JP5615573B2 - 流路切換弁及びそれを用いたヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ装置（空調装置）等に用いられるロータリ式の流路切換弁及びそれを用いたヒートポンプ装置に係り、特に、例えば、流体の入口及び出口を備えた複数台の機器（例えば熱交換器）を備えたシステムにおいて、前記複数台の機器を、並列及び直列に接続を切り換える場合に必要とされる複数の流路切換手段の役目を担うことのできる流路切換弁及びそれを用いたヒートポンプ装置に関する。

一般に、ヒートポンプ（空調装置）は、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器、気液分離器、膨張弁、及び四方切換弁等を備えており、例えば、下記特許文献１には、複数台の熱交換器を備えたヒートポンプにおいて、熱効率の向上等を図るべく、前記複数台の熱交換器を、冷媒を一方向（正方向）に流すときには直列に接続し、冷媒を他方向（逆方向）に流すときには並列に接続することが提案されている。

上記四方切換弁は、冷房の際には当該冷凍サイクルの冷媒通過方向を、圧縮機→室外熱交換器→膨張弁（減圧用毛細管）→室内熱交換器→圧縮機、のように設定し、暖房の際には、圧縮機→室内熱交換器→膨張弁→室外熱交換器→圧縮機、のように設定する。

実開昭６２−１４２８０号公報

前記特許文献１に所載のヒートポンプを構成しようとすると、熱交換器の台数が多くなればなるほど冷媒の流路を切り換えたり遮断したりするための流路切換手段を多く必要とし、構成の複雑化、占有スペースの増大、コストアップ、消費エネルギー（電力消費量）の増加等を招く。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、例えば、流体の入口及び出口を備えた複数台の機器（例えば熱交換器）を備えたシステムにおいて、前記複数台の機器を、並列及び直列に接続を切り換える場合に必要とされる複数の流路切換手段の役目を担うことができ、もって、ヒートポンプ装置等の構成の簡素化、占有スペースの縮小、コストダウン、消費エネルギーの低減等を図ることのできる流路切換弁、及びそれを用いたヒートポンプ装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る流路切換弁は、上側弁シート部及び下側弁シート部を有する弁室が設けられた弁本体と、前記上側弁シート部及び下側弁シート部にその上下端面をそれぞれ対接させながら回動せしめられる弁体と、該弁体を回転駆動するアクチュエータとを備え、前記上側弁シート部に前記弁本体の外部へ連通する複数個のポートが形成されるとともに、前記下側弁シート部に前記弁本体の外部へ連通する複数個のポートが形成され、前記上側弁シート部に形成される複数個のポートは、複数個の上側入出ポート及び上側メインポートであり、前記下側弁シート部に形成される複数個のポートは、前記複数個の上側入出ポートと対をなす複数個の下側入出ポート及び下側メインポートであり、前記弁体に前記上下のポート間を連通させ得る少なくとも１本の連通路が設けられるとともに、前記弁室は前記弁体により前記上側弁シート部を含む上室部と前記下側弁シート部を含む下室部とに分割されて実質的に気密に仕切られており、前記連通路が、前記弁体の回転位置に応じて、前記上側弁シート部に形成された少なくとも１つのポートと前記下側弁シート部に形成された少なくとも１つのポートとの間を連通する状態と、前記上側弁シート部に形成された全てのポートと前記下側弁シート部に形成された全てのポートとの間を連通しない状態とを形成することを特徴としている。

また、本発明に係る流路切換弁は、前記下側メインポートは、前記上側メインポートと対をなすことを特徴としている。

より具体的な好ましい態様では、前記上側弁シート部及び下側弁シート部に、それぞれ４個ずつ入出ポートが設けられるとともに、前記弁体に、前記４対の入出ポート間のいずれか二つを連通させるべく前記連通路が２本設けられ、前記弁体は、前記２本の連通路が前記４対の入出ポート間のいずれも連通させない第１の回動位置と、前記４対の入出ポート間のうちのいずれか二つのポート間を連通させる第２の回動位置と、をとり得るようにされる。

他の好ましい態様では、前記上側弁シート部及び下側弁シート部に、それぞれ２個ずつ入出ポートが設けられるとともに、前記弁体に、前記２対の入出ポート間のいずれか一つを連通させるべく前記連通路が１本設けられ、前記弁体は、前記１本の連通路が前記２対の入出ポート間のいずれも連通させない第１の回動位置と、前記２対の入出ポート間のうちのいずれか一つのポート間を連通させる第２の回動位置と、をとり得るようにされる。

