説明

四方切換弁

【課題】低作動差圧で弁体を摺動させ、弁体の位置を円滑に切り換えることを可能にする。
【解決手段】四方切換弁1は、密閉空間2aを有する弁本体2と、弁本体2に接続された高圧管3、低圧管4及び導管5、6と、低圧管4及び導管5、6の各々に連通する接続口が設けられた弁座10と、弁座10上を摺動する弁体16とを備える。また、弁体16は、内側に冷媒の流通空間16cを形成する膨出部16aと、膨出部16aを囲繞し、弁座10上を摺動する鍔部16bとを有する。この構成において、弁体16が摺動する過程で、導管5を高圧室13に連通させる第1の開口部17と、導管5を流通空間16cに連通させる第2の開口部18とが導管5の接続口7に形成され、かつ、それら開口部17、18の開口面積A1、A2が同一となるときに、開口面積A1(=A2)が導管5の弁口径面積Bの1%以上、10%以下となるようにする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷凍機器、空調機器等の可逆冷凍サイクルを利用した機器等に用いられる四方切換弁に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、冷凍サイクルシステムの冷媒通路に四方切換弁を配置して冷媒通路を切り換え、室内の冷房と暖房とを切り換えることが行なわれている。このような四方切換弁として、特許文献1には、図4に示すような四方切換弁が提案されている。
【0003】
この四方切換弁31は、密閉中空のシリンダ状の弁本体32を有し、弁本体32には、圧縮機33の吐出管に連結され、高圧の冷媒が流入する高圧管34と、圧縮機33の吸入管に連結され、低圧の冷媒が流出する低圧管35と、低圧管35を挟んで両側に配置され、熱交換機36、37に連結された一対の導管38、39とが接続される。
【0004】
また、弁本体32内には、密閉空間内を往復移動するピストン41、42が収容され、これらの間に椀状の弁体43が配置される。ピストン41、42は、それらの内側に位置する第1室(高圧室)45と、外側に位置する第2室(低圧室)46との差圧に応じて動作し、それに伴って弁体43が弁座47上を摺動する。尚、高圧室45及び低圧室46間の差圧は、パイロット弁48によって制御される。
【0005】
そして、図示のように、弁体43を左端に摺動させた場合には、弁体43の外側で高圧管34と右側の導管39を連通させつつ、弁体43の内側で低圧管35と左側の導管38を連通させることができ、逆に、弁体43を右端に摺動させた場合には、高圧管34を左側の導管38と、低圧管35を右側の導管39と連通させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平11−287352号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記従来の四方切換弁においては、弁体位置の切り換え途中で、図5に示すように、弁体43が中間位置を経由することになる。図5は、右端に位置させた弁体43を左端に向けて摺動させた場合の途中状態を示したものであるが、この際、左側の導管38では、接続口38aの中央部のみが弁体43の鍔部43aによって塞がれ、接続口38aの両側に開口部51、52が形成される状態となる。その結果、開口部51、52を通じて高圧室45、導管38及び低圧管35が連通し、高圧側から低圧側への流れが発生する。
【0008】
このときの流量(以下、適宜「バイパス流量」という)が多くなると、高圧室45の内圧が大きく低下するため、低圧室46との間の差圧が小さくなり、ピストン41、42が移動するのに必要な差圧を維持できなくなる虞がある。また、バイパス流量によっては、高圧室45から低圧管35への冷媒の流れが壁となって、弁体43の摺動を妨げる抵抗成分として作用し、弁体43を円滑に摺動させるのがより困難となる。このため、高圧管34からの冷媒の流入圧を高めることが求められ、容量の大きな圧縮機が必要になるなどの問題が生じる。
【0009】
そこで、本発明は、上記従来の四方切換弁における問題点に鑑みてなされたものであって、低作動差圧で弁体を摺動させることができ、弁体の位置を円滑に切り換えることが可能な四方切換弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するため、本発明は、密閉空間を有する弁本体と、該弁本体に接続された高圧管、低圧管及び一対の導管と、前記低圧管及び一対の導管の各々に連通する接続口が設けられた弁座と、該弁座上を摺動する弁体とを備えるとともに、該弁体が、内側に流体の流通空間を形成する膨出部と、該膨出部を囲繞し、前記弁座上を摺動する鍔部とを有し、該弁体を摺動させることにより、前記高圧管、低圧管及び一対の導管の連通状態が切り換えられる四方切換弁において、前記弁体が摺動する過程で、該弁体の鍔部により、前記一対の導管の一方の接続口に、該導管を前記弁本体の密閉空間に連通させる第1の開口部と、該導管を前記膨出部の流通空間に連通させる第2の開口部とが形成され、かつ、該第1及び第2の開口部の開口面積が同一となるときに、該開口面積が前記導管の弁口径面積の1%以上、10%以下となることを特徴とする。
