JP5726426B2

JP5726426B2 - 三方電動弁及び該弁を備えたヒートポンプ装置

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Publication number: JP5726426B2
Application number: JP2010060116A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　雅也; 雅也佐藤
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: JP2011190920A

Description

本発明は、二酸化炭素等の高圧冷媒を用いたヒートポンプ装置、及びこのヒートポンプ装置等に好適に用いられる三方電動弁に関する。

従来、冷暖房システム（ヒートポンプ装置）の冷媒流路を切り換えるにあたって、例えば、特許文献１には、主ポペット弁を駆動するソレノイドコイルを有する主弁部と、主弁部との圧力差により主ポペット弁と連動する副ポペット弁を有する副弁部とを備える四方切換弁が開示されている。

特開昭６２−１９６４７８号公報

上記従来の四方切換弁を一般的な冷暖房システムに用いた場合には、主弁部と副弁部の差圧は３ＭＰａ程度であるが、例えば二酸化炭素を冷媒として用いると、この差圧が１０ＭＰａ程度に上昇する。主ポペット弁の切換により生ずるシステム内の圧力差で副ポペット弁が移動する構造であるため、その圧力差自体の安定性が副ポペット弁の切換動作の性能を左右するという問題があった。また、この四方切換弁では、主ポペット弁は大流量の冷媒を流す口径が必要であるため、ソレノイドコイルの大型化が不可欠であるという問題もあった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、二酸化炭素等の高圧冷媒を用いた場合でも、冷媒の圧力差を必要とせずに冷媒流路を切り換えることができるとともに、アクチュエータの大型化を招くことなく大流量の冷媒を流すことも可能な三方電動弁及びヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、１つの流入口と２つの流出口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流入口と前記２つの流出口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座の間に位置する弁体と、該弁体に一体化された弁棒と、該弁棒にボールを介して当接する回転軸と、電動モータのロータが回転することで、前記回転軸を回転させながら軸方向に移動させるねじ機構と、前記弁体が前記２つの弁座のいずれか一方へ着座する際の衝撃を緩和する緩衝手段と、前記弁体を前記２つの弁座のいずれか他方へ弾性力によって付勢する付勢手段とを備え、前記電動モータのロータが回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記弁体が前記ボール及び前記弁棒を介して回転を伴わずに移動し、該弁体が前記緩衝手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の一方へ着座し、前記電動モータのロータが前記とは逆方向に回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して前記とは逆方向に回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記弁体が前記とは逆方向に移動し、該弁体が前記付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の他方へ着座し、その際に前記回転軸の前記ボールと前記弁棒とが離間することを特徴とする。

そして、本発明にかかる三方電動弁によれば、ヒートポンプ装置等に用いて冷媒流路の切換えを行うことができ、電動モータとねじ機構によって弁体を移動させる電動弁を用いるため、アクチュエータの大型化を招くことなく弁体の移動量を大きくすることができ、大流量の冷媒を流すことも可能となる。これに加え、弁体が緩衝手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら２つの弁座の一方へ着座し、弁体が付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら２つの弁座の他方へ着座し、その際に回転軸のボールと弁棒とが離間する構成であるため、弁体が弁座から離脱し難くなることを防止し、三方電動弁がロックすることを未然に防止することができる。

また、本発明は、１つの流出口と２つの流入口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流出口と前記２つの流入口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座を挟んで相対向する位置に配置され、一体化された２つの弁体と、該一体化された２つの弁体に一体化された弁棒と、該弁棒にボールを介して当接する回転軸と、電動モータのロータが回転することで、前記回転軸を回転させながら軸方向に移動させるねじ機構と、前記２つの弁体のいずれか一方が前記２つの弁座のいずれか一方へ着座する際の衝撃を緩和する緩衝手段と、前記２つの弁体のいずれか他方を、前記２つの弁座のいずれか他方へ弾性力によって付勢する付勢手段とを備え、前記電動モータのロータが回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記一体化された２つの弁体が前記ボール及び前記弁棒を介して回転を伴わずに移動し、前記２つの弁体の一方が前記緩衝手段によって前記２つの弁座の一方へ着座する際の衝撃を緩和されながら該弁座に着座し、前記電動モータのロータが前記とは逆方向に回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して前記とは逆方向に回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記一体化された２つの弁体が前記とは逆方向に移動し、前記２つの弁体の他方が前記付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の他方へ着座し、その際に前記回転軸の前記ボールと前記弁棒とが離間することを特徴とする。

