートＴ２が高圧、ポートＴ３が低圧になるので、それらの差圧により、主弁２３は閉弁し、主弁２４は開弁する。
【００３９】
この結果、圧縮機１１から圧送されて四方切換弁１２のポートＴ１に入った高温・高圧の冷媒は、ポートＴ２から出て行き、室外熱交換器１３、膨張装置１４および室内熱交換器１５を介してポートＴ３に戻ってきた低温・低圧の冷媒は、ポートＴ４から出て行き、アキュムレータ１６を介して圧縮機１１に戻るようになる。したがって、四方切換弁１２は、自動車冷暖房システムを冷房運転モードに切り換えたことになる。
【００４０】
次に、ポートＴ１に高圧の冷媒が導入されている状態で、ソレノイドのコイル７９が通電されてソレノイドオンになると、図７に示したように、パイロット弁体７３がソレノイド力に押されて、主弁２１の側が閉じ、主弁２２の側が開くようになる。このため、ピストン３８の上部の背圧室は、ポートＴ２との連通が遮断されてポートＴ１からオリフィス４２を介して導入された高圧によって満たされるので、ピストン３８は、図の下方へ押し下げられ、主弁２１は閉弁する。一方、ピストン３９の上部の背圧室は、パイロット弁２５および圧力通路２６を介してチェック弁２７に連通するようになることで低圧になるため、ピストン３９は、図の上方へ押し上げられ、主弁２２は開弁する。
【００４１】
このように高圧用の主弁２１が閉弁し、主弁２２が開弁して、ポートＴ２が低圧、ポートＴ３が高圧になることから、その差圧によって、チェック弁２７は、ポートＴ２側が閉じ、ポートＴ３側が開く状態になる。これにより、主弁２２の背圧を、ポートＴ１からの冷媒が流出する側のポートＴ３に逃がすようにしている。
【００４２】
低圧側の主弁２３，２４は、高圧用の主弁２１，２２が動作したことにより、ポートＴ２が低圧、ポートＴ３が高圧になるので、それらの差圧により、主弁２３は開弁し、主弁２４は閉弁する。この主弁２３，２４の切り換わりのとき、閉じていた主弁２３が開弁方向に動作し、開いていた主弁２４が閉弁方向に動作するので、その切り換わり途中でこれら主弁２３，２４の両方が同時に開いている領域が存在する。しかし、主弁２３，２４の両方が同時に開いている領域では、各主弁体５４，５５に設けられているスカート６０，６１が主弁２３，２４を同時に閉塞するようにしているので、低圧側の主弁２３，２４の切り換え時において、両方の主弁２３，２４が同時に開くことがなくなり、高圧の冷媒が直接低圧のポートＴ４に流れ出ることはない。
【００４３】
この結果、圧縮機１１から圧送されて四方切換弁１２のポートＴ１に入った高温・高圧の冷媒は、ポートＴ３から出て行き、室内熱交換器１５、膨張装置１４および室外熱交換器１３を介してポートＴ２に戻ってきた低温・低圧の冷媒は、ポートＴ４から出て行き、アキュムレータ１６を介して圧縮機１１に戻るようになる。したがって、四方切換弁１２は、自動車冷暖房システムを冷房運転モードから暖房運転モードに切り換えたことになる。
【００４４】
図８は第２の実施の形態に係る四方切換弁の高圧部の内部構成を示す断面図、図９は第２の実施の形態に係る四方切換弁の低圧部の内部構成を示す断面図である。この図８および図９において、図２ないし図５に示した四方切換弁の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４５】
この第２の実施の形態に係る四方切換弁は、第１の実施の形態に係る四方切換弁１２を高圧用のパイロット作動の三方切換弁１２ａと低圧側の機械的に動く三方切換弁１２ｂとに分離したもので、高圧用の三方切換弁１２ａは図８に、低圧側の三方切換弁１２ｂは図９にそれぞれ示している。
【００４６】
高圧用の三方切換弁１２ａは、基本的な内部構成を第１の実施の形態に係る四方切換弁１２の高圧部と同じである。ただし、この実施の形態では、シリンダ３２，３３の開口端を閉止しているプラグ４４，４５を、ねじ８７，８８によりボディ３１ａに圧接することでシールしている。
【００４７】
低圧側の三方切換弁１２ｂは、別のボディ３１ｂを有し、そのボディ３１ｂには、ポートＴ２，Ｔ３，Ｔ４を有している。それ以外は、第１の実施の形態に係る四方切換弁１２の低圧部と同じ構成を有している。
【００４８】
このようにして四方切換弁を、高温・高圧の冷媒を切り換える三方切換弁１２ａと低温・低圧の冷媒を切り換える三方切換弁１２ｂとに分離して構成したことにより、高温の冷媒を扱う三方切換弁１２ａと低温の冷媒を扱う三方切換弁１２ｂとを離して配置することができることから、共通のボディ３１を通じての熱の授受がなく、熱的に遮断することができる。このため、圧縮機１１で高温にした冷媒が、膨張装置１４で低温になって帰ってきた冷媒で冷やされてしまうことがないので、暖房性能が落ちるということがなくなる。また、ボディを分離したことにより、四方切換弁をレイアウトするときの自由度が高く、高圧用および低圧側の三方切換弁１２ａ，１２ｂを配管上都合の良い任意の位置に配置することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、高圧用三方切換弁の背圧室の圧力を高圧側の下流へ流出させる構成にした。これにより、背圧室から流出された冷媒は、室内熱交換器および室外熱交換器を通り、ここで仕事をしてから圧縮機へ流れるため、仕事をせずに直接圧縮機へ流れる場合に比較して有効的に利用されることになり、冷暖房システムの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】四方切換弁を使用した冷暖房システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る四方切換弁の内部構成をソレノイドオフで冷媒が流れていないときの状態で示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る四方切換弁の構成例を示す断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る四方切換弁のソレノイドオフ時の動作状態を示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る四方切換弁のソレノイドオン時の動作状態を示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る四方切換弁の高圧部の内部構成を示す断面図である。
