JPH0341271A

JPH0341271A - 四方弁

Info

Publication number: JPH0341271A
Application number: JP17606589A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Takahashi; 郁夫高橋
Original assignee: Ranco Japan Ltd
Current assignee: Ranco Japan Ltd
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1991-02-21

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、主として空調機器において、ヒートポンプの
冷暖房の切換えに用いられる四方弁に関する。

（従来の技術）ヒートポンプの冷凍サイクルには、冷暖房運転時と暖房
運転時の冷媒の流れ方向を切換えるために四方弁が用い
られており、この四方弁の構造を第１θ図に示す。

第１０図において、弁本体１に圧縮機Ａの吐出口に連通
ずる高圧口１１を設け、その反対側に、圧縮機Ａの吸込
口に連通ずる低圧ロｔｂ、室内熱交換器Ｂと室外熱交換
器Ｃにそれぞれ連通する導通口ｌｃ、　Ｉｄを有する弁
座２を設けている。

また、弁本体１の内部には、低圧口１ｂと導通口１ｃ、
　Ｉｄのいずれか一方とを連通可能な凹部を有する弁体
３を弁座２に摺動可能に配設し、この弁体３の両側には
細孔４Ｍを有するピストン４が連設されている。

また、弁本体１の両側部は導通管５１．５ｂにより、パ
イロット弁６の弁座６１の両側に連通され、低圧口１ｈ
は導通管５ｃにより弁座６１の中央に連通されている。

パイロット弁６の一端にはソレノイド７が設けられ、こ
のソレノイド７の内部の可動鉄心８がニードル弁９に連
結されている。

そうして、第１Ｏ図に示す状態では、導通管５！。

５ｃが連通し、弁本体１の左端が低圧になり、弁体３に
より低圧口１ｂと導通口１ｃが連通し、冷房回路にある
。すなわち、圧縮機Ａより吐出された高圧ガスは、高圧
口ｈ１導通口１ｄを通じて、室外熱交換器Ｃ１キヤピラ
リチユーブＤ１室内熱交換器Ｂを通り、導通口ＩＣ％低
圧口１ｂを通り、再び圧縮機Ａに戻る。

一方、第１０図に示す状態で、ソレノイド７に通電する
と、可動鉄心８が右に移動し、ニードル弁９により導通
管５ｂ、　５ｃが連通し、それと同時に導通管５Ｍは閉
じられる。すると、弁本体１の右端は低圧になり、左端
は細孔りを通じて高圧となる。

このことにより、両側のピストン４．４の圧力差による
力で、弁体３は右側に移動し、高圧口りと導通口１ｃが
連通し、同時に、低圧口１ｂと導通口１ｄが連通し、暖
房回路に切換わる。

また、ソレノイド７への通電を止めることで、再度、第
１０図の冷房回路に戻る。

（発明が解決しようとする課題）前記のように、冷暖房回路を切換える四方弁では、往復
動タイプのピストンを用いた構造であるため、大形で横
通が複雑であり、しかも、四方弁を作動させるためのパ
イロット弁や、四方弁とパイロット弁を接続する配管を
別途必要とする構造であり、高価になっていた。

また、暖房運転時には、パイロット弁の保持のために、
ソレノイドに連続通電する必要があり、不経済であった
。さらに、ソレノイド通電時には、ソレノイド自体の作
動音を発生するとともに、高圧部と低圧部を瞬時に切換
えることによって冷媒の流れ音が発生する等の騒音の問
題があった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、パイ
ロット弁やこのパイロット弁との配管を必要とせず、小
形で構造が簡単な四方弁を提供することを目的とするも
のである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）請求項１の発明は、円筒状の弁箱１２の一端に、低圧口
１４、高圧口１５および２つの導通口１６．　１７を有
する弁座１３を嵌合し、また、弁箱１２の内部に、一端
面に弁座１３の低圧口１４に対して２つの導通口１６、
１７のうちの一方を所定角度回動ごとに交互に連通させ
る低圧連通路２０を設けるとともに、高圧口１５に対し
て２つの導通口１６．１７のうちの他方を所定角度回動
ごとに交互に連通させる高圧連通路２１を設けた弁体１
８を回動可能に嵌合し、さらに、弁箱１２の他端に嵌合
される蓋体２５を介して、前記弁体１８を所定角度ずつ
回動させる駆動部３１を装着したものである。

