JP6559041B2 - 電磁式四方切換弁及びそれを備えた冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、一つの流入ポートと三つの流出ポートとを有する電磁式四方切換弁及びそれを備えた冷凍サイクルに係り、特に、自動販売機等に使用するのに好適なものに関する。

例えば、相互に独立した三つの室（保温保冷庫）を持つ飲料等の自動販売機においては、季節（需要）に応じて各室の温度を調節（コールド−ホット）する必要がある。このような自動販売機において、各室をコールド状態に冷却保冷するには、通常、圧縮機、凝縮器（室外熱交換器）、三つの蒸発器（室内熱交換器）、及び膨張弁やキャピラリーチューブ等の絞り手段等で構成される冷凍サイクルが用いられている。

かかる冷凍サイクルが用いられた自動販売機において、例えば、三つの室（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）のうちの２室（例えばＲ１とＲ２）をコールド状態にするモードと、三つの室のうちの一つのみをコールド状態にする三つのモードとの計四つのモードをとり得るようにするためには、凝縮器からの高圧冷媒を各室に配置された蒸発器に選択的に振り分ける必要がある。

従来、かかる振り分けには、複数個の開閉弁や三方切換弁等が用いられている。しかし、このように複数個の弁を用いると、配管系が複雑になるとともに、占有スペースが増大し、設置コスト、部品コスト等が嵩み、また、電力消費量も大きくなるという問題がある。

このような問題を解消すべく、特許文献１には、前記振り分けを行い得る電動式四方切換弁が提案されている。

なお、前記のような冷凍サイクルを備えた自動販売機においては、通常、各室（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）に、加熱保温（ホット）の状態にするための電熱式のヒーターも配設されており、各室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を、前記冷凍サイクルを用いてコールドの状態にするか、前記ヒーターを用いてホットの状態にするかを任意に選択できるようになっている。

特開２００１−３２５６５１号公報

しかしながら、前記特許文献１に所載の電動式四方切換弁を前記冷凍サイクルに使用するには次のような課題がある。
（１）すなわち、ステッピングモータを用いた電動式の四方切換弁は、専用のコントローラが必要となり、制御系のコストが大となる。
（２）ステッピングモータを用いた電動式のものは、１回転するのに数秒かかるので、電磁式のものに比べて流路切換に長時間を要する。
（３）弁体の接触面積、受圧面積が大きく、高圧冷媒中で弁体を弁シート面に押し付けながら回動させる構成であるので、大きな摩擦抵抗を受け、弁体が摩耗しやすく、切換動作の確実性、耐久性等に問題を生じやすい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、配管系、制御系の簡素化、低コスト化を図ることができるとともに、切換動作を迅速かつ確実に行うことができ、耐久性や省エネ性も向上させることのできる電磁式四方切換弁及びそれを備えた冷凍サイクルを提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る電磁式四方切換弁は、基本的には、一つの流入ポートと三つの流出ポートとが開口する弁室を有する弁ケースに横並びに外嵌固定された二つの電磁コイルと、前記弁ケースに直列的に内装された二つのプランジャと、該二つのプランジャのうちの一方に連動して前記三つの流出ポートのうちの一つを開閉する第１弁体と、前記二つのプランジャのうちの他方に連動して前記三つの流出ポートのうちの他の一つを開閉する第２弁体と、前記二つのプランジャに連動して前記三つの流出ポートのうちの残りの一つを開閉する第３弁体とを備え、前記二つの電磁コイルへの通電を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、前記三つの流出ポートのうちの二つを開く一つのモードと、前記三つの流出ポートのうちの一つのみを開く三つのモードとの計四つのモードをとり得るようにされる。

より具体的には、弁ケースの一端側に第１電磁コイルと第２電磁コイルとが横並びに外嵌固定されるとともに、一端側から順次、吸引子、圧縮コイルばねからなる第１ばね、第１プランジャ、圧縮コイルばねからなる第２ばね、及び、第２プランジャが直列的に内装され、前記第２プランジャより他端側に、その弁シート面に第１流出ポートと第２流出ポートが横並びに開口せしめられた第１弁座が設けられるとともに、前記弁ケースの他端部に、第３流出ポートが開口せしめられた、蓋部材を兼ねる第２弁座が設けられ、前記弁ケースにおける前記第２プランジャと前記第２弁座との間に弁室が画成されるとともに、該弁室に流入ポートが開口せしめられ、前記第１及び第２プランジャに連動してそれぞれ前記第１及び第２流出ポートを開閉すべくスライド式の第１弁体及び第２弁体が前記第１弁座の弁シート面に対接せしめられるとともに、前記第３流出ポートを開閉すべく接離式の第３弁体が前記第２弁座に対向配置され、前記第３弁体は、該第３弁体と前記第２弁座との間に縮装された開弁ばねにより常時開弁方向に付勢されるとともに、前記第１プランジャ及び／又は前記第２プランジャにより閉弁方向に押動されるように構成され、前記第１及び第２電磁コイルへの通電を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、前記第１ないし第３流出ポートのうちの二つを開く一つのモードと、前記第１ないし第３流出ポートのうちの一つのみを開く三つのモードとの計四つのモードをとり得るようにされる。