【図９】第２の実施の形態に係る四方切換弁の低圧部の内部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 圧縮機
１２ 四方切換弁
１２ａ 高圧用の三方切換弁
１２ｂ 低圧用の三方切換弁
１３ 室外熱交換器
１４ 膨張装置
１５ 室内熱交換器
１６ アキュムレータ
２１，２２，２３，２４ 主弁
２５ パイロット弁
２６ 圧力通路
２７ チェック弁
３１，３１ａ，３１ｂ ボディ
３２，３３ シリンダ
３４，３５ 主弁座
３６，３７ 主弁体
３８，３９ ピストン
４０，４１ シールリング
４２，４３ オリフィス
４４，４５ プラグ
４６，４７ スプリング
５１ シリンダ
５２，５３ 主弁座
５４，５５ 主弁体
５６，５７ シャフト
５８，５９ シールリング
６０，６１ スカート
６２，６３ スプリング
６４，６５ 弁座
６６ プラグ
６７ 弁体
６８，６９ 穴
７０ 弁座
７１ プラグ
７２ 弁座
７３ パイロット弁体
７４ スプリング
７５ コア
７６ スリーブ
７７ プランジャ
７８ キャップ
７９ コイル
８０ ヨーク
８１ ホルダ
８２ スプリング
８３ プラグ
８４ スプリング
８５，８６ シャフト
【発明の属する技術分野】
本発明は四方切換弁に関し、特に自動車のヒートポンプ方式冷暖房システムなどにおいて冷暖房運転モードの切り換え時に冷媒配管の切り換えを行う四方切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の冷暖房システムにおいて、冷房運転では冷凍サイクルが用いられ、暖房運転には、エンジンの冷却水が熱源として用いられている。しかしながら、この暖房用の熱源は、近年、エンジンの燃焼効率が向上したことにより、冷却水の温度が高くならず、冬期に十分な暖房温度を得ることができなくなってきている。そこで、冷房と一緒に暖房もできるようなシステムのニーズが増えている。このような冷暖房システムでは、室内熱交換器および室外熱交換器に流す冷媒の流れ方向を冷房運転時と暖房運転時とで逆転させる必要があるが、その冷媒流れ方向の切り換えを行うのが四方切換弁である。
【０００３】
このような四方切換弁として、椀状の弁体を摺動させることにより冷媒通路を切り換えるものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。この四方切換弁は、圧縮機からの吐出圧を導入するポートと、同一平面に開口するよう並設された３つのポートと、この３つのポートのうちの２つを互いに連通させ、残りの１つを上記した吐出圧導入用のポートと連通させる椀状の弁体とを備えている。３つのポートの真中に配置されたポートは、圧縮機の吸入側に接続され、他の２つのポートは、室内熱交換器と室外熱交換器とにそれぞれ接続されている。３つのポートの同一開口面を摺動するように弁体を駆動するピストンが弁体の摺動方向両側に配置され、パイロット弁がそれらピストンの作動室に吐出圧導入用のポートからチューブを介して高圧を選択的に導入するようにし、高圧が導入されない作動室は圧縮機の吸入側に接続されたポートに接続するように切換制御するようにしている。
【０００４】
この四方切換弁の構成により、パイロット弁が或る切換位置にあるときは、吐出圧が一方のピストンの作動室にチューブを介して導入され、他方のピストンの作動室がチューブを介して圧縮機の吸入側へ接続されることにより、一方のピストンが弁体を駆動して並設された３つのポートのうち、一方のピストンから遠い側の２つのポートを互いに連通させるとともにこれら２つのポートを吐出圧から遮断し、残りの１つのポートを吐出圧導入用のポートと連通させる。これにより、冷暖房システムは、圧縮機から吐出された冷媒が、吐出圧導入用のポート、弁体によって覆われていないポート、第１の熱交換器、膨張装置、第２の熱交換器、弁体によって連通された２つのポートを介して圧縮機へ流れる冷媒通路が形成され、第１の熱交換器が冷媒の凝縮、第２の熱交換器が冷媒の蒸発を行うことになるので、第２の熱交換器による冷房運転が行われる。
【０００５】
