JPS62177376A - 切替弁装置 - 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】 く技術分野〉 本発明は、〃スおよび流体等の流路切換えに使用される
空気調和機等の四方切替弁等の切替弁装置に関し、特に
除霜および能力可変のヒートポンプ式空気調和機に適し
た切替弁装置に関するものである。

〈従来技術〉 従来、電磁石の励磁力により弁部材を上下動して開閉動
作を行う電磁弁や圧力差を利用した摺動弁形電磁弁につ
いては周知である。従来、空気調和機に使用される四方
切替弁ｚ１は、熱媒サイクルにおける冷媒の流れを基本
的には第１０図の如く切替えて流す。すなわち暖房サイ
クルにおいては、室内側熱交換器Ａから室外側熱交換器
Ｂへ′、冷房サイクルにおいては、室外側熱交換器Ｂか
ら室内側熱交換器Ａへ流すよう切替え、室内を暖房また
は冷房する。

一般的な構造は第１０図に示す如く、密閉された円筒状
弁本体１の周面の一端に圧、ｆｉ磯Ｆの吐出管に接続す
る高圧が入用接続管りを接続し、池端に圧縮機Ｆの吸入
管に接続する低圧冷媒用接続管Ｓを中央にしてその両側
に室内側熱交換器Ａに接続する接続管Ｅと、室外側熱交
換器Ｂに接続する接続管Ｃとを並設する。前記接続管り
、Ｓ、Ｅ、Ｃはそれぞれ円筒形弁本体１内に開口してお
り、並設した接続管Ｓ、Ｅ、Ｃの三接続管の開口端は弁
本体長軸方向に面一にシート３で弁本体１に固定されて
いる。

弁本体１の内部には前記弁シート３の開口面上を長軸方
向に摺動し接続管ＳとＥｌ、およびＳとＣを択一的に連
通せしめるＵ字型状の摺動弁４が内装される。摺動弁４
は、その両側に配されたピストン体５，６に連結板７で
連結され、弁本体１の端面を密閉する部材８とピストン
体５との空間Ｒ１、および部材９とピストン体６との開
の空間Ｒ２にはそれぞれ高圧ガス、または低圧ガスを択
一的に切替えて導入する毛細管１０．１１が連結される
。また接続管Ｓには低圧が入用毛細管１２が連結されて
おり、この三七細管１０．１１．１２は小さな電磁弁装
置Ｇのニードルパルプ用空間Ｒ３゜Ｒ４およびその中間
に連通されている。

粂、圧縮機Ｆから吐出された高圧がスは接続管りを通り
、ピストン体５および６に設けられた小さな穴を通り空
間Ｒ１，Ｒ２に流れる。電磁弁装置Ｇのフィル１３が無
通電の時はニードルバルブ１４がスプリングにより小空
間Ｒ４を密閉し、互いにピン１５Ａを介して相対する反
対側のニードルバルブ１５が開き、小空間Ｒ３は解放さ
れる。

したがって空間Ｒ１と小空間Ｒ４の圧力は高圧となり、
空間Ｒ２は低圧となる。この圧力差によってピストン体
５，６は空間Ｒ２の方に移動する。

このと５摺動弁４も連結板７により同一方向に移動して
接続管Ｅ、Ｓの流路が連通する。この状態で回路は冷房
状態となってい、る。

フィル１３に通電した時は励磁力でニードルバルブ１４
．１５を上記と逆に移動させることになり、ピストン体
５，６は空間Ｒ１方向へ移動して摺動弁４により接続管
Ｃ１Ｓの流路が連通して回路は暖房状態となる。但しこ
のときは運転中は連続通電である。

以上が従来例の四方切替電磁弁の動作原理であるが、第
１０図に示す如く、非常に複雑精巧な構造となっており
、部品点数ら約６０〜７０点にもおよび高価な電磁弁と
なっている。

また一般に外気を熱源とするヒートポンプ式空気調和機
では、暖房時に外気温度が低下すると室外熱交換器Ｂの
表面に着霜現象が生じ、付着した霜の断熱作用と通風抵
抗の増大により通風量が減少し七外気からの吸熱が阻害
され、暖房能力が急激に低下する欠点がある。

そこで室外側熱交換器に着霜現象が生じたとぎ、この霜
を溶かすだめ、一時的に暖房サイクルを冷房サイクルに
切り換えて室外側熱交換器Ｂに圧縮機Ｆからの高温高圧
冷媒を送り、霜を溶かした後、再び暖房サイクルに切り
換えるのが一般的である。

しかし、室内温度の低下をまねくので、その改善として
、圧縮機吐出ム・らの高圧高温冷媒を着霜状態にある室
外側熱交換器Ｂの入口に上記とは別の電磁弁を用いたバ
イパス回路によって冷媒を流し、暖房運転を停止するこ
となく除霜できる方式もある。しかしこの方式では高価
な電磁弁等を使用しなければならない欠点がある。

