JPH0670476B2 - 冷凍サイクル用四方弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、冷凍サイクル、特にヒートポンプ型の空調機
の冷房・暖房の切換えに用いる冷凍サイクル用四方弁に
関するものである。

従来の技術 近年、冷凍サイクル用四方弁は、空調機のヒートポンプ
化が進むにつれて、その需要は急増しており、小型化，
低コスト化の要求が強くなっている。

以下、図面を参照しながら、従来の冷凍サイクル用四方
弁の一例について説明する。

第６図は、従来の冷凍サイクル用四方弁の断面を示すも
のである。１は円筒状の弁本体、２は弁本体１の略中央
の壁面に接続された吐出管、３は弁本体１の壁面におけ
る弁本体１と吐出管２との接続部の反対側に接続された
吸入管である。4,5は弁本体１の壁面における吸入管３
の弁本体１軸方向の両側に接続された第一、第二の導管
であり、第一の導管４は室外側熱交換器（以下、室外器
という）（図示せず）に接続され、第二の導管５は室内
側熱交換器（以下、室内器という）（図示せず）に接続
されている。吐出管２、吸入管３、第一の導管４、第二
の導管５は、それぞれ弁本体１内に開口しており、並設
した吸入管３、第一の導管４、第二の導管５の開口端
は、弁本体１の軸方向に面一にシート６で弁本体１に固
定されている。

７は弁本体１の内部にあってシート６面を弁本体１の軸
方向に摺動する摺動弁であり、吸入管３と第一の導管４
とを、または吸入管３と第二の導管５とを択一的に連通
せしめるＵ字状の凹面7aを有している。8,9は摺動弁７
の両側に連結板10で連結されて配設されるピストン体で
あり、摺動弁７側の空間と弁本体１端部側空間とを連通
させる微小孔8a,9aを有する。11,12は弁本体１の端部開
口部を密封する蓋である。

13,14はピストン体8,9と蓋11,12との間の空間R₁，R₂に
開口し、電磁式パイロットバルブ15の通電操作により吸
入管３と択一的に切換連通して空間R₁または空間R₂内の
ガスを吸入管３内に導出する抽気管である。また、ピス
トン体8,9には抽気管13,14と空間R₁，R₂との連通箇所を
閉塞可能な弾性突起8b,9bが設けられる。

以上のように構成された冷凍サイクル用四方弁について
その動作を説明する。

まず、冷房に切換えるときは、電磁式パイロットバルブ
15に通電することにより、抽気管14を介して空間R₂と吸
入管３とを択一的に連通して空間R₂の空間内圧力を低下
させるとともに、ピストン体８の微小孔8aを介して弁本
体１内の吐出側圧力で空間R₁に導入して高圧とすること
により、両空間R₁，R₂の高低圧力差でピストン体8,9に
連結する摺動弁７を蓋12側に移動させ、ピストン体９に
設けた弾性突起9bで抽気管14と空間R₂との連通箇所を塞
ぎ、ピストン体8,9間の弁本体１の内側かつ摺動弁７の
外側の空間を介して吐出管２と第一の導管４と連通さ
せ、摺動弁７の凹面7aによる空間を介して吸入管３と第
二の導管５とを連通させて、室外器を凝縮器として室内
器を蒸発器として用いて室内を冷房する。