逆に、パイロット弁が他の切換位置にあるときは、一方のピストンの作動室がチューブを介して圧縮機の吸入側へ接続され、他方のピストンの作動室にチューブを介して吐出圧が導入されることにより、他方のピストンが弁体を駆動して並設された３つのポートのうち、他方のピストンから遠い側の２つのポートを互いに連通させるとともにこれら２つのポートを吐出圧から遮断し、他方のピストンに最も近い側の１つのポートを吐出圧導入用のポートと連通させる。これにより、冷暖房システムは、圧縮機から吐出された冷媒が、吐出圧導入用のポート、弁体によって覆われていないポート、第２の熱交換器、膨張装置、第１の熱交換器、弁体によって連通された２つのポートを介して圧縮機へ流れる冷媒通路が形成され、第２の熱交換器で冷媒の凝縮、第１の熱交換器で冷媒の蒸発を行うことになるので、第２の熱交換器による暖房運転が行われる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１５１２５１号公報（段落番号〔００３５〕〜〔００３６〕，図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の四方切換弁では、椀状の弁体が摺動することによりポートの切り換えを行っているため、摺動部に弾性のあるシール材を使うことができず、シール性が悪いので、ポペット弁を使用した高圧用三方切換弁と低圧用三方切換弁とを備え、高圧用三方切換弁の２つの主弁の動作を、パイロット弁による２つの主弁の背圧制御で行うようにした構成のものも知られている（実願昭４９−１５５５６９）。この四方切換弁は、パイロット弁が背圧室を切り換えた後に連通させているのは低圧用三方切換弁の共通ポートであるので、圧縮機によって圧縮された高圧冷媒が背圧室を通じて低圧側、すなわち圧縮機の吸入側に何ら仕事をすることなく直接流れてしまうことになり、冷暖房システムの効率が悪化してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、冷暖房システムの効率を向上させることができる四方切換弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、第１のポートを第２のポートまたは第３のポートと連通するよう切り換えると同時に第４のポートを前記第３のポートまたは前記第２のポートと連通するように切り換える四方切換弁であって、前記第１のポートに供給された高圧の冷媒を前記第２のポートまたは前記第３のポートに流すよう切り換える高圧用三方切換弁と、前記高圧用三方切換弁の切換動作に連動して生じる前記第２のポートの圧力と前記第３のポートの圧力との差圧により前記第２のポートまたは前記第３のポートに供給された低圧の冷媒を前記第４のポートに流すよう切り換える低圧用三方切換弁と、を備えた四方切換弁において、前記高圧用三方切換弁は、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に配置された第１の主弁と、前記第１のポートの冷媒が供給される背圧室を有し、前記第１の主弁を駆動する第１のピストンと、前記第１のポートと前記第３のポートとの間に配置された第２の主弁と、前記第１のポートの冷媒が供給される背圧室を有し、前記第２の主弁を駆動する第２のピストンと、前記第１および第２のピストンの背圧室の圧力を選択的に逃がすよう切り換えるソレノイド駆動のパイロット弁と、前記第２のポートと前記第３のポートとの間の隔壁に配置され、前記第２のポートの圧力と前記第３のポートの圧力との差圧により切り換えられて前記パイロット弁からの圧力通路を冷媒が流出する側の前記第２のポートまたは前記第３のポートと連通させるチェック弁と、を備えていることを特徴とする四方切換弁が提供される。
【００１２】
このような四方切換弁によれば、背圧室の圧力をパイロット弁およびチェック弁を介して、低圧側ではなく、高圧側の下流へ流出させるようにしたことで、背圧室から流出される冷媒を有効的に使うことができるので、冷暖房システムの効率を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車冷暖房システムに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は四方切換弁を使用した冷暖房システムの構成を示す図である。
冷暖房システムは、自動車のエンジンによって駆動される圧縮機１１と、冷暖房運転モードの切り換えを行う四方切換弁１２と、外気との熱交換を行う室外熱交換器１３と、オリフィスチューブからなる膨張装置１４と、車室内空気との熱交換を行う室内熱交換器１５と、冷媒を気液に分離するアキュムレータ１６とから構成されている。
【００１７】
四方切換弁１２は、等価的に、それぞれ３つのポートを有する２つの三方切換弁１２ａ，１２ｂから構成されていて、それらのポートを組み合わせることで４つのポートＴ１〜Ｔ４を有するようにしている。四方切換弁１２のポートＴ１は、圧縮機１１の吐出配管に接続され、ポートＴ２は、室外熱交換器１３に接続され、ポートＴ３は、室内熱交換器１５に接続され、ポートＴ４は、アキュムレータ１６を介して圧縮機１１の吸入配管に接続されている。
【００１８】
四方切換弁１２は、冷房運転モードのとき、図中に実線で示したように、ポートＴ１とポートＴ２とが連通し、ポートＴ３とポートＴ４とが連通するように切り換えられる。したがって、圧縮機１１にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、四方切換弁１２のポートＴ１に入り、ポートＴ２から室外熱交換器１３に送られ、ここで冷媒は熱交換されて凝縮され、膨張装置１４にて断熱膨張されて低温・低圧になる。この低温・低圧の冷媒は、室内熱交換器１５で車室内の空気と熱交換されて暖かい空気を冷やす。熱交換によって蒸発された冷媒は、四方切換弁１２のポートＴ３およびポートＴ４を通ってアキュムレータ１６に入り、ここで飽和液と飽和ガスとに分離され、分離された飽和ガスが圧縮機１１に戻る。
【００１９】