また、本発明に係る冷凍サイクルは、例えば、圧縮機、凝縮器、及び三つの蒸発器を具備して構成されるもので、前記凝縮器と前記三つの蒸発器との間に上記本発明に係る電磁式四方切換弁が配備され、前記凝縮器と前記電磁式四方切換弁における前記流入ポートとが接続されるとともに、前記電磁式四方切換弁における前記三つの流出ポートがそれぞれ膨張弁あるいは絞り手段を介して前記三つの蒸発器に接続されていることを特徴としている。

本発明に係る電磁式四方切換弁では、二つの電磁コイルへの通電を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、三つの流出ポートのうちの二つを開く一つのモードと、三つの流出ポートのうちの一つのみを開く三つのモードとの計四つのモードをとり得るようにされるので、冷媒の振り分けに、複数個の開閉弁や三方切換弁等を用いる場合や、電動式の四方切換弁を用いる場合に比べて、配管系、制御系の簡素化、低コスト化を図ることができるとともに、切換動作を迅速かつ確実に行うことができ、耐久性や省エネ性も向上させることができる。

また、上記のような構成を有する電磁式四方切換弁を使用した冷凍サイクル並びに自動販売機では、流路構成や制御系をシンプルなものとすることができる等の効果を奏する。

上記した以外の、課題、構成、及び作用効果は、以下の実施形態により明らかにされる。

本発明に係る電磁式四方切換弁の一実施形態（の第１モード状態）を、それが使用された冷凍サイクルと共に示す部分平面図付き全体断面図。 図１に示される第１弁体ホルダの構成及び動作説明に供される図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は第１プランジャが非吸引位置にある状態を示す、（Ａ）のＢ−Ｂ矢視線に従う断面図、（Ｃ）は第１プランジャが吸引位置にある状態を示す断面図。 図１に示される第３弁体及び第２弁座周りの構成及び動作説明に供される図であり、（Ａ）は第３弁体が閉位置にある状態を示す部分拡大断面図、（Ｂ）は第３弁体が開位置にある状態を示す部分拡大断面図。 図１に示される第２弁体ホルダの構成及び動作説明に供される図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は第２プランジャが非吸引位置にある状態を示す、（Ａ）のＢ−Ｂ矢視線に従う断面図、（Ｃ）は第２プランジャが第１吸引位置にある状態を示す断面図、（Ｄ）は第２プランジャが第２吸引位置にある状態を示す断面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ−Ｅ矢視線に従う断面図。 本発明に係る電磁式四方切換弁の一実施形態（の第２モード状態）を、それが使用された冷凍サイクルと共に示す部分平面図付き全体断面図。 本発明に係る電磁式四方切換弁の一実施形態（の第３モード状態）を、それが使用された冷凍サイクルと共に示す部分平面図付き全体断面図。 本発明に係る電磁式四方切換弁の一実施形態（の第４モード状態）を、それが使用された冷凍サイクルと共に示す部分平面図付き全体断面図。 図１に示される電磁式四方切換弁の各部の状態及び位置をモード毎に示す一覧表。

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、図５、図６、図７は、それぞれ、本発明に係る電磁式四方切換弁の一実施形態（の第１、第２、第３、及び第４モード状態）を、それが使用された自動販売機の冷凍サイクルと共に示す部分平面図付き全体断面図である。

なお、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際に冷凍サイクルに組み込まれた状態での位置、方向を指すとは限らない。

また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、各構成部材の寸法に比べて大きくあるいは小さく描かれている場合がある。

図示実施形態の電磁式四方切換弁１は、円筒管からなる弁ケース１０を有し、この円筒状の弁ケース１０の左端側外周に、例えば導線の巻き数、巻き方向が同じ第１電磁コイル１１と第２電磁コイル１２とが横並び（直列的）に配在されている。弁ケース１０には、左端側から順次、吸引子１５、圧縮コイルばねからなる第１ばね１６、第１プランジャ２１、圧縮コイルばねからなる第２ばね１７、及び、第２プランジャ２２が直列的に内装されている。弁ケース１０の左端部は、吸引子１５の鍔状部（外周段丘部）に溶接等により密封接合されている。なお、第１電磁コイル１１及び第２電磁コイル１２としては、通電時においてそれぞれのコイルの極性又は極方向（＋、−）が同一方向に設定されていればよく、また、吸引力は同一である必要はないので、導線の巻き数、巻き方向は同じである必要はない。

