KR101114632B1 - 사방 절환 밸브 및 이를 사용한 냉동 사이클 장치 - Google Patents

Abstract

사방 절환 밸브 내에서는 고온 냉매와 저온 냉매의 유로가 인접하고 있고, 구성 부품을 통해 열이동이 발생하므로 열손실의 원인이 되고 있었다.

사방 절환 밸브(1)에 있어서의 밸브 받침대(12)의 상부 표면인 밸브 시트면(13)에 형성되는, 저압측 접속구(7)와, 제1 접속구(9)와, 제2 접속구(8)의 각각의 개구부의 주위를, 밸브 시트면(13)을 구성하는 소재보다도 열전도율이 낮은 소재로 덮는 구성으로 한다. 그리고, 그 밸브 시트면을 덮는 열전도율이 낮은 소재는 밸브체(10)의 일부(10a)로 구성되고, 밸브체(10)는 보울 형상부(10b)와 플랜지부(10a)를 갖고, 플랜지부(10a)는 보울 형상부(10b)의 양측에 고온 냉매의 유로가 되는 2개의 구멍이 마련되어 밸브 시트면(13)을 미끄럼 이동하는 구성이다. 또한, 밸브 받침대(12)의 밸브 시트면(13)을 열전도율이 낮은 소재로 덮고, 밸브체의 보울 형상부(10b)의 정상점 주변을 평면 혹은 오목 형상으로 한다.

압축기, 팽창 밸브, 보울 형상부, 밸브 받침대, 밸브 시트면

Description

사방 절환 밸브 및 이를 사용한 냉동 사이클 장치 {4-WAY SWITCHING VALVE AND REFRIGERATION CYCLE DEVICE FOR USING THE SAME}

본 발명은 냉동 사이클에 사용되는 사방 절환 밸브와 이를 구비한 냉동 사이클 장치에 관한 것으로, 특히 고온 냉매로부터 저온 냉매로의 열이동을 억제하는 데 적합한 사방 절환 밸브에 관한 것이다.

냉동 사이클 내에 설치한 사방 절환 밸브를 사용하여 냉매 유로를 절환하는 냉동 사이클 장치, 예를 들어 도13에 도시하는 구조의 것이 종래부터 알려져 있다. 도13은 종래기술에 관한 공기 조화기와 이에 구비된 사방 절환 밸브를 도시하는 구성도이다.

도13에 도시하는 사방 절환 밸브(1)는 실린더 형상의 밸브 본체(1)의, 한쪽 측면에 고압측 접속구(6)를 배치하고, 그 반대측 측면에 저압측 접속구(7)와, 제2 열교환기(3)에 연결되는 접속구(8)와, 제1 열교환기(4)에 연결되는 접속구(9)를 인접하여 배치하는 구성으로 되어 있고, 보울(bowl) 형상부(10b)와 플랜지부(10a)로 이루어지는 밸브체(10)를 밸브 받침대(12) 상에서 미끄럼 이동시킴으로써, 저압측 접속구(7)와 연통하는 접속구를, 제2 열교환기(3)에 연결되는 접속구(8)와 제1 열 교환기(4)에 연결되는 접속구(9) 사이에서 임의로 선택 가능하게 하고 있다. 이에 의해 냉매의 흐름을 가역적으로 절환하여 냉방 운전과 난방 운전을 가능하게 하고 있다. 사방 절환 밸브 내에서는 고온의 토출 냉매와 저온의 흡입 냉매의 유로가 근접하게 배치되어 있으므로, 고온의 토출 냉매와 저온의 흡입 냉매 사이에서 열교환이 발생한다. 이에 의해, 예를 들어 냉방 능력이 저하되는 등의 문제점이 발생한다.

상술한 바와 같은 과제에 대한 해결 수단으로서, 고온 냉매의 유로의 입구에 방해판(baffle plate)을 설치하는 기술이나, 밸브체(10)의 보울 형상부(10b) 내부에 정류판을 설치하는 기술이나, 밸브 받침대(12)에 홈을 마련하는 기술이, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1에 따르면, 고온 냉매의 유로의 입구에 방해판을 설치함으로써, 유로 폭의 변화가 큰 고온 냉매 출구 부근의 밸브 시트면(13)에서의 난류를 억제하여, 열전달을 억제하는 취지가 기재되어 있다. 또한, 흐름의 방향이 크게 변화되는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b) 내부에 정류판을 설치함으로써 난류를 정류하여 열전달을 억제할 수 있는 취지가 기재되어 있다. 또한, 금속제의 밸브 받침대의 밸브 시트면에 고리 형상의 홈을 마련함으로써, 밸브 받침대의 열전도를 억제할 수 있는 취지가 기재되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2006-194338호 공보

일반적으로 말해서, 사방 절환 밸브 내에서는 구성 부품을 통해 고온 냉매로부터 저온 냉매로 열이동이 있어, 열손실의 원인으로 되어 있다. 사방 절환 밸브에 유입한 고온 냉매는 우선, 밸브 받침대 혹은 밸브 본체 중 어느 한쪽에 열을 전달한다. 밸브 받침대로 전달된 열은 저온 냉매로 열을 전달한다. 또한, 밸브 본체로 전달된 열은 밸브 받침대에 전달되고, 또한 그 열은 밸브 받침대로부터 저온 냉매로 전달된다. 사방 절환 밸브의 열손실을 저감시키기 위해서는, 고온 냉매로부터 밸브 받침대로의 열이동과 밸브 본체로의 열이동을 억제하는 것이 필요하다.

고온 냉매로부터 밸브 받침대로의 열이동은 고압측 접속구로부터 고온 냉매가 유입하고, 밸브 받침대의 밸브 시트면(밸브 받침대의 시트 형상 상면)에 직접 접촉함으로써 발생하고 있었다. 밸브 시트면에 접촉한 고온 냉매는 고온 냉매의 출구가 되는 접속구 부근에서 축류(縮流)되어 흐름이 흐트러져 전열이 촉진된 상태가 된다. 그로 인해, 고온 냉매의 출구가 되는 접속구 부근의 밸브 시트면이나 그 접속구에 연결되는 배관에서는 열이동이 발생하기 쉽다.

밸브 시트면이나 고온 냉매의 출구에 연결되는 배관으로 이동한 열은, 열전도율이 높은 금속성의 밸브 받침대를 통해 인접하는 저온 냉매로 열을 이동시키고 있었다. 또한, 밸브체에 의해 형성되는 저온 냉매의 유로에서도, 흐름 방향의 변화가 큰 것부터 흐름이 흐트러져, 저온 냉매의 출구가 되는 접속구 부근이나 그 접속구에 연결되는 배관에서는 열이동이 발생하기 쉽게 되어 있었다. 그로 인해, 저 온 냉매의 출구가 되는 접속구 주변은, 밸브 받침대를 통해 이동해 온 고온 냉매의 열을 흡열하기 쉬운 구성으로 되어 있었다. 또한, 고온 냉매로부터 밸브 본체로의 열이동은 고온 냉매가 밸브 본체에 대해 충돌류가 됨으로써 발생한다. 고압 냉매는 고압측 접속구로부터 고온 냉매가 유입한 후, 밸브체의 보울 형상부의 정상점 부근에 충돌한다. 밸브체와의 충돌에 의해 고온 냉매의 흐름의 방향은 확산되고, 흐름의 일부가 밸브 본체의 벽면을 향해 흘러 고온 냉매로부터 밸브 본체로 열이 이동하고 있었다.