一方、暖房運転モードのときには、四方切換弁１２は、図中に破線で示したように、ポートＴ１とポートＴ３とが連通し、ポートＴ２とポートＴ４とが連通するように切り換えられる。したがって、圧縮機１１にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、四方切換弁１２のポートＴ１およびポートＴ３を通って室内熱交換器１５に入り、ここで熱交換されて室内の冷たい空気を加熱する。熱交換によって凝縮された冷媒は、膨張装置１４にて断熱膨張されて低温・低圧になり、室外熱交換器１３での熱交換により蒸発され、四方切換弁１２のポートＴ２およびポートＴ４を通ってアキュムレータ１６に入り、ここで気液分離された飽和ガスが圧縮機１１に戻る。
【００２０】
このように、四方切換弁１２は、その冷媒通路を切り換えることにより、室外熱交換器１３と膨張装置１４と室内熱交換器１５とを流れる冷媒の流れ方向を逆転させ、室内熱交換器１５を、冷房運転モードのときは蒸発器、暖房運転モードのときは凝縮器として機能させることができる。
【００２１】
図２は第１の実施の形態に係る四方切換弁の内部構成をソレノイドオフで冷媒が流れていないときの状態で示す断面図、図３は第１の実施の形態に係る四方切換弁の構成例を示す断面図、図４は図２のＡ−Ａ矢視断面図、図５は図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００２２】
この第１の実施の形態に係る四方切換弁１２は、図２に示したように、ポペット弁構造の２つの主弁２１，２２が並置されてポートＴ１をポートＴ２またはポートＴ３と連通するように切り換える高圧用の三方切換弁１２ａと、ポペット弁構造の２つの主弁２３，２４が同一軸線上に配置されてポートＴ２またはポートＴ３をポートＴ４と連通するように切り換える低圧側の三方切換弁１２ｂと、高圧用の主弁２１，２２の背圧を制御するソレノイド作動のパイロット弁２５とを備えている。パイロット弁２５は、三方切換弁の構成を有していて、主弁２１，２２の背圧室の一方を圧力通路２６を介してチェック弁２７に連通するようにしている。
【００２３】
この四方切換弁１２は、図３に示したように、ボディ３１の図の上部に２つの主弁２１，２２を収容する２つのシリンダ３２，３３が平行に穿設され、これらのシリンダ３２，３３の両方に連通するように高圧冷媒を導入するポートＴ１が設けられている。これらのシリンダ３２，３３の下方には、ポートＴ２およびポートＴ３がそれぞれ設けられている。
【００２４】
ポートＴ１とポートＴ２，Ｔ３との間の各シリンダ３２，３３には、主弁座３４，３５がボディ３１と一体に形成されている。主弁座３４，３５に対向してポートＴ１の側から接離自在の主弁体３６，３７が配置されており、これら主弁体３６，３７は、シリンダ３２，３３内を摺動自在に配置されたピストン３８，３９と一体に形成されている。ピストン３８，３９は、主弁体３６，３７より大きな受圧面積を有している。
【００２５】
主弁体３６，３７は、主弁座３４，３５に着座する部分にワッシャを介してかしめ加工により弾性材料のシールリング４０，４１が固定されている。ピストン３８，３９には、それらの背圧室とポートＴ１とを連通するオリフィス４２，４３が穿設されていて、ポートＴ１の高圧冷媒をピストン３８，３９の背圧室に微少リークさせるようにしている。シリンダ３２，３３の開口端は、プラグ４４，４５によって閉止され、このプラグ４４，４５とピストン３８，３９との間には、スプリング４６，４７が配置されて、主弁体３６，３７が主弁座３４，３５に着座する方向にピストン３８，３９を付勢している。
【００２６】
ボディ３１の図の下部には、ポートＴ２，Ｔ３とポートＴ４との間を連通するよう水平方向に穿設されたシリンダ５１を有し、その両端開口縁部に主弁座５２，５３がボディ３１と一体に形成されている。主弁座５２，５３に対向して外側から接離自在の主弁体５４，５５が配置されている。主弁体５４，５５は、それらの対向する側の中央にそれぞれシャフト５６，５７を有し、主弁座５２，５３に着座する部分にワッシャを介してかしめ加工により弾性材料のシールリング５８，５９が固定されている。主弁体５４，５５は、また、主弁２３，２４の切換動作時に、ポートＴ４が同時にポートＴ２，Ｔ３と連通する領域ができないようにする筒状のスカート６０，６１が固定されている。このスカート６０，６１は、シリンダ５１の両端開口部から挿入され、主弁体５４，５５が図示のような中立の位置にいるときには、シリンダ５１の両端開口部をほぼ塞ぐようにし、主弁体５４，５５がこの中立の位置から外方向へ移動したときには、開くように外周の一部が切除されている。また、スカート６０，６１は、シリンダ５１に挿入されていることにより、主弁座５２，５３に対して接離動作する主弁体５４，５５のガイドとしても機能する。そして、主弁体５４，５５は、その外側に配置されたスプリング６２，６３により付勢されていて、互いにシャフト５６，５７で突き合わされている。
【００２７】
ポートＴ２とポートＴ３と間を隔離している隔壁には、チェック弁２７が設けられている。このチェック弁２７は、ボディ３１と一体に形成され弁孔がポートＴ２に開口している弁座６４と、シリンダおよび弁座６５が一体に形成されて弁孔がポートＴ３に開口しているプラグ６６と、このプラグ６６内に配置されて弁座６４と弁座６５との間を往復動することができる弁体６７とから構成されている。この弁体６７が収容されている空間は、圧力通路２６を介してパイロット弁２５に連通している。
【００２８】
圧力通路２６は、図４に示したように、チェック弁２７が挿置される穴６８とパイロット弁２５が挿置される穴６９とを連通するようにボディ３１の中に形成され、この圧力通路２６を形成するためにボディ３１に開けた捨て穴の開口端は、ボールの圧入による金属シールで塞がれている。
【００２９】
