JPH116573A - 切換衝撃を抑制した四方弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷暖房装置の運転を切り換える際、短時間で
内部の圧力差を減少させ、円滑に切り換えが行えるとと
もに、装置自体の耐久性も向上させる新規な切換衝撃を
抑制した四方弁を提供する。 【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、第一切換路口２１の下方に
圧力緩衝弁３０が受圧時以外、開放傾向を有するように
組み込まれ、流路を切り換える際には圧力緩衝弁３０を
上方に移動させ、第一切換路口２１が圧力緩衝弁３０に
形成された圧力調整孔３１及び圧力緩衝弁３０を受け入
れる緩衝弁受入部２７及び緩衝弁受入部２７の先端部に
形成された連通孔２８を介してケーシング１０内部の残
余スペースと連通し、ケーシング１０内部の圧力差を減
少させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷暖房機等に組み込
まれ、高低圧冷媒の流路を切り換える装置に関するもの
であり、特に暖房から冷房あるいは冷房から暖房に切り
換える際にその切り換えが円滑に行え、装置自体の耐久
性を高めることができる新規な切換衝撃を抑制した四方
弁に係るものである。

【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
内熱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。

【０００３】ところで四方弁は通常、冷媒を圧縮するコ
ンプレッサの吐出口及び吸入口と接続されるため、圧縮
され、高圧高温となった冷媒が流れる部分と、熱交換を
終了し低圧低温となった冷媒が流れる部分とでは圧力及
び温度において内部差を生じた状態となっている。この
ような状況で暖房から冷房あるいは冷房から暖房に切り
換えることは四方弁自体に急激な圧力変化、温度変化を
もたらし、装置全体に衝撃を与える結果となる。このよ
うな衝撃を回避する観点からは、弁の切り換えが瞬時に
行われない従来型のスライドタイプの切換弁が好ましい
ものであったものの、このような従来型は一方では弁と
してのシール性能を充分に上げ得ない点や、切換速度が
遅いという欠点は免れ得なかった。逆に言えば、切換速
度が遅い点やシール性能が充分でないという不都合を甘
受してまでも切り換え時の衝撃回避を優先させて従来型
が用いられてきていたのである。しかしながらこのよう
な四方弁の性能向上が求められてくると切換速度を速く
正確にしながらも切り換え時の衝撃を抑制するという、
いわば二律背反的な要求をも満たす必要が生じてきてい
る。

【０００４】

【開発を試みた技術的課題】本発明はこのような背景を
認識してなされたものであり、例えば暖房から冷房ある
いは冷房から暖房へと運転を切り換える際、比較的短時
間で内部の圧力差を減少させ円滑に切り換えが行えると
ともに、装置自体の耐久性も向上させる新規な切換衝撃
を抑制した四方弁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
切換衝撃を抑制した四方弁は、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、互いに圧力差を有する第一切換路
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、前記装置内には流路内の高圧状態
を漸減させる圧力緩衝機構が組み込まれていることを特
徴として成るものである。この発明によれば、冷暖房装
置を例えば暖房から冷房あるいは冷房から暖房に切り換
える際、圧力緩衝機構により四方弁内部の圧力差を比較
的短時間で減少させ、円滑な切り換えが行える。また急
激な圧力変化や温度変化を伴うことがないため、四方弁
自体の耐久性も向上させることができる。

【０００６】また請求項２記載の切換衝撃を抑制した四
方弁は、前記請求項１記載の要件に加え、前記圧力緩衝
機構は、前記第一切換路口の下方に、圧力緩衝弁が突出
自在に組み込まれ、流路を切り換える際に、その前の段
階で圧力緩衝弁を上方に移動させ、第一切換路口が圧力
緩衝弁に形成された圧力調整孔及び圧力緩衝弁を受け入
れる緩衝弁受入部及び緩衝弁受入部の先端部に形成され
た連通孔を介してケーシング内部の残余スペースと連通
し、ケーシング内部の圧力差を減少するように構成され
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、運転を切り換える際、四方弁内部に生ずる圧力差
を短時間で減少する構造を可能とする。

