四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置
【課題】熱損失の低減を図れると同時に、低コストで搭載スペースの小型化が図れる簡素な四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】高圧三方弁１０を、高圧入口１４を有する筒状の本体１２と、２箇所に出口１８を有する弁座と、高圧入口１４と出口との連通状態を切り換えるスライド弁とで構成する。低圧三方弁３０を、筒状の本体３２と、２箇所に入口３６、３８を有するとともに、これら入口の間に低圧出口３４を有する弁座と、低圧出口３４と入口との連通状態を切り換えるスライド弁とで構成する。高圧三方弁１０の一方の出口１８と、低圧三方弁３０の一方の入口３８とを連通するとともに、高圧三方弁１０の他方の出口と、低圧三方弁３０の他方の入口３６とを連通し、各本体１２、３２の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置した。
【解決手段】高圧三方弁１０を、高圧入口１４を有する筒状の本体１２と、２箇所に出口１８を有する弁座と、高圧入口１４と出口との連通状態を切り換えるスライド弁とで構成する。低圧三方弁３０を、筒状の本体３２と、２箇所に入口３６、３８を有するとともに、これら入口の間に低圧出口３４を有する弁座と、低圧出口３４と入口との連通状態を切り換えるスライド弁とで構成する。高圧三方弁１０の一方の出口１８と、低圧三方弁３０の一方の入口３８とを連通するとともに、高圧三方弁１０の他方の出口と、低圧三方弁３０の他方の入口３６とを連通し、各本体１２、３２の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルに用いられる四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置等の冷凍サイクルに用いられる四方弁において、内部熱損失を低減することが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、図１２に示すように、複数の開閉弁１ａ（電磁弁）および逆止弁１ｂを用いて四方弁２を迂回する構成や、図１３に示すように、三方弁３を用いて低圧冷媒を四方弁２に流さないようにした構成が示されており、いずれも四方弁の内部熱損失を低減するようになっている。
【０００３】
しかし、図１２の構成では、複数の電磁弁１ａ、逆止弁１ｂを要するので装置が大型化するとともに故障率が高くなり、制御や配管系統が複雑化してコスト高になるという問題がある。さらに、能力の大きなシステムでは電磁弁が大型化し、コストと搭載性が一層悪化するおそれがある。また、図１３の構成では、三方弁３と四方弁２とを繋ぐ配管の配置構成や弁本体間の位置関係が省スペース性を考慮したものではないため、配管使用量の増加や占有スペースの増大を招くおそれがある。
【０００４】
特許文献２には、図１４に示すように、高圧三方弁４ａと低圧三方弁４ｂとで四方弁を構成し、内部熱損失を低減することが示されている。しかし、この構成では、高圧三方弁４ａと低圧三方弁４ｂとを繋ぐ配管の配置構成や弁本体間の位置関係が省スペース性を考慮したものではないため、配管使用量の増加や装置の大型化を招くおそれがある。
【０００５】
特許文献３には、図１５に示すように、２つの筒状のボディ５ａ中に低熱伝導性のプラグ５ｂとピストン５ｃとを配置して２つの三方切換弁からなる四方弁を構成し、内部熱損失を低減することが示されている。しかし、この構成では、構造が複雑でコスト高となるとともに、低圧冷媒の弁通過箇所（図１５のＡ部分）が細い円環状の流路となり圧損が大きくなる。この圧損低減のためには大型化が必要となるので、コストや搭載性が悪化するおそれがある。また、三方切換弁を接続するパイプ６ａ、三方切換弁を動作するための三方電磁弁６ｂ、チューブ６ｃの配置構成が省スペース性を考慮したものではないため、装置の大型化や配管接続の作業性の低下を招くおそれがある。さらに、高温の流体が流れるパイプからボディを介して低温の流体が流れるパイプに伝熱損失のおそれがある。
【０００６】
一方、一つの筐体内に５つの流路入口を設けて流路の切換えを行うようにした弁アセンブリが知られている（例えば、特許文献４参照）。しかし、この弁アセンブリは、筐体内に複数の流路が近接配置される複雑な構造であることから、内部熱損失の低減が難しいうえ製造コストがかかるという問題がある。
【０００７】
他方、筒状の本体内にピストンとドーム状のスライド弁が収納された四方弁が知られている（例えば、特許文献５〜７参照）。図１６に示すように、この四方弁の本体７ａの上側の側部には１つの入口配管７ｂが、下側の側部には３つの出口配管７ｃが設けられている。ピストン８ａは外部のパイロット弁８ｂ（電磁弁）による差圧により本体内部を筒軸方向に移動するようになっており、ピストン８ａに設けたドーム状のスライド弁８ｃが弁座８ｄ上を移動することで入口配管と出口配管の連通状態を切り換えるようになっている。
【０００８】
しかし、この構成では、高温高圧の冷媒が通過する部分と低温低圧の冷媒が通過する部分とが本体内に近接配置されることから、高温高圧の冷媒から低温低圧の冷媒へ熱が伝わり易く、内部熱損失が発生し易いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３４０７８６６号公報
【特許文献２】特開昭５８−４０４５７号公報
【特許文献３】特許第３９８７３５６号公報
【特許文献４】特開２０１０−２４２９６９号公報
【特許文献５】特許第３２９５７１０号公報
【特許文献６】特開平１１−２８７３５２号公報
【特許文献７】特許第４２９４６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱損失の低減を図れると同時に、低コストで搭載スペースの小型化が図れる簡素な四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置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】
【００１１】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る四方弁は、両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される低圧三方弁とを備え、前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通し、前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る四方弁は、上述した請求項１において、前記高圧三方弁の前記出口に接続する配管に直管部を設け、この直管部に対して前記低圧三方弁の前記入口に接続する配管を接続したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る四方弁は、上述した請求項２において、前記低圧三方弁の前記配管の径をＤＬとし、この配管の前記低圧三方弁の本体側接続端部から前記高圧三方弁の前記配管の接続部までの高さをＬとした場合において、２ＤＬ≦Ｌ≦２０ＤＬを満足するようにレイアウトしたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係る四方弁は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁の前記高圧入口の圧力と前記低圧三方弁の前記低圧出口の圧力との差圧により前記高圧三方弁のピストンを作動させるようにした電磁弁をさらに備え、この電磁弁の高圧連通口を前記高圧入口に接続し、低圧連通口を前記低圧出口に接続し、他の二つの連通口を前記高圧三方弁の本体内部の両端に接続するとともに、前記低圧三方弁の本体内部の両端を、それぞれ近い側の前記入口に接続したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係る四方弁は、上述した請求項４において、前記低圧三方弁の前記低圧出口が下側に向くようにその本体を配置して、前記電磁弁を前記低圧三方弁の本体の上側に配置したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項６に係る四方弁は、上述した請求項１〜５のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁と前記低圧三方弁とを防振部材を挟んで固定したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