JPH10300279A - 冷暖房装置における高低圧気体の流路切換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁をシフトする作用部材それ自体が弁体を構
成するようにし、もって全体をコンパクトに構成するこ
とのできる冷暖房装置における高低圧気体の流路切換装
置を提供する。 【解決手段】 ケーシング１０もしくは弁体２０を一定
角度往復回動させることにより弁体２０の第一切換路Ｒ
１と第二切換路Ｒ２との二つの流路を選択的に切り換え
るようにした装置において、前記ケーシング１０と弁体
２０とには、互いに磁力により接近または離反する駆動
素子６を設ける。そしてその駆動素子６を構成する電磁
石６Ｂの励磁状態を切り換えることにより弁体２０をケ
ーシング１０に対して相対的に一定角度往復回動するよ
うにして前記流路を選択的に切り換えるようにしたこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えばヒートポンプ
タイプの冷暖房機に用いることが適切な四方弁に関する
もので、特にそのシフト機構をケーシング内に内蔵した
新規な機構に係るものである。

【０００２】

【発明の背景】冷暖房装置は、室内機と室外機の間を循
環する冷媒（室内熱交換器〜コンプレッサ〜室外熱交換
器の間で高低圧気体であり、室外熱交換器〜毛細管〜室
内交換器の間で液体である）に熱を運搬させて、室内の
熱を室外に放出、または室外の熱を室内に取り込んで室
温を調節している。そして冷房と暖房との切り換えは、
冷媒の循環方向を反対に切り換えることにより行われ
る。ところで冷媒を逆循環させるには、実際にはコンプ
レッサを逆回転させて冷媒を逆循環させることはできな
いため、四方弁と呼ばれる切換弁が必要とされる。この
ものはその作動性の改良等を図るべく、種々の開発が行
われている。その傾向は特開昭６１−６４６８号に見ら
れるように弁体をスライドさせて切り換えるものからケ
ーシング内を弁体を回動させて流路を切り換えるものに
変わりつつある。本発明者もその一環として逐次性能向
上の試みをし、特開平８−３２７１８２号、特開平８−
３２７１８３号、特願平９−７３８９号等の提案をして
いる。

【０００３】ところで従来は弁本体に関しては、それ自
体の性能向上を目指す見地からの改良が試みられている
一方、弁本体をシフトする部材に関しては、その弁本体
との係合部等における工夫はされているものの、両者は
あくまで異別の作用ないしは機能を持ったものであると
の認識が、いわば技術常識となっていた。従って弁本体
と、そのシフト部材との両者を機能的に融合させる試み
はされていない。しかしながら装置全体のコンパクト化
や低コスト化が求められている状況の下では、先に述べ
たような弁作用と、そのシフト作用とを別個のものとし
て設計思想上認識していたのでは、新規な着想を得る目
的からは限界が生じてしまう。

【０００４】

【開発を試みた技術的課題】本発明はこのような背景か
らなされたものであって、弁をシフトする作用部材それ
自体が弁体を構成するようにし、もって全体をコンパク
トに構成することのできる新規な冷暖房装置における高
低圧気体の流路切換装置の開発を試みたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち請求項１記載の
冷暖房装置における高低圧気体の流路切換装置は、外壁
に第一接続口、第二接続口、第三接続口及び第四接続口
を有したケーシングと、このケーシング内の前記第一接
続口を通る軸線上に回動自在に設けられ、第一切換路口
から第二切換路口へと連通する第一切換路、及び第一切
換路口から第三切換路口へと連通する第二切換路を有し
た弁体とを具えて成り、前記第一接続口と第一切換路口
とは常時連通され、一方前記第二接続口と第二切換路口
と、第三接続口と第三切換路口とは弁体を一定角度往復
回動させることにより択一的に連通させ、第一切換路と
第二切換路との二つの流路を選択的に切り換えるように
した装置において、前記ケーシングと弁体とには、互い
に磁力により接近または離反する駆動素子が設けられ、
その励磁状態を切り換えることにより弁体をケーシング
に対して相対的に一定角度往復回動するようにして前記
択一的な連通状態を設定するようにしたことを特徴とし
て成るものである。この発明によれば、弁体自体が駆動
装置の一部例えば回転子（例えば直流モータの電気子）
の役割を担っている。従って従来のように駆動装置から
動力を取り出し、別途駆動伝達部材を介して弁体を回動
するという、本発明から見ればいわば無駄な多数の複雑
な構成を必要とせず、少容量の電磁石により効率的な切
り換えが図れる。そして別途駆動伝達部材を介さないた
め、切換反応速度も速く、動きも精密である。また部材
点数が少なくなるため、全体としてコンパクトに構成し
得るとともに、比較的安価に実施できる。

