JP5870760B2 - 四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルに用いられる四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置に関するものである。

従来、空気調和装置等の冷凍サイクルに用いられる四方弁が知られている（例えば、特許文献１〜７参照）。このような四方弁に関して、本発明者は既に特願２０１１−０６６７３４および特願２０１１−０６６７３５に示す構造を提案している。先の発明では、本体および弁座を通して熱が伝わることで、高温・高圧の冷媒は低温・低圧の冷媒によって冷却され、低温・低圧の冷媒は高温・高圧の冷媒によって加熱されるという、四方弁の内部で生じる熱損失の低減を図ると同時に、低コストで搭載スペースの小型化を図っている。

図７に示すように、本発明者が先に提案した四方弁１００Ａは、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０とからなる。高圧三方弁１０は、高圧入口１４を有する筒状の本体１２と、２箇所に出口１６、１８を有する弁座２０と、ピストン２２ａ、２２ｂと、高圧入口１４と出口１６、１８との連通状態を切り換えるスライド弁２６とで構成してある。また、低圧三方弁３０は、筒状の本体３２と、２箇所に入口３６、３８を有するとともに、これら入口の間に低圧出口３４を有する弁座４０と、ピストン４２ａ、４２ｂと、低圧出口３４と入口３６、３８との連通状態を切り換えるスライド弁４６とで構成してある。

そして、高圧三方弁１０の一方の出口１８と、低圧三方弁３０の一方の入口３８とを連通するとともに、高圧三方弁１０の他方の出口１６と、低圧三方弁３０の他方の入口３６とを連通している。このように、高圧三方弁１０および低圧三方弁３０の本体、本体内部が同様の構造であることから、部品の共通化や従来品の流用が可能となり、製造コストの抑制を図ることができる。

また、この四方弁１００Ａは、パイロット四方弁６０（電磁弁）を備えている。パイロット四方弁６０は、高圧入口管１４の圧力と低圧出口管３４の圧力との差圧により高圧三方弁１０のピストン２２ａ、２２ｂを作動させるためのものであり、流路切換部６０ａと電磁コイル６０ｂとで構成され、高圧連通口７８ａと低圧連通口７８ｂと連通口７８ｃ、７８ｄを有する。

高圧連通口７８ａはキャピラリ６２を介して高圧入口管１４（作動室Ｒ_２）に接続し、低圧連通口７８ｂはキャピラリ６４を介して低圧出口管３４に接続し、他の二つの連通口７８ｃ、７８ｄはキャピラリ６６、６８を介して高圧三方弁１０の両端の作動室Ｒ_１、Ｒ_３にそれぞれ接続してある。また、低圧三方弁３０の作動室Ｓ_１、Ｓ_３は入口管３６、３８にキャピラリ７０、７２を介してそれぞれ接続してある。

この四方弁１００Ａにおいて、弁の連通状態を切り換える場合には、パイロット四方弁６０からキャピラリ６６、６８を通じて作動室Ｒ_１、Ｒ_３に高圧と低圧を送り込むことで高圧三方弁１０のスライド弁２６を動かして連通状態を切り換える。そうすると、この差圧変化が低圧三方弁３０に伝わってスライド弁４６が移動して連通状態が切り換わる。

例えば、高圧三方弁１０の本体内部の高圧の冷媒が出口管１８と連通管５２を通じて低圧三方弁３０の入口管３８に導かれると、低圧三方弁３０の本体内部の作動室Ｓ_２はこの高圧の冷媒で充満する。作動室Ｓ_２は作動室Ｓ_３とキャピラリ７２で連通しているので、ピストン４２ｂの右側に高圧の冷媒が入り、この高圧の冷媒でピストン４２ｂが左方向に動く。ここで、高圧または低圧の冷媒の片方が各本体内部で静止していることから、熱が伝わりにくくなり、内部熱損失を低減することができる。

