JP6087085B2 - 冷媒切替弁およびこれを備える機器 - Google Patents
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Description
また、本発明は、減圧手段と、前記減圧手段の下流に配置された蒸発器と、前記蒸発器の下流に配置された圧縮機と、前記圧縮機の下流に配置された凝縮器と、冷媒が流通可能な冷媒流通部と、前記減圧手段の上流側、前記凝縮器の下流側、前記冷媒流通部の一端、および前記冷媒流通部の他端が接続される冷媒切替弁と、を備え、前記冷媒切替弁は、弁体軸まわりに揺動自在に支持される弁体と、前記弁体を内在するケースと、前記ケースの一端に設けられた弁座と、前記ケース内部に一端を開口して、流入管が接続される流入管接続部と、前記弁座の前記ケース内部に一端を開口して、連通管が接続される連通管接続部と、前記ケースの外周に設けられたステータと、前記ケースに内在し、前記弁体の前記弁体軸と同軸に回転自在に支持されるロータと、前記ロータの回転を前記弁体に伝達し、前記弁体軸とは異なるアイドラ軸まわりに回転自在に支持されるアイドラギヤと、を備え、前記弁体は、一面に前記弁座に摺動する弁体摺接面が設けられ、かつ、前記弁座から離れた側に弁体ギヤを有し、前記冷媒切替弁は、前記凝縮器の下流側と前記冷媒流通部の一端を連通させるとともに、前記冷媒流通部の他端と前記減圧手段の上流側を連通させる第1モードと、前記減圧手段の上流側への連通を閉塞する第2モードと、前記冷媒流通部を経由せずに、前記凝縮器の下流側と前記減圧手段の上流側を連通させる第3モードと、を切り替えることを特徴とする機器である。
≪冷媒切替弁を用いる機器(冷蔵庫)の構成≫
まず、第1実施形態に係る冷媒切替弁60(図8等参照)を説明する前に、第1実施形態に係る冷媒切替弁60(図8等参照)を備える機器として、冷蔵庫を例に、図1から図4を用いて説明する。
ここで、冷蔵庫本体1の各扉2a、2b、3a、4a、5a、6aを開くと、外気が冷蔵庫本体前面16の開口周縁部と接する。特に、製氷室3、上段冷凍室4、下段冷凍室5内は氷点下の冷凍温度帯(例えば、−18℃)であるため、扉3a、4a、5aを開いた場合、冷蔵庫本体前面16の開口周縁部に外気が触れて冷却されることで露点以下となり、冷蔵庫本体前面16に結露しやすい状態となる。さらに、冷蔵庫本体前面16に結露した状態で扉3a、4a、5aを閉じると、ドアパッキン15と冷蔵庫本体前面16との間の水滴が氷点下に冷却され、凍結するおそれがある。
図2に示すように(適宜図3参照)、冷却器7は、下段冷凍室5の略背部に備えられた冷却器収納室8内に設けられている。冷却器7は、冷却器配管7aに多数のフィンが取り付けられて構成され、冷却器配管7a内の冷媒と空気との間で熱交換することができるようになっている。
図2および図3に示すように、断熱箱体10の下部背面側には、機械室50が設けられている。図3に示すように、機械室50には、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機51と、冷媒と空気とを熱交換させる凝縮器52と、凝縮器52における冷媒と空気の熱交換を促進させる庫外送風機53と、細管である減圧手段54と、冷媒切替弁60と、が配置されている。
図2に示すように、冷蔵庫本体1の天井壁上面側には、制御手段として、CPU、ROMやRAM等のメモリ、インターフェース回路等を搭載した制御手段である制御基板41が配置されている。冷蔵庫には、庫外の温度環境(外気温度)を検知する外気温度センサ42、庫外の湿度環境(外気湿度)を検知する外気湿度センサ43、冷蔵室2の温度を検出する冷蔵室温度センサ44、野菜室6の温度を検出する野菜室温度センサ45、冷凍温度帯室(製氷室3、上段冷凍室4および下段冷凍室5)の温度を検出する冷凍室温度センサ46、冷却器7の温度を検出する冷却器温度センサ47等の温度センサが設けられ、検出した温度が制御基板41に入力されるようになっている。また、制御基板41は、扉2a、2b、3a、4a、5a、6aの開閉状態をそれぞれ検知する扉センサ(図示せず)、冷蔵室扉2aに設けたコントロールパネル40(図1参照)と接続されている。