【０００６】また請求項２記載の冷暖房装置における高
低圧気体の流路切換装置は、前記要件に加え、前記励磁
状態の切り換えは、駆動素子への直流電流の方向を切り
換えることにより行うことを特徴として成るものであ
る。この発明によれば、切換反応速度も速く、動きも精
密であり、多数回の使用にも耐える。

【０００７】また請求項３記載の冷暖房装置における高
低圧気体の流路切換装置は、前記要件に加え、前記駆動
素子は、一方は永久磁石であり、他方は電磁石であるこ
とを特徴として成るものである。この発明によれば、弁
体の回動駆動について正確な動きが期待し得るととも
に、耐久性に優れる。

【０００８】更に請求項４記載の冷暖房装置における高
低圧気体の流路切換装置は、前記請求項３記載の要件に
加え、前記永久磁石はケーシングに設けられ、電磁石は
弁体に設けられていることを特徴として成るものであ
る。この発明によれば、駆動素子の構成が比較的簡単に
行える。

【０００９】更にまた請求項５記載の冷暖房装置におけ
る高低圧気体の流路切換装置は、前記請求項４記載の要
件に加え、前記永久磁石はケーシングの内周面に貼設さ
れることを特徴として成るものである。この発明によれ
ば、磁力が最も直接的に強く無駄なく弁体の電磁石に作
用する。

【００１０】

【発明の実施の形態】

〔実施の形態１〕以下本発明を図示の実施の形態に基づ
き説明する。図１〜５までが本実施の形態１であり、本
実施の形態１ではケーシング１０内を常時低圧とする実
施の形態を説明する。図１中符号１が本発明に係る高低
圧気体の流路切換装置であって、ケーシング１０と、こ
の中を駆動素子６によって一定角度往復回動する弁体２
０とを主要部材として成る。因みに図１では暖房運転を
行っている。

【００１１】まず高低圧気体の流路切換装置１が組み込
まれた冷暖房装置の全体構成について説明すると、図１
に示すようにコンプレッサ２の吐出口及び吸入口から第
一配管Ｈ１及び第四配管Ｈ４が高低圧気体の流路切換装
置１へ接続されている。また高低圧気体の流路切換装置
１からは、室内熱交換器３及び室外熱交換器５へ第二配
管Ｈ２及び第三配管Ｈ３が接続されている。室内熱交換
器３と室外熱交換器５とは、冷媒の減圧を行う毛細管４
を間に挟んで配管がなされて接続される。暖房運転時に
は冷媒は図１、４に示すようにコンプレッサ２、前記高
低圧気体の流路切換装置１、室内熱交換器３、毛細管
４、室外熱交換器５、高低圧気体の流路切換装置１、そ
して再びコンプレッサ２へと戻って循環している。また
冷房運転時には図５に示すように冷媒はコンプレッサ
２、前記高低圧気体の流路切換装置１、室外熱交換器
５、毛細管４、室内熱交換器３、高低圧気体の流路切換
装置１、そして再びコンプレッサ２へと戻って循環して
いる。