吸引子１５には、第１電磁コイル１１及び第２電磁コイル１２が収納された断面溝形状のコイルケース１８の一端側板状部が、前記吸引子１５にねじ込まれたボルト１９により締め付け固定されており、これにより、第１電磁コイル１１及び第２電磁コイル１２が弁ケース１０にしっかりと外嵌固定されている。コイルケース１８の左右方向中央部には、第１電磁コイル１１と第２電磁コイル１２とを仕切るように共通隔壁部１８ａが設けられている。また、各電磁コイル１１、１２の外周は樹脂モールド１３で封止されている。ここでは、第１電磁コイル１１、第２電磁コイル１２、及び、第１電磁コイル１１と第２電磁コイル１２とを仕切る共通隔壁部１８ａが、一回のモールド成形（インサート）によって一つのコイルとして構成されている。

第１プランジャ２１は、断面横倒しＨ形とされ、また、第２プランジャ２２は、断面横倒し凹形状とされ、第１プランジャ２１及び第２プランジャ２２は、それぞれ第１弁体３１及び第２弁体３２を伴って（後述）、弁ケース１０内を軸方向（弁ケース１０の中心線に沿う方向）に摺動自在に配在されており、第１ばね１６は吸引子１５と第１プランジャ２１との間に縮装されて第１プランジャ２１を吸引子１５から引き離す方向に付勢し、第２ばね１７は第１プランジャ２１と第２プランジャ２２との間に縮装されて第２プランジャ２２を第１プランジャ２１から引き離す方向に付勢するようになっている。ここでは、第１ばね１６の付勢力が第２ばね１７の付勢力より大きく設定されている。

第１プランジャ２１の右端部には、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２とが直接接触することを阻止、言い換えれば、両者間に若干の間隙をあけるべく、合成樹脂等の非磁性材料からなる短円筒状の接触阻止部材２４が圧入やかしめ等により一体に結合されている（接触阻止状態は図５、図７を参照）。なお、接触阻止部材としては、上記構成のものに限られず、合成樹脂等の非磁性材料からなるシート状ないし板状のものを、それらのうちの一方の接触する可能性のある面に固定する、あるいは接触する可能性のある面間に介装する等の構成を採用してもよい。

第１プランジャ２１は、後述するように、第１電磁コイル１１と第２電磁コイル１２への通電状態（ＯＮ／ＯＦＦ）に応じて、その左端が吸引子１５から離れた非吸引位置［Ｘ０］（図１、図５）と、その左端が吸引子１５に吸着した吸引位置［Ｘ１］（図６、図７）とを選択的にとり得るようにされている。この例においては、第１プランジャ２１が非吸引位置［Ｘ０］をとるときは、その左端は第１電磁コイル１１の中央部よりやや左寄りに位置し、その右端は第２電磁コイル１２の左側に１／４程度入り込んでいる。

また、第２プランジャ２２は、後述するように、第１電磁コイル１１と第２電磁コイル１２への通電状態（ＯＮ／ＯＦＦ）に応じて、その左端が吸引子１５及び第１プランジャ２１から最も遠ざけられた非吸引位置［Ｙ０］（図１、図６）と、非吸引位置［Ｘ０］にある第１プランジャ２１に近づけられた（接触阻止部材２４に接当した）第１吸引位置［Ｙ１］（図５）と、吸引位置［Ｘ１］にある第１プランジャ２１に近づけられた（接触阻止部材２４に接当した）第２吸引位置［Ｙ２］（図７）とを選択的にとり得るようにされている。この例においては、第２プランジャ２２が非吸引位置［Ｙ０］をとるときは、その左端は第２電磁コイル１２の中央部付近に位置し、その右端はコイルケース１８の右端より若干右側に突出している。

一方、弁ケース１０の右端開口部には、後述する第３弁体３３により開閉される第３流出ポートｐ３が開口せしめられた、蓋部材を兼ねる断面横倒し凸形状の第２弁座４２が溶接等により固着され、弁ケース１０における第２プランジャ２２と第２弁座４２との間に弁室４０が画成されている。

また、弁ケース１０における第２プランジャ２２と第２弁座４２との間（の弁室４０内）には、その上面が平坦な弁シート面とされた第１弁座４１がろう付け等により気密的に接合されており、この第１弁座４１の弁シート面には、左側から順次、第１流出ポートｐ１と第２流出ポートｐ２とが所定間隔をあけて開口せしめられるとともに、第１弁座４１の右端部には流入ポートｐ１０が横向きに（右端側へ向けて開口するように）開口せしめられている。なお、第１弁座４１の右端部における流入ポートｐ１０の周りには、金属製のフィルタ４４がスポット溶接等により固着されている。前記第１流出ポートｐ１、第２流出ポートｐ２、流入ポートｐ１０及び前記第２弁座４２に開口せしめられた第３流出ポートｐ３には、それぞれに連通するように細管＃１、＃２、＃１０、＃３（の一端部）が気密的に挿着固定されている。

そして、第１弁座４１の弁シート面上には、左側に平面視円形のスライド式の第１弁体３１が、また、右側に第１弁体３１より横長で高さ（厚み）も高い平面視レーストラック形で段付きのスライド式の第２弁体３２がそれぞれ摺動自在に対接せしめられている。

