JP4446628B2

JP4446628B2 - バイパス弁およびそれを用いた空気調和装置

Info

Publication number: JP4446628B2
Application number: JP2001183828A
Authority: JP
Inventors: 成人山口; 正廣新; 仁茂木; 郁夫高橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2021-06-18
Also published as: JP2002372344A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイパス弁およびそれを用いた空気調和装置に関する。詳しくは、冷凍サイクル回路を、パイロット弁を用いて切換える四方弁と連動して圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器に流すバイパス弁およびそれを用いた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術を図を用いて説明する。
図４は、従来の技術を用いた空気調和装置の一例であり、四方弁Ｖとパイロット弁Ｐと電磁弁Ｍを備えた冷凍回路が暖房状態にあることを示す図である。同図において、四方弁Ｖは圧縮機Ａの吐出側に接続される高圧管２６と、室外熱交換器Ｂに接続される導管２３と、室内熱交換器Ｃに接続される導管２５と、圧縮機Ａの吸入側に接続される低圧管２４を有する弁ケース２１とを具備し、該弁ケース２１の内部には低圧管２４と２本の導管２３，２５を選択連通するバルブ２０が摺動可能に設けられ、該バルブ２０は低圧管２４と導管２３を連通した状態で導管２５を閉塞するようになっている。また該バルブ２０の両端には細孔２２ａが穿設された２個のピストン２２が設けられている。
【０００３】
また、パイロット弁Ｐは外周にコイル３３が配置された可動鉄心２７と、該可動鉄心２７に対し弁座２９を挟んで対向可動するニードル弁２８が配置され、前記四方弁Ｖの低圧管２４に接続される細管３１と、弁座２９の両側に開口し各々前記四方弁Ｖの弁ケース２１の両端に接続される細管３０，３２より構成されている。また、電磁弁Ｍは、圧縮機Ａの吐出側に接続される入口管３６と、室内熱交換器Ｃに接続される出口管３７と、該出口管３７を開閉制御するコイル３５を有して構成されている。
【０００４】
そして、パイロット弁Ｐがコイル３３に通電されて可動鉄心２７を吸引し細管３２を閉鎖すると共に細管３０と細管３１とを連通させることにより四方弁Ｖの右側のピストン２２の背面は低圧となるため、該ピストン２２は圧縮機Ａから出た高圧の冷媒によりバルブ２０と共に右側に移動され、導管２３，２４を連通すると共に導管２５を閉鎖する。この状態で電磁弁Ｍのコイル３５に通電すると該電磁弁は開弁し、圧縮機Ａからの高温・高圧の冷媒は電磁弁Ｍの入口管３６及び出口管３７を通って室内熱交換器Ｃに入り、室内の空気と熱交換して室内を暖房した後、膨張弁Ｄ，導管２３，２４を通って圧縮機Ａに戻ることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の空気調和装置では四方弁Ｖと電磁弁Ｍを用いた機構であって、各々の弁部材の制御に２つのコイルを必要とする高価な空気調和装置となると共に電磁弁Ｍのコイル３５の不具合により電磁弁Ｍが作動しないと高圧側の回路は閉塞され圧力が異常に上昇する場合がある。さらには特殊な多方弁を用いた従来の冷凍システムでは、吐出ガスと吸入ガスがバルブを介して熱交換するため暖房効率が低下する。この暖房効率の低下を防止するために、特開昭５４−８９３５３号公報、特開昭５８−１９３０５８号公報、特開昭５７−１５０７６３号公報等に示されるような暖房運転時に四方弁バイパス構成をすると、弁の数が増え、構成が複雑かつコストアップとなり、更には装置の巨大化という問題が生ずる。