JPS6314052A - ヒ−トポンプ式冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は暖房サイクルと冷房サイクルを相互に切替える
ための四方弁を備えるヒートポンプ式冷Ｉ！！！房装茸
に関する。

［従来の技術］ 圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を冷媒の循環用
配管に介在させて構成される冷凍サイクルの、冷媒の流
れ方向を逆転させることによって、上記の凝縮器を蒸発
器にまた蒸発器を凝縮器に機能転換させ＠房用ヒートポ
ンプとして兼用できるヒートポンプ式冷暖房装置では、
四方弁を用いて冷媒の流れ方向を転換させていた。

第５図〜第７図は従来の四方弁の構造とｆ１初を説明し
た四方弁の模式的前面図である。

四方弁Ａは、４つの冷媒出入口ボート１ａ＝１６を備え
、これらのボート相互間の連通状態を切替えることによ
って上記の冷媒の流れ方向を逆転させるためのスライド
式弁体２をシリンダー状ケーシグ１内に納めて構成され
た主弁Ａ１と、弁体２の駆動源としての電磁式パイロッ
ト弁Ａ２とから成り立っている。

電磁式パイロット弁Ａ２ちまた、主弁同様に４つの冷媒
出入口ボートを有するシリンダー状ケーシング１１内に
各ボート間の連通状態切替用ピストン弁１２を納めて構
成されており、これら２つの弁の各々のボート間は図示
のように配管または適宜の流路によって結ばれている。

図中の２０は冷媒の圧縮機、２１と２２はそれぞれ冷房
シイクル時の蒸発器と凝縮器である。

この四方弁の作動は冷房サイクル時には電磁パイロット
弁の電磁コイル１３に通電さぜないことによって、ピス
トン弁１２は押しバネ１４により第５図の位置を占め、
主弁へ１の一方（図の右側）のシリンダ６は高圧側冷！
！！流路ａに、使方（図の左側）のシリンダ５は低圧側
冷！Ｉ！流路しに導通されるので弁体２に固着された左
右−組のピストン３と４は両シリンダ内のり一ノｊ差に
より、弁体２を左端側に押しやって、冷房サイクル時の
冷媒循環流路が形成される。

＠房すイクルに切替えるために電磁パイロット弁Ａ２に
通電すると、ピストン弁１２は電磁コイル１３内に吸引
されるので、２つのシリンダにそれぞれ及ぼされる高・
低２系統の冷媒圧の加わる方向が逆転して弁体２は上記
とは逆方向の右端側に移動して第６図に示したように、
冷房υイクル時とは逆の向きの冷媒流路に切替えられる
。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の構造を備えた四方弁を用いるヒートポンプ式冷暖
房装置では、暖房運転時に圧縮機の駆動用エンジンの回
転数が低くまた蒸発器による吸熱量が少ないなどの理由
によって、圧縮機からの吐出冷媒圧が低すぎて弁体２の
作動力の源となる高圧側冷Ｗ、ｒ＋と低圧側冷媒圧との
圧力差が充分に得られないときには、弁体２は第５図と
第６図のそれぞれの位置の中間の例えば第７図に示した
位置に達して、圧縮機２０の吐出側と吸入側とを図中に
矢印で示したように導通させたままで停止してしまうこ
とが起こり得る。この場合には圧縮機が回転しつづけて
も容易には弁体２を移動させるに足る圧力差が得られず
、この間ｔよ空転状態となって圧縮機が損壊される恐れ
も生じてくる。

またヒートポンプ式冷暖房装置を自動車に装架して走行
用エンジンによって圧縮機を駆動する場合には、車の走
行状態によって空調装置の能力が目まぐるしく変動する
うえに、建物内の空調を行う場合と異なって断熱構造に
欠けている車室内への熱の出入は極めて容易に行われる
ので、所望の空調状態を保つために頻繁にエアコンスイ
ッチのオン−オフ操作を行わざるを得なくなる。

第５図および第６図に示した電磁式パイロット弁Ａ２に
通電した時暖房運転に切替ねる四方弁が使われている場
合には、暖房運転を停止させると、ピストン３および４
にそれぞれ及ぼされる高圧側と低圧側の両冷媒の呈する
残圧によって、停止の都度弁体２は第６図のｌ！！房運
転位置から第５図の冷房運転位置に向けて無意味に移動
させられる。