次に、第1実施形態に係る冷媒切替弁60(図8等参照)を備える冷蔵庫の冷媒経路(冷媒回路)について、図5から図7を用いて説明する。
図5に示すように、第1モードにおいて、冷媒切替弁60は、流入口Aと連通口Bとが連通し(冷媒流れL1)、連通口Cと連通口Dとが連通する(冷媒流れL2)ようになっている。
図6に示すように、第2モードにおいて、冷媒切替弁60は、流入口Aと連通口Cとが連通し(連通L3)、連通口Bおよび連通口Dは、他と連通しないようになっている。また、第2モードにおいて、圧縮機51は停止している状態となっている。
図7に示すように、第3モードにおいて、冷媒切替弁60は、流入口Aと連通口Dとが連通し(冷媒流れL4)、連通口Bおよび連通口Cは、他と連通しないようになっている。
次に、第1実施形態に係る冷媒切替弁60の構成と動作について、図8から図12を用いて説明する。
第一の弁座プレート67aと第二の弁座プレート67bとは、同軸に配置されており、第一の弁座プレート67aと第二の弁座プレート67bの中心位置には、弁体軸71の嵌合孔であるロータ軸穴72が第二の弁座プレート67bを貫通しないよう形成されている。また、弁ケース66上部の円筒有底部の略中央には、凹部であるロータ軸受73が形成されている。弁体軸71は、一端がロータ軸穴72に嵌合して支持されるとともに、他端がロータ軸受73と嵌合して支持される。
ここで、ロータ駆動部先端76が弁体80と接触する位置は、弁体軸71の近傍であるため、弁体80は回転軸近傍で弁座プレート67に対して軸方向に押圧されるので、均一でバランスよく押圧されるようになっている。
次に、弁体80による連通口B、C、Dの開閉動作について図13から図15を用いて説明する。なお、図13から図15において、説明のために弁座プレート67と接する弁体摺接面81にはハッチングを付加して図示している。
冷媒切替弁60が第1状態(図13(A)参照)において、流入口Aから流入した冷媒は弁ケース66内を介して連通口Bへと流れることができるようになっている。また、連通口Cから流入した冷媒は、連通凹部82を介して連通口Dへと流れることができるようになっている。
即ち、冷媒切替弁60を第1状態(図13(A)参照)とすることにより、冷媒経路を第1モード(図5参照)とすることができる。
冷媒切替弁60が第2状態(図14(A)参照)において、流入口Aと連通口Cとは弁ケース66内を介して連通するようになっている。また、連通口Bは弁体摺接面81で閉塞された状態となっている。また、連通口Cは連通凹部82と連通するものの、他の連通口とは接続されておらず、閉塞された状態となっている。
即ち、冷媒切替弁60を第2状態(図14(A)参照)とすることにより、冷媒経路を第2モード(図6参照)とすることができる。
冷媒切替弁60が第3状態(図15(A)参照)において、流入口Aと連通口Dとは弁ケース66内を介して連通するようになっている。また、連通口Bは連通凹部82と連通するものの、他の連通口とは接続されておらず、閉塞された状態となっている。また、連通口Cは弁体摺接面81で閉塞された状態となっている。
即ち、冷媒切替弁60を第3状態(図15(A)参照)とすることにより、冷媒経路を第3モード(図7参照)とすることができる。