이들 열이동에 대해, 예를 들어 상기 특허문헌 1에 개시된 종래기술에서는, 고온 냉매로부터 밸브 받침대로의 열이동을 억제하기 위해 고온 냉매 입구에 방해판을 설치한다고 한 예나, 밸브 받침대에 전달된 열이 저온 냉매로 이동하는 것을 억제하기 위해 밸브체의 보울 형상부 내부에 정류판을 설치한다고 한 예가 개시되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 고온 냉매의 유로에 있어서는, 사방 밸브 내에 유입한 고온 냉매가 밸브 받침대에 직접 접촉하는 것을 억제하고, 고온 냉매 출구나 그 주변의 밸브 받침대의 밸브 시트면에서 고온 냉매의 유속이 증가하는 것에 의한 전열(傳熱)의 촉진을 억제하고 있다. 또한, 저온 냉매의 유로에서는 밸브체의 보울 형상부 내부를 흐르는 저온 냉매의 난류를 억제하여, 밸브 받침대로부터 저온 냉매로의 전열의 촉진을 억제하고 있다. 그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 종래기술과 같이 고온 냉매의 유로 입구에 방해판을 부착하는 경우, 방해판에 충돌한 후의 고온 냉매는 흐름의 방향을 바꾸어 근방에 있는 밸브 본체를 향해 흐른다. 그로 인해 방해판을 설치하는 것은 고온 냉매로부터 밸브 본체로의 전열이 촉진되어 버릴 가능성이 있었다.

또한, 상기 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 종래기술에서는 유로 내에 방해판이나 정류판을 설치함으로써, 밸브 본체 내의 냉매의 흐름의 흐트러짐을 억제하여 냉매의 열전달을 억제하는 것에 효과가 있다고 하고 있다. 그러나, 고온 냉매도 저온 냉매도 냉매 출구에 해당되는 접속구(냉방 운전시에 있어서는 저압측 접속구와 실외측 접속구) 부근에서는 유로의 폭이 좁아지므로 냉매는 축류된다. 그로 인해 냉매 출구가 되는 접속구 부근의 받침대의 밸브 시트면에 있어서는, 냉매의 흐름은 흐트러지고, 유속이 높아지므로 열전달은 촉진되어 버릴 가능성이 있다.

또한, 상기 특허문헌 1에 개시된 종래기술에서는, 밸브 받침대로 전달된 열이 저온 냉매로 이동하는 것을 억제하기 위해, 밸브 받침대의 밸브 시트면에 밸브 받침대에 설치된 접속구를 각각 둘러싸도록 고리 형상의 홈을 마련한다고 한 예가 개시되어 있다. 이 구성에 의해, 금속제의 밸브 받침대에 대해 고리 형상의 홈은 열저항체가 되므로 밸브 받침대 전체의 열전도율을 억제한다고 되어 있다. 그러나, 밸브 받침대를 통해 고온 냉매와 저온 냉매의 열이동을 억제하기 위해, 밸브 받침대에 설치된 접속구를 각각 둘러싸도록 고리 형상의 홈을 마련하는 경우, 이 고리 형상의 홈에는 냉매가 항상 흐르는 구성으로 되어 있다. 이로 인해, 고온 냉매의 유로와 저온 냉매의 유로가 인접해 있는 장소(냉방 운전시에 있어서는 저압측 접속구와 제1 접속구 사이)에서는 고온 냉매와 저온 냉매의 유로가 근접하게 되어(제1 접속구에 마련한 고리 형상 홈의 밸브 본체 중심축측의 내측 홈과 저압측 접속구의 거리가 접근함), 오히려 고온 냉매로부터 저온 냉매로의 전열이 촉진되어 버릴 가능성이 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 과제를 해결하기 위해 고온 냉매와 저온 냉매의 열이동을 효과적으로 억제 가능한 사방 절환 밸브 및 이를 사용한 냉동 사이클 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 주로 다음과 같은 구성을 채용한다.

압축기와 제1 열교환기와 감압 수단과 제2 열교환기를, 냉매가 충전된 냉매 배관에 각각 접속하여 냉동 사이클을 형성하고, 또한 상기 냉매 배관에는 상기 제1 열교환기가 방열기로 되고 상기 제2 열교환기가 증발기로 되는 운전과, 상기 제2 열교환기가 방열기로 되고 상기 제1 열교환기가 증발기로 되는 운전을 서로 절환하기 위한 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치이며,

상기 사방 절환 밸브는 원통 형상의 양단부를 밀폐한 밸브 본체와, 압축기의 토출구에 연통하는 고압측 접속 배관과, 상기 압축기의 흡입구에 연통하는 저압측 접속 배관과, 상기 저압측 접속 배관의 한쪽 측에 인접하여 배치된 상기 제1 열교환기에 연통하는 제1 접속 배관과, 상기 저압측 접속구 단부의 다른 쪽 측에 인접하여 배치된 상기 제2 열교환기에 연통하는 제2 접속 배관과, 상기 밸브 본체 내의 내측에 설치되고 상기 제1 접속 배관과 상기 저압측 접속 배관과 상기 제2 접속 배관의 개구부가 차례로 배치되는 평면 형상의 밸브 시트면을 갖는 대략 반원통 형상(semi-cylindrical shape)의 밸브 받침대와, 상기 밸브 시트면을 미끄럼 이동함 으로써 상기 제1 접속구와 상기 제2 접속구 중 한쪽의 접속구가 상기 저압측 접속구와 연통 상태가 되고, 다른 쪽의 접속구가 상기 고압측 접속구와 연통 상태가 되도록 절환하는 밸브체를 구비하고, 상기 밸브 시트면에 형성되는, 저압측 접속구와, 제1 접속구와, 제2 접속구의 각각의 개구부의 주위를, 상기 밸브 시트면을 구성하는 소재보다도 열전도율이 낮은 소재로 덮는 구성으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.

또한, 상기 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 사방 절환 밸브는, 상기 밸브 시트면을 덮는 열전도율이 낮은 소재는, 상기 밸브체의 일부로 구성되고, 상기 밸브체는 보울 형상부와 플랜지부를 갖고, 상기 플랜지부는 상기 보울 형상부의 양측에 고온 냉매의 유로가 되는 2개의 구멍이 마련되어 상기 밸브 시트면을 미끄럼 이동하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.

또한, 상기 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 밸브 시트면을 덮는 열전도율이 낮은 소재는 상기 저압측 접속구와 상기 제1 접속구와 상기 제2 접속구를 개방시키는 3개의 구멍을 갖는 시트 형상 부재로 구성되고, 상기 시트 형상 부재를 상기 밸브 시트면에 설치하고, 상기 밸브체는 상기 시트 형상 부재 상을 미끄럼 이동하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.

또한, 상기 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 밸브체의 보울 형상부의 정상점 주변의, 밸브체의 짧은 변 방향에 있어서의 단면 형상이 밸브체의 저면과 평행 또는 오목 형상인 구성으로 한다. 이와 같이, 밸브 받침대의 밸브 시트면을 열전도율이 낮은 소재로 덮고, 밸브체의 보울 형상부 외측 주 위의 정상점 주변을 평면 혹은 오목 형상으로 함으로써, 사방 절환 밸브 내의 고온 냉매로부터 저온 냉매로의 열이동을 억제하여 열손실을 저감시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 사방 절환 밸브에 있어서의, 고온 냉매로부터 저온 냉매로의 열이동을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 이 사방 절환 밸브를 사용한 냉동 사이클 장치의 효율을 향상시켜 에너지 절약성을 높일 수 있다.

본 발명의 제1 내지 제5 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브에 대해, 도1 내지 도14를 참조하면서 이하 상세하게 설명한다. 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서는 도1 내지 도6을 이용하여, 제2 실시 형태에 대해서는 도7을 이용하여, 제3 실시 형태에 대해서는 도8과 도9를 이용하여, 제4 실시 형태에 대해서는 도10과 도11을 이용하여, 제5 실시 형태에 대해서는 도12를 이용하여 설명하지만, 제2 실시 형태 이후의 것은 적절하게 제1 실시 형태의 구조를 원용한다.

[제1 실시 형태]

본 발명의 제1 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브에 대해, 도1 내지 도6 및 도13과 도14를 참조하면서 이하 상세하게 설명한다. 본 실시 형태에서는 냉동 사이클 장치로서 공기 조화기를 상정한 경우를 나타낸다.