〈　　目　　的　　〉 本発明は、上記の点に鑑み、電動機の原理によって得ら
れるトルクを利用して回転弁体を回動させることにより
流動体の流路の切換えおよび流路に影響を与えることな
く、−個もしくは、複数のバイパス回路を順次もしくは
同時に主流路と並列に回路を開閉することが可能で、ヒ
ートポンプ式空気調和機に適用し得る切替弁装置を提供
しようとするものである。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例をロータリ一式四方切替弁装置
を例にして説明する。第１図は本発明によるロータリー
四方切替弁装置の正面図、第２図は同平面図、第３図は
同断面図であり、第４図は切替弁装置を空気調和機に用
いた場合のヒートポンプサイクル図、第５図は動作原理
図、第６図は本発明実施例における除霜時の切替弁装置
の状態を示す図である。

この切替弁装置Ｚ１に、内部を密閉された円筒状の非磁
性弁箱１６の一端に圧縮ＩＦの吐出管に接続する第一接
続管りが接続され、他端に圧縮機Ｆの吸入管に接続する
第四接続管Ｓ、室内側熱交換器Ａに接続する第三接続管
Ｅおよび室内側熱交換器Ｂに接続する第二接続管Ｃが並
設されている。

弁箱１６は内部形状が突起１７を有する円筒形（または
単なる円筒形）とされている。接続管り、Ｓ。

Ｅ、Ｃは全て弁箱１６の中に開口しており、並設した第
二ないし第四接続管Ｓ、Ｅ、Ｃの開口端は弁箱１６の円
形断面に直角となる同一面上に開口しており、これに相
対する面に接続管りが開口している。

弁箱１６内には接続管Ｓ、Ｅ、Ｃの開口端と平滑に面を
接し、かつ円筒形空間Ｒ５に内接して円周方向に回動す
る回転弁子１８か配設されている。

この回転弁子１８１こは１個以上の永久磁石１９が装７
１されている。

弁箱１６外には極性変換可能な第一磁極発生部２２およ
び第二磁極発生部２３を有する電磁石２４が配されてい
る。第一磁極発生部２２および第二磁極発生部２３の位
置は前記永久磁石１９の回動する角度より鈍角で永久磁
石１９に対する効果を失なわない位置に配設されている
。すなわち回転弁子１８を任意の角度ａ回転させる時、
磁極発生部２２．２３はαくβとなる如く配設されると
ともに磁極発生部２３は永久磁石１９と吸引状態となる
磁極とし、前記αくβの位置に永久磁石１９が保持され
る様にストッパー１７をして回転弁子１８が反発−吸引
で発生したトルクにより回転した後の接続管との位置を
正しく保持可能となしている。

第一接続管り、第二接続管Ｃ１第三接続管Ｅおよび第四
接続管Ｓは第５図の如く、平面視で、回転弁子１８の中
心から等角度（９０℃）でかつ、第一接続管りと第四接
続管Ｓとが、第二接続管Ｃと第三接続管Ｅとが回転弁子
１８の中心に対して夫々対称位置に配される。

そして前記回転弁子１８には、前記永久磁石１９の第一
磁極発生部２２との第一吸着位置（冷房姿勢Ｘ）で第四
接続管Ｓと第三接続管Ｅを連通しかつ永久磁石１９の第
二磁極発生部２３との第二吸着位置（暖房姿勢Ｙ）で第
四接続管Ｓと第二接続管Ｃとを連通する弧状でかつ凹状
の第一連通孔２５と、第一吸着位置（冷房姿勢Ｘ）で第
二接続管Ｃと第一接続管りとを連通しかつ第二吸着位置
（＠房姿勢Ｙ）で第一接続管りと第三接続管Ｅとを連通
する主貫通孔２６付の弧状でかつ凹状の第二連通孔２７
とが形成される。

前記第一磁極発生部２２は、第三接続管Ｅと第四接続管
Ｓとの中央部と回転弁子１８の中心とを結ぶ直線の延長
線上に配され、前記第二磁極発生部２３は第一接続管り
と第三接続管Ｅの中央部と回転弁子１８の中心とを結ぶ
直線の延長線上に配される。

そして永久磁石１９は、前記第二連通孔２７の第三接続
管Ｅ側の回転弁子１８外周部に配され、外側がＮ極に設
定されている。

更に前記弁箱１６の他側には、前記室外熱交換器Ｂの膨
張弁Ｂｌ側に連通するバイパス接続管２８が連通接続さ
れる。このバイパス接続管２８は第二接続管Ｃ１第三接
続管Ｅおよび第四接続管Ｓよりも弁箱１６の中心側に配
されている。

