JP4596830B2

JP4596830B2 - 四方弁

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Publication number: JP4596830B2
Application number: JP2004194895A
Authority: JP
Inventors: 英樹外園
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: JP2006017200A

Description

本発明は空調装置、冷凍装置の冷凍サイクル等に用いられる四方弁に関する。

従来、四方弁は下記の特許文献１に開示されているように公知である。
四方弁は、冷凍サイクルにおいて冷媒の流れ方向の切り換え手段として使用され、高温の高圧冷媒と低温の低圧冷媒が、１つの弁本体内で近接して流動するために高圧冷媒の温度が低圧冷媒に伝わることで熱損失が発生するという不具合があった。また、従来の四方弁では、このような熱損失を発生させないための遮熱に関する配慮が必ずしも十分でなかったために、熱損失が大きい不都合があった。
特開２００３−２１４５５１号公報

本発明は、かかる問題を解消するために発明されたもので、その課題とするところは、低熱損失の四方弁を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明は下記の手段を採用した。即ち、
本発明による四方弁は、弁本体内部、或いは、当該弁本体に配管接続される継手内部又は配管の一部を含む継手内部を含めた弁本体部分に、当該弁を流れる高温流体又は低温流体のための流路が形成される四方弁において、上記弁本体部分に形成される内壁に対して空隙を置いて隔壁を設け、当該隔壁の反空隙側を上記流路とし、上記空隙に上記流路中の流体を導入させて該流体が滞留する遮熱構造とすることを特徴とする。
この四方弁において、上記隔壁は、遮熱管によって構成することができる。

隔壁を遮熱管によって構成した上記四方弁において、上記遮熱管と当該遮熱管の上記本体へのサポートとの少なくとも一方は、樹脂成形あるいはインサート樹脂成形により形成することができる。
また、この四方弁において、上記遮熱管は、樹脂等の極低熱伝導材で積層又はコーティングすることができる。

上記いずれかの四方弁において、上記弁本体には、上記流路に連通する弁ポートに加えて弁室が形成され、流体の流動時において、上記弁ポート及び弁室が上記遮熱構造となることができる。
更に、この四方弁において、上記弁本体に形成された上記流路に、電磁弁部と、流体の差圧により作動する差圧弁部と、チェック弁部とを設け、上記差圧弁部は上記電磁弁部の作動により作動させ、上記チェック弁部は上記差圧弁部の作動により作動させて流路の流れの方向を切り換える四方弁であって、上記電磁弁部に形成された上記流路、並びに、上記差圧弁部及び上記チェック弁部にそれぞれ形成された上記弁室が、流体の流れ方向に応じて滞留部となるように構成することができる。

そして、上記本発明の四方弁によれば、隔壁（遮熱管）の内側が、流れていることで熱伝達量が大きくなる高温又は低温の流動流体が流れる流路となり、弁本体部分の内壁と隔壁との間に形成される空隙に静止していることで熱伝達量が小さくなる流体（静止ガス）を導入することで、高温又は低温の流体から弁本体内部を通しての熱の内部移動量（熱損失量）、或いは高温流体から弁本体内部を通して低温流体への熱の内部移動量（熱損失量）が低減抑制される。そして、ステンレス鋼などの低熱伝導材や樹脂などの極低熱伝導材を配置した熱伝導プロセスよりも、流体（静止ガス）の熱伝達、ガス自身の熱伝導・熱伝達という伝熱プロセスの方の熱抵抗が大きく、そのため、熱損失の少ない四方弁を提供できる。

以下、図面により本発明に係る四方弁の実施形態について説明する。

この四方弁は、図２に示すように、弁本体部Ａと、該弁本体部Ａに装着されるパイロット式の電磁弁部Ｂとからなり、例えば、冷凍サイクルの冷媒の流れ方向の切換弁として用いられる。
弁本体部Ａは、１つのブロック状の弁本体１０に支持される。図２，３に示すように、該弁本体１０の上面には、電磁弁部装着孔１７が所定深さで形成され、該電磁弁部装着孔１７の下面中央には、弁本体１０の下面に貫通しない深さで横断面円形状の差圧弁部孔１０ａが穿設され、該差圧弁部孔１０ａに差圧弁部４０が配置される。また、該弁本体１０の下面からは、上面に向けて且つ前記差圧弁部孔１０ａと平行にチェック弁部孔１０ｂが所定深さで且つ貫通しない状態で穿設される。そして、上記差圧弁部孔１０ａの上端部開口縁には後述の電磁弁体６２の弁座部１０ｃが形成される。