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、安価でコンパクトかつ高性能な空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１のバイパス弁は、圧縮機Ａ、室内熱交換器Ｃ、膨張弁Ｄ、室外熱交換器Ｂ、及び四方弁Ｖを配管で接続した冷凍サイクルを有する空気調和装置の、前記四方弁Ｖに連動して冷媒通路を切換えるバイパス弁Ｘであって、前記バイパス弁Ｘは、円筒状で下部に弁室１０及び弁座３が形成された弁ケース１と、該弁ケース１内を気密を保ちながら摺動し前記弁座３を開閉する弁部材７とを具備し、前記弁ケース１の弁室１０には、前記圧縮機Ａの吐出側に接続される第１の導管１ａと、前記四方弁Ｖに接続される第２の導管１ｂと、前記室内熱交換器Ｃに接続され且つ前記弁部材７により開閉される第３の導管２とが設けられ、更に前記弁ケース１には、前記弁部材７の上方に圧力室１１が設けられ、前記圧力室１１には、前記弁座３の反対端に前記四方弁Ｖのパイロット弁Ｐに連通するチューブ８と、前記弁部材７を弁座３方向に付勢し、且つストッパ５に支持された復帰ばね９とが設けられて成ることを特徴とする。また、請求項２は、前記弁部材７には、弁ケース１との気密を保つためシール部材６が設けられて成ることを特徴とする。
【０００８】
この構成を採ることにより、１個のコイルでバイパス弁の作動と四方弁の作動を連動させ、安価でコンパクトかつ高性能な冷暖房サイクルの回路を構成することが可能となる。
【０００９】
また、請求項３は、前記圧力室１１と前記弁室１０の圧力差による前記弁部材７の移動力に対し、前記復帰ばね９の付勢力を前記四方弁Ｖが作動する圧力差より大きくしたことを特徴とする。この構成を採ることにより、四方弁の作動よりバイパス弁の作動を遅らせることで安定した四方弁の作動が可能となる。
【００１０】
また、請求項４は、圧縮機Ａ、室内熱交換機Ｃ、膨張弁Ｄ、室外熱交換機Ｂ、四方弁Ｖ、該四方弁Ｖに連動して冷媒通路を切換えるバイパス弁Ｘを配管で接続した冷凍サイクルを有する空気調和装置であって、前記バイパス弁Ｘは、円筒状で下部に弁室１０及び弁座３が形成された弁ケース１と、該弁ケース１内を気密を保ちながら摺動し前記弁座３を開閉する弁部材７とを具備し、前記弁ケース１の弁室１０には、前記圧縮機Ａの吐出側に接続される第１の導管２ａと、前記四方弁Ｖに接続される第２の導管１ｂと、前記室内熱交換機Ｃに接続され且つ前記弁部材７により開閉される第３の導管２とが設けられ、更に前記弁ケース１には、前記弁部材７の上方に圧力室１１が設けられ、前記圧力室１１には、前記弁座３の反対端に前記四方弁Ｖのパイロット弁Ｐに連通するチューブ８と、前記弁部材７を弁座３方向に付勢し、且つストッパ５に支持された復帰ばね９とが設けられて成ることを特徴とする。この構成を採ることにより、安定し且つ高性能な空気調和装置が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明のバイパス弁の一実施形態の断面図である。同図において、符号１は弁ケースであり、該弁ケース１は円筒形で下部に弁室１０と弁座３が形成され、前記弁室１０には圧縮機Ａの出口に接続される第１の導管１ａ（入口管）と、四方弁Ｖの入口に接続される第２の導管１ｂ（出口管）とが設けられ、弁座３には室内熱交換器Ｃに接続される第３の導管２が設けられている。また該弁座３の反対側にはパイロット弁Ｐに接続するチューブ８と蓋４とが設けられている。
【００１２】
また、弁ケース１の内部には弁部材７が軸方向に摺動自在に設けられており、該弁部材７は弁座３に接離し蓋４側よりストッパ５に支持された復帰ばね９の付勢力を受け常時は弁座３を閉鎖している。また該弁部材７の外周には弁ケース１の弁室１０と隔離された圧力室１１を形成するシール６が設けられている。なお該圧力室１１は前記チューブ８に連通している。
【００１３】
次に図２は本実施の形態のバイパス弁Ｘを搭載した空気調和装置の冷房状態を示したサイクル図であり、圧縮機Ａ、四方弁Ｖ、室内熱交換器Ｃ，膨張弁Ｄ、室外熱交換器Ｂで冷凍サイクルを構成している。ここで、四方弁Ｖは、冷房運転時には、圧縮機Ａからの吐出冷媒を室外熱交換器Ｂに導き、暖房運転時には、圧縮機Ａからの吐出冷媒を室内熱交換器Ｃに導くように切り換えられる。