一方、逆止弁からなるガス作動三方弁を用いた冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献８参照）。図８に示すように、特許文献８に記載のガス作動三方弁１は、弁体２内に連結杆３で連結される第１の弁４と第２の弁５からなる弁体６がスライド自在に収容されたものである。弁４、５は弁体２に設けられる第１、第２の弁座７、８をスライド位置に応じて開閉できる逆止弁の構造となっている。この場合、図外の電磁三方弁を切り換えることにより、冷媒の流れ方向が切り換わり、その冷媒の流動力でガス作動三方弁１が切り換わって冷凍サイクルが反転するようになっている。

特許第３４０７８６６号公報 特開昭５８−４０４５７号公報 特許第３９８７３５６号公報 特開２０１０−２４２９６９号公報 特許第３２９５７１０号公報 特開平１１−２８７３５２号公報 特許第４２９４６８３号公報 特開昭５７−１５０７６３号公報

ところで、図７の四方弁１００Ａの切り換え動作において、高圧三方弁１０はパイロット四方弁６０からの差圧で、低圧三方弁３０はキャピラリ７０、７２からの差圧で作動させる構造であるため、高圧三方弁１０が先に切り換わり、それに伴い入口管３８と入口管３６の圧力が切り換わってから、低圧三方弁３０が切り換わるようになっている。よって、高圧三方弁１０の切り換え動作に対して低圧三方弁３０の切り換え動作に遅れが生じるおそれがあった。このため、切り換えが完了するまでの間、高圧と低圧が連通するといった状態が発生する。また、確実に切り換えを完了させるために四方弁１００Ａが接続されている冷媒回路の圧縮機の回転数を大きくしたり、膨張弁の開度を小さくする必要があるため、冷凍サイクルの運転効率が低下するおそれがあった。こうしたことから、四方弁１００Ａの切り換え動作性を向上することが求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、切り換え動作性が向上した低熱損失型の四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る四方弁は、両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、前記弁座の両側に設けられ、前記各入口から本体内部の各端側に至る流路を本体との間で画成する筒状のガイドと、前記各ガイド内に移動可能に設けられ、前記ガイドとの間で流路を有する２つの弁部を筒軸方向に連結した弁体とからなり、前記弁部が前記ガイド内を移動して前記弁座を開閉することで前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換える逆止弁から構成される低圧三方弁とを備え、前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通したことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る四方弁は、上述した請求項１において、前記高圧三方弁の前記高圧入口の圧力と前記低圧三方弁の前記低圧出口の圧力との差圧により前記高圧三方弁のピストンを作動させるようにした電磁弁をさらに備え、この電磁弁の高圧連通口を前記高圧入口に接続し、低圧連通口を前記低圧出口に接続し、他の二つの連通口を前記高圧三方弁の本体内部の両端に接続したことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る四方弁は、上述した請求項１または２において、前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに平行にし、両端を面一に揃えて近接配置したことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る四方弁は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管を所定の長さで曲げて、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管に対してそれぞれ接続したことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る四方弁は、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の中心間寸法と、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の中心間寸法とを同一寸法に構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る四方弁は、上述した請求項１〜５のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の径を、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の径よりも小径に構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項７に係るヒートポンプ装置は、上述した請求項１〜６のいずれか一つに記載の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルとすることを特徴とする。

本発明に係る四方弁によれば、両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、前記弁座の両側に設けられ、前記各入口から本体内部の各端側に至る流路を本体との間で画成する筒状のガイドと、前記各ガイド内に移動可能に設けられ、前記ガイドとの間で流路を有する２つの弁部を筒軸方向に連結した弁体とからなり、前記弁部が前記ガイド内を移動して前記弁座を開閉することで前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換える逆止弁から構成される低圧三方弁とを備え、前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通するので、熱損失の低減を図れると同時に、低コストかつ小型化が図れる。特に、低圧三方弁は、圧縮機を起動した直後の僅かな差圧で作動可能な逆止弁の構造であることから、その切り換え動作性を向上することができるという効果を奏する。