請求項２の発明は、蓋体１３から他端方向に突設された
円筒体３２内に、一端部が弁体１８の他端にスプライン
嵌合し、他端方向にばね４１にて付勢される駆動軸３６
を軸方向に移動可能に配設し、また、前記円筒体３２の
内側に、所定角度ごとに山溝部４５を他端側に有すると
ともにこの小溝部４５間に谷溝部４６を一端側に有する
波形状のガイド溝４９を有し、このガイド溝４９にピン
３８が嵌合する駆動軸３６が一端方向または他端方向に
移動する際に、その駆動軸３６を所定角度の半分ずつ回
動させる円筒カム４２を嵌合し、さらに、前記円筒体３
２の他端に、外側に配設され通電により発熱する発熱体
３４によって加熱された際に、前記駆動軸３６を一端方
向に押圧する押動部３５を有するパワーエレメント３３
を嵌合し、一方、前記駆動軸３６に永久磁石５２を一体
的に固着するとともに、この永久磁石５２の回動域に臨
む円筒体３２の外側に、前記ガイド溝４９の小溝部４５
および谷溝部４６の位置に対応してリードスイッチ５ｂ
　、　５３ｂ　、　５３ｃ　、　５３ｄを配設したもの
である。

（作用）請求項１の発明では、駆動部３１によって弁体１８を所
定角度ずつ回動させることにより、弁体１８の低圧連通
路２０にて弁座１３の低圧口１４および一方の導通口１
６の連通状態と低圧口１４および他方の導通口１７の連
通状態とを交互に切換えられるとともに、弁体１８の高
圧連通路２１にて弁座１３の高圧口１５および一方の導
通口１６の連通状態と高圧口１５および他方の導通口１
７の連通状態とを交互に切換えられる。

請求項２の発明では、例えば、低圧口１４と一方の導通
口１６とが連通するとともに高圧口１５と他方の導通口
１７とが連通した状態においては、駆動軸３６がばね４
１によって他端方向に付勢され、この駆動軸３６のピン
３８は円筒カム４２の波形状のガイド溝４９の小溝部４
５に嵌合している。

そして、発熱体３４に通電してパワーエレメント３３を
加熱すると、押動部３５がばね４１に抗して駆動軸３６
を一端方向に徐々に押圧し、この駆動軸３６のピン３８
が円筒カム４２の波形状のガイド？ｐｔ４９に沿って回
動移動し、さらに、そのピン３８がガイド溝４９の谷溝
部４６に嵌合するまで、駆動軸３６および弁体１８が一
体に所定角度の半分だけ回動する。

その後、発熱体３４への通電を止めてパワーエレメント
３３を冷やすと、パワーエレメント３３の押動部３５が
駆動軸３６を押圧する力が徐々に弱まり、ばね４１の付
勢によって駆動軸３６は他端方向に押圧され、駆動軸３
６のピン３８が円筒カム４２の波形状のガイド溝４９に
沿って移動し、さらに、そのピン３８がガイド溝４９の
小溝部４５に嵌合するまで、駆動軸３６および弁体１８
が一体に所定角度の半分だけ回動する。

従って、駆動軸３６および弁体１８は所定角度回動され
、低圧口１４が他方の導通口１７に連通するとともに、
高圧口１５が一方の導通口１Ｇに連通し、弁切換えが行
なわれる。

また、駆動軸３６のピン３８が円筒カム４２のガイド溝
４９の小溝部４５および谷溝部４６に嵌合した状態で、
駆動軸３６の永久磁石５２がリードスイッチ５３１〜５
３ｄのいずれか１つに臨んで動作させることにより、駆
動軸３６および弁体１８の回動位置を検出でき、そして
、前述のように、駆動軸３６のピン３８がガイド溝４９
の谷溝部４６に嵌合した回動位置を検出した際に、発熱
体３４への通電を止めるように構成できる。