【０００７】更にまた請求項３記載の切換衝撃を抑制し
た四方弁は、前記請求項１または２記載の要件に加え、
前記圧力緩衝弁は、受圧時以外は開放傾向を有するよう
に支持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、冷暖房装置の運転時たる受圧時には圧力緩
衝弁は下方に位置し、ケーシング内部と連通した連通孔
を塞ぐことにより、高圧ガス冷媒の漏出を防いでおり、
受圧時以外すなわち運転停止時には圧力緩衝弁は上方に
移動することにより塞いでいた連通孔を開口させ、四方
弁内部の圧力差を短時間で減少させる構造を可能とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明を図示の実施の形態に
基づき説明する。切換衝撃を抑制した四方弁１は図１、
２に示すようにケーシング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２０と、弁体２０内
に設けられる圧力緩衝弁３０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。

【０００９】まず四方弁１の説明に先立ち、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が四方弁１へ接続されている。また四方弁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、四方弁
１、室内熱交換器３、毛細管４、室外熱交換器５、四方
弁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、四方弁１、室外熱交換器５、毛細管４、室内
熱交換器３、四方弁１、そして再びコンプレッサ２へと
戻って循環している。

【００１０】以下四方弁１の各構成部について説明す
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１、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。
そして図３（ｂ）（ｃ）に示すように、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。ま
た図４、５に示すように第二接続口１２と室内熱交換器
３とは第二配管Ｈ２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。更にケーシング１０の下面中心
には図３（ｂ）（ｃ）に示されるように下軸受１５が設
けられている。なおこのようにケーシング１０は、冷媒
を圧縮するコンプレッサ２の吐出口及び吸入口と接続さ
れることに起因して運転中内部での圧力差が生じること
となる。

【００１１】次に前記ケーシング１０内に設けられる弁
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）に示されるように弁体２０の上面中心には第一
切換路口２１が開口し、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が開口している。前記第
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部
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、この回動軸部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
もの、もしくはフッ素樹脂で形成された円筒形のシーリ
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Ｒ
１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。また弁体２０におけ
る回動軸部２６と第一切換路口２１との間に後述する圧
力緩衝機構を設けるものであって、弁体２０には後述す
る圧力緩衝弁３０を受け入れる緩衝弁受入部２７が形成
される。この緩衝弁受入部２７の先端部は運転時圧力緩
衝弁３０との密着性を保つため、一例としてテーパ状に
形成された当たり面２７ａとする。更に先端部の途中か
らはケーシング１０内の残余スペースに連通する連通孔
２８が形成されている。

【００１２】次に圧力緩衝機構の一部を構成している圧
力緩衝弁３０について説明する。このものは図２、図３
（ａ）に示すように弁体２０の第一切換路口２１の下方
に設けられるものであり、スプリング３２により緩衝弁
受入部２７内を突出自在に支持されている。そして圧力
緩衝弁３０はテーパ状の先端部３０ａを有し、受圧時下
方に位置した状態において緩衝弁受入部２７のテーパ状
に形成された当たり面２７ａと密着し、連通孔２８を塞
ぐように構成される。また圧力緩衝弁３０にはほぼ中心
軸に沿って圧力調整孔３１が形成されているため、第一
切換路口２１は緩衝弁受入部２７と連通しており、更に
圧力調整孔３１の一部は途中で側方に分岐しスプリング
３２側にも連通している。そのため圧力緩衝弁３０が上
方に位置した状態では、第一切換路口２１は圧力調整孔
３１、緩衝弁受入部２７、連通孔２８等を介してケーシ
ング１０内の残余スペースに連通することとなり、圧力
緩衝弁３０は開放傾向を有することになる。なおスプリ
ング３２の代わりにバネ座金、Ｏリング等を使用する形
態もとり得る。

【００１３】次に駆動素子６について説明する。駆動素
子６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、図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６
Ｂａ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。