また、他の好ましい態様では、前記上側弁シート部及び下側弁シート部に、それぞれ［Ｎ］個ずつ入出ポートが設けられるとともに、前記弁体に、前記［Ｎ］対の入出ポート間のいずれか一つ〜［Ｎ−１］つを連通させるべく前記連通路が１〜［Ｎ−１］本設けられ、前記弁体は、前記１〜［Ｎ−１］本の連通路が前記［Ｎ］対の入出ポート間のいずれも連通させない第１の回動位置と、前記［Ｎ］対の入出ポート間のうちのいずれか一つ〜［Ｎ−１］つのポート間を連通させる第２の回動位置と、をとり得るようにされる。

他の好ましい態様では、前記弁体は、前記第１及び第２の回動位置に加えて、前記メインポート間のみを連通させる第３の回動位置をとり得るようにされる。

さらに好ましい態様では、前記連通路の少なくとも一端側に、該連通路から前記弁室内への漏れを防ぐとともに、前記連通路の開口端が前記弁シート部に弾発的に圧接するように、前記連通路の開口端に連通路シール材が装着される。

またさらに好ましい態様では、前記連通路の両端の受圧径は、同一又はほぼ同一に設定される。

またさらに好ましい態様では、前記弁体は、前記弁室の上室部と下室部とを気密に仕切るための弁室シール材が備えられる。

またさらに好ましい態様では、前記アクチュエータは、前記弁本体の上室部側に設けられ、前記弁本体には、前記上室部及びアクチュエータ内部を連通する均圧孔が設けられる。

またさらに好ましい態様では、前記均圧孔は、前記弁体が回転しても該弁体の連通路と連通しないポートに開口している。

一方、本発明に係るヒートポンプ装置は、 圧縮機、膨張弁、複数の熱交換器、及び上記流路切換弁を備え、この流路切換弁により、前記複数の熱交換器の接続状態が必要に応じて並列接続から直列接続へ、及び、直列接続から並列接続へ切り換えられるようにされていることを特徴としている。

より具体的な好ましい態様では、前記流路切換弁のアクチュエータは前記弁本体に形成される上室部側に設けられ、前記圧縮機から吐出される冷媒は前記弁本体に形成される下室部側に導入される。

さらに好ましい態様では、前記弁本体には、前記上室部と前記アクチュエータ内部とを連通する均圧孔が設けられる。

またさらに好ましい態様では、前記均圧孔は、前記弁体が回転しても該弁体の連通路と連通しないポートに開口している。

本発明に係る流路切換弁は、例えば、複数台の熱交換器を備えたヒートポンプ装置に用いる場合、これ一つで、複数台の熱交換器を、並列及び直列のいずれにも接続することができる。そのため、従来は熱交換器の台数に応じて多数個必要であった流路切換手段に代えて、本発明の流路切換弁を用いることにより、ヒートポンプ装置の構成の簡素化、占有スペースの縮小、コストダウン、消費エネルギーの低減等を図ることができる。

また本発明に係るヒートポンプ装置は、構成の簡素化、占有スペースの縮小、コストダウン、消費エネルギーの低減等を図ることができ、また圧縮機から吐出される高温、高圧の冷媒を、流路切換弁のアクチュエータが配置された側と反対側に導入するようにすれば、該アクチュエータの耐久性を高め、正確な動作を継続することができる。

本発明に係る流路切換弁の一実施形態（実施例１）を示す縦断面図。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例１のステータを取り除いた流路切換弁の平面図、底面図、及び弁体の側面図。 実施例１の流路切換弁の構成及び動作説明（冷房運転時）に供される図。 実施例１の流路切換弁の構成及び動作説明（暖房運転時）に供される図。 実施例１の流路切換弁の構成及び動作説明（除霜運転時）に供される図。 実施例２の流路切換弁の構成及び動作説明（冷房運転時）に供される図。 実施例２の流路切換弁の構成及び動作説明（暖房運転時）に供される図。 実施例２の流路切換弁の構成及び動作説明（除霜運転時）に供される図。 実施例３の流路切換弁の構成及び動作説明（冷房運転時）に供される図。 実施例３の流路切換弁の構成及び動作説明（暖房運転時）に供される図。 実施例３の流路切換弁の構成及び動作説明（除霜運転時）に供される図。 実施例４の流路切換弁に用いられる弁体の側面図。 実施例４の流路切換弁の構成及び動作説明（冷房運転時）に供される図。 実施例４の流路切換弁の構成及び動作説明（暖房運転時）に供される図。 実施例４の流路切換弁の構成及び動作説明（除霜運転時）に供される図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る流路切換弁の一実施形態（実施例１）を示す縦断面図、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ実施例１のステータ１７を取り除いた流路切換弁の平面図、底面図、及び弁体の側面図、図３、図４、図５は、それぞれ実施例１の流路切換弁の構成及び動作説明（冷房、暖房、除霜運転時）に供される図であり、各図において、上側の円形断面図は、図１のＸ‐Ｘ矢視線に従う断面図、下側の円形断面図は、図１のＹ‐Ｙ矢視線に従う断面図である。また、図１は、図５のように筒状部３６の連通路３１が導管８０と９０とを連通している状態を示している。