従って次の暖房運転再開時には弁体２を逆戻りさせなけ
ればならず、このような弁体の頻繁な動作は四方弁の寿
命を縮めるうえに弁の４肋不良をＩＢくことにもなる。

本願発明は電磁式パイロット弁への通電停止の都度、主
弁の弁体が不必要に連動して移動することなく、従って
弁体の無意味な損耗が防がれると共に、運転条件が不良
な場合にも弁体の作動不良を起こす恐れがないヒートポ
ンプ式冷暖房装置用の四方弁を提供することを目的とす
る。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明によるヒートポンプ
式冷暖房装置は、冷媒循環ザイクルの高圧側冷媒と低圧
側冷媒の圧力差に基づいて弁体を移動させる主弁と、そ
の弁体の移動方向を逆転させるためのパイロット弁とを
組み合わせた冷Ｉｓ流路切替用四方弁を備えるヒートポ
ンプ式冷暖房装置において、前記四方弁は、主弁の弁体
作動用の１組の冷媒流入シリンダを相互に導通させるた
めの連通路と、該連通路の開閉手段と、前記冷暖房装置
の運転を停止させた峙、前記間［段を開作動させ、起動
させた時閉作動させるための、開閉制御手段とを備える
構成を採用した。

［作用および発明の効果１ 上記の構成を備えたヒートポンプ式冷暖房装置は装置を
起動させると、この起動操作に連動して開閉制御手段が
連通路に介在させた連通路開閉手段を開作動させるので
、四方弁の弁体作動用の１組のシリンダ内の短絡的相互
導通が断たれて四方弁は正常に作動する。

％Ｎ置の運転を停止させると、開閉制御手段が連動して
連通路開閉手段を開作動させるので、高圧側シリンダ内
と低圧側シリンダ内は短絡的に導通され、両シリンダ内
の冷媒残圧は迅速に均等化される。従って装置の運転停
止直後に弁体が両シリンダ内の圧力差によって無意味に
移動することが防がれ、四方弁の耐久台が向上すると共
に弁体の作動不良を来たす恐れも解消する。

装置の運転停止後洗に再起動させると、開閉制御手段の
働きにより連通路の聞１１手段が開作動するので、四方
弁は直ちに正常作動状態に復帰する。

［実施例］ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明を具体的に説明
する。

第１図と第２図は、四方弁の構造と開閉制御手段とをそ
れぞれ示した一実施例図であって、四方弁△は４つの冷
媒出入口ボート１８〜１ｄの相！′７接続状態を切替え
させるためのスライド式弁体２を納めた主弁Ａ１と、弁
体２の作動用の電磁式パイロット弁Ａ２とを組み合わせ
た形式のものである。

主弁へ１１まシリンダー状ケーシング１内の両端部にそ
れぞれピストン３と４によって区画されたシリンダ５と
６を形成させ、この両ピストン３と４の間で弁体２を挟
持するように構成されている。

両シリンダ５と６にはそれぞれ高圧側または低圧側冷奴
の導入用配管の接続口５ａと６８が説けてあり、この両
接続口は図示のようにパイ［１ツト弁へ２の４つの冷媒
出入口ボートのうらの特定ボートに連通されると共に、
両シリンダ内を相互に導通させる冷媒流短絡配管として
の連通路９によって結ばれている。

連通路９には、この冷媒通路の開閉手段としての非通電
時間弁型の電磁弁８が介在させである。

電磁弁８は、その［ｍ１ｆｆｌ制御手段Ｂとしての開閉
スイッチ１７をオフ接点１７ａ　ｍｌｌに切替えること
によって開弁され、オン接点１７ｂ側に切替えた時閉弁
される。開閉スイッチ１７は空調装置の作動オン−オフ
用のエアコンスイッチまたは空調用送風様を働かせるた
めのプロワスイッチによって図示のようにその役目を兼
ねさせることができる。回路図中の１５は車載バッテリ
電源、１６はエンジンキースイッチ、１８は冷房運転と
暖房運転とを切替えるための空調モード切替スイッチ、
４０はヒートポンプ式冷暖房装置の制御回路である。

ｆｆ１ａ式パイＯット弁へ２のシリンダー状ケーシング
１１内には、流路切替用ボートを設けた磁性体製のピス
トン状弁体１２が納められており、ケーシング１１に外
嵌された電磁コイル１３に通電することによって磁気吸
引力を受けた弁体１２は図の右側端に移動し、通電を断
つと戻しスプリング１４が働いて左側端位置に戻る。Ｎ
磁式バイ［１ツト弁△２の電磁コイル１３は、空調モー
ド切替スイッチ１８の暖房モード側接点１８ｂを経て通
電される回路構成になっているので、スイッチ１８が冷
房モード側接点１８ａ側に切替っている時には通電され
ず、２つの弁へ１とＡ２のそれぞれの弁体２と１２は第
１図に示された位置を占める。