도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브와 이를 사용한 공기 조화기의 냉방 운전시의 구성을 도시하는 도면이다. 도2는 본 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브와 이를 사용한 공기 조화기의 난방 운전시의 구성을 도시하는 도면이다. 도3은 본 실시 형태에 있어서의 밸브체(10)와 밸브 받침대(12)와 밸브 받침대(12) 내부에 설치된 접속구를 도시하는 사시도이다. 도4는 본 실시 형태에 있어서의 밸브 받침대(12)와 밸브체(10)를 도시하는 단면도이며, 밸브 시트면(13)에 개구부를 형성하는, 밸브 받침대(12)에 설치한 고리 형상의 홈을 도시하는 상면도이다. 도5는 도1의 A-A선에 있어서의 단면도를 도시한 것이다. 도6은 본 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브의 밸브체(10)와 밸브체 보울 형상부(10b)의 내측에 설치된 부재(15)를 밸브 시트면(13)의 방향으로부터 본 도면이다.

또한, 도13은 본 실시 형태와 대비하여 설명하기 위해 사용하는 종래기술에 관한 사방 절환 밸브와 이를 사용한 냉동 사이클 장치의 냉방 운전시의 구성을 도시하는 도면이다. 도14는 도13의 B-B선에 있어서의 단면도를 도시한 것이다.

도1에 도시한 바와 같이, 냉방 운전시에는 압축기(2)에서 압축된 냉매(도시하지 않음)는 고압측 접속구(6)로부터 밸브 본체(1)로 유입하고, 실외 접속구(9)로부터 유출한다. 그 후, 실외 열교환기(4)에서 실외 공기에 방열함으로써 응축ㆍ액화하고, 팽창 밸브(5)에 의해 감압된다. 감압되어, 저온ㆍ저압이 된 냉매는 실내측 열교환기(3)로 흐르고, 실내 공기로부터 열을 빼앗아 증발ㆍ가스화하므로, 이때 실내 공기는 차가워져 냉방 운전을 행할 수 있다. 그 후 저온ㆍ저압의 냉매는 실내 접속구(8)로부터 밸브 본체(1)에 유입한다. 유입 후에 보울 형상의 밸브체(10)의 내측을 지나, 저압측 접속구(7)를 통과하여 압축기(2)의 흡입측으로 복귀되고, 다시 압축된다.

본 실시 형태와 대비하기 위해, 도13에 도시하는 종래기술을 설명한다. 도 13에는 종래기술에 있어서의 사방 절환 밸브와 이를 사용한 냉동 장치의 냉방 운전시의 구성을 도시한다. 도13에 도시하는 종래의 사방 절환 밸브의 밸브체(10)는 보울 형상부(10b)와 플랜지부(10a)로 이루어져 있다. 이 사방 절환 밸브에서는, 고압측 접속구(6)로부터 유입한 고온 냉매는 밸브 본체(1)로 흘러 들어가고, 그 후에 실외측 접속구(9)로 유출한다. 실외측 접속구(9)의 유로는 밸브 본체(1)의 내측 유로에 비해 단면적이 작기 때문에, 고온 냉매는 실외측 접속구(9)의 입구 부근에서 축류된다. 그로 인해, 실외측 접속구(9) 부근의 밸브 시트면(13)에서는 고온 냉매의 표면 유속이 증가하고, 온도 경계층이 얇아지므로, 고온 냉매로부터 밸브 받침대(12)로 열이 전달되기 쉬운 전열 경로가 된다.

이에 대해, 도1에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에서는 밸브 시트면(13)의 전체를 밸브체(10)의 플랜지부(10a)로 덮는 구성으로 하고 있다(도3을 참조). 밸브체(10)는 밸브 받침대(12)의 소재보다도 열전도율이 낮은 소재로 되어 있고, 본 실시 형태에서는 수지를 상정하고 있다. 이 밸브체(10)는 보울 형상부(10b)와, 그 보울 형상부(10b)의 양측에 배치된 2개의 구멍(14a와 14b)을 가진 플랜지부(10a)로 이루어져 있다. 이 플랜지부(10a)의 구멍(14a와 14b)은 밸브 본체(1)로부터 실내 열교환기(3) 혹은 실외 열교환기(4)에 연결되는 접속구로 냉매를 흐르게 하기 위한 유로로 되어 있다. 도1은 냉방 운전시이므로, 플랜지부의 구멍(14b)은 실외측 접속구(9)의 개구부와 겹치도록 배치되어 있다.

본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 구성으로 함으로써, 밸브 본체(1) 내에 유입한 고압 냉매는 밸브체(10)의 플랜지부의 구멍(14b)을 지나 실외측 접속구(9) 로 흐른다. 이때 실외측 접속구(9) 부근의 밸브 시트면(13)[밸브 시트(12)의 상부 표면]은 플랜지부(10a)에 덮여 있으므로, 고온 냉매가 밸브 시트면(13)과 직접 접촉하는 면적이 억제된다. 또한, 플랜지부(10a)는 열전도율이 낮은 수지제이므로, 축류하여 열전달이 촉진되고 있는 고온 냉매로부터의 열이 밸브 시트면(13)에 전달되는 것을 억제한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 플랜지부의 구멍(14a) 및 구멍(14b)의 개구부의 직경이 냉매 유입측에서 (고압 접속구를 향해) 직경이 서서히 확대되는 R 형상으로 되어 있다. 이 형상에 의해, 본 실시 형태의 밸브체(10)는 냉매의 출구가 되는 접속구 주변에 있어서 냉매의 난류를 억제할 수 있다. 이에 의해 접속구 부근의 밸브 시트면(13)에서는 열전달은 촉진되지 않으므로, 밸브 시트면(13)에 개방된 접속구를 통과한 후, 밸브 받침대와 접하고 있는 접속 배관 내에 있어서도 전열을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 사방 절환 밸브는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b) 내측에 수지제의 부재(15)가 설치되어 있다(도6을 참조). 이 수지제의 부재(15)는 밸브 받침대(10)에 접하는 저면 부분이 평면으로 되어 있어, 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 내부에 있는 밸브 시트면(13)[도1에 도시하는 냉방 운전시의 예에서는, 저압측 접속구(7)와 실내측 접속구(8) 사이의 밸브 시트(12)에 있어서의 밸브 시트면]을 덮고 있다. 또한, 부재(15)의 상면의 형상은 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 오목 형상을 향해 매끄러운 볼록 형상을 하고 있다. 이 수지제의 부재(15)는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 개구 단부면부로 접합되어, 밸브체(10) 와 일체화된 구성으로 되어 있다.

도13에 도시하는 종래의 사방 절환 밸브에 있어서는, 저온 냉매와 밸브 시트면이 접하는 부분에서는, 실내측 접속구(8)로부터 유입한 저온 냉매가 밸브체(10)의 보울 형상부(10b) 내측의 오목부를 따라 U턴하는 흐름이 되므로, 흐름이 흐트러져 저온 냉매의 전열이 촉진된다. 그로 인해 밸브체(10)의 보울 형상부(10b) 내부의 밸브 시트면(13)과 저온 냉매가 접촉하는 부분은 열이 전달되기 쉬운 전열 경로로 되어 있다.

이에 대해, 본 실시 형태의 사방 절환 밸브는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 내측에 있는 밸브 시트면(13)이 부재(15)의 저면 부분에 의해 덮여 있으므로 저온 냉매와 밸브 시트면(13)의 접촉 면적은 억제된다. 이에 의해 밸브 받침대(12)로부터 저온 냉매로의 열이동은 억제된다.