パイロット弁２５は、図５に示したように、チェック弁２７と連通されている穴６９の奥にボディ３１と一体に形成された弁座７０を有し、その弁孔はピストン３８の上部の背圧室に連通されている。穴６９には、プラグ７１が挿置されていて、弁座７０と対向する位置には弁座７２が形成され、その弁孔は、ピストン３９の上部の背圧室に連通するようにプラグ７１およびボディ３１に通路が形成されている。プラグ７１内には、弁座７０，７２に対向する両端がニードル形状を有するパイロット弁体７３が配置され、パイロット弁２５を三方切換弁の構成にしている。パイロット弁体７３は、スプリング７４によって、プラグ７１に形成された弁座７２に着座するように付勢されている。
【００３０】
プラグ７１の外側には、同一軸線上に配置されるソレノイドが設けられている。このソレノイドは、プラグ７１との当接部分がフランジ状に形成されているコア７５を有し、その略半分は、スリーブ７６に嵌入されている。このスリーブ７６内には、プランジャ７７が遊挿され、スリーブ７６の先端部は、キャップ７８によって気密に閉止されている。スリーブ７６は、その外側にコイル７９が周設され、さらにヨーク８０によってコア７５およびコイル７９が囲繞されている。このヨーク８０をボディ３１にねじ込むことによりコア７５をプラグ７１に押し付けている。
【００３１】
コア７５およびプランジャ７７は、その中心の軸線位置に穴が貫通形成されている。プランジャ７７の貫通穴は、２つの段差を有し、キャップ７８に向かって順次径が大きくなっている。貫通穴の中央部分には、ホルダ８１とスプリング８２とが収容されており、キャップ７８側の大径部分にはプラグ８３が圧入固定され、スプリング８２がコア７５側の段差部にホルダ８１を当接するよう付勢している。また、プランジャ７７とキャップ７８との間には、パイロット弁体７３を付勢しているスプリング７４よりもばね力の弱いスプリング８４が配置されている。
【００３２】
プランジャ７７の小径の貫通穴と、コア７５の貫通穴と、プラグ７１の穴には、シャフト８５が配置されており、その一端部はホルダ８１に当接し、他端部はパイロット弁体７３に固定されて弁座７２の弁孔を貫通して延びているシャフト８６に当接している。
【００３３】
次に、以上のように構成された四方切換弁の動作について説明する。まず、ソレノイドのコイル７９が通電されていないソレノイドオフの状態であって、冷媒が流れていないときには、高圧用の主弁２１，２２は、ピストン３８，３９がスプリング４６，４７により付勢されて主弁体３６，３７が主弁座３４，３５にそれぞれ着座しており、低圧側の主弁２３，２４は、その主弁体５４，５５がスプリング６２，６３により付勢されて互いに押し合っているので、中立の位置にあり、パイロット弁は、パイロット弁体７３がスプリング７４により付勢されて弁座７２に着座している。また、チェック弁２７については、その弁体６７は、冷媒の流れが停止したときの位置にある。図示の例では、冷暖房システムを冷房運転モードで使用していたときの状態であって、弁体６７は、ポートＴ３側の弁孔を閉じている位置にある。
【００３４】
図６は第１の実施の形態に係る四方切換弁のソレノイドオフ時の動作状態を示す断面図、図７は第１の実施の形態に係る四方切換弁のソレノイドオン時の動作状態を示す断面図である。
【００３５】
このソレノイドオフの状態で、ポートＴ１に高圧の冷媒が導入されると、図６に示したように、その冷媒の圧力は、高圧用の主弁２１，２２のピストン３８，３９に設けられたオリフィス４２，４３を介してピストン３８，３９の上部の背圧室に導入される。このとき、パイロット弁体７３がスプリング７４により付勢されていて、主弁２１の側が開き、主弁２２の側が閉じているので、ピストン３８の上部の背圧室は、パイロット弁２５、圧力通路２６およびチェック弁２７を介してポートＴ２またはポートＴ３に連通している。図示の例では、チェック弁２７は、たまたまポートＴ３が閉じている位置にあるので、ピストン３８の上部の背圧室は、ポートＴ２に連通している。一方、ピストン３９の上部の背圧室は、パイロット弁２５によって閉塞されている。
【００３６】
このため、ピストン３８の上部の背圧室は、ポートＴ１から導入される冷媒の量よりもポートＴ２に流出される量の方が多いので低圧になり、ピストン３８および主弁体３６が図の上方へ押し上げられ、主弁２１は開弁する。一方、ピストン３９の上部の背圧室は、高圧になるので、ピストン３９および主弁体３７にかかる圧力差によって、ピストン３９および主弁体３７が図の下方へ押し下げられ、主弁２２は閉弁する。
【００３７】
また、主弁２１が開弁し、主弁２２が閉弁してポートＴ２が高圧、ポートＴ３が低圧になることから、チェック弁２７は、その弁体６７が差圧により押されてポートＴ２側が開き、ポートＴ３側が閉じている状態になる。これにより、主弁２１の背圧を、ポートＴ１からの冷媒が流出する側のポートＴ２に逃がすようにしている。
【００３８】
低圧側の主弁２３，２４は、高圧用の主弁２１，２２の動作に連動して動作する。すなわち、高圧用の主弁２１，２２が動作することにより、ポートＴ２が高圧、ポートＴ３が低圧になるので、それらの差圧により、主弁２３は閉弁し、主弁２４は開弁する。
【００３９】
この結果、圧縮機１１から圧送されて四方切換弁１２のポートＴ１に入った高温・高圧の冷媒は、ポートＴ２から出て行き、室外熱交換器１３、膨張装置１４および室内熱交換器１５を介してポートＴ３に戻ってきた低温・低圧の冷媒は、ポートＴ４から出て行き、アキュムレータ１６を介して圧縮機１１に戻るようになる。したがって、四方切換弁１２は、自動車冷暖房システムを冷房運転モードに切り換えたことになる。
【００４０】