本発明にかかる三方電動弁によれば、上記三方電動弁と同様に、ヒートポンプ装置等において冷媒流路の切換えなどを行うことができ、アクチュエータの大型化を招くことなく弁体の移動量を大きくすることができて大流量の冷媒を流すことも可能で、弁体が弁座から離脱し難くなることを防止して三方電動弁がロックすることを未然に防止することもできる。

上記各々の三方電動弁において、前記弁座は、円形開口部の周囲に形成され、円板状弁体の縁部が前記弁座の円形開口部の縁部で該弁座に当接して該弁体が該弁座に着座するように構成することができる。これにより、シール性のよい弁を構成しながら、弁がロックすることも未然に防止することができる。

また、本発明は、ヒートポンプ装置であって、圧縮機の吐出口から室内側熱交換器又は室外側熱交換器への冷媒流路を切り換える第１の三方電動弁と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器から前記圧縮機の吸入口への冷媒流路を切り換える第２の三方電動弁と、前記室内側熱交換器と前記室外側熱交換器とを接続する冷媒流路に配置された膨張弁とを備え、前記第１の三方電動弁は、前記圧縮機の吐出口に連通する流入口と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器に接続された配管に連通する２つの流出口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流入口と前記２つの流出口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座の間に位置する弁体と、該弁体に一体化された弁棒と、該弁棒にボールを介して当接する回転軸と、電動モータのロータが回転することで、前記回転軸を回転させながら軸方向に移動させるねじ機構と、前記弁体が前記２つの弁座のいずれか一方へ着座する際の衝撃を緩和する緩衝手段と、前記弁体を前記２つの弁座のいずれか他方へ弾性力によって付勢する付勢手段とを備え、前記電動モータのロータが回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記弁体が前記ボール及び前記弁棒を介して回転を伴わずに移動し、該弁体が前記緩衝手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の一方へ着座し、前記電動モータのロータが前記とは逆方向に回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して前記とは逆方向に回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記弁体が前記とは逆方向に移動し、該弁体が前記付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の他方へ着座し、その際に前記回転軸の前記ボールと前記弁棒とが離間し、前記第２の三方電動弁は、前記圧縮機の吸入口に連通する流出口と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器に接続された配管に連通する２つの流入口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流出口と前記２つの流入口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座を挟んで相対向する位置に配置され、一体化された２つの弁体と、該一体化された２つの弁体に一体化された弁棒と、該弁棒にボールを介して当接する回転軸と、電動モータのロータが回転することで、前記回転軸を回転させながら軸方向に移動させるねじ機構と、前記２つの弁体のいずれか一方が前記２つの弁座のいずれか一方へ着座する際の衝撃を緩和する緩衝手段と、前記２つの弁体のいずれか他方を、前記２つの弁座のいずれか他方へ弾性力によって付勢する付勢手段とを備え、前記電動モータのロータが回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記一体化された２つの弁体が前記ボール及び前記弁棒を介して回転を伴わずに移動し、前記２つの弁体の一方が前記緩衝手段によって前記２つの弁座の一方へ着座する際の衝撃を緩和されながら該弁座に着座し、前記電動モータのロータが前記とは逆方向に回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して前記とは逆方向に回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記一体化された２つの弁体が前記とは逆方向に移動し、前記２つの弁体の他方が前記付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の他方へ着座し、その際に前記回転軸の前記ボールと前記弁棒とが離間することを特徴とする。

このヒートポンプ装置によれば、第１及び第２の三方電動弁の各々が独立して開閉動作を行うことができるため、システム内の冷媒圧力が安定しない状態においても、冷媒流路の切換えを円滑に行うことができる。また、電動モータとねじ機構によって弁体を移動させる電動弁を用いるため、アクチュエータの大型化を招くことなく各々の弁の弁体の移動量を大きくすることができ、大流量の冷媒を流すことも可能となる。これに加え、第１及び第２の三方電動弁の各々は、弁体(又は一体化された２つの弁体)が緩衝手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら２つの弁座の一方へ着座し、弁体が付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら２つの弁座の他方へ着座し、その際に回転軸のボールと弁棒とが離間する構成であるため、弁体が弁座から離脱し難くなることを防止し、三方電動弁がロックすることを未然に防止し、ヒートポンプ装置の安定運転を確保することができる。

以上のように、本発明によれば、二酸化炭素等の高圧冷媒を用いた場合でも、冷媒の圧力差を必要とせず冷媒流路を切り換えることができるとともに、アクチュエータの大型化を招くことなく大流量の冷媒を流すことも可能で、三方電動弁がロックすることを未然に防止することもできる三方電動弁及びヒートポンプ装置を提供することができる。