또한, 본 실시 형태에서는 부재(15)의 상면의 형상이 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 오목 형상을 향해 매끄러운 볼록 형상을 하고 있다. 이 볼록 형상에 의해, 부재(15)는 밸브체(10)의 보울 형상을 따라 U턴하는 저온 냉매의 흐름이 보울 형상부(10b) 내부에서 박리되어 흐트러지는 것을 억제하므로, 저온 냉매의 열전달을 억제할 수 있다. 이에 의해 저온 냉매는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)를 통과한 후의 열교환기를 향하는 배관 내에서도 열전달이 억제되므로 밸브 받침대(12)를 통한 고온 냉매와 저온 냉매의 열이동을 억제하는 것에 대해서도 효과적이다.

또한, 본 실시 형태에서는 부재(15)는 금속제의 핀(20)을 가운데 구비하고 있다. 이 금속제의 핀(20)의 양단부는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 개구 단부면부를 가로지르고 있다(도6을 참조). 개구 단부면부에 마련된 홈에 이 금속 핀(20)을 압입함으로써 부재(15)는 밸브체(10)와 일체적으로 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는 이 금속제의 핀(20)은 스테인레스강을 상정하고 있다. 부재(15)는 수지제이므로 핀(20)에 비해 부드럽고, 유연성이 있다. 그로 인해 본 실시 형태의 핀(20)을 구비한 부재(15)는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 개구 단부면부의 홈에 핀을 압입함으로써, 부재(15)와 밸브체(10)를 용이하게 일체화할 수 있다. 또한, 부재(15) 내에 금속제의 핀(20)을 설치함으로써, 부재(15)의 강도가 증가하여, 변형을 예방할 수 있다고 하는 장점도 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 밸브 받침대(12) 내의 열이동 억제를 위해, 밸브 받침대(12) 내부에 설치된 저압측 접속구(7)와, 실내측 접속구(8)와, 실외측 접속구(9)의 주위에, 각각 고리 형상의 홈(11a 내지 11c)을 밸브 받침대(12)의 밸브 시트면(13)으로 개방하는 형상으로 설치하고 있다. 도4는 본 실시 형태에 있어서의 밸브 받침대(12)와 그 밸브 시트면(13)에 마련한 고리 형상의 홈(11a 내지 11c)의 상면도를 도시한다. 도4의 밸브체(10)와 부재(15)와 밸브 받침대(12)를 도시한 단면도에 도시되는 홈(11a 내지 11c)은 밸브 받침대에 설치된 3개의 접속구 각각을 둘러싸는 고리 형상의 홈이다.

다음에, 상술한 고리 형상의 홈(11a 내지 11c)이 밸브 받침대(12)의 열이동을 억제하는 것에 대해 설명한다. 밸브 받침대(12) 내부에 설치된 각 접속구(7, 8, 9)의 단면적은 밸브 본체(1) 내부의 유로 단면적보다도 작기 때문에, 밸브 받침 대(12)에 설치된 접속구 부근에서는 냉매는 축류되어 표면 유속이 빨라지므로 열전달이 촉진된다. 따라서, 열전달률이 높은 금속성의 밸브 받침대(12)의 상면측에 홈(11a 내지 11c)을 마련함으로써, 이들 홈(11a 내지 11c)은 열저항체가 된다.

그러나, 밸브 시트면(13)이 밸브 본체(1) 내 혹은 밸브체(10)의 보울 형상부(10b) 내부에 개방되어 있는 경우, 이들 고리 형상의 홈(11a 내지 11c)은 냉매의 흐름 중에 개방되어 있게 된다. 그로 인해 고온 냉매와 저온 냉매의 유로가 인접한 실외측 접속구(9)와 저압측 접속구(7)를 둘러싸고 있는 고리 형상의 홈(11c 과 11b)에서는 고리 형상의 홈(11b)은 저온 냉매가, 고리 형상의 홈(11c)은 고온 냉매가 항상 출입하게 되고, 고온 냉매와 저온 냉매의 유로가 접근하게 된다.

밸브 받침대를 통한 고온 냉매와 저온 냉매의 열전도는 열전도율이 높은 밸브 받침대 중에 고온 냉매와 저온 냉매의 유로가 인접하여 설치되어 있음으로써 발생한다. 그로 인해 전술한 바와 같이 고리 형상의 홈(11a 내지 11c)을 마련하여 열저항체로 한 효과가, 고온 냉매와 저온 냉매의 유로가 근접함으로써 열이동이 촉진됨으로써 약해질 가능성이 있다.

그래서, 본 실시 형태에서는 밸브체(10)의 플랜지부(10a)에 의해 고리 형상의 홈(11a 내지 11c)의 개구부를 각각 막는 구성으로 하고 있다. 이 구성으로 함으로써, 고리 형상의 홈(11a 내지 11c)에는 항상 냉매가 출입할 수 없으므로, 냉매의 유로로 되는 일이 없다. 이와 같이 본 실시 형태의 구성으로 함으로써, 밸브 받침대(12)에 마련된 고리 형상의 홈(11a 내지 11c)은 고온 냉매와 저온 냉매의 유로의 거리를 근접시키지 않고, 밸브 받침대의 내부에서 열저항체가 되므로, 밸브 받침대(12)의 열전도성을 억제하여, 인접한 고온 냉매 유로와 저온 냉매의 열이동을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 외표면의 정상점 주변에 오목 형상부를 마련하는 구조로 하고 있다(도5에 도시하는 본 실시 형태에 있어서의 사방 절환 밸브의 단면도를 참조). 도5는 도1의 A-A선에 있어서의 단면도이다. 밸브체(10)의 보울 형상부(10b) 외표면의 정상점 주변은 밸브체(10)의 짧은 변 방향에 있어서는 오목 형상(밸브체의 저면과 평행한 평면이라도 좋음)을 하고 있다. 이 오목 형상부의 폭 d2는 고압측 접속구의 직경 d1보다도 긴 구성으로 하고 있다.

본 실시 형태에 있어서의 상술한 밸브체 보울 형상부(10b)의 정상점 주변 오목 형상부의 기능 내지 작용을 설명하기 위해, 그 대비로서 도14에 종래의 사방 절환 밸브의 단면도를 도시한다. 도14는 도13의 B-B에 있어서의 단면도이다. 고압 냉매는 고압측 접속구(6)로부터 유입하면 우선 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)에 충돌한다. 그때, 도14에 도시되는 종래기술의 사방 절환 밸브와 같이 보울 형상부(10b)의 정상점 주변이 볼록 형상인 경우, 충돌한 고온 냉매에서는 흐름의 방향이 확산되어, 도면의 화살표가 나타낸 바와 같이 그 일부가 밸브 본체(1)의 방향을 향한다. 이로 인해 고온 냉매로부터 밸브 본체로의 열이동이 발생한다.

이에 대해, 본 실시 형태의 사방 절환 밸브의 보울 형상부(10b)의 외표면의 오목 형상부의 폭 d2가, 고압측 접속구(6)의 직경 d1보다 큰 오목 형상으로 되어 있다. 이로 인해 고압측 접속구(6)로부터 밸브 본체(1)로 유입한 고온 냉매는 밸 브체(10)의 보울 형상부(10b)에 충돌하였을 때, 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 오목 형상부에 의해 플랜지부의 구멍(14a, 14b)을 향하도록 유도되고, 고온 냉매가 밸브 본체(1)의 방향을 향하는 것이 억제된다. 이에 의해 본 실시 형태의 사방 절환 밸브는 고온 냉매로부터 밸브 본체(1)로의 열이동을 억제할 수 있다.

공기 조화기의 운전을 냉방 운전으로부터 난방 운전으로 절환하는 경우에는, 도2에 도시하는 위치로 밸브체(10)를 이동하여, 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)가 실외측 접속구(9)와 저압측 접속구(7)를 연통시킨다.