第３図に四方弁Ａを用いて冷媒循環流の流れ方向を逆転
させる型式の自動車用ヒートポンプ式冷暖房装置の一例
をそのシステム図として示した。。

この装置はヒートボンブリ°イクル時の吸熱源として外
気の保有熱の代りにエンジン冷却水の温熱を利用してい
る。

この装置は四方弁Ａが冷房運転側にセットされている時
には、付設されているマグネットクラッチ３７を介して
走行用エンジンＤの回転力を断続自在に伝えられる圧縮
機２０の吐出口２０ａから送出され、図中に実線矢印で
示したルートをたどる高湿・高圧の気相冷媒は、外気に
よって冷やされ凝縮器として働く室外側熱交換器２２内
を通過する間に冷却液化し、逆止弁２７を通過侵逆止弁
２８に阻まれてレシーバ２４内に流入し一１１貯溜され
る。レシーバ２４から流出した液相冷媒はこのり°イク
ル時には開ざされている？１ｆｆｉｌａ弁２９側には向
かわず、この時蒸発器として働く室内側熱交換器２１用
の減圧装置２５を通過することによって減圧され気・液
２相状態のもとに蒸発ｉ！！ｉ２１に送り込まれる。

蒸発器２１は、ブロワモータ３２によってファン３１が
駆シＪされる送風様により被空調空気が通り扱けさせら
れている空調用ダクト３３内に設置されているので、液
冷媒は温かい空気から気化の潜熱を奪うことによって冷
房仕事を果たして自身は元の気相にもどり、四方！、Ａ
と逆止弁３０を経て再循環のために圧縮機２０の吸入口
２０ｂに吸入される。

四方弁Ａを暖房運転側（ヒートボンブザイクル）に切替
えると、冷媒循環流の流れ方向は図中に破線矢印で示し
たように逆転し、圧縮機２０から吐出された高温・高圧
の気相冷媒は、このサイクル時には凝縮器として働く室
内側熱交換器２１を通過する問に、ダクト３３内を吹き
抜ける冷たい空気に熱を伝えて暖房用温風を生じさせ、
自身は冷却液化されて逆止弁２８を通過した後逆止弁２
７に阻まれてレシーバ２４に流入する。レシーバ２４か
ら流出した液冷媒はこのｖ１膨張装置２５が閏ざされて
電磁弁２９が開かれているので、第２の膨張装置２６を
くぐり抜けて気・液２相が混在する減圧状態のちとに吸
熱用熱交換器２３に流入し、エンジンＤの冷却水の循環
供給を受けているこの熱交換器から気化の潜熱を吸収す
ることによって暖房用熱エネルギーを蓄えた気相にもど
り、再循１フのために圧縮機の吸入口２０ｂに吸入され
る。

次に上記実施例に示された四方弁Ａの作動の有様を、冷
房運転開始、冷房運転→冷・暖房装置（エアコン）停止
、暖房運転開始、暖房運転−→エアコン停止、および暖
房運転開始侵の暖房運転再開の各作動段階毎に分けて図
を参照しながら説明する。

［冷房運転開始］ エンジンキースイッチ１６がオンされた状態のもとで、
開閉制御手段Ｂを兼ねるエアコンスイッチ１７をオン接
点１７ｂ側に切替えることによって四方弁Ａの連通路９
に介在させた非通電時間弁型の電磁弁８は閉弁されるの
で、四方弁Ａは正常に作動する状態にセットされる。次
に空調モード切替スイッチ１８を冷房モード接点１８ａ
オン側に位置させることによって、電磁式パイ０ツト弁
Ａ２の弁体１２は第１図に示された位置を占めて、四方
弁Ａは図示のような冷房サイクルのための冷媒の流れ方
向を設定する。

「冷房運転−→エア」ン作動停止］ エアコンスイッチ１７をオフ接点１７ａ側に切替えるこ
とによって電磁弁８は開弁されるので、このオフ操作と
同時に主弁Ａ１の両シリンダ５と６は連通路９を介して
導通状態となるが、パイ０ツト弁Ａ２の作動変化をとも
なわないので、この作動段階では電磁弁８の本来の機能
は生じない。

［暖房運転開始］ エアコンスイッチ１７をオン接点１７ｂ側に切替えるこ
とによって今まで開かれていた電磁弁８は閉ざされて四
方弁Ａは正常に作動する状態にもたらされる。そして空
調モード切替スイッチ１８を暖房側接点１８ｂに切替え
ることによってパイロット弁Ａ２に通電されるために、
主弁へ１の弁体２は右端側に移動し、四方弁Ａは冷媒流
を暖房時の流れ方向に逆転さＵる（第６図参照）。