本発明にかかるヒートポンプ装置を利用した冷暖房システムの一例を示す全体構成図である。図１のヒートポンプ装置に用いられる第１の三方電動弁を示す断面図である。図１のヒートポンプ装置に用いられる第１の三方電動弁を示す断面図である。図２及び図３の三方電動弁の電動弁アクチュエータの部分を示す拡大断面図である。図２及び図３の三方電動弁の弁座と弁体の関係を説明するための拡大断面図である。図１のヒートポンプ装置に用いられる第２の三方電動弁を示す断面図である。図１のヒートポンプ装置に用いられる第２の三方電動弁を示す断面図である。図１の冷暖房システムの冷房時の動作説明図である。図１の冷暖房システムの暖房時の動作説明図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明にかかるヒートポンプ装置を利用した冷暖房システムの一例を示す。この冷暖房システム１は、冷媒としてＣＯ₂を用い、圧縮機２の吐出口から室内側熱交換器３又は室外側熱交換器４への冷媒流路を切り換える第１の三方電動弁１１と、室内側熱交換器３又は室外側熱交換器４から圧縮機２の吸入口への冷媒流路を切り換える第２の三方電動弁１２と、室内側熱交換器３と室外側熱交換器４とを接続する冷媒流路に配置された膨張弁５とを備える。圧縮機２、室内側熱交換器３、室外側熱交換器４及び膨張弁５は、一般的な冷暖房システムに用いられるものである。

第１の三方電動弁１１は、図２に示すように、弁本体２１内の弁室２４に、弁体２２と、弁体２２を挟んで相対向する位置に配置された２つの弁座２６、２７とを備え、弁体２２が電動弁アクチュエータ４１によって上下方向に移動し、弁座２６、２７のいずれか一方に着座することにより冷媒流路を切り換える。

弁本体２１は、圧縮機２の吐出口に連通する入口配管２８が接続される流入口２１ａと、室内側熱交換器３又は室外側熱交換器４に接続された２つの出口配管２９、３０が接続される流出口２１ｂ、２１ｃと、内部の弁室２４に、弁体２２を一体化した弁棒２５と、弁体２２を上方に付勢するコイルばね２３を備え、弁本体２１の上面開口を塞ぐように、蓋体３１が弁本体２１に固定されている。弁棒２５は、その上端部において、回転軸３２の下端部に溶接等で固着されたボール３３に当接し、回転軸３２の回転下降時には、弁棒２５がボール３３によって下方に押圧されて下降し、回転軸３２の回転上昇時には、弁体２２が弁座２６に着座するまでは、コイルばね２３の弾性力により、弁棒２５は回転軸３２の上昇に追従して上昇し、弁体２２が弁座２６に着座した後は、ボール３３が弁棒２５の上端部から離れ、回転軸３２のみが上昇するように構成される。

電動弁アクチュエータ４１は、図４に示すように、蓋体３１から上方に突出するキャン４２と、キャン４２の内部に設けられ、回転軸３２を上下方向に駆動する駆動機構４３と、キャン４２の外周部に装着され、駆動機構４３を駆動する電磁力を発生させるコイルモールド体４４と、コイルモールド体４４を蓋体３１に固定する固定部材４６とを備える。

有蓋円筒状のキャン４２の下端部は、蓋体３１の上部の段部に突き合わせ溶接され、キャン４２の内部には、回転軸３２を上下方向に駆動する駆動機構４３として、ロータ（永久磁石）４７、雄ねじ管４８、弁軸ホルダ４９等が配置される。

ロータ４７は、弁軸ホルダ４９に止環５０を介して結合される。止環５０の内周孔部に弁軸ホルダ４９の上部突部が嵌合され、この突部の外周をかしめ固定して、ロータ４７、止環５０及び弁軸ホルダ４９が一体的に結合される。

弁軸ホルダ４９は、雄ねじ管４８の外側に位置する下方開口の円筒形状に形成され、その内周面に、雄ねじ管４８の雄ねじ部４８ａと螺合する雌ねじ部４９ａが螺設される。弁軸ホルダ４９の上部には、回転軸３２の段部を介して形成された上部縮径部３２ａが上下動可能に挿通され、該上部縮径部３２ａはプッシュナット５１と圧入等により連結される。

回転軸３２は、その下端部にボール３３が溶接固定され、弁軸ホルダ４９の中心に上下動可能に嵌挿される。回転軸３２は、弁軸ホルダ４９内の上部縮径部３２ａと雄ねじ管４８の上部内壁との間に縮装されたコイルばね５３によって常時下方に付勢される。尚、コイルばね５３の弾性力は、コイルばね２３の弾性力よりも大きい。