【００１４】
従って、冷房運転時には圧縮機Ａから吐出する高温・高圧の冷媒ガスがバイパス弁Ｘを素通りし、四方弁Ｖを経て、室外熱交換器Ｂ（凝縮器）に流入し、液相冷媒となる。この液相となった冷媒は、膨張弁Ｄを通って室内熱交換器Ｃ（蒸発器）に流入し、気相の冷媒となる。この気相となつた冷媒ガスは再び、圧縮機Ａに流入して冷房サイクル運転を行うことになる。
【００１５】
ここで、冷房サイクル運転状態であるこの装置では、図２の如く、バイパス弁Ｘのチューブ８はパイロット弁Ｐの可動鉄心２７側の細管３０に接続されている。パイロット弁Ｐのコイル３３に通電しない状態（図の状態）では、可動鉄芯２７により弁座２９は閉ざされ、細管３１と細管３２が連通され且つ細管３０は閉塞されている。この状態では、四方弁Ｖの左側のピストン２２の背面は低圧となり、また右側のピストン２２の外側は細孔２２ａより高圧冷媒が流入し高圧になっていてバルブ２０は左側に移動し導管２５と低圧管２４を連通させると共に高圧導管２６と導管２３を連通させている。
【００１６】
バイパス弁Ｘの弁部材７は復帰ばね９に押されて弁座３を閉じており、圧縮機Ａより吐出された高圧冷媒は導管２を通って，室内熱交換器Ｃへの流入するのを防止している。従って冷媒は圧縮機Ａを出て第１の導管１ａ→弁室１０→第２の導管１ｂ→高圧管２６→導管２３→室外熱交換器Ｂ→膨張弁Ｄ→室内熱交換器Ｃ→導管２５→低圧導管２４→圧縮機Ａに戻ることになる。これにより冷房回路が形成されることになる。
【００１７】
次に、図３は本発明のバイパス弁を搭載した空気調和装置の暖房状態を示したサイクル図であり、暖房サイクル運転状態であるこの装置では、パイロット弁Ｐのコイル３３が通電されると可動鉄心２７は右方向に移動し、細管３０と細管３１が連通しニードル弁２８が細管３２を閉塞する。この状態では、四方弁Ｖの右側のピストン２２は低圧となり左側のピストン２２の外側は細孔２２ａより高圧冷媒が流入し高圧となっており、この圧力差によりバルブ２０は右に移動し導管２３と低圧管２４を連通させると同時に導管２５を閉塞する。
【００１８】
また四方弁Ｖの作動にあわせてバイパス弁Ｘの弁部材７は細管３０に接続されたチューブ８により圧力室１１が低圧になり弁室１０の高圧側との圧力差による右方向への力を受けるが、四方弁Ｖのバルブ２０を作動させるのに必要な圧力差ではピストン７が移動しないように復帰ばね９の付勢力を設定しており、バルブ２０が作動を終了し導管２５が閉塞され圧縮機Ａの吐出側の圧力が上昇するとピストン７の受ける圧力差は増加し、復帰ばね９の付勢力に抗して右側に移動し弁座３が開かれ第１の導管１ａ（入口管）と第３の導管２が導通される。
【００１９】
この状態では冷媒は、圧縮機Ａを出て第１の導管１ａ→第３の導管２→室内熱交換器Ｃ→膨張弁Ｄ→室外熱交換器Ｂ→導管２３→低圧管２４→圧縮機Ａに戻る。これにより暖房回路が構成されている。
【００２０】
また上記構成において、暖房サイクル回路が形成された状態では四方弁Ｖのバルブ２０は導管２５を閉塞することで、高圧冷媒が四方弁Ｖの中を通過しないためバルブ２０の下部を流れる低温低圧の冷媒との熱交換が防止され、高温高圧の冷媒は直接に室内熱交換器Ｃに流入し，暖房効率を上げることができるようになり冷凍サイクル装置のシステム効率を低下させないように働くと共に、四方弁Ｖの作動とピストン７を作動させるための安定した圧力差を確保することができる。
【００２１】