項７に係る四方弁は、上述した請求項１〜６のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁および前記低圧三方弁のピストンとスライド弁がそれぞれ同一形状の部材により構成され、筒状の本体と弁座とがそれぞれ前記高圧入口、前記出口、前記入口および前記低圧出口の有無の点で相違する類似形状の部材により構成されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項８に係る四方弁は、上述した請求項１〜７のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の中心間寸法と、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の中心間寸法とを同一寸法に構成したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項９に係る四方弁は、上述した請求項１〜８のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の径を、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の径よりも小径に構成したことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項１０に係るヒートポンプ装置は、上述した請求項１〜９のいずれか一つに記載の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る四方弁によれば、両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される低圧三方弁とを備え、前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通し、前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置したので、熱損失の低減を図れると同時に、低コストで搭載スペースの小型化が図れるという効果を奏する。
【００２２】
また、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、上記の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するので、熱損失の低減を図れると同時に、四方弁の占有スペースが小さい低コストのヒートポンプ装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係る四方弁の実施例を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係るヒートポンプ装置および空気調和装置の冷房時の実施例を示す図である。
【図３】図３は、本発明に係るヒートポンプ装置および空気調和装置の暖房時の実施例を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係る四方弁の実施例を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明に係る四方弁の三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】図６は、相対熱損失とＬ／ＤＬの関係図（通常条件）である。
【図７】図７は、相対熱損失とＬ／ＤＬの関係図（寒冷地条件）である。
【図８】図８は、本発明に係る四方弁のレイアウト例を示す側面図である。
【図９】図９は、本発明に係る四方弁のレイアウト例を示す側面図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る四方弁のレイアウト例を示す側面図である。
【図１１】図１１は、防振部材を設けた場合の四方弁の三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図１２】図１２は、従来の空気調和装置を例示する回路図である。
【図１３】図１３は、従来の空気調和装置を例示する回路図である。
【図１４】図１４は、従来のヒートポンプ装置を例示する回路図である。
【図１５】図１５は、従来の四方弁を例示する断面図である。
【図１６】図１６は、従来の四方弁を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置（空気調和装置を含む）の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
［四方弁］
まず、本発明に係る四方弁について説明する。
図１に示すように、本発明に係る四方弁１００は、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０とを備える。
【００２６】
高圧三方弁１０は、両端が閉じられ、側部に高圧入口管１４（高圧入口）を有する筒状の本体１２からなる。この本体内側の側部には、筒軸方向の２箇所に出口管１６、１８（出口）を有する弁座２０が設けてあり、この弁座２０上を筒軸方向に移動するピストン２２ａ、２２ｂと、ドーム状のスライド弁２６が配置してある。
【００２７】
ピストン２２ａ、２２ｂは連結板２４で連結されている。また、スライド弁２６は連結板２４に設けた図示しない孔に固定され、ピストンおよび連結板とともに筒軸方向に移動して高圧入口管１４と出口管１６、１８の連通状態を切り換えるようになっている。
【００２８】
低圧三方弁３０は、両端が閉じられた筒状の本体３２からなる。この本体内側の側部には、筒軸方向の２箇所に入口管３６、３８（入口）を有するとともに、これら入口管３６、３８の間に低圧出口管３４（低圧出口）を有する弁座４０が設けてあり、この弁座４０上を筒軸方向に移動するピストン４２ａ、４２ｂと、ドーム状のスライド弁４６が配置してある。
【００２９】
ピストン４２ａ、４２ｂは連結板４４で連結されている。また、スライド弁４６は連結板４４に設けた図示しない孔に固定され、ピストンおよび連結板とともに筒軸方向に移動して低圧出口管３４と入口管３６、３８の連通状態を切り換えるようになっている。このように、低圧三方弁３０の本体内部は高圧三方弁１０の本体内部の構造と同様な構造となっている。
【００３０】
また、高圧三方弁１０の出口管１６と低圧三方弁３０の入口管３６は連通管５０を介して連通してあり、高圧三方弁１０の出口管１８と低圧三方弁３０の入口管３８は連通管５２を介して連通してある。なお、図１の例では、図示しない室内熱交換器（蒸発器）出口側からの低圧低温の冷媒が入口管３６から本体３２の内部に入って、ドーム状のスライド弁４６で流向が転換されて低圧出口管３４から圧縮機の吸入口側（不図示）に出る一方、高圧三方弁１０からの高圧高温の冷媒が連通管５２、入口管３８を経由して図示しない室外熱交換器（凝縮器）入口側へ出る場合が示してある。
【００３１】
このように、本発明の四方弁１００は、高圧三方弁１０および低圧三方弁３０の本体内部が同様の構造であることから、ピストン２２ａ、２２ｂ、４２ａ、４２ｂとスライド弁２６、４６はそれぞれ同一形状の部材により構成することができ、部材の共通化が可能である。さらに、筒状の本体１２、３２と弁座２０、４０も類似形状の部材であり、それぞれ高圧入口管１４と低圧出口管３４を接続するための孔の有無の点で相違するだけである。このため、上記の特許文献５等の従来の四方弁の構成部品に小改造を施した部品を流用して構成することができる。したがって、本発明の四方弁は、従来品を流用可能な簡素な構成であることから、新たな製造ラインを増設することなく容易に製作でき、製造コストの抑制を図ることができる。
【００３２】
また、本発明に係る四方弁１００は、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の外部に設けたパイロット四方弁６０（電磁弁）を備えている。このパイロット四方弁６０は、高圧入口管１４の圧力と低圧出口管３４の圧力との差圧により高圧三方弁１０のピストン２２ａ、２２ｂを作動させるためのものであり、流路切換部６０ａと電磁コイル６０ｂとからなる。流路切換部６０ａは高圧連通口７８ａと低圧連通口７８ｂと連通口７８ｃ、７８ｄを有する。
【００３３】
高圧連通口７８ａはキャピラリ６２を介して高圧入口管１４（さらに本体内部の作動室Ｒ２）に接続し、低圧連通口７８ｂはキャピラリ６４を介して低圧出口管３４に接続し、他の二つの連通口７８ｃ、７８ｄはキャピラリ６６、６８を介して高圧三方弁１０の本体内部の両端のピストンに仕切られた作動室Ｒ１、Ｒ３にそれぞれ接続してある。また、低圧三方弁３０の本体内部の両端のピストンに仕切られた作動室Ｓ１、Ｓ３は、それぞれ近い側の入口管３６、３８にキャピラリ７０、７２を介してそれぞれ接続してある。
