JP5175144B2 - 四方切換弁用弁体 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機器、空調機器等の可逆冷凍サイクルを利用した機器等に用いられる四方切換弁の弁体に関する。

従来、冷凍サイクルの冷媒通路に四方切換弁を配置して冷媒通路を切り換え、室内の冷房と暖房とを切り換えることが行なわれている。このような四方切換弁として、特許文献１及び２等において種々のものが提案されている。

上記四方切換弁の１つとして、例えば、図５に記載の四方切換弁６１は、密閉中空のシリンダ状の弁本体６２に、圧縮機６３の吐出管６４に連通する接続口６５と、圧縮機６３の吸入管６６に連通する接続口６７を設け、この接続口６７を挟んで両側に、熱交換機６８、６９への導管７０、７１に連通する２つの接続口７２、７３を配置し、椀状の弁体７４を弁座８０に摺動自在に設け、この弁体７４を摺動させ、中央の接続口６７と両側の接続口７２、７３のいずれか一方との間を選択的に接続する。

ここで、上記四方切換弁６１を構成する弁体７４は、金属、合成樹脂、又は金属と樹脂皮膜層とを組み合わせたものなどで形成することができるが、特に、弁体全体を合成樹脂で形成することにより、合成樹脂は摺動性がよいため、安定した弁体の動きを確保することができるとともに、合成樹脂は熱伝導率が低いため、冷凍サイクルの熱効率の低下を防止することもできる。

一方、上記四方切換弁６１の弁体７４については、弁体７４の内外の圧力差による変形に留意する必要があり、特に、弁体７４全体を合成樹脂で形成した場合には、弁体７４の摺動面７４ａに微少な変形が生じると、その変形部分から弁体７４の内外の冷媒ガスの圧力差によって冷媒が噴出し、冷媒が漏れることとなる。そこで、図６に示すように、合成樹脂製の椀状の本体７４ｃに、本体７４ｃの開口端面部７４ｂを横断するように金属製のピン７５を２本差し渡したものも提案されている。尚、ピン７５は、両端に鍔部７５ａを備え、この鍔部７５ａを本体７４ｃの内壁に形成された段部に圧入することにより本体７４ｃに装着される。

特開平１１−２０１２９７号公報 特開２００４−１２５２３８号公報

上記従来の構成において、高圧冷媒（例えばＲ４１０Ａ等）の場合、弁体７４内外の圧力差が高くなるため、弁体７４が変形し、切換動作が円滑に行われなくなったり流体が漏れる等の不具合が生じることがあった。また、逆圧により弁体７４が広がり、補強ピン７５が脱落することもあった。

そこで、本発明は、上記従来の四方切換弁における問題点に鑑みてなされたものであって、四方切換弁に用いられる弁体の機械的強度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、密閉空間を有する弁本体と、該弁本体の一側部に連結され、前記密閉空間と連通する第１導管と、前記弁本体の他側部に連結され、前記密閉空間と連通する第２導管と、該第２導管を挟んで両側に各々隣接して配置され、前記密閉空間と連通する第３及び第４導管と、前記弁本体内において前記第２乃至第４導管の各々に連通する開口部を有する弁座と、該弁座に摺動可能に配置された弁体とを備え、該弁体を一方向又は他方向に摺動させることにより、前記第１導管と前記第３導管との間、又は前記第１導管と前記第４導管との間の連通状態が選択的に切り換えられる四方切換弁に用いられる前記弁体であって、椀状の本体と、該本体の開口端面部を横断するように、該開口端面部に近接して差し渡される棒状部材と、前記本体の前記開口端面部に近接した位置において、該本体に一体に形成され、該本体の外表面より前記棒状部材の軸線方向に、前記弁本体の内壁面に近接する位置まで突出する鍔部とを備え、前記鍔部の外周面は、前記弁本体の内壁面の曲率半径と略々等しい曲率半径を有することを特徴とする。

そして、本発明によれば、前記本体の前記開口端面部に近接した位置において、該本体に一体に形成され、該本体の外表面より前記棒状部材の軸線方向に、前記弁本体の内壁面に近接する位置まで突出する鍔部を備えるため、弁本体の寸法を維持したまま、弁体の機械的強度を増強することができる。また、棒状部材の外径を小さくすることができるとともに、棒状部材を弁座に近接して位置させることができる。これにより、棒状部材が弁体の流体通路の内部へ入り込むことがなく、棒状部材が流体抵抗となることを回避することができる。その結果、四方切換弁用弁体の機械的強度を維持しながら、該弁体の内部における円滑な流体の移動を確保することができる。

