KR101849959B1 - 유체 전환 밸브 및 유체 전환 밸브를 구비하는 기기 및 냉장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 개구수에 대한 전환 상태수의 비가 큰 유체 전환 밸브 및 적용 기기에 적합한 모드를 실현 가능하게 설계한 유체 전환 밸브를 구비한 기기 및 냉장고를 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 유체 공급부와, N개의 개구를 갖는 밸브 시트와, 밸브체 축을 중심으로 해서 밸브 시트에 대해 상대적으로 회동 가능하며, 밸브 시트에 대해서 밸브체 슬라이딩 접촉면이 접하는 밸브체를 구비하는 유체 전환 밸브로서, N은, 4 또는 4보다 큰 자연수이고, 밸브체는, 2개의 개구끼리를 개방 가능한 밸브체 홈과, 1개의 개구를 유체 공급부에 대해서 개방 가능한 유통 영역을 형성하는 밸브체 오목부를 갖고, 상대적인 회동에 따라서, 유체 공급부에 대한 개구의 개폐, 및 개구끼리의 개폐를 전환 가능하며, N개의 개구 중, 1 이상의 개구에 대하여 유통 영역을 통해서 유체 공급부에 대해 개구를 개방하면서, 밸브체 홈을 통한 개구끼리의 개폐 상태를 3유형으로 전환 가능한 유체 전환 밸브를 제공한다.

Description

유체 전환 밸브 및 유체 전환 밸브를 구비하는 기기 및 냉장고{FLUID SWITCHING VALVE, DEVICE AND REFRIGERATOR INCLUDING THE SAME}

본 발명은, 유체 전환 밸브 및 유체 전환 밸브를 구비하는 기기 및 냉장고에 관한 것이다.

본 발명의 배경기술로서 특허문헌 1, 2가 알려져 있다.

특허문헌 1은, 1개의 유입구(A) 및 4개의 연통구(포트)(B-E)의 연통 상태를 5유형으로 전환 가능한 5방밸브를 개시하고 있다(0059, 0061, 도 17, 20, 22 등). 특허문헌 1에서는, 밸브체(80)가 요동함으로써 연통구(B-E)가 개폐된다(0099). 4개의 연통구(B-E) 중, 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)으로부터 노출된 연통구가 유입구(A)와 연통하고, 다른 2개 이상의 연통구(B-E)가 연통 오목부(82)에 의해서 연통할 수 있다. 예를 들면, 도 17의 제 2 상태에서는, 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)으로부터 노출된 연통구(B)가 유입구(A)와 연통하고, 연통구(D)와 연통구(E)가 연통 오목부(82)에 의해서 연통해 있다. 마찬가지로, 도 17의 제 3 상태에서는, 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)으로부터 노출된 연통구(B)가 유입구(A)와 연통하고, 연통구(D)와 연통구(C)가 연통 오목부(82)에 의해서 연통해 있다.

특허문헌 2는, 각 입구 포트(15)를 회동축을 중심으로 한 제 1 원주(17) 상과 제 2 원주(18) 상에 배치해서, 유압 셔블의 파일럿압 패턴 전환 밸브를 소형화하는 발명을 개시하고 있다(요약). 입구 포트(15)와 입구측 개구(20)의 접속 관계나 출구 포트(28)와 출구측 개구(24)의 연통 관계를 전환 가능하다(0037, 0043, 0045, 도 6-12 등).

일본국 특개2014-211181호 공보 일본국 특개2008-82161호 공보

유체 전환 밸브는 다양한 기기에의 적용이 가능하다. 적용되는 기기에의 설계 자유도를 향상시키기 위해서는, 예를 들면 유체 전환 밸브가 개폐 가능한 포트수에 대한 비(比)로, 유체 전환 밸브가 실현 가능한 상태수가 큰 것이 요망된다. 또한, 적용하는 기기에 따라서, 각 포트나 유입구에 접속되는 부재의 배치나, 실현할 전환 상태로서 바람직한 것을 선택한 설계를 할 수 있는 유체 전환 밸브가 요망된다.

특허문헌 1은, 임의의 포트를 유입구(A)에 연통시킨 상태에서, 연통 오목부(82)에 의해 연통하는 연통구(B-E)의 패턴은 2유형 이하이다. 또한, 4포트로 5가지 상태를 실현 가능하게 하고 있지만, 포트수에 대한 상태수의 비에 대해 개선의 여지가 있다.

특허문헌 2는, 제 1 원주 상에 배치된 입구 포트와, 제 1 원주와는 다른 제 2 원주 상에 배치된 입구 포트를 잇는 구성이나, 오목부(25) 등을 이용해서 전환 패턴을 증가시키는 기술적 사상을 개시하고 있지 않다.

상기 사정을 감안해서 이루어진 본 발명은, 유체 공급부와, N개의 개구를 갖는 밸브 시트와, 밸브체 축을 중심으로 해서 당해 밸브 시트에 대해 상대적으로 회동 가능하며, 상기 밸브 시트에 대해서 밸브체 슬라이딩 접촉면이 접하는 밸브체를 구비하는 유체 전환 밸브로서, N은, 4 또는 4보다 큰 자연수이고, 상기 밸브체는, 2개의 상기 개구끼리를 개방 가능한 밸브체 홈과, 1개의 상기 개구를 상기 유체 공급부에 대해서 개방 가능한 유통 영역을 형성하는 밸브체 오목부를 갖고, 상기 상대적인 회동에 따라서, 상기 유체 공급부에 대한 상기 개구의 개폐, 및 상기 개구끼리의 개폐를 전환 가능하며, 상기 N개의 개구 중, 1 이상의 개구에 대하여 상기 유통 영역을 통해서 상기 유체 공급부에 대해 당해 개구를 개방하면서, 상기 밸브체 홈을 통한 상기 개구끼리의 개폐 상태를 3유형으로 전환 가능한 것을 특징으로 한다.

도 1은 제 1 실시형태의 유체 전환 밸브의 외관을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 F-F 단면도.
도 3은 스테이터 케이스와 밸브 케이스를 가상적으로 떼어내서 투시한 제 1 실시형태의 유체 전환 밸브의 사시도.
도 4의 (a)는 도 1의 화살표(M) 방향 상면도, 도 4의 (b)는 도 4 (a)의 K-K 단면도.
도 5는 제 1 실시형태의 로터 피니언 기어와 아이들러 기어와 밸브체의 구성을 나타내는 사시도.
도 6은 제 1 실시형태의 개구 및 밸브체 슬라이딩 접촉면의 정면도.
도 7은 제 1 실시형태의 개구수가 4개인 유체 전환 밸브의 전환 상태를 나타내는 도면.
도 8은 제 1 실시형태의 개구수가 5개 내지 6개인 유체 전환 밸브의 전환 상태를 나타내는 도면.
도 9는 제 2 실시형태의 유체 전환 밸브의 개구의 배치와 밸브체 슬라이딩 접촉면의 형상을 나타내는 설명도.
도 10은 제 2 실시형태의 유체 전환 밸브의 밸브체의 회동과 개구의 개폐 상태를 나타내는 설명도.
도 11은 제 3 실시형태의 유체 전환 밸브의 개구의 배치와 밸브체 슬라이딩 접촉면의 형상을 나타내는 설명도.
도 12는 제 3 실시형태의 유체 전환 밸브의 밸브체의 회동과 개구의 개폐 상태를 나타내는 설명도.
도 13은 제 4 실시형태의 유체 전환 밸브의 개구의 배치와 밸브체 슬라이딩 접촉면의 형상을 나타내는 설명도.
도 14는 제 4 실시형태의 유체 전환 밸브의 밸브체의 회동과 개구의 개폐 상태를 나타내는 설명도.
도 15는 제 5 실시형태의 냉장고의 정면 외관에 유체 회로의 개요를 부기한 도면.
도 16은 제 5 실시형태의 유체 회로의 회로도.
도 17은 제 5 실시형태의 유체 회로의 제 1 모드를 나타내는 도면.
도 18은 제 5 실시형태의 유체 회로의 제 2 모드를 나타내는 도면.
도 19는 제 5 실시형태의 유체 회로의 제 3 모드를 나타내는 도면.
도 20은 제 5 실시형태의 유체 회로의 제 4 모드를 나타내는 도면.
도 21은 제 5 실시형태의 유체 회로의 제 5 모드를 나타내는 도면.
도 22는 제 5 실시형태의 유체 회로의 제 6 모드를 나타내는 도면.
도 23은 제 5 실시형태의 유체 회로의 제 7 모드를 나타내는 도면.
도 24는 제 5 실시형태의 유체 전환 밸브의 각 상태와 유체 회로의 각 모드의 대응을 나타내는 도면.
도 25는 제 5 실시형태의 유체 회로에 대해서, 제 1 실시형태에서 설명한 유체 전환 밸브를 적용한 경우와, 제 4 실시형태에서 설명한 유체 전환 밸브를 적용한 경우 각각에 대하여 실현하는 모드를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 각 실시형태에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 같은 구성 요소에는 같은 부호를 부여하며, 또한 동일한 설명은 반복하지 않는다.

≪제 1 실시형태≫

본 실시형태에 따르면, 개구수에 대한 전환 상태수의 비를 개선한 유체 전환 밸브를 제공할 수 있다. 특히, 유체 공급부에 대해서 임의의 개구를 개방시키면서 밸브체 홈을 통해 3유형의 상태로 전환할 수 있다.

<유체 전환 밸브(60)의 구성과 동작>

유체 전환 밸브(60)의 구성과 동작에 대하여 설명한다. 우선, 개구를 N개 갖는 유체 전환 밸브(60)의 일례로서 N=4에 상당하는 5방밸브를 설명한다.

도 1은 본 실시형태의 유체 전환 밸브(60)의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 F-F 단면도이다. 도 3은 유체 전환 밸브(60)로부터 스테이터 케이스(61)와 밸브 케이스(66)를 떼어내서 투시했을 때의 유체 전환 밸브(60)의 사시도이다. 도 4의 (a)는 밸브 케이스(66), 밸브체(80), 아이들러 기어(79)를 떼어냈을 때의 도 1의 화살표(M) 방향으로부터 본(정면 보기) 도면이고, 도 4의 (b)는 K-K 단면도이다. 도 5는 로터 피니언 기어(75)와 아이들러 기어(79)와 밸브체(80)의 구성을 나타내는 사시도이다.

[유체 전환 밸브(60)의 개요]

유체 전환 밸브(60)의 외장을 이루는 통 형상의 스테이터 케이스(61)의 내부에는, 코일을 권회(卷回)한 통 형상의 스테이터(62)가 형성되어 있다. 스테이터 케이스(61)에는 바깥쪽으로 돌출한 커넥터 케이스(63)가 형성되어 있다. 커넥터 케이스(63) 내에는 커넥터(65)가 설치되어 있다. 커넥터(65)는 스테이터(62)의 코일로부터의 배선을 외부의 구동 회로에 접속하는 커넥터 핀(64)을 갖는다.

로터(70)는 마그넷을 갖는 모터의 회전자이다. 커넥터 핀(64)을 구동 회로에 접속해서 스테이터(62)의 코일에 통전하면, 스테이터(62)에 자계가 생겨, 밸브 케이스(66)를 개재해서 자계가 로터(70)의 마그넷에 가해져, 로터(70)가 밸브체 축(71)의 주위에서 회전한다. 이 모터는 스테핑 모터로서 구성할 수 있다.

바닥을 갖는 통 형상의 밸브 케이스(66)는 밸브체(80)를 덮으며, 유체 공급부의 일례인 유입구(A)로부터 공급되는 유체가 유체 전환 밸브(60)의 외부로 확산되는 것을 억제하고 있다. 밸브 케이스(66)의 상측은 스테이터(62)의 내주부에 끼워맞춰져 있다. 도 2 중, 밸브 케이스(66)의 하측의 개구단에는 밸브 시트 플레이트(67)가 접합되어 있다.