第１弁体３１は、第１流出ポートｐ１を開閉するためのもので、その下端部には第１流出ポートｐ１を真上から覆い得る大きさの凹部が設けられている。第２弁体３２は、第２流出ポートｐ２を開閉するためのもので、その下端部には第１弁体３１のものより横長で第２流出ポートｐ２を真上から覆い得る大きさの凹部が設けられている。

また、第１プランジャ２１には、第２プランジャ２２にその円柱状の左側半体５５Ａの大径部５５ｂが摺動自在に嵌挿された第１弁体ホルダ５５の左端小径部５５ａがかしめ等により連結固定され、該左側半体５５Ａの右端には、板状の右側半体５５Ｂが一体に連設されている。

第１弁体ホルダ５５の右側半体５５Ｂ（の前記大径部５５ｂと概ね同幅の広幅部５５ｃ）の左端近くには、図１に加えて図２を参照すればよくわかるように、角丸矩形の開口５７が形成されており、該開口５７には、前記第１弁体３１が厚み方向に摺動可能に嵌合せしめられている。また、右側半体５５Ｂの中央部付近には、第２弁体３２が第２プランジャ２２に連動して左右方向に摺動する際に干渉しない大きさの細長い角丸矩形の開口５８が形成されている。また、右側半体５５Ｂの右端側は狭幅部５５ｄとされ、該狭幅部５５ｄの右端は、第１プランジャ２１に連動して後述する第３弁体３３に接離するようになっている。

また、第２プランジャ２２には、図１に加えて図４を参照すればよくわかるように、断面逆皿状の第２弁体ホルダ５６の左端部（二股状部５６ｃ）が止めねじあるいは圧入ピン等により連結固定され、該第２弁体ホルダ５６の中央部よりやや右寄りの部位には、第２弁体３２の上部が厚み方向に摺動可能に嵌合せしめられる平面視レーストラック形の開口５９が形成されている。また、第２弁体ホルダ５６の左端部及び右端部は二股状部５６ｃ、５６ｄとされ、右側の二股状部５６ｄの右端は、第２プランジャ２１に連動して後述する第３弁体３３に接離するようになっている。

第２弁体ホルダ５６の左側の二股状部５６ｃの間に第１弁体ホルダ５５の右側半体５５Ｂの広幅部５５ｃの左端部が嵌挿され、第２弁体ホルダ５６の右側の二股状部５６ｄの間に第１弁体ホルダ５５の右側半体５５Ｂの狭幅部５５ｄの右端部が嵌挿され、第１弁体ホルダ５５の右側半体５５Ｂの広幅部５５ｃの左端部と第２弁体ホルダ５６の左側の二股状部５６ｃ、並びに、第１弁体ホルダ５５の右側半体５５Ｂの狭幅部５５ｄの右端部と第２弁体ホルダ５６の右側の二股状部５６ｄとは、相互に（干渉せずに）摺動自在に嵌合する案内部となっている（直線移動案内兼横振れ抑制用）。

また、第２弁体ホルダ５６と第１弁体３１及び第２弁体３２との間には、第１弁体３１と第２弁体３２とをそれぞれ厚み方向（第１弁座４１に押し付ける方向）に付勢する皿ばね６６、６７が介装されている。

一方、前述した蓋部材を兼ねる第２弁座４２の内面（左面）側には、図３に拡大図示されているように、弁体案内筒４５の右端外周鍔状部がスポット溶接等により固定され、その弁体案内筒４５内に、第２弁座４２の第３流出ポートｐ３に接離してそれを開閉する円錐台状の弁体部３３ａを持つ接離式（ポペット型）の第３弁体３３が摺動自在に嵌挿されている。第３弁体３３は、該第３弁体３３と第２弁座４２との間に縮装された圧縮コイルばねからなる開弁ばね４７により常時開弁方向に付勢されるとともに、弁体案内筒４５の左端内周鍔状部４５ａにより抜止係止されるようになっている。また、第３弁体３３には、その開弁時に弁室４０に導入された冷媒を第３流出ポートｐ３に導くための厚み方向に貫通する通し溝３４が形成されている。

この第３弁体３３は、前述のように、弁体案内筒４５の左端内周鍔状部４５ａにより画成される左端開口を挿通する第１弁体ホルダ５５（の狭幅部５５ｄ）の右端及び第２弁体ホルダ５６（の二股状部５６ｄ）の右端により、開弁ばね４７の付勢力に抗して第２弁座４２側（右端側）に押動されるようになっている。

上記に加え、本実施形態の電磁式四方切換弁１が使用された自動販売機の冷凍サイクル１００は、例えば、圧縮機５、凝縮器６、及び、自動販売機の第１室Ｒ１、第２室Ｒ２、第３室Ｒ３にそれぞれ配置された三つの蒸発器Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を具備し、凝縮器６と三つの蒸発器Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３との間に当該電磁式四方切換弁１が配備され、凝縮器６と電磁式四方切換弁１における前記流入ポートｐ１０とが接続されるとともに、第１流出ポートｐ１、第２流出ポートｐ２、及び第３流出ポートｐ３がそれぞれ膨張弁７を介して前記三つの蒸発器Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３に接続されている。