（実施例）以下、本発明の一実施例の構成を第１図ないし第９図を
参照して説明する。

第１図および第２図において、四方弁１１は、円筒状に
形成された弁箱１２を有し、この弁箱１２の下端に円板
状の弁座１３が気密に嵌合固定されている。

この弁座１３は、中央部に低圧口１４が形成されている
とともに、その側部に高圧口１５が隣接して形成され、
さらに、低圧口１４を中心として　１８０゜相反する各
位置でかつ高圧口１５とは９０°ずれた各位置に２つの
導通口１６．１７がそれぞれ形成されている。

前記弁箱１２の内部には円板状の弁体１８が嵌合され、
上下外周部の数箇所に設けられた谷溝に鋼球１９が嵌合
されて弁箱１２内に回動可能に支持されている。この弁
体１８の下面には、第３図に示すように、弁座１３の低
圧口１４に対して２つの導通口１６゜１７のうちの一方
を　１８０°回動ごとに交互に連通させる凹溝状の低圧
連通路２０が形成されているとともに、弁座１３の高圧
口１５に対して２つの導通口１６゜ｌ７のうちの他方を
　１８Ｇ”回動ごとに交互に連通させる凹溝状の低圧連
通路２１が半円弧状に形成されている。また、この弁体
１８の上面には、中央の突部２２にスプライン孔２３が
形成されているとともに、高圧連通路２１に連通する通
孔２４が連通開口されている。

前記弁箱１２の他端には円板状の蓋体２５が気密に嵌合
固定され、この蓋体２５の中央の嵌合孔２６に弁体１８
の突部２２が回動自在に嵌合されている。

そして、この蓋体２５の上部には、弁体１８を１８０°
ずつ回動させる駆動部３１が設けられている。

この駆動部３１は、蓋体２５の上面に気密に固定された
円筒体３２の上端部に、気密に嵌合固定されたパワーエ
レメント３３を有し、このパワーエレメント３３の外周
に取付けられた発熱体３４に通電されて加熱されると、
パワーエレメント３３の内部に封入されたワックスが溶
解して体積膨脹することにより１、下面の押動部３５が
下方に進出し、駆動軸３６を押下げる。

この駆動軸３６は、円筒体３２の内側に上下軸方向に移
動可能に配設されており、下端に弁体１８のスプライン
孔２３にスプライン嵌合（つまり回動方向に一体で、上
下方向にスライド自在）するスプライン軸３７が形成さ
れ、中間部にピン３８が水平方向に貫通して取付けられ
ている。そして、この駆動軸３６の上端部に固定された
ばね受３９がベアリング４０を介してばね４１の付勢を
受け、常時上方に駆動軸３６は付勢されている。

前記円筒体３２の内側には円筒カム４２が嵌合固定され
ており、この円筒カム４２は、円筒状の下側カム部材４
３とこの下側カム部材４３の上端内側に嵌合する円筒状
の上側カム部材４４とから構成され、第５図および第６
図に示すように、この下側カム部材４３と上側カム部材
４４の内周嵌合部間に、１８０°ごとに凸溝部４５が形
成されるとともに、この凸溝部４５と９０”ずれた位置
に谷溝部４６が形成され、かつ、凸溝部４５から谷溝部
４６に連続する下降傾斜溝４７が形成されているととも
に、谷溝部４６から凸溝部４５に連続する上昇傾斜溝４
８が形成され、これらによって、前記駆動軸３６のピン
３８の両端部が摺動可能に嵌合するガイド溝４９が波状
に形成されている。なお、凸溝部４５の下方には下降傾
斜溝４７が臨み、谷溝部４６の上方には上昇傾斜溝４８
が臨んでいる。また、この円筒カム４２は、駆動軸３６
のピン３８が凸溝部４５に嵌合した状態で、駆動軸３６
と一体に回動する弁体１８の低圧連通路２０が導通口１
５゜１６のいずれかに連通するように対応して配置され
ている。

前記円筒体３２の上部側には弁体１８の回動位置を検出
するための検出手段５１が設けられている。

この検出手段５１は、第４図にも示すように、前記ばね
受３９の上縁部に１つの永久磁石５２が固着され、また
、円筒体３２の外周に、前記円筒カム４２の凸溝部４５
および谷溝部４６にピン３８が嵌合した駆動軸３６の各
回動位置における永久磁石５２の回動位置に対応して９
０°ごとで、かつ、その駆動軸３６の各回動位置におけ
る永久磁石５２の高さ位置に対応する高さに４つのリー
ドスイッチ５３が取付枠５４によって配設されている。