밸브 시트 플레이트(67)는, 서로 두께가 다른 3개의 동심원 형상의 플레이트를 갖고 있고, 제 1 밸브 시트 플레이트부(67a)와, 제 1 밸브 시트 플레이트부(67a)보다도 소경이며 두꺼운 제 2 밸브 시트 플레이트부(67b)와, 제 1 밸브 시트 플레이트부(67a)보다 직경이 크며 얇은 제 3 밸브 시트 플레이트부(67c)를 일체로서 갖고 있다.

밸브 시트 플레이트(67)에는 유체가 유통 가능한 유입관(68) 및 4개의 연통관(69)이 접속되어 있다. 제 1 밸브 시트 플레이트(67a)는 유입구(A)를 갖고 있고, 제 2 밸브 시트 플레이트(67b)는 4개의 개구(B_1, B_2, B_3, 및 B_4)를 갖고 있다. 유입구(A)는 유입관(68)을 흐르는 유체를 밸브 케이스(66) 내부에 공급한다. 4개의 개구(B_1-B_4) 각각은, 4개의 연통관(69b-69e) 각각에 유체를 유통시킨다. 유입구(A)와 개구(B_1-B_4) 각각은 밸브 케이스(66)의 내부에 연통해 있다. 또한, 밸브체(80)와 맞닿는 밸브 시트 플레이트(67)의 부분은 연마 다듬질면(90)으로 되어 있다.

밸브체 축(71)은 로터(70) 및 밸브체(80)의 회동 중심이다. 로터(70)가 회전하면, 로터(70)에 접속된 로터 피니언 기어(75), 밸브체 축(71), 아이들러 기어(79), 아이들러 축(78)을 통해서 회전력이 밸브체(80)에 전달된다. 이것에 의해 밸브체(80)는 밸브 시트 플레이트(67)에 대해서 상대적으로 회동한다. 밸브 시트 플레이트(67)의 중심 위치에는 밸브체 축(71)이 끼워맞춰지는 바닥을 갖는 로터축 구멍(72)이 형성되어 있다.

로터 피니언 기어(75)의 하단부의 회전축 주위에 설치된 볼록부인 로터 구동부 선단(76)은 밸브체(80)의 상면에 재치(載置)되어 있다. 로터 피니언 기어(75)와 밸브체(80)는, 공통의 중심축인 밸브체 축(71)의 주위에 각각 로터 구동축 구멍(77)과 밸브체 축 구멍(85)을 통해서 회전 가능하게 배치되어 있다.

밸브체(80)에는 밸브체 기어(83)의 외주로부터 돌출한 스토퍼(84)가 형성되어 있다. 밸브체(80)가 소정 각도 회동하면, 스토퍼(84)가 아이들러 피니언 기어(79a) 하측의 아이들러 스토퍼(79c)에 맞닿아서 밸브체(80)의 회동을 제한한다.

또한, 스토퍼(84)는, 후기하는 유체 전환 밸브(60)의 각 상태의 전환 동작에 필요한 각도보다 밸브체(80)가 크게 회동할 수 있도록 설치되어 있다.

[유입구(A), 개구(B_1-B_4)]

개구(B_1-B_4)는 밸브체 축(71)으로부터 각각 대략 등거리의 위치에 설치되어 있다. 개구(B_1-B_4)는, 원주 방향 시계 방향으로 B_1, B_2, B_3, B_4의 순번으로 나열되어 있으며, 개구(B_1, B_4)는 원주 방향으로 인접해 있다. 또한, 각 개구(B_1-B_4)는 밸브체 축(71)을 중심으로 해서 대략 등각도로 배치되어 있다. 예를 들면, 개구가 N개인 유체 전환 밸브(60)는, 밸브체 축(71)을 중심으로 하는 가상의 원에 내접하는 정N각형의 각각의 정점에, 각 개구의 일부가 겹치도록 배치되어 있다.

또한, 개구(B_1-B_4) 중, 개구(B_1)가 유입구(A)에 가장 근접해 있다. 유입구(A)는 개구(B_1)를 사이에 두고 밸브체 축(71)의 반대측에 위치해 있다. 아이들러 축(78)은 밸브체 축(71)을 사이에 두고 유입구(A)와는 반대측에 설치되어 있다. 또한, 각 개구(B_1-B_4)의 직경은, 상기한 정점 위치에 각각의 일부가 위치하면 특별히 제한되지 않지만, 서로 대략 동등하게 할 수 있다.

[밸브체 슬라이딩 접촉면(81)]

도 6은 개구(B_1-B_4) 및 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 정면도이다. 밸브체(80)의 일면인 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)은, 개구(B_1-B_4)가 설치된 연마 다듬질면(90)과 접하면서, 밸브체 축(71)을 중심으로 해서 회동한다. 밸브체(80)가 밸브 시트 플레이트(67)에 대해서 상대적으로 회동함으로써, 밸브 시트 플레이트(67)에 설치된 개구(B_1-B_4)를 개폐할 수 있다. 또한, 유입구(A)는 밸브체(80)의 회동에 상관없이 유체를 밸브 케이스(66) 내부에 공급할 수 있다.

[유체 유통부(82)]

밸브체 슬라이딩 접촉면(81)에는 유체 유통부(82)가 설치되어 있다. 유체 유통부(82)는, 밸브체 홈(82a)(제 1 밸브체 홈), 밸브체 홈(82b)(제 2 밸브체 홈), 밸브체 오목부(82c)를 갖는다. 이하, 밸브체 축(71)(밸브체 축 구멍(85))으로부터 밸브체 오목부(82c)를 관찰했을 때에, 반시계 방향측에 있는 밸브체 홈(82)을 밸브체 홈(82a)이라 부르고, 시계 방향측에 있는 밸브체 홈(82)을 밸브체 홈(82b)이라 부른다.

밸브체 홈(82a, 82b)은 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)에 설치된 홈이며, 도 6에 예시하는 바와 같은 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 정면 보기에 있어서, 2개 또는 3개 이상의 개구와 겹쳐졌을 때, 이들 개구 사이에서 유체가 이동할 수 있도록 한다.

원주 방향으로 인접하는 2개의 개구 각각은, 밸브체 축(71)을 중심으로 해서 대략 θa=(360/N)°의 각도를 이루고 있다. 여기에서는 N=4인 예를 설명하고 있기 때문에, θa=90°이다.

밸브체 홈(82a, 82b)은 각 개구(B_1-B_4)가 위치하는 상기한 가상의 원에 대해 대략 θa 떨어진 2점을 잇도록 설치할 수 있다. 예를 들면, 각 개구가 위치하는 가상의 원에 대하여, 도 6에서 예시하는 바와 같이, 대략 θa 따른 원호 형상으로 설치할 수 있다. 이하, 이와 같이 밸브체 홈(82a, 82b)이 소정 각도 떨어진 가상의 원의 2점을 잇는 것을, 원을 「절취함」이라고도 표현한다. 또한, 밸브체 홈(82a, 82b)은 대략 θa보다 큰 범위를 절취하도록 설치해도 된다.

밸브체 오목부(82c)는, 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 외주가 상기한 가상의 원보다 직경 방향 내측에 다가가 있는 부분이다. 밸브체 오목부(82c)는, 밸브체(80)의 회동에 따라서 개구(B_1-B_4)를 각각 밸브 케이스(66) 내부로 노출시킨다. 유입구(A)로부터 밸브 케이스(66) 내부에 공급되는 유체는, 밸브 케이스(66) 내부로 노출된 개구(B_1-B_4)로 유입된다. 즉, 밸브체 오목부(82c)는 노출된 개구에 대해서 유입구(A)로부터 공급된 유체를 유통시킨다.

여기에서 예시하여 설명하고 있는 밸브체(80) 중, 밸브체 오목부(82c)의 원주 방향의 2개의 단부 각각과 밸브체 축(71)을 지나는 2개의 직선 사이에 위치하며, 또한 밸브체 축(71)을 사이에 두고 밸브체 오목부(82c)와 반대측에 위치하는 영역(C)(도 6 참조)에 포함되는 상기한 가상의 원의 일부에는, 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 일부가 포함되어 있다. 즉, 상기한 영역(C)에 포함되는 상기한 가상의 원의 적어도 일부에는 밸브체 홈(82a, 82b)이 설치되어 있지 않다.

[개구의 개방과 폐색]

이하, 밸브체 홈(82a, 82b)이 2개 또는 3개 이상의 개구와 겹쳐 있는 상태, 또는 밸브체 오목부(82c)와 개구가 겹쳐 밸브 케이스(66) 내부로 개구가 노출된 상태를, 개구가 개방되어 있는 것으로 부른다. 또한, 밸브체 홈(82a, 82b)이 1개 이하의 개구와 겹쳐 있는 상태, 또는 개구가 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)과 겹쳐 있는 상태를 개구가 폐색(閉塞)되어 있는 것으로 부른다.

즉, 개구가 개방되어 있는 상태란, 유체 유통부(82)를 통해서 임의의 개구와 다른 개구 또는 유입구(A) 사이에서 유체가 유통 가능한 상태를 말한다. 개구가 폐색되어 있는 상태란, 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)이나 밸브체 홈(82a, 82b)이, 임의의 개구와 다른 개구 또는 유입구(A) 사이의 유체의 유통을 억제하고 있는 상태를 말한다.

적용하는 기기에 따라서 다르지만, 후술하는 기기의 일례인 냉장고에서는, 밸브체 홈(82a, 82b)이 개구를 동시에 개방하는 개수는 합계 2개가 바람직하다. 즉, 1개가 밸브체 홈(82a, 82b)에 대한 유입구로 되고, 다른 1개가 유출구로 되므로, 냉매는 밸브체 홈(82a, 82b)을 균일하게 통과한다. 3개 이상인 경우, 예를 들면 1개가 유입구이고 2개가 유출구인 경우는, 냉매는 2개의 유출구로부터 분할되어 유출되므로, 각각의 유출구로부터 유출되는 냉매 유량은 감소함과 함께, 유출구에 대응한 유로 저항의 대소에 따라서 냉매 유량의 배분이 변화하므로 냉매 유량이 일정해지지 않는다.

또한, 냉장고의 경우는 마찬가지로, 밸브체 오목부(82c)가 동시에 개방하는 개구의 개수는 1개가 바람직하다. 2개 이상이면, 각각의 개구에 흐르는 냉매 유량이 저감되어 냉각 능력이 감소됨과 함께, 복수의 개구의 각각에 대응한 유로 저항의 대소에 따라서 냉매 유량의 배분이 변화하므로, 냉각 능력을 안정되게 얻는 것이 곤란해진다.

단, 냉장고를 포함해 기기의 설계에 따라서, 동시에 3개 이상의 개구를 밸브체 홈(82a, 82b)이 개방시켜도 되고, 동시에 2개 이상의 개구를 밸브체 오목부(82c)가 개방시켜도 된다.

<유체 전환 밸브(60)의 상태수>

도 7은 개구(B)의 개수 N이 4인 유체 전환 밸브(60)에 상당하는 5방밸브의 전환 상태를 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면서 설명한 유체 전환 밸브(60)는 도 7 중 5방밸브(5-1)에 상당한다. 도 7에 대하여, 밸브체 오목부(82c)에 의해서 노출되어 있는 개구마다, 밸브체 홈(82a, 82b)이 개방하는 개구의 조합이 3유형 존재하기 때문에, 3개씩 구분해서 최상단에 나타내는 수치 「1」-「4」로서 정리하고 있다.

도 8은 개구(B)의 개수 N이 5 내지 6인 유체 전환 밸브(60)의 전환 상태를 나타내는 도면이다. 도 8에 있어서는, 개구(B) 중, 개구(B_3)를 밸브체 오목부(82c)가 개방하고 있는 전환 상태만을 나타내고 있고, 다른 (N-1)개의 개구를 밸브체 오목부(82c)가 개방하고 있는 경우에 대해서는, 개구의 위치가 다를 뿐이며 도시의 반복으로 되기 때문에, 이것을 회피하고 있다. 전술한 5방밸브와 마찬가지로 생각함으로써 당업자가 이해할 수 있는 것이다.