本実施例の流路切換弁１０は、４台の熱交換器（例えば室内熱交換器）７１、７２、７３、７４を備えたヒートポンプ装置において、前記４台の熱交換器７１、７２、７３、７４を、冷媒を正方向に流すときには並列に接続し、冷媒を逆方向に流すときには直列に接続する場合に必要とされる複数の流路切換手段の役目を担うことができるようにしたもので、キャン１８の内周側に配在されたロータ１６とキャン１８の外周に外嵌固定されたステータ１７とからなる流路切換用アクチュエータとしてのステッピングモータ１５と、該ステッピングモータ１５により弁軸３５を介して回動せしめられる弁体３０と、この弁体３０を回動可能に保持する弁本体２０と、を備えている。

前記ロータ１６と弁軸３５との間（モータ１５内）には遊星歯車式減速機構４０が介装されており、ロータ１６の回転は上記減速機構４０により相当減速されて弁体３０に伝達されるようになっている。なお、遊星歯車式減速機構４０を介することなく、ロータ１６の回転を直接弁体３０に伝達するようにしても良い。

弁本体２０は、上部体２０Ａと底蓋状体２０Ｂとこれらを連結する円筒状体２０Ｃとからなり、これら上部体２０Ａ、底蓋状体２０Ｂ、及び円筒状体２０Ｃで円筒状の弁室２１が画成されている。

弁室２１は、その天井部（上部体２０Ａ下面部）が上側弁シート部２２Ａとされ、その底面部（底蓋状体２０Ｂ上面部）が下側弁シート部２２Ｂとされている。前記上部体２０Ａには、一端（下端）が上側弁シート部２２Ａ（弁室２１）に開口する４個の断面Ｌ形の上側入出ポート１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａがほぼ９０度間隔で設けられるとともに、上側入出ポート１３ａと１４ａとの間には断面Ｌ形の上側メインポート２５ａが形成されている。また、底蓋状体２０Ｂには、上端が下側弁シート部２２Ｂ（弁室２１）に開口する、前記４個の上側入出ポート１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａと対をなす（弁体３０の回転中心軸Оと平行な方向に位置する）４個の下側入出ポート１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂがほぼ９０度間隔で設けられるとともに、下側入出ポート１３ｂと１４ｂとの間に、前記上側メインポート２５ａと対をなす下側メインポート２５ｂが形成されている。

前記弁軸３５は、その上端部３５ａがモータ１５内の遊星歯車式減速機構４０の出力軸４５に一体回転可能に連結され、その中間部３５ｂが、上部体２０Ａに形成された中央孔２８に挿通せしめられ、その下端部に設けられた雄スプライン部３５ｃが前記弁体３０の中央部に設けられた雌スプライン部３０ａに一体回転可能にかつ上下方向に相対移動可能に嵌合せしめられている。なお、弁軸３５の中間部３５ｂは、中央孔２８に装着された軸受部材３８により回転自在に支持されている。

均圧孔（連通路）２９Ｂはキャン１８内部と中央孔２８とを連通し、また均圧孔（連通路）２９Ａ（図３）は中央孔２８と上側入出ポート１２ａとを連通する。この均圧孔２９Ａは上部体２０Ａに設けられており、図３においては想像線で描かれている。