【００１４】次にこの装置の作動状態について説明す
る。なお説明にあたっては暖房運転を行っている状態を
最初の状態とし、一旦運転を停止して冷房・除湿運転に
切り換えた状態を最終の状態として説明する。 （１）暖房運転 暖房運転を行う際には、図４に示すように弁体２０の第
二切換路口２２を第二配管Ｈ２に接続し、第三切換路口
２３を第三配管Ｈ３に接続しない状態とする。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Ｈ２、
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Ｈ
４、コンプレッサ２．．．の順で循環する。その際、図
６（ａ）に示すように圧力緩衝弁３０はコンプレッサ２
により供給される高圧ガス冷媒により受圧され、下方に
位置した状態となり、圧力緩衝弁３０を支持するスプリ
ング３２も圧縮された状態となる。なお現実には高圧ガ
ス冷媒は圧力調整孔３１を通って緩衝弁受入部２７の先
端の空間部あるいはスプリング３２周辺にも入り込み、
押圧方向とは反対側の方向へも作用する。しかしながら
上方から作用する高圧ガス冷媒の流れによる動圧が大き
いため、圧力緩衝弁３０はこのように押圧方向たる下方
に移動するのである。またこの受圧時には圧力緩衝弁３
０のテーパ状の先端部３０ａは緩衝弁受入部２７のテー
パ状に形成された当たり面２７ａと密着して連通孔２８
を塞いでいるため、高圧ガス冷媒は連通孔２８に流れる
ことはできない。そして第一切換路Ｒ１等はコンプレッ
サ２の吐出口と接続されているため高圧となるが、ケー
シング１０内部はコンプレッサ２の吸入口と接続される
ため、低圧となっている。なおこの実施の形態では圧力
緩衝弁３０は高圧ガス冷媒により直接受圧されている
が、例えば圧力緩衝弁３０の上端にベローズ（ダイアフ
ラム）等の中間部材を設け、間接的に圧力緩衝弁３０が
受圧される形態もとり得る。

【００１５】（２）暖房運転停止 暖房運転が停止されると、高圧ガス冷媒もコンプレッサ
２から供給されなくなり、押圧力が解除され圧力緩衝弁
３０は図６（ｂ）に示すようにスプリング３２の弾性に
より上方に突出した状態となる。この状態になると圧力
緩衝弁３０のテーパ状の先端部３０ａも緩衝弁受入部２
７のテーパ状に形成された当たり面２７ａと密着せず、
連通孔２８を開口させることとなり、圧力緩衝弁３０は
受圧時以外開放傾向を有するのである。そして高圧とな
っていた第一切換路口２１は圧力調整孔３１、緩衝弁受
入部２７、連通孔２８を介してケーシング１０内の残余
スペースと連通することになり、ケーシング１０内の圧
力差は徐々に減少していく。因みにケーシング１０内の
圧力差を減少するまでに１分程度の時間を要し、この
後、例えば冷房運転等を行う際にはタイマ等を使い切換
運転を行うことが可能である。

【００１６】（３）冷房・除湿運転 冷房・除湿運転に切り換えるには図５に示すように弁体
２０を回動させ、第三切換路口２３を第三配管Ｈ３に接
続し、第二切換路口２２を第二配管Ｈ２に接続しない状
態とする。なおこの切り換えは、ケーシング１０内の圧
力差が減少した状態で行われるため四方弁１本体にかか
る負荷も少なく、弁体２０の回動も円滑に行える。そし
て冷房・除湿運転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Ｈ４、コンプレッサ２．．．．の順
で循環する。その際弁体２０内の圧力緩衝弁３０の状態
は暖房運転時と同様であるため、ここでは省略する。