【００３４】
この四方弁１００の構成において、低圧三方弁３０のスライド弁４６を切り換える場合には、パイロット四方弁６０からキャピラリ６６、６８を通じて作動室Ｒ１、Ｒ３に高圧と低圧を送り込むことで高圧三方弁１０のピストン２２ａ、２２ｂを作動させ、スライド弁２６を動かして高圧三方弁１０の連通状態を切り換える。そうすると、この差圧の変化が低圧三方弁３０のピストン４２ａ、４２ｂに伝わってスライド弁４６が移動し、低圧三方弁３０の連通状態が切り換わる。
【００３５】
より具体的には、高圧三方弁１０の本体内部の高圧の冷媒が出口管１８と連通管５２を通じて低圧三方弁３０の入口管３８に導かれると、低圧三方弁３０の本体内部の作動室Ｓ２はこの高圧の冷媒で充満する。作動室Ｓ２は作動室Ｓ３とキャピラリ７２で連通しているので、ピストン４２ｂの右側に高圧の冷媒が入り、この高圧の冷媒でピストン４２ｂが左方向に動く。このように、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０のスライド弁２６、４６は一個の電磁弁で作動でき、電磁弁の数が少なくて済むのでコスト低減を図ることができる。
【００３６】
なお、パイロット四方弁の代わりにパイロット三方弁を用いてもスライド弁２６、４６を作動させることができる。この場合には、高圧入口管１４へのキャピラリ６２による連通接続を行わないようにする。
【００３７】
また、この四方弁１００の構成においては、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の内部はそれぞれ高圧と低圧の冷媒が介在した状態となっている。より具体的には、高圧三方弁１０の本体内部は、高圧入口管１４から出口管１８にかけて高圧の冷媒が流れており、出口管１６内および弁座２０とスライド弁２６とに囲まれた領域には連通管５０から導かれた低圧の冷媒が静止している。
【００３８】
一方、低圧三方弁３０の本体内部はこれとは逆に、入口管３６と低圧出口管３４とを低圧の冷媒が流れており、作動室Ｓ２内と入口管３８内に連通管５２から導かれた高圧の冷媒が静止している。このように、高圧または低圧の冷媒の片方が各本体内部で静止していることから、熱が伝わりにくくなり、内部熱損失を低減することができる。
【００３９】
上記の実施の形態において、高圧三方弁１０の２箇所の出口管１６、１８の中心間寸法と、低圧三方弁３０の２箇所の入口管３６、３８の中心間寸法とを同一寸法に構成すれば、連通管５０、５２の接続が容易となり、組み立て作業性が向上する。
【００４０】
また、高圧三方弁１０の高圧入口管１４および出口管１６、１８を同一径および肉厚の配管で構成してもよい。このようにすれば、部材の共通化を図ることができ、製作コストをさらに抑制することができる。低圧三方弁３０についても同様に、低圧出口管３４および入口管３６、３８を同一径および肉厚の配管で構成することで製作コストを抑制することができる。
【００４１】
このように、本発明の四方弁によれば、各三方弁内の高低圧の片方が静止冷媒となることで、熱交換による損失を低減でき、冷暖房効率を向上することができる。また、従来の四方弁部品を大幅に流用して組み立て可能な簡素な構成であることから、新たな製造ラインを増設することなく、低コストで製造することができる。また、一個の電磁弁で切換動作が可能であることから、コスト低減を図ることができる。さらに、配管系の簡素化、電磁コイル数の削減により、能力の大きなシステムでもコストアップを抑制でき、搭載スペースの小型化を図ることができる。
【００４２】
［ヒートポンプ装置および空気調和装置］
次に、本発明に係るヒートポンプ装置およびヒートポンプ装置に属する空気調和装置について図２および図３を参照しながら説明する。
【００４３】
（冷房時）
図２に示すように、本発明のヒートポンプ装置２００および空気調和装置３００は、四方弁１００を介して圧縮機８０、アキュムレータ８２、室外熱交換器８４（凝縮器）、膨張弁８６、室内熱交換器８８（蒸発器）を配管で接続した冷凍サイクルを有している。
【００４４】
冷房時においては、図２に示すように、パイロット四方弁６０でキャピラリ６２、６８を連通させるとともに、キャピラリ６４、６６を連通させることでピストンを作動し、双方のスライド弁２６、４６を図中左側に移動させた状態となっている。
【００４５】
この冷房時の回路構成において、圧縮機８０の吐出口から出た高圧の冷媒は、四方弁１００の高圧入口管１４と出口管１８と入口管３８を通って室外熱交換器８４に入る。そして、膨張弁８６を介して室内熱交換器８８から出る低圧の冷媒は、入口管３６から低圧三方弁３０の本体内部を通過し、低圧出口管３４から出てアキュムレータ８２を介して圧縮機８０の吸入口に入る。この場合、高圧三方弁１０の出口管１６には低圧の静止冷媒が介在し、低圧三方弁３０の本体内部の作動室Ｓ２には高圧の静止冷媒が介在した状態となる。
【００４６】
（暖房時）
また、暖房時においては、図３に示すように、パイロット四方弁６０でキャピラリ６２、６６を連通させるとともに、キャピラリ６４、６８を連通させることでピストンを作動し、双方のスライド弁２６、４６を図中右側に移動させた状態となっている。
【００４７】
この暖房時の回路構成において、圧縮機８０の吐出口から出た高圧の冷媒は、四方弁１００の高圧入口管１４と出口管１６と入口管３６を通って室内熱交換器８８に入る。そして、膨張弁８６を介して室外熱交換器８４から出る低圧の冷媒は、入口管３８から低圧三方弁３０の本体内部を通過し、低圧出口管３４から出てアキュムレータ８２を介して圧縮機８０の吸入口に入る。この場合、高圧三方弁１０の出口管１８には低圧の静止冷媒が介在し、低圧三方弁３０の本体内部の作動室Ｓ２には高圧の静止冷媒が介在した状態となる。
【００４８】
このため、本発明のヒートポンプ装置２００および空気調和装置３００によれば、四方弁１００によって内部熱損失の低減を図ることができる。
【００４９】
［四方弁の配置レイアウト］
ところで、本発明の四方弁１００は、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の本体１２、３２の筒軸方向を互いに略平行にし、その両端を略面一に揃えて近接配置したレイアウトとすることができる。
【００５０】
例えば、図４および図５に示すように、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の本体１２、３２どうしを前後に並べて近接配置し、高圧三方弁１０の下側に延びる出口管１６、１８に連通した連通管５０、５２を、低圧三方弁３０の下側に延びる入口管３６、３８側に曲げて接続部５４、５６で繋げた配置レイアウトとしてもよい。この場合、互いの位置が上下に多少ずれた配置としても構わない。こうすることで、四方弁をコンパクトかつ断熱上有利な形態とすることができる。このため、上述したように内部熱損失の低減を図れると同時に、ヒートポンプ装置２００や空気調和装置３００などに対する搭載スペースの小型化（省スペース化）が図れる。また、配管使用量を抑制することもできる。
【００５１】
こうした配置レイアウトにおいては、本体どうしを連結する連通管５２等の長さが短いほど小型化（省スペース化）が図られる半面、低熱損失化を図ることが難しくなるので、熱損失低減効果を高めることが可能な最適な寸法が実際には要求される。そこで、図５に示すように、低圧三方弁の連通管直管の径をＤＬとし、連通管直管に対する高圧三方弁の連通管配管の接続部から連通管直管の本体側接続端部までの高さをＬとした場合において、四方弁の高圧の流れから低圧の流れの配管を通じた相対的な熱損失と、Ｌ／ＤＬとの関係を試算すると、図６の曲線図が得られる。図６の下側にはこの試算条件が記載してある。
【００５２】
この図６に示すように、相対熱損失はＬを長くしていくと低下するが、ある長さからほとんど変化しなくなることが判る。この場合、例えば、２ＤＬ≦Ｌ≦２０ＤＬの区間Ｒを上記の省スペース化と低熱損失とを両立可能な範囲と考えることができ、上記の寸法を２ＤＬ≦Ｌ≦２０ＤＬを満足するように設定すれば最適と考えられる。つまり、高さＬを低圧三方弁の入口管３８等の径ＤＬの２〜２０倍の範囲内とすればよい。なお、接続部のろう付け接合の作業性を考慮すれば、３〜５ＤＬ≦Ｌ程度とすることがより望ましい。
【００５３】