雄ねじ管４８は、その外周面に、雄ねじ部４８ａが螺設され、雄ねじ管４８には、ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体５４が固着される。一方、弁軸ホルダ４９には、ストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体５５が固着され、下ストッパ体５４と当接可能に構成される。

回転軸３２の上端部には、動作時に回転軸３２が上方に移動し過ぎて雄ねじ管４８の雄ねじ部４８ａと弁軸ホルダ４９の雌ねじ部４９ａとの螺合が外れたときに、弁軸ホルダ４９を雄ねじ管４８側に付勢する復帰ばね５２が設けられる。

コイルモールド体４４は、ステータ５６を備え、ステータ５６は、磁性材により構成されるヨークと、ヨークにボビンを介して巻回されるコイルとを上下２段にわたって配置して構成され、このステータ５６とロータ４７とでステッピングモータを構成する。また、コイルモールド体４４から、ステータ５６のコイルに接続された複数のリード端子５７が突出し、このリード端子５７に基板５８を介して複数のリード線５９が接続される。

上記構成を有する第１の三方電動弁１１は、ステータ５６のコイルに一方向の通電を行い励磁すると、ロータ４７が回転し、これに伴い、弁軸ホルダ４９が雄ねじ管４８に対して相対的に回転する。ここで、雄ねじ管４８の下部が蓋体３１に固定されているため、雄ねじ管４８の雄ねじ部４８ａと、弁軸ホルダ４９の雌ねじ部４９ａとのねじ送り機構により、例えば、回転軸３２が下降し、弁棒２５と一体の弁体２２が下降して弁座２７に着座し、流出口２１ｃへの流路を閉じて図２に示す状態となる。この着座により、弁体２２は停止するが、ロータ４７は回転（下降）を続け、コイルばね５３はさらに圧縮される。その後、ストッパ機構の下ストッパ体５４と上ストッパ体５５とが当接することで、ロータ４７の回転は停止する。

次に、図２に示す状態でステータ５６のコイルに他方向の通電を行い励磁すると、蓋体３１に固着された雄ねじ管４８に対し、ロータ４７が前記と逆方向に相対的に回転し、前記ねじ送り機構により、回転軸３２が上昇し、弁棒２５と一体の弁体２２が上昇して弁座２６に着座し、流出口２１ｂへの流路を閉じて図３に示す状態となる。

上記第１の三方電動弁１１の流路の切換動作において、回転軸３２が下降し、弁体２２が弁座２７に当接する際には（図２参照）、弁体２２の着座後は、ロータ４７が回転を続けてもロータ４７の回転力は直接弁体２２へは伝わらず、弁体２２はコイルばね５３のさらなる圧縮による弾発力を受けるのみとなる。コイルばね５３によって弁体２２が弁座２７に当接した際の衝撃を緩和するとともに、ストッパ機構によりロータ４７の回転が制限され、また弁体２２を下方からコイルばね２３によって付勢しているため、弁体２２が弁座２７から離脱し難くなることはない。

一方、回転軸３２が上昇し、弁体２２が弁座２６に当接する際には（図３参照）、上述のような緩衝機構やストッパ機構が存在しないため、ロータ４７の回転に伴って回転軸３２が上昇し続ける。そのため、弁棒２５と回転軸３２とが一体に構成されていると、駆動機構４３のねじ推力による増し締めにより、弁体２２が弁座２６から離脱し難くなり、第１の三方電動弁１１がロックする懸念がある。

そこで、第１の三方電動弁１１では、上述のように、ボール３３を介して回転軸３２と弁棒２５とを当接させ、弁体２２が弁座２６に当接すると、回転軸３２のみが上昇して弁棒２５が回転軸３２に追従して上昇することなく、コイルばね２３の弾性力のみによって弁体２２を弁座２６に当接させることで、弁体２２が弁座２６から離脱し難くなることを防止し、第１の三方電動弁１１がロックすることを未然に防いでいる。特に、図５に示すように、シール性を向上させるため、弁座２６が上面視円形の開口部２６ａの周囲に形成され、上面視円板状の弁体２２の縁部が弁座２６の開口部２６ａの縁部で当接する場合には、弁体２２の縁部が弁座２６に当接して押圧された後、楔効果により弁体２２が弁座２６からさらに離脱し難くなるため、上記構成による効果が大きい。

上記第１の三方電動弁１１の動作により、図２の状態では、弁体２２が弁座２７に当接し、入口配管２８から出口配管３０への冷媒の流れが妨げられ、入口配管２８から弁室２４に導入された圧縮機２からの高圧の冷媒は、出口配管２９を介して室内側熱交換器３へ流入する。