【００１７】なお本発明において高圧ガス冷媒の漏出を
防ぐことは前提条件であり、またより高い熱交換効率を
得るためにも必要不可欠である。そのため第一切換路口
２１、第二切換路口２２及び第三切換路口２３には種々
のシール構造がとり得る。例えばこの実施の形態では図
７（ａ）に示すようにＯリングＲの弾性を利用してシー
リングＥをケーシング１０の内壁面に圧接するＯリング
適用構造がとられている。またこの他にも図７（ｂ）
（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すようにＯリングＲの代わりに
スプリングＳを用いてこの弾性を利用したスプリング適
用構造や、図７（ｆ）に示すようにＯリングＲとスプリ
ングＳとを両方適用した併用構造もとり得る。更に図８
（ａ）（ｂ）に示すように各切換路口の内壁にリップ部
Ｂを有した管状部材を嵌め込み、このリップ部Ｂに高圧
ガス冷媒による内圧を受けさせることによりシーリング
Ｅを圧接するリップ適用構造や、図８（ｃ）（ｄ）に示
すようにスリーブＳＬ等を多重に組み込んだスリーブ適
用構造等もとり得る。

【００１８】

【発明の効果】請求項１または２記載の切換衝撃を抑制
した四方弁によれば、冷暖房装置の運転を切り換える
際、ケーシング１０内に生じていた圧力差及び温度差を
短時間で減少させ、円滑に切り換えが行える。また急激
な圧力変化、温度変化を伴うことがないため、ケーシン
グ１０、弁体２０等の構成部材にかかる負荷を小さくで
き、四方弁１自体の耐久性も向上させることができる。

【００１９】また請求項３記載の切換衝撃を抑制した四
方弁によれば、冷暖房装置の運転時たる受圧時には圧力
緩衝弁３０は下方に位置し、ケーシング１０内部と連通
した連通孔２８を塞ぎ高圧ガス冷媒の漏出を防ぎ、受圧
時以外すなわち運転停止時には圧力緩衝弁３０は上方に
位置し、ケーシング１０内部の圧力差を短時間で減少さ
せる構造を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切換衝撃を抑制した四方弁の使用状態
を示す説明図である。

【図２】本発明の切換衝撃を抑制した四方弁を示す斜視
図である。

【図３】同上図３（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】同上暖房運転時の冷媒の流れを示す説明図であ
る。

【図５】同上冷房・除湿運転時の冷媒の流れを示す説明
図である。

【図６】暖房及び冷房・除湿運転時並びに運転停止時の
圧力緩衝弁の状態を示す断面図である。

【図７】切換路口の種々のシール構造を示す断面図であ
る。

【図８】切換路口の種々のシール構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 四方弁 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 回動軸部 ２７ 緩衝弁受入部 ２７ａ 当たり面 ２８ 連通孔 ３０ 圧力緩衝弁 ３０ａ 先端部 ３１ 圧力調整孔 ３２ スプリング Ｂ リップ部 Ｅ シーリング Ｈ１ 第一配管 Ｈ２ 第二配管 Ｈ３ 第三配管 Ｈ４ 第四配管 Ｒ Ｏリング Ｒ１ 第一切換路 Ｒ２ 第二切換路 Ｓ スプリング ＳＬ スリーブ

Claims (3)

【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、互いに圧力差を有する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、前記装置内には流路内の高圧状態を漸減させる圧
   力緩衝機構が組み込まれていることを特徴とする切換衝
   撃を抑制した四方弁。
2. 【請求項２】 前記圧力緩衝機構は、前記第一切換路口
   の下方に、圧力緩衝弁が突出自在に組み込まれ、流路を
   切り換える際に、その前の段階で圧力緩衝弁を上方に移
   動させ、第一切換路口が圧力緩衝弁に形成された圧力調
   整孔及び圧力緩衝弁を受け入れる緩衝弁受入部及び緩衝
   弁受入部の先端部に形成された連通孔を介してケーシン
   グ内部の残余スペースと連通し、ケーシング内部の圧力
   差を減少するように構成されていることを特徴とする請
   求項１記載の切換衝撃を抑制した四方弁。
3. 【請求項３】 前記圧力緩衝弁は、受圧時以外は開放傾
   向を有するように支持されることを特徴とする請求項１
   または２記載の切換衝撃を抑制した四方弁。