前記弁体３０は、図１に加えて図２（Ｃ）を参照すればよくわかるように、前記弁室２１の直径より若干小さな外径を持つ厚肉円板状の基体部３０Ａを有し、この基体部３０Ａの中央部に雌スプライン部３０ａが設けられ、この雌スプライン部３０ａの両側には１８０度間隔をあけて円筒状部３６、３７が上下方向に（回転中心軸Оと平行な方向に）突出して設けられている。この円筒状部３６、３７は、上下に亘ってほぼ同一の厚みをもって形成されていて、その下端部には、弾性シール材としてのＯリング５１と角形リング（パッキン）５２とがタンデム配置で装着されている。円筒状部３６、３７は、前記上側弁シート部２２Ａ及び下側弁シート部２２Ｂにその上端面及び前記角形リング５２をそれぞれ対接させながら回動せしめられるようになっており、この円筒状部３６、３７の内部が、後述するように弁体３０の回転位置に応じて前記した上下で対をなす入出ポート１１ａ‐１１ｂ間、及び１３ａ‐１３ｂ間、又は前記メインポート２５ａ‐２５ｂ間を連通させ得る連通路３１、３２となっている。

また、前記弁室２１を上室部２１Ａと下室部２１Ｂに分割して気密的に仕切るべく、前記弁体３０の外周部には、前記弁室２１の内周面に弾発的に圧接するように弁室シール材（ピストンリング）３９が装着されている。なお、このように弁体３０の外周部に弁室シール材３９を配置すれば上室部２１Ａと下室部２１Ｂとの気密性が確保されるが、この気密性があまり必要とされないとき、あるいは上室部２１Ａと下室部２１Ｂとの圧力差があまり高くないとき等においては、弁室シール材３９を設けず、該弁体３０の外周部を直接弁室２１の内周面に摺接させるようにしても良い。

ここで、前記のように、弁軸３５の雄スプライン部３５ｃが弁体３０の雌スプライン部３０ｃに一体回転可能にかつ上下方向に相対移動可能に嵌合せしめられるとともに、円筒状部３６、３７（連通路３１、３２）の下端に弾性シール材（連通路シール材）としてのＯリング５１と角形リング５２とが装着されることにより、前記連通路３１、３２の開口端である角形リング５２が下側弁シート部２２Ｂに弾発的に圧接するので、連通路３１、３２から弁室２１（下室部２１Ｂ）内への冷媒の漏れを防ぐことができるとともに、弁室２１の高さ寸法と円筒状部３６、３７の高さ寸法とが多少相違していても、吸収することができる。

なお、このＯリング５１及び角形リング５２は、円筒状部３６、３７の下端に設けられる代わりに、該円筒状部３６、３７の上端に設けられても良いし、また該円筒状部３６、３７の上下端にそれぞれ設けられても良い。

一方、上側メインポート２５ａには導管８０が接続され、下側メインポート２５ｂには導管９０が接続されている。また、上側入出ポート１１ａと熱交換器７１の第１ポート７１ａとは導管８１で接続され、同様に、上側入出ポート１２ａと熱交換器７２の第１ポート７２ａとは導管８２で接続され、上側入出ポート１３ａと熱交換器７３の第１ポート７３ａとは導管８３で接続され、上側入出ポート１４ａと熱交換器７４の第１ポート７４ａとは導管８４で接続されている。

また、下側入出ポート１１ｂと熱交換器７２の第２ポート７２ｂとは導管９１で接続され、同様に、下側入出ポート１２ｂと熱交換器７３の第２ポート７３ｂとは導管９２で接続され、下側入出ポート１３ｂと熱交換器７４の第２ポート７４ｂとは導管９３で接続され、下側入出ポート１４ｂと熱交換器７１の第２ポート７１ｂとは導管９４で接続されている。

このような構成とされた流路切換弁１０において、弁体３０は、図３に示される如くの、前記２本の連通路３１、３２が前記４対の入出ポート１１ａ‐１１ｂ間、１２ａ‐１２ｂ間、１３ａ‐１３ｂ間、１４ａ‐１４ｂ間のいずれも連通させない第１の回動位置と、図４に示される如くの、前記４対の入出ポート間のうちの入出ポート１１ａ‐１１ｂ間及び１３ａ‐１３ｂ間を連通させる第２の回動位置（第１の回動位置から約５０度反時計回りに回転）と、図５に示される如くに、前記メインポート２５ａ‐２５ｂ間を連通させる第３の回動位置（第１の回動位置から約９０度時計回りに回転）をとり得るようにされている。弁体３０は、上側弁シート部２２Ａに植立されたストッパ１０１、１０２に当接することにより、図３又は図５の位置に規制される。