밸브 본체(1) 내에는 피스톤(17a)과 피스톤(17b)이 있고, 이에 의해 밸브 본체(1)의 내부는 3개의 이격된 공간이 형성되어 있다. 3개의 공간은, 마개체(16a)와 피스톤(17a) 사이에 형성되는 공간(R3)과, 마개체(16b)와 피스톤(17b) 사이에 형성되는 공간(R2)과, 피스톤(17a)과 피스톤(17b) 사이에 형성되는 공간(R1)이다. 공간(R1)은 고압측 접속구(6)로부터 유입하는 고온 냉매로 채워지므로 항상 고압이다. 파일럿 밸브(18)에 의해 공간(R2) 혹은 공간(R3) 중 어느 한쪽은 고압 냉매가 흘러 들어와 고압이 된다. 그때 다른 쪽은 감압되어 저압이 된다. 그로 인해 R2와 R3에 압력차가 발생한다. 피스톤(17a와 17b)은 연결판(19)에 의해 일체화되어 있으므로, R2와 R3에 압력차가 발생하면 저압의 공간의 방향으로 피스톤(17a와 17b)과, 연결판(19)이 이동한다. 연결판(19)에는 중앙에 타원의 구멍이 형성되어 있고, 그 구멍에 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 외표면이 조립되어, 연결판(19)과 밸브체(10)는 접속되어 있다. 그로 인해 파일럿 밸브에 의해 R2와 R3에 압력차가 발생하면, 연결판(19)과 함께 밸브체(10)도 저압의 공간의 방향으로 이동하여 도2에 도시하는 위치에 배치되므로, 냉방 운전과 난방 운전의 절환을 행할 수 있다.

밸브체(10)를 도2의 위치로 이동시킴으로써, 압축기(2)로부터 토출된 고온 냉매는 고압측 접속구(6)로부터 밸브 본체(1)로 유입하여, 실내 접속구(8)로부터 유출하고, 실내측 열교환기(3)로 흐르게 되므로, 실내 공기로 방열함으로써 난방 운전을 행할 수 있다. 그 후, 팽창 밸브(5)로 감압된 냉매는 실외 열교환기(4)에서 실외 공기와의 열교환에 의해 증발ㆍ가스화되어, 실외 접속구(9)로부터 밸브 본체(1)로 유입한다. 그리고 보울 형상의 밸브체(10)의 내측을 통과한 후, 압축기(2)로 다시 흡입된다.

난방 운전시에 있어서도 고압측 접속구(6)로부터 유입한 고온 냉매는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 외표면의 오목 형상부에 의해 흐름의 방향을 밸브 본체(1)의 방향으로 확산되는 일 없이 실내측 접속구(8)를 향해 흐른다. 이에 의해, 고온 냉매가 밸브 본체(1)로 충돌하는 것이 억제되므로, 고온 냉매로부터 밸브 본체(1)로의 열이동을 억제할 수 있다. 또한 이때 플랜지부의 구멍(14a)은 실외측 접속구(8)의 개구부와 동축 배치가 되도록 배치된다. 이에 의해 고온 냉매로부터 밸브 받침대(12)로의 전열 경로는 밸브체(10)의 플랜지부(10a)에 의해 저해된다. 또한, 부재(15)는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b) 내측에 고정되어 있으므로, 밸브체(10)와 동시에 이동하여, 밸브체(10)의 보울 형상부(10b) 내측에 있는 밸브 받침대(12)의 밸브 시트면(13)을 덮는다. 이에 의해 저온 냉매로부터 밸브 받침대(12)로의 열이동은 부재(15)에 의해 억제된다. 또한 밸브 받침대(12)의 내측에 마련된 고리 형상의 홈(11a 내지 11c)의 개구부는 밸브체(10)의 플랜지부(10a)에 의해 모두 막히게 되므로, 고온 냉매와 저온 냉매의 유로가 근접하지 않고 밸브 받침대의 내부에서 열저항체가 되므로, 밸브 받침대(12)의 열전도를 억제할 수 있다. 이에 의해 밸브 받침대(12)를 통한 고온 냉매로부터 저온 냉매로의 열이동을 억제할 수 있다.

지금까지 서술해 온 바와 같이, 본 실시 형태의 구성으로 함으로써, 사방 절환 밸브는 고온 냉매로부터 밸브 받침대로의 열전달과, 밸브 받침대로부터 저온 냉매로의 열전도와, 밸브 받침대를 통한 고온 냉매와 저온 냉매의 열전도와, 고온 냉매로부터 밸브 본체로의 열전달을 억제할 수 있다.

[제2 실시 형태]

본 발명의 제2 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브에 대해 도7을 참조하면서 이하 설명한다. 도7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태의 사방 절환 밸브는 밸브 본체(1) 중에 밸브 받침대(12)와, 밸브체(10)와, 밸브 받침대(12)의 밸브 시트면(13)을 덮는 열전도율이 낮은 수지제의 판재(23)로 성립되어 있다.

본 실시 형태의 밸브체(10)의 플랜지부(10a)는 도13의 종래기술과 같은 구조이며, 제1 실시 형태와 비교하여 짧은 것이다. 또한, 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)는 제1 실시 형태와 같은 것을 사용하고 있고, 그 형상은 밸브체(10)의 짧은 변 방향에 있어서 외표면에 오목 형상부(도5에 도시하는 오목부와 동일 구조)를 구비한 것이다. 이 오목 형상부의 폭은 d2이며, 고압측 접속구의 직경 d1보다도 긴 구성으로 하고 있다. 밸브체(10)는 냉방 운전으로부터 난방 운전으로 절환할 때, 밸브 시트면(13)을 덮는 수지제의 판재(23) 상을 미끄럼 이동한다.

제2 실시 형태에서는, 밸브 시트면(13)을 덮는 수지제의 판재(23)를 설치함으로써, 밸브 받침대(12)와 냉매의 접촉 면적을 종래기술(도13을 참조)에 비해 억제할 수 있으므로, 본 실시 형태의 사방 절환 밸브는 밸브 받침대(12)를 통한 고온 냉매로부터 저온 냉매로의 열이동을 억제할 수 있다.

그런데, 제1 실시 형태에 있어서는, 밸브체(10)는 연결판(19)에 마련된 구멍에 보울 형상부(10b)의 외측 주위를 조립함으로써 접속되어 있어, 연결판(19)에 마련된 구멍과 보울 형상부(10b)의 외측 주위 사이에는 약간의 간극이 존재한다. 그로 인해, 냉방 운전과 난방 운전의 절환을 위해 파일럿 밸브(18)에 의해 피스톤(17a, 17b)과 그에 연결되는 연결판(19)이 이동해도, 이 간극 때문에 밸브체(10)가 목적의 위치에 배치되지 않을 가능성이 있다. 그렇게 하면, 도1에 도시하는 구성에서는, 밸브체(10)의 플랜지부(10a)에 마련된 구멍(14a와 14b)이 접속구의 개구부와 동축 배치가 되지 않아, 밸브 시트면(13)과 고온 냉매와의 접촉을 억제할 수 없는 부분이 생겨 버린다.

이에 대해, 본 실시 형태에서는 밸브체(10)와 밸브 시트면(13)을 덮는 수지제의 판재(23)를 나눔으로써, 밸브체(10)가 어긋난 위치에 배치되어도, 확실하게 밸브 시트면을 열전도율이 낮은 수지로 덮을 수 있다. 이에 의해 고온 냉매로부터 밸브 받침대(12)로의 열이동을 확실하게 억제할 수 있다.

[제3 실시 형태]

다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브에 대해, 도8과 도9를 참조하면서 이하 설명한다. 도8은 제1 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브와의 대비로, 밸브체(10)의 플랜지부의 구멍(14a와 14b)의 직경을 축소한 것이다. 그로 인해, 밸브체(10)의 플랜지부(10a)는 밸브 받침대의 내부에 설치된 접속구의 밸브 시트면(13)에 개방한 개구부의 보울 형상부(10b)에 가까운 측의 일부분을 덮고 있다(플랜지부의 구멍이 그 직경을 축소하고 있으므로, 개구부를 형성하는 접속구의 일부분을 덮고 있음).