次に、暖房に切換えるときは、電磁式パイロットバルブ
15への通電を遮断することにより抽気管13を介して空間
R₁と吸入管３とを択一的に連通して空間R₁の空間内圧力
を低下させるとともに、ピストン体９の微小孔9aを介し
て弁本体１内の吐出側圧力を空間R₂に導入して高圧とす
ることにより、両空間R₁，R₂の高低圧力差でピストン体
8,9に連結する摺動弁７を蓋11側に移動させ、ピストン
体８に設けた弾性突起8bで抽気管13と空間R₁との連通箇
所を塞ぎ、ピストン体8,9間の弁本体１の内側かつ摺動
弁７の外側の空間を介して吐出管２と第二の導管５と連
通させ、摺動弁７の凹面7aによる空間を介して吸入管３
と第一の導管４とを連通させて、室外器を蒸発器として
室内器を凝縮器として用いて室内を暖房する。・ 発明が解決しようとする問題点 しかしながら従来の冷凍サイクル用四方弁は、一つのシ
ート６に吸入管３、第一の導管４、第二の導管５の開口
端を弁本体１の軸方向に並設し、シート６側の一方向に
開口した摺動弁７の凹面7aが吸入管３と第一の導管４、
もしくは吸入管３と第二の導管５を連通させる構成であ
るため、冷凍サイクルの運転中は、摺動弁７の凹面7a内
空間が低圧に、弁本体１の内面と摺動弁７の外側の面と
ピストン体8,9とにより形成される空間が高圧になり、
その結果、摺動弁７は圧力差によりシート６側に強い力
で押され、摺動弁７とシート６との摩擦力が大きくな
り、摺動弁７の移動、すなわち四方弁の切換えに大きな
力が必要となる。そのため、電磁式パイロットバルブ15
の作動により、抽気管13,14を使って、摺動弁７と連結
したピストン体8,9と弁本体１の端部開口部を密封する
蓋11,12との間の空間R₁，R₂間に圧力差をつけてピスト
ン体8,9に連結する摺動弁７を移動させる機構、すなわ
ちパイロットバルブ機構が必要となり、そのため構造が
複雑で接続不良によるガス漏れのおそれがあり製造コス
トが高くついていた。

また、弁本体１の端部開口部を密封する蓋11,12とシー
ト６との間にピストン体8,9が移動するためのスペース
を必要とするため、弁本体１および高温高圧冷媒が流入
出する弁本体１内空間が弁本体１の軸方向に長くなり、
暖房時には、高温高圧冷媒が流入出する弁本体１内空間
と空間R₁および抽気管13内とがピストン体８の微小孔8a
を介して連通するため、熱損失が大きく、システムの暖
房能力を低下させていた。

さらに、四方弁の切換えは、電磁式パイロットバルブ15
の通電操作で吐出管２内圧力と吸入管３内圧力を空間
R₁，R₂に導いて空間R₁，R₂間の圧力差で摺動弁を移動さ
せて行うものであるので、吐出管２内圧力と吸入管３内
圧力とに圧力差が生じる冷凍サイクルの運転中でなけれ
ば四方弁の切換えを行うことができず、冷凍サイクルの
運転開始から四方弁の切換え完了まで運転ロスを生じて
いた。

本発明は上記問題点に鑑み、パイロットバルブ機構を不
要とした簡単な構成で、冷凍サイクルの運転・停止に関
係なく四方弁の切換えを行うことができ、弁本体の小型
化が図れ、熱損失が軽減できる冷凍サイクル用四方弁を
提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の冷凍サイクル用四方
弁は、弁本体を形成するシリンダと、前記シリンダ内壁
に設けられ前記シリンダの軸に平行なシート面と導出口
とを有する第一のバルブシートと、シート面を前記第一
のバルブシートのシート面と平行に対向させて前記シリ
ンダ内壁に設けられ前記シリンダの軸方向に並設した第
一、第二の開口を有する第二のバルブシートと、前記第
一、第二のバルブシートを避けて前記シリンダに設けら
れる導入口と、両端にそれぞれ弾性体を介して前記第
一、第二のバルブシートのシート面に圧接して内外をシ
ールする前記シリンダの軸方向に長い長円形状の一対の
スライドシートリングを有し前記シリンダ内を前記シリ
ンダの軸方向に移動して前記導出口と第一あるいは第二
の通口を択一的に連通させる前記シリンダの軸方向に長
い長円形の通路をもつ長円筒形のスライダと、前記スラ
イダを前記シリンダの軸方向に往復動させる駆動源とを
備えているのである。