またこの例においては、前記導管８０及び導管９０は、冷房時には図示されない膨張弁からの吐出冷媒が導管８０から当該流路制御弁１０内に流入し、導管９０から流出する冷媒が図示されない圧縮機の吸入口（図示せず）に至るように、また暖房時には圧縮機から吐出される高圧、高温の冷媒が導管９０から当該流路制御弁１０内に流入し、導管８０から流出される冷媒が膨張弁に至るように、当該ヒートポンプ装置内に配置される。

ここで、冷房運転を行なうべく、図３に示される如くに、弁体３０に第１の回動位置をとらせるとともに、導管８０及び上側メインポート２５ａを通じて弁室２１の上室部２１Ａに膨張弁から流出した冷媒を導入すると、冷媒は上側入出ポート１１ａ〜１４ａ及び導管８１〜８４を介して各熱交換器７１〜７４の第１ポート７１ａ〜７４ａ→熱交換器７１〜７４の内部→第２ポート７１ｂ〜７４ｂ→導管９１〜９４→下室部２１Ｂ→下側メインポート２５ｂ→導管９０へと導出され、圧縮機に戻る。

したがって、冷媒を上側メインポート２５ａに導入して下側メインポート２５ｂから導出する正方向流れのとき（冷房運転時）には、熱交換器７１、７２、７３、７４が並列接続されることになる。

それに対し、暖房運転を行なうべく、図４に示される如くに、弁体３０に第２の回動位置をとらせるとともに、導管９０及び下側メインポート２５ｂを通じて弁室２１の下室部２１Ｂに圧縮機から吐出された冷媒を導入すると、冷媒は下側入出ポート１２ｂ→導管９２→熱交換器７３の第２ポート７３ｂ→熱交換器７３内部→第１ポート７３ａ→導管８３→上側入出ポート１３ａ→連通路３１→下側入出ポート１３ｂ→導管９３→熱交換器７４の第２ポート７４ｂ→熱交換器７４内部→第１ポート７４ａ→導管８４→上側入出ポート１４ａ→上室部２１Ａ→上側メインポート２５ａ→導管８０へと導出され、膨張弁に至る一方、下側入出ポート１４ｂ→導管９４→熱交換器７１の第２ポート７１ｂ→熱交換器７１内部→第１ポート７１ａ→導管８１→上側入出ポート１１ａ→連通路３２→下側入出ポート１１ｂ→導管９１→熱交換器７２の第２ポート７２ｂ→熱交換器７２内部→第１ポート７２ａ→導管８２→上側入出ポート１２ａ→上室部２１Ａ→上側メインポート２５ａ→導管８０へと導出され、やはり膨張弁に至る。

したがって、冷媒を下側メインポート２５ｂに導入して上側メインポート２５ａから導出する逆方向流れのとき（暖房運転時）には、熱交換器７３と７４とが直列接続されるとともに、熱交換器７１と７２とが直列接続され、かつ、直列接続された熱交換器７３と７４のグループと熱交換器７１と７２のグループが並列接続される。

また、図５に示される如くに、弁体３０に第３の回動位置をとらせて、上側メインポート２５ａと下側メインポート２５ｂのみを連通路３１で連通させることにより、熱交換器７１〜７４への冷媒の供給が遮断されるとともに、冷媒が出口側にパイパスされ、除霜運転が行なわれる。

上記各動作時においては、上室部２１Ａに流入した冷媒は、上側入出ポート１２ａから均圧孔２９Ａ、中央孔２８及び均圧孔２９Ｂを通過してキャン１８内に流入するので、上室部２０Ａとアクチュエータ１５内部との圧力差は減じられ、あるいはキャンセルされて、該アクチュエータ１５の良好な動作が確保される。また、均圧孔２９Ａは上側入出ポート１２ａと中央孔２８とを連通するが、該上側入出ポート１２ａは２つのストッパ１０１及び１０２の間に挟まれ、弁体３０が回動しても該弁体３０の連通路３１又は３２により上室部２０Ａと遮断されることがない。したがって、弁体３０の回転位置に関わらず、上記圧力差のキャンセル機能は常に働くことになる。

このように本実施例１の流路切換弁１０は、これ一つで、４台の熱交換器７１〜７４を備えたヒートポンプにおいて、熱交換器７１〜７４を、冷媒を正方向に流すとき（冷房運転時）には並列に接続し、冷媒を逆方向に流すとき（暖房運転時）には直列に接続することができる。そのため、従来は熱交換器の台数に応じて多数個必要であった流路切換手段に代えて、本実施形態の流路切換弁１０を用いることにより、ヒートポンプの構成の簡素化、占有スペースの縮小、コストダウン、消費エネルギーの低減等を図ることができる。