図２の状態において、電動弁アクチュエータ４１のステッピングモータに、回転軸３２の下降時とは逆位相でパルス供給を行い、回転軸３２を上昇させ、弁体２２を弁座２６に着座させると、図３に示すように、入口配管２８から弁室２４に導入された圧縮機２からの高圧の冷媒は、出口配管３０を介して室外側熱交換器４へ流入する。

次に、第２の三方電動弁１２の構成及び動作について、図６及び図７を中心に参照しながら説明する。

この第２の三方電動弁１２は、図６に示すように、弁本体６１内の弁室６７に、２つの弁座６５、６６と、これらの弁座６５、６６を挟んで相対向する位置に配置された弁体６２、６３とを備え、弁体６２、６３が電動弁アクチュエータ４１によって上下方向に移動し、弁体６２、６３のいずれか一方が弁座６５、６６のいずれか一方に着座することにより冷媒流路を切り換える。

弁本体６１は、圧縮機２の吸入口に連通する出口配管７１が接続される流出口６１ａと、室内側熱交換器３又は室外側熱交換器４に接続された２つの入口配管６９、７０が接続される流入口６１ｂ、６１ｃと、内部の弁室６７に、弁体６２、６３を一体化した弁棒６８と、弁体６３を上方に付勢するコイルばね７５を備え、弁本体６１の上面及び下面開口を塞ぐように、蓋体７２、７３が各々弁本体６１に固定されている。弁棒６８は、その上端部において、回転軸７４の下端部に溶接等で固着されたボール７６に当接し、回転軸７４の回転下降時には、弁棒６８がボール７６によって下方に押圧されて下降し、回転軸７４の回転上昇時には、弁体６３が弁座６６に着座するまでは、コイルばね７５の弾性力により、弁棒６８は回転軸７４の上昇に追従して上昇し、弁体６３が弁座６６に着座した後は、ボール７６が弁棒６８の上端部から離れ、回転軸７４のみが上昇するように構成される。

電動弁アクチュエータ４１は、第１の三方電動弁１１に付設された物と同一の構成を有し、電動弁アクチュエータ４１の駆動機構４３によって回転軸７４が上下方向に移動し、これに伴い弁棒６８と一体となった弁体６２、６３が上下方向に移動する。尚、図６等において、図３に示した電動弁アクチュエータ４１の構成要素と同一の構成要素については、同一の参照番号を付して詳細説明を省略する。

回転軸７４は、その下端部にボール７６が溶接固定され、弁軸ホルダ４９の中心に上下動可能に嵌挿される。回転軸７４は、弁軸ホルダ４９内に縮装されたコイルばね５３によって常時下方に付勢される。尚、コイルばね５３の弾性力は、コイルばね７５の弾性力よりも大きい。

上記構成を有する第２の三方電動弁１２は、ステータ５６のコイルに一方向の通電を行い励磁すると、ロータ４７が回転し、これに伴い、弁軸ホルダ４９が雄ねじ管４８に対して相対的に回転する。ここで、雄ねじ管４８の下部が蓋体７２に固定されているため、雄ねじ管４８の雄ねじ部４８ａ（図４参照）と、弁軸ホルダ４９の雌ねじ部４９ａとのねじ送り機構により、例えば、回転軸７４が下降し、弁棒６８と一体の弁体６２が下降して弁座６５に着座し、流出口６１ｂへの流路を閉じて図６に示す状態となる。この着座により弁体６２は停止するが、ロータ４７は回転（下降）を続け、コイルばね５３はさらに圧縮される。その後、ストッパ機構の下ストッパ体５４と上ストッパ体５５とが当接することで、ロータ４７の回転は停止する。

次に、図６に示す状態でステータ５６のコイルに他方向の通電を行い励磁すると、蓋体７２に固着された雄ねじ管４８に対し、ロータ４７が前記と逆方向に相対的に回転し、前記ねじ送り機構により、回転軸７４が上昇し、弁棒６８と一体の弁体６３が上昇して弁座６６に着座し、流出口６１ｃへの流路を閉じて図７に示す状態となる。

上記第２の三方電動弁１２の流路の切換動作において、回転軸７４が下降し、弁体６２が弁座６５に着座する際には（図６参照）、弁体６２の着座後は、ロータ４７が回転を続けてもロータ４７の回転力は直接弁体６２へは伝わらず、弁体６２はコイルばね５３のさらなる圧縮による弾発力を受けるのみとなる。このように、コイルばね５３によって弁体６２が弁座６５に当接した際の衝撃を緩和するとともに、ストッパ機構によりロータ４７の回転が制限され、また弁体６２を下方からコイルばね７５によって付勢しているため、弁体６２が弁座６５から離脱し難くなることはない。