냉방 운전과 난방 운전의 절환은, 전술한 바와 같이 밸브 본체(1)의 내부를 피스톤으로 고압실(R1)과 그 양단부의 공간(R2와 R3)의 압력을 제어함으로써 행한다. 파일럿 밸브(18)는 저압실(R2 혹은 R3) 중 어느 한쪽에는 고압 냉매를 흐르게 하고 가압함으로써 고압실로 하고, 다른 쪽은 감압하여 저압실로 한다. 파일럿 밸브(18)에 의해 공간(R2와 R3)에는 압력차가 발생하고, 피스톤(17a와 17b)과, 거기에 접속된 연결판은 저압측을 향해 이동한다. 이때 연결판(19)의 중앙에 있는 타원의 구멍에는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)가 접합되어 있다. 그로 인해, 연결판의 이동에 수반하여 밸브체(10)는 밸브 시트면 상에서 미끄럼 이동하여 냉방 운전과 난방 운전을 절환할 수 있다.

그러나, 이 절환이 확실하게 행해지지 않는 경우, 도9에 도시한 바와 같이 밸브체(10)의 긴 변 방향의 중심과 밸브 받침대의 긴 변 방향의 중심이 겹치는, 난방 운전도 아니고 냉방 운전도 아닌 위치에서 밸브체(10)가 멈추어 버릴 가능성이 있다. 이때, 플랜지부의 구멍(14a와 14b)의 직경이 제1 실시 형태에서 나타낸 바 와 같이, 밸브 받침대(12)의 내측에 설치된 접속구의 개구부와 같은 직경의 크기인 경우, 고온측 접속구(6)로부터 유입한 고온 냉매가 실외측 접속구(9)와 실내측 접속구(8)에 동시에 흘러 들어온다. 이렇게 되면, 밸브 본체(1)의 내부에서는 고온 냉매와 저온 냉매의 유로를 각각 구성할 수 없게 되므로, 냉동 사이클이 성립하지 않게 되어, 압축기(2)가 고장날 가능성이 있다.

이와 같은 사태에 대비하여, 제3 실시 형태에서는 밸브체(10)의 플랜지부의 구멍(14a와 14b)의 직경을 접속구의 개구부의 직경보다도 축소하여, 플랜지부가 밸브 시트면(13)에 개방된 개구부의 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)에 가까운 측의 일부를 덮는다. 밸브체(10)의 플랜지부(10a)의 구멍 직경을 축소하고, 도8에 도시한 바와 같이 실외측 접속구(9)와 실내측 접속구(8)가 연통하는 일이 없는 형상으로 함으로써, 밸브체(10)의 긴 변 방향의 중심과 밸브 받침대의 긴 변 방향의 중심이 겹치는 위치에 밸브체(10)가 멈추어도, 고온 냉매가 실외측 접속구(9)와 실내측 접속구(8)의 양방에 흘러 들어가는 일은 없어져, 압축기(2)의 고장을 방지할 수 있다.

[제4 실시 형태]

다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브에 대해, 도10과 도11을 참조하면서 이하 설명한다. 도10은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브에 있어서의 밸브체와 피스톤의 관계를 나타내는 사시도이다. 도11은 도10에 나타내는 C-C선에 있어서의 단면도이다.

본 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브는 밸브체(10)가 2개의 구멍을 가진 플 랜지부(10a)와, 보울 형상부(10b)와, 밸브 본체를 고압실과 저압실에 형성하는 피스톤과의 접속부(10c)로 이루어져 있다. 플랜지부(10a)에 마련된 2개의 구멍은, 밸브 본체로부터 실내 열교환기(3) 혹은 실외 열교환기(4)에 연결되는 접속구(8, 9)에 냉매를 흐르게 하는 유로로 되어 있다. 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)는 플랜지부(10a)에 마련된 2개의 구멍 사이에 배치되어 있다. 보울 형상부(10b)의 내측은 저온 냉매의 유로가 되므로 공동(空洞)으로 되어 있어 밸브 시트면에 대해 개방되어 있다. 밸브체(10)와 피스톤(17a와 17b)의 접속부(10c)는 플랜지부(10a)의 긴 변 방향의 양단부에 설치되고, 밸브체(10)가 직접 피스톤(17a 및 17b)에 고정되는 구성으로 하고 있다. 접합부(10c)의 형상은 플랜지부(10a)의 긴 변 방향의 양단부를 2개로 분할하여, 각각 플랜지부(10a)에 대해 대칭으로 리브를 세운 형상을 하고 있다. 또한, 플랜지부의 짧은 변 방향의 양단부는 각각 고압측 접속구(6)를 향해 볼록 형상의 리브를 구비하고 있다.

도13의 종래기술에 도시되는 사방 절환 밸브에 있어서는, 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)와 플랜지부(10a)의 접합부의 외측 주위가 연결판(19)에 의해 덮여 있다. 연결판(19)은 밸브체(10)와 플랜지부(10a)의 접합부를 덮는 타원의 구멍의 양측에 실내측 접속구(8)와, 실외측 접속구(9)에 각각 동축 배치되는 구멍을 구비하고 있다. 연결판(19)의 양단부는 연결판(19)의 긴 변 방향의 양단부를 2개로 분할하고, 각각 연결판(19)의 평판부에 대해 대칭으로 리브를 세운 형상을 하고 있다. 이 리브의 한쪽이 접속부(도10의 10c에 대응하는 것)가 되고, 피스톤에 접속된 구성으로 되어 있다. 또한, 연결판(19)의 플랜지부의 짧은 변 방향의 양단부는 각각 고압측 접속구(6)를 향해 볼록 형상의 리브(도14에 나타내는 부호 19)를 구비하고 있다.

본 실시 형태에서는 밸브체(10)를 직접 피스톤(17a와 17b)에 접속시키고, 연결판(19)을 없앰으로써, 부품수를 줄일 수 있는 장점이 있다(밸브체와 피스톤을 연결판을 개재시키지 않고 직결함). 또한, 본 실시 형태에 있어서 밸브체(10)는 수지제이므로, 금속제의 연결판(19)에 비해 복잡한 형상의 성형이 용이하다. 도11은 도10의 C-C에 있어서의 단면을 도시한 도면이다. 도11에 도시된 바와 같이 밸브체(10)의 플랜지부(10a)는 밸브 본체(1)의 길이 방향에 따르도록 단부를 뒤집어 올리는 것이 가능하다. 이 형상으로 함으로써, 고온 냉매가 밸브 본체(1)에 접촉하는 면적을 억제하여, 고온 냉매로부터 밸브 본체(1)로의 열전달을 억제할 수 있다.

또한, 이 밸브체(10)는 중심에 금속제의 코어재를 배치하고, 그 주위를 수지로 코팅함으로써 형성해도 좋다. 이렇게 함으로써, 수지의 장점인 복잡한 형상을 용이하게 성형할 수 있는 것과, 금속의 장점인 강도를 높이는 것을 양립한 밸브체를 형성하는 것이 가능해진다.

[제5 실시 형태]

다음에, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브 및 이를 구비한 냉동 사이클 장치에 대해, 도12를 참조하면서 이하 설명한다. 도12는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브와 이를 사용한 냉동 사이클 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에서는 냉동 사이클 장치로서 히트 펌프식 급탕기를 상정한 경우를 나타낸다.

도12에 도시한 바와 같이, 압축기(2)에서 압축된 냉매(도시하지 않음)는 고압측 접속구(6)로부터 밸브 본체(1)로 유입하여, 제1 접속구(9)로부터 유출한다. 그 후, 제1 열교환기(4)에서 방열함으로써 응축ㆍ액화하여, 팽창 밸브(5)에 의해 감압된다. 감압되어, 저온ㆍ저압이 된 냉매는 제2 열교환기(3)로 흘러, 주변 공기로부터 열을 빼앗아 증발ㆍ가스화한다. 그 후 저온ㆍ저압의 냉매는 제2 접속구(8)로부터 밸브 본체(1)에 유입한다. 그곳으로부터 밸브체의 보울 형상부(10b)의 내측을 지나, 저압측 접속구(7)를 통해 압축기(2)의 흡입측으로 복귀되어, 다시 압축된다.