【００１２】以下高低圧気体の流路切換装置１について
具体的に説明する。まずケーシング１０について説明す
る。ケーシング１０は図２に示すように円筒管の上下を
蓋体で閉鎖したような形態を取り、内部は気密性が保た
れている。図３（ｂ）（ｃ）に示されるように、上面中
心には第一接続口１１が開口され、ここにコンプレッサ
２の吐出口と接続される第一配管Ｈ１が接続される。ま
た下面の三カ所に第二接続口１２、第三接続口１３及び
第四接続口１４が開口されている。なお第四接続口１４
はケーシング１０の下面のほか、上面や側壁に設けても
よい。第二接続口１２と室内熱交換器３とは第二配管Ｈ
２により接続され、第三接続口１３と室外熱交換器５と
は第三配管Ｈ３により接続され、第四接続口１４とコン
プレッサ２の吸入口とが第四配管Ｈ４により接続されて
いる。ケーシング１０の下面中心には図３（ｂ）（ｃ）
に示されるように下軸受１５が開口されている。

【００１３】弁体２０について説明する。弁体２０は図
２、３（ａ）に示すように左右側面が円弧状の略直方体
形状であり、上面から下面に連通する二つの流路が設け
られている。図３（ｂ）に示されるように上面中心には
第一切換路口２１が開口され、下面の左右位置には、第
二切換路口２２及び第三切換路口２３が開口されてい
る。第一切換路口２１から第二切換路口２２へと連通す
る流路を第一切換路Ｒ１とし、第一切換路口２１から第
三切換路口２３へと連通する流路を第二切換路Ｒ２とし
ている。前記第一切換路口２１内には前記第一配管Ｈ１
が挿入されている。一方、弁体２０の下面中心には回動
軸２６が設けられ、前記ケーシング１０の下軸受１５に
回動自在に嵌挿されており、この回動軸２６と前記第一
配管Ｈ１とにより弁体２０はケーシング１０内にて一定
角度回動自在に保持される。なお第一切換路口２１、第
二切換路口２２及び第三切換路口２３には、Ｏリング２
４を介して表面にフッ素樹脂のコーティングがなされた
もしくはフッ素樹脂で形成した円筒形のシーリング２５
を外端を突出した状態で内嵌めしている。これによりケ
ーシング１０の内壁面にシーリング２５がＯリング２４
によって弾性的に押し当てられ、第一切換路Ｒ１と第二
切換路Ｒ２の端部開口から高低圧気体（冷媒）が漏出し
ないように図られている。

【００１４】次に本発明の特徴たる駆動素子６について
説明する。駆動素子６は、本実施の形態１では一例とし
て永久磁石６Ａと電磁石６Ｂとから成るものであって、
実質的にはモータを構成する。具体的には図２、３
（ａ）に示すようにケーシング１０の内面に、永久磁石
６ＡがＳ極とＮ極との極性を異ならせて貼着されてい
る。また電磁石６Ｂは弁体２０の両側面に設けられ、断
面が傘状のコアにコイル６Ｂａが縦に巻回されて成る。
それぞれの電磁石６Ｂのコイル６Ｂａには給電端子７に
より給電がなされる。なお弁体２０と電磁石６Ｂのコイ
ル６Ｂａの巻かれる芯とは一体で形成してもよいし、別
体で形成し、後に組み付けるようにしてもよい。 駆動
素子６は以上のような構成を成し、コイル６Ｂａに電流
を流すことにより弁体２０を回動させる。なお回動方向
は電流の流す方向によって切り換えられる。また第二切
換路口２２と第二配管Ｈ２とが連結される一定角度と、
第三切換路口２３と第三配管Ｈ３とが連結される一定角
度とに、弁体２０の回動を止めるストッパがケーシング
１０内に設けられている。