各室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３における蒸発器Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の近傍にはファン（不図示）が配設され、ファンから蒸発器Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３に送風することにより、冷風を各室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に供給して、冷却保冷（コールド）の状態にするようになっている。

また、各室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３には、加熱保温（ホット）の状態にするための電熱式のヒーター（不図示）も配設されており、各室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をコールドの状態にするか、ホットの状態にするかを任意に選択できるようになっている。

上記のような構成とされた本実施形態の電磁式四方切換弁１では、図８の一覧表に示されているように、第１及び第２電磁コイル１１、１２への通電を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、第１、第２、第３流出ポートｐ１、ｐ２、ｐ３のうちの二つを開く第１モードと、第１、第２、第３流出ポートｐ１、ｐ２、ｐ３のうちの一つのみを開く第２、第３、及び第４モードの計四つのモードをとり得るようにされている。

以下、これについて詳細に説明する。

《第１モード＝第１電磁コイル１１：ＯＦＦ、第２電磁コイル１２：ＯＦＦ→図１》
第１電磁コイル１１及び第２電磁コイル１２への通電を共にＯＦＦにすると、図１（図２（Ａ）、（Ｂ）、図３（Ａ）、及び図４（Ａ）、（Ｂ））に示される如くに、第１ばね１６及び第２ばね１７の付勢力により、第１プランジャ２１に設けられた第１弁体ホルダ５５の右端（狭幅部５５ｄ）及び第２プランジャ２２に設けられた第２弁体ホルダ５６の右端（二股状部５６ｄ）が共に第３弁体３３に接当してこれを第３流出ポートｐ３を閉じる位置まで押動して停止した状態となる。このときは、第１プランジャ２１及び第２プランジャ２２に対して第２弁座４２がストッパの役目を果たす。

かかる状態では、第１プランジャ２１及び第２プランジャ２２が共に最右行位置である非吸引位置［Ｘ０］、［Ｙ０］をとる。この非吸引位置［Ｘ０］、［Ｙ０］では、第１プランジャ２１に連動する第１弁体３１が第１流出ポートｐ１を開き、第２プランジャ２２に連動する第２弁体３２が第２流出ポートｐ２を開き、かつ、上記のように第３弁体３３が第３流出ポートｐ３を閉じた状態となり、第１モードがとられる。

この第１モード時には、圧縮機５から高温高圧の冷媒が凝縮器６に導かれ、ここで室外空気と熱交換して凝縮し、凝縮器６から高圧の二相冷媒が、細管＃１０→電磁式四方切換弁１の流入ポートｐ１０→弁室４０を通り、第１流出ポートｐ１と第２流出ポートｐ２に導かれる。第１流出ポートｐ１に導かれた冷媒は、細管＃１を介して膨張弁７に導入され、この膨張弁７により高圧の冷媒が減圧され、減圧された低圧の冷媒が第１室Ｒ１の蒸発器Ｅ１に導かれ、ここで室内空気と熱交換（冷却）して蒸発し、蒸発器Ｅ１からは低温低圧の冷媒が圧縮機５の吸入側に戻される。

同様に、第２流出ポートｐ２に導かれた冷媒は、細管＃２を介して膨張弁７に導入され、この膨張弁７により高圧の冷媒が減圧され、減圧された低圧の冷媒が第２室Ｒ２の蒸発器Ｅ２に導かれ、ここで室内空気と熱交換（冷却）して蒸発し、蒸発器Ｅ２からは低温低圧の冷媒が圧縮機５の吸入側に戻される。

このように第１モード時には、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２の二室が冷却保冷されてコールドの状態となる。

《第２モード＝第１電磁コイル１１：ＯＦＦ、第２電磁コイル１２：ＯＮ→図５》
第１電磁コイル１１への通電をＯＦＦ、第２電磁コイル１２への通電をＯＮにすると、図５（図２（Ａ）、（Ｂ）、図３（Ａ）、及び図４（Ｃ））に示される如くに、第１プランジャ２１は、第２電磁コイル１２の磁界による磁気吸引力と第１ばね１６の付勢力とが合わさって第２ばね１７の付勢力より大きくなって右行力＞左行力となるため、第１プランジャ２１に設けられた第１弁体ホルダ５５の右端（狭幅部５５ｄ）が第３弁体３３に接当してこれを第３流出ポートｐ３を閉じる位置まで押動して停止した状態となり、第１プランジャ２１は最右行位置である前記非吸引位置［Ｘ０］をとったままであるのに対し、第２プランジャ２２は、第２電磁コイル１２の磁界による磁気吸引力の方が第２ばね１７の付勢力より大きくなって右行力＜左行力となるため、非吸引位置［Ｙ０］から左行して（第２弁体ホルダ５６の右端（二股状部５６ｄ）が第３弁体３３から離れて）、非吸引位置［Ｘ０］にある第１プランジャ２１に近づけられた（接触阻止部材２４に接当した）第１吸引位置［Ｙ１］をとる。