図13から図15により説明したように、第1実施形態に係る冷媒切替弁60は、弁体80を切り替えることにより、流入管68(流入口A)と連通管69b(連通口B)が連通するとともに、連通管69c(連通口C)と連通管69d(連通口D)が連通する第1状態(図13(A)参照)と、流入管68(流入口A)と連通管69c(連通口C)が連通するとともに、連通管69b(連通口B)と連通管69d(連通口D)が閉塞する第2状態(図14(A)参照)と、流入管68(流入口A)と連通管69d(連通口D)が連通するとともに、連通管69b(連通口B)と連通管69c(連通口C)が閉塞する第3状態(図15(A)参照)と、切り替えることができる。これにより、冷媒の切替性能が向上した冷媒切替弁60を提供することができる。また、この冷媒切替弁60を備える機器(冷蔵庫)の実使用状態に即して、冷媒の切り替えが可能となる。
次に、第2実施形態に係る冷媒切替弁およびこれを備える機器について、図16から図21を用いて説明する。
図16は、第2実施形態に係る冷媒切替弁を用いた冷媒経路の第1モードを示す図である。
図16に示すように、第1モードにおいて、冷媒切替弁60は、流入口Aと連通口Bとが連通し(冷媒流れL1)、連通口Cと連通口Dとが連通する(冷媒流れL2)ようになっている。即ち、図5に示す第1実施形態の第1モードと同様であり、説明を省略する。
図17は、第2実施形態に係る冷媒切替弁を用いた冷媒経路の第2モードを示す図である。
図17に示すように、第2モードにおいて、冷媒切替弁60は、連通口Bと連通口Cとが連通し(連通L5)、流入口Aおよび連通口Dは、他と連通しないようになっている。また、第2モードにおいて、圧縮機51は停止している状態となっている。即ち、図6に示す第1実施形態の第2モードとは、連通する位置が異なっている。
図18は、第2実施形態に係る冷媒切替弁を用いた冷媒経路の第3モードを示す図である。
図18に示すように、第3モードにおいて、冷媒切替弁60は、流入口Aと連通口Dとが連通し(冷媒流れL4)、連通口Bおよび連通口Cは、他と連通しないようになっている。即ち、図7に示す第1実施形態の第3モードと同様であり、説明を省略する。
次に、第2実施形態に係る冷媒切替弁の弁体80による連通口B、C、Dの開閉動作について図19から図21を用いて説明する。なお、図19から図21において、説明のために弁座プレート67と接する弁体摺接面81にはハッチングを付加して図示している。図19(A)、図20(A)および図21(A)は、図8の矢印G方向から見たアイドラギヤ79、弁体80、流入口A、連通口B、連通口C、連通口Dの位置関係を説明する図である。図19(A)は、弁体80で覆われた連通口Cおよび連通口Dが連通凹部82で連通するとともに、連通口Bが弁ケース66内部に開口した第1状態である。図20(A)は、連通口B、連通口Cおよび連通口Dが弁体80で覆われるとともに、連通口Bおよび連通口Cが連通凹部82で連通する第2状態である。図21(A)は、連通口Bおよび連通口Cが弁体80で覆われるとともに、連通口Dが弁ケース66内部に開口した第3状態である。
冷媒切替弁60が第1状態(図19(A)参照)において、流入口Aから流入した冷媒は弁ケース66内を介して連通口Bへと流れることができるようになっている。また、連通口Cから流入した冷媒は、連通凹部82を介して連通口Dへと流れることができるようになっている。
即ち、第2実施形態に係る冷媒切替弁60を第1状態(図19(A)参照)とすることにより、冷媒経路を第1モード(図16参照)とすることができる。
冷媒切替弁60が第2状態(図20(A)参照)において、連通口Bと連通口Cとは連通凹部82を介して連通するようになっている。また、連通口Dは弁体摺接面81で閉塞された状態となっている。このように、連通口B、連通口Cおよび連通口Dは、弁体80で覆われており、流入口Aは連通口と接続されておらず、閉塞された状態となっている。
即ち、第2実施形態に係る冷媒切替弁60を第2状態(図20(A)参照)とすることにより、冷媒経路を第2モード(図17参照)とすることができる。
冷媒切替弁60が第3状態(図20(A)参照)において、流入口Aと連通口Dとは弁ケース66内を介して連通するようになっている。また、連通口Bは連通凹部82と連通するものの、他の連通口とは接続されておらず、閉塞された状態となっている。また、連通口Cは弁体摺接面81で閉塞された状態となっている。