また、熱交換器７１〜７４が室内熱交換器である場合には、暖房時に圧縮機より吐出される高温、高圧の冷媒が、弁本体２０の、ステッピングモータ１５が配置された側と反対側…即ち底蓋状体２０Ｂから弁本体２０の下室部２１Ａに流入するので、高温、高圧の冷媒が上室部２１Ａに流入する場合に比較して、ステッピングモータ１５に対する影響、例えばロータマグネットの減磁や劣化などが少なく、当該流路切換弁の耐久性向上を図り、正確な動作を継続することができる。

また、弁体３０の円筒状部３６の上端の受圧径（圧力を受ける相当径、即ち、円筒状部３６の端部が弁シート部と当接する部分のほぼ中央の径）φａ及び下端の受圧径φｂは、それぞれ同一又はほぼ同一とされているので、弁体３０が第３の回動位置（図１、図５）をとり、連通路３１により上側メインポート２５ａと下側メインポート２５ｂとが連通されているときは、該連通路３１内部と上室部２１Ａ及び下室部２１Ｂとの間に差圧がある場合でも、その差圧は円筒状部３６の上端及び下端でバランスし、該弁体３０をその後回動させるのに要する力を軽減し、スムーズな回動が確保される。

また、円筒状部３７の上端の受圧径及び下端の受圧径も同一又はほぼ同一に構成されているので、例えば弁体３０を図３の状態から図４又は図５の状態に回動させる場合に、円筒状部３６及び３７の内部に充満した冷媒の圧力と前記上室部２１Ａ及び下室部２１Ｂ内の圧力との差が該円筒状部３６及び３７の上端及び下端でバランスし、該弁体３０をその後回動するのに要する力を軽減し、スムーズな回動を確保することができる。

さて、上記実施例１では、上側弁シート部２２A及び下側弁シート部２２Bに、それぞれ４個ずつ入出ポート１１a〜１４a、１１b〜１４bが設けられるとともに、弁体３０に２本の連通路３１、３２が設けられ、弁体３０は、前記２本の連通路３１、３２が前記４対の入出ポート１１ａ‐１１ｂ間、１２ａ‐１２ｂ間、１３ａ‐１３ｂ間、１４ａ‐１４ｂ間のいずれも連通させない第１の回動位置と、前記４対の入出ポート間のうちの入出ポート１１ａ‐１１ｂ間及び１３ａ‐１３ｂ間を連通させる第２の回動位置と、メインポート２５ａ‐２５ｂ間を連通させる第３の回動位置をとり得るようにされているが、本発明は、かかる構成に限られるわけではない。

すなわち、例えば冷媒を正方向に流すときには熱交換器を並列に接続し、冷媒を逆方向に流すときには熱交換器を直列に接続するための流路切換機能を持たせるには、上側弁シート部及び下側弁シート部に、それぞれ［Ｎ］個ずつ入出ポートを設けるとともに、弁体に、前記［Ｎ］対の入出ポート間のいずれか一つ〜［Ｎ−１］つを連通させるように前記連通路を１〜［Ｎ−１］本設け、前記弁体に、前記１〜［Ｎ−１］本の連通路が前記［Ｎ］対の入出ポート間のいずれも連通させない第１の回動位置と、前記［Ｎ］対の入出ポート間のうちのいずれか一つ〜［Ｎ−１］つのポート間を連通させる第２の回動位置と、をとらせる構成とすればよい。

具体的には、図６〜図８に示される実施例２のように、入出ポートが上下に四個ずつ設けられている場合、連通路を１本（３１）にすると、正方向流れのとき（冷房運転時）には熱交換器７１〜７４は並列接続となるが、前記逆方向流れのとき（暖房運転時）、熱交換器７３と７４とが直列接続となり、この直列接続グループと残りの熱交換器７１と７２とが並列接続となる（図７）。

また、図９〜図１１に示される実施例３のように、連通路を３本（３１、３２、３３）にすると、正方向流れのとき（冷房運転時）には熱交換器７１〜７４は並列接続となるが、前記逆方向流れのとき（暖房運転時）、熱交換器７１〜７４の全てが一つのグループとして直列接続される（図１０）。