かかる状態では、第１プランジャ２１に連動する第１弁体３１が第１流出ポートｐ１を開くが、第２プランジャ２２に連動する第２弁体３２が第２流出ポートｐ２を閉じ、かつ、上記のように第３弁体３３が第３流出ポートｐ３を閉じた状態となり、第２モードがとられる。

この第２モード時には、圧縮機５から高温高圧の冷媒が凝縮器６に導かれ、ここで室外空気と熱交換して凝縮し、凝縮器６から高圧の二相冷媒が、細管＃１０→電磁式四方切換弁１の流入ポートｐ１０→弁室４０を通り、第１流出ポートｐ１のみに導かれ、第１流出ポートｐ１に導かれた冷媒は、細管＃１を介して膨張弁７に導入され、この膨張弁７により高圧の冷媒が減圧され、減圧された低圧の冷媒が第１室Ｒ１の蒸発器Ｅ１に導かれ、ここで室内空気と熱交換（冷却）して蒸発し、蒸発器Ｅ１からは低温低圧の冷媒が圧縮機５の吸入側に戻される。

このように第２モード時には、第１室Ｒ１のみが冷却保冷されてコールドの状態となる。

《第３モード＝第１電磁コイル１１：ＯＮ、第２電磁コイル１２：ＯＦＦ→図６》
第１電磁コイル１１への通電をＯＮ、第２電磁コイル１２への通電をＯＦＦにすると、図６（図２（Ｃ）、図３（Ａ）、及び図４（Ａ）、（Ｂ））に示される如くに、第１プランジャ２１は、第１電磁コイル１１の磁界による磁気吸引力の方が第１ばね１６の付勢力より大きくなって右行力＜左行力となるため、非吸引位置［Ｘ０］から左行して（第１弁体ホルダ５５の右端（狭幅部５５ｄ）が第３弁体３３から離れて）、吸引子１５に吸着した吸引位置［Ｘ１］をとるのに対し、第２プランジャ２２は、第１電磁コイル１２の磁界による磁気吸引力より第２ばね１７の付勢力の方が大きいため、右行力＞左行力となり、第２プランジャ２２に設けられた第２弁体ホルダ５６の右端（二股状部５６ｄ）が第３弁体３３に接当してこれを第３流出ポートｐ３を閉じる位置まで押動して停止した状態となり、第２プランジャ２２は、最右行位置である前記非吸引位置［Ｙ０］をとったままとなる。

かかる状態では、第１プランジャ２１に連動する第１弁体３１が第１流出ポートｐ１を閉じるが、第２プランジャ２２に連動する第２弁体３２が第２流出ポートｐ２を開き、かつ、上記のように第３弁体３３が第３流出ポートｐ３を閉じた状態となり、第３モードがとられる。

この第３モード時には、圧縮機５から高温高圧の冷媒が凝縮器６に導かれ、ここで室外空気と熱交換して凝縮し、凝縮器６から高圧の二相冷媒が、細管＃１０→電磁式四方切換弁１の流入ポートｐ１０→弁室４０を通り、第２流出ポートｐ２のみに導かれ、第２流出ポートｐ２に導かれた冷媒は、細管＃２を介して膨張弁７に導入され、この膨張弁７により高圧の冷媒が減圧され、減圧された低圧の冷媒が第２室Ｒ２の蒸発器Ｅ２に導かれ、ここで室内空気と熱交換（冷却）して蒸発し、蒸発器Ｅ２からは低温低圧の冷媒が圧縮機５の吸入側に戻される。

このように第３モード時には、第２室Ｒ２のみが冷却保冷されてコールドの状態となる。

《第４モード＝第１電磁コイル１１：ＯＮ、第２電磁コイル１２：ＯＮ→図７》
第１電磁コイル１１への通電をＯＮ、第２電磁コイル１２への通電もＯＮにすると、図７（図２（Ｃ）、図３（Ｂ）、及び図４（Ｄ））に示される如くに、第１電磁コイル１１の磁界と第２電磁コイル１２の磁界が合わさって（合体磁界）、第１プランジャ２１は、合体磁界による磁気吸引力の方が第１ばね１６の付勢力より大きくなって右行力＜左行力となるため、非吸引位置［Ｘ０］から左行して（第１弁体ホルダ５５の右端（狭幅部５５ｄ）が第３弁体３３から離れて）、吸引子１５に吸着した吸引位置［Ｘ１］をとり、また、第２プランジャ２２も、合体磁界による磁気吸引力の方が第２ばね１７の付勢力より大きくなって右行力＜左行力となるため、非吸引位置［Ｙ０］から左行して（第２弁体ホルダ５６の右端（二股状部５６ｄ）が第３弁体３３から離れて）、吸引位置［Ｘ１］にある第１プランジャ２１に近づけられた（接触阻止部材２４に接当した）第２吸引位置［Ｙ２］をとる。