作用 本発明の冷凍サイクル用四方弁では、弁本体を形成する
シリンダ内壁に設けられ導出口を有する第一のバルブシ
ートのシート面と、シリンダの軸方向に並設した第一、
第二の通口を有する第二のバルブシートのシート面とを
平行にするとともに、シリンダの軸に対しても平行に
し、導入口を第一、第二のバルブシートを避けてシリン
ダに設け、シリンダ内をシリンダの軸方向に移動して導
出口と第一あるいは第二の通口を択一的に連通させるス
ライダを、第一のバルブシート側と第二のバルブシート
側の互いに反対方向となる二方向に開口した筒形とした
ので、冷凍サイクルの運転によりスライダの内側が低圧
にスライダの外側が高圧になった場合に、スライダには
シート面に垂直な外周面にシート面に対し平行にほぼ均
一に力が加わるだけで、スライダをシリンダの軸方向や
第一、第二のバルブシート側の方向へ移動させようとす
る力がスライダに作用しない。そのため、スライドシー
トリングがスライダの内側の空間とスライダの外側の空
間をシールするために必要な面圧によるスライドシート
リングと第一、第二のバルブシートのシート面との間の
摩擦力に打ち勝つだけのわずかな力で、スライダをシリ
ンダの軸方向に移動できるため、四方弁の切換えは比較
的小さな力で済み、パイロットバルブ機構を用いなくて
も、例えば、電磁コイルと復帰バネとにより突出後退す
るプランジャで構成された駆動源で直接スライダを移動
させることができ、パイロットバルブ機構をなくすこと
で、構成を簡単にでき、スライダの内外の圧力差の有無
がスライダのシリンダの軸方向への移動、すなわち四方
弁の切換えに影響を与えないので冷凍サイクルの運転・
停止に関係なく四方弁の切換えを行うことができる。

また、従来のピストン体に相当するものが不要のため、
シリンダ端部と第一、第二のバルブシートのシリンダ軸
方向側端部との間にピストン体が移動するためのスペー
スを設ける必要がなく、シリンダおよび高温高圧冷媒が
流入出するシリンダ内空間をシリンダの軸方向に短くで
き、また、スライダをシリンダの軸方向に長い長円形の
通路をもつ長円筒形とすることにより、スライダ内部の
流路断面積を大きくとりながら、第一、第二のバルブシ
ートの幅を狭くすることができ、第一、第二のバルブシ
ートの幅を狭くすることによシリンダの径を小さくで
き、シリンダの長さと径の短縮で弁本体の小型化が図
れ、弁本体の小型化で熱損失を軽減するとともに、従来
の抽気管に相当するものを不要としたため、抽気管での
放熱の分の熱損失をさらに熱損失を軽減できる。

実施例 以下、本発明の一実施例の冷凍サイクル用四方弁につい
て図面を参照しながら説明する。第１図は本発明の一実
施例における冷凍サイクル用四方弁の非通電時の断面
図、第２図は第１図のＸ−Ｘ′線断面図、第３図は同実
施例における冷凍サイクル用四方弁の非通電時の弁切換
機構を示す要部斜視図、第４図は同実施例における冷凍
サイクル用四方弁の通電時の断面図、第５図は第４図の
Ｙ−Ｙ′線断面図を示すものである。

図において、16は弁本体を形成するシリンダであり、側
面の略中央にに圧縮機の吐出側に接続される吐出パイプ
17の導入口17aが開口している。18はシリンダ16の一端
の開口部16aに嵌合溶接された蓋である。19,20はシリン
ダ16の内壁にシリンダ16の軸に平行なシート面19a,20a
を互いに平行に対向させて固定した第一，第二のバルブ
シートであり、第一，第二のバルブシート19,20は、そ
れぞれ導入口17aからシリンダ16の周方向に略90°ずら
した位置に配置している。第一のバルブシート19の略中
央には圧縮機の吸入側に接続される吸入パイプ21の導出
口19bが開口している。また、第二のバルブシート20に
は、各々凝縮器または蒸発器として可逆的に機能する室
外コイル、室内コイルに接続される第一，第二の接続パ
イプ22,23が開口される第一，第二の通口20b,20cがシリ
ンダ16の軸方向に並設開口され、第二のバルブシート20
における第一の通口20bと第二の通口20cとの間の部分が
導出口19bと対向している。