また、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、上記の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルとしたので、熱損失の低減を図れると同時に、四方弁の占有スペースが小さい低コストのヒートポンプ装置を提供することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る四方弁の実施例を示す図である。 図２−１は、本発明に係る四方弁に用いる低圧三方弁の拡大図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図２−２は、本発明に係る四方弁に用いる低圧三方弁の他の実施例を示す側面断面図である。 図３は、本発明に係るヒートポンプ装置および空気調和装置の冷房時の実施例を示す図である。 図４は、本発明に係るヒートポンプ装置および空気調和装置の暖房時の実施例を示す図である。 図５は、本発明に係る四方弁の実施例を示す斜視図である。 図６は、本発明に係る四方弁の三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 図７は、従来の四方弁を示す図である。 図８は、従来の逆止弁からなるガス作動三方弁を示す図である。

以下に、本発明に係る四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置（空気調和装置を含む）の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

［四方弁］
まず、本発明に係る四方弁について説明する。
図１に示すように、本発明に係る四方弁１００は、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０とを備える。

高圧三方弁１０は、両端が閉じられ、側部に高圧入口管１４（高圧入口）を有する筒状の本体１２からなる。この本体内側の側部には、筒軸方向の２箇所に出口管１６、１８（出口）を有する弁座２０が設けてあり、この弁座２０上を筒軸方向に移動するピストン２２ａ、２２ｂと、ドーム状のスライド弁２６が配置してある。

ピストン２２ａ、２２ｂは連結板２４で連結されている。また、スライド弁２６は連結板２４に設けた図示しない孔に固定され、ピストンおよび連結板とともに筒軸方向に移動して高圧入口管１４と出口管１６、１８の連通状態を切り換えるようになっている。

低圧三方弁３０は、両端が閉じられた筒状の本体３２からなる。この本体内側には、筒軸方向の２箇所に入口管３６、３８（入口）を有するとともに、これら入口管３６、３８の間に低圧出口管３４（低圧出口）を有する弁座４０が設けてある。

図２−１に示すように、弁座４０の両側には筒状のガイド４２ａ、４２ｂが設けてある。各ガイド内には２つの逆止弁の弁部４４ａ、４４ｂが筒軸方向に移動可能に設けてあり、互いに先端が連結軸４４ｃで筒軸方向に連結されて弁体４６を構成している。ガイド４２ａ、４２ｂは、入口管３６、３８から本体内部の各端側に至る流路Ｔ_１を本体３２内壁との間で画成するようにしてある。また、弁部４４ａ、４４ｂは、円錐形状の弁部先端４４ａ１、４４ｂ１と、断面四角形状の弁部本体４４ａ２、４４ｂ２とからなり、筒状のガイド４２ａ、４２ｂとの間で流路Ｔ_２を形成している。

ここで、ガイド４２ａおよび４２ｂの低圧出口管３４側には、弁座部４０ａおよび４０ｂが設けられている。低圧三方弁３０は、弁体４６が弁座４０の左側の弁座部４０ａまたは右側の弁座部４０ｂのいずれか一方を開閉することで低圧出口管３４と入口管３６、３８との連通状態を切り換え可能な構造となっている。この動作の一例について図２−１を参照しながら説明する。

入口管３８を通じて作動室Ｓ_２に入り込む高圧の冷媒は、ガイド４２ｂの外周側の流路Ｔ_１を本体の右端側に向けて流れて反転し、弁部本体４４ｂ２を後方から押す。これにより、先端４４ｂ１がガイド４２ｂ内を左方向に動いて弁座４０の右側の弁座部４０ｂに当接してこれを閉塞する。一方、反対側の弁部先端４４ａ１は連結軸４４ｃを介してガイド４２ａ内を左方向に動いて弁座４０の左側の弁座部４０ａを開放する。この場合、入口管３６を通じて作動室Ｓ_１に入り込む低圧の冷媒は、ガイド４２ａの外周側の流路Ｔ_１を本体の左端側に向けて流れて反転し、弁部本体４４ａ２とガイド４２ａとの間の流路Ｔ_２および連結軸４４ｃの周囲を通り抜けて弁座４０中央の低圧出口管３４から流出する。