【0011】
そして、本発明によれば、バイパス流量が最大となる(第1及び第2の開口部の開口面積が同一となる)ときの開口部の開口面積を導管の弁口径面積の1%以上、10%以下としたため、弁体位置の切り換え時のバイパス流量を適度に制限することができる。これにより、異常高圧による破損等を回避しつつ、低作動差圧で弁体を摺動させることができ、弁体の位置を円滑に切り換えることが可能になる。
【0012】
上記四方切換弁において、前記開口面積が前記導管の弁口径面積の3%以上、7%以下とすることができ、これによれば、より低い作動差圧で弁体を摺動させることが可能になる。
【0013】
また、該四方切換弁を、冷凍サイクルシステムの冷媒通路を切り換えるために用い、前記高圧管に圧縮機の吐出管を接続し、前記低圧管に該圧縮機の吸入管を接続することができる。これによれば、大きな容量の圧縮機を使用せずとも円滑に冷媒通路を切り換えることができ、システムコストを低減することが可能になる。
【発明の効果】
【0014】
以上のように、本発明によれば、低作動差圧で弁体を摺動させることができ、弁体の位置を円滑に切り換えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明にかかる四方切換弁の一実施の形態を示す図であり、(a)は断面図、(b)は、(a)のA−A矢視図である。
【図2】図1(a)の部分拡大図である。
【図3】第1及び第2の開口部の開口面積と弁体の最低作動差圧との関係を示したグラフである。
【図4】従来の四方切換弁の一例を示す断面図である。
【図5】四方切換弁の弁体位置を切り換える際の途中状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる四方切換弁を冷凍サイクルの冷媒通路の切り換えに用いた場合を例にとって説明する。
【0017】
図1は、本発明にかかる四方切換弁の一実施の形態を示し、この四方切換弁1は、図4に示した四方切換弁31と同様の基本構成を備え、密閉中空のシリンダ状の弁本体2を有する。
【0018】
弁本体2には、圧縮機(不図示)の吐出管に連結され、高圧の冷媒が流入する高圧管3と、圧縮機の吸入管に連結され、低圧の冷媒が流出する低圧管4と、低圧管4を挟んで両側に配置され、熱交換機(不図示)に連結された一対の導管5、6とが接続される。低圧管4及び導管5、6上には、各管4〜6の接続口7、8、9が穿設された弁座10が配置される。尚、接続口7〜9は、同一の開口径を有する。
【0019】
また、弁本体2には、密閉空間2a内を往復移動するピストン11、12が収容され、これらピストン11、12は、それらの内側に位置する高圧室13と、外側に位置する低圧室14との差圧に応じて動作する。ピストン11、12の間には、連結板15が架設されるとともに、椀状の弁体16が配置される。弁体16は、内側に冷媒の流通空間16cを形成する膨出部16aと、膨出部16aを囲繞するように形成され、弁座10上を摺動する環状の鍔部16bとで構成される。
【0020】
上記四方切換弁1においては、弁体16の位置を変更することで、高圧管3、低圧管4及び導管5、6の連通状態を切り換えることができるが、弁体16を移動させる過程で、弁体16が中間位置を経由することになり、高圧側から低圧側への流れが発生する。図1は、右端に位置させた弁体16を左端に向けて摺動させた場合の途中状態を示したものであるが、図示のように、左側の導管5の接続口7の両側において、導管5を高圧室13に連通させる第1の開口部17と、導管5を膨出部16aの流通空間16cと連通させる第2の開口部18とが形成される。この場合、第1及び第2の開口部17、18を通じて高圧室13から低圧管4に冷媒が流れるようになり、高圧室13の内圧が低下して弁体位置の切り換え動作に影響を及ぼすようになる。
【0021】
そこで、本実施の形態においては、高圧室13の内圧が低下するのを抑制すべく、第1及び第2の開口部17、18の開口面積A1、A2を適度に縮小化して、高圧室13から低圧管4に向けて流れる冷媒の流量(バイパス流量)を制限する。具体的には、第1及び第2の開口部17、18の開口面積A1、A2が一致してバイパス流量が最大となる状態で、開口面積A1(=A2)が導管5の弁口径面積B(接続口7の開口面積)の10%以下となるように構成し、好ましくは、7%以下となるように構成する。