24はシリンダ16の軸方向に長い長円形の通路をもつ長円
筒形のスライダであり、スライダ24の両端の開口部が第
一，第二のバルブシート19,20のシート面19a,20aに対向
するようにシート面19a,20a間に配置され、シリンダ16
内をシリンダ16の軸方向に移動して導出口19bと第一の
通口20bあるいは第二の通口20cを択一的に連通させる。
25,26はスライダ24の両端の外周面に形成された外側段
部24a,24bに、シート面19a,20a側へ摺動移動自在に収納
されたスライドシートリングであり、スライダ24と同様
にシリンダ16の軸方向に長い長円形状をしている。27,2
8はスライダ24の外側段部24a,24bにおけるシート面19a,
20aに平行な面とスライドシートリング25,26との間に介
在させた切欠突部27a,28aを有する一対に板バネよりな
る弾性体であり、スライドシートリング25.26を第一，
第二のバルブシート19,20のシート面19a,20a側へ押し当
てて圧接することにより、スライダ24の内周面とシート
面19a,20aとで構成されるスライダ24の内側の空間と、
スライダ24の外側の空間とをシールしている。29は蓋18
とは反対側のシリンダ16の他端の開口部を閉塞する蓋で
ある。

30はシリンダ16の外側で蓋29の中央に固定的に取り付け
られたソレノイドより成る駆動源であり、固定鉄心31、
電磁コイル32、復帰バネ33、スライダ24と連結されたプ
ランジャ34とから構成されている。固定鉄心31、復帰バ
ネ33、プランジャ34はシリンダ16の軸方向に順番に配置
され、復帰バネ33は、プランジャ34と固定鉄心31との間
でプランジャ34を固定鉄心31から離す方向へ附勢してお
り、電磁コイル32は固定鉄心31、復帰バネ33、プランジ
ャ34の周囲に配置される。そして、電磁コイル32への通
電制御により、通電時には磁力でプランジャ34が固定鉄
心31側に吸引されてスライダ24が蓋29側に摺動し、非通
電時には復帰バネ33の附勢力で蓋18側へ摺動する。

そして、スライダ24の両端の開口部に設けられたスライ
ドシートリング25,26の位置は、第１図に図示したスラ
イダ24の第一の位置（電磁コイル32の非通電時）におい
て、導出口19bがスライドシートリング25内に位置し、
第一の通口20bがスライドシートリング26内に位置し、
第二の通口20cがスライドシートリング26の外側に位置
して、スライダ24及びスライドシートリング25,26が導
出口19bと第一の通口20bとを連通させ、電磁コイル32の
通電によりプランジャ34及びスライダ24を吸引した第二
の位置（第４図）において、導出口19bがスライドシー
トリング25内に位置し、第一の通口20bがスライドシー
トリング26の外側に位置し、第二の通口20cがスライド
シートリング26内に位置して、スライダ24及びスライド
シートリング25,26が導出口19bと第二の通口20cとを連
通させる如く設計されている。

以上のように構成された冷凍サイクル用四方弁につい
て、以下第１図〜第５図を用いてその動作を説明する。
第１図〜第３図は電磁コイル32の非通電時における態様
を示したもので、プランジャ34は復帰バネ33の作用によ
り蓋18側に附勢されてスライダ24が摺動し、スライダ24
が蓋18に当接して止まる。この結果、スライダ24及びス
ライドシートリング25,26により、導出口19bと第一の通
口20bとがスライダ24の内側の空間を介して連通され、
一方、導入口17aと第二の通口20cはシリンダ16の内側か
つスライダ24の外側の空間を介して連通される。従っ
て、冷媒ガスは、圧縮機→吐出パイプ17→第二の接続パ
イプ23→室内コイル→膨張弁→室外コイル→第一の接続
パイプ22→吸入パイプ21→圧縮機と流れ、暖房サイクル
回路となる。

次に電磁コイル32を通電状態にすると（第４図）、電磁
コイル32の磁力でプランジャ34が固定鉄心31側に吸引さ
れ、固定鉄心31に当接して止まる。この結果、スライダ
24及びスライドシートリング25,26により、導出口19bと
第二の通口20cとがスライダ24の内側の空間を介して連
通され、一方、導入口17aと第一の通口20bはシリンダ16
の内側かつスライダ24の外側の空間を介して連通され
る。従って、冷媒ガスは、圧縮機→吐出パイプ17→第一
の接続パイプ22→室外コイル→膨張弁→室内コイル→第
二の接続パイプ23→吸入パイプ21→圧縮機と流れ、冷房
サイクル回路となる。