このように、筒状のガイド４２ａ、４２ｂを介して逆止弁４６を筒状の本体３２に収容することで、従来の図７の四方弁１００Ａと同様のコンパクト性を維持することができる。また、図７のようにキャピラリ７０、７２を通じて低圧三方弁３０に冷媒を送る必要がないため、装置を簡略化することができる。

ここで、逆止弁４６自体は、流体力により低差圧でも動作可能な切り換え性に優れた弁であり、高圧三方弁１０の切り換え後、圧縮機の起動直後の僅かな差圧と冷媒の流体力でも切り換え動作する。例えば、従来の図７の四方弁１００Ａにおいては０．５ＭＰａ程度の差圧が必要であるが、本発明では０．０１Ｍｐａ程度の非常に小さな差圧で動作することができる。このように、本発明では切り換え動作性が向上することから、圧縮機運転開始後（再起動直後）に回転数を上げなくて済むため、の高圧と低圧の連通時間が短縮され、サイクル運転効率が向上する。

なお、上記の低圧三方弁３０において、ガイド４２ａ、４２ｂと本体３２との間に形成される流路Ｔ_１の面積およびガイド４２ａ、４２ｂと弁部本体４４ａ２、４４ｂ２との間の流路Ｔ_２の面積、弁部先端４４ａ１、４４ｂ１と弁座部４０ａ、４０ｂとの間で形成される流路面積、連結軸４４ｃの周囲の流路面積は、極端な圧損を起こさないような面積に設定することが好ましい。

また、上記においては、逆止弁の弁座を一個の弁座４０で構成した場合について説明したが、図２−２に示すように、低圧出口管３４の左右両側に分離した左右別体の弁座４１ａ、４１ｂで構成しても上記と同様の作用効果を奏することができる。

また、図１に示すように、高圧三方弁１０の出口管１６と低圧三方弁３０の入口管３６は連通管５０を介して連通してあり、高圧三方弁１０の出口管１８と低圧三方弁３０の入口管３８は連通管５２を介して連通してある。なお、図１の例では、図示しない室内熱交換器（蒸発器）出口側からの低温低圧の冷媒が入口管３６から本体３２の内部に入って、逆止弁のガイド４２ａおよび弁部４４ａで流向が転換されて低圧出口管３４から圧縮機の吸入口側（不図示）に出る一方、高圧三方弁１０からの高温高圧の冷媒が連通管５２、入口管３８を経由して図示しない室外熱交換器（凝縮器）入口側へ出る場合が示してある。

また、本発明の四方弁１００は、高圧三方弁１０および低圧三方弁３０の筒状の本体１２、３２が類似形状の部材であり、それぞれ高圧入口管１４と低圧出口管３４を接続するための孔の有無の点で相違するだけである。このため、上記の特許文献５等の従来の四方弁の構成部品をわずかに改造した部品を流用して構成することができる。したがって、本発明の四方弁は、従来品を流用可能な簡素な構成であることから、新たな製造ラインを増設することなく容易に製作でき、製造コストの抑制を図ることができる。

また、本発明に係る四方弁１００は、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の外部に設けたパイロット四方弁６０（電磁弁）を備えている。このパイロット四方弁６０は、高圧入口管１４の圧力と低圧出口管３４の圧力との差圧により高圧三方弁１０のピストン２２ａ、２２ｂを作動させるためのものであり、流路切換部６０ａと電磁コイル６０ｂとからなる。流路切換部６０ａは高圧連通口７８ａと低圧連通口７８ｂと連通口７８ｃ、７８ｄを有する。