우선, 예시하고 있는 밸브 중, 5방밸브(5-1), 6방밸브(6-1, 6-2), 7방밸브(7-1, 7-2)에 대하여 설명한다. 밸브체 오목부(82c)는, 개구 각각에 대하여, 개구를 유입구(A)에 개방시킨 상태에서, 밸브체 홈(82a, 82b)이 개방시키는 개구의 조합을 3유형으로 전환할 수 있다.

여기에서, 밸브체 오목부(82c)의 각도 범위의 중앙에, 임의의 개구(B_i)가 겹쳐 있을 때(본 실시형태에서는, 밸브체 오목부(82c)가 절취하는 원호의 중앙에, 임의의 개구(B_i)가 위치해 있을 때)를, 설명의 편의상 원점 상태로 부른다. 원점 상태로서는, 예를 들면 도 6에서 예시하는 상태나, 도 7의 최상단의 수치 「1」-「4」에 대하여, 각각 차례로, 「밸브체 각도」의 행에 나타낸 각도 -θa, 0, +θa, +2θa에 대응하는 상태, 도 8의 최상단에 나타내는 각도 0에 대응하는 상태를 들 수 있다. 이것이, 이 개구(B_i)에 관한 첫 번째 전환 상태이다. 이때, 각각의 밸브체 홈(82a, 82b)은 2개 미만의 개구와 겹쳐 있다.

이하, 밸브체(80)의 밸브 시트 플레이트(67)에 대한 상대 회동에 대하여, 시계 방향의 회동을 정, 반시계 방향의 회동을 음으로 한다. 또한, 밸브체 오목부(82c)가 절취하는 원호의 각도를 2×θp로 한다. 이때, θp는, 개구의 각도 범위, 예를 들면 밸브체 축 구멍(85)을 지나 개구(B_1)에 접하는 2개의 직선이 이루는 각도의 1배 이상으로 설정할 수 있다. 또한, θp는 2×θp=θa나, 2×θp>θa가 성립하는 값으로 해도 된다.

원점 상태로부터 밸브체(80)를 +θp 회동시키면, 밸브체 홈(82a, 82b)의 한쪽이 2개의 개구와 겹친다. 이것이 이 개구(B_i)에 관한 두 번째 전환 상태이다. 원점 상태로부터 밸브체(80)를 -θp 회동시키면, 밸브체 홈(82a, 82b)의 다른쪽이 2개의 개구와 겹친다. 이것이 이 개구(B_i)에 관한 세 번째 전환 상태이다.

마찬가지의 전환 상태를 각각의 개구로 실현할 수 있기 때문에, 예시한 유체 전환 밸브(60) 중, 5방밸브(5-1, 5-2), 6방밸브(6-1, 6-2), 7방밸브(7-1, 7-2)는, 개구의 개수 N의 3배의 전환 상태를 실현할 수 있다.

한편, 예시한 유체 전환 밸브(60) 중, 6방밸브(6-3)와 7방밸브(7-3)는, 2개의 밸브체 홈(82a, 82b) 각각이 동시에 2개의 개구와 겹치도록 설계한 것이다. 이 경우이면, 첫 번째 전환 상태일 때 각각의 밸브체 홈(82a, 82b)은 2개의 개구와 겹친다. 두 번째 전환 상태, 및 세 번째 전환 상태는 밸브체 홈(82a, 82b)에 의한 개구의 개방 조합은 동일하며 어떠한 개구도 폐색된다. 따라서, 도 8에서 예시하고 있는 바와 같이, 6방밸브(6-3)와 7방밸브(7-3)는 개구 각각에 대해서 2유형의 전환 상태를 실현할 수 있다. 즉, 개구의 개수 N의 2배의 전환 상태를 실현할 수 있다.

또한, 예시한 유체 전환 밸브(60) 중, 5방밸브(5-2)는, 밸브체 홈(82)을 1개로 해서, 이 밸브체 홈(82)이 대략 2×θa의 각도 범위에 걸쳐서 상기한 가상의 원을 절취하도록 한 것이다. 이 경우도 5방밸브(5-1) 등과 마찬가지로 개구의 개수의 3배의 전환 상태를 실현할 수 있다. 밸브체 홈(82)의 길이가 길면, 밸브체 홈(82)에서 유통되는 유체의 압력이 밸브체(80)를 밸브 시트 플레이트(67)로부터 떨어뜨리려는 힘을 발생시킨다. 이 때문에, 밸브체 홈(82)은 2개인 편이 밸브체 홈(82)의 길이를 짧게 하기 쉽기 때문에 바람직하다. 또한, 밸브체 홈(82)은 2개인 편이 후술하는 제 2 실시형태 등에서 설명하는 구성을 구비하기 쉽다.

[제 1 실시형태의 정리]

본 실시형태에 따르면, 일례로서 설명한 5방밸브와 마찬가지로 해서, 밸브체 오목부(82c)가 임의의 개구(B_i)(i=1, 2, …, N)를 유입구(A)에 개방시키고 있는 상태에서, 밸브체 홈(82a, 82b)에 의한 개방 상태를 3유형으로 전환 가능하게 할 수 있다. 즉, 개구수(포트수)의 최대 3배의 전환 상태를 실현 가능한 유체 전환 밸브를 제공할 수 있다. 개구수는 4개(5방밸브) 또는 5개(6방밸브) 이상이면 특별히 제한되지 않는다. 즉 본 실시형태에 따르면, 실현 가능한 전환 상태수가 (3×N)유형인 전환이 가능한 개구수 N≥4개의 (N+1)방밸브를 제공할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 전환 상태수가 (2×N)유형이며, 2개의 밸브체 홈 각각이 동시에 2개(합계 4개)의 개구를 개방할 수 있는 유체 전환 밸브도 제공할 수 있다.

≪제 2 실시형태≫

이하, 본 발명의 제 2 실시형태를 설명한다. 본 실시형태의 구성은 이하의 점을 제외하고 제 1 실시형태와 마찬가지로 할 수 있다.

유체 전환 밸브를 적용하는 기기에 따라서는, 제 1 실시형태에서 설명한 전환 상태의 모두를 실현 가능한 유체 전환 밸브를 제공하기보다, 일부의 전환 상태를 생략 가능한 유체 전환 밸브를 제공하는 것이 바람직한 경우가 있다. 본 실시형태에 따르면, 유체 전환 밸브를 기기 등에 적용할 경우에, 그 용도나 기능에 따른 유체 전환 밸브의 설계 방법 및 이것을 적용한 유체 전환 밸브의 구조 등이 명확해진다. 예를 들면, N개의 개구(B_i)(i=1, 2,…, N) 중, 1개 혹은 2개 또는 3개 이상의 i에 대하여, 개구(B_i)가 밸브체 오목부(82c)에 의해서 유입구(A)에 개방되어 있는 상태에서, 밸브체 홈(82a, 82b)에 의한 개방 상태를 3유형으로 전환 가능하며, 개구의 잔부(殘部)에 대하여 밸브체 홈(82a, 82b)에 의한 개방 상태를 2유형 또는 1유형으로 전환 가능한 유체 전환 밸브(60)를 제공할 수 있다.

본 실시형태에서는, (N+1)방밸브의 일례로서 N=4로 한 5방밸브를 설명한다. 본 실시형태의 유체 전환 밸브(60)는, 밸브체(80)와 밸브 시트 플레이트(67)가 스텝 회동 각도 θp만큼 상대적으로 회동할 때마다 전환 상태가 변화된다. 본 실시형태에서는 θp=45°의 예를 설명한다.

[개구를 배치하는 가상의 원주의 복수화]

도 9는 본 실시형태의 개구(B_1-B_4)의 배치와 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 구조를 나타내는 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 정면도이다. 설명을 알기 쉽게 하기 위하여 도 9의 (a)에서는 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)에, 도 9의 (b)에서는 유체 유통부(82)에 해칭을 부여하고 있다. 또한, 도 9의 (b)에는, 밸브체(80)와 밸브 시트 플레이트(67)가 스텝 회동 각도 θp마다 상대적으로 회동했을 경우의, 각 개구(B_1-B_4)의 위치를 나타내고 있다. 또한, 도 9의 (b)에는, 밸브체 축(71)에서 서로 교차하는 가상의 직선을 3개 그리고 있지만, 인접하는 2개의 직선 각각은 θp=45°의 각도를 이루고 있다.

개구(B_1, B_3)는 밸브체 축(71)으로부터 대략 등거리(d2)(외주 반경)의 위치에 설치되어 있다. 개구(B_2, B_4)는 밸브체 축(71)으로부터 대략 등거리(d1)(내주 반경)의 위치에 설치되어 있다. 또한, d2>d1이다. 이하, 밸브체 축(71)을 중심으로 하는 반경(d2)의 원을 외주원, 반경(d1)의 원을 내주원이라 부른다. 또한, θa는 θp의 대략 정수배로 할 수 있지만, 대략 2배 또는 대략 3배가 바람직하다.

이하, 설명의 편리를 위해, 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 밸브체 오목부(82c)가 절취하는 외주원의 원호의 중앙에 개구(B_3)가 위치하는 상태를 원점 상태(회동 각도 θ=0°)로 부른다. 밸브체 오목부(82c)는, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, θ1=2×θp=90°에 걸쳐서 외주원의 원호를 절취하고 있다.

각 개구(B_1-B_N)(N=4)는, 원주 방향으로 시계 방향으로 B_1, B_2, B_3, B_4로 차례로 나열되어 있으며, 원주 방향으로 인접하는 개구가 위치하는 원주는 서로 다르다. 본 실시형태에서는, 내주원 상에 위치하는 개구(B_2, B_4)의 각각에 인접하는 개구(B_1, B_3)는 내주원과는 다른 원인 외주원 상에 위치해 있다. 마찬가지로, 외주원 상에 위치하는 개구(B_1, B_3)의 각각에 인접하는 개구(B_2, B_4)는 외주원과는 다른 원인 내주원 상에 위치해 있다.

[밸브체 홈(82a, 82b)]

밸브체 홈(82a, 82b)은 원주 방향으로 인접해 있는 2개의 개구를 개방해서 유체의 유통을 가능하게 한다. 밸브체 홈(82a)이 절취하는 원호의 각도와, 밸브체 홈(82b)이 절취하는 원호의 각도는 각각 θa 이상이다. 예를 들면, 도 9의 (b)에서 예시하는 바와 같이, 밸브체 홈(82a)의 2개의 단부는 θ4=2×θp=θa 이상 이간되어 있고, 마찬가지로 밸브체 홈(82b)의 2개의 단부는 θ5=2×θp=θa 이상 이간되어 있다.

밸브체 홈(82a, 82b)은, 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 정면 보기에 있어서 밸브체 오목부(82c)가 절취하는 각도를 2등분하며, 또한 밸브체 축(71)을 지나는 직선에 대해서 서로 대략 대칭인 형상으로 할 수 있다. 이 직선은, 도 9 중에서는 개구(B_1)와 개구(B_3)를 지나는 가상의 직선으로 나타내고 있다. 여기에서, 밸브체 홈(82a, 82b)이 서로 「대칭인 형상임」이란, 개구를 배치한 가상의 2개의 원주에 겹치는 영역에 있어서 대칭이면 된다. 밸브체 오목부(82c)에 대해서도 마찬가지이다.

밸브체 홈(82a)은, 각도(θ4)에 걸쳐서 내주원을 절취하는 유통 영역(S3)과, 유통 영역(S3)에 이어지며, 외주원의 원주 상까지 연장되는 유통 영역(S4)을 갖는다.

유통 영역(S3)은 θ4=θa=90° 또는 이보다 큰 원호를 절취한다. 또한, 유통 영역(S3)은 대략 원호 형상으로 할 수 있다.