なお、四方弁の熱損失は外気温が低いほど大きくなる。図７は、外気−２０℃相当の相対熱損失とＬ／ＤＬの関係（寒冷地条件）を例示したものであるが、この図７に示すように、寒冷地（外気−２０℃）において外気−７℃のＬ／ＤＬ＝２０の場合と同等の相対熱損失とするためには、Ｌ／ＤＬ＝３０程度が必要であることが判る。したがって、寒冷地で本発明の四方弁を用いる場合のＬ／ＤＬについては、こうした特性に留意して設定する必要がある。
【００５４】
上記の実施の形態において、高圧三方弁の出口管１８等の径ＤＨを、低圧三方弁の入口管３８等の径ＤＬよりも小径に構成すれば、さらに小型化を図ることができるとともに、高圧高温側の出口管１８の伝熱面積が減るので、熱損失をより低減させることができる。
【００５５】
また、この径ＤＨを小さくすることと併せて、密度の高い冷媒のみが流れる高圧三方弁１０を低圧三方弁３０よりも小型化することによって、外気への放熱損失分を低減して熱損失の低減効果を高めつつ、小型化によるコスト低減が可能である。これは、特に寒冷地で使用するヒートポンプ装置に有効であり、四方弁の大きな放熱ロスを低減するために断熱材で四方弁全体を覆わなくて済むので、よりコスト低減につながる。また、これは能力の大きなシステムにおいても特に有効であり、低圧三方弁の低圧の圧力損失を下げるために配管径を大きく設定する場合に、高圧三方弁は必要以上に大きくしないようにするのが望ましい。
【００５６】
なお、この径ＤＨを小さくし過ぎると流速増加によって圧損が増加し、熱伝達率が上昇して熱損失が増大するおそれがあるので、ヒートポンプ装置への搭載スペース、使用する冷媒の圧力損失特性、ヒートポンプ装置を使用する気候条件（温暖地域、寒冷地域等）に応じて適切に設定することが望ましく、例えば、Ｒ４１０ＡやＨＦＯ系冷媒を使用する場合においては、０．３〜０．５ＤＬ以上とすることが望ましい。
【００５７】
また、上記の実施の形態において、本発明の四方弁１００の配置レイアウトとしては図４および図５に示したレイアウトのほか種々な態様を考えることができるが、例えば、図８に示すように、本体どうしを上下に配置したレイアウトとしてもよいし、図９に示すように、本体どうしを前後に配置したレイアウトとしてもよい。
【００５８】
また、パイロット四方弁６０の配置についても、図５に示すように高圧三方弁１０の側面側に配置したレイアウトのほか種々の態様を考えることができるが、例えば、図９に示すように、パイロット四方弁６０を低圧三方弁３０の本体３２の上側に配置したレイアウトとしてもよい。
【００５９】
ここで、図９の配置レイアウトにおいては、高圧高温の冷媒が接続部５４で曲がるようにして流れることからこの接続部５４で低圧三方弁３０側への熱伝達率が上昇するおそれがある。そこで、図１０に示すように、高圧三方弁１０の連通管５２に直管区間Ｔ（直管部）を設け、この直管区間Ｔに対して低圧三方弁３０の入口管３８を接続する。こうすることで、高圧高温の冷媒の流れは接続部５４で曲がらなくなり、この接続部５４の熱伝達率の上昇を抑制することができる。
【００６０】
また、上記の実施の形態において、高圧三方弁と低圧三方弁は接続部５４、５６を介して接続されるので、ここを支点として各本体が揺動しやすい構造といえる。特に、本体上部にパイロット四方弁６０が配置されるレイアウトの場合には、パイロット四方弁６０の電磁コイルの重量が影響して振動が大きくなるおそれがある。そこで、図１１に示すように、本体どうしが近接した部分に断熱性の防振ゴムなどからなる防振部材９０を挟んで、本体間を樹脂バンドなどの断熱性の固定部材９４で巻回固定する。こうすることで、この振動を抑制することが可能となる。この場合、防振部材９０を空気層９２を封入した防振ゴムで構成すれば、本体にべた付けする場合に比べて本体間の伝熱が防げる。
【００６１】
以上説明したように、本発明に係る四方弁によれば、両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される低圧三方弁とを備え、前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通し、前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置したので、熱損失の低減を図れると同時に、低コストで搭載スペースの小型化が図れる。
【００６２】
また、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、上記の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するので、熱損失の低減を図れると同時に、四方弁の占有スペースが小さい低コストのヒートポンプ装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明に係る四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置は、冷凍サイクルの内部熱損失を低減するのに有用であり、特に、低コストで搭載スペースの小型化を図るのに適している。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 高圧三方弁
１２，３２ 本体
１４ 高圧入口
１６，１８ 出口
２０，４０ 弁座
２２ａ，２２ｂ，４２ａ，４２ｂ ピストン
２４，４４ 連結板
２６，４６ スライド弁
３０ 低圧三方弁
３４ 低圧出口
３６，３８ 入口
５０，５２ 連通管
５４，５６ 接続部
６０ パイロット弁（電磁弁）
６２，６４，６６，６８，７０，７２ キャピラリ
７８ａ 高圧連通口
７８ｂ 低圧連通口
７８ｃ，７８ｄ 連通口
８０ 圧縮機
８２ アキュムレータ
８４ 室外熱交換器（凝縮器）
８６ 膨張弁
８８ 室内熱交換器（蒸発器）
９０ 防振部材
９２ 空気層
９４ 固定部材
Ｒ１〜Ｒ３，Ｓ１〜Ｓ３ 作動室
１００ 四方弁
２００ ヒートポンプ装置
３００ 空気調和装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルに用いられる四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置等の冷凍サイクルに用いられる四方弁において、内部熱損失を低減することが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、図１２に示すように、複数の開閉弁１ａ（電磁弁）および逆止弁１ｂを用いて四方弁２を迂回する構成や、図１３に示すように、三方弁３を用いて低圧冷媒を四方弁２に流さないようにした構成が示されており、いずれも四方弁の内部熱損失を低減するようになっている。
【０００３】
しかし、図１２の構成では、複数の電磁弁１ａ、逆止弁１ｂを要するので装置が大型化するとともに故障率が高くなり、制御や配管系統が複雑化してコスト高になるという問題がある。さらに、能力の大きなシステムでは電磁弁が大型化し、コストと搭載性が一層悪化するおそれがある。また、図１３の構成では、三方弁３と四方弁２とを繋ぐ配管の配置構成や弁本体間の位置関係が省スペース性を考慮したものではないため、配管使用量の増加や占有スペースの増大を招くおそれがある。
【０００４】
特許文献２には、図１４に示すように、高圧三方弁４ａと低圧三方弁４ｂとで四方弁を構成し、内部熱損失を低減することが示されている。しかし、この構成では、高圧三方弁４ａと低圧三方弁４ｂとを繋ぐ配管の配置構成や弁本体間の位置関係が省スペース性を考慮したものではないため、配管使用量の増加や装置の大型化を招くおそれがある。
【０００５】
特許文献３には、図１５に示すように、２つの筒状のボディ５ａ中に低熱伝導性のプラグ５ｂとピストン５ｃとを配置して２つの三方切換弁からなる四方弁を構成し、内部熱損失を低減することが示されている。しかし、この構成では、構造が複雑でコスト高となるとともに、低圧冷媒の弁通過箇所（図１５のＡ部分）が細い円環状の流路となり圧損が大きくなる。この圧損低減のためには大型化が必要となるので、コストや搭載性が悪化するおそれがある。また、三方切換弁を接続するパイプ６ａ、三方切換弁を動作するための三方電磁弁６ｂ、チューブ６ｃの配置構成が省スペース性を考慮したものではないため、装置の大型化や配管接続の作業性の低下を招くおそれがある。さらに、高温の流体が流れるパイプからボディを介して低温の流体が流れるパイプに伝熱損失のおそれがある。
【０００６】
一方、一つの筐体内に５つの流路入口を設けて流路の切換えを行うようにした弁アセンブリが知られている（例えば、特許文献４参照）。しかし、この弁アセンブリは、筐体内に複数の流路が近接配置される複雑な構造であることから、内部熱損失の低減が難しいうえ製造コストがかかるという問題がある。
【０００７】