高圧連通口７８ａはキャピラリ６２を介して高圧入口管１４（さらに本体内部の作動室Ｒ_２）に接続し、低圧連通口７８ｂはキャピラリ６４を介して低圧出口管３４に接続し、他の二つの連通口７８ｃ、７８ｄはキャピラリ６６、６８を介して高圧三方弁１０の本体内部の両端のピストンに仕切られた作動室Ｒ_１、Ｒ_３にそれぞれ接続してある。

この四方弁１００の構成において、弁の連通状態を切り換える場合には、パイロット四方弁６０からキャピラリ６６、６８を通じて作動室Ｒ_１、Ｒ_３に高圧と低圧を送り込むことで高圧三方弁１０のピストン２２ａ、２２ｂを作動させ、スライド弁２６を動かして高圧三方弁１０の連通状態を切り換える。一方、この差圧の変化が低圧三方弁３０の逆止弁に伝わって弁体４６が移動し、低圧三方弁３０の連通状態が切り換わる。

例えば、高圧三方弁１０の本体内部の高圧の冷媒が出口管１８と連通管５２を通じて低圧三方弁３０の入口管３８に導かれると、低圧三方弁３０の本体内部の作動室Ｓ_２はこの高圧の冷媒が充満する。一方、作動室Ｓ_１には低圧の冷媒が入るので、この高圧と低圧の差圧によって弁体４６が左方向に動く。すると、弁部４４ｂは弁座部４０ｂを閉塞する一方、弁部４４ａは弁座部４０ａを開放する。これにより、入口管３６と低圧出口管３４とが連通する一方、入口管３８と低圧出口管３４との連通が遮断される。このように、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０を一個の電磁弁で作動でき、電磁弁の数が少なくて済むのでコスト低減を図ることができる。

なお、パイロット四方弁の代わりにパイロット三方弁を用いてもスライド弁２６を作動させることができる。この場合には、高圧入口管１４へのキャピラリ６２による連通接続を行わないようにする。

また、この四方弁１００の構成においては、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の内部はそれぞれ高圧と低圧の冷媒が混在した状態となっている。より具体的には、高圧三方弁１０の本体内部は、高圧入口管１４から出口管１８にかけて高圧の冷媒が流れており、出口管１６内および弁座２０とスライド弁２６とに囲まれた領域には連通管５０から導かれた低圧の冷媒が静止している。

一方、低圧三方弁３０の本体内部はこれとは逆に、入口管３６と低圧出口管３４とを低圧の冷媒が流れており、作動室Ｓ_２内と入口管３８内に連通管５２から導かれた高圧の冷媒が静止している。このように、高圧または低圧の冷媒の片方が各本体内部で静止していることから、熱が伝わりにくくなり、内部熱損失を低減することができる。

上記の実施の形態において、高圧三方弁１０の２箇所の出口管１６、１８の中心間寸法と、低圧三方弁３０の２箇所の入口管３６、３８の中心間寸法とを同一寸法に構成すれば、連通管５０、５２の接続が容易となり、組み立て作業性が向上する。

また、高圧三方弁１０の高圧入口管１４および出口管１６、１８を同一径および肉厚の配管で構成してもよい。このようにすれば、部材の共通化を図ることができ、製作コストをさらに抑制することができる。低圧三方弁３０についても同様に、低圧出口管３４および入口管３６、３８を同一径および肉厚の配管で構成することで製作コストを抑制することができる。

このように、本発明の四方弁によれば、各三方弁内の高低圧の片方が静止冷媒となることで、熱交換による損失を低減でき、冷暖房効率を向上することができる。また、従来の四方弁部品を大幅に流用して組み立て可能な簡素な構成であることから、新たな製造ラインを増設することなく、低コストで製造することができる。また、一個の電磁弁で切換動作が可能であることから、コスト低減を図ることができる。さらに、配管系の簡素化、電磁コイル数の削減により、能力の大きなシステムでもコストアップを抑制でき、搭載スペースの小型化を図ることができる。