유통 영역(S4)은, 유통 영역(S3)의 단부 중, 밸브체 오목부(82c)로부터 떨어진 측에 설치되어 있다. 유통 영역(S4)은 내주원 또는 외주원의 직경 방향에 대략 평행하게 할 수 있다. 또한, 유통 영역(S4)은 직경 방향으로 (d2-d1) 또는 이보다 긴 길이이다.

밸브체 홈(82b)은, 각도(θ5)에 걸쳐서 내주원을 절취하는 유통 영역(S5)과, 유통 영역(S5)에 이어지며 외주원의 원주 상까지 연장되는 유통 영역(S6)을 갖는다.

유통 영역(S5)은 θ5=θa=90° 또는 이보다 큰 원호를 절취한다. 또한, 유통 영역(S5)은 대략 원호 형상으로 할 수 있다.

유통 영역(S6)은, 유통 영역(S5)의 단부 중, 밸브체 오목부(82c)로부터 떨어진 측에 설치되어 있다. 유통 영역(S6)은 내주원 또는 외주원의 직경 방향에 대략 평행하게 할 수 있다. 또한, 유통 영역(S6)은 직경 방향으로 (d2-d1) 또는 이보다 긴 길이이다.

또한, 유통 영역(S4, S6)이 절취하는 외주원의 각도는 후술하는 θ0과 마찬가지로 할 수 있고, 개구(B_1, B_3)의 대략 전부와 겹칠 수 있는 각도로 할 수 있다.

[밸브체 오목부(82c)]

밸브체(80)와 밸브 시트 플레이트(69)의 상대적인 회동에 의해, 밸브체 오목부(82c)와 함께, 유체가 유통 가능한 유통 영역(S1, S2)이 밸브체 축(79)의 주위를 회동한다. 이하, 밸브체 오목부(82c)가 유통 영역(S1, S2)을 가짐이라 표현한다. 밸브체 오목부(82c)는, 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 정면 보기에 있어서 밸브체 오목부(82c)의 중앙 및 밸브체 축(71)을 지나는 상기한 직선에 대해서 대략 대칭인 형상으로 할 수 있다.

밸브체 오목부(82c)는, 각도(θ1=2×θp)에 걸쳐서 외주원을 절취하는 유통 영역(S1)과, 유통 영역(S1)의 중앙측에 위치해서 유통 영역(S1)과 이어지며, 각도(θ0)에 걸쳐서 내주원을 절취하는 유통 영역(S2)을 갖는다. 유통 영역(S1)은 절취한 외주원의 원호보다 직경 방향 외측의 영역을 포함하고 있다. 유통 영역(S2)은, 유통 영역(S1)이 절취하는 외주원의 중앙 및 밸브체 축 구멍(85)을 지나는 직선을 일부에 포함하면 바람직하다.

유입구(A)로부터 공급되는 유체는 유통 영역(S1) 및 유통 영역(S2)을 유통할 수 있다. 이 때문에, 유통 영역(S1, S2)과 겹침으로써 개구(B_i)가 밸브 케이스(66) 내부로 노출되면, 이 개구(B_i)가 유입구(A)에 대해서 개방된다. 즉, 유입구(A)로부터 공급되는 유체가 이 개구로 유입된다. 본 명세서에서는, 이 상태를 개구가 밸브체 오목부(82c)와 겹침이라고도 표현한다.

본 실시형태에서는, θ1=(2×θp)인 것으로 했지만 이보다 크게 해도 된다. 또한, θ0은 0°보다 크고 θ1 미만이다. 보다 구체적으로는, θ0의 하한은 개구(B_2, B_4)의 대략 전체와 겹칠 수 있는 각도로 할 수 있다. 또한, θ0의 상한은 θ1 미만으로 함으로써, 내주원 상의 개구(B_2, B_4)가 밸브체 오목부(82c)에 겹치는 각도 범위와, 외주원 상의 개구(B_1, B_3)가 밸브체 오목부(82c)에 겹치는 각도 범위를 다르게 할 수 있다. 이 때문에, 내주원 상의 개구(B_2, B_4)에 대하여, 밸브체(80)를 회동시켰을 때에 실현 가능한 밸브체 홈(82a, 82b)에 의한 전환 상태수를 감소시킬 수 있다. 이 점에 대해서는 별도 후술한다. 이것에 의해, 유체 전환 밸브(60)가 적용되는 기기의 용도에 따라서, 유체 회로가 실현하는 모드의 일부를 생략할 수 있다.

[유통 영역의 분포]

밸브체 오목부(82c)의 유통 영역(S1, S2) 중, 절취하는 원호의 각도가 큰 유통 영역(S1)이 위치하는 측의 원주 상에는, 유통 영역(S4, S6) 중, 유통 영역(S3, S5)과 이어지는 단부와는 다른 부분이 위치해 있다.

또한, 밸브체 오목부(82c)의 유통 영역(S1, S2) 중, 절취하는 원호의 각도가 작은 유통 영역(S2)이 위치하는 측의 원주 상에는 유통 영역(S3, S5)이 위치해 있다. 즉, 밸브체 홈(82a, 82b) 중, 예를 들면 θa 떨어진 원의 2점을 절취하는 부분이 위치해 있다.

[칸막이부(94)]

밸브체 홈(82a, 82b) 각각과 밸브체 오목부(82c) 사이에는 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 일부가 존재한다. 이것을 칸막이부(94)라 부른다.

보다 구체적으로는, 밸브체 홈(82a, 82b) 각각의, 밸브체 오목부(82c)측의 단부 또는 단부 근방의 직경 방향 외측에는 유통 영역(S1)의 일부가 존재해 있고, 밸브체 홈(82a, 82b) 각각의, 밸브체 오목부(82c)측의 단부의 원주 방향측에는 유통 영역(S2)이 존재해 있다. 이 밸브체 홈(82a, 82b)의 단부와, 유통 영역(S1)의 직경 방향의 사이 또는 유통 영역(S2)과의 원주 방향의 사이에 위치하는 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)이 칸막이부(94)이다.

칸막이부(94)에 의해, 밸브체 홈(82a)이나 밸브체 홈(82b)을 흐르는 유체가, 스스로의 압력으로 칸막이부(94)를 넘어서 밸브체 오목부(82c)로 누설되는 것을 억제할 수 있다. 칸막이부(94)의 범위를 크게 하면 보다 효과적으로 유체의 누설을 억제할 수 있으므로 바람직하다.

[개구의 직경 방향의 이간]

개구가 배치되어 있는 2원주의 직경의 차[2×(d2-d1)]는 개구(B_1-B_4)의 직경보다도 크다. 또한, 개구(B_2, B_4)의 외주에 접하는 가상의 원의 직경보다도, 개구(B_1, B_3)의 내주에 접하는 가상의 원의 직경 쪽이 커지도록 각 개구(B_1-B_4)가 배치되어 있다. 이와 같이 개구(B_1-B_4)를 배치함으로써, 내주원측의 유통 영역(S2, S3 및 S5)이 외주원측의 개구(B_1, B_3)에 겹치는 것이나, 외주원측의 유통 영역(S1, S4 및 S6)이 내주원측의 개구(B_2, B_4)에 겹치는 것을 억제할 수 있다.

[유체 전환 밸브의 상태수]

도 10은 본 실시형태의 유체 전환 밸브(60)가 실현하는 8가지 상태를 나타내는 도면이다. 유체 전환 밸브(60)는, 전술한 바와 같이, 내주원 상의 개구(B_2, B_4)가 밸브체 오목부(82c)에 겹치는 각도 범위가 작기 때문에, 개구(B_2, B_4) 각각을 유입구(A)에 대해서 개방시키는 조건에서의 전환 상태의 조합이 제 1 실시형태의 3으로부터 1로 감소해서 일부 소멸되어 있다. 즉, 유체 전환 밸브(60)의 일례인 5방밸브가 실현하는 상태수는 12보다 4개 작다.

이하, 각 상태에 있어서의 유입구(A)와 개구(B_1-B_4)의 개방 상태에 대하여, 밸브체 오목부(82c)가 개방하는 개구마다 설명한다.

((4) 원점 상태)

회동 각도 θ=0°인 원점 상태(제 4 상태)에서는, 밸브체 오목부(82c)에 의해 개구(B_3)가 밸브체(80)로부터 노출되어 밸브 케이스(66) 내부로 노출되어 있다. 이 때문에, 유입구(A), 밸브 케이스(66) 및 개구(B_3)를 통해서 유입관(68) 및 연통관(69d)이 연통해 유체가 유통 가능해진다. 개구(B_1, B_2 및 B_4)는 폐색되어 있으며, 다른 개구 및 유입구(A)와는 서로 유체의 유통이 억제되어 있다.

이 때문에, 예를 들면 유입관(68) 및 연통관(69d)을 포함하는 사이클을 형성하는 유체 회로를 갖는 기기에 유체 전환 밸브(60)를 적용하면, 이 기기에 대해 1개의 모드를 실현할 수 있다.

((5) 제 5 상태)

제 5 상태는, 밸브체(80)가 밸브 시트 플레이트(69)에 대해서 원점 상태로부터 대략 +θp만큼 상대적으로 회동한 상태이다. 즉, 회동 각도 θ는 대략 +θp=45°이다.

제 5 상태에서는, 밸브체 오목부(82c)에 의해 개구(B_3)가 밸브 케이스(66) 내부로 노출되어 있다. 또한, 개구(B_1, B_4)가 밸브체 홈(82b)에 의해서 개방되어 있다. 이 때문에, 연통관(69b 및 69e) 사이에서 유체가 유통 가능해진다.

이 때문에, 예를 들면 연통관(69d)이 연통관(69b) 또는 연통관(69e)의 한쪽과 접속되며, 또한 다른쪽이 유입관(68)에 접속된 유체 회로를 지니는 기기에 유체 전환 밸브(60)를 적용하면, 이 기기에 대해 1개의 모드를 실현할 수 있다. 개구(B_2)는 폐색되어 있으며, 다른 개구 및 유입구(A)와는 서로 유체의 유통이 억제되어 있다.

((3) 제 3 상태)

제 3 상태는, 밸브체(80)가 밸브 시트 플레이트(69)에 대해서 원점 상태로부터 대략 -θp만큼 상대적으로 회동한 상태이다.

제 3 상태에서는, 밸브체 오목부(82c)에 의해 개구(B_3)가 밸브 케이스(66) 내부로 노출되어 있다. 또한, 개구(B_1, B_2)가 밸브체 홈(82a)에 의해서 개방되어 있다. 이 때문에, 연통관(69b 및 69c) 사이에서 유체가 유통 가능해진다.

이 때문에, 예를 들면 연통관(69d)이 연통관(69b) 또는 연통관(69c)의 한쪽과 접속되며, 또한 다른쪽이 유입관(68)에 접속된 유체 회로를 지니는 기기에 유체 전환 밸브(60)를 적용하면, 이 기기에 대해 1개의 모드를 실현할 수 있다. 개구(B_4)는 폐색되어 있으며, 다른 개구 및 유입구(A)와는 서로 유체의 유통이 억제되어 있다.

((8) 제 8 상태)

회동 각도 θ가 대략 +4×θp=-4×θp=180°인 제 8 상태에서는, 밸브체 오목부(82c)에 의해 개구(B_1)가 밸브 케이스(66) 내부로 노출되어 있다. 개구(B_2, B_3 및 B_4)는 폐색되어 있으며, 다른 개구 및 유입구(A)와는 서로 유체의 유통이 억제되어 있다.

((1) 제 1 상태)

제 1 상태는 회동 각도 θ가 대략 -3×θp=-135°인 상태이다.

제 1 상태에서는 밸브체 오목부(82c)에 의해 개구(B_1)가 밸브 케이스(66) 내부로 노출되어 있다. 또한, 개구(B_2, B_3)가 밸브체 홈(82b)에 의해서 개방되어 있다. 개구(B_4)는 폐색되어 있으며, 다른 개구 및 유입구(A)와는 서로 유체의 유통이 억제되어 있다.