更に、図２に示すように、弁本体１０の右面上部には第１出入口ポート１３が形成されると共に、該第１出入口ポート１３に連通して上連通孔１５ａが横方向に形成され、該上連通孔１５ａはチェック弁部孔１０ｂの上部と差圧弁部孔１０ａの上部とにそれぞれ分岐状に連通している。また、図２に示すように、弁本体１０の右面下部には第２出入口ポート１２が形成されると共に、該第２出入口ポート１２に連通して下連通孔１５ｂが横方向に形成され、該下連通孔１５ｂはチェック弁部孔１０ｂの下部と差圧弁部孔１０ａの下部とにそれぞれ分岐状に連通している。更に、弁本体１０の左右両側部の上下方向の中間部には、ボルト孔１９が穿設されている。なお、上記第２出入口ポート１２には遮熱管１２ａがサポート１６に支持されて連結される。また、上記第２出入口ポート１２には、図９に示すように配管７０が継手７１を介して連結される。遮熱管１２ａ又はサポート１６は、樹脂成形あるいはインサート樹脂成形により形成することができる。また、遮熱管１２ａは、遮熱効果を高めるため、樹脂等の極低熱伝導材で積層又はコーティングすることができる。

また、図３に示すように、弁本体１０の一側面には、高圧冷媒の流入ポート１１が形成され、差圧弁部孔１０ａ（主弁室４７ｂ部分）に連通していると共に、該差圧弁部孔１０ａの端部には弁本体１０内でその縦方向に縦連通孔１５ｃが穿設され、その上端部は前記電磁弁部装着孔１７に連通している。なお、図３に示すように、高圧冷媒の流入ポート１１にはサポート１１ａを介してストレーナ１１ｂが配置される。
また、図４に示すように、弁本体１０の他側面には、低圧冷媒の流出ポート１４が形成され、チェック弁部孔１０ｂ（チェック弁中間室２５部分）に連通している。更に、弁本体１０の他側面の前記低圧冷媒の流出ポート１４の上下には、ボルト孔１９が穿設されている。なお、上記低圧冷媒の流出ポート１４には遮熱管からなる低圧送出管１４ａがサポート１６に支持されて連結される。なお、この四方弁の冷凍サイクルへの配置状態においては、上記高圧冷媒の流入ポート１１は圧縮機の高圧冷媒流出口に、また、低圧冷媒の流出ポート１４は圧縮機の低圧冷媒流入口にそれぞれ連結されることになる。低圧送出管１４ａ又はサポート１６は、樹脂成形あるいはインサート樹脂成形により形成することができる。また、低圧送出管１４ａは、遮熱効果を高めるため、樹脂等の極低熱伝導材で積層又はコーティングすることができる。

次に、電磁弁部Ｂについて説明する。
電磁弁部Ｂは、図２，３に示すように、弁本体１０の前記電磁弁部装着孔１７に螺合され、且つシール材１７ｂを介して装着される電磁弁本体６０、電磁弁部装着孔１７と電磁弁本体６０との間に形成される流路１７ａ、該電磁弁本体６０に装着されているキャン５１、該キャン５１の内部下方に装着・固定される吸引子５４、該吸引子５４の中心孔内で上下に摺動可能に配置される弁棒６１ａ、該弁棒６１ａの上端部に装着されるプランジャ５２と該弁棒６１ａの下端部に装着されるパイロット弁体６１、前記吸引子５４とプランジャ５２との間に配置されプランジャ５２を上動勝手に付勢する開バネ５５、パイロット弁体６１の下部で電磁弁本体６０下部に形成された径大孔内に設けられ上下に摺動可能に配置されて上記弁座部１０ｃへの当接部６２ｂを有する電磁弁体６２、該電磁弁体６２の上部に形成される電磁弁室６３、キャン５１の外部に配置される電磁コイル５３等からなる駆動部５０、副弁座体４４と電磁弁体６２との間に介装され電磁弁体６２を上方（開方向）に付勢する開バネ６２ｃ等からなる。