［ヒートポンプ装置および空気調和装置］
次に、本発明に係るヒートポンプ装置およびヒートポンプ装置に属する空気調和装置について図３および図４を参照しながら説明する。

（冷房時）
図３に示すように、本発明のヒートポンプ装置２００および空気調和装置３００は、四方弁１００を介して圧縮機８０、アキュムレータ８２、室外熱交換器８４（凝縮器）、膨張弁８６、室内熱交換器８８（蒸発器）を配管で接続した冷凍サイクルを有している。

冷房時においては、図３に示すように、パイロット四方弁６０でキャピラリ６２、６８を連通させるとともに、キャピラリ６４、６６を連通させることで高圧三方弁１０のピストン２２ａ、２２ｂを作動し、スライド弁２６を図中左側に移動させた状態となっている。この場合、高圧三方弁１０の出口管１６、低圧三方弁３０の入口管３６、作動室Ｓ_１は低圧となる一方、出口管１８、入口管３８、作動室Ｓ_２は高圧となるので、低圧三方弁３０の逆止弁の弁体４６は高圧と低圧の差圧によって左方に押され、弁座部４０ｂを閉塞するとともに弁座部４０ａを開放した状態となっている。

この冷房時の回路構成において、圧縮機８０の吐出口から出た高圧の冷媒は、四方弁１００の高圧入口管１４と出口管１８と連通管５２を通って室外熱交換器８４に入る。そして、膨張弁８６を介して室内熱交換器８８から出る低圧の冷媒は、入口管３６から低圧三方弁３０の本体内部を通過し、低圧出口管３４から出てアキュムレータ８２を介して圧縮機８０の吸入口に入る。

（暖房時）
また、暖房時においては、図４に示すように、パイロット四方弁６０でキャピラリ６２、６６を連通させるとともに、キャピラリ６４、６８を連通させることでピストン２２ａ、２２ｂを作動し、スライド弁２６を図中右側に移動させた状態となっている。この場合、高圧三方弁１０の出口管１８、低圧三方弁３０の入口管３８、作動室Ｓ_２は低圧となる一方、出口管１６、入口管３６、作動室Ｓ_１は高圧となるので、低圧三方弁３０の逆止弁の弁体４６は高圧と低圧の差圧によって右方に押され、弁座部４０ａを閉塞するとともに弁座部４０ｂを開放した状態となっている。

この暖房時の回路構成において、圧縮機８０の吐出口から出た高圧の冷媒は、四方弁１００の高圧入口管１４と出口管１６と連通管５０を通って室内熱交換器８８に入る。そして、膨張弁８６を介して室外熱交換器８４から出る低圧の冷媒は、入口管３８から低圧三方弁３０の本体内部を通過し、低圧出口管３４から出てアキュムレータ８２を介して圧縮機８０の吸入口に入る。

このため、本発明のヒートポンプ装置２００および空気調和装置３００によれば、四方弁１００の内部熱損失の低減を図ることができる。

［四方弁の配置レイアウト］
ところで、本発明の四方弁１００は、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の本体１２、３２を筒軸方向に互いに略平行にし、その両端を略面一に揃えて近接配置したレイアウトとすることができる。

例えば、図５および図６に示すように、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の本体１２、３２どうしを前後に並べて近接配置し、高圧三方弁１０の下側に延びる出口管１６、１８に連通した連通管５０、５２を、低圧三方弁３０の下側に延びる入口管３６、３８側に曲げて接続部５４、５６で繋げた配置レイアウトとしてもよい。この場合、互いの位置が上下に多少ずれた配置としても構わない。こうすることで、四方弁をコンパクトかつ断熱上有利な形態とすることができる。このため、上述したように内部熱損失の低減を図れると同時に、ヒートポンプ装置２００や空気調和装置３００などに対する搭載スペースの小型化（省スペース化）が図れる。また、配管使用量を抑制することもできる。