이 과정에서, 주위의 기온 및 습도의 관계에서, 제1 열교환기(4)에 서리가 끼면, 사방 절환 밸브에 의해 제1 열교환기(4)와 제2 열교환기(3)의 기능을 역전시키도록 냉매의 순환 경로를 절환하여 서리 제거 운전을 행한다. 서리 제거가 끝나면 다시 냉매의 순환 경로를 절환하여 원래의 순환 경로로 복귀된다.

한편, 수회로에 있어서는, 저수조(21)에 모여진 물이 펌프(22)에 의해 제1 열교환기(4)에 송입된다. 제1 열교환기(4)는 저수조(21)와 펌프(22)와 물 열교환기로 이루어지는 수회로의 일부이며, 제1 열교환기(4)는 여기에 송입된 물에, 냉매가 응축되었을 때에 발생하는 열을 흡수시킴으로써 방열한다. 한편 열을 흡수한 물은 따뜻한 물이 되어, 다시 저수조(21)로 복귀된다. 저수조(21)에 축적된 따뜻한 물은 필요에 따라서 욕조나 키친 등에 온수 공급된다.

사방 절환 밸브 내에서는 고온 냉매와 저온 냉매가 인접하고 있으므로, 열이동이 발생한다. 히트 펌프 급탕기는 고온의 뜨거운 물을 모아 둘 필요가 있으므 로, 고온 냉매의 온도가 높다. 예를 들어 냉매가 CO₂인 경우, 압축기(2)로부터 토출되는 고온 냉매의 온도는 높을 때에는 100 ℃ 이상이나 된다. 그때의 제2 열교환기(3)로부터 사방 절환 밸브에 흘러 들어오는 저온 냉매의 온도는 약 0 ℃이다. 상술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태의 공기 조화기의 경우에 비해, 고온 냉매와 저온 냉매의 온도차는 크다. 고온 냉매와 저온 냉매의 온도차가 클수록 사방 절환 밸브 내의 열이동은 많아진다.

본 실시 형태에서는, 사방 밸브 절환 밸브 내에서의 고온 냉매로부터 저온 냉매로의 열이동을 억제하므로, 제1 실시 형태의 사방 절환 밸브와 같은 것을 히트 펌프 급탕기의 냉매의 순환 경로의 절환에 사용한다. 이 구성으로 함으로써, 고압측 접속구(6)로부터 유입한 고온 냉매는 밸브체(10)의 보울 형상부(10b)의 외주부의 형상에 의해 흐름의 방향을 밸브 본체(1)의 방향으로 확산되지 않고 제1 열교환기(4)를 향해 흐른다. 이에 의해, 고온 냉매가 밸브 본체(1)로 충돌하는 것이 억제되므로, 고온 냉매로부터 밸브 본체로의 열이동을 억제할 수 있다. 또한 이때, 플랜지부의 구멍(14b)은 제1 접속구(9)의 개구부와 동축 배치가 되도록 배치된다. 이에 의해 고온 냉매로부터 밸브 받침대(12)로의 열이동은 밸브체(10)의 플랜지부(10a)에 의해 억제된다.

또한, 부재(15)는 보울 형상부(10b) 내측에 있는 밸브 받침대(12)의 밸브 시트면(13)을 덮고 있다. 이에 의해 저온 냉매로부터 밸브 받침대(12)로의 전열 경로는 부재(15)에 의해 억제된다. 또한, 밸브 받침대(12)의 내측에 설치된 고리 형 상의 홈(11a 내지 11c)의 개구부는 밸브체(10)의 플랜지부(10a)에 의해 모두 막히게 되므로, 고온 냉매와 저온 냉매의 유로가 근접하는 일이 없어 밸브 받침대의 내부에서 열저항체가 되므로, 밸브 받침대(12)의 열전도성을 억제할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제5 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브를 사용한 히트 펌프 급탕기는 고온 냉매로부터 저온 냉매로의 열이동을 억제하는 효과를 발휘할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브와 이를 사용한 냉동 사이클 장치의 냉방 운전시의 구성을 도시하는 도면.

도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브와 이를 사용한 냉동 사이클 장치의 난방 운전시의 구성을 도시하는 도면.

도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브의 밸브체와 밸브 받침대와 밸브 받침대 내부에 설치된 접속구를 도시하는 사시도.

도4는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 밸브 받침대(12)에 설치한 밸브 시트면(13)에 개구부를 형성하는 고리 형상의 홈을 도시하는 상면도.

도5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브를 도시하는 도1의 A-A선에 있어서의 단면도.

도6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브의 밸브체와 밸브체 보울 형상부 내부에 설치한 부재와의 관계를 나타내는 도면.

도7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브를 도시하는 단면도.

도8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브를 도시하는 단면도.

도9는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브를 도시하는 단면도.

도10은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브의 밸브체와 피스톤의 관계를 나타내는 사시도.

도11은 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 사방 절환 밸브의, 도10의 C-C선에 있어서의 단면도.

도12는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 사방 절환 밸브와 이를 사용한 냉동 사이클 장치의 구성을 도시하는 도면.

도13은 종래기술에 관한 사방 절환 밸브와 이를 사용한 냉동 사이클 장치의 구성을 도시하는 도면.

도14는 종래기술에 관한 사방 절환 밸브를 도시하는 도13에 있어서의 B-B선으로부터 본 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 밸브 본체

2 : 압축기

3 : 실내측 열교환기(제2 열교환기)

4 : 실외측 열교환기(제1 열교환기)

5 : 팽창 밸브

6 : 고압측 접속구

7 : 저압측 접속구

8 : 실내측 접속구(제2 접속구)

9 : 실외측 접속구(제1 접속구)

10 : 밸브체

10a : 밸브체의 플랜지부

10b : 밸브체의 보울 형상부

11 : 고리 형상 홈

12 : 밸브 받침대

13 : 밸브 시트면

14 : 플랜지부의 구멍

15 : 부재

16 : 마개체

17 : 피스톤

18 : 파일럿 밸브

19 : 연결판

20 : 핀

21 : 저수조

22 : 펌프

23 : 판재

Claims (13)

1. 압축기와 제1 열교환기와 감압 수단과 제2 열교환기를, 냉매가 충전된 냉매 배관에 접속하여 냉동 사이클을 형성하고, 또한 상기 냉매 배관에는 상기 제1 열교환기가 방열기로 되고 상기 제2 열교환기가 증발기로 되는 운전과,

   상기 제2 열교환기가 방열기로 되고 상기 제1 열교환기가 증발기로 되는 운전을 서로 절환하기 위한 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치이며,

   상기 사방 절환 밸브는 원통 형상의 양단부를 밀폐한 밸브 본체와, 압축기의 토출구에 연통하는 고압측 접속 배관과, 상기 압축기의 흡입구에 연통하는 저압측 접속 배관과, 상기 저압측 접속 배관의 한쪽 측에 인접하여 배치된 상기 제1 열교환기에 연통하는 제1 접속 배관과, 상기 저압측 접속 배관의 다른 쪽 측에 인접하여 배치된 상기 제2 열교환기에 연통하는 제2 접속 배관과, 상기 밸브 본체 내의 내측에 설치되고 상기 제1 접속 배관과 상기 저압측 접속 배관과 상기 제2 접속 배관의 개구부가 차례로 배치되는 평면 형상의 밸브 시트면을 갖는 반원통 형상의 밸브 받침대와, 상기 밸브 시트면을 미끄럼 이동함으로써 상기 제1 접속 배관의 접속구와 상기 제2 접속 배관의 접속구 중 한쪽의 접속구가 상기 저압측 접속구와 연통 상태가 되고, 다른 쪽의 접속구가 상기 고압측 접속 배관의 접속구와 연통 상태가 되도록 절환하는 밸브체와, 상기 밸브 시트면 상에 위치하고, 상기 밸브 시트면을 구성하는 소재보다도 열전도율이 낮은 소재를 구비하고,