次に、コイル３３の通電を止めると、パイロット弁Ｐが作用することによりバルブ２０は左に移動し、四方弁Ｖは冷房回路を形成するが、このとき復帰ばね９の作用によりバルブ２０より先に弁部材７は作動し、弁座３を閉じるため、四方弁Ｖの作動に必要な圧力を確保することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明は、一個のコイルでバイパス弁の作動と四方弁の作動を連動させ冷暖房サイクルの回路構成が可能であり、この構成によれば暖房運転効率を向上させることが可能となり、さらには安価で簡素な制御の空気調和装置の提供が可能であるという効果を奏する。また、本発明は、四方弁の作動よりバイパス弁の作動を遅らせることで安定した四方弁の作動を可能にするもので、この構成によれば、高圧回路が異常高圧状態が発生することを防止し、安全でかつ，信頼性の高い空気調和装置を提供することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバイパス弁の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明のバイパス弁を搭載した空気調和装置の冷房状態の配置図である。
【図３】本発明のバイパス弁を搭載した空気調和装置の暖房状態の配置図である。
【図４】従来の空気調和装置の配置図である。
【符号の説明】
１、２１…弁ケース
１ａ…第１の導管（入口管）
１ｂ…第２の導管（出口管）
２…第３の導管
３…弁座
４…蓋
５…ストッパ
６…シール
７…弁部材
８…チューブ
９…復帰ばね
１０…弁室
１１…圧力室
２０…バルブ
２２…ピストン
２２ａ…細孔
２３，２５…導管
２４…低圧管
２６…高圧管
２７…可動鉄心
２８…ニードル弁
２９…弁座
３０，３１，３２…細管
３３、３５…コイル
３６…入口管
３７…出口管
Ａ…圧縮機
Ｂ…室外熱交換器
Ｃ…室内熱交換器
Ｄ…膨張弁
Ｖ…四方弁
Ｐ…パイロット弁
Ｍ…電磁弁
Ｘ…バイパス弁

Claims

圧縮機（Ａ）、室内熱交換器（Ｃ）、膨張弁（Ｄ）、室外熱交換器（Ｂ）、及び四方弁（Ｖ）を配管で接続した冷凍サイクルを有する空気調和装置の、前記四方弁（Ｖ）に連動して冷媒通路を切換えるバイパス弁（Ｘ）であって、
前記バイパス弁（Ｘ）は、円筒状で下部に弁室（１０）及び弁座（３）が形成された弁ケース（１）と、該弁ケース（１）内を気密を保ちながら摺動し前記弁座（３）を開閉する弁部材（７）とを具備し、
前記弁ケース（１）の弁室（１０）には、前記圧縮機（Ａ）の吐出側に接続される第１の導管（１ａ）と、前記四方弁（Ｖ）に接続される第２の導管（１ｂ）と、前記室内熱交換器（Ｃ）に接続され且つ前記弁部材（７）により開閉される第３の導管（２）とが設けられ、
更に前記弁ケース（１）には、前記弁部材（７）の上方に圧力室（１１）が設けられ、
前記圧力室（１１）には、前記弁座（３）の反対端に前記四方弁（Ｖ）のパイロット弁（Ｐ）に連通するチューブ（８）と、前記弁部材（７）を弁座（３）方向に付勢し、且つストッパ（５）に支持された復帰ばね（９）とが設けられて成ることを特徴とするバイパス弁。
前記弁部材（７）には、弁ケース（１）との気密を保つためシール部材（６）が設けられて成ることを特徴とする請求項１記載のバイパス弁。
前記圧力室（１１）と前記弁室（１０）の圧力差による前記弁部材（７）の移動力に対し、前記復帰ばね（９）の付勢力を前記四方弁（Ｖ）が作動する圧力差より大きくしたことを特徴とする請求項１または２記載のバイパス弁。
圧縮機（Ａ）、室内熱交換機（Ｃ）、膨張弁（Ｄ）、室外熱交換機（Ｂ）、四方弁（Ｖ）、該四方弁（Ｖ）に連動して冷媒通路を切換えるバイパス弁（Ｘ）を配管で接続した冷凍サイクルを有する空気調和装置であって、
前記バイパス弁（Ｘ）は、円筒状で下部に弁室（１０）及び弁座（３）が形成された弁ケース（１）と、該弁ケース（１）内を気密を保ちながら摺動し前記弁座（３）を開閉する弁部材（７）とを具備し、
前記弁ケース（１）の弁室（１０）には、前記圧縮機（Ａ）の吐出側に接続される第１の導管（２ａ）と、前記四方弁（Ｖ）に接続される第２の導管（１ｂ）と、前記室内熱交換機（Ｃ）に接続され且つ前記弁部材（７）により開閉される第３の導管（２）とが設けられ、
更に前記弁ケース（１）には、前記弁部材（７）の上方に圧力室（１１）が設けられ、
前記圧力室（１１）には、前記弁座（３）の反対端に前記四方弁（Ｖ）のパイロット弁（Ｐ）に連通するチューブ（８）と、前記弁部材（７）を弁座（３）方向に付勢し、且つストッパ（５）に支持された復帰ばね（９）とが設けられて成ることを特徴とする空気調和装置。