こうした配置レイアウトにおいては、本体どうしを連結する連通管５２等の長さが短いほど小型化（省スペース化）が図られる半面、配管部分を介して高圧三方弁１０から低圧三方弁３０へ伝熱してしまうため、高圧三方弁１０から低圧三方弁３０への伝熱を抑えるために最適な寸法が実際には要求される。そこで、図６に示すように、低圧三方弁の入口管３６、３８の径をＤ_Ｌとし、入口管３６、３８に対する高圧三方弁の連通管５０、５２の接続部から低圧三方弁の入口管３６、３８の本体側接続端部までの高さ（所定の長さ）をＬとした場合において、四方弁の高圧の冷媒から低圧の冷媒への配管を通じて生じる熱損失と、Ｌ／Ｄ_Ｌとの関係を検討しておく。

一般に、配管部分の伝熱による熱損失はＬを長くしていくと低下するが、ある長さからほとんど変化しなくなる。例えば、２Ｄ_Ｌ≦Ｌ≦２０Ｄ_Ｌとすれば、上記の省スペース化と低熱損失とを両立することが可能となるため、上記の寸法を２Ｄ_Ｌ≦Ｌ≦２０Ｄ_Ｌを満足するように設定すれば最適である。つまり、高さＬを低圧三方弁の入口管３８等の径Ｄ_Ｌの２〜２０倍の範囲内とすればよい。なお、接続部のろう付け接合の作業性を考慮すれば、３〜５Ｄ_Ｌ≦Ｌ程度とすることがより望ましい。

また、四方弁の熱損失は外気温が低いほど大きくなる。寒冷地（外気が−２０℃）において外気が−７℃のＬ／Ｄ_Ｌ＝２０の場合と同等の相対熱損失とするためには、Ｌ／Ｄ_Ｌ＝３０程度が必要である。したがって、寒冷地で本発明の四方弁を用いる場合のＬ／Ｄ_Ｌについては、こうした特性に留意して設定する必要がある。

上記の実施の形態において、高圧三方弁の出口管１８等の径Ｄ_Ｈを、低圧三方弁の入口管３８等の径Ｄ_Ｌよりも小径に構成すれば、さらに小型化を図ることができるとともに、高圧高温側の出口管１８の伝熱面積が減るので、熱損失をより低減させることができる。

また、この径Ｄ_Ｈを小さくすることと併せて、密度の高い冷媒のみが流れる高圧三方弁１０を低圧三方弁３０よりも小型化することによって、外気への放熱損失分を低減して熱損失の低減効果を高めつつ、小型化によるコスト低減が可能である。これは、特に寒冷地で使用するヒートポンプ装置に有効であり、四方弁の大きな放熱ロスを低減するために断熱材で四方弁全体を覆わなくて済むので、よりコスト低減につながる。また、これは能力の大きなシステムにおいても特に有効であり、低圧三方弁の低圧の圧力損失を下げるために配管径を大きく設定する場合に、高圧三方弁は必要以上に大きくしないようにするのが望ましい。

なお、この径Ｄ_Ｈを小さくし過ぎると流速増加によって圧損が増加し、熱伝達率が上昇して熱損失が増大するおそれがあるので、ヒートポンプ装置への搭載スペース、使用する冷媒の圧力損失特性、ヒートポンプ装置を使用する気候条件（温暖地域、寒冷地域等）に応じて適切に設定することが望ましく、例えば、Ｒ４１０ＡやＨＦＯ系冷媒を使用する場合においては、０．３〜０．５Ｄ_Ｌ以上とすることが望ましい。

また、上記の実施の形態において、本発明の四方弁１００の配置レイアウトとしては図５および図６に示したレイアウトのほか種々な態様を考えることができるが、例えば、本体どうしを上下に配置したレイアウトとしてもよいし、本体どうしを前後に配置したレイアウトとしてもよい。