そして、上記構成において、図２乃至図５に示すように、駆動部５０に対して通電オフのときは、パイロット弁体６１は、開バネ５５の弾発力により上動し、パイロット弁体６１は弁本体１０に当接して上死点位置にある電磁弁体６２から離れている（したがって、パイロット弁体６１は「開」であり、電磁弁室６３と差圧弁部孔１０ａの径大部とは弁体孔６２ａを介して連通することになる）。
また、駆動部５０に対して通電オンのときは、図６乃至図９に示すように、パイロット弁体６１は、吸引子５４の磁力により下動し、パイロット弁体６１は電磁弁体６２に当接する（したがって、パイロット弁体６１は「閉」であり、電磁弁室６３と差圧弁部孔１０ａの径大部とは遮断されることになる）。

前記差圧弁部孔１０ａは、図２，３に示すように、その内径の大きさによって三段階（上から、径大部、中間部、径小部となる。）に形成され、その中間部内に差圧弁体４０は配置される。そして、中間部内の内壁にパイプ状の副弁座体４４がシール材を介して螺合配置されると共に、その下方には差圧弁体４０が上下摺動可能に配置される。また、差圧弁部孔１０ａの異径の段部によって主弁座１０ｄが構成されている。

差圧弁体４０は、上下に所定長さの円柱状の差圧弁基体４２と、その差圧弁基体４２の上下面に形成される端面が球面状に形成された副弁体４１と主弁体４３との一体物からなり、上動して副弁座体４４の下面縁部に当接し、下動して主弁座１０ｄに当接するように配置される。そして、図２に示すように、差圧弁基体４２の上下に差圧弁基体４２によって仕切られる副弁室４７ａと主弁室４７ｂとが形成される。また、副弁室４７ａ内で副弁体４１と副弁座体４４の下面との間には、副弁バネ４２ａが縮装されている。
そして、前記高圧冷媒の流入ポート１１は上記主弁室４７ｂに開口し、副弁室４７ａは副弁座体４４の軸部に形成された弁ポート４５に連通し、更に差圧弁部孔１０ａの径大部分を介して電磁弁体６２の弁体孔６２ａに連通している。また、主弁室４７ｂは、差圧弁部孔１０ａの最小径部である弁ポート４６を介して下連通孔１５ｂに連通している。なお、弁体は必ずしも球面である必要はなく、必要に応じてテーパ状、鋼球かしめ形態、弾性体付設形態など、任意の弁形態でよい。

チェック弁部２０は、図２，４に示すように、前記チェック弁部孔１０ｂ内に配置される。チェック弁部孔１０ｂは、下方から、つまり下連通孔１５ｂに開口する側から上連通孔１５ａに開口する側に向けて、３段階に内径が順次小さくなるように形成され、この異径のチェック弁部孔１０ｂ内にそれぞれ筒状のチェック弁上弁座２１とチェック弁下弁座２２とがシールを介して配置・固定される。なお、本実施形態では、チェック弁上弁座２１とチェック弁下弁座２２とは、連結され一体物となっている。また、上記チェック弁上弁座２１とチェック弁下弁座２２との間の空隙、即ち、チェック弁中間室２５に前記低圧冷媒の流出ポート１４が開口している。また、チェック弁部孔１０ｂの下連通孔１５ｂ近傍の径大部とチェック弁下弁座２２との間には隙間２２ａが形成されている。
そして、更に、チェック弁上弁座２１の上部には、空隙、即ちチェック弁上室２３が上連通孔１５ａから分岐するように形成され、チェック弁下弁座２２の下部には、空隙、即ちチェック弁下室２４が下連通孔１５ｂから分岐するように形成される。なお、上記チェック弁上室２３及びチェック弁下室２４は対称的ではあるものの同一形状となっている。