そして、永久磁石５２が近接対向する１つのリードスイ
ッチ５３は可動接点が固定接点に磁力により可動接触し
てオンするとともに、永久磁石５２が近接対向していな
い他の３つのリードスイッチ５３は可動接点と固定接点
とが離反してオフしている。

そうして、このように構成された四方弁１１は、例えば
第７図に示すようなヒートポンプの冷暖房回路に接続使
用される。この冷暖房回路では、四方弁１１の低圧口１
４が圧縮機Ａの吸込口に接続され、高圧口１５が圧縮機
Ａの吐出口に接続され、導通口１６が室内熱交換器Ｂに
接続され、導通口１７が室外熱交換器Ｃに接続されてお
り、再熱交換器Ｂ、　　ＣはキャピラリチューブＤにて
接続されている。

また、第８図は四方弁１１の弁切換えの制御回路を示す
。これは、暖房側と冷房側の２つの回路から構成されて
おり、例えば暖房側は、電源に発熱体３４が自己保持用
のリレーＲ２のスイッチＳＷ３を介して接続され、この
リレーＲ２のコイルＣ２が電源に冷暖房切換スイッチＳ
Ｗ７　、リードスイッチＳ３ｃを介して接続されている
とともに、リレーＲ２のスイッチＳＷ４がリセット用の
リレーＲ４の常閉スイッチＳＷ６を介してリードスイッ
チ５３ｃの両端に接続され、このリレーＲ４のコイルＣ
４が冷暖房切換スイッチＳＷ７およびリードスイッチ５
３ｄを介して接続されており、一方、冷房側は、スイッ
チｓｗ、　、　ｓｗ、およびコイルＣＩを有する自己保
持用のリレーＲ１、スイッチＳＷ、およびコイルＣ３を
有するリセット用のリレーＲ５、リードスイッチ５３＊
　、　５３ｂを備えて同様に構成されている。

次に、本実施例の作用を説明する。なお、第９図のタイ
ミングチャート図に弁体１８の回動角に対する通電回路
の各スイッチＳＷ、〜ＳＷ７やリードスイッチ５３ｉ〜
５３ｄのオンオフ動作を示す。

第１図に示す状態においては、弁体１８の低圧連通路２
０によって低圧口１４と導通口１６が連通されるととも
に、高圧連通路２１によって高圧口１５と導通口１７が
連通されており、そして、圧縮機Ａで圧縮された冷媒が
、四方弁１１を通じて室外熱交換器Ｃに送り込まれ、凝
縮されて液化され、ついで、キャピラリチューブＤを通
じて室内熱交換器Ｂに送り込まれ、蒸発されてガス化さ
れ、ついで、四方弁１！を通じて圧縮機Ａに戻る冷房回
路が構成され、その冷媒が蒸発する際に熱を吸収し、室
内の冷房が行なわれる。

このとき、永久磁石５２が近接対向しているリードスイ
ッチ５３ｃはオンし、他のリードスイッチ５３ｓ　、　
５３ｂ　、　５３ｄはオフしており、冷暖房切換スイッ
チＳＷ７が接続されている冷房側の通電回路では、リー
ドスイッチ５３Ｉがオフし、リレーＲ１のスイッチＳＷ
、がオフしているため、発熱体３４へは通電されていな
い。

そのため、パワーエレメント３３は冷えた状態にあって
押動部３５は後退し、ばね４１の付勢によって駆動軸３
６は押上られており、この駆動軸３Ｇのピン３８は円筒
カム４２の小溝部４５に嵌合している。

そして、冷房運転から暖房運転に切換える場合には、冷
暖房切換スイッチＳＷ７を暖房側に切換接続することに
より、オンしているリードスイッチ５３ｃを通じてリレ
ーＲ２のコイルＣ２に通電され、このリレーＲ２のスイ
ッチＳＬ　、ＳＷ４がオンし、スイッチＳＷ、を通じて
発熱体３４に通電される。