［暖房運転−→エアコン作動停止］ エアコンスイツヂ１７をオフ接点１７ａ側に切替えるこ
とによって装置は停止するが、この時主弁Ａ１の両シリ
ンダ５と６とはそれぞれ冷媒循環路内の高圧側および低
圧側の残存冷媒圧が及ぶ状態にある。そしてパイロット
弁Ａ２は暖房サイクルのために供給されていた電力が断
たれて、弁体１２は通電時の第６図の位置′から第１図
（および第５図）に示した非通電位置に移動するので、
主弁Ａ１の両シリンダ５と６への高圧側および低圧測置
冷媒圧の加わる方向が逆転し、従来の四方弁であれば主
弁の弁体２は、冷房り゛イクル側に向けて移動させられ
ることになる。、シかしこの実施例の四方弁Ａには両シ
リンダ５と６を結んで電磁弁８を介在させた連通路９が
設けてあり、エアコンスイッチ１７のオフ操作によって
パイ［１ツト弁へ２への通電が断たれると同時に、両シ
リンダ５と６内にそれぞれ及ぼされる高・低２系統の冷
媒圧は弁体２の移動を許すいとまを与えずに均圧化され
てしまう。

従って四７’ｌ’　ｊｔ　Ａのこのｌ’ｉ！ＩＩ段階に
おいては、従来の四方弁と違って暖房サイクルを停止さ
せることによって主弁Ａ１の弁体２が無意味に冷房サイ
イル側に向けて移動する不都合の発生が防止され、従来
しばしば問題となった、暖房サイクル停止後の弁体移動
に伴う四方弁の作動不良も解消する。

し暖房運転停止後の１！！！房運転再開］エアコンスイ
ツヂ１７のオン作動に伴って電磁弁８は通電により閉弁
され、四方弁は正常に作動する。そして従来の四方弁で
あれば、上述のように、前の作動段階である暖房運転の
浮止と同時に主弁Ａ１の弁体２は、電磁式パイロット弁
Ａ２の弁体１２の左方移行の動きを受けて冷房サイイル
側に向けて移動しているはずの所が、第２図に描かれて
いるように、Ｉ！Ｊ！房り゛イクル側にセットされた位
置に保持されているので、暖房運転再開時にパイロット
弁へ２に通電して弁体１２が第６図の位置に再移動させ
られた時にも、主弁Ａ１の弁体２は無駄な復帰動作をし
なくても済む。

従って暖房運転を反復して断続的に行う場合に弁体２が
頻繁に左右動を繰り返す現象の発生は完全に防止される
。

経験的なデータに基づいて試算した所、本発明による連
通路および連通路開閉手段を有しない従来の四方弁と本
発明の四方弁とでは、−暖房シーズン中に前者は主弁へ
１の弁体２が数百回に及ぶ無駄な往復動を予備なくされ
ると推等されたのに対して後右は唯一回の移動で足りる
という結論が得られた。

連通路９の開閉手段の一例である電磁弁８の開閉制御手
段としては、上記のエアコンスイッチ１７を流用した電
磁弁８の通電オン−Ａ゛ノ回路以外にも様々な回路構成
が可能である。

第４図に開閉制御手段の他の実施態様を示した。。

１９は冷房側接点１９ａ　、　Ｉｌｌ！房側接点１９ｂ
およびオフ接点１’ｌｃを備える空調モード選択スイッ
チであり、３５と３６はダイオードである。

この回路の作動は、エンジンキースイッチ１６の投入後
に空調モード選択スイッチ１９によって冷房モードにセ
ットすると、バッテリ電源１５の電流はダイオード３６
を通過後ダイオード３５に阻まれて電磁弁８に流れるが
、パイロット弁Ａ２の電磁コイル１３には給電されない
。

暖房モードを選択すると、バッテリ電流はダイオード３
５を経て電磁弁８に供給されると共に、電磁コイル１３
にも流される。そしてオフモードに１苔えると、電磁弁
８と電磁コイル１３への通電は共に行われなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、本発明による四方弁と開閉制御手段
の構成と負動の説明図である。 第３図は四方弁を使用した自動重用のヒートポンプ式冷
ｌＩｉ房装置のシステム図である。 第４図は開閉制御手段の他の実施例図である。 第５図〜第７図は従来の四１ノ弁の作動説明図である。 図中　　Ａ・・・四方弁　Ａ１・・・主弁　Ａ２・・・
バイット弁　１・・・主弁のケーシング　２・・・主弁
の弁体３．４・・・ビス１−ン　５．６・・・シリンダ
　８・・・開閉手段（電磁弁）　　９・・・連通路　Ｂ
・・・開閉制御手段′＞４図 日　　７式１１！； 第２図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１）冷媒循環サイクルの高圧側冷媒と低圧側冷媒の圧
   力差に基づいて弁体を移動させる主弁と、その弁体の移
   動方向を逆転させるためのパイロット弁とを組み合わせ
   た冷媒流路切替用四方弁を備えるヒートポンプ式冷暖房
   装置において、 前記四方弁は、主弁の弁体作動用の１組の冷媒流入シリ
   ンダを相互に導通させるための連通路と、該連通路の開
   閉手段と、 前記冷暖房装置の運転を停止させた時、前記開閉手段を
   開作動させ、起動させた時閉作動させるための、開閉制
   御手段とを備えたことを特徴とするヒートポンプ式冷暖
   房装置。