((7) 제 7 상태)

제 7 상태는 회동 각도 θ가 대략 +3×θp=+135°인 상태이다.

제 7 상태에서는 밸브체 오목부(82c)에 의해 개구(B_1)가 밸브 케이스(66) 내부로 노출되어 있다. 또한, 개구(B_3, B_4)가 밸브체 홈(82a)에 의해서 개방되어 있다. 개구(B_2)는 폐색되어 있으며, 다른 개구 및 유입구(A)와는 서로 유체의 유통이 억제되어 있다.

((6) 제 6 상태)

제 6 상태는 회동 각도 θ가 대략 +2×θp=+90°인 상태이다.

제 6 상태에서는 밸브체 오목부(82c)에 의해 개구(B_4)가 밸브 케이스(66) 내부로 노출되어 있다. 개구(B_1, B_2 및 B_3)는 폐색되어 있으며, 다른 개구 및 유입구(A)와는 서로 유체의 유통이 억제되어 있다.

((2) 제 2 상태)

제 2 상태는 회동 각도 θ가 대략 -2×θp=-90°인 상태이다.

제 2 상태에서는 밸브체 오목부(82c)에 의해 개구(B_2)가 밸브 케이스(66) 내부로 노출되어 있다. 개구(B_1, B_3 및 B_4)는 폐색되어 있으며, 다른 개구 및 유입구(A)와는 서로 유체의 유통이 억제되어 있다.

[각 개구에 대응한 상태수]

상기에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 유체 전환 밸브(60)의 개구(B_1, B_3)는, 밸브체 오목부(82c)에 의해 밸브체(80)로부터 노출된 조건을 만족시키면서 3유형으로 상태를 전환 가능하다. 한편, 개구(B_2, B_4)는 1유형의 상태만이 실현 가능하다. 이하, 개구(B_1, B_3)와 같이, 3유형의 상태가 가능한 개구를 비축퇴구(非縮退口)로, 1유형 또는 2유형의 상태가 가능한 개구를 축퇴구로 부른다.

본 실시형태에서는, 외주원 상과 내주원 상에 각각 2개의 개구를 배치하고 있기 때문에, 비축퇴구와 축퇴구가 2개씩이지만, 개구의 위치나 밸브체 홈(82)의 형상을 변경함으로써, 임의로 비축퇴구와 축퇴구의 개수를 설정할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 축퇴구가 실현하는 상태수는 1이지만, 밸브체 오목부(82c)의 각도를 조정함으로써 상태수를 2로 할 수도 있다.

[상태의 전환]

밸브체(80)와 밸브 시트 플레이트(69)를 θp씩 상대적으로 회동시킴으로써, 제 1-제 8 상태를 차례로 전환 가능하다. 또한, 회동은 원주 방향의 이동이기 때문에, 제 8 상태와 제 1 상태도 서로 천이 가능하다. 단, 전술한 스토퍼(84)를 이용해서 밸브체(80)의 회동 각도 범위를 제한하면, 어느 2가지 상태간의 천이를 제한할 수 있다. 이것은, 제 1-제 8 상태 중 어느 하나를 실현할 필요가 없을 때 등에 채용하면 바람직하다.

[제 2 실시형태의 정리]

본 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태의 유체 전환 밸브의 기술적 사상을 적용하면서, 일부의 전환 상태를 생략 가능한 유체 전환 밸브를 제공할 수 있다. 예를 들면, 2개의 개구(B_1, B_3) 각각에 대하여, 유통 영역(S1, S2)을 통해서 유입구(A)에 대해 개방시키면서, 밸브체 홈(82a, 82b)을 통해서 개구끼리의 개폐 상태를 3유형으로 전환 가능하다.

일부의 전환 상태를 생략하는 것은, 그 밖에도 원주 방향으로 인접하는 개구 중, 일부가 이루는 각도를 대략 θa=(360/N)°와 다른 값으로 함으로써도 실현할 수 있다. 예를 들면, θa보다 큰 값으로 하면, 밸브체 홈(82a, 82b)이 θa에 걸칠 경우, 일부의 상태를 실현할 수 없어지는 것은 자명하다.

유체 전환 밸브(60)가 갖는 개구의 개수 N은, 4 이상이면 특별히 제한되지 않지만, 본 실시형태와 같이 짝수, 특히 바람직하게는 4로 하면, 내주원과 외주원에 개구를 번걸아 배치할 수 있다. 또한, 이때, 구조의 대칭성이 향상되기 때문에 설계를 용이하게 할 수 있다.

유체 전환 밸브(60)를 적용하는 기기의 용도 등에 따라서, 1개, 2개, 3개 또는 4개 이상 혹은 N/2개 이상 또는 N개의 개구 각각에 대하여, 유통 영역(S1, S2)을 통해서 유입구(A)에 대해 개방시키면서, 밸브체 홈(82a, 82b)을 통해서 개구끼리의 개폐 상태를 3유형으로 전환 가능하게 해도 된다. 또한, 마찬가지로, 1개, 2개, 3개 또는 4개 이상 혹은 N/2개 이상 또는 N개의 개구 각각에 대하여, 유통 영역(S1, S2)을 통해서 유입구(A)에 대해 개방시키면서, 밸브체 홈(82a, 82b)을 통해 개구끼리의 개폐 상태를 2유형으로 전환 가능하게 해도 된다.

또한, 개구를 배치하는 가상의 원주를 3개 이상으로 해도 된다.

≪제 3 실시형태≫

이하, 본 발명의 제 3 실시형태를 설명한다. 본 실시형태의 구성은 이하의 점을 제외하고 제 2 실시형태와 마찬가지로 할 수 있다. 본 실시형태에 따르면 제 2 실시형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

도 11은, 본 실시형태의 개구(B_1-B_4)의 배치와 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 구조를 나타내는 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 정면도이다. 설명을 알기 쉽게 하기 위하여 도 11의 (a)에서는 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)에, 도 11의 (b)에서는 유체 유통부(82)에 해칭을 부여하고 있다. 또한, 도 11의 (b)에는, 밸브체(80)와 밸브 시트 플레이트(71)가 스텝 회동 각도 θp마다 상대적으로 회동했을 경우의 각 개구(B_1-B_4)의 위치를 나타내고 있다.

본 실시형태는, 제 2 실시형태에 대해서, 내주측의 구성과 외주측의 구성을 교환했을 경우의 일례에 관한 것이다. 즉, 개구(B_1, B_3)는 내주원 상에 위치하고, 개구(B_2, B_4)는 외주원 상에 위치해 있다.

유통 영역(S2, S3 및 S5)은 외주원 상을 포함하는 영역이고, 유통 영역(S1, S4 및 S6)은 내주원 상을 포함하는 영역이다. 유통 영역(S2)의 각도 범위는 0°보다 크며, 또한 유통 영역(S1)의 각도 범위 θ1 미만이다.

도 12는 본 실시형태의 유체 전환 밸브(60)가 실현하는 8가지 상태를 나타내는 도면이다. 각 상태에 있어서의 유입구(A) 및 개구(B_1-B_4)의 개방 상태는 제 2 실시형태에서 설명한 것과 마찬가지이다.

[제 2 실시형태와 제 3 실시형태의 비교]

제 3 실시형태에 의해서도, 제 2 실시형태와 마찬가지로 일부의 전환 상태를 생략 가능한 유체 전환 밸브(60)를 제공할 수 있다. 단, 제 3 실시형태에 있어서의 유체 전환 밸브(60)는, 원호의 절취 각도가 작은 유통 영역(S2)이 외주원측에 위치하고, 유통 영역(S2)과 이어져 있는 유통 영역(S1)이 내주원측에 위치해 있다. 이 때문에, 제 2 실시형태에 비해서, 내주원측에 있는 유통 영역(S1)에의 유체에 대한 유통 저항이 커진다. 이 때문에, 밸브체 오목부(82c)가 절취하는(밸브체 오목부(82c)에 겹치는) 원호의 각도는 내주원측보다도 외주원측 쪽이 크면 바람직하다.

≪제 4 실시형태≫

이하, 본 발명의 제 4 실시형태를 설명한다. 본 실시형태의 구성은 이하의 점을 제외하고 제 2 실시형태와 마찬가지로 할 수 있다. 본 실시형태의 유체 전환 밸브(60)는 θp=θ2 또는 θ3=(θa-θp)의 상대 회동마다 상태가 전환된다.

도 13은 본 실시형태의 개구(B_1-B_4)의 배치와 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 구조를 나타내는 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)의 정면도이다. 설명을 알기 쉽게 하기 위하여 도 13의 (a)에서는 밸브체 슬라이딩 접촉면(81)에, 도 13의 (b)에서는 유체 유통부(82)에 해칭을 부여하고 있다. 또한, 도 13의 (b)에는, 밸브체(80)와 밸브 시트 플레이트(71)가 스텝 회동 각도 θp=θ2 또는 θ3마다 상대적으로 회동했을 경우의 각 개구(B_1-B_4)의 위치를 나타내고 있다. 도 13의 (b)에는 밸브체 축(71)에서 서로 교차하는 가상의 직선이 θp마다 그려져 있다. 본 실시형태에서는 θp를 θa=90°의 반분보다 작은 1/3인 대략 30°로 하고 있다.

본 실시형태의 유통 영역(S4, S6)은 밸브체 홈(82a, 82b) 각각이 설치되어 있는 각도 범위를 증가시키는 방향으로 연장되어 있다. 보다 구체적으로는, 유통 영역(S4, S6)의 단부 중, 유통 영역(S3, S5)과 이어지는 단부끼리의 이간 각도 θ8보다, 유통 영역(S3, S5)과 이어지는 단부와는 다른 단부끼리의 이간 각도 θ6 쪽이 작다.

이것에 의해, 유통 영역(S4, S6)에 의해서도 밸브체 홈(82a, 82b)의 각도 범위의 일부를 책임지게 할 수 있다. 예를 들면 제 2 실시형태에서는, 유통 영역(S3, S5)의 각각이 내주원을 θa 절취함으로써, 밸브체 홈(82a, 82b)의 각도 범위 θa의 모두를 확보하고 있었다. 그러나, 본 실시형태와 같이 구성하면, 유통 영역(S3, S5)이 절취하는 원호의 각도를 작게 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 유통 영역(S3, S5)이 내주원을 2×θp=60°<θa에 걸쳐서 절취하고, 유통 영역(S4, S6)이 그보다 작은 θp=30°에 걸쳐서 내주원과 외주원 사이의 영역을 연장하도록 설치되어 있다.

상기와 같이 했으므로 θ6을 대략 2×θp=60°로 할 수 있다. 즉, 밸브 시트 플레이트(69)와 밸브체(80)를 원점 상태로부터 + 방향 또는 - 방향으로 θp만큼 상대적으로 회동시킴으로써, 밸브체 홈(82a, 82b)과 개구(B_1)를 겹치게 할 수 있다. 또한, 유통 영역(S3, S5)의 밸브체 오목부(82c)측의 단부를 밸브체 오목부(82c)로부터 먼 쪽에 위치시킬 수 있다. 이 때문에, 칸막이부(94)의 범위를 확대시켜, 밸브체 홈(82a, 82b) 각각과 밸브체 오목부(82c) 사이를 유체가 타고 넘는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 유통 영역(S1)의 각도 범위 θ1은 θ6=2×θp=60° 이상으로 할 수 있다.

[상태의 전환]

도 14는 본 실시형태의 유체 전환 밸브(60)가 실현하는 8가지 상태를 나타내는 도면이다. 외주원측의 개구(B_1, B_3)에 대해서는, 밸브 시트 플레이트(69)와 밸브체(80)를 θp씩 상대적으로 회동시킴으로써 3유형의 상태를 전환할 수 있다. 즉, 동일한 개구를 밸브체 오목부(82c)에 겹치는 제 3, 4, 5 상태간이나, 제 7, 8, 1 상태간의 천이는 θp의 회동으로 가능하다.