一方、回転軸７４が上昇し、弁体６３が弁座６６に着座する際には（図７参照）、上述のような緩衝機構やストッパ機構が存在しないため、ロータ４７の回転に伴って回転軸７４が上昇し続ける。そのため、弁棒６８と回転軸７４とが一体に構成されていると、駆動機構４３のねじ推力による増し締めにより、弁体６３が弁座６６から離脱し難くなり、第２の三方電動弁１２がロックする懸念がある。

そこで、第２の三方電動弁１２では、上述のように、ボール７６を介して回転軸７４と弁棒６８とを当接させ、弁体６３が弁座６６に着座すると、回転軸７４のみが上昇して弁棒６８が回転軸７４に追従して上昇することはなく、コイルばね７５の弾性力のみによって弁体６３を弁座６６に着座させることで、弁体６３が弁座６６から離脱し難くなることを防止し、第２の三方電動弁１２がロックすることを未然に防いでいる。特に、シール性を向上させるため、弁座６６が、図５に示した弁座２６の場合と同様、弁座６６が上面視円形の開口部の周囲に形成され、上面視円板状の弁体６３の縁部が弁座６６の開口部の縁部で当接する場合には、弁体６３の縁部が弁座６６に当接して押圧された後、楔効果により弁体６３が弁座６６からさらに離脱し難くなるため、上記構成による効果が大きい。

上記第２の三方電動弁１２の動作により、図６の状態では、弁体６２が弁座６５に当接し、入口配管６９から出口配管７１への冷媒の流れが妨げられ、入口配管７０から弁室６７に導入された冷媒は、出口配管７１を介して圧縮機２の吸入口へ流入する。

図６の状態において、電動弁アクチュエータ４１のステッピングモータに、回転軸７４の下降時とは逆位相でパルス供給を行い、回転軸７４を上昇させ、弁体６３を弁座６６に着座させると、図７に示すように、入口配管６９から弁室６７に導入された冷媒は、出口配管７１を介して圧縮機２の吸入口へ流入する。

次に、上記構成を有する第１及び第２の三方電動弁１１、１２を用いた冷暖房システム１の動作について、図８及び図９を参照しながら説明する。

まず、冷房時の動作について図８を参照しながら説明する。この場合には、第１の三方電動弁１１において、出口配管２９：閉状態、出口配管３０：開状態、第２の三方電動弁１２において、入口配管６９：開状態、入口配管７０：閉状態とする。これにより、圧縮機２より吐出した冷媒（ＣＯ₂）は、第１の三方電動弁１１の入口配管２８、出口配管３０を経て室外側熱交換器４に至る。室外側熱交換器４から導出された冷媒は、膨張弁５を経て室内側熱交換器３に導入され、さらに冷媒は、第２の三方電動弁の入口配管６９、出口配管７１を経て圧縮機２に戻る。この場合、室内側熱交換器３は蒸発器として機能し、室外側熱交換器４は凝縮器として機能し、冷房運転となる。

尚、この冷房運転において、圧縮機２より吐出され、第１の三方電動弁１１の入口配管２８、出口配管３０を経て室外側熱交換器４に至る冷媒の一部は、破線で示す流路を経て第２の三方電動弁１２の入口配管７０に導入される。この入口配管７０に導入された冷媒により、入口配管７０内の圧力が弁室６７側よりも高くなり、弁体６３に対して該弁体６３を弁座６６の方向へ押圧する圧力がかかる。これにより、第２の三方電動弁１２の開閉状態は安定する。同様に、第１の三方電動弁１１の出口配管２９の圧力は、出口配管３０の圧力よりも低いため、第１の三方電動弁１１の開閉状態は安定する。

次に、冷房運転から暖房運転への切換動作について説明する。図８の状態で、圧縮機２の運転を停止して第１の三方電動弁１１への冷媒の導入を停止する。これにより、第１の三方電動弁１１、第２の三方電動弁１２の弁前後の差圧を低下させ、電動弁アクチュエータ４１のステッピングモータにかかる負荷を低減し、第１の三方電動弁１１の出口配管２９、３０の開閉と、第２の三方電動弁１２の入口配管６９、７０の開閉を電動弁アクチュエータ４１により切り換える。これにより、冷房運転から暖房運転への切換動作が終了する。