通電された発熱体３４によってパワーエレメント３３が
加熱され、このパワーエレメント３３の内部に封入され
ているワックスが溶融して体積膨脹し、パワーエレメン
ト３３の押動部３５がばね４１の付勢に抗して駆動軸３
６を徐々に押下げる。この駆動軸３６が押下げられるこ
とにより、円筒カム４２の小溝部４５に嵌合されていた
ピン３８が下降傾斜溝４７に嵌合してその下降傾斜溝４
７に沿って下降移動し、そして、そのピン３８が谷溝部
４６に嵌合するまで、駆動軸３Ｇおよび弁体１８が一体
に９０＠回動する。このとき、弁体１８は緩やかに回動
するので、瞬時に切換えた際に生じる冷媒の流れ音の発
生を防止できる。

なお、駆動軸３６が回動を開始すると、永久磁石５２が
リードスイッチ５３ｃの対向位置から外れ、リードスイ
ッチ５３ｃがオフするが、リレーＲ２のスイッチＳＷ４
がオンしており、このスイッチＳＷ４およびリレーＲ４
の常閉スイッチＳＷ６を通じてリレーＲ２のコイルＣ２
に通電されるため、リレーＲ２のスイッチＳＷ３はオン
状態に保持され、発熱体３４への通電は継続される。

そして、駆動軸３６および弁体１８が一体に９０゜回動
すると、永久磁石５２がリードスイッチ５３ｄとの対向
位置に達し、このリードスイッチ５３ｄがオンすること
により、リードスイッチ５３ｄを通じてリレーＲ４のコ
イルＣ４に通電され、リレーＲ４の常閉スイッチＳＷ６
がオフし、リレーＲ２のコイルＣ２への通電が止まり、
リレーＲ２のスイッチＳＷ３　、　ＳＷ４がオフし、発
熱体３４への通電が止められる。

そのため、パワーエレメント３３は徐々に冷えて、パワ
ーエレメント３３の内部に封入されたワックスが固化し
て凝縮し、パワーエレメント３３の押動部３５の駆動軸
３６を押下げる力が弱まり、ばね４１の付勢によって駆
動軸３６が徐々に押上られる。この駆動軸３６が押上ら
れることにより、円筒カム４２の谷溝部４６に嵌合され
ていたピン３８が上昇傾斜溝４８に嵌合してその上昇傾
斜溝４８に沿って上昇移動し、そして、そのピン３８が
小溝部４６に嵌合するまで、駆動軸３６および弁体１８
が一体に９０°回動する。

なお、駆動軸３６が回動を開始すると、永久磁石５２が
リードスイッチ５３ｄの対向位置から外れ、リードスイ
ッチ５３ｄがオフし、リレーＲ４のコイルＣ４への通電
が止められ、常閉スイッチＳＷ６がオンし、初期状態に
戻る。

そして、駆動軸３６および弁体１８が９０°（初期の冷
房運転時からは１８０°）回動すると、永久磁石５２が
リードスイッチ５ｈとの対向位置に達し、このリードス
イッチ５３１はオンし、また、駆動軸３６のピン３８が
円筒カム４２の山溝部４５に嵌合し、駆動軸３６および
弁体１８の回動位置が保持される。

この弁切換状態では、弁体１８の低圧連通路２０によっ
て低圧口１４と導通口１７が連通されるとともに、高圧
連通路２１によって高圧口１５と導通口１６が連通され
、そして、圧縮機Ａで圧縮された冷媒が、四方弁１１を
通じて室内外熱交換器Ｂに送り込まれ、凝縮されて液化
され、ついで、キャピラリチューブＤを通じて室外熱交
換器Ｃに送り込まれ、蒸発されてガス化され、ついで、
四方弁１１を通じて圧縮機Ａに戻る暖房回路が構成され
、その冷媒が凝縮する際に熱を放出し、室内の暖房が行
なわれる。