【0022】
第1及び第2の開口部17、18の開口面積A1、A2は、図2に示す弁体16の内堀寸法(流通空間16cの長さ)L1を短くしたり、弁体16の鍔部16bの長さL2を長くすることで、縮小化することができる。但し、内堀寸法L1を短くし過ぎると、弁体16を左端(又は右端)の作動位置に位置させた際に、導管5(又は導管6)から低圧管4への冷媒流路が狭くなって低圧側の流れに悪影響を及ぼすようになり、一方、鍔部16bの長さL2を拡大し過ぎると、弁体16の鍔部16bが導管6(又は導管5)を部分的に塞いで高圧管3からの流れを妨げるようになるため、両者をバランスよく組み合わせることが好ましい。
【0023】
尚、高圧室13から低圧管4への冷媒の流れを完全に遮断してしまうと、弁体位置の切り換え時に急激な圧力上昇が発生し、異常高圧によるシステムの停止や四方切換弁1の破損を招くため、開口面積A1、A2の下限値は、弁口径面積Bの1%以上とすることが好ましく、3%以上とすることがさらに好ましい。
【0024】
次に、本発明にかかる四方切換弁1の作用効果について試験例を挙げて説明する。図3は、第1及び第2の開口部17、18の開口面積と、弁体16を作動させるのに必要な最低作動差圧との関係を示したグラフである。
【0025】
ここで、「開口面積比率」は、開口面積A1(又はA2)/弁口径面積B×100(%)である。一方、「最低作動差圧」は、高圧管3の冷媒の流入圧と、低圧室14に接続された導管14a(図1参照)の流出圧との差圧であって、弁体16が摺動するのに要した最低限の圧力差である。また、図中の折れ線A〜Cは、各々、弁口径φを25mm、20mm、16mmとしたものに対応する。
【0026】
図3に示されるように、A〜Cの何れにおいても、開口面積比率を10%以下とすることで、低い作動差圧で弁体16を摺動させることができ、また、開口面積比率を7%以下とすることで、より低い作動差圧で弁体16を摺動させることができている。このように、本実施の形態によれば、低作動差圧で弁体16を摺動させることができ、弁体16の位置を円滑に切り換えることが可能になる。
【0027】
尚、上記実施の形態においては、本発明にかかる四方切換弁を冷凍サイクルの冷媒通路の切換に用いた場合を例示したが、本発明にかかる四方切換弁をその他の用途にも利用できることは勿論である。
【符号の説明】
【0028】
1 四方切換弁
2 弁本体
2a 密閉空間
3 高圧管
4 低圧管
5、6 導管
7、8、9 接続口
10 弁座
11、12 ピストン
13 高圧室
14 低圧室
14a 導管
15 連結板
16 弁体
16a 膨出部
16b 鍔部
16c 流通空間
17 第1の開口部
18 第2の開口部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
密閉空間を有する弁本体と、該弁本体に接続された高圧管、低圧管及び一対の導管と、前記低圧管及び一対の導管の各々に連通する接続口が設けられた弁座と、該弁座上を摺動する弁体とを備えるとともに、該弁体が、内側に流体の流通空間を形成する膨出部と、該膨出部を囲繞し、前記弁座上を摺動する鍔部とを有し、該弁体を摺動させることにより、前記高圧管、低圧管及び一対の導管の連通状態が切り換えられる四方切換弁において、
前記弁体が摺動する過程で、該弁体の鍔部により、前記一対の導管の一方の接続口に、該導管を前記弁本体の密閉空間に連通させる第1の開口部と、該導管を前記膨出部の流通空間に連通させる第2の開口部とが形成され、かつ、該第1及び第2の開口部の開口面積が同一となるときに、該開口面積が前記導管の弁口径面積の1%以上、10%以下となることを特徴とする四方切換弁。
【請求項2】
前記開口面積が前記導管の弁口径面積の3%以上、7%以下となることを特徴とする請求項1に記載の四方切換弁。
【請求項3】
該四方切換弁は、冷凍サイクルシステムの冷媒通路を切り換えるために用いられ、前記高圧管に圧縮機の吐出管が接続され、前記低圧管に該圧縮機の吸入管が接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載の四方切換弁。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−52699(P2011−52699A)
【公開日】平成23年3月17日(2011.3.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−199181(P2009−199181)
【出願日】平成21年8月31日(2009.8.31)
【出願人】(391002166)株式会社不二工機 (451)
【Fターム(参考)】