한편, 개구끼리의 이간 각도는 θa=90°≒3×θp이며, 유통 영역(S2)에 대해서는, 시계 방향 및 반시계 방향으로 θp의 범위에서 유통 영역(S1)이 설치되어 있기 때문에, 밸브체 오목부(82c)에 겹치는 개구를 변화시키는 제 1, 2, 3 상태간의 천이나 제 5, 6, 7 상태간의 천이는 θ3=(θa-θp)≒2×θp≒60°의 회동으로 가능하다.

≪제 5 실시형태≫

이하, 본 발명의 제 5 실시형태를 설명한다. 본 실시형태는 유체 전환 밸브(60)를 적용한 기기의 일례인 냉장고(1)에 관한 것이다. 본 실시형태에 따르면, 기기에 적합한 모드수를 지니는 유체 회로와, 이 유체 회로를 구비한 기기를 제공할 수 있다. 본 실시형태에서는, 일례로서 제 4 실시형태에서 설명한 유체 전환 밸브를 적용한 유체 회로를 지니는 냉장고(1)를 설명한다.

[냉장고(1)의 개요]

도 15는 냉장고(1)의 정면 외관에 유체 회로의 개요를 부기한 도면이다. 냉장고(1)는, 위쪽에서부터 냉장실(2)과, 좌우로 나열된 제빙실(3) 및 상단 냉동실(4)과, 하단 냉동실(5)과, 야채실(6)을 갖고 있다. 냉장고(1)의 각 도어(2a, 2b, 3a, 4a, 5a, 6a)는 냉장고 전면의 개구를 개폐한다. 각 도어를 열면 따뜻한 외기가 냉장고(1)의 전면의 개구 주연부와 접촉하기 때문에, 개구 주연에 결로가 생길 우려가 있다. 이 때문에, 고온의 냉매를 통과시키는 결로 억제 배관(17)이 개구 주연부의 일부 또는 전부에 매설되어 있다.

[유체 회로의 구성]

도 16은 냉장고(1)가 구비하는 유체 회로(냉동 사이클)의 회로도이다. 냉장고(1)는 유체로서 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구동시키고 있다. 냉동 사이클은, 유체 전환 밸브(60)에 부가해서 압축기(51), 응축기(52), 결로 억제 배관(17), 감압부(54), 냉각기(7), 배관(55, 56, 57)을 갖고 있다. 또한, 냉매는 예를 들면 이소부탄을 채용할 수 있다.

유입구(A)에는, 유입구(A)측으로부터 차례로 배관(55), 응축기(52), 압축기(51), 냉각기(7)가 접속되어 있다. 냉매는 압축기(51)에서 고온 고압으로 되어 응축기(52)와 배관(55)을 흘러서 유입구(A)에 도달한다.

개구(B_1, B_3)에는 각각 결로 억제 배관(17)의 일단 및 타단이 접속되어 있다.

개구(B_2)에는 제 1 감압부(54a)의 일단이 접속되고, 개구(B_4)에는 제 2 감압부(54b)의 일단이 접속되어 있다. 제 1 감압부(54a) 및 제 2 감압부(54b)의 타단은 각각 합류부(89)에서 접속되어 있다. 제 1 감압부(54a) 또는 제 2 감압부(54b)를 통과한 냉매는, 합류부(89)를 통과한 후 냉각기(7)에 유입되어 압축기(51)로 되돌아간다. 제 1 감압부(54a)와 제 2 감압부(54b)에서는 통과하는 냉매의 감압량이 서로 다르다. 예를 들면, 2개의 감압부(54)로서 캐필러리 튜브를 채용하고 그 직경을 다른 것으로 할 수 있다.

상기와 같이 구성한 유체 회로에서는, 개구(B_2, B_4)가 냉매를 유체 전환 밸브(60)의 하류로 흘려보내서 유입구(A)로 보내고, 개구(B_1, B_3)가 냉매를 유체 전환 밸브(60)의 다른 개구로 흘려보낸다. 이하, 냉매를 유체 전환 밸브(60)의 하류로 흘려보내는 개구를 송류구(送流口)라 부르고, 다른 개구로 흘려보내는 개구를 환류구라 부른다. 1개의 송류구 및 유입구(A)를 포함하는 사이클을 형성하도록 유체 전환 밸브(60)의 상태를 전환하거나, 또한 짝수개의 환류구를 포함하는 사이클을 형성하도록 유체 전환 밸브(60)의 상태를 전환함으로써, 기기에 다양한 모드를 실현시킬 수 있다.

또한, 결로 방지 배관(17)이나 감압부(54)와 같이, 유체가 공급됨으로써 유체의 온도나 압력 등을 변화시키거나, 기기에 대해서 어떠한 기능을 발휘시키거나 하는 것을 기능부라 부른다. 결로 억제 배관(17)이나 감압부(54)는 기능부의 일례이다.

도 16에서 예시하는 바와 같이, 유체 회로는, 서로 이어져 있는 2개의 환류구의 한쪽이 밸브체 홈(82a) 또는 밸브체 홈(82b)과 겹치고, 다른쪽이 오목부(82c)와 겹치는 상태가 존재하도록 설계되어 있다. 여기에서, 본 실시형태와 같이 송류구와 환류구를 원주 방향으로 번걸아 배치하면, 상기와 같은 상태가 출현하기 쉽기 때문에 바람직하다.

또한, 비축퇴구인 개구(B_1, B_3)를 환류구로 설정하고, 축퇴구인 개구(B_2, B_4)를 송류구로 설정하고 있다. 상태수가 많은 비축퇴구를 환류구로 설정함으로써, 2개의 환류구 사이에 설치된 기능부를 선택해서 유체를 공급하는 모드를 실현하기 쉬워진다. 이것에 의해, 유체 전환 밸브(60)의 각 상태에 대해서, 기기의 각 모드를 중복하지 않도록 대응짓기 쉬워져 모드수를 증가시킬 수 있다.

[유체 회로의 모드]

유체 전환 밸브(60)의 전환 상태에 따른 유체 회로의 모드에 대하여 설명한다. 도 17 내지 도 23은, 각각 차례로, 냉장고(1)의 유체 회로의 모드인 제 1 모드 내지 제 7 모드 시의 냉매의 유로를 나타내는 도면이다. 도 24는 유체 전환 밸브(60)의 상태와 유체 회로의 모드의 대응을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에서는 7개의 모드를 실행하는 기기를 설명한다. 또한, 도시의 편의상, 개구(B)의 위치 관계가 실제의 위치 관계와 다른 것으로 되어 있다. 구체적으로는, 도 16 내지 도 23에서는, 개구(B)를 시계 방향으로 B_1, B_2, B_4, B_3의 순으로 기재하고 있지만, 실제로는 도 24에 예시하는 바와 같이, 시계 방향으로 B_1, B_2, B_3, B_4의 순이다.

[각 모드에 공통인 사항]

압축기(51)에 의해 압축된 고온 고압의 냉매는 응축기(52)로 유입되어 응축기(52)에서 공기(고외 공기)와 열교환되는 것에 의해 냉각된다. 응축기(52)로부터 유출된 냉매는 제 1 냉매 배관(55)을 거쳐 유체 전환 밸브(60)의 유입구(A)로 유입된다. 냉매는 각 모드에 따라서 유통된 후, 송류구인 개구(B_2 또는 B_4)에 의해서 유체 전환 밸브(60)의 하류로 흐른다. 또한 냉매는 감압부(54)에 의해서 감압되어 저온 저압으로 되고 합류부(89)에 이른다. 그 후, 냉매는 냉각기(7)로 유입되어 주위 공기와 열교환되어 압축기(51)로 되돌아간다. 이하, 각 모드에 대하여 설명한다.

[각 모드의 개요]

제 1 모드는 결로 억제 배관(17) 및 제 1 감압부(54a)에 냉매를 유통시킨다. 냉매는, 도시하는 바와 같이 L1, L2의 경로를 흘러서 개구(B_1)측으로부터 결로 방지 배관(17)을 통과한다. 이것을 제 1 결로 억제 모드라 부른다.

제 2 모드는 제 1 감압부(54a)에 냉매를 유통시킨다. 냉매는, 도시하는 바와 같이 L3의 경로를 흘러서 결로 방지 배관(17)으로는 송출되지 않는다. 이것을 제 1 바이패스 모드라 부른다.

제 3 모드는, 결로 억제 배관(17) 및 제 1 감압부(54a)에 냉매를 유통시킨다. 냉매는, 도시하는 바와 같이 L4, L5의 경로를 흘러서 개구(B_3)측으로부터 결로 방지 배관(17)을 통과한다. 이것을 제 2 결로 억제 모드라 부른다.

제 4 모드는, 송류구인 개구(B_2, B_4)를 함께 폐색해 냉매의 유통을 차단하고 있다. 본 실시형태에서는 이때 압축기(51)를 정지시킨다. 이것을 정지 모드라 부른다. 송류구인 개구(B_2, B_4)가 폐색되어 있기 때문에, 응축기(52), 결로 억제 배관(17)이나 배관(55, 56)의 비교적 고온인 냉매가 냉각기(7)에 유입되어 냉각기(7)의 온도를 상승시키는 것을 억제할 수 있다.

제 5 모드는, 결로 억제 배관(17) 및 제 2 감압부(54b)에 냉매를 유통시킨다. 냉매는, 도시하는 바와 같이 L4, L6의 경로를 흘러서 개구(B_3)측으로부터 결로 방지 배관(17)을 통과한다. 이것을 제 3 결로 억제 모드라 부른다.

제 6 모드는, 제 2 감압부(54b)에 냉매를 유통시킨다. 냉매는, 도시하는 바와 같이 L7의 경로를 흘러서 결로 방지 배관(17)으로는 송출되지 않는다. 이것을 제 2 바이패스 모드라 부른다.

제 7 모드는, 결로 억제 배관(17) 및 제 2 감압부(54b)에 냉매를 유통시킨다. 냉매는, 도시하는 바와 같이 L1, L8의 경로를 흘러서 개구(B_1)측으로부터 결로 방지 배관(17)을 통과한다. 이것을 제 4 결로 억제 모드라 부른다.

제 8 상태에 대응하는 모드는 제 4 모드와 마찬가지의 정지 모드이다. 제 8 상태에 대응하는 모드를 실행 가능하게 해도 되지만, 본 실시형태에서는 스토퍼(84)를 이용해서 제 8 상태에 대응하는 모드에의 천이를 억제하고 있다.

[결로 방지 배관(17)을 흐르는 냉매의 방향]

결로 억제 배관(17)에는 응축기(52)를 경유한 후의 고온의 냉매가 흐르지만, 냉장고 본체 전면(16)의 개구 주연부를 가열하는 동안에 온도가 저하된다. 즉, 결로 억제 배관(17)을 흐르는 냉매는 그 상류측이 고온이며 하류측이 저온인 온도 분포로 된다. 개구 주연부의 결로를 효과적으로 억제하기 위해서는, 가장 저온으로 되는 하류측을 외기의 노점 온도보다도 고온으로 유지할 필요가 있다. 이때, 결로 방지 배관(17)으로 흘려보내는 냉매의 방향을 변경할 수 없을 경우, 하류측의 결로를 억제하려고 하면, 상류측의 온도는 노점 온도보다도 비교적 높아지기 때문에, 고내로 진입하는 열량이 증가해 에너지 절약성의 향상이 곤란해진다.

본 실시형태에 따르면, 결로 방지 배관(17)으로 흘려보내는 냉매의 방향을 변경할 수 있기 때문에, 결로 방지 배관(17)의 상류측과 하류측의 온도차를 저감시켜 에너지 절약성을 향상시킬 수 있다.

[2개의 감압부]

냉장고(1) 내에 새로운 식품을 추가하기 위해 사용자가 도어를 개폐하면, 식품과 함께 따뜻한 외기도 냉장고(1) 내로 침입한다. 식품의 보존성의 관점에서 고내를 단시간에 냉각하는 강운전의 실행이 요망된다. 이때에는 감압부(54)에 의한 압력 강하는 작은 편이 바람직하며 약한 스로틀링이 좋다.