また、暖房運転から冷房運転に切換える場合には、冷暖
房切換スイッチＳＷ７を冷房側に切換接続することによ
り、前述と同様に、発熱体３４に通電され、駆動軸３６
および弁体１８が一体に９０°　（初期の冷房運転時か
らは２７Ｇ”　’）回動し、その後、発熱体３４への通
電が止められ、駆動軸３６および弁体１８が一体に９０
°　（初期の冷房運転時からは３６０°）回動する。

〔発明の効果〕

請求項１の発明によれば、駆動部によって弁体を所定角
度ずつ回動させることにより、弁体の低圧連通路にて弁
座の低圧口に対して２つの導通口のうちの一方を交互に
連通させるとともに、弁体の高圧通路にて弁座の高圧口
に対して２つの導通口のうちの他方を交互に連通させる
ことにより、弁切換を行なえるため、小形で簡単な構造
にでき、従来のようにパイロット弁やこのパイロット弁
との配管等を必要とせず、構成が簡単で安価にできる。

請求項２の発明によれば、駆動部に熱に応じて作動する
パワーエレメントを用いて弁体を緩やかに切換回動させ
るため、駆動部の作動音や弁体を瞬時に切換えた際に生
じる流体の流れ音等の騒音の発生を防止でき、また、弁
切換時のみに発熱体に通電し、弁切換後は通電せずにす
むため、経済的であり、さらに、駆動軸および弁体の回
動位置を検出でき、確実な弁切換を行なえる。

【図面の簡単な説明】

第■図は本発明の四方弁の一実施例を示す断面図、第２
図はその底面図、第３図は弁体の底面図、第４図は検出
手段部分の断面図、第５図は円筒カムの展開状態の説明
図、第６図はその円筒カムの平面から見た説明図、第７
図はヒートポンプ回路の構成図、第８図は弁切換えの回
路図、第９図はタイミングチャート図、第１Ｏ図は従来
の四方弁の構成図である。１１・・四方弁、１２・・弁箱、１３・・弁座、１４・
・低圧口、１５・・高圧口、１６．　１７・・導通口、
１８・・弁体、２０・・低圧連通口、２１・・高圧連通
口、２５・・蓋体、３１・・駆動部、３２・・円筒体、
３３・・パワーエレメント、３４・・発熱体、３５・押
動部、３６・・駆動軸、３８・・ピン、４１・・ばね、
４２・・円筒カム、４５・・山溝部、４６・・谷溝部、
４９−−カイ）’ｉｍｌ、５２・・永久磁石、５３ａ　
、　５３ｂ　。５３ｃ　、　　５３ｄ　　　・リードスイッチ。」し■」」し櫨４

Claims

【特許請求の範囲】

（１）円筒状の弁箱と、この弁箱の一端に嵌合され、低圧口、高圧口および２つ
の導通口を有する弁座と、前記弁箱の内部に回動可能に嵌合され、一端面に弁座の
低圧口に対して２つの導通口のうちの一方を所定角度回
動ごとに交互に連通させる低圧連通路を設けるとともに
、高圧口に対して２つの導通口のうちの他方を所定角度
回動ごとに交互に連通させる高圧連通路を設けた弁体と
、前記弁箱の他端に嵌合される蓋体を介して装着され、前
記弁体を所定角度ずつ回動させる駆動部とを具備したことを特徴とする四方弁。
（２）蓋体から他端方向に突設された円筒体と、この円筒体内に軸方向に移動可能に配設され、一端部が
弁体の他端にスプライン嵌合し、他端方向にばねにて付
勢される駆動軸と、前記円筒体の内側に嵌合され、所定角度ごとに山溝部を
他端側に有するとともにこの山溝部間に谷溝部を一端側
に有する波形状のガイド溝を有し、このガイド溝にピン
が嵌合する駆動軸が一端方向または他端方向に移動する
際に、その駆動軸を所定角度の半分ずつ回動させる円筒
カムと、前記円筒体の他端に嵌合され、外側に配設され
通電により発熱する発熱体によって加熱された際に、前
記駆動軸を一端方向に押圧する押動部を有するパワーエ
レメントと、前記駆動軸に一体的に固着された永久磁石と、この永久
磁石の回動域に臨む円筒体の外側に、前記ガイド溝の山
溝部および谷溝部の位置に対応して配設されたリードス
イッチとを備えたことを特徴とする請求項１記載の四方弁。