   상기 열전도율이 낮은 소재는 복수의 구멍을 갖고, 적어도 상기 제1 접속 배관의 접속구를 사이에 두고 상기 저압측 접속 배관의 반대 측에 위치하는 상기 밸브 시트면, 및 상기 제2 접속 배관의 접속구를 사이에 두고 상기 저압측 접속 배관의 반대 측에 위치하는 상기 밸브 시트면을 덮고,

   냉방 또는 난방 운전시, 상기 밸브 시트면에 형성되는 상기 제1 접속 배관의 접속구와 상기 제2 접속 배관의 접속구의 각각의 개구부는, 상기 밸브 시트면 상에 위치하는 상기 열전도율이 낮은 소재에 형성된 상기 복수의 구멍과 각각 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 사방 절환 밸브는, 상기 밸브 시트면 상에 위치하는 열전도율이 낮은 소재는, 상기 밸브체의 일부로 구성되고,

   상기 밸브체는 보울 형상부와 플랜지부를 갖고, 상기 플랜지부는 상기 보울 형상부의 양측에 고온 냉매의 유로가 되는 2개의 구멍이 마련되어 상기 밸브 시트면을 미끄럼 이동하는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 밸브 시트면 상에 위치하는 열전도율이 낮은 소재는 상기 저압측 접속 배관의 접속구와 상기 제1 접속 배관의 접속구와 상기 제2 접속 배관의 접속구를 개방시키는 3개의 구멍을 갖는 시트 형상 부재로 구성되고, 상기 시트 형상 부재를 상기 밸브 시트면에 설치하고,

   상기 밸브체는 상기 시트 형상 부재 상을 미끄럼 이동하는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 밸브 시트면 상에 위치하는 열전도율이 낮은 소재는 상기 밸브체의 보울 형상부에 덮여 있는 내부에 배치되는 동시에 상기 밸브체에 고정된 부재로 이루어지고,

   상기 부재는 상기 밸브 시트면을 덮는 측의 면이 평면 형상이며, 그 반대측 면이 볼록 형상인 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 부재는 상기 밸브체에 핀으로 고정되어 상기 밸브체와 일체적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
6. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 사방 절환 밸브는 상기 밸브 본체를 3개의 공간으로 이격하고, 중앙의 공간이 고압실이며 그 양측 공간의 압력을 가변으로 하는 2개의 피스톤을 구비하고,

   상기 밸브체를 상기 피스톤에 고정하고, 상기 피스톤을 가동시키는 것에 연동하여 상기 밸브체가 상기 밸브 시트면 상을 미끄럼 이동하는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
7. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 밸브체의 플랜지부에 마련된 구멍의 개구부는 상기 고압측 접속 배관의 접속구를 향해 서서히 직경이 확대되고 있는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 밸브 받침대의 밸브 시트면에는 상기 밸브 받침대 내부에 설치된 상기 제1 접속 배관의 접속구와 상기 제2 접속 배관의 접속구와 상기 저압측 접속 배관의 접속구를 각각 둘러싸는 밸브 시트면에 개방된 고리 형상의 홈을 마련하고 있고,

   상기 열전도율이 낮은 소재는 상기 고리 형상의 홈의 개구부를 덮고 있는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브체는 그 중앙부에 상기 고압측 접속 배관의 접속구를 향해 볼록 형상을 이루는 보울 형상부와, 상기 보울 형상부의 양측에 설치한 플랜지부로 이루어지고,

   상기 밸브체를 상기 고압측 접속 배관의 접속구로부터 보았을 때, 상기 보울 형상부의 정상점을 포함하는 그 주변에 있어서의, 상기 밸브체의 짧은 변 방향의 단면 형상이 상기 밸브체의 저면과 평행 또는 오목 형상인 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 밸브체의 상기 짧은 변 방향의 단면 형상이 상기 밸브체의 저면과 평행 또는 오목 형상인 부분의 폭이, 상기 고압측 접속 배관의 접속구의 내경보다도 긴 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브를 구비한 냉동 사이클 장치.
11. 냉매를 충전한 냉매 배관으로 접속된, 압축기, 제1 열교환기, 감압 수단, 제2 열교환기를 구비한 냉동 사이클 장치에 사용되는 사방 절환 밸브이며,

    상기 사방 절환 밸브는 상기 제1 열교환기가 방열기로 되고 상기 제2 열교환기가 증발기로 되는 운전과, 상기 제2 열교환기가 방열기로 되고 상기 제1 열교환기가 증발기로 되는 운전을 서로 절환하는 기능을 갖고,

    상기 사방 절환 밸브는 원통 형상의 양단부를 밀폐한 밸브 본체와, 압축기의 토출구에 연통하는 고압측 접속 배관과, 상기 압축기의 흡입구에 연통하는 저압측 접속 배관과, 상기 저압측 접속 배관의 한쪽 측에 인접하여 배치된 상기 제1 열교환기에 연통하는 제1 접속 배관과, 상기 저압측 접속 배관의 다른 쪽 측에 인접하여 배치된 상기 제2 열교환기에 연통하는 제2 접속 배관과, 상기 밸브 본체 내의 내측에 설치되고 상기 제1 접속 배관과 상기 저압측 접속 배관과 상기 제2 접속 배관의 개구부가 차례로 배치되는 평면 형상의 밸브 시트면을 갖는 반원통 형상의 밸브 받침대와, 상기 밸브 시트면을 미끄럼 이동함으로써, 상기 제1 접속 배관의 접속구와 상기 제2 접속 배관의 접속구 중 한쪽의 접속구가 상기 저압측 접속구와 연통 상태가 되고, 다른 쪽의 접속구가 상기 고압측 접속 배관의 접속구와 연통 상태가 되도록 절환하는 밸브체와, 상기 밸브 시트면 상에 위치하고, 상기 밸브 시트면을 구성하는 소재보다도 열전도율이 낮은 소재를 구비하고,

    상기 열전도율이 낮은 소재는 복수의 구멍을 갖고, 적어도 상기 제1 접속 배관의 접속구를 사이에 두고 상기 저압측 접속 배관의 반대 측에 위치하는 상기 밸브 시트면, 및 상기 제2 접속 배관의 접속구를 사이에 두고 상기 저압측 접속 배관의 반대 측에 위치하는 상기 밸브 시트면을 덮고,

    냉방 또는 난방 운전시, 상기 밸브 시트면에 형성되는 상기 제1 접속 배관의 접속구와 상기 제2 접속 배관의 접속구의 각각의 개구부는, 상기 밸브 시트면 상에 위치하는 상기 열전도율이 낮은 소재에 형성된 상기 복수의 구멍과 각각 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브.
12. 제11항에 있어서, 상기 사방 절환 밸브는, 상기 밸브 시트면 상에 위치하는 열전도율이 낮은 소재는, 상기 밸브체의 일부로 구성되고,

    상기 밸브체는 보울 형상부와 플랜지부를 갖고, 상기 플랜지부는 상기 보울 형상부의 양측에 고온 냉매의 유로가 되는 2개의 구멍이 마련되어 상기 밸브 시트면을 미끄럼 이동하는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브.
13. 제11항에 있어서, 상기 밸브 시트면 상에 위치하는 열전도율이 낮은 소재는 상기 저압측 접속 배관의 접속구와 상기 제1 접속 배관의 접속구와 상기 제2 접속 배관의 접속구를 개방시키는 3개의 구멍을 갖는 시트 형상 부재로 구성되고, 상기 시트 형상 부재를 상기 밸브 시트면에 설치하고,

    상기 밸브체는 상기 시트 형상 부재 상을 미끄럼 이동하는 것을 특징으로 하는 사방 절환 밸브.

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