上記図６〜図１１では、実施例１で説明した一対のストッパ１０１、１０２が図示されていないが、実施例１と同様に弁体の位置を規制する位置にストッパが設けられる。

図１２は実施例４の流路切換弁に用いられる弁体の側面図、図１３〜１５はそれぞれ実施例４の流路切換弁の構成及び動作説明（冷房、暖房、除霜運転時）に供される図であり、図３〜５、図６〜８、図９〜１１と同様の図である。図１２〜１５において、図１〜１１と同一の符号はそれぞれ同一又は同等部分を示している。

この実施例４は、熱交換器を２つ（符号７１及び７３）接続するためのものであり、流路切換弁には入出ポートが上下に二個ずつ設けられている。また弁体１３０は、実施例２と同様に、図２（Ｃ）に示されている弁体３０から円筒状部３７を取り除いたものであり、厚肉円板状の基体部３０Ａには一つの円筒状部３６のみが設けられている。

この実施例４では、正方向流れのとき（冷房運転時）には図１３に示されるように、熱交換器７１及び７３は並列に接続されるが、逆方向流れのとき（暖房運転時）には図１４に示されるように、熱交換器７１及び７３は直列接続となる。

なお図１３〜図１５では、実施例１で説明した一対のストッパ１０１、１０２が図示されていないが、実施例１〜３と同様に弁体の位置を規制する位置にストッパが設けられることができる。

さて、入出ポートの個数、連通路の本数等は、上記実施例のものに限られるわけではなく、熱交換器の台数や要求される接続態様等に応じて適宜変更することができる。

また、当該流路切換弁に対する流体の導入も、上側メインポート２５ａ及び下側メインポート２５ｂのいずれから行われても良い。

また、図５、８、１１、１５に示される除霜の態様は、当該流路切換弁が用いられるヒートポンプ装置に必要とされない場合には不要であり、そのときは、上側メインポート２５ａ及び下側メインポート２５ｂの配置は、上側入出ポート１１ａ〜１４ａ及び下側入出ポート１１ｂ〜１４ｂの関係のような、上下で対になる関係としなくても良い。

さらにまた、弁体に設けられた連通路により連通されない上側入出ポート及び下側入出ポート（例えば実施例１においては符号１２ａ、１２ｂ及び／あるいは１４ａ、１４ｂ）も、上下で対の関係としなくても良い。

さらにまた、本発明の流路切換弁は、室内熱交換器を冷房時に直列とし、暖房時に並列とするようなシステムに適用することも可能であり、また複数の室外熱交換を直列及び並列に切り換えることも可能である。

さらにまた、前述の説明においては、流路切換弁は、流体（冷媒）の通過方向に応じて並列又は直列に切り換えるものとしたが、冷媒の通過方向が切り替わらない場合においても、必要に応じて、例えば熱交換器の負荷の状況に応じて並列から直列へ、あるいは直列から並列へ切り換え可能であることは言うまでもない。

さらにまた、本発明の流路切換弁は、ヒートポンプ以外の複数機器…すなわち流体の入口及び出口を備えた複数の機器…の流路を直列及び並列に切り換えたり、あるいは該複数の機器に対する流路を遮断して流路をバイパスさせるいかなるシステムにも適用可能であることも言うまでもない。

１０ 流路切換弁
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ 上側入出ポート
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ 下側入出ポート
１５ モータ（アクチュエータ）
１６ ロータ
１７ ステータ
２０ 弁本体
２１ 弁室
２２Ａ 上側弁シート部
２２Ｂ 下側弁シート部
２５ａ 上側メインポート
２５ｂ 下側メインポート
３０、１３０ 弁体
３１、３２ 連通路
３５ 弁軸
３９ シール部材
４０ 遊星歯車式減速機構
５１ Ｏリング
５２ 角形リング
７１、７２、７３、７４ 熱交換器

Claims (15)