そして、このチェック弁上弁座２１及びチェック弁下弁座２２にチェック弁体３０が上下動可能に配置される。チェック弁体３０は、同一形状で上下に対称的に配置されるチェック弁上弁体３１及びチェック弁下弁体３２とからなり、チェック弁上弁座２１或いはチェック弁下弁座２２に当接する部分は球面状に形成され、チェック弁連結体３３により連結されている。また、チェック弁上弁体３１及びチェック弁下弁体３２は、その横断面が方形状に形成され、その角部がチェック弁上室２３或いはチェック弁下室２４の内周面に摺動可能に当接している。そして、チェック弁上弁体３１の端面には、内面形状が円柱状の上弁体内空隙（図示せず）が、また、チェック弁下弁体３２の端面には下弁体内空隙３２ａが、それぞれ形成されている。これらの上弁体内空隙（図示せず）及び下弁体内空隙３２ａは、冷媒の滞留部を形成することになる。なお、前記チェック弁連結体３３はその中間位置において分離させてもよい。
なお、弁体は必ずしも球体である必要はなく、必要に応じてテーパ形状、鋼球かしめ形態、弾性体付設形態など、任意の弁形態でよい。

また、本発明は、図１に示すように、上記弁ポート４６の内壁に所定の隙間をもって遮熱管４６ａが配置され、内壁と遮熱管４６ａとの間の空隙に冷媒を導入して冷媒の滞留部を形成して弁ポート４６内の冷媒熱が弁本体１０に伝わらないようになっている。また、下連通孔１５ｂにもその長さ方向に沿って内壁と遮熱管１２ａとの間に冷媒が滞留可能な空隙７３をもって構成されている。なお、符号１６，７２は、遮熱管１２ａのサポートである。
また、符号１８はチェック弁部孔１０ｂの入口の栓であり、溶接部１８ａが形成されている。

次に、作動について説明する。
電磁弁部オフでは、図２乃至図４に示されるように、プランジャ５２は吸引子５４に吸引されないから、パイロット弁体６１は開バネ６２ｃのバネ力により電磁弁体６２と共に上動しており、電磁弁体６２は弁座部１０ｃから離れて「開」状態となる。この状態において、高圧冷媒の流入ポート１１から弁本体１０内に作用する高圧冷媒（実線矢印参照）は、主弁室４７ｂから縦連通孔１５ｃを介して流路１７ａに至り、弁ポート４５から副弁体４１に作用（加圧）し、副弁バネ４２ａの弾発力と相俟って差圧弁体４０を押し下げる（図２，３の状態）。また、仮に一時的に差圧弁体４０に上下から同一圧の高圧冷媒が作用することがあっても、副弁バネ４２ａの作用により差圧弁体４０を押し下げることになる。
このために、差圧弁部孔１０ａ内の高圧冷媒は、上連通孔１５ａを介して第１出入口ポート１３から流出することになる。このとき、上連通孔１５ａ内の高圧冷媒はチェック弁上室２３からチェック弁体３０のチェック弁上弁体３１に対して下方に作用してチェック弁体３０を押し下げる。

その結果、冷凍サイクル内を流動した冷媒が第２出入口ポート１２から低圧冷媒（破線矢印参照）となって流入し、チェック弁下弁体３２は「開」の状態にあるから、低圧冷媒はチェック弁中間室２５を介して低圧冷媒の流出ポート１４から流出する。このとき、低圧冷媒は、チェック弁体３０のチェック弁下弁体３２に対して上向きに作用するが、当然のことながら低圧冷媒は高圧冷媒により低圧であるから、チェック弁体３０を上動させるには至らない。また、この状態において、低圧冷媒は、差圧弁体４０の主弁体４３に対しても上向きに作用するが、差圧弁体４０を上動させるには至らない。