また回転弁子１８には、第二連通孔２７よりも回転弁子
１８の中央側でバイパス貫通孔２９が形成される。この
バイパス貫通孔２９およびバイパス接続管２８は、永久
磁石１９の第一磁極発生部２２と第二磁極発生部２３の
中間位置で連通するよう設定されている。

また、永久磁石１９の第一磁極発生部２２との第一吸着
位置、第二磁極発生部２３との第二吸着位置、お上り第
一磁極発生部２２と第二磁極発生部２３の中間位置で、
回転弁子１８を停止させるための回転停止手段３０が設
けられる。この回転停止手段３０は第一磁極発生部２２
および第二磁極発生部２３を通電制御する制御装置３１
がら構成される。回転弁子１８の冷房姿勢Ｘと暖房姿勢
Ｙの中間位置では、第６図の如く、暖房サイクルを依然
として維持するよう前記第一、第二連通孔２５．２７の
形状が設定される。

上記構成において、圧縮機Ｆがら吐出された高圧が又は
第一接続管りを通り、弁箱１６の円筒形空間Ｒ５に流れ
、回転弁子１８の主貫通孔２６を経て室外側熱変換器Ｂ
（凝縮器）、毛細管Ｂ１、室内側熱交換器Ａ（蒸発器）
、第三接続管Ｅから弁箱１６内へ通り、第一連通孔２５
を経て第四接続管Ｓから圧縮（幾Ｆに吸入される。この
とぎ、回転弁子１８は第一接続管りよりの高圧ガスによ
り、並設する接続管Ｓ、Ｅ、Ｃの開口端と面を接して押
圧されている。この状態が冷房サイクルであり、弁箱１
６内の配置は第４図（ａ）の状態となる。

なお、電磁石２４の磁極発生部２２．２３は無通電状態
で単に磁性体と吸引状態にあるだけである。また、微少
電流等を通電しても良いことはもちろんである。

次に暖房サイクルへの切替は、同図（、）に示す無通電
の電磁石２４に瞬時（０，５秒程度）通電するとともに
、磁極の変換を行ない、永久磁石１９に相対する第二磁
極発生部２３は永久磁石１９の同極となして反発させる
。そうすると、回転弁子１８は反時計回りに回転する。

また第一磁極発生部２２も永久磁石１９と異極とすれば
、永久磁石１９は第一磁極発生部２２側へ吸引されて回
転し、なお、第５図中（、）（ｂ）に記載の記号Ｓ、Ｅ
、Ｃは接続管の開口端を示している。

この暖房状態で、圧縮機Ｆから吐出された高圧ガスが第
一接続管りより空間Ｒ５、主貫通孔２６→第三接続管Ｅ
→室内側熱交換器Ａ（ｉ疑縮器）→毛細管→室外側熱変
換器Ｂ（蒸発器）→接続管Ｃを経て弁箱１６内の第一連
通孔２５を通り、第四接続管Ｓへと流れ、圧縮機Ｆに吸
入される。

但し、前記した冷房、暖房いずれの状態に於いても接続
管Ｓ、Ｅ、Ｃと同一面に開口端を持つバイパス接続管２
８と、回転弁子１８に副次的に設けられているバイパス
貫通孔２９は合致せずに開口している。

以上述べた基本動作とは別に第６図に示すように回転弁
子１８に装着された永久磁石１９（もしくは永久磁石か
ら成る弁体）に相対する第一磁極発生部２２、第二磁極
発生部２３（即ち角度β位置）の磁極の極性を永久磁石
１９の極性と反発する極性とすることにより回転弁子１
８は回転角αの中間位置に保持される。この時に回転弁
子１８に副次的に設けられているバイパス貫通孔２９と
バイパス接続管２８の開口端が合致し連通する。

なお、この状態でも回転弁子１８の第一連通孔２５およ
び主貫通孔２６付第二連通孔２７が回転角αの中間位置
でも流路を正常に保持する形状となっているため、暖・
冷房運転に何ら支障はなく一部の高圧・高温の吐出ガス
がバイパス接続管２８より熱交換器へ流入する構造とな
る。

例えば、暖房運転中に外気温度の低下により室外熱交換
器Ｂに着霜現象を生じた時に、第７図に示す冷凍サイク
ル図（暖房サイクル）によれば、暖房運転を継続しつつ
、バイパス接続管２８より高温・高圧のガスを着霜して
いる室外側熱交換器Ｂ（蒸発器）入口より流入させる。

そうすればその熱・圧力により除霜し、着霜以前の暖房
能力まで機器を回復させるとともに、室内温度の変化を
最小限に抑え、快適性増大する。また、本発明によれば
池の高価な電磁弁等を不用となすため安価に提供できる
。なお、本発明は着霜寸前に採用すれば着霜の遅延とも
なる。