即ち、第2実施形態に係る冷媒切替弁60を第3状態(図21(A)参照)とすることにより、冷媒経路を第3モード(図18参照)とすることができる。
図19から図21により説明したように、第2実施形態に係る冷媒切替弁は、弁体80を切り替えることにより、流入管68(流入口A)と連通管69b(連通口B)が連通するとともに、連通管69c(連通口C)と連通管69d(連通口D)が連通する第1状態(図19(A)参照)と、連通管69b(連通口B)と連通管69c(連通口C)が連通するとともに、連通管69d(連通口D)が閉塞する第2状態(図20(A)参照)と、流入管68(流入口A)と連通管69d(連通口D)が連通するとともに、連通管69b(連通口B)と連通管69c(連通口C)が閉塞する第3状態(図21(A)参照)と、切り替えることができる。これにより、冷媒の切替性能が向上した冷媒切替弁を提供することができる。また、この冷媒切替弁を備える機器(冷蔵庫)の実使用状態に即して、冷媒の切り替えが可能となる。
次に、第3実施形態に係る冷媒切替弁について図22を用いて説明する。なお、図22において、説明のために弁座プレート67と接する弁体摺接面81Aにはハッチングを付加して図示している。図22(A)は第3実施形態に係る冷媒切替弁の第1状態の内部構成を示す説明図であり、図22(B)は第3実施形態に係る冷媒切替弁の第2状態の内部構成を示す説明図であり、図22(C)は第3実施形態に係る冷媒切替弁の第3状態の内部構成を示す説明図である。
次に、第4実施形態に係る冷媒切替弁について図23および図24を用いて説明する。なお、図24において、説明のために弁座プレート67と接する弁体摺接面81Bにはハッチングを付加して図示している。図23は、第4実施形態に係る冷媒切替弁が備える弁体80Bの斜視図である。図24(A)は第4実施形態に係る冷媒切替弁の第1状態の内部構成を示す説明図であり、図24(B)は第4実施形態に係る冷媒切替弁の第2状態の内部構成を示す説明図であり、図24(C)は第4実施形態に係る冷媒切替弁の第3状態の内部構成を示す説明図である。図24(D)は第4実施形態に係る冷媒切替弁の第4状態の内部構成を示す説明図である。
次に、第5実施形態に係る冷媒切替弁について図25を用いて説明する。なお、図25において、説明のために弁座プレート67と接する弁体摺接面81Aにはハッチングを付加して図示している。
図25(A)は第5実施形態に係る冷媒切替弁の第1状態の内部構成を示す説明図であり、図25(B)は第5実施形態に係る冷媒切替弁の第2状態の内部構成を示す説明図である。
次に、第6実施形態に係る冷媒切替弁について図26および図27を用いて説明する。なお、図26(A)および図27(A)において、説明のために弁座プレート67と接する弁体摺接面81Cにはハッチングを付加して図示している。
図26(A)は第6実施形態に係る冷媒切替弁の第1状態の内部構成を示す説明図であり、図27(A)は第6実施形態に係る冷媒切替弁の第2状態の内部構成を示す説明図である。
図26(B)は第6実施形態に係る冷媒切替弁と冷媒回路の第1モードを説明する図であり、図27(B)は第6実施形態に係る冷媒切替弁と冷媒回路の第2モードを説明する図である。
次に、第1実施形態から第6実施形態に係る冷媒切替弁60の弁座構造について、図28を用いて更に説明する。
図28は、冷媒切替弁の第二の弁座プレート67bと弁体80と連通管69の断面を示す拡大部分断面図である。
これにより、溶接時の熱が最も伝わりにくく温度上昇しにくい位置に弁体80が配置されているので、弁ケース66と第一の弁座プレート67aの接合時における弁体80の熱変形を防止するという効果がある。
ここで、連通凹部82の断面寸法として、図28に示す連通凹部82の幅wを、概ね連通孔88の直径d0と等しいかやや大きい値とし、図28に示す連通凹部82の深さhを概ねwと等しい寸法とすることが望ましい。