【００１５】本発明に係る高低圧気体の流路切換装置１
の実施の形態１は以上のようにして成り、以下この作動
態様について暖房運転時と冷房・除湿運転時とに区分し
て説明する。 （１）暖房運転時 暖房運転時には、図４に示すように弁体２０の第二切換
路口２２は第二配管Ｈ２に接続され、第三切換路口２３
は第三配管Ｈ３には接続されていない状態である。この
場合にはコンプレッサ２からの高圧ガス冷媒は、コンプ
レッサ２、第一配管Ｈ１、第一切換路Ｒ１、第二配管Ｈ
２、室内熱交換器３、毛細管４、室外熱交換器５、第三
配管Ｈ３、ケーシング１０内、第四接続口１４、第四配
管Ｈ４、コンプレッサ２．．．の順で循環する。

【００１６】（２）冷房・除湿運転時 冷房・除湿運転時には、図５に示すように第三切換路口
２３は第三配管Ｈ３に接続され、第二切換路口２２は第
二配管Ｈ２には接続されていない状態である。この場合
にはコンプレッサ２からの高圧ガス冷媒は、コンプレッ
サ２、第一配管Ｈ１、第二切換路Ｒ２、第三配管Ｈ３、
室外熱交換器５、毛細管４、室内熱交換器３、第二配管
Ｈ２、ケーシング１０内、第四接続口１４、第四配管Ｈ
４、コンプレッサ２．．．の順で循環する。

【００１７】そして本発明の特徴として上記暖房運転と
冷房・除湿運転との切り換えの際の弁体２０の回動は、
あたかも直流モータの電気子自体に通気路を形成した形
態を採るため、非常に応答性良く、スムーズにそして精
度良く行われる。なお特に本実施の形態１ではケーシン
グ１０内が低圧であるため、特に弁体２０の回動切換え
がスムーズである。

【００１８】〔実施の形態２〕次に図６、７に基づいて
ケーシング１０内を常時高圧として高低圧気体の流路切
換装置１を使用する実施の形態を説明する。なお説明に
あたっては前記実施の形態１で用いた部材名称及び符号
をそのまま用いて説明する。すなわち前記実施の形態１
とは逆の配管を高低圧気体の流路切換装置１に対して行
うものであり、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すようにコ
ンプレッサ２の吐出口とケーシング１０の第四接続口１
４とを接続し、コンプレッサ２の吸入口とケーシング１
０の第一接続口１１とを接続している。またケーシング
１０の第二接続口１２と室外熱交換器５とを第二配管Ｈ
２で接続し、ケーシング１０の第三接続口１３と室内熱
交換器３とを第三配管Ｈ３で接続している。その他の例
えば高低圧気体の流路切換装置１の構成等については前
記実施の形態１と変わらないため説明を省略する。

【００１９】本発明に係る高低圧気体の流路切換装置１
の実施の形態２は以上のようにして成り、以下この作動
態様について暖房運転時と冷房・除湿運転時とに区分し
て説明する。 （１）暖房運転時 暖房運転時には、図６（ａ）（ｂ）に示すように弁体２
０の第二切換路口２２は第二配管Ｈ２に接続され、第三
切換路口２３は第三配管Ｈ３には接続されていない状態
である。この場合にはコンプレッサ２からの高圧ガス冷
媒は、コンプレッサ２、第四配管Ｈ４、第四接続口１
４、ケーシング１０内、第三配管Ｈ３、室内熱交換器
３、毛細管４、室外熱交換器５、第二配管Ｈ２、第一切
換路Ｒ１、第一配管Ｈ１、コンプレッサ２．．．の順で
循環する。なおケーシング１０内は常時高圧状態とな
る。

【００２０】（２）冷房・除湿運転時 冷房・除湿運転時には、図７（ａ）（ｂ）に示すように
弁体２０の第三切換路口２３は第三配管Ｈ３に接続さ
れ、第二切換路口２２は第二配管Ｈ２には接続されてい
ない状態である。この場合にはコンプレッサ２からの高
圧ガス冷媒は、コンプレッサ２、第四配管Ｈ４、第四接
続口１４、ケーシング１０内、第二配管Ｈ２、室外熱交
換器５、毛細管４、室内熱交換器３、第三配管Ｈ３、第
二切換路Ｒ２、第一配管Ｈ１、コンプレッサ２．．．の
順で循環する。なおケーシング１０内は常時高圧状態と
なる。