第８図は本発明の池の実施例を示す熱媒サイクルを示す
。これは、圧縮１１Ｆの変化によらずに吐出されたがス
を吸入側にバイパスすることにより、その熱媒は熱交換
しないため、能力は低下する。

したがって、能力可変機能を持つことになる。

本発明を更に進展させれば、第９図に示す如く、第一、
第二磁極発生部２２．２３の中間位置で第三磁極発生部
３３を、β〉δ、δ＝　１　／　ｎβとして任意の位置
に設けることにより、その弁子１８の回転角もα〉γ、
γ＝１／ｎαとリニアにすることにより、図示する如く
、バイパス接続管２８の開口面績を変化させることがで
き、リニアな流量制御が可能となる。

このことは能力のリニアな変化および、着霜の状態によ
りバイパスさせる冷媒の流量の正確で適当な制御を可能
とするものである。なお、バイパス用開口部（孔）は複
数個設けてもよいことは勿論である。

〈効果〉 以上の説明から明らかな通り、本発明は、第一接続管、
第二接続管、第三接続管および第四接続管が夫々連通接
続された弁箱と、該弁箱に回転自在に内装された永久磁
石付の回転弁子と、前記弁箱の外部に配された極性変換
可能な第一磁極発生部および第二磁極発生部を有する電
磁石とを具え、前記弁箱にバイパス接続管が形成され、
前記回転弁子を、前記永久磁石の第一磁極発生部との第
一吸着位置、第二磁極発生部との第二吸着位置、および
第一磁極発生部と第二磁極発生部の中間位置で回転停止
させるための回転停止手段が設けられ、前記回転弁子に
は、前記第一吸着位置で第四接続管と第三接続管を連通
しがっ第二吸着位置て・第四接続管と第二接続管とを連
通する第一連通孔と、第−吸着位置で第二接続管と第一
接続管とを連通しかつ第二吸着位置で第一接続管と第三
接続管とを連通する第二連通孔とが形成さね１、前記回
転弁子に前記第一吸着位置または第二吸着位置、および
中間位置で前記第一接続管とバイパス接続管とを連通さ
せるためのバイパス用孔が形成されたことを特徴とする
切替弁装置に関するものである。

したがって、本発明によると、電動機の原理によって得
られるトルクを利用して回転弁体を回動させることによ
り流動体の流路の切換えおよび流路に影響を与えること
なく、−個もしくは、複数のバイパス回路を順次もしく
は同時に主流路と並列に回路を開閉することが可能で空
気調和機に利用すれば、熱媒の吐出量を可変とでき、ま
た除霜等にも使用できるといった優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す切替弁装置の正面図、
第２図は同平面図、第３図は同断面図、第４図は同熱媒
圧縮サイクルの基本構成図、第５図（、）は冷房時の弁
内部状態を示す平面図、第５図（ｂ）は暖房時の弁内部
状態を示す平面図、第６図は除霜時の弁内部状態を示す
平面図、第７図は同然媒圧縮サイクル構成図、第８図は
本発明の池の実施例を示す熱媒圧縮サイクルを構成図、
第９図は本発明の他の実施例を示す弁内部状態平面図、
第１０図は従来の熱媒圧縮サイクルの構成図である。 １６：弁箱、１８：円盤状回転弁子、１９：永久磁石、
２２：第一磁極発生部、２３：第二磁極発生部、２４：
電磁石、２６：主貫通孔、２８：バイパス接続管、２９
：バイパス貫通孔、３０：回転停止手段、Ｃ：第二接続
管、Ｄ：第一接続管、Ｅ：第三接続管、Ｓ：第四接続管
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第一接続管、第二接続管、第三接続管および第四接続管
   が夫々連通接続された弁箱と、該弁箱に回転自在に内装
   された永久磁石付の回転弁子と、前記弁箱の外部に配さ
   れた極性変換可能な第一磁極発生部および第二磁極発生
   部を有する電磁石とを具え、前記弁箱にバイパス接続管
   が形成され、前記回転弁子を、前記永久磁石の第一磁極
   発生部との第一吸着位置、第二磁極発生部との第二吸着
   位置、および第一磁極発生部と第二磁極発生部の中間位
   置で回転停止させるための回転停止手段が設けられ、前
   記回転弁子には、前記第一吸着位置で第四接続管と第三
   接続管を連通しかつ第二吸着位置で第四接続管と第二接
   続管とを連通する第一連通孔と、第一吸着位置で第二接
   続管と第一接続管とを連通しかつ第二吸着位置で第一接
   続管と第三接続管とを連通する第二連通孔とが形成され
   、前記回転弁子に前記第一吸着位置または第二吸着位置
   、および中間位置で前記第一接続管とバイパス接続管と
   を連通させるためのバイパス用孔が形成されたことを特
   徴とする切替弁装置。