また、弁本体１０内における高圧冷媒の流れにおいて、弁ポート４５、チェック弁上室２３に高圧冷媒の滞留部が、また、低圧冷媒の流れにおいて、弁ポート４６、チェック弁下室２４、チェック弁中間室２５に低圧冷媒の滞留部ができるから、高圧冷媒と低圧冷媒の流路が互いの滞留部を介して配置されることになり、更にこの間、遮熱管４６ａ，１２ａの配置により、両冷媒間の熱伝導（熱損失）が少なくなる。

電磁弁部オンでは、図６，７に示すように、プランジャ５２は吸引子５４に吸引されて下動し、パイロット弁体６１は下動して、開バネ６２ｃのバネ力に抗して電磁弁体６２を下動させ、電磁弁体６２は弁座部１０ｃに当接して「閉」状態となる。この状態において、高圧冷媒の流入ポート１１から弁本体１０内に流入し、主弁室４７ｂから縦連通孔１５ｃを介して流路１７ａに至り、弁ポート４５から副弁体４１に作用（加圧）していた高圧冷媒は、電磁弁体６２の「閉」により、副弁体４１への下向きの作用が消失し、その結果、主弁室４７ｂ内の高圧冷媒の冷媒圧が差圧弁基体４２に作用して差圧弁体４０を副弁バネ４２ａに抗して上動させる。このために、図６，７に示すように、主弁室４７ｂ内の高圧冷媒（実線矢印参照）は、弁ポート４６及び下連通孔１５ｂを介して第２出入口ポート１２から流出することになる。このとき、下連通孔１５ｂ内の高圧冷媒はチェック弁下室２４からチェック弁体３０のチェック弁下弁体３２に対して上方に作用して押し上げる。

その結果、第２出入口ポート１２から流出した高圧冷媒は低圧冷媒となって第１出入口ポート１３から流入し、チェック弁上弁体３１は「開」の状態にあるから、低圧冷媒（破線矢印参照）はチェック弁中間室２５を介して低圧冷媒の流出ポート１４から流出する。このとき、低圧冷媒は、チェック弁体３０のチェック弁上弁体３１に対して下向きに作用するが、チェック弁体３０を下動させるには至らない。また、この状態において、低圧冷媒は、差圧弁体４０の副弁体４１に対しても下向きに作用するが、差圧弁体４０を下動させるには至らない。

また、弁本体１０内における高圧冷媒の流れにおいて、チェック弁下室２４、縦連通孔１５ｃ及び流路１７ａに滞留部が、また、低圧冷媒の流れにおいて、弁ポート４５、差圧弁部孔１０ａ及びチェック弁中間室２５に低圧冷媒の滞留部ができるから、高圧冷媒と低圧冷媒の流路が互いの滞留部を介して配置されることになり、更にこの間、遮熱管４６ａ，１２ａの配置により、両冷媒間の熱伝導（熱損失）が少なくなる。

なお、本実施例は、流動する高温冷媒と弁本体１０との熱伝導を少なくして、四方弁での熱損失が少なくなるようにしたものであるが、逆に、流動する低温冷媒と弁本体１０との熱伝導を少なくして、四方弁での熱損失が少なくなるようにしてもよく、また、これらの両方であってもよい。

また、本発明の構成要件である「隔壁」は、実施例においては、弁本体側に形成された内壁に対して空隙を介して配置された遮熱管１２ａ，４６ａである場合を示したが、更に、弁本体１０に装着される流出ポート１４ａに加えて、チェック弁上弁座２１、チェック弁下弁座２２、副弁座体４４、電磁弁本体６０等の弁本体１０に装着される流路形成部材も、その一部或いは全てを、弁本体側に形成された内壁に対して空隙を介して配置された「隔壁」として、遮熱構造に構成してもよいことはいうまでもない。また、本発明は、四方弁に配管接続する継手７１内部の断熱構造に加えて、配管７０の一部を含む継手内部を含めた四方弁の断熱構造として適用されることはいうまでもない。