他方、筒状の本体内にピストンとドーム状のスライド弁が収納された四方弁が知られている（例えば、特許文献５〜７参照）。図１６に示すように、この四方弁の本体７ａの上側の側部には１つの入口配管７ｂが、下側の側部には３つの出口配管７ｃが設けられている。ピストン８ａは外部のパイロット弁８ｂ（電磁弁）による差圧により本体内部を筒軸方向に移動するようになっており、ピストン８ａに設けたドーム状のスライド弁８ｃが弁座８ｄ上を移動することで入口配管と出口配管の連通状態を切り換えるようになっている。
【０００８】
しかし、この構成では、高温高圧の冷媒が通過する部分と低温低圧の冷媒が通過する部分とが本体内に近接配置されることから、高温高圧の冷媒から低温低圧の冷媒へ熱が伝わり易く、内部熱損失が発生し易いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３４０７８６６号公報
【特許文献２】特開昭５８−４０４５７号公報
【特許文献３】特許第３９８７３５６号公報
【特許文献４】特開２０１０−２４２９６９号公報
【特許文献５】特許第３２９５７１０号公報
【特許文献６】特開平１１−２８７３５２号公報
【特許文献７】特許第４２９４６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱損失の低減を図れると同時に、低コストで搭載スペースの小型化が図れる簡素な四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置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】
【００１１】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る四方弁は、両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される低圧三方弁とを備え、前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通し、前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る四方弁は、上述した請求項１において、前記高圧三方弁の前記出口に接続する配管に直管部を設け、この直管部に対して前記低圧三方弁の前記入口に接続する配管を接続したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る四方弁は、上述した請求項２において、前記低圧三方弁の前記配管の径をＤＬとし、この配管の前記低圧三方弁の本体側接続端部から前記高圧三方弁の前記配管の接続部までの高さをＬとした場合において、２ＤＬ≦Ｌ≦２０ＤＬを満足するようにレイアウトしたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係る四方弁は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁の前記高圧入口の圧力と前記低圧三方弁の前記低圧出口の圧力との差圧により前記高圧三方弁のピストンを作動させるようにした電磁弁をさらに備え、この電磁弁の高圧連通口を前記高圧入口に接続し、低圧連通口を前記低圧出口に接続し、他の二つの連通口を前記高圧三方弁の本体内部の両端に接続するとともに、前記低圧三方弁の本体内部の両端を、それぞれ近い側の前記入口に接続したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係る四方弁は、上述した請求項４において、前記低圧三方弁の前記低圧出口が下側に向くようにその本体を配置して、前記電磁弁を前記低圧三方弁の本体の上側に配置したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項６に係る四方弁は、上述した請求項１〜５のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁と前記低圧三方弁とを防振部材を挟んで固定したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項７に係る四方弁は、上述した請求項１〜６のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁および前記低圧三方弁のピストンとスライド弁がそれぞれ同一形状の部材により構成され、筒状の本体と弁座とがそれぞれ前記高圧入口、前記出口、前記入口および前記低圧出口の有無の点で相違する類似形状の部材により構成されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項８に係る四方弁は、上述した請求項１〜７のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の中心間寸法と、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の中心間寸法とを同一寸法に構成したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項９に係る四方弁は、上述した請求項１〜８のいずれか一つにおいて、前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の径を、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の径よりも小径に構成したことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項１０に係るヒートポンプ装置は、上述した請求項１〜９のいずれか一つに記載の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る四方弁によれば、両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される低圧三方弁とを備え、前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通し、前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置したので、熱損失の低減を図れると同時に、低コストで搭載スペースの小型化が図れるという効果を奏する。
【００２２】
また、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、上記の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するので、熱損失の低減を図れると同時に、四方弁の占有スペースが小さい低コストのヒートポンプ装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係る四方弁の実施例を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係るヒートポンプ装置および空気調和装置の冷房時の実施例を示す図である。
【図３】図３は、本発明に係るヒートポンプ装置および空気調和装置の暖房時の実施例を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係る四方弁の実施例を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明に係る四方弁の三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】図６は、相対熱損失とＬ／ＤＬの関係図（通常条件）である。
【図７】図７は、相対熱損失とＬ／ＤＬの関係図（寒冷地条件）である。
【図８】図８は、本発明に係る四方弁のレイアウト例を示す側面図である。
【図９】図９は、本発明に係る四方弁のレイアウト例を示す側面図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る四方弁のレイアウト例を示す側面図である。
【図１１】図１１は、防振部材を設けた場合の四方弁の三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図１２】図１２は、従来の空気調和装置を例示する回路図である。
【図１３】図１３は、従来の空気調和装置を例示する回路図である。
【図１４】図１４は、従来のヒートポンプ装置を例示する回路図である。
【図１５】図１５は、従来の四方弁を例示する断面図である。
【図１６】図１６は、従来の四方弁を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置（空気調和装置を含む）の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