以上のように本実施例では、弁本体を形成するシリンダ
16内壁に設けられ導出口19bを有する第一のバルブシー
ト19のシート面19aと、シリンダ16の軸方向に並設した
第一、第二の通口20b,20cを有する第二のバルブシート2
0のシート面20aとを平行にするとともに、シリンダ16の
軸に対しても平行にし、導入口17aを第一、第二のバル
ブシート19,20を避けてシリンダ16に設け、シリンダ16
内をシリンダ16の軸方向に移動して導出口19bと第一の
通口20bあるいは第二の通口20cを択一的に連通させるス
ライダ24を、第一のバルブシート19側と第二のバルブシ
ート20側の互いに反対方向となる二方向に開口した筒形
としたので、冷凍サイクルの運転によりスライダ24の内
側が低圧にスライダ24の外側が高圧になった場合に、ス
ライダ24にはシート面19a,20aに垂直な外周面にシート
面19a,20aに対し平行にほぼ均一に力が加わるだけで、
スライダ24をシリンダ16の軸方向や第一、第二のバルブ
シート19,20側の方向へ移動させようとする力がスライ
ダ24に作用しない。そのため、スライドシートリング2
5,26がスライダ24の内側の空間とスライダ24の外側の空
間をシールするために必要な面圧によるスライドシート
リング25,26と第一、第二のバルブシート19,20のシート
面19a,20aとの間の摩擦力に打ち勝つだけのわずかな力
で、スライダ24をシリンダ16の軸方向に移動できるた
め、四方弁の切換えは比較的小さな力で済み、パイロッ
トバルブ機構を用いなくても、電磁コイル32と復帰バネ
33とにより突出後退するプランジャ34を備えた駆動源で
直接スライダ24を移動させることができ、パイロットバ
ルブ機構をなくすことで、構成を簡単にでき、スライダ
24の内外の圧力差の有無がスライダ24のシリンダ16の軸
方向への移動、すなわち四方弁の切換えに影響を与えな
いので冷凍サイクルの運転・停止に関係なく四方弁の切
換えを行うことができる。

また、従来のピストン体に相当するものが不要のため、
シリンダ16端部と第一、第二のバルブシート19,20のシ
リンダ軸方向側端部との間にピストン体が移動するため
のスペースを設ける必要がなく、シリンダ16および高温
高圧冷媒が流入出するシリンダ16内空間をシリンダ16の
軸方向に短くでき、また、スライダ24及びスライドシー
トリング25,26をシリンダ16の軸方向に長い長円形の通
路をもつ長円筒形とすることにより、スライダ24内部の
流路断面積を大きくとりながら、第一、第二のバルブシ
ート19,20の幅を狭くすることができ、第一、第二のバ
ルブシート19,20の幅を狭くすることによシリンダ16の
径を小さくでき、シリンダ16の長さと径の短縮で弁本体
の小型化が図れ、弁本体の小型化で熱損失を軽減すると
ともに、従来の抽気管に相当するものを不要としたた
め、抽気管での放熱の分の熱損失をさらに熱損失を軽減
できる。

また、スライドシートリング25,26を直接第一、第二の
バルブシート19,20側へ附勢する突起片27a,28aを有する
板バネよりなる弾性体27,28の働きにより、システムの
高低差圧が小さくても高いシール性が得られ、冷媒ガス
の弁もれ量もきわめて小さくできる。

また、スライダ24内部の流路断面積が大きく、第一の通
口20bもしくは第二の通口20cから導出口19bへ流れる冷
媒ガスの流れ方向の変化が少ないため、第一の通口20b
もしくは第二の通口20cから導出口19bへ流れる冷媒ガス
の圧力損失を少なくできる。