かかる状態では、第１プランジャ２１に連動する第１弁体３１が第１流出ポートｐ１を閉じ、また、第２プランジャ２２に連動する第２弁体３２が第２流出ポートｐ２を閉じるが、上記のように、第１弁体ホルダ５５の右端（狭幅部５５ｄ）及び第２弁体ホルダ５６の右端（二股状部５６ｄ）が第３弁体３３から離れるため、第３弁体３３は開弁ばね４７の付勢力により第３流出ポートｐ３を開いて弁体案内筒４５の左端内周鍔状部４５ａにより抜止係止された状態となり、第４モードがとられる。

この第４モード時には、圧縮機５から高温高圧の冷媒が凝縮器６に導かれ、ここで室外空気と熱交換して凝縮し、凝縮器６から高圧の二相冷媒が、細管＃１０→電磁式四方切換弁１の流入ポートｐ１０→弁室４０を通り、第３弁体３３に形成された通し溝３４を通って第３流出ポートｐ３のみに導かれ、第３流出ポートｐ３に導かれた冷媒は、細管＃３を介して膨張弁７に導入され、この膨張弁７により高圧の冷媒が減圧され、減圧された低圧の冷媒が第３室Ｒ３の蒸発器Ｅ３に導かれ、ここで室内空気と熱交換（冷却）して蒸発し、蒸発器Ｅ３からは低温低圧の冷媒が圧縮機５の吸入側に戻される。

このように第４モード時には、第３室Ｒ３のみが冷却保冷されてコールドの状態となる。

上記のように本実施形態の電磁式四方切換弁１では、第１及び第２電磁コイル１１、１２への通電を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、第１、第２、第３流出ポートｐ１、ｐ２、ｐ３のうちの二つ（ここでは、第１流出ポートｐ１と第２流出ポートｐ２）を開く第１モードと、第１、第２、第３流出ポートｐ１、ｐ２、ｐ３のうちの一つのみを開く第２、第３、及び第４モードの計四つのモードをとり得るようにされているので、冷媒の振り分けに、複数個の開閉弁や三方切換弁等を用いる場合や、電動式の四方切換弁を用いる場合に比べて、配管系、制御系の簡素化、低コスト化を図ることができるとともに、切換動作を迅速かつ確実に行うことができ、耐久性や省エネ性も向上させることができる。

また、上記のような構成を有する電磁式四方切換弁１を使用した冷凍サイクル１００並びに自動販売機では、流路構成や制御系をシンプルなものとすることができる等の効果を奏する。

１ 電磁式四方切換弁
１０ 弁ケース
１１ 第１電磁コイル
１２ 第２電磁コイル
１５ 吸引子
１６ 第１ばね
１７ 第２ばね
２１ 第１プランジャ
２２ 第２プランジャ
２４ 接触阻止部材
３１ 第１弁体
３２ 第２弁体
３３ 第３弁体
４０ 弁室
４１ 第１弁座
４２ 第２弁座
５５ 第１弁体ホルダ
５６ 第２弁体ホルダ
ｐ１、ｐ２、ｐ３ 第１、第２、第３流出ポート
ｐ１０ 流入ポート
１００ 冷凍サイクル

Claims (15)