한편, 도어의 개폐가 적은 경우는 냉장고(1)의 내부로 침입하는 열량이 적다. 이 열량과 균형을 맞추는 것으로 충분한 정상 운전(약운전) 시에는, 압축기(51)를 저속으로 운전하면서 강한 스로틀링으로 냉매를 흘려보내는 것이 바람직하다. 예를 들면 제 1 감압부(54a)를 강운전에 적합한 약한(내경이 굵은) 스로틀링, 제 2 감압부(54b)를 정상 운전에 적합한 강한(내경이 얇은) 스로틀링으로 하면, 강운전과 정상 운전의 각각에 적합한 압력 강하가 얻어지므로 에너지 절약 성능을 높게 할 수 있다.

[모드의 배열]

제 1 모드 내지 제 3 모드에 있어서는 송류구는 개구(B_2)이다. 즉, 냉매는 제 1 감압부(54a)를 경유한다. 한편, 제 5 모드 내지 제 7 모드에 있어서는 송류구는 개구(B_4)이다. 즉, 냉매는 제 2 감압부(54b)를 경유한다.

냉장고(1)는, 강운전 및 통상 운전에 따라서 사용에 적합한 압력 강하량이 다르다. 본 실시형태에서는, 동일한 감압부(54)에 대응하는 각각 3개의 모드가 인접해 있기 때문에, 강운전 및 통상 운전 각각의 실행 중 모드의 전환 제어를 간결하게 할 수 있다.

또한, 결로 억제 배관(17)을 경유하며, 냉매 흐름 방향이 서로 반대인 제 1 모드 및 제 3 모드 사이에는 바이패스 모드인 제 2 모드가 위치하며, 마찬가지로 제 5 모드 및 제 7 모드 사이에는 바이패스 모드인 제 6 모드가 위치해 있다. 이 때문에, 결로 억제 배관(17)을 경유하는 냉매 흐름을 전환할 때, 그 동안에 제 2 모드나 제 6 모드를 실행하기 쉽다. 바이패스 모드를 실행하지 않고, 급격하게 흐름 방향을 반전시키면, 냉매 흐름의 관성 부하에 의한 악영향이 염려된다. 본 실시형태에 따르면 이와 같은 부하를 억제할 수 있다.

[유체 전환 밸브의 설계에 의한 모드 생략]

도 25는 냉장고(1)의 냉매 회로에 대해서, (a) 제 1 실시형태에서 설명한 유체 전환 밸브를 적용한 경우와, (b) 제 4 실시형태에서 설명한 유체 전환 밸브를 적용한 경우 각각에 대하여, 실현하는 모드를 나타내는 도면이다.

도 25에 있어서, 개구(B_1-B_4), 각 기능부, 밸브체 홈(82a, 82b)에 대해서는 상태(0)만 부호를 부여하고 있다.

본 실시형태에서는, N=4인 5방밸브에 있어서, 3×N=12유형이 가능한 유체 전환 밸브(60)가 아닌, 그 중 8유형만이 가능한 유체 전환 밸브(60)를 이용했다. 이것에 의해, 전술한 바와 같은 모드의 배열로 되어 냉장고(1)로서 바람직한 모드 제어가 가능해졌다.

한편, 본 실시형태의 유체 회로에 대하여 12유형이 가능한 유체 전환 밸브(60)를 적용한 경우를 검토한다. 이때, 전술한 8가지 상태에 부가해서, 도 25의 (a)에서 나타내는 바와 같이, 예를 들면 모드 1, 2의 사이에 새로운 누설 1 모드가 출현한다. 이 누설 1 모드는, 유입구(A)로부터의 냉매를 감압부(54a)로 송류함과 동시에, 결로 억제 배관(17)으로부터 감압부(54b)에도 유통시키고 있다. 그러면, 결로 억제 배관(17) 중의 고온 냉매가 도시 파선 화살표의 경로를 경유해서 냉각기(7)로 유출되어 냉각기(7)가 온도 상승되므로, 냉장고(1)에 있어서 이 모드가 출현하는 것은 바람직하지 않다. 그 밖의 새로이 출현하는 누설 2 내지 누설 4 모드도 마찬가지이다.

본 실시형태는, 전술한 바와 같은 구성을 적용함으로써, 이러한 바람직하지 않은 모드를 생략 가능하게 하고 있다. 이것에 의해, 각 모드의 전환의 과정에서는, 결로 억제 배관(17)이 접속되는 2개의 환류구 각각의 폐색을 유지할 수 있다. 이와 같이, 유체 전환 밸브(60)를 적용하는 기기에 보다 적합한 설계를 가능하게 하고 있다.

[감압부의 막힘]

냉매 중에 포함되는 수분, 압축기(51)나 유체 전환 밸브(60)의 동작에 의해서 생기는 마모분(磨耗粉)과 같은 이물질이 냉동 사이클을 순환하는 경우가 있다. 강한 스로틀링인 제 2 감압부(54b)는 좁아 비교적 이물질이 막히기 쉽다. 예를 들면 냉각기의 온도를 온도 센서에 의해 감시해서, 제 5 모드 내지 제 7 모드 중 어느 하나로 운전하고 있음에도 불구하고 냉각기(7)의 온도가 저하되지 않을 경우에는, 제 2 감압부(54b)가 막혀 있을 가능성이 있다. 냉장고(1)가 이것을 검지했을 경우에는, 제 1 감압부(54a)를 이용하는 제 1 모드 내지 제 4 모드만을 이용한 운전을 행하는 것으로 하면, 냉장고(1)의 냉각 운전이 정지하는 것을 억제할 수 있다.

[초크 운전]

제 4 모드에서는, 개구(B_2) 및 개구(B_4)가 유입구(A)에 개방되어 있지 않으며 냉매 회로는 폐색되어 있다. 그 때문에, 이 상태에서 압축기(51)를 운전하면, 압축기(51)의 하류측(유입구(A)측)의 압력이 상승하고 압축기(51)의 상류측(냉각기(7)측)의 압력이 저하되지만 냉매는 흐르지 않는다. 따라서, 압축기(51)가 공전하는 소위 초크 상태로 되어 바람직하지 않다.

본 실시형태에 따르면, 제 4 모드는, 사용하는 감압부(54)가 다른 제 3 모드와 제 5 모드 사이에 위치해 있다. 결로 방지 배관(17)에의 냉매 흐름의 반전은 소정의 시간마다 행하는 것이 바람직한 한편, 사용하는 감압부(54)는 냉장고의 고내 상황의 변동에 따르는 것이 바람직하다. 제 4 모드를 사이에 두고 동일한 감압부를 이용하는 모드가 위치하면, 빈번하게 압축기를 정지할 필요가 생길 우려가 있다. 본 실시형태의 모드 배치에 따르면 초크 운전의 발생을 억제할 수 있다.

[본 실시형태의 정리]

본 실시형태에 따르면, 밸브체 오목부(82c)에 겹쳐 노출되는(개방됨) 개구 중 2개에 대하여, 밸브 시트 플레이트(69)와 밸브체(80)를 상대적으로 회동시킴으로써, 유체 회로를 3유형으로 전환 가능한 유체 전환 밸브(60)를 이용한 기기를 제공할 수 있다. 즉, 개구 중 2개는 비축퇴구이다. 이것에 의해, 유체 전환 밸브(60)로서 예를 들면 5방밸브를 채용하면 8가지 상태를 실현 가능해진다. 또한, 이 유체 전환 밸브(60)를 적용한 냉장고(1)에 대하여 7개의 모드를 실현 가능해진다.

≪정리≫

이상, 본 발명의 다양한 실시형태를 기술했지만, 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정과 변경이 가능하다. 즉, 본 발명의 구체적 형태는 발명의 취지를 변경하지 않는 범위에 있어서 적절히 임의로 변경 가능하다.

본 발명의 유체 전환 밸브를 적용하는 기기는 냉장고에 한하지 않으며, 유체 회로를 갖는 각종 공지의 기기에 적용할 수 있다. 예를 들면 공조기나 유압기에도 적용 가능하다.

[다른 기술적 사상]

본원은 이하의 기술적 사상을 포함한다.

(부기 1)

유체 공급부와,

N개의 개구를 갖는 밸브 시트와,

밸브체 축을 중심으로 해서 이 밸브 시트에 대해 상대적으로 회동 가능하며, 상기 밸브 시트에 대해서 밸브체 슬라이딩 접촉면이 접하는 밸브체를 구비하는 유체 전환 밸브로서,

N은, 4 또는 4보다 큰 자연수이고,

상기 밸브체는,

2개의 상기 개구끼리를 개방 가능한 밸브체 홈과,

상기 개구를 상기 유체 공급부에 대해서 개방 가능한 유통 영역을 형성하는 밸브체 오목부를 갖고,

상기 상대적인 회동에 따라서, 상기 유체 공급부에 대한 상기 개구의 개폐, 및 상기 개구끼리의 개폐를 전환 가능하고,

상기 밸브체 오목부가 상기 제 1 개구를 개방하는 상태 a와,

상기 밸브체 오목부가 상기 제 2 개구를 개방하는 상태 b

를 실행 가능하고,

상기 상태 a를 유지하면서, 상기 제 2 내지 제 N의 개구 중 어느 2개가 상기 밸브체 홈에 의해 개방되는 상태 c와,

상기 상태 a를 유지하면서, 상기 제 3 상태에서 상기 밸브체 홈에 의해 개방되는 2개의 상기 개구의 한쪽 또는 양쪽과 다르며, 또한, 상기 제 1 개구와 다른 2개의 개구가 상기 밸브체 홈에 의해 개방되는 상태 d와,

상기 상태 b를 유지하면서, 상기 제 1, 상기 제 3 내지 제 N의 개구 중 어느 2개가 상기 밸브체 홈에 의해 개방되는 상태 e와,

상기 상태 b를 유지하면서, 상기 상태 e에서 상기 밸브체 홈에 의해 개방되는 2개의 상기 개구의 한쪽 또는 양쪽과 다르며, 또한, 상기 제 2 개구와 다른 2개의 개구가 상기 밸브체 홈에 의해 개방되는 상태 f

를 실행 가능한 것을 특징으로 하는 유체 전환 밸브.

부기 1에 따르면, 제 1 실시형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

(부기 2)

유체 공급부와,

N개의 개구를 갖는 밸브 시트와,

밸브체 축을 중심으로 해서 이 밸브 시트에 대해 상대적으로 회동 가능하며, 상기 밸브 시트에 대해서 밸브체 슬라이딩 접촉면이 접하는 밸브체를 구비하는 유체 전환 밸브로서,

N은, 5 또는 5보다 큰 자연수이고,

상기 밸브체는,

2개의 상기 개구끼리를 각각 개방 가능한 2개의 밸브체 홈과,

상기 개구를 상기 유체 공급부에 대해서 개방 가능한 유통 영역을 형성하는 밸브체 오목부를 갖고,

상기 상대적인 회동에 따라서, 상기 유체 공급부에 대한 상기 개구의 개폐, 및 상기 개구끼리의 개폐를 전환 가능하고,

상기 2개의 밸브체 홈은, 동시에 2개씩의 상기 개구를 개방 가능하고,

상기 밸브체 오목부가 상기 제 1 개구를 개방하는 상태 g와,

상기 밸브체 오목부가 상기 제 2 개구를 개방하는 상태 h

를 실행 가능하고,

상기 상태 g를 유지하면서, 상기 제 2 내지 제 N의 개구 중, 어느 2개가 상기 밸브체 홈의 한쪽을 통해서 개방되고, 상기 제 2 내지 제 N의 개구 중, 이들 2개의 개구를 제외하는 다른 2개의 개구가 상기 밸브체 홈의 다른쪽을 통해서 개방되는 상태 i와,

상기 상태 h를 유지하면서, 상기 제 1, 상기 제 3 내지 제 N의 개구 중 어느 2개가 상기 밸브체 홈의 한쪽을 통해서 개방되고, 상기 제 1, 상기 제 3 내지 제 N의 개구 중, 이들 2개의 개구를 제외하는 다른 2개의 개구가 상기 밸브체 홈의 다른쪽을 통해서 개방되는 상태 j

를 실행 가능한 것을 특징으로 하는 유체 전환 밸브.