1. 上側弁シート部及び下側弁シート部を有する弁室が設けられた弁本体と、前記上側弁シート部及び下側弁シート部にその上下端面をそれぞれ対接させながら回動せしめられる弁体と、該弁体を回転駆動するアクチュエータとを備え、
   前記上側弁シート部に前記弁本体の外部へ連通する複数個のポートが形成されるとともに、前記下側弁シート部に前記弁本体の外部へ連通する複数個のポートが形成され、
   前記上側弁シート部に形成される複数個のポートは、複数個の上側入出ポート及び上側メインポートであり、前記下側弁シート部に形成される複数個のポートは、前記複数個の上側入出ポートと対をなす複数個の下側入出ポート及び下側メインポートであり、
   前記弁体に前記上下のポート間を連通させ得る少なくとも１本の連通路が設けられるとともに、前記弁室は前記弁体により前記上側弁シート部を含む上室部と前記下側弁シート部を含む下室部とに分割されて実質的に気密に仕切られており、
   前記連通路が、前記弁体の回転位置に応じて、前記上側弁シート部に形成された少なくとも１つのポートと前記下側弁シート部に形成された少なくとも１つのポートとの間を連通する状態と、前記上側弁シート部に形成された全てのポートと前記下側弁シート部に形成された全てのポートとの間を連通しない状態とを形成することを特徴とする流路切換弁。
2. 前記下側メインポートは、前記上側メインポートと対をなすことを特徴とする請求項１記載の流路切換弁。
3. 前記上側弁シート部及び下側弁シート部に、それぞれ４個ずつ入出ポートが設けられるとともに、前記弁体に、前記４対の入出ポート間のいずれか二つを連通させるべく前記連通路が２本設けられ、前記弁体は、前記２本の連通路が前記４対の入出ポート間のいずれも連通させない第１の回動位置と、前記４対の入出ポート間のうちのいずれか二つのポート間を連通させる第２の回動位置と、をとり得るようにされていることを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
4. 前記上側弁シート部及び下側弁シート部に、それぞれ２個ずつ入出ポートが設けられるとともに、前記弁体に、前記２対の入出ポート間のいずれか一つを連通させるべく前記連通路が１本設けられ、前記弁体は、前記１本の連通路が前記２対の入出ポート間のいずれも連通させない第１の回動位置と、前記２対の入出ポート間のうちのいずれか一つのポート間を連通させる第２の回動位置と、をとり得るようにされていることを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
5. 前記上側弁シート部及び下側弁シート部に、それぞれ［Ｎ］個ずつ入出ポートが設けられるとともに、前記弁体に、前記［Ｎ］対の入出ポート間のいずれか一つ〜［Ｎ−１］つを連通させるべく前記連通路が１〜［Ｎ−１］本設けられ、前記弁体は、前記１〜［Ｎ−１］本の連通路が前記［Ｎ］対の入出ポート間のいずれも連通させない第１の回動位置と、前記［Ｎ］対の入出ポート間のうちのいずれか一つ〜［Ｎ−１］つのポート間を連通させる第２の回動位置と、をとり得るようにされていることを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
6. 前記弁体は、前記第１及び第２の回動位置に加えて、前記メインポート間のみを連通させる第３の回動位置をとり得るようにされていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の流路切換弁。
7. 前記連通路の少なくとも一端側に、該連通路から前記弁室内への漏れを防ぐとともに、前記連通路の開口端が前記弁シート部に弾発的に圧接するように、前記連通路の開口端に連通路シール材が装着されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流路切換弁。
8. 前記連通路の両端の受圧径は、同一又はほぼ同一に設定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の流路切換弁。
9. 前記弁体は、前記弁室の上室部と下室部とを気密に仕切るための弁室シール材を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の流路切換弁。
10. 前記アクチュエータは、前記弁本体の上室部側に設けられ、前記弁本体には、前記上室部と前記アクチュエータ内部とを連通する均圧孔が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の流路切換弁。
11. 前記均圧孔は、前記弁体が回転しても該弁体の連通路と連通しないポートに開口していることを特徴とする請求項１０に記載の流路切換弁。
12. 圧縮機、膨張弁、複数の熱交換器、及び請求項１から１１のいずれかに記載の流路切換弁を備え、
    前記流路切換弁により、前記複数の熱交換器の接続状態が必要に応じて並列接続から直列接続へ、及び、直列接続から並列接続へ切り換えられるようにされていることを特徴とするヒートポンプ装置。
13. 前記流路切換弁のアクチュエータは、前記弁本体に形成される上室部側に設けられ、
    前記圧縮機から吐出される冷媒は、前記弁本体に形成される下室部側に導入されることを特徴とする請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
14. 前記弁本体には、前記上室部及びアクチュエータ内部を連通する均圧孔が設けられていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のヒートポンプ装置。
15. 前記均圧孔は、前記弁体が回転しても該弁体の連通路と連通しないポートに開口していることを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載のヒートポンプ装置。

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