このような寸法とすることで、冷媒が連通口Cから連通凹部82に流入する際に、流路が急拡大して圧力損失を生じることを防止でき、あるいは逆に、流路が縮小されて流速が高まり動圧が上昇して弁体80が浮上することを防止できるので好適である。
次に、図29(適宜図7、図15(B)等)を用いて、冷媒経路(冷媒回路)に所謂液封が生じた場合について説明する。ここで、液封とは、両端が閉じられた冷媒回路、即ち閉回路が液体の冷媒で満たされ、その後温度上昇して冷媒が熱膨張することで冷媒回路配管内部や弁体内部に高圧が生じる現象である。
なお、連通管69内の圧力が異常に上昇することを防止する効果は、連通管69内が液体冷媒で満たされる液封の状態に限られるものではなく、連通管69内部は気体のみまたは気体と液体の混合状態であって、温度上昇によって熱膨張して圧力が上昇した場合にも同様な効果がある。
次に、弁体80の弁体摺接面81について、図30を用いて更に説明する。
図30は、第1実施形態に係る冷媒切替弁60の弁体摺接面81と連通口B、C、Dとの関係を示す図であり、(A)は第1状態、(B)は第1状態から第2状態への遷移時の状態、(C)は第2状態、(D)は第2状態から第3状態への遷移時の状態、(E)は第3状態である。
17 結露防止配管(冷媒流通部)
51 圧縮機
52 凝縮器
54 減圧手段
55 第一冷媒配管
56 第二冷媒配管
57 第三冷媒配管
58 第1熱交換器
59 第2熱交換器
60 冷媒切替弁
61 ステータケース
62 ステータ
63 コネクタケース
64 コネクタピン
65 コネクタ
66 弁ケース(ケース)
67 弁座プレート(ケース)
67a 第一の弁座プレート
67b 第二の弁座プレート(弁座)
68 流入管
69、 連通管
69b 連通管(第1連通管)
69c 連通管(第2連通管)
69d 連通管(第3連通管)
70 ロータ
71 弁体軸
72 ロータ軸穴
73 ロータ軸受
74 ロータ駆動部
75 ロータピニオンギヤ
76 ロータ駆動部先端
77 ロータ駆動軸穴
78 アイドラ軸
79 アイドラギヤ
79a アイドラピニオン
79b アイドラ大歯車
79c アイドラストッパ
80 弁体
81 弁体摺接面
82 連通凹部
83 弁体ギヤ
84 ストッパ
85 弁体軸穴
86 板バネ(付勢手段)
87 連通管穴
88 連通孔
A 流入口(流入菅接続部)
B、C、D 連通口(連通管接続部)
Claims (6)
- 弁体軸まわりに揺動自在に支持される弁体と、
前記弁体を内在するケースと、
前記ケースの一端に設けられた弁座と、
前記ケース内部に一端を開口して、流入管が接続される流入管接続部と、
前記弁座の前記ケース内部に一端を開口して、連通管が接続される連通管接続部と、
前記ケースの外周に設けられたステータと、
前記ケースに内在し、前記弁体の前記弁体軸と同軸に回転自在に支持されるロータと、
前記ロータの回転を前記弁体に伝達し、前記弁体軸とは異なるアイドラ軸まわりに回転
自在に支持されるアイドラギヤと、を備え、
前記弁体は、一面に前記弁座に摺動する弁体摺接面が設けられ、かつ、前記弁座から離
れた側に弁体ギヤを有し、
前記ロータは、前記弁体の上面に載置され、
前記ロータを前記弁体軸に沿って前記弁体方向に付勢する付勢手段をさらに備え、
前記ロータと一体として回転するロータ駆動部には、円周状に突起部が形成されており、
前記アイドラギヤには、前記ロータ駆動部に設けられた突起部に当接する別の突起部が形成されている
ことを特徴とする冷媒切替弁。 - 前記弁体軸は、
前記弁体を揺動自在に支持するとともに、前記ロータを回転自在に支持し、
前記弁座に設けられた有底の軸穴に嵌合され、前記ケースの他端に設けられた軸受で固定される
ことを特徴とする請求項1に記載の冷媒切替弁。 - 前記連通管接続部は、
第1連通管、第2連通管、および第3連通管が接続され、