また、上記四方切換弁用弁体において、前記棒状部材の中心線が、前記鍔部における前記弁座と反対側の面よりも前記弁座側に位置するように構成することができる。

上記四方切換弁用弁体において、前記棒状部材を２本設け、該２本の棒状部材を、互いに平行で、前記第１導管と前記第３導管とが連通した状態において前記第２導管及び前記第４導管の開口面に対向しないとともに、前記第１導管と前記第４導管とが連通した状態において前記第２導管及び前記第３導管の開口面に対向しないように配置することができる。これによって、弁体の機械的強度をさらに高めることができるとともに、２本の棒状部材が流体抵抗となることを回避することができる。尚、２本の棒状部材は、流路にかからない位置において、できるだけ離して配置することが好ましい。また、前記棒状部材を１本設け、該棒状部材が両端に前記弁体に接する矩形状の鍔部を備えるようにしてもよい。
さらに、前記鍔部における前記弁座と反対側の面に、前記弁体を前記弁座に圧接する環状の板ばねを支持し、該板ばねの外周縁が前記鍔部の外周縁よりも内側に位置するように構成することができる。

以上のように、本発明によれば、弁体の機械的強度が向上するとともに弁体の内部における円滑な流体の移動を確保することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる弁体を備えた四方切換弁を空調機器に用いる場合を例にとって説明する。

図１は、本発明にかかる弁体１を用いた四方切換弁２を示す。この四方切換弁２は、大別して、円筒状の弁本体３と、圧縮機４の吐出管５に連通する開口部６と、圧縮機４の吸入管７に連通する開口部８と、この開口部８を挟んで両側に、熱交換機９、１０への導管１１、１２に連通する２つの開口部１３、１４と、これらの開口部８、１３、１４を有し、椀状の弁体１が摺動する弁座１６とを備え、弁体１が弁座１６上を摺動することで、吐出管５と、導管１１又は導管１２のいずれか一方を選択的に接続する。

弁本体３は、両端部に栓体３ａ、３ｂが固着された円筒状に形成され、弁本体３の上側には開口部６が形成され、開口部６に圧縮機４に接続される吐出管５が連結される。弁本体３の下側には、圧縮機４の吸入管７と、熱交換機９、１０への導管１１、１２が連結され、弁本体３の内部の弁座１６に、これらの導管等の開口部８、１３、１４が穿設される。

また、弁本体３の内部には、弁座１６と栓体３ａとの間にピストン１７が、弁座１６と栓体３ｂとの間にピストン１８が設けられ、ピストン１７、１８の間に、高圧室２０が形成される。ピストン１７、１８は、連結板１９によって一体的に移動可能に連結される。また、ピストン１７と栓体３ａとの間に形成された作動室２１と、ピストン１８と栓体３ｂとの間に形成された作動室２２とは、導管２３、２４を介して四方切換パイロット弁２５に連結されている。パイロット弁２５が、作動室２１、２２の間に介在することにより、作動室２１、２２のいずれか一方が、導管２６によって吐出管５に連通するとき、他方の作動室が導管２７によって吸入管７に連通するように構成される。

弁本体３の内部の弁座１６上には、連通用凹部（流体通路）１ａと、環状の鍔部１ｂとを有する椀状の弁体１が設けられる。弁体１は、連結板１９の孔１９ａ内に緩く嵌合されている。これにより、弁体１は、ピストン１７、１８が図１において左右方向に移動することに伴って弁座１６上を摺動し、圧縮機４に接続された吸入管７の低圧側の開口部８を、その両側の熱交換機側の開口部１３、１４のいずれか一方と連通させるとともに、他方の熱交換機側開口部を高圧室２０に開放する。