次に、ポートＴ１に高圧の冷媒が導入されている状態で、ソレノイドのコイル７９が通電されてソレノイドオンになると、図７に示したように、パイロット弁体７３がソレノイド力に押されて、主弁２１の側が閉じ、主弁２２の側が開くようになる。このため、ピストン３８の上部の背圧室は、ポートＴ２との連通が遮断されてポートＴ１からオリフィス４２を介して導入された高圧によって満たされるので、ピストン３８は、図の下方へ押し下げられ、主弁２１は閉弁する。一方、ピストン３９の上部の背圧室は、パイロット弁２５および圧力通路２６を介してチェック弁２７に連通するようになることで低圧になるため、ピストン３９は、図の上方へ押し上げられ、主弁２２は開弁する。
【００４１】
このように高圧用の主弁２１が閉弁し、主弁２２が開弁して、ポートＴ２が低圧、ポートＴ３が高圧になることから、その差圧によって、チェック弁２７は、ポートＴ２側が閉じ、ポートＴ３側が開く状態になる。これにより、主弁２２の背圧を、ポートＴ１からの冷媒が流出する側のポートＴ３に逃がすようにしている。
【００４２】
低圧側の主弁２３，２４は、高圧用の主弁２１，２２が動作したことにより、ポートＴ２が低圧、ポートＴ３が高圧になるので、それらの差圧により、主弁２３は開弁し、主弁２４は閉弁する。この主弁２３，２４の切り換わりのとき、閉じていた主弁２３が開弁方向に動作し、開いていた主弁２４が閉弁方向に動作するので、その切り換わり途中でこれら主弁２３，２４の両方が同時に開いている領域が存在する。しかし、主弁２３，２４の両方が同時に開いている領域では、各主弁体５４，５５に設けられているスカート６０，６１が主弁２３，２４を同時に閉塞するようにしているので、低圧側の主弁２３，２４の切り換え時において、両方の主弁２３，２４が同時に開くことがなくなり、高圧の冷媒が直接低圧のポートＴ４に流れ出ることはない。
【００４３】
この結果、圧縮機１１から圧送されて四方切換弁１２のポートＴ１に入った高温・高圧の冷媒は、ポートＴ３から出て行き、室内熱交換器１５、膨張装置１４および室外熱交換器１３を介してポートＴ２に戻ってきた低温・低圧の冷媒は、ポートＴ４から出て行き、アキュムレータ１６を介して圧縮機１１に戻るようになる。したがって、四方切換弁１２は、自動車冷暖房システムを冷房運転モードから暖房運転モードに切り換えたことになる。
【００４４】
図８は第２の実施の形態に係る四方切換弁の高圧部の内部構成を示す断面図、図９は第２の実施の形態に係る四方切換弁の低圧部の内部構成を示す断面図である。この図８および図９において、図２ないし図５に示した四方切換弁の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４５】
この第２の実施の形態に係る四方切換弁は、第１の実施の形態に係る四方切換弁１２を高圧用のパイロット作動の三方切換弁１２ａと低圧側の機械的に動く三方切換弁１２ｂとに分離したもので、高圧用の三方切換弁１２ａは図８に、低圧側の三方切換弁１２ｂは図９にそれぞれ示している。
【００４６】
高圧用の三方切換弁１２ａは、基本的な内部構成を第１の実施の形態に係る四方切換弁１２の高圧部と同じである。ただし、この実施の形態では、シリンダ３２，３３の開口端を閉止しているプラグ４４，４５を、ねじ８７，８８によりボディ３１ａに圧接することでシールしている。
【００４７】
低圧側の三方切換弁１２ｂは、別のボディ３１ｂを有し、そのボディ３１ｂには、ポートＴ２，Ｔ３，Ｔ４を有している。それ以外は、第１の実施の形態に係る四方切換弁１２の低圧部と同じ構成を有している。
【００４８】
このようにして四方切換弁を、高温・高圧の冷媒を切り換える三方切換弁１２ａと低温・低圧の冷媒を切り換える三方切換弁１２ｂとに分離して構成したことにより、高温の冷媒を扱う三方切換弁１２ａと低温の冷媒を扱う三方切換弁１２ｂとを離して配置することができることから、共通のボディ３１を通じての熱の授受がなく、熱的に遮断することができる。このため、圧縮機１１で高温にした冷媒が、膨張装置１４で低温になって帰ってきた冷媒で冷やされてしまうことがないので、暖房性能が落ちるということがなくなる。また、ボディを分離したことにより、四方切換弁をレイアウトするときの自由度が高く、高圧用および低圧側の三方切換弁１２ａ，１２ｂを配管上都合の良い任意の位置に配置することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、高圧用三方切換弁の背圧室の圧力を高圧側の下流へ流出させる構成にした。これにより、背圧室から流出された冷媒は、室内熱交換器および室外熱交換器を通り、ここで仕事をしてから圧縮機へ流れるため、仕事をせずに直接圧縮機へ流れる場合に比較して有効的に利用されることになり、冷暖房システムの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】四方切換弁を使用した冷暖房システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る四方切換弁の内部構成をソレノイドオフで冷媒が流れていないときの状態で示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る四方切換弁の構成例を示す断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る四方切換弁のソレノイドオフ時の動作状態を示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る四方切換弁のソレノイドオン時の動作状態を示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る四方切換弁の高圧部の内部構成を示す断面図である。