また、パイロット四方弁６０の配置についても、図６に示すように高圧三方弁１０の側面側に配置したレイアウトのほか種々の態様を考えることができるが、例えば、パイロット四方弁６０を低圧三方弁３０の本体３２の上側に配置したレイアウトとしてもよい。

以上説明したように、本発明に係る四方弁によれば、両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、前記弁座の両側に設けられ、前記各入口から本体内部の各端側に至る流路を本体との間で画成する筒状のガイドと、前記各ガイド内に移動可能に設けられ、前記ガイドとの間で流路を有する２つの弁部を筒軸方向に連結した弁体とからなり、前記弁部が前記ガイド内を移動して前記弁座を開閉することで前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換える逆止弁から構成される低圧三方弁とを備え、前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通するので、熱損失の低減を図れると同時に、低コストで搭載スペースの小型化が図れる。特に、低圧三方弁は、圧縮機を起動した直後の僅かな差圧で作動可能な逆止弁の構造であることから、その切り換え動作性を向上することができる。

また、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、上記の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するので、熱損失の低減を図れると同時に、四方弁の占有スペースが小さい低コストのヒートポンプ装置を提供することができる。

以上のように、本発明に係る四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置は、冷凍サイクルの内部熱損失を低減するのに有用であり、特に、低コストで搭載スペースの小型化を図るのに適している。

１０ 高圧三方弁
１２，３２ 本体
１４ 高圧入口管（高圧入口）
１６，１８ 出口管（出口）
２０，４０ 弁座
２２ａ，２２ｂ ピストン
２４ 連結板
２６ スライド弁
３０ 低圧三方弁
３４ 低圧出口管（低圧出口）
３６，３８ 入口管（入口）
４０ａ，４０ｂ 弁座部
４２ａ，４２ｂ ガイド
４４ａ，４４ｂ 弁部
４４ａ１，４４ｂ１ 弁部先端
４４ａ２，４４ｂ２ 弁部本体
４４ｃ 連結軸
４６ 弁体（逆止弁）
５０，５２ 連通管
５４，５６ 接続部
６０ パイロット四方弁（電磁弁）
６２，６４，６６，６８ キャピラリ
７８ａ 高圧連通口
７８ｂ 低圧連通口
７８ｃ，７８ｄ 連通口
８０ 圧縮機
８２ アキュムレータ
８４ 室外熱交換器（凝縮器）
８６ 膨張弁
８８ 室内熱交換器（蒸発器）
Ｒ_１〜Ｒ_３，Ｓ_１，Ｓ_２ 作動室
Ｔ_１，Ｔ_２ 流路
１００ 四方弁
２００ ヒートポンプ装置
３００ 空気調和装置

Claims (7)

1. 両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、
   両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、前記弁座の両側に設けられ、前記各入口から本体内部の各端側に至る流路を本体との間で画成する筒状のガイドと、前記各ガイド内に移動可能に設けられ、前記ガイドとの間で流路を有する２つの弁部を筒軸方向に連結した弁体とからなり、前記弁部が前記ガイド内を移動して前記弁座を開閉することで前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換える逆止弁から構成される低圧三方弁とを備え、
   前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通したことを特徴とする四方弁。
2. 前記高圧三方弁の前記高圧入口の圧力と前記低圧三方弁の前記低圧出口の圧力との差圧により前記高圧三方弁のピストンを作動させるようにした電磁弁をさらに備え、
   この電磁弁の高圧連通口を前記高圧入口に接続し、低圧連通口を前記低圧出口に接続し、他の二つの連通口を前記高圧三方弁の本体内部の両端に接続したことを特徴とする請求項１に記載の四方弁。
3. 前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに平行にし、両端を面一に揃えて近接配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の四方弁。
4. 前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管を所定の長さで曲げて、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管に対してそれぞれ接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の四方弁。
5. 前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の中心間寸法と、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の中心間寸法とを同一寸法に構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の四方弁。
6. 前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の径を、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の径よりも小径に構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の四方弁。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有することを特徴とするヒートポンプ装置。

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