1. 一つの流入ポートと三つの流出ポートとが開口する弁室を有する弁ケースに横並びに外嵌固定された二つの電磁コイルと、前記弁ケースに直列的に内装された二つのプランジャと、該二つのプランジャのうちの一方に連動して前記三つの流出ポートのうちの一つを開閉する第１弁体と、前記二つのプランジャのうちの他方に連動して前記三つの流出ポートのうちの他の一つを開閉する第２弁体と、前記二つのプランジャに連動して前記三つの流出ポートのうちの残りの一つを開閉する第３弁体とを備え、
   前記二つの電磁コイルへの通電を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、前記三つの流出ポートのうちの二つを開く一つのモードと、前記三つの流出ポートのうちの一つのみを開く三つのモードとの計四つのモードをとり得るようにされた電磁式四方切換弁。
2. 弁ケースの一端側に第１電磁コイルと第２電磁コイルとが横並びに外嵌固定されるとともに、一端側から順次、吸引子、圧縮コイルばねからなる第１ばね、第１プランジャ、圧縮コイルばねからなる第２ばね、及び、第２プランジャが直列的に内装され、前記第２プランジャより他端側に、その弁シート面に第１流出ポートと第２流出ポートが横並びに開口せしめられた第１弁座が設けられるとともに、前記弁ケースの他端部に、第３流出ポートが開口せしめられた、蓋部材を兼ねる第２弁座が設けられ、前記弁ケースにおける前記第２プランジャと前記第２弁座との間に弁室が画成されるとともに、該弁室に流入ポートが開口せしめられ、
   前記第１及び第２プランジャに連動してそれぞれ前記第１及び第２流出ポートを開閉すべくスライド式の第１弁体及び第２弁体が前記第１弁座の弁シート面に対接せしめられるとともに、前記第３流出ポートを開閉すべく接離式の第３弁体が前記第２弁座に対向配置され、
   前記第３弁体は、該第３弁体と前記第２弁座との間に縮装された開弁ばねにより常時開弁方向に付勢されるとともに、前記第１プランジャ及び／又は前記第２プランジャにより閉弁方向に押動されるように構成され、
   前記第１及び第２電磁コイルへの通電を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、前記第１ないし第３流出ポートのうちの二つを開く一つのモードと、前記第１ないし第３流出ポートのうちの一つのみを開く三つのモードとの計四つのモードをとり得るようにされた電磁式四方切換弁。
3. 前記第１プランジャの他端側に前記第１弁体又は前記第２弁体を押し引き並びに前記第３弁体を押動するための第１弁体ホルダが設けられるとともに、前記第２プランジャの他端側に前記第２弁体又は前記第１弁体を押し引き並びに前記第３弁体を押動するための第２弁体ホルダが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電磁式四方切換弁。
4. 前記第１及び第２電磁コイルへの通電を共にＯＦＦにすると、前記第１及び第２ばねの付勢力により、前記第１及び第２プランジャが共に前記第３弁体に接当してこれを閉弁位置まで押動した非吸引位置をとり、これにより、前記第１及び第２流出ポートが共に開かれ、
   前記第１電磁コイルへの通電をＯＦＦ、前記第２電磁コイルへの通電をＯＮにすると、前記第１プランジャが前記非吸引位置、前記第２プランジャが前記第２ばねの付勢力に抗して前記非吸引位置より前記吸引子側の第１吸引位置をとり、これにより、前記第１流出ポート又は前記第２流出ポートのみが開かれ、
   前記第２電磁コイルへの通電をＯＦＦ、前記第１電磁コイルへの通電をＯＮにすると、前記第２プランジャが前記非吸引位置、前記第１プランジャが前記第１ばねの付勢力に抗して前記非吸引位置より前記吸引子側の吸引位置をとり、これにより、前記第２流出ポート又は前記第１流出ポートのみが開かれ、
   前記第１及び第２電磁コイルへの通電を共にＯＮにすると、前記第１プランジャが前記第１ばねの付勢力に抗して前記非吸引位置より前記吸引子側の吸引位置、前記第２プランジャが前記第２ばねの付勢力に抗して前記第１吸引位置よりさらに前記吸引子側の第２吸引位置をとり、これにより、前記第３流出ポートのみが開かれるようにされていることを特徴とする請求項３に記載の電磁式四方切換弁。
5. 前記第１プランジャには、前記第２プランジャにその一端側が摺動自在に嵌挿された第１弁体ホルダの一端部が連結固定され、該第１弁体ホルダの他端側に、前記第１弁体又は前記第２弁体が前記第１プランジャに押し引きされるように連結、嵌合、もしくは係合せしめられていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の電磁式四方切換弁。
6. 前記第１弁体ホルダの他端が、前記第１プランジャに連動して前記第３弁体に接離して該第３弁体を押動するようにされていることを特徴とする請求項５に記載の電磁式四方切換弁。
7. 前記第２プランジャには、第２弁体ホルダの一端部が連結固定され、該第２弁体ホルダの他端側に、前記第２弁体又は前記第１弁体が前記第２プランジャに押し引きされるように連結、嵌合、もしくは係合せしめられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の電磁式四方切換弁。
8. 前記第２弁体ホルダの他端が、前記第２プランジャに連動して前記第３弁体に接離して該第３弁体を押動するようにされていることを特徴とする請求項７に記載の電磁式四方切換弁。
9. 前記第１プランジャと前記第２プランジャとが直接接触することを阻止すべく、それらの間に非磁性材料からなる接触阻止部材が介装されていることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の電磁式四方切換弁。
10. 前記第１弁座の他端部に、前記流入ポートが横向きに開口せしめられていることを特徴とする請求項２から９のいずれかに記載の電磁式四方切換弁。
11. 前記弁ケースが円筒管で作製されていることを特徴とする請求項２から１０のいずれかに記載の電磁式四方切換弁。
12. 前記第１電磁コイル、前記第２電磁コイル、及び、前記第１電磁コイルと前記第２電磁コイルとを仕切る共通隔壁部が、一回のモールド成形によって一つのコイルとして構成されていることを特徴とする請求項２から１１のいずれかに記載の電磁式四方切換弁。
13. 前記第１及び第２電磁コイルは、通電時における極性が同一方向に設定されていることを特徴とする請求項２から１２のいずれかに記載の電磁式四方切換弁。
14. 圧縮機、凝縮器、及び三つの蒸発器を具備して構成される冷凍サイクルであって、
    前記凝縮器と前記三つの蒸発器との間に請求項１から１３のいずれかに記載の電磁式四方切換弁が配備され、前記凝縮器と前記電磁式四方切換弁における前記流入ポートとが接続されるとともに、前記電磁式四方切換弁における前記三つの流出ポートがそれぞれ膨張弁あるいは絞り手段を介して前記三つの蒸発器に接続されていることを特徴とする冷凍サイクル。
15. 請求項１４に記載の冷凍サイクルが使用された自動販売機。
    

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