【図９】第２の実施の形態に係る四方切換弁の低圧部の内部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 圧縮機
１２ 四方切換弁
１２ａ 高圧用の三方切換弁
１２ｂ 低圧用の三方切換弁
１３ 室外熱交換器
１４ 膨張装置
１５ 室内熱交換器
１６ アキュムレータ
２１，２２，２３，２４ 主弁
２５ パイロット弁
２６ 圧力通路
２７ チェック弁
３１，３１ａ，３１ｂ ボディ
３２，３３ シリンダ
３４，３５ 主弁座
３６，３７ 主弁体
３８，３９ ピストン
４０，４１ シールリング
４２，４３ オリフィス
４４，４５ プラグ
４６，４７ スプリング
５１ シリンダ
５２，５３ 主弁座
５４，５５ 主弁体
５６，５７ シャフト
５８，５９ シールリング
６０，６１ スカート
６２，６３ スプリング
６４，６５ 弁座
６６ プラグ
６７ 弁体
６８，６９ 穴
７０ 弁座
７１ プラグ
７２ 弁座
７３ パイロット弁体
７４ スプリング
７５ コア
７６ スリーブ
７７ プランジャ
７８ キャップ
７９ コイル
８０ ヨーク
８１ ホルダ
８２ スプリング
８３ プラグ
８４ スプリング
８５，８６ シャフト
Claims (1)
- 第１のポートを第２のポートまたは第３のポートと連通するよう切り換えると同時に第４のポートを前記第３のポートまたは前記第２のポートと連通するように切り換える四方切換弁であって、
前記第１のポートに供給された高圧の冷媒を前記第２のポートまたは前記第３のポートに流すよう切り換える高圧用三方切換弁と、
前記高圧用三方切換弁の切換動作に連動して生じる前記第２のポートの圧力と前記第３のポートの圧力との差圧により前記第２のポートまたは前記第３のポートに供給された低圧の冷媒を前記第４のポートに流すよう切り換える低圧用三方切換弁と、
を備えた四方切換弁において、
前記高圧用三方切換弁は、
前記第１のポートと前記第２のポートとの間に配置された第１の主弁と、
前記第１のポートの冷媒が供給される背圧室を有し、前記第１の主弁を駆動する第１のピストンと、
前記第１のポートと前記第３のポートとの間に配置された第２の主弁と、
前記第１のポートの冷媒が供給される背圧室を有し、前記第２の主弁を駆動する第２のピストンと、
前記第１および第２のピストンの背圧室の圧力を選択的に逃がすよう切り換えるソレノイド駆動のパイロット弁と、
前記第２のポートと前記第３のポートとの間の隔壁に配置され、前記第２のポートの圧力と前記第３のポートの圧力との差圧により切り換えられて前記パイロット弁からの圧力通路を冷媒が流出する側の前記第２のポートまたは前記第３のポートと連通させるチェック弁と、
を備えていることを特徴とする四方切換弁。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003137684A JP4156438B2 (ja) | 2003-05-15 | 2003-05-15 | 四方切換弁 |
| EP20040010956 EP1477747A2 (en) | 2003-05-15 | 2004-05-07 | Four-way switching valve |
| US10/842,442 US7069949B2 (en) | 2003-05-15 | 2004-05-11 | Four-way switching valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003137684A JP4156438B2 (ja) | 2003-05-15 | 2003-05-15 | 四方切換弁 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004340267A JP2004340267A (ja) | 2004-12-02 |
| JP4156438B2 true JP4156438B2 (ja) | 2008-09-24 |
Family
ID=33028402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003137684A Expired - Fee Related JP4156438B2 (ja) | 2003-05-15 | 2003-05-15 | 四方切換弁 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7069949B2 (ja) |
| EP (1) | EP1477747A2 (ja) |
| JP (1) | JP4156438B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101927227B (zh) * | 2009-09-28 | 2013-05-01 | 深圳市轴心自控技术有限公司 | 一种三组份阀 |
| EP2510197A2 (de) * | 2009-12-11 | 2012-10-17 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Dampfentnahmesystem, dampfstation und ventileinheit |
| CN109296783B (zh) * | 2018-10-24 | 2021-01-05 | 广州一道注塑机械股份有限公司 | 一种组合气阀及其组装方法 |