次に、暖房時の動作について図９を参照しながら説明する。この場合には、第１の三方電動弁１１において、出口配管２９：開状態、出口配管３０：閉状態、第２の三方電動弁１２において、入口配管６９：閉状態、入口配管７０：開状態とする。これにより、圧縮機２より吐出した冷媒（ＣＯ₂）は、第１の三方電動弁１１の入口配管２８、出口配管２９を経て室内側熱交換器３に至る。室内側熱交換器３から導出された冷媒は、膨張弁５を経て室外側熱交換器４に導入され、さらに冷媒は、第２の三方電動弁１２の入口配管７０、出口配管７１を経て圧縮機２に戻る。この場合、室内側熱交換器３は凝縮器として機能し、室外側熱交換器４は蒸発器として機能し、暖房運転となる。

尚、この暖房運転においても、上記冷房運転の場合と同様に、圧縮機２より吐出され、第１の三方電動弁１１の入口配管２８、出口配管２９を経て室内側熱交換器３に至る冷媒の一部が、破線で示す流路を経て第２の三方電動弁１２の入口配管６９に導入される。この入口配管６９に導入された冷媒により、入口配管６９内の圧力が弁室６７側よりも高くなり、弁体６２に対して該弁体６２を弁座６５の方向へ押圧する圧力がかかる。これにより、第２の三方電動弁１２の開閉状態は安定する。同様に、第１の三方電動弁１１の出口配管３０の圧力は、出口配管２９の圧力よりも低いため、第１の三方電動弁１１の開閉状態は安定する。

上記冷房運転から暖房運転への切換え、及び暖房運転から冷房運転への切換えの際には、第１及び第２の三方電動弁１１、１２が、電動弁アクチュエータ４１により、各々独立して冷媒流路の切換を行うため、冷暖房システム１内の冷媒の圧力が安定していない状態においても第１及び第２の三方電動弁１１、１２の開閉の状態を維持することができ、冷暖房システム１の安定運転を維持することができる。

また、本実施の形態では、第１及び第２の三方電動弁１１、１２の電動弁アクチュエータ４１のステッピングモータの回転により弁体２２、６２、６３を移動させるため、アクチュエータを大型化することなく、各々の弁１１、１２の弁体２２、６２、６３の移動量を大きくすることができ、冷暖房システム１に大流量の冷媒を流すことも可能となる。尚、冷媒はＣＯ₂であるものとしたが、いかなる冷媒にも適用可能であることは言うまでもない。

１冷暖房システム
２圧縮機
３室内側熱交換器
４室外側熱交換器
５膨張弁
１１第１の三方電動弁
１２第２の三方電動弁
２１弁本体
２１ａ流入口
２１ｂ、２１ｃ流出口
２２弁体
２４弁室
２５弁棒
２６弁座
２６ａ開口部
２７弁座
２８入口配管
２９、３０出口配管
３１蓋体
３２回転軸
３２ａ上部縮径部
３３ボール
４１電動弁アクチュエータ
４２キャン
４３駆動機構
４４コイルモールド体
４６固定部材
４７ロータ
４８雄ねじ管
４８ａ雄ねじ部
４９弁軸ホルダ
４９ａ雌ねじ部
５０止環
５１プッシュナット
５２復帰ばね
５３コイルばね
５４下ストッパ体
５５上ストッパ体
５６ステータ
５７リード端子
５８基板
５９リード線
６１弁本体
６１ａ流出口
６１ｂ、６１ｃ流入口
６２、６３弁体
６５、６６弁座
６７弁室
６８弁棒
６９、７０入口配管
７１出口配管
７２、７３蓋体
７４回転軸
７５コイルばね
７６ボール