弁体１は、図２に示すように、全体が合成樹脂により射出成形され、内部に連通用凹部１ａと、環状の鍔部１ｂとを備える椀状の本体１ｃと、金属からなり、両端に矩形状の鍔部１ｆを一体に備えたピン（棒状部材）１ｄと、本体１ｃを弁座１６に圧接する押さえ部材としての板ばね１ｅとで構成される。ピン１ｄは、両端の鍔部１ｆを、本体１ｃの段部１ｇに圧入するとともに、鍔部１ｆの外側面から突出した突起１ｈを本体１ｃの凹部１ｉに嵌入することで、本体１ｃの開口端面部１ｊを横断するように、開口端面部１ｊに近接して差し渡される。板ばね１ｅは平面視矩形の環状に形成され、両端部が本体１ｃの鍔部１ｂの上面に接している。板ばね１ｅにおける両端部よりも内側の部分は台形状に隆起し、その上面が連結板１９に当接して下方に撓んだ状態になっており、本体１ｃを弁座１６に圧接している。

また、弁体１の鍔部１ｂのうち、ピン１ｄの軸線方向に突出する部分（以下、「突出部」という）１ｋの外周面は、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、弁本体３の内壁面３ｃに近接する位置まで突出し、その外周面は、図２（ｄ）に明示されるように、弁本体３の内壁面３ｃの曲率半径Ｒ１と略々等しい曲率半径Ｒ２を有する。これにより、突出部１ｋの下端と弁本体３の内壁面３ｃとの間の隙間ａと、突出部１ｋの外周面と弁本体３の内壁面３ｃとの間の隙間ａ’とが略々等しくなり、弁体１が流体の圧力の影響で弁本体３側へ移動しても、内壁面３ｃに接触するおそれが少なくなる。また、弁体１に逆圧（流体が図２（ｄ）の下から上へ流れる）が発生して弁体１が浮き上がったとき、弁体１内部の流体が鍔部１ｂと弁座１６の間から弁体１の上側に逃げることになるが、ａとａ’とが略々等しく、流体が逃げる通路の断面積が略々同一で変化しないため、弁体１の内圧が上昇するのを防ぐことができる。

さらに、鍔部１ｂの上面が広いため、弁体１を弁座１６に圧接する板ばね１ｅを安定して支持することができ、弁体１を確実に押さえて弁体１と弁座１６の間からの流体の漏れを防ぐことができる。また、板ばね１ｅの外周縁を鍔部１ｂの上面の外周縁よりも内側に位置させることができるので、弁体１が移動しても板ばね１ｅの外周縁が弁本体３の内壁面３ｃに接触するおそれがないとともに、板ばね１ｅが吐出圧力により変形しにくいので、弁体１に対する荷重が均一になって流体漏れが生じにくく、弁体１のスライドがスムーズになる。

さらに、本実施形態では、図２（ｄ）に示すように、本体１ｃの鍔部１ｂを高くして、その上面がピン１ｄの中心線よりも距離ｂだけ上方に位置するようにしている。従来品は、ピン１ｄの中心線が鍔部１ｂの上面よりも上方に位置しており、それに比べて鍔部１ｂの強度が向上するとともに、ピン１ｄを本体１ｃに圧入する際や、本体１ｃの内外に圧力差が生じた場合に本体１ｃが広がりにくくなるため、ピン１ｄが脱落しにくくなる。

上記構成を有する四方切換弁２は、図１に示すように、空調機器において冷媒の流れを冷房と暖房に切り換える場合に使用される。このとき、弁体１は、外周囲から高温の冷媒の圧力を受けて、弁座１６に押圧された状態で弁座１６上を摺動する。この際、図３に示すように、突出部１ｋを弁本体３の内壁面３ｃに近接する位置まで突出させることで、弁体１の本体１ｃの機械的強度を高めているため、２本のピン１ｄの外径を小さくすることができるとともに、２本のピン１ｄを弁座１６に近接した位置で、互いに近接して位置させることができる。これにより、吐出管５と導管１１が連通した状態において各ピン１ｄが吸入管７と導管１２の開口面に対向しないとともに、吐出管５と導管１２とが連通した状態において各ピン１ｄが吸入管７と導管１１の開口面に対向しない。よって、ピン１ｄが導管１１、１２の流れを直接遮ることはなく、また、ピン１ｄが弁座１６の摺動面１６ａから所定距離以上離れて弁体１の連通用凹部１ａの流体通路内部へ入り込むことがないため、流体Ｌ３の抵抗となり難く、円滑な流体の移動を確保することができる。尚、図４に示すように、ピン１ｄは１本であってもよい。