［四方弁］
まず、本発明に係る四方弁について説明する。
図１に示すように、本発明に係る四方弁１００は、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０とを備える。
【００２６】
高圧三方弁１０は、両端が閉じられ、側部に高圧入口管１４（高圧入口）を有する筒状の本体１２からなる。この本体内側の側部には、筒軸方向の２箇所に出口管１６、１８（出口）を有する弁座２０が設けてあり、この弁座２０上を筒軸方向に移動するピストン２２ａ、２２ｂと、ドーム状のスライド弁２６が配置してある。
【００２７】
ピストン２２ａ、２２ｂは連結板２４で連結されている。また、スライド弁２６は連結板２４に設けた図示しない孔に固定され、ピストンおよび連結板とともに筒軸方向に移動して高圧入口管１４と出口管１６、１８の連通状態を切り換えるようになっている。
【００２８】
低圧三方弁３０は、両端が閉じられた筒状の本体３２からなる。この本体内側の側部には、筒軸方向の２箇所に入口管３６、３８（入口）を有するとともに、これら入口管３６、３８の間に低圧出口管３４（低圧出口）を有する弁座４０が設けてあり、この弁座４０上を筒軸方向に移動するピストン４２ａ、４２ｂと、ドーム状のスライド弁４６が配置してある。
【００２９】
ピストン４２ａ、４２ｂは連結板４４で連結されている。また、スライド弁４６は連結板４４に設けた図示しない孔に固定され、ピストンおよび連結板とともに筒軸方向に移動して低圧出口管３４と入口管３６、３８の連通状態を切り換えるようになっている。このように、低圧三方弁３０の本体内部は高圧三方弁１０の本体内部の構造と同様な構造となっている。
【００３０】
また、高圧三方弁１０の出口管１６と低圧三方弁３０の入口管３６は連通管５０を介して連通してあり、高圧三方弁１０の出口管１８と低圧三方弁３０の入口管３８は連通管５２を介して連通してある。なお、図１の例では、図示しない室内熱交換器（蒸発器）出口側からの低圧低温の冷媒が入口管３６から本体３２の内部に入って、ドーム状のスライド弁４６で流向が転換されて低圧出口管３４から圧縮機の吸入口側（不図示）に出る一方、高圧三方弁１０からの高圧高温の冷媒が連通管５２、入口管３８を経由して図示しない室外熱交換器（凝縮器）入口側へ出る場合が示してある。
【００３１】
このように、本発明の四方弁１００は、高圧三方弁１０および低圧三方弁３０の本体内部が同様の構造であることから、ピストン２２ａ、２２ｂ、４２ａ、４２ｂとスライド弁２６、４６はそれぞれ同一形状の部材により構成することができ、部材の共通化が可能である。さらに、筒状の本体１２、３２と弁座２０、４０も類似形状の部材であり、それぞれ高圧入口管１４と低圧出口管３４を接続するための孔の有無の点で相違するだけである。このため、上記の特許文献５等の従来の四方弁の構成部品に小改造を施した部品を流用して構成することができる。したがって、本発明の四方弁は、従来品を流用可能な簡素な構成であることから、新たな製造ラインを増設することなく容易に製作でき、製造コストの抑制を図ることができる。
【００３２】
また、本発明に係る四方弁１００は、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の外部に設けたパイロット四方弁６０（電磁弁）を備えている。このパイロット四方弁６０は、高圧入口管１４の圧力と低圧出口管３４の圧力との差圧により高圧三方弁１０のピストン２２ａ、２２ｂを作動させるためのものであり、流路切換部６０ａと電磁コイル６０ｂとからなる。流路切換部６０ａは高圧連通口７８ａと低圧連通口７８ｂと連通口７８ｃ、７８ｄを有する。
【００３３】
高圧連通口７８ａはキャピラリ６２を介して高圧入口管１４（さらに本体内部の作動室Ｒ２）に接続し、低圧連通口７８ｂはキャピラリ６４を介して低圧出口管３４に接続し、他の二つの連通口７８ｃ、７８ｄはキャピラリ６６、６８を介して高圧三方弁１０の本体内部の両端のピストンに仕切られた作動室Ｒ１、Ｒ３にそれぞれ接続してある。また、低圧三方弁３０の本体内部の両端のピストンに仕切られた作動室Ｓ１、Ｓ３は、それぞれ近い側の入口管３６、３８にキャピラリ７０、７２を介してそれぞれ接続してある。
【００３４】
この四方弁１００の構成において、低圧三方弁３０のスライド弁４６を切り換える場合には、パイロット四方弁６０からキャピラリ６６、６８を通じて作動室Ｒ１、Ｒ３に高圧と低圧を送り込むことで高圧三方弁１０のピストン２２ａ、２２ｂを作動させ、スライド弁２６を動かして高圧三方弁１０の連通状態を切り換える。そうすると、この差圧の変化が低圧三方弁３０のピストン４２ａ、４２ｂに伝わってスライド弁４６が移動し、低圧三方弁３０の連通状態が切り換わる。
【００３５】
より具体的には、高圧三方弁１０の本体内部の高圧の冷媒が出口管１８と連通管５２を通じて低圧三方弁３０の入口管３８に導かれると、低圧三方弁３０の本体内部の作動室Ｓ２はこの高圧の冷媒で充満する。作動室Ｓ２は作動室Ｓ３とキャピラリ７２で連通しているので、ピストン４２ｂの右側に高圧の冷媒が入り、この高圧の冷媒でピストン４２ｂが左方向に動く。このように、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０のスライド弁２６、４６は一個の電磁弁で作動でき、電磁弁の数が少なくて済むのでコスト低減を図ることができる。
【００３６】
なお、パイロット四方弁の代わりにパイロット三方弁を用いてもスライド弁２６、４６を作動させることができる。この場合には、高圧入口管１４へのキャピラリ６２による連通接続を行わないようにする。
【００３７】
また、この四方弁１００の構成においては、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の内部はそれぞれ高圧と低圧の冷媒が介在した状態となっている。より具体的には、高圧三方弁１０の本体内部は、高圧入口管１４から出口管１８にかけて高圧の冷媒が流れており、出口管１６内および弁座２０とスライド弁２６とに囲まれた領域には連通管５０から導かれた低圧の冷媒が静止している。
【００３８】
一方、低圧三方弁３０の本体内部はこれとは逆に、入口管３６と低圧出口管３４とを低圧の冷媒が流れており、作動室Ｓ２内と入口管３８内に連通管５２から導かれた高圧の冷媒が静止している。このように、高圧または低圧の冷媒の片方が各本体内部で静止していることから、熱が伝わりにくくなり、内部熱損失を低減することができる。
【００３９】
上記の実施の形態において、高圧三方弁１０の２箇所の出口管１６、１８の中心間寸法と、低圧三方弁３０の２箇所の入口管３６、３８の中心間寸法とを同一寸法に構成すれば、連通管５０、５２の接続が容易となり、組み立て作業性が向上する。
【００４０】
また、高圧三方弁１０の高圧入口管１４および出口管１６、１８を同一径および肉厚の配管で構成してもよい。このようにすれば、部材の共通化を図ることができ、製作コストをさらに抑制することができる。低圧三方弁３０についても同様に、低圧出口管３４および入口管３６、３８を同一径および肉厚の配管で構成することで製作コストを抑制することができる。
【００４１】
このように、本発明の四方弁によれば、各三方弁内の高低圧の片方が静止冷媒となることで、熱交換による損失を低減でき、冷暖房効率を向上することができる。また、従来の四方弁部品を大幅に流用して組み立て可能な簡素な構成であることから、新たな製造ラインを増設することなく、低コストで製造することができる。また、一個の電磁弁で切換動作が可能であることから、コスト低減を図ることができる。さらに、配管系の簡素化、電磁コイル数の削減により、能力の大きなシステムでもコストアップを抑制でき、搭載スペースの小型化を図ることができる。
【００４２】
［ヒートポンプ装置および空気調和装置］
次に、本発明に係るヒートポンプ装置およびヒートポンプ装置に属する空気調和装置について図２および図３を参照しながら説明する。
【００４３】
（冷房時）
図２に示すように、本発明のヒートポンプ装置２００および空気調和装置３００は、四方弁１００を介して圧縮機８０、アキュムレータ８２、室外熱交換器８４（凝縮器）、膨張弁８６、室内熱交換器８８（蒸発器）を配管で接続した冷凍サイクルを有している。
【００４４】
冷房時においては、図２に示すように、パイロット四方弁６０でキャピラリ６２、６８を連通させるとともに、キャピラリ６４、６６を連通させることでピストンを作動し、双方のスライド弁２６、４６を図中左側に移動させた状態となっている。
【００４５】