Claims

１つの流入口と２つの流出口とを備える弁本体と、
該弁本体内で前記流入口と前記２つの流出口の各々との間に位置する２つの弁座と、
前記弁本体内で前記２つの弁座の間に位置する弁体と、
該弁体に一体化された弁棒と、
該弁棒にボールを介して当接する回転軸と、
電動モータのロータが回転することで、前記回転軸を回転させながら軸方向に移動させるねじ機構と、
前記弁体が前記２つの弁座のいずれか一方へ着座する際の衝撃を緩和する緩衝手段と、
前記弁体を前記２つの弁座のいずれか他方へ弾性力によって付勢する付勢手段とを備え、
前記電動モータのロータが回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記弁体が前記ボール及び前記弁棒を介して回転を伴わずに移動し、該弁体が前記緩衝手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の一方へ着座し、
前記電動モータのロータが前記とは逆方向に回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して前記とは逆方向に回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記弁体が前記とは逆方向に移動し、該弁体が前記付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の他方へ着座し、その際に前記回転軸の前記ボールと前記弁棒とが離間することを特徴とする三方電動弁。
１つの流出口と２つの流入口とを備える弁本体と、
該弁本体内で前記流出口と前記２つの流入口の各々との間に位置する２つの弁座と、
前記弁本体内で前記２つの弁座を挟んで相対向する位置に配置され、一体化された２つの弁体と、
該一体化された２つの弁体に一体化された弁棒と、
該弁棒にボールを介して当接する回転軸と、
電動モータのロータが回転することで、前記回転軸を回転させながら軸方向に移動させるねじ機構と、
前記２つの弁体のいずれか一方が前記２つの弁座のいずれか一方へ着座する際の衝撃を緩和する緩衝手段と、
前記２つの弁体のいずれか他方を、前記２つの弁座のいずれか他方へ弾性力によって付勢する付勢手段とを備え、
前記電動モータのロータが回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記一体化された２つの弁体が前記ボール及び前記弁棒を介して回転を伴わずに移動し、前記２つの弁体の一方が前記緩衝手段によって前記２つの弁座の一方へ着座する際の衝撃を緩和されながら該弁座に着座し、
前記電動モータのロータが前記とは逆方向に回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して前記とは逆方向に回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記一体化された２つの弁体が前記とは逆方向に移動し、前記２つの弁体の他方が前記付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の他方へ着座し、その際に前記回転軸の前記ボールと前記弁棒とが離間することを特徴とする三方電動弁。
前記弁座は、円形開口部の周囲に形成され、円板状弁体の縁部が前記弁座の円形開口部の縁部で該弁座に当接して該弁体が該弁座に着座することを特徴とする請求項１又は２に記載の三方電動弁。
圧縮機の吐出口から室内側熱交換器又は室外側熱交換器への冷媒流路を切り換える第１の三方電動弁と、
前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器から前記圧縮機の吸入口への冷媒流路を切り換える第２の三方電動弁と、
前記室内側熱交換器と前記室外側熱交換器とを接続する冷媒流路に配置された膨張弁とを備え、
前記第１の三方電動弁は、前記圧縮機の吐出口に連通する流入口と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器に接続された配管に連通する２つの流出口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流入口と前記２つの流出口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座の間に位置する弁体と、該弁体に一体化された弁棒と、該弁棒にボールを介して当接する回転軸と、電動モータのロータが回転することで、前記回転軸を回転させながら軸方向に移動させるねじ機構と、前記弁体が前記２つの弁座のいずれか一方へ着座する際の衝撃を緩和する緩衝手段と、前記弁体を前記２つの弁座のいずれか他方へ弾性力によって付勢する付勢手段とを備え、前記電動モータのロータが回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記弁体が前記ボール及び前記弁棒を介して回転を伴わずに移動し、該弁体が前記緩衝手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の一方へ着座し、前記電動モータのロータが前記とは逆方向に回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して前記とは逆方向に回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記弁体が前記とは逆方向に移動し、該弁体が前記付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の他方へ着座し、その際に前記回転軸の前記ボールと前記弁棒とが離間し、前記第２の三方電動弁は、前記圧縮機の吸入口に連通する流出口と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器に接続された配管に連通する２つの流入口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流出口と前記２つの流入口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座を挟んで相対向する位置に配置され、一体化された２つの弁体と、該一体化された２つの弁体に一体化された弁棒と、該弁棒にボールを介して当接する回転軸と、電動モータのロータが回転することで、前記回転軸を回転させながら軸方向に移動させるねじ機構と、前記２つの弁体のいずれか一方が前記２つの弁座のいずれか一方へ着座する際の衝撃を緩和する緩衝手段と、前記２つの弁体のいずれか他方を、前記２つの弁座のいずれか他方へ弾性力によって付勢する付勢手段とを備え、前記電動モータのロータが回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記一体化された２つの弁体が前記ボール及び前記弁棒を介して回転を伴わずに移動し、前記２つの弁体の一方が前記緩衝手段によって前記２つの弁座の一方へ着座する際の衝撃を緩和されながら該弁座に着座し、前記電動モータのロータが前記とは逆方向に回転して前記回転軸が前記ねじ機構を介して前記とは逆方向に回転移動し、該回転軸の回転移動によって前記一体化された２つの弁体が前記とは逆方向に移動し、前記２つの弁体の他方が前記付勢手段によって弁座に着座する際の衝撃を緩和されながら、前記２つの弁座の他方へ着座し、その際に前記回転軸の前記ボールと前記弁棒とが離間することを特徴とするヒートポンプ装置。