| JP2022124369A (ja) * | 2021-02-15 | 2022-08-25 | イーグル工業株式会社 | 切換弁装置 |
| CN113669630B (zh) * | 2021-09-01 | 2023-06-13 | 南京智宝节能环保科技有限公司 | 一种焦炉上升管氨水三通阀的控制机构 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4055056A (en) * | 1974-11-22 | 1977-10-25 | Robertshaw Controls Company | Reversible refrigerant system and four-way reversing valve therefor or the like |
| JP3295710B2 (ja) | 1993-12-01 | 2002-06-24 | 株式会社鷺宮製作所 | 四方切換弁用弁体とその製造方法 |
| JP2003083458A (ja) * | 2001-07-02 | 2003-03-19 | Tgk Co Ltd | 四方向切換弁 |
| JP2003240140A (ja) * | 2002-02-21 | 2003-08-27 | Tgk Co Ltd | 四方向切換弁 |
| JP4046555B2 (ja) | 2002-06-13 | 2008-02-13 | 株式会社テージーケー | 三方切換弁 |
-
2003
- 2003-05-15 JP JP2003137684A patent/JP4156438B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-05-07 EP EP20040010956 patent/EP1477747A2/en not_active Withdrawn
- 2004-05-11 US US10/842,442 patent/US7069949B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20040226618A1 (en) | 2004-11-18 |
| US7069949B2 (en) | 2006-07-04 |
| EP1477747A2 (en) | 2004-11-17 |
| JP2004340267A (ja) | 2004-12-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107869601B (zh) | 多通换向装置及空调系统 | |
| EP1338837B1 (en) | Four-way switching valve | |
| JP5620833B2 (ja) | 三方電磁弁 | |
| EP1273837B1 (en) | Four-way switching valve | |
| JP3987356B2 (ja) | 四方向切換弁 | |
| JP4156438B2 (ja) | 四方切換弁 | |
| JP3958059B2 (ja) | 四方向切換弁 | |
| CN110274053B (zh) | 流体切换装置及热管理系统 | |
| CN108253669B (zh) | 多通换向装置及空调系统 | |
| JP3958015B2 (ja) | 集合弁 | |
| JP2000161814A (ja) | エンジン駆動型ヒートポンプ式空調装置 | |
| JP2012002282A (ja) | 三方電磁弁 | |
| JP3957941B2 (ja) | 圧力感応切換弁 | |
| JP4025006B2 (ja) | 双方向弁 | |
| JP2002372160A (ja) | 四方向切換弁 | |
| CN110274052B (zh) | 流体切换装置及热管理系统 | |
| JP2024068925A (ja) | 切替弁ユニット | |
| JP3993984B2 (ja) | 四方向切換弁 | |
| JP2017155766A (ja) | 六方切換弁 | |
| JPH02263070A (ja) | 暖冷房兼用型空調機 | |
| JPH0350189B2 (ja) | ||
| JP2003113950A (ja) | 四方向切換弁 | |
| JP2006200555A (ja) | 流路切換弁及び空気調和機 | |
| JP2003090640A (ja) | 空気調和機用冷凍サイクル装置 | |
| JPH0633921B2 (ja) | 除霜方法及び可逆冷凍サイクル用五方弁 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051229 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080319 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080408 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080609 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080708 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080709 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130718 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |