JP5927913B2

JP5927913B2 - ロータリ弁

Info

Publication number: JP5927913B2
Application number: JP2011289768A
Authority: JP
Inventors: 瀬戸口　隆之; 隆之瀬戸口
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013139833A

Description

本発明は、ロータリ弁に関し、特に、圧力損失の低減対策に係るものである。

従来、ロータリ弁には、特許文献１に示すように、冷媒回路に設けられて四路切換弁を構成するものがある。

上記ロータリ弁は、図１５に示すように、第１弁座（ａ）と第２弁座（ｂ）との間に配置された可動弁体（ｃ）を備えている。該可動弁体（ｃ）は、第１弁座（ａ）の第１弁座面（d）と第２弁座（ｂ）の第２弁座面（ｅ）と直交する軸心回りに回転可能に設けられ、連通路（ｆ）が形成されている。

さらに、上記ロータリ弁は、上記可動弁体（ｃ）と上記各弁座面（ｄ，ｅ）との間に位置し、上記連通路（ｆ）と上記可動弁体（ｃ）の本体空間（ｈ）との間をシールするシール部材（ｇ）を備えている。

そして、上記可動弁体（ｃ）は、上記連通路（ｆ）が第１の接続ポート（PA）と第３の接続ポート（PC）とを連通し、可動弁体（ｃ）の外側の本体空間（ｈ）が第２の接続ポート（PB）と第４の接続ポート（PD）とを連通する状態と、上記連通路（ｆ）が第１の接続ポート（PA）と第４の接続ポート（PD）とを連通し、本体空間（ｈ）が第２の接続ポート（PB）と第３の接続ポート（PC）とを連通する状態とに切り換えている。

特開２０１１−９４７８７号公報

しかしながら、従来のロータリ弁においては、連通路（ｆ）が第１弁座面（d）から第２弁座面（ｅ）に貫通して形成されているので、冷媒の圧力損失が大きいという問題があった。

つまり、従来のロータリ弁は、可動弁体（ｃ）が各弁座（ａ，ｂ）に押圧されないものの、図１５に示すように、第１の接続ポート（PA）から流入した冷媒Ａが反転する際、第２弁座（ｂ）に衝突した後、さらに可動弁体（ｃ）の壁面に衝突する（図１５のＢ、Ｃ参照）。この結果、衝突による冷媒の圧力損失が生じる問題があった。

また、上記ロータリ弁が四路切換弁に適用された場合、本体空間（ｈ）において、冷媒の圧力損失が大きいという問題があった。

つまり、上記本体空間（ｈ）は、図１５に示すように、第１弁座（ａ）と第２弁座（ｂ）との間の空間で形成されているので、例えば、第２の接続ポート（PB）と本体空間（ｈ）との間で流路拡大が生じ（図１５のＤ参照）、また、本体空間（ｈ）から第４の接続ポート（PD）との間で流路縮小が生じ（図１５のＥ参照）、この流路拡大と流路縮小とによって冷媒の圧力損失が生じる問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、流体の圧力損失の低減を図ることを目的とする。

第１の発明は、平坦な第１弁座面（41）を有し、複数の接続ポート（PA，PB…）が形成された第１弁座（40）と、上記第１弁座面（41）と所定間隔を存して平行な第２弁座面（51）を有する第２弁座（50）と、上記第１弁座（40）と第２弁座（50）との間に配置され、上記各弁座面（41，51）と直交する軸心回りに回転可能に設けられると共に、上記各弁座面（41，51）の対向面に亘る連通路（3a）が形成され、上記接続ポート（PA，PB…）間の連通状態を切り換える可動弁体（30）と、上記可動弁体（30）と上記各弁座面（41，51）との間に位置し、上記連通路（3a）と上記可動弁体（30）の外側の本体空間（11）との間をシールするシール部材（60）とを備えたロータリ弁である。そして、上記第１の発明は、上記可動弁体（30）が、上記連通路（3a）を上記第１弁座（40）側の主通路（3c）と上記第２弁座（50）側の背面室（3d）とに仕切り、且つ上記主通路（3c）と背面室（3d）とを連通する均圧孔（3e）が形成された仕切部（33）を備え、上記主通路（3c）が、各弁座面と直交し、かつ、流体の流れ方向と平行な横断面において、少なくとも仕切部（33）側の半面が円弧状に形成されていることを特徴としている。

上記第１の発明では、流体が主通路（3c）を流れることになるが、流体が主通路（3c）の円弧状の半面に沿って円滑に流れることになる。そして、上記主通路（3c）の圧力が背面室（3d）に作用するので、上記可動弁体（30）には、各弁座面（41，51）と直交する軸心方向の差圧が生じることがない。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１弁座（40）は、４つの接続ポート（PA，PB，PC，PD）が形成され、上記可動弁体（30）が、上記連通路（3a）を有する主弁部（31）と、流体を案内する補助通路（3b）が形成された副弁部（32）とを備え、上記連通路（3a）が第１の接続ポート（PA）と第３の接続ポート（PC）とを連通し、且つ上記補助通路（3b）が第２の接続ポート（PB）と第４の接続ポート（PD）との間で流体を案内する状態と、上記連通路（3a）が第１の接続ポート（PA）と第４の接続ポート（PD）とを連通し、且つ上記補助通路（3b）が第２の接続ポート（PB）と第３の接続ポート（PC）との間で流体を案内する状態とに切り換わるように構成され、上記補助通路（3b）が、各弁座面と直交し、かつ、流体の流れ方向と平行な横断面において、少なくとも第２弁座（50）側の半面が円弧状に形成されていることを特徴としている。

上記第２の発明では、流体が主通路（3c）を流れると共に、補助通路（3b）に沿って流れることになる。その際、流体が主通路（3c）および補助通路（3b）の円弧状の半面に沿って円滑に流れることになる。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記主通路（3c）が、該主通路（3c）の横断面において環状に形成されていることを特徴としている。

上記第３の発明では、流体が環状通路の主通路（3c）を流れるので、流体が主通路（3c）をより円滑に流れることになる。

第４の発明は、上記第２の発明において、上記補助通路（3b）が、該補助通路（3b）の横断面において環状に形成されていることを特徴としている。

上記第４の発明では、流体が環状通路の補助通路（3b）を流れるので、流体が補助通路（3b）をより円滑に流れることになる。

本発明によれば、可動弁体（30）の連通路（3a）に主通路（3c）を形成すると共に、該主通路（3c）の上記半面を円弧状に形成したために、流体が従来のように第２弁座（50）などに衝突することなく、上記冷媒を円滑に旋回させることができる。この結果、冷媒の圧力損失を低減することができる。

また、上記可動弁体（30）の連通路（3a）を主通路（3c）と背面室（3d）とに区分する仕切部（33）に均圧孔（3e）を形成したため、上記主通路（3c）と背面室（3d）とを等しい圧力にすることができる。この結果、上記可動弁体（30）に各弁座面（41，51）と直交する軸心方向の差圧が作用しないので、上記可動弁体（30）の駆動トルクの低減を図ることができる。

また、第２の発明によれば、上記可動弁体（30）の補助通路（3b）を形成すると共に、該補助通路（3b）の上記半面を円弧状に形成したために、冷媒の流路の拡大および縮小がないので、上記冷媒を円滑に旋回させることができる。この結果、冷媒の圧力損失を低減することができる。

また、上記第３の発明によれば、上記主通路（3c）を環状に形成したために、流路断面が一様になるので、冷媒が円滑に流れて旋回することから、冷媒の圧力損失をより低減することができる。

また、上記第４の発明によれば、上記補助通路（3b）を環状に形成したために、流路断面が一様になるので、冷媒が円滑に流れて旋回することから、冷媒の圧力損失をより低減することができる。

図１は、実施形態１のロータリ弁を示す縦断面図である。図２は、図１のII−II線におけるロータリ弁の横断面図である。図３は、実施形態１のロータリ弁の切換状態を模式的に示す断面図である。図４は、実施形態１の可動弁体の平面図である。図５は、実施形態１の可動弁体を上方から視た斜視図である。図６は、実施形態１の可動弁体を下方から視た斜視図である。図７は、実施形態１の可動弁体の側面図である。図８は、図７のVIII−VIII線における可動弁体の断面図である。図９は、実施形態２のロータリ弁の切換状態を模式的に示す断面図である。図１０は、実施形態２の可動弁体の平面図である。図１１は、実施形態２の可動弁体を上方から視た斜視図である。図１２は、実施形態２の可動弁体を下方から視た斜視図である。図１３は、実施形態２の可動弁体の側面図である。図１４は、図１３のXIV−XIV線における可動弁体の断面図である。図１５は、従来のロータリ弁を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〈実施形態１〉
図１〜図３に示すように、本実施形態のロータリ弁（10）は、四路切換弁を構成している。上記ロータリ弁（10）は、例えば、流体である冷媒（例えば二酸化炭素）を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路に設けられ、冷媒回路の運転状態を冷房運転と暖房運転とに切り換えるものである。なお、図３は、ロータリ弁（10）の切換状態を概念的に示している。

上記ロータリ弁（10）は、ケーシング（20）と、該ケーシング（20）の内部に収納された可動弁体（30）とを備えている。

上記ケーシング（20）は、密閉容器に構成され、外側壁を形成する環状の胴部（21）と、該胴部（21）の下部を閉鎖する円盤状の第１弁座（40）と、上記胴部（21）の上部を閉鎖する円盤状の蓋体（22）とを備えている。そして、上記ケーシング（20）の内部に円盤状の第２弁座（50）が収納されている。

上記第１弁座（40）には、４つの接続ポート（PA，PB，PC，PD）が形成され、例えば、第１の接続ポート（PA）は、冷媒回路の圧縮機の吐出側の配管（15）に接続され、第２の接続ポート（PB）は、冷媒回路の圧縮機の吸入側の配管（15）に接続され、第３の接続ポート（PC）は、室外熱交換器のガス側の配管（15）に接続され、第４の接続ポート（PD）は、室内熱交換器のガス側の配管（15）に接続されている。そして、上記４つの接続ポート（PA，PB，PC，PD）は、第１弁座（40）の平面視において、９０度の間隔で配置されている。

上記第１弁座（40）の上面は、上記可動弁体（30）の下面と対向し、平坦な第１弁座面（41）に形成されている。

上記第２弁座（50）は、上記第１弁座（40）と対向して設けられ、上記蓋体（22）の下方に位置して胴部（21）に固定されている。上記第２弁座（50）の下面は、上記可動弁体（30）の上面と対向し、平坦な第２弁座面（51）に形成されている。上記第２弁座（50）は、上記第２弁座面（51）が第１弁座面（41）と所定間隔を存して平行になるように設けられ、上記第１弁座面（41）と第２弁座面（51）との間が本体空間（11）に構成されている。

上記可動弁体（30）は、図５〜図８に示すように、円盤状に形成され、第１弁座（40）と第２弁座（50）との間の本体空間（11）に設けられている。上記可動弁体（30）は、駆動軸（12）が連結される一方、下部がピン部（13）を介して第１弁座（40）に支持されている。上記駆動軸（12）は、第１弁座面（41）および第２弁座面（51）と直交し、第２弁座（50）および蓋体（22）を貫通し、図示しないが、モータに連結されている。

上記可動弁体（30）は、半円状の主弁部（31）と半円状の副弁部（32）とを備え、主弁部（31）が大径に形成され、副弁部（32）が主弁部（31）より小径に形成されている。そして、上記可動弁体（30）は、中心部に駆動軸（12）とピン部（13）とが設けられ、駆動軸（12）の軸心Ｍの回りに回転可能に設けられている。

上記主弁部（31）には、連通路（3a）が形成される一方、上記副弁部（32）には、補助通路（3b）が形成されている。

上記主弁部（31）の連通路（3a）は、第１弁座面（41）および第２弁座面（51）に対向する上下両面に亘って形成され、第１弁座面（41）および第２弁座面（51）に対向する主弁部（31）の上下両面に開口し、且つ平面視上において、円弧状に形成されている。つまり、上記連通路（3a）は、隣り合う２つの接続ポート（PA，PC，PD）を繋ぐ円弧長さに形成されている。さらに、上記主弁部（31）には、上記連通路（3a）を上記第１弁座（40）側の主通路（3c）と上記第２弁座（50）側の背面室（3d）とに仕切る仕切部（33）が形成されている。つまり、上記仕切部（33）は、連通路（3a）を下部の主通路（3c）と上部の背面室（3d）と仕切ると共に、上記主通路（3c）と背面室（3d）とを連通する均圧孔（3e）が形成されている。

さらに、上記主通路（3c）は、該主通路（3c）の横断面において仕切部（33）側の上半面が円弧状に形成されている。つまり、上記主通路（3c）は、上部が円弧のトンネル状に形成され、且つ平面視上において円弧状に湾曲していている。

そして、上記連通路（3a）は、第１の接続ポート（PA）と第３の接続ポート（PC）とを連通する状態と、第１の接続ポート（PA）と第４の接続ポート（PD）とを連通する状態とに切り換わるように構成されている。その際、上記均圧孔（3e）は、主通路（3c）の冷媒圧力を背面室（3d）に導き、主通路（3c）と背面室（3d）とが同じ圧力になるようにしている。

上記副弁部（32）の補助通路（3b）は、第１弁座面（41）に対向する副弁部（32）の下面に開口し、隣り合う２つの接続ポート（PB，PD，PC）を繋ぐ円弧長さに形成されている。さらに、上記補助通路（3b）は、該補助通路（3b）の横断面において第２弁座（50）側の上半面が円弧状に形成されている。つまり、上記補助通路（3b）は、上部が円弧のトンネル状に形成され、且つ平面視上において円弧状に湾曲していている。

そして、上記補助通路（3b）は、冷媒を案内するように構成され、第２の接続ポート（PB）と第４の接続ポート（PD）との間で冷媒を案内する状態と、第２の接続ポート（PB）と第３の接続ポート（PC）との間で冷媒を案内する状態とに切り換わるように構成されている。

つまり、上記可動弁体（30）は、上記連通路（3a）が第１の接続ポート（PA）と第３の接続ポート（PC）とを連通し、且つ上記補助通路（3b）が第２の接続ポート（PB）と第４の接続ポート（PD）との間で流体を案内する状態と、上記連通路（3a）が第１の接続ポート（PA）と第４の接続ポート（PD）とを連通し、且つ上記補助通路（3b）が第２の接続ポート（PB）と第３の接続ポート（PC）との間で流体を案内する状態とに切り換わるように構成されている。

上記主弁部（31）には、シール部材（60）が設けられている。該シール部材（60）は、主弁部（31）の上下両面に設けられ、主弁部（31）における連通路（3a）の隅角部を切り欠いて形成された凹部に設けられている。そして、上記シール部材（60）は、可動弁体（30）と第１弁座面（41）および第２弁座面（51）との間に位置し、上記連通路（3a）と上記可動弁体（30）の外側の本体空間（11）との間をシールしている。上記シール部材（60）は、例えば、ＰＴＦＥで形成されたパッキンによって構成されている。

さらに、上記シール部材（60）と主弁部（31）との間には、弾性体（61）が設けられている。該弾性体（61）は、上記シール部材（60）を第１弁座面（41）および第２弁座面（51）に押圧する押圧部材を構成し、Ｏリングなどで構成されている。

なお、上記第１弁座（40）と第２弁座（50）との間には、可動弁体（30）が当接するストッパ（14）が設けられている。該ストッパ（14）は、主弁部（31）と副弁部（32）との段差部に当接する。

−運転動作−
次に、上記ロータリ弁（10）の切換動作について説明する。

上記ロータリ弁（10）は、例えば、図２において、上記連通路（3a）が第１の接続ポート（PA）と第３の接続ポート（PC）とを連通し、且つ上記補助通路（3b）が第２の接続ポート（PB）と第４の接続ポート（PD）との間で流体を案内する状態となっている。

この状態においては、例えば、上記第１の接続ポート（PA）から流入した高圧冷媒が連通路（3a）を流れ、第３の接続ポート（PC）から流出する。一方、例えば、上記第４の接続ポート（PD）から流入した低圧冷媒が補助通路（3b）に案内されて該補助通路（3b）を流れ、第２の接続ポート（PB）から流出する。

上記図２の状態から可動弁体（30）を９０度回転させると、上記連通路（3a）が第１の接続ポート（PA）と第４の接続ポート（PD）とを連通し、且つ上記補助通路（3b）が第２の接続ポート（PB）と第３の接続ポート（PC）との間で流体を案内する状態に切り換わる。

この状態においては、例えば、上記第１の接続ポート（PA）から流入した高圧冷媒が連通路（3a）を流れ、第４の接続ポート（PD）から流出する。一方、例えば、上記第３の接続ポート（PC）から流入した低圧冷媒が補助通路（3b）に案内されて該補助通路（3b）を流れ、第２の接続ポート（PB）から流出する。

そして、上記連通路（3a）において、上記均圧孔（3e）が仕切部（33）に形成されているので、主通路（3c）の冷媒圧力が背面室（3d）に作用し、主通路（3c）と背面室（3d）とが同じ圧力になる。

また、上記連通路（3a）において、主通路（3c）の上半面が円弧状に形成されているので、図３に示すように、冷媒が主通路（3c）に沿って円滑に旋回することになる。

また、上記補助通路（3b）において、補助通路（3b）の上半面が円弧状に形成されているので、図３に示すように、冷媒が補助路に沿って円滑に旋回することになる。

−実施形態１の効果−
以上のように、上記実施形態１によれば、可動弁体（30）の連通路（3a）に主通路（3c）を形成すると共に、該主通路（3c）の上半面を円弧状に形成したために、冷媒が従来のように第２弁座（50）などに衝突することなく、上記冷媒を円滑に旋回させることができる。この結果、冷媒の圧力損失を低減することができる。

また、上記可動弁体（30）の連通路（3a）を主通路（3c）と背面室（3d）とに区分する仕切部（33）に均圧孔（3e）を形成したため、上記主通路（3c）と背面室（3d）とを等しい圧力にすることができる。この結果、上記可動弁体（30）に駆動軸（12）の軸心Ｍの方向の差圧が作用しないので、上記可動弁体（30）の駆動トルクの低減を図ることができる。

また、上記可動弁体（30）の補助通路（3b）を形成すると共に、該補助通路（3b）の上半面を円弧状に形成したために、冷媒の流路の拡大および縮小がないので、上記冷媒を円滑に旋回させることができる。この結果、冷媒の圧力損失を低減することができる。

〈実施形態２〉
次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態１は、図９〜図１４に示すように、実施形態１の主通路（3c）および補助通路（3b）が上半面のみを円弧状に形成したのに代えて、主通路（3c）および補助通路（3b）を横断面環状に形成したものである。なお、図９は、ロータリ弁（10）の切換状態を概念的に示している。

具体的に、上記主通路（3c）は、接続ポート（PA，PC，PD）に対向する開口が主弁部（31）の下面（第１弁座面（41）に対向する面）に形成され、この２つの開口を結ぶように主弁部（31）に環状通路を形成して構成されている。つまり、上記主通路（3c）は、第２弁座（50）側である仕切部（33）側の上半面と第１弁座（40）側の下半面とが共に円弧状に形成され、例えば、各接続ポート（PA，PC，PD）と同一径に形成されている。

上記補助通路（3b）は、接続ポート（PB，PD，PC）に対向する開口が副弁部（32）の下面（第１弁座面（41）に対向する面）に形成され、この２つの開口を結ぶように副弁部（32）に環状通路を形成して構成されている。つまり、上記主通路（3c）は、第２弁座（50）側の上半面と第１弁座（40）側の下半面とが共に円弧状に形成され、例えば、各接続ポート（PB，PD，PC）と同一径に形成されている。

なお、上記可動弁体（30）は、例えば、主通路（3c）および補助通路（3b）に対応する配管（15）状部材を母材に埋め込み、鋳造またはダイキャストなどにより形成されている。その他の構成および動作は実施形態１と同様である。

−実施形態２の効果−
以上のように、上記実施形態２によれば、主通路（3c）を環状に形成したために、流路断面が一様になるので、冷媒が円滑に流れて旋回することから、冷媒の圧力損失をより低減することができる。

また、上記補助通路（3b）を環状に形成したために、流路断面が一様になるので、冷媒が円滑に流れて旋回することから、冷媒の圧力損失をより低減することができる。その他の効果は、実施形態１と同様である。

〈その他の実施形態〉
上記各実施形態は、以下のような構成としてもよい。

上記ロータリ弁（10）は、四路切換弁の他、２つの接続ポート（PA，PB）を連通状態と遮断状態とに切り換える開閉弁であってもよく、また、３つの接続ポート（PA，PB，PC）を切り換える三路切換弁などであってもよい。

また、上記ロータリ弁（10）は、冷媒回路の他、油圧回路などに設けられるものであってもよい。

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、接続ポート間の連通状態を切り換えるロータリ弁について有用である。

１０ロータリ弁
１１本体空間
２０ケーシング
３０可動弁体
３１主弁部
３２副弁部
３３仕切部
３ａ連通路
３ｂ補助通路
３ｃ主通路
３ｄ背面室
３ｅ均圧孔
４０第１弁座
４１第１弁座面
５０第２弁座
５１第２弁座面
６０シール部材

Claims

平坦な第１弁座面（41）を有し、複数の接続ポート（PA，PB…）が形成された第１弁座（40）と、
上記第１弁座面（41）と所定間隔を存して平行な第２弁座面（51）を有する第２弁座（50）と、
上記第１弁座（40）と第２弁座（50）との間に配置され、上記各弁座面（41，51）と直交する軸心回りに回転可能に設けられると共に、上記各弁座面（41，51）の対向面に亘る連通路（3a）が形成され、上記接続ポート（PA，PB…）間の連通状態を切り換える可動弁体（30）と、
上記可動弁体（30）と上記各弁座面（41，51）との間に位置し、上記連通路（3a）と上記可動弁体（30）の外側の本体空間（11）との間をシールするシール部材（60）とを備えたロータリ弁（10）であって、
上記可動弁体（30）は、上記連通路（3a）を上記第１弁座（40）側の主通路（3c）と上記第２弁座（50）側の背面室（3d）とに仕切り、且つ上記主通路（3c）と背面室（3d）とを連通する均圧孔（3e）が形成された仕切部（33）を備え、
上記主通路（3c）は、各弁座面と直交し、かつ、流体の流れ方向と平行な横断面において、少なくとも仕切部（33）側の半面が円弧状に形成されている
ことを特徴とするロータリ弁（10）。
請求項１において、
上記第１弁座（40）は、４つの接続ポート（PA，PB，PC，PD）が形成され、
上記可動弁体（30）は、上記連通路（3a）を有する主弁部（31）と、流体を案内する補助通路（3b）が形成された副弁部（32）とを備え、上記連通路（3a）が第１の接続ポート（PA）と第３の接続ポート（PC）とを連通し、且つ上記補助通路（3b）が第２の接続ポート（PB）と第４の接続ポート（PD）との間で流体を案内する状態と、上記連通路（3a）が第１の接続ポート（PA）と第４の接続ポート（PD）とを連通し、且つ上記補助通路（3b）が第２の接続ポート（PB）と第３の接続ポート（PC）との間で流体を案内する状態とに切り換わるように構成され、
上記補助通路（3b）は、各弁座面と直交し、かつ、流体の流れ方向と平行な横断面において、少なくとも第２弁座（50）側の半面が円弧状に形成されている
ことを特徴とするロータリ弁（10）。
請求項１または２において、
上記主通路（3c）は、該主通路（3c）の横断面において環状に形成されている
ことを特徴とするロータリ弁（10）。
請求項２において、
上記補助通路（3b）は、該補助通路（3b）の横断面において環状に形成されている
ことを特徴とするロータリ弁（10）。