前記弁体は、
前記流入管と前記第1連通管を連通し、前記第2連通管と前記第3連通管を連通する第1状態と、
前記流入管と前記第2連通管を連通し、前記第1連通管および前記第3連通管を閉塞する第2状態と、
前記流入管と前記第3連通管を連通し、前記第1連通管および前記第2連通管を閉塞する第3状態と、を切り替える
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の冷媒切替弁。 - 前記連通管接続部は、
第1連通管、第2連通管、および第3連通管が接続され、
前記弁体は、
前記流入管と前記第1連通管を連通し、前記第2連通管と前記第3連通管を連通する第1状態と、
前記第1連通管と前記第2連通管を連通し、前記第3連通管を閉塞する第2状態と、
前記流入管と前記第3連通管を連通し、前記第1連通管および前記第2連通管を閉塞する第3状態と、を切り替える
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の冷媒切替弁。 - 減圧手段と、
前記減圧手段の下流に配置された蒸発器と、
前記蒸発器の下流に配置された圧縮機と、
前記圧縮機の下流に配置された凝縮器と、
冷媒が流通可能な冷媒流通部と、
前記減圧手段の上流側、前記凝縮器の下流側、前記冷媒流通部の一端、および前記冷媒
流通部の他端が接続される冷媒切替弁と、を備え、
前記冷媒切替弁は、
弁体軸まわりに揺動自在に支持される弁体と、
前記弁体を内在するケースと、
前記ケースの一端に設けられた弁座と、
前記ケース内部に一端を開口して、流入管が接続される流入管接続部と、
前記弁座の前記ケース内部に一端を開口して、連通管が接続される連通管接続部と、
前記ケースの外周に設けられたステータと、
前記ケースに内在し、前記弁体の前記弁体軸と同軸に回転自在に支持されるロータと、
前記ロータの回転を前記弁体に伝達し、前記弁体軸とは異なるアイドラ軸まわりに回転自在に支持されるアイドラギヤと、を備え、
前記弁体は、一面に前記弁座に摺動する弁体摺接面が設けられ、かつ、前記弁座から離れた側に弁体ギヤを有し、
前記弁体軸は、
前記弁体を揺動自在に支持するとともに、前記ロータを回転自在に支持し、
前記弁座に設けられた有底の軸穴に嵌合され、前記ケースの他端に設けられた軸受で固定される
ことを特徴とする機器。 - 減圧手段と、
前記減圧手段の下流に配置された蒸発器と、
前記蒸発器の下流に配置された圧縮機と、
前記圧縮機の下流に配置された凝縮器と、
冷媒が流通可能な冷媒流通部と、
前記減圧手段の上流側、前記凝縮器の下流側、前記冷媒流通部の一端、および前記冷媒
流通部の他端が接続される冷媒切替弁と、を備え、
前記冷媒切替弁は、
弁体軸まわりに揺動自在に支持される弁体と、
前記弁体を内在するケースと、
前記ケースの一端に設けられた弁座と、
前記ケース内部に一端を開口して、流入管が接続される流入管接続部と、
前記弁座の前記ケース内部に一端を開口して、連通管が接続される連通管接続部と、
前記ケースの外周に設けられたステータと、
前記ケースに内在し、前記弁体の前記弁体軸と同軸に回転自在に支持されるロータと、
前記ロータの回転を前記弁体に伝達し、前記弁体軸とは異なるアイドラ軸まわりに回転自在に支持されるアイドラギヤと、を備え、
前記弁体は、一面に前記弁座に摺動する弁体摺接面が設けられ、かつ、前記弁座から離れた側に弁体ギヤを有し、
前記冷媒切替弁は、
前記凝縮器の下流側と前記冷媒流通部の一端を連通させるとともに、前記冷媒流通部の他端と前記減圧手段の上流側を連通させる第1モードと、
前記減圧手段の上流側への連通を閉塞する第2モードと、
前記冷媒流通部を経由せずに、前記凝縮器の下流側と前記減圧手段の上流側を連通させる第3モードと、を切り替える
ことを特徴とする機器。
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