この冷房時の回路構成において、圧縮機８０の吐出口から出た高圧の冷媒は、四方弁１００の高圧入口管１４と出口管１８と入口管３８を通って室外熱交換器８４に入る。そして、膨張弁８６を介して室内熱交換器８８から出る低圧の冷媒は、入口管３６から低圧三方弁３０の本体内部を通過し、低圧出口管３４から出てアキュムレータ８２を介して圧縮機８０の吸入口に入る。この場合、高圧三方弁１０の出口管１６には低圧の静止冷媒が介在し、低圧三方弁３０の本体内部の作動室Ｓ２には高圧の静止冷媒が介在した状態となる。
【００４６】
（暖房時）
また、暖房時においては、図３に示すように、パイロット四方弁６０でキャピラリ６２、６６を連通させるとともに、キャピラリ６４、６８を連通させることでピストンを作動し、双方のスライド弁２６、４６を図中右側に移動させた状態となっている。
【００４７】
この暖房時の回路構成において、圧縮機８０の吐出口から出た高圧の冷媒は、四方弁１００の高圧入口管１４と出口管１６と入口管３６を通って室内熱交換器８８に入る。そして、膨張弁８６を介して室外熱交換器８４から出る低圧の冷媒は、入口管３８から低圧三方弁３０の本体内部を通過し、低圧出口管３４から出てアキュムレータ８２を介して圧縮機８０の吸入口に入る。この場合、高圧三方弁１０の出口管１８には低圧の静止冷媒が介在し、低圧三方弁３０の本体内部の作動室Ｓ２には高圧の静止冷媒が介在した状態となる。
【００４８】
このため、本発明のヒートポンプ装置２００および空気調和装置３００によれば、四方弁１００によって内部熱損失の低減を図ることができる。
【００４９】
［四方弁の配置レイアウト］
ところで、本発明の四方弁１００は、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の本体１２、３２の筒軸方向を互いに略平行にし、その両端を略面一に揃えて近接配置したレイアウトとすることができる。
【００５０】
例えば、図４および図５に示すように、高圧三方弁１０と低圧三方弁３０の本体１２、３２どうしを前後に並べて近接配置し、高圧三方弁１０の下側に延びる出口管１６、１８に連通した連通管５０、５２を、低圧三方弁３０の下側に延びる入口管３６、３８側に曲げて接続部５４、５６で繋げた配置レイアウトとしてもよい。この場合、互いの位置が上下に多少ずれた配置としても構わない。こうすることで、四方弁をコンパクトかつ断熱上有利な形態とすることができる。このため、上述したように内部熱損失の低減を図れると同時に、ヒートポンプ装置２００や空気調和装置３００などに対する搭載スペースの小型化（省スペース化）が図れる。また、配管使用量を抑制することもできる。
【００５１】
こうした配置レイアウトにおいては、本体どうしを連結する連通管５２等の長さが短いほど小型化（省スペース化）が図られる半面、低熱損失化を図ることが難しくなるので、熱損失低減効果を高めることが可能な最適な寸法が実際には要求される。そこで、図５に示すように、低圧三方弁の連通管直管の径をＤＬとし、連通管直管に対する高圧三方弁の連通管配管の接続部から連通管直管の本体側接続端部までの高さをＬとした場合において、四方弁の高圧の流れから低圧の流れの配管を通じた相対的な熱損失と、Ｌ／ＤＬとの関係を試算すると、図６の曲線図が得られる。図６の下側にはこの試算条件が記載してある。
【００５２】
この図６に示すように、相対熱損失はＬを長くしていくと低下するが、ある長さからほとんど変化しなくなることが判る。この場合、例えば、２ＤＬ≦Ｌ≦２０ＤＬの区間Ｒを上記の省スペース化と低熱損失とを両立可能な範囲と考えることができ、上記の寸法を２ＤＬ≦Ｌ≦２０ＤＬを満足するように設定すれば最適と考えられる。つまり、高さＬを低圧三方弁の入口管３８等の径ＤＬの２〜２０倍の範囲内とすればよい。なお、接続部のろう付け接合の作業性を考慮すれば、３〜５ＤＬ≦Ｌ程度とすることがより望ましい。
【００５３】
なお、四方弁の熱損失は外気温が低いほど大きくなる。図７は、外気−２０℃相当の相対熱損失とＬ／ＤＬの関係（寒冷地条件）を例示したものであるが、この図７に示すように、寒冷地（外気−２０℃）において外気−７℃のＬ／ＤＬ＝２０の場合と同等の相対熱損失とするためには、Ｌ／ＤＬ＝３０程度が必要であることが判る。したがって、寒冷地で本発明の四方弁を用いる場合のＬ／ＤＬについては、こうした特性に留意して設定する必要がある。
【００５４】
上記の実施の形態において、高圧三方弁の出口管１８等の径ＤＨを、低圧三方弁の入口管３８等の径ＤＬよりも小径に構成すれば、さらに小型化を図ることができるとともに、高圧高温側の出口管１８の伝熱面積が減るので、熱損失をより低減させることができる。
【００５５】
また、この径ＤＨを小さくすることと併せて、密度の高い冷媒のみが流れる高圧三方弁１０を低圧三方弁３０よりも小型化することによって、外気への放熱損失分を低減して熱損失の低減効果を高めつつ、小型化によるコスト低減が可能である。これは、特に寒冷地で使用するヒートポンプ装置に有効であり、四方弁の大きな放熱ロスを低減するために断熱材で四方弁全体を覆わなくて済むので、よりコスト低減につながる。また、これは能力の大きなシステムにおいても特に有効であり、低圧三方弁の低圧の圧力損失を下げるために配管径を大きく設定する場合に、高圧三方弁は必要以上に大きくしないようにするのが望ましい。
【００５６】
なお、この径ＤＨを小さくし過ぎると流速増加によって圧損が増加し、熱伝達率が上昇して熱損失が増大するおそれがあるので、ヒートポンプ装置への搭載スペース、使用する冷媒の圧力損失特性、ヒートポンプ装置を使用する気候条件（温暖地域、寒冷地域等）に応じて適切に設定することが望ましく、例えば、Ｒ４１０ＡやＨＦＯ系冷媒を使用する場合においては、０．３〜０．５ＤＬ以上とすることが望ましい。
【００５７】
また、上記の実施の形態において、本発明の四方弁１００の配置レイアウトとしては図４および図５に示したレイアウトのほか種々な態様を考えることができるが、例えば、図８に示すように、本体どうしを上下に配置したレイアウトとしてもよいし、図９に示すように、本体どうしを前後に配置したレイアウトとしてもよい。
【００５８】
また、パイロット四方弁６０の配置についても、図５に示すように高圧三方弁１０の側面側に配置したレイアウトのほか種々の態様を考えることができるが、例えば、図９に示すように、パイロット四方弁６０を低圧三方弁３０の本体３２の上側に配置したレイアウトとしてもよい。
【００５９】
ここで、図９の配置レイアウトにおいては、高圧高温の冷媒が接続部５４で曲がるようにして流れることからこの接続部５４で低圧三方弁３０側への熱伝達率が上昇するおそれがある。そこで、図１０に示すように、高圧三方弁１０の連通管５２に直管区間Ｔ（直管部）を設け、この直管区間Ｔに対して低圧三方弁３０の入口管３８を接続する。こうすることで、高圧高温の冷媒の流れは接続部５４で曲がらなくなり、この接続部５４の熱伝達率の上昇を抑制することができる。
【００６０】
また、上記の実施の形態において、高圧三方弁と低圧三方弁は接続部５４、５６を介して接続されるので、ここを支点として各本体が揺動しやすい構造といえる。特に、本体上部にパイロット四方弁６０が配置されるレイアウトの場合には、パイロット四方弁６０の電磁コイルの重量が影響して振動が大きくなるおそれがある。そこで、図１１に示すように、本体どうしが近接した部分に断熱性の防振ゴムなどからなる防振部材９０を挟んで、本体間を樹脂バンドなどの断熱性の固定部材９４で巻回固定する。こうすることで、この振動を抑制することが可能となる。この場合、防振部材９０を空気層９２を封入した防振ゴムで構成すれば、本体にべた付けする場合に比べて本体間の伝熱が防げる。
【００６１】
以上説明したように、本発明に係る四方弁によれば、両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される低圧三方弁とを備え、前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通し、前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置したので、熱損失の低減を図れると同時に、低コストで搭載スペースの小型化が図れる。
【００６２】
また、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、上記の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するので、熱損失の低減を図れると同時に、四方弁の占有スペースが小さい低コストのヒートポンプ装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明に係る四方弁とそれを備えたヒートポンプ装置は、冷凍サイクルの内部熱損失を低減するのに有用であり、特に、低コストで搭載スペースの小型化を図るのに適している。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 高圧三方弁