【００２１】〔実施の形態３〕なお上記実施の形態１、
２においては、永久磁石６Ａをケーシング１０に設け、
電磁石６Ｂを弁体２０へ設けたが、その反対でもよい
し、両方を電磁石６Ｂで実施することも可能である。ま
た請求項１にいう弁体２０をケーシング１０に対して相
対的に一定角度往復回動するとは、すなわち実施の形態
１、２においては、弁体２０の側を回動したが、弁体２
０側を固定し、ケーシング１０側を回動するような構成
を採っても構わないことを指す。

【００２２】〔実施の形態４〕また例えば実施の形態
１、２において弁体２０の側方に二つ設けた電磁石６Ｂ
を、三つ等に増やして実施することも可能であるし、ま
た逆に図８（ａ）（ｂ）に示すように一個で実施するこ
とも可能である。

【００２３】〔実施の形態５〕また実施の形態１、２、
４においては、第二切換路口２２及び第三切換路口２３
は弁体２０の下面に開口し、それに応じて第二接続口１
２及び第三接続口１３はケーシング１０の下面に開口し
たが、例えば図９に示すように第二切換路口２２及び第
三切換路口２３を弁体２０の側面に開口し、それに応じ
て第二接続口１２及び第三接続口１３はケーシング１０
の側面に開口することが可能である。

【００２４】〔実施の形態６〕また以上の実施の形態で
は、電磁石６ＢのＳ極とＮ極の極性を切り換えることに
より一定角度の往復回動を行ったが、請求項１の発明に
あっては、例えば一方向への回動をスプリングにより回
動し、そのスプリングの付勢方向とは逆への回動を電磁
石を励磁することにより行うようにしても構わない。

【００２５】

【発明の効果】請求項１記載の冷暖房装置における高低
圧気体の流路切換装置によれば、ケーシング１０と弁体
２０とには、互いに磁力による吸引反発する駆動素子６
が設けられ、その極性を切り換えることにより弁体２０
をケーシング１０に対して相対的に一定角度往復回動す
るようにしたため、弁体２０自体が駆動装置の一部例え
ば回転子（例えば直流モータの電気子）の役割を担って
いる。従って従来のように駆動装置から動力を取り出
し、別途駆動伝達部材を介して弁体２０を回動するとい
う、本発明から見ればいわば無駄な多数の複雑な構成を
必要とせず、少容量の電磁石により効率的な切り換えが
図れる。そして別途駆動伝達部材を介さないため、切換
反応速度も速く、動きも精密である。また部材点数が少
なくなるため、全体としてコンパクトに構成し得るとと
もに、比較的安価に実施できる。

【００２６】請求項２記載の冷暖房装置における高低圧
気体の流路切換装置は、励磁状態の切り換えは、駆動素
子への直流電流の方向を切り換えることにより行うもの
であり、一方向の回動を復帰バネ等を用いて行うもので
はないため、切換反応速度も速く、動きも精密であり、
多数回の使用にも耐える。

【００２７】請求項３記載の冷暖房装置における高低圧
気体の流路切換装置によれば、駆動素子６は、一方は永
久磁石６Ａであり、他方は電磁石６Ｂであるため、弁体
２０の回動駆動について正確な動きが期待し得るととと
もに、耐久性に優れる。

【００２８】請求項４記載の冷暖房装置における高低圧
気体の流路切換装置によれば、永久磁石６Ａはケーシン
グ１０に設けられ、電磁石６Ｂは弁体２０に設けられて
いるため、駆動素子６の構成が比較的簡単に行える。

【００２９】請求項５記載の冷暖房装置における高低圧
気体の流路切換装置によれば、永久磁石６Ａはケーシン
グ１０の内周面に貼設されるため、磁力が最も直接的に
強く無駄なく弁体２０の電磁石６Ｂに作用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高低圧気体の流路切換装置を、冷
暖房装置の室外機に組み入れて暖房運転を実施している
実施の形態１を示す説明図である。