本発明の要部（図６のＶ部分）拡大図。同四方弁（無通電状態）の縦断面図。図２のＡ−Ａ断面図。図２のＢ−Ｂ断面図。図２のＣ−Ｃ断面図。

同四方弁（通電状態）の縦断面図。図６のＡ−Ａ断面図（図３と同一部分の断面図）。図６のＢ−Ｂ断面図（図４と同一部分の断面図）。図１に示す部分の利用形態説明図。

符号の説明

Ａ・・弁本体部、Ｂ・・電磁弁部、１０・・弁本体、１０ａ・・差圧弁部孔、
１０ｂ・・チェック弁部孔、１０ｃ・・弁座部、１０ｄ・・主弁座、
１１・・ポート（流入ポート）、１１ａ・・サポート、
１１ｂ・・ストレーナ、１２・・ポート（第２出入口ポート）、
１２ａ・・隔壁（遮熱管）、１３・・ポート（第１出入口ポート）、
１４・・ポート（流出ポート）、１４ａ・・低圧送出管、１５ａ・・上連通孔、
１５ｂ・・下連通孔、１５ｃ・・縦連通孔、１６・・サポート、
１７・・電磁弁部装着孔、１７ａ・・流路、１７ｂ・・シール材、
１８・・栓、１８ａ・・溶接部、１９・・ボルト孔

２０・・チェック弁部、２１・・チェック弁上弁座、２２・・チェック弁下弁座、
２２ａ・・隙間、２３・・チェック弁上室、２４・・チェック弁下室、
２５・・チェック弁中間室、３０・・チェック弁体、３１・・チェック弁上弁体、
３２・・チェック弁下弁体、３２ａ・・下弁体内空隙、３３・・チェック弁連結体

４０・・差圧弁部（体）、４１・・副弁体、４２・・差圧弁基体、
４２ａ・・副弁バネ、４３・・主弁体、４４・・副弁座体、
４５，４６・・弁ポート、４６ａ・・隔壁（遮熱管）、４６ｂ・・（滞留）空隙、
４７ａ・・副弁室、４７ｂ・・主弁室、

５０・・駆動部、５１・・キャン、５２・・プランジャ、５３・・電磁コイル、
５４・・吸引子、５５・・開バネ、６０・・電磁弁本体、
６１・・パイロット弁体、６１ａ・・弁棒、
６２・・電磁弁体、６２ａ・・弁体孔、６２ｂ・・当接部、６２ｃ・・開バネ、
６３・・電磁弁室、７０・・配管、７１・・継手、
７２・・サポート、７３・・（滞留）空隙

Claims

弁本体内部、或いは、当該弁本体に配管接続される継手内部又は配管の一部を含む継手内部を含めた弁本体部分に、当該弁を流れる高温流体又は低温流体のための流路が形成される四方弁において、
上記弁本体部分に形成される内壁に対して空隙を置いて隔壁を設け、当該隔壁の反空隙側を上記流路とし、上記空隙に上記流路中の流体を導入させて該流体が滞留する遮熱構造とすることを特徴とする四方弁。
上記隔壁は、遮熱管によって構成してあることを特徴とする請求項１記載の四方弁。
上記遮熱管と当該遮熱管の上記弁本体部分へのサポートとの少なくとも一方は、樹脂成形あるいはインサート樹脂成形により形成されていることを特徴とする請求項２記載の四方弁。
上記遮熱管は、樹脂等の極低熱伝導材で積層又はコーティングされていることを特徴とする請求項２又は３記載の四方弁。
上記弁本体には、上記流路に連通する弁ポートに加えて弁室が形成され、流体の流動時において、上記弁ポート及び弁室が上記遮熱構造となることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のいずれかの四方弁。
上記弁本体に形成された上記流路に、電磁弁部と、流体の差圧により作動する差圧弁部と、チェック弁部とを設け、上記差圧弁部は上記電磁弁部の作動により作動させ、上記チェック弁部は上記差圧弁部の作動により作動させて上記流路の流れの方向を切り換える四方弁であって、上記電磁弁部に形成された上記流路、並びに、上記差圧弁部及び上記チェック弁部にそれぞれ形成された上記弁室が、流体の流れ方向に応じて滞留部となるように構成されていることを特徴とする請求項５記載の四方弁。