尚、上記実施の形態においては、弁体１の突出部１ｋの外周面を弁本体３の内壁面３ｃの曲率半径Ｒ１と略々等しい曲率半径Ｒ２を有するように構成したが、突出部１ｋの形状はこれに限定されず、弁体１の突出部１ｋの外周面が弁本体３の内壁面３ｃと当接しない範囲で種々の形状とすることができる。

また、上記実施の形態においては、本発明にかかる弁体１を備えた四方切換弁２を空調機器に用いる場合を例にとって説明したが、空調機器以外にも、冷凍機器等他の可逆冷凍サイクルを利用した機器、さらには、冷凍サイクルを利用した機器以外にも、流体を四方に切り換える必要がある機器に使用することができる。

本発明にかかる弁体を用いた四方切換弁を示す断面図である。 図１の弁体を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側断面図、（ｄ）は（ｃ）の一部拡大図である。 図２の弁体と弁座との関係を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 弁体の他の実施形態を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は底面図である。 従来の四方切換弁の一例を示す断面図である。 図５の四方切換弁に用いられる弁体の一例を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側断面図である。

符号の説明

１ 弁体
１ａ 連通用凹部
１ｂ 鍔部
１ｃ 本体
１ｄ ピン（棒状部材）
１ｅ 板ばね
１ｆ 鍔部
１ｇ 段部
１ｈ 突起
１ｉ 凹部
１ｊ 開口端面部
２ 四方切換弁
３ 弁本体
３ａ 栓体
３ｂ 栓体
３ｃ 内壁面
４ 圧縮機
５ 吐出管
６ 開口部
７ 吸入管
８ 開口部
９ 熱交換機
１０ 熱交換機
１１ 導管
１２ 導管
１３ 開口部
１４ 開口部
１６ 弁座
１６ａ 摺動面
１７ ピストン
１８ ピストン
１９ 連結板
２０ 高圧室
２１ 作動室
２２ 作動室
２３ 導管
２４ 導管
２５ 四方切換パイロット弁
２６ 導管
２７ 導管

Claims (5)

1. 密閉空間を有する弁本体と、該弁本体の一側部に連結され、前記密閉空間と連通する第１導管と、前記弁本体の他側部に連結され、前記密閉空間と連通する第２導管と、該第２導管を挟んで両側に各々隣接して配置され、前記密閉空間と連通する第３及び第４導管と、前記弁本体内において前記第２乃至第４導管の各々に連通する開口部を有する弁座と、該弁座に摺動可能に配置された弁体とを備え、該弁体を一方向又は他方向に摺動させることにより、前記第１導管と前記第３導管との間、又は前記第１導管と前記第４導管との間の連通状態が選択的に切り換えられる四方切換弁に用いられる前記弁体であって、
   椀状の本体と、
   該本体の開口端面部を横断するように、該開口端面部に近接して差し渡される棒状部材と、
   前記本体の前記開口端面部に近接した位置において、該本体に一体に形成され、該本体の外表面より前記棒状部材の軸線方向に、前記弁本体の内壁面に近接する位置まで突出する鍔部とを備え、
   前記鍔部の外周面は、前記弁本体の内壁面の曲率半径と略々等しい曲率半径を有することを特徴とする四方切換弁用弁体。
2. 前記棒状部材の中心線が、前記鍔部における前記弁座と反対側の面よりも前記弁座側に位置することを特徴とする請求項１に記載の四方切換弁用弁体。
3. 前記棒状部材を２本備え、該２本の棒状部材は、互いに平行で、前記第１導管と前記第３導管とが連通した状態において前記第２導管及び前記第４導管の開口面に対向しないとともに、前記第１導管と前記第４導管とが連通した状態において前記第２導管及び前記第３導管の開口面に対向しないように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の四方切換弁用弁体。
4. 前記棒状部材を１本備え、該棒状部材は両端に前記弁体に接する矩形状の鍔部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の四方切換弁用弁体。
5. 前記鍔部における前記弁座と反対側の面に、前記弁体を前記弁座に圧接する環状の板ばねが支持されており、該板ばねの外周縁が前記鍔部の外周縁よりも内側に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の四方切換弁用弁体。

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