【図２】本発明に係る高低圧気体の流路切換装置の実施
の形態１を示す斜視図である。

【図３】同上実施の形態１の図（ｂ）におけるＡ−Ａ矢
印方向から見た断面図、並びにこの図（ａ）の断面図に
おけるＢ−Ｂ線矢印方向から見た断面図、並びに図
（ａ）の断面図におけるＣ−Ｃ線矢印方向から見た断面
図である。

【図４】同上実施の形態１の暖房運転時の冷媒の流れを
示す説明図である。

【図５】同上実施の形態１の冷房・除湿運転時の冷媒の
流れを示す説明図である。

【図６】同上実施の形態２の暖房運転時における横断平
面図並びに冷媒の流れを示す説明図である。

【図７】同上実施の形態２の冷房・除湿運転時における
横断平面図並びに冷媒の流れを示す説明図である。

【図８】電磁石及び永久磁石を一個で実施した実施の形
態４を示す横断平面図並びにＡ−Ａ線矢印方向から見た
縦断正面図である。

【図９】第二接続口及び第三接続口をケーシングの側面
に開口実施の形態５を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１ 高低圧気体の流路切換装置 ２ コンプレッサ ３ 室内熱交換器 ４ 毛細管 ５ 室外熱交換器 ６ 駆動素子 ６Ａ 永久磁石 ６Ｂ 電磁石 ６Ｂａ コイル ７ 給電端子 １０ ケーシング １１ 第一接続口 １２ 第二接続口 １３ 第三接続口 １４ 第四接続口 １５ 下軸受 ２０ 弁体 ２１ 第一切換路口 ２２ 第二切換路口 ２３ 第三切換路口 ２４ Ｏリング ２５ シーリング ２６ 回動軸 Ｈ１ 第一配管 Ｈ２ 第二配管 Ｈ３ 第三配管 Ｈ４ 第四配管 Ｒ１ 第一切換路 Ｒ２ 第二切換路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外壁に第一接続口、第二接続口、第三接
   続口及び第四接続口を有したケーシングと、このケーシ
   ング内の前記第一接続口を通る軸線上に回動自在に設け
   られ、第一切換路口から第二切換路口へと連通する第一
   切換路、及び第一切換路口から第三切換路口へと連通す
   る第二切換路を有した弁体とを具えて成り、前記第一接
   続口と第一切換路口とは常時連通され、一方前記第二接
   続口と第二切換路口と、第三接続口と第三切換路口とは
   弁体を一定角度往復回動させることにより択一的に連通
   させ、第一切換路と第二切換路との二つの流路を選択的
   に切り換えるようにした装置において、前記ケーシング
   と弁体とには、互いに磁力により接近または離反する駆
   動素子が設けられ、その励磁状態を切り換えることによ
   り弁体をケーシングに対して相対的に一定角度往復回動
   するようにして前記択一的な連通状態を設定するように
   したことを特徴とする冷暖房装置における高低圧気体の
   流路切換装置。
2. 【請求項２】 前記励磁状態の切り換えは、駆動素子へ
   の直流電流の方向を切り換えることにより行うことを特
   徴とする請求項１記載の冷暖房装置における高低圧気体
   の流路切換装置。
3. 【請求項３】 前記駆動素子は、一方は永久磁石であ
   り、他方は電磁石であることを特徴とする請求項１また
   は２記載の冷暖房装置における高低圧気体の流路切換装
   置。
4. 【請求項４】 前記永久磁石はケーシングに設けられ、
   電磁石は弁体に設けられていることを特徴とする請求項
   ３記載の冷暖房装置における高低圧気体の流路切換装
   置。
5. 【請求項５】 前記永久磁石はケーシングの内周面に貼
   設されることを特徴とする請求項４記載の冷暖房装置に
   おける高低圧気体の流路切換装置。