発明の効果 以上のように本発明の冷凍サイクル用四方弁は、弁本体
を形成するシリンダと、前記シリンダ内壁に設けられ前
記シリンダの軸に平行なシート面と導出口とを有する第
一のバルブシートと、シート面を前記第一のバルブシー
トのシート面と平行に対向させて前記シリンダ内壁に設
けられ前記シリンダの軸方向に並設した第一、第二の通
口を有する第二のバルブシートと、前記第一、第二のバ
ルブシートを避けて前記シリンダに設けられる導入口
と、両端にそれぞれ弾性体を介して前記第一、第二のバ
ルブシートのシート面に圧接して内外をシールする前記
シリンダの軸方向に長い長円形状の一対のスライドシー
トリングを有し前記シリンダ内を前記シリンダの軸方向
に移動して前記導出口と第一あるいは第二の通口を択一
的に連通させる前記シリンダの軸方向に長い長円形の通
路をもつ長円筒形のスライダと、前記スライダを前記シ
リンダの軸方向に往復動させる駆動源とを備えているの
で、スライドシートリングがスライダの内側の空間とス
ライダの外側の空間をシールするために必要な面圧によ
るスライドシートリングと第一、第二のバルブシートの
シート面との間の摩擦力に打ち勝つだけのわずかな力
で、スライダをシリンダの軸方向に移動できるため、四
方弁の切換えは比較的小さな力で済み、パイロットバル
ブ機構を用いなくても、例えば、電磁コイルと復帰バネ
とにより突出後退するプランジャで構成された駆動源で
直接スライダを移動させることができる。

そして、パイロットバルブ機構をなくすことで、構成を
簡単にでき、スライダの内外の圧力差の有無がスライダ
のシリンダの軸方向への移動、すなわち四方弁の切換え
に影響を与えないので冷凍サイクルの運転・停止に関係
なく四方弁の切換えを行うことができる。

また、従来のピストン体に相当するものが不要のため、
シリンダ端部と第一、第二のバルブシートシリンダの軸
方向側端部との間にピストン体が移動するためのスペー
スを設ける必要がなく、シリンダおよび高温高圧冷媒が
流入出するシリンダ内空間をシリンダの軸方向に短くで
き、また、スライダをシリンダの軸方向に長い長円形の
通路をもつ長円筒形とすることにより、スライダ内部の
流路断面積を大きくとりながら、第一、第二のバルブシ
ートの幅を狭くすることができ、第一、第二のバルブシ
ートの幅を狭くすることによシリンダの径を小さくで
き、シリンダの長さと径の短縮で弁本体の小型化が図
れ、弁本体の小型化で熱損失を軽減するとともに、従来
の抽気管に相当するものを不要としたため、抽気管での
放熱の分の熱損失をさらに熱損失を軽減できる。

また、スライダ内部の流路断面積が大きく、第一の通口
もしくは第二の通口から導出口へ流れる冷媒ガスの流れ
方向の変化が少ないため、第一の通口もしくは第二の通
口から導出口へ流れる冷媒ガスの圧力損失を少なくでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による冷凍サイクル用四方弁
の非通電時状態を示す断面図、第２図は第１図のＸ−
Ｘ′線断面図、第３図は同実施例の冷凍サイクル用四方
弁の非通電時の弁切換機構を示す要部斜視図、第４図は
同実施例の冷凍サイクル用四方弁の通電状態を示す断面
図、第５図は第４図のＹ−Ｙ′線断面図、第６図は従来
の冷凍サイクル用四方弁を示す断面図である。 16……シリンダ、17a……導入口、19……第一のバルブ
シート、19a……シート面、19b……導出口、20……第二
のバルブシート、20a……シート面、20b……第一の通
口、20c……第二の通口、24……スライダ、25,26……ス
ライドシートリング、27,28……弾性体、30……駆動
源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁本体を形成するシリンダと、前記シリン
   ダ内壁に設けられ前記シリンダの軸に平行なシート面と
   導出口とを有する第一のバルブシートと、シート面を前
   記第一のバルブシートのシート面と平行に対向させて前
   記シリンダ内壁に設けられ前記シリンダの軸方向に並設
   した第一、第二の通口を有する第二のバルブシートと、
   前記第一、第二のバルブシートを避けて前記シリンダに
   設けられる導入口と、両端にそれぞれ弾性体を介して前
   記第一、第二のバルブシートのシート面に圧接して内外
   をシールする前記シリンダの軸方向に長い長円形状の一
   対のスライドシートリングを有し前記シリンダ内を前記
   シリンダの軸方向に移動して前記導出口と第一あるいは
   第二の通口を択一的に連通させる前記シリンダの軸方向
   に長い長円形の通路をもつ長円筒形のスライダと、前記
   スライダを前記シリンダの軸方向に往復動させる駆動源
   とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル用四方弁。