１２，３２ 本体
１４ 高圧入口
１６，１８ 出口
２０，４０ 弁座
２２ａ，２２ｂ，４２ａ，４２ｂ ピストン
２４，４４ 連結板
２６，４６ スライド弁
３０ 低圧三方弁
３４ 低圧出口
３６，３８ 入口
５０，５２ 連通管
５４，５６ 接続部
６０ パイロット弁（電磁弁）
６２，６４，６６，６８，７０，７２ キャピラリ
７８ａ 高圧連通口
７８ｂ 低圧連通口
７８ｃ，７８ｄ 連通口
８０ 圧縮機
８２ アキュムレータ
８４ 室外熱交換器（凝縮器）
８６ 膨張弁
８８ 室内熱交換器（蒸発器）
９０ 防振部材
９２ 空気層
９４ 固定部材
Ｒ１〜Ｒ３，Ｓ１〜Ｓ３ 作動室
１００ 四方弁
２００ ヒートポンプ装置
３００ 空気調和装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、
両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される低圧三方弁とを備え、
前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通し、
前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置したことを特徴とする四方弁。
【請求項２】
前記高圧三方弁の前記出口に接続する配管に直管部を設け、この直管部に対して前記低圧三方弁の前記入口に接続する配管を接続したことを特徴とする請求項１に記載の四方弁。
【請求項３】
前記低圧三方弁の前記配管の径をＤＬとし、この配管の前記低圧三方弁の本体側接続端部から前記高圧三方弁の前記配管の接続部までの高さをＬとした場合において、２ＤＬ≦Ｌ≦２０ＤＬを満足するようにレイアウトしたことを特徴とする請求項２に記載の四方弁。
【請求項４】
前記高圧三方弁の前記高圧入口の圧力と前記低圧三方弁の前記低圧出口の圧力との差圧により前記高圧三方弁のピストンを作動させるようにした電磁弁をさらに備え、
この電磁弁の高圧連通口を前記高圧入口に接続し、低圧連通口を前記低圧出口に接続し、他の二つの連通口を前記高圧三方弁の本体内部の両端に接続するとともに、
前記低圧三方弁の本体内部の両端を、それぞれ近い側の前記入口に接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項５】
前記低圧三方弁の前記低圧出口が下側に向くようにその本体を配置して、前記電磁弁を前記低圧三方弁の本体の上側に配置したことを特徴とする請求項４に記載の四方弁。
【請求項６】
前記高圧三方弁と前記低圧三方弁とを防振部材を挟んで固定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項７】
前記高圧三方弁および前記低圧三方弁のピストンとスライド弁がそれぞれ同一形状の部材により構成され、筒状の本体と弁座とがそれぞれ前記高圧入口、前記出口、前記入口および前記低圧出口の有無の点で相違する類似形状の部材により構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項８】
前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の中心間寸法と、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の中心間寸法とを同一寸法に構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項９】
前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の径を、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の径よりも小径に構成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項１】
両端が閉じられ、側部に高圧入口を有する筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記高圧入口と前記出口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される高圧三方弁と、
両端が閉じられた筒状の本体と、本体内側の側部に設けられ、筒軸方向の２箇所に入口を有するとともに、これら入口の間に低圧出口を有する弁座と、この弁座上を筒軸方向に移動するピストンと、このピストンとともに移動して、前記低圧出口と前記入口との連通状態を切り換えるスライド弁とから構成される低圧三方弁とを備え、
前記高圧三方弁の一方の前記出口と、前記低圧三方弁の一方の前記入口とを連通するとともに、前記高圧三方弁の他方の前記出口と、前記低圧三方弁の他方の前記入口とを連通し、
前記高圧三方弁と前記低圧三方弁の本体の筒軸方向を互いに略平行にし、両端を略面一に揃えて近接配置したことを特徴とする四方弁。
【請求項２】
前記高圧三方弁の前記出口に接続する配管に直管部を設け、この直管部に対して前記低圧三方弁の前記入口に接続する配管を接続したことを特徴とする請求項１に記載の四方弁。
【請求項３】
前記低圧三方弁の前記配管の径をＤＬとし、この配管の前記低圧三方弁の本体側接続端部から前記高圧三方弁の前記配管の接続部までの高さをＬとした場合において、２ＤＬ≦Ｌ≦２０ＤＬを満足するようにレイアウトしたことを特徴とする請求項２に記載の四方弁。
【請求項４】
前記高圧三方弁の前記高圧入口の圧力と前記低圧三方弁の前記低圧出口の圧力との差圧により前記高圧三方弁のピストンを作動させるようにした電磁弁をさらに備え、
この電磁弁の高圧連通口を前記高圧入口に接続し、低圧連通口を前記低圧出口に接続し、他の二つの連通口を前記高圧三方弁の本体内部の両端に接続するとともに、
前記低圧三方弁の本体内部の両端を、それぞれ近い側の前記入口に接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項５】
前記低圧三方弁の前記低圧出口が下側に向くようにその本体を配置して、前記電磁弁を前記低圧三方弁の本体の上側に配置したことを特徴とする請求項４に記載の四方弁。
【請求項６】
前記高圧三方弁と前記低圧三方弁とを防振部材を挟んで固定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項７】
前記高圧三方弁および前記低圧三方弁のピストンとスライド弁がそれぞれ同一形状の部材により構成され、筒状の本体と弁座とがそれぞれ前記高圧入口、前記出口、前記入口および前記低圧出口の有無の点で相違する類似形状の部材により構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項８】
前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の中心間寸法と、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の中心間寸法とを同一寸法に構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項９】
前記高圧三方弁の２箇所の前記出口に接続した２本の配管の径を、前記低圧三方弁の２箇所の前記入口に接続した２本の配管の径よりも小径に構成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の四方弁。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の四方弁を備え、この四方弁を介して圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有することを特徴とするヒートポンプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２０２５８８（Ｐ２０１２−２０２５８８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６７３５（Ｐ２０１１−６６７３５）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
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