부기 2에 따르면, 전환 상태수가 (2×N)유형이며, 2개의 밸브체 홈 각각이 동시에 2개(합계 4개)의 개구를 개방할 수 있는 유체 전환 밸브를 제공할 수 있다.

본원은, 이하의 기술적 사상을 더 포함한다.

(제 2 부기 1)

유체 공급부와,

4개 이상의 개구의 상기 유체 공급부에 대한 개폐 상태 및 상기 개구끼리의 개폐 상태를 전환하는 유체 전환 밸브를 구비하고,

상기 개구의 2개는, 배관을 통해서 서로 이어진 환류구이고,

상기 개구의 다른 2개 이상은, 상기 유체 공급부에 유체를 보내는 송류구이고,

상기 유체 전환 밸브는, 상기 환류구로 흘려보내는 유체의 흐름 방향을 전환 가능한 유체 회로.

(제 2 부기 2)

2개의 상기 환류구의 한쪽편으로부터 유체를 공급해서, 그 후 2개의 상기 송류구의 한쪽에 유체를 공급하는 모드와,

2개의 상기 환류구의 다른쪽편으로부터 유체를 공급해서, 그 후 2개의 상기 송류구의 한쪽에 유체를 공급하는 모드를 실행 가능한 것을 특징으로 하는 제 2 부기 1에 기재된 유체 회로.

(제 2 부기 3)

2개의 상기 환류구의 한쪽편으로부터 유체를 공급해서, 그 후 2개의 상기 송류구의 다른쪽에 유체를 공급하는 모드와,

2개의 상기 환류구의 다른쪽편으로부터 유체를 공급해서, 그 후 2개의 상기 송류구의 다른쪽에 유체를 공급하는 모드를 실행 가능한 것을 특징으로 하는 제 2 부기 2에 기재된 유체 회로.

(제 2 부기 4)

상기 개구의 각각은, 상기 유체 전환 밸브의 밸브 시트에 고리 형상의 나열로 배치되어 있고,

상기 개구는, 환류구, 송류구, 환류구, 송류구 순의 나열을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 2 부기 1에 기재된 유체 회로.

(제 2 부기 5)

제 2 부기 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 기재된 유체 회로를 구비하고,

상자체의 개구 가장자리에 배치한 결로 억제 배관을 갖고,

상기 유체 공급부에, 냉매를 압축하는 압축기의 토출측을 접속하고,

상기 환류구 중의 2개에, 상기 결로 억제 배관의 일단측 및 타단측을 각각 접속하고,

상기 송류구 중의 2개에, 상기 압축기의 흡입측을 각각 접속한 냉장고로서,

상기 결로 억제 배관의 일단측으로부터 상기 냉매를 공급한 후, 상기 2개의 송류구의 한쪽에 상기 냉매를 공급하는 제 1 모드와,

상기 2개의 송류구의 한쪽에 상기 냉매를 공급하는 제 2 모드와,

상기 결로 억제 배관의 타단측으로부터 상기 냉매를 공급한 후, 상기 2개의 송류구의 한쪽에 상기 냉매를 공급하는 제 3 모드와,

상기 결로 억제 배관의 타단측으로부터 상기 결로 억제 배관에 상기 냉매를 공급한 후, 상기 2개의 송류구의 다른쪽에 상기 냉매를 공급하는 제 5 모드와,

상기 2개의 송류구의 다른쪽에 상기 냉매를 공급하는 제 6 모드와,

상기 결로 억제 배관의 일단측으로부터 상기 냉매를 공급한 후, 상기 2개의 송류구의 다른쪽에 상기 냉매를 공급하는 제 7 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 냉장고.

(제 2 부기 6)

상기 제 1 모드 및 상기 제 2 모드,

상기 제 2 모드 및 상기 제 3 모드,

상기 제 5 모드 및 상기 제 6 모드, 및/또는

상기 제 6 모드 및 상기 제 7 모드간의 전환 조작의 과정에서, 상기 결로 억제 배관의 일단측 및 타단측이 각각 접속되는 상기 2개의 환류구의 각각의 폐색을 실질적으로 유지하는 것을 특징으로 하는 제 2 부기 5에 기재된 냉장고.

(제 2 부기 7)

상기 압축기의 토출측 및 상기 유체 전환 밸브의 사이에 응축기를 배치한 것을 특징으로 하는 제 2 부기 5에 기재된 냉장고.

1 : 냉장고 7 : 냉각기
17 : 결로 억제 배관 51 : 압축기
52 : 응축기 54 : 감압부
60 : 유체 전환 밸브 66 : 밸브 케이스(케이스)
67 : 밸브 시트 플레이트(밸브 시트)
67a : 제 1 밸브 시트 플레이트(밸브 시트)
67b : 제 2 밸브 시트 플레이트(밸브 시트)
68 : 유입관
69 : 연통관(제 1 연통관, 제 2 연통관, 제 3 연통관, 제 4 연통관)
69b : 연통관(제 1 연통관) 69c : 연통관(제 2 연통관)
69d : 연통관(제 3 연통관) 69e : 연통관(제 4 연통관)
71 : 밸브체 축 80 : 밸브체
81 : 밸브체 슬라이딩 접촉면 82 : 유체 유통부
82a : 밸브체 홈(제 1 밸브체 홈) 82b : 밸브체 홈(제 2 밸브체 홈)
82c : 밸브체 오목부 86 : 판스프링(가압 수단)
89 : 합류부 90 : 연마 다듬질면
94 : 칸막이부 A : 유입구(유체 공급부)
B_1 : 개구(제 1 개구) B_2 : 개구(제 2 개구)
B_3 : 개구(제 3 개구) B_4 : 개구(제 4 개구)

Claims (8)

1. 유체 공급부와,
   N개의 개구를 갖는 밸브 시트와,
   밸브체 축을 중심으로 해서 당해 밸브 시트에 대해 상대적으로 회동 가능하며, 상기 밸브 시트에 대해서 밸브체 슬라이딩 접촉면이 접하는 밸브체를 구비하는 유체 전환 밸브로서,
   N은, 4 또는 4보다 큰 자연수이고,
   상기 밸브체는,
   2개의 상기 개구끼리를 개방 가능한 1개 또는 2개의 밸브체 홈과,
   1개의 상기 개구를 상기 유체 공급부에 대해서 개방 가능한 유통 영역을 형성하는 밸브체 오목부를 갖고,
   상기 상대적인 회동에 따라서, 상기 유체 공급부에 대한 상기 개구의 개폐, 및 상기 개구끼리의 개폐를 전환 가능하며,
   상기 N개의 개구 중, 1 혹은 2 또는 2보다 큰 개수의 개구 각각에 대하여 상기 유통 영역을 통해서 상기 유체 공급부에 대해 당해 개구를 개방하면서, 상기 밸브체 홈을 통한 상기 개구끼리의 개폐 상태를 3유형으로 전환 가능하고,
   상기 밸브체 홈을 2개 갖는 경우, 상기 밸브체 홈의 한쪽이 2개의 상기 개구끼리를 개방할 때, 상기 밸브체 홈의 다른 쪽은 2개의 상기 개구끼리를 개방하지 않는 것을 특징으로 하는 유체 전환 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 N개의 개구는, 상기 밸브체 축을 중심으로 하는 1개 또는 2개 이상의 원주(圓周) 상에 각각 위치하며, 또한, 원주 방향으로 서로 인접하는 2개의 상기 개구 각각에 대하여, 개구 및 상기 밸브체 축을 지나는 2개의 직선을 생각할 경우, (360/N)°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 유체 전환 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 밸브체 홈을 2개 갖고,
   당해 2개의 밸브체 홈은, 상기 밸브체 축으로부터 상기 밸브체 오목부를 관찰했을 때에, 상기 상대적인 회동의 반시계 방향 및 시계 방향 각각에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 유체 전환 밸브.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 N개의 개구는, 상기 밸브체 축을 중심으로 하는 2개의 동심원 상 어느 곳에 각각 위치하고,
   상기 밸브체 홈의 각각은,
   상기 동심원의 한쪽의 원주의 2점을 절취하는 유통 영역과,
   상기 동심원의 다른쪽의 원주 상으로 연장되는 유통 영역을 갖고 있고,
   상기 밸브체 오목부가 형성하는 유통 영역은,
   상기 동심원 각각의 원호를 절취하는 유통 영역을 갖고 있으며, 또한, 상기 동심원의 다른쪽의 원호를 절취하는 유통 영역의 각도 쪽이, 상기 동심원의 한쪽의 원호를 절취하는 유통 영역의 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 전환 밸브.
5. 제 4 항에 있어서,
   N은 4이고,
   상기 개구의 각각은, 상기 밸브체 축을 중심으로 하는 2개의 동심원 상에 번갈아 위치해 있는 것을 특징으로 하는 유체 전환 밸브.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 2개의 밸브체 홈 중, 상기 동심원의 다른쪽의 원주 상으로 연장되는 유통 영역 각각의 연장 방향은, 상기 밸브체 홈의 각도 범위를 증가시키는 방향인 것을 특징으로 하는 유체 전환 밸브.
7. 제 4 항에 기재된 유체 전환 밸브를 포함하는 유체 회로를 구비하는 기기로서,
   상기 개구는,
   유체를 다른 개구에 보내는 환류구와,
   유체를 상기 유체 회로의 하류에 유통시켜서, 상기 유체 공급부에 보내는 송류구(送流口)를 갖고,
   상기 유체 회로는,
   상기 유체가 공급됨으로써 기능을 발휘하는 복수의 기능부를 갖고,
   당해 복수의 기능부의 일부는, 각각, 2개의 상기 환류구를 포함하는 사이클 내에 위치하고,
   당해 복수의 기능부의 다른 일부 또는 잔부(殘部)는, 각각, 1개의 상기 송류구 및 상기 유체 공급부를 포함하는 사이클 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 기기.
8. 제 7 항에 기재된 기기로서의 냉장고로서,
   상기 유체는, 냉매이고,
   상기 유체 공급부에 대해서 상기 냉매를 공급하는 압축기와,
   상기 환류구 2개와,
   상기 송류구 2개를 갖고,
   상기 2개의 환류구 각각에는, 상기 냉장고의 개구 주연부(周緣部)에 설치한 결로 억제 배관을 접속하고,
   상기 2개의 송류구에는, 각각 제 1 감압부와 제 2 감압부를 접속하고,
   상기 환류구의 한쪽편으로부터 상기 결로 억제 배관에 상기 냉매를 공급한 후, 상기 제 1 감압부에 상기 냉매를 공급하는 제 1 모드와,
   상기 제 1 감압부에 상기 냉매를 공급하는 제 2 모드와,
   상기 환류구의 다른쪽편으로부터 상기 결로 억제 배관에 상기 냉매를 공급한 후, 상기 제 1 감압부에 상기 냉매를 공급하는 제 3 모드와,
   압축기를 정지하는 제 4 모드와,
   상기 환류구의 다른쪽편으로부터 상기 결로 억제 배관에 상기 냉매를 공급한 후, 상기 제 2 감압부에 상기 냉매를 공급하는 제 5 모드와,
   상기 제 2 감압부에 상기 냉매를 공급하는 제 6 모드와,
   상기 환류구의 한쪽편으로부터 상기 결로 억제 배관에 상기 냉매를 공급한 후, 상기 제 2 감압부에 상기 냉매를 공급하는 제 7 모드를 실행 가능한 것을 특징으로 하는 냉장고.

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