JP6069921B2

JP6069921B2 - 四方弁

Info

Publication number: JP6069921B2
Application number: JP2012157555A
Authority: JP
Inventors: 祐二土屋
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: JP2014020412A

Description

本発明は、例えば、空調装置に用いられるもので、冷媒が流れる流路の接続を切り替える四方弁に関する。

従来から、例えば、空気調和装置等において、冷房運転と暖房運転を切り替えるべく冷媒が流れる流路を切り替えるために四方弁が用いられている。

特許文献１は、構造が簡単で高温冷媒と低温冷媒が近接して流れても、両者間で熱漏洩による熱損失の発生を抑制し、冷暖房能力を向上させる技術を開示している。

特開２０１０−１５９８８２号公報

しかし、例えば、特許文献１が示す四方弁は、本体がシリンダ形状をもっているため、四方弁内部に形成される冷媒流路は必ずしも直線的な形状ではなく、シリンダ形状の内部構造に沿って冷媒が迂回する流路が形成される。このため、冷媒が四方弁内部で滞留してしまい、その結果、熱損失が増加する場合がある。
本発明は、冷媒の流れの滞留をなくし熱損失の発生を抑制できる四方弁を提供することを目的とする。

課題を解決するための請求項１記載の発明は、上側に第１流路が接続され、下側に第２流路と第３流路と第４流路とが接続され、流体が流れる流路を切り替える四方弁であって、前記四方弁は筒状容器の両端を密閉した形状であり下側に前記第２流路と前記第３流路と前記第４流路とが接続されたシリンダ部と、前記シリンダ部の上側に設けられ前記第１流路が接続されるとともに前記シリンダ部連通し、その内部がシリンダ内部と接続する接続部とからなる筐体を備え、前記接続部は、内部が前記第１流路側から前記シリンダ部側に向かって前記シリンダ部の長手方向に広がる形状を有しており、前記筐体の内部を移動するように設けられ、前記第１流路から流入する高温の流体を前記第２流路に流出させるときに前記第４流路から流入する低温の流体を前記第３流路に流出させ、前記第１流路から流入する高温の流体を前記第４流路に流出させるときに前記第２流路から流入する低温の流体を前記第３流路に流出させるように流路を切り替える弁体とを備え、前記弁体は、前記シリンダ部から前記接続部にまたがって配置され、前記弁体の壁面と前記接続部の内壁面とが当接し、前記接続部内に形成流路を形成することを特徴とした四方弁である。

請求項２記載の発明は、前記形成流路を形成する前記接続部の内壁面と前記弁体の壁面の少なくともいずれか一方に弾性部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の四方弁である。

四方弁内に形成される形成流路を、冷媒が迂回することのない直線的な流路として形成する。これにより、冷媒は迂回することなく流れるため、冷媒の流れの滞留をなくし熱損失の発生を抑制できる四方弁を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る四方弁の外見を示す外形図。同じく一実施形態に係る四方弁の冷房運転時の動作の一例を示す断面図。同じく一実施形態に係る四方弁の暖房運転時の動作の一例を示す断面図。同じく一実施形態に係る四方弁を含む空気調和装置の冷房運転時の動作の一例を示す断面図。同じく一実施形態に係る四方弁を含む空気調和装置の暖房運転時の動作の一例を示す断面図。同じく四方弁の他の実施形態の一例を示す断面図。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る四方弁の外観を示す外形図、図２は、同じく一実施形態に係る四方弁の冷房運転時の動作の一例を示す断面図、図３は、同じく一実施形態に係る四方弁の暖房運転時の動作の一例を示す断面図である。

本発明の一実施の形態に係る四方弁Ａは、図１の外形図に示すように、一例として筒状容器の両端を密閉した形状であるシリンダ部１６と、この上部に設けられシリンダ部１６と連通する接続部１７からなる筐体１１を有している。接続部１７は頂点側に第１流路１２が接続され、シリンダ部１６は底面側に第２流路１３、第３流路１４、第４流路１５が接続されている。また、接続部１７は、内部が第１流路１２側からシリンダ部１６側に向かってシリンダ部１６の長手方向に広がる形状を有している。

また、四方弁Ａは、図２の冷房運転時の動作の一例を示す断面図、図３の暖房運転時の動作の一例を示す断面図に示すように、筐体１１内を移動することで流路を切り替える弁体２２を有している。また、弁体２２は、一例として断熱性の材料とすることにより、第２流路１３、第３流路１４、第４流路１５側に設けた流路２３と第１形成流路Ｒ１との間の熱移動が効果的に防止され、熱損失を抑制することができるため、効率のよい冷房運転（暖房運転）が可能となる。弁体２２は、例えば冷房運転時は、図２に示すように図面の左方向に弁体２２の壁面２４と接続部１７の内壁面１８とが当接するまでスライドする。これにより、接続部１７内に第１形成流路Ｒ１が形成され、第１流路１２と第４流路１５を接続して低温の流体を流出させる。このとき、弁体２２は、流路２３を介して第２流路１３と第３流路１４を接続する。また、弁体２２は、例えば暖房運転時は、図３に示すように図面の右方向に弁体２２の壁面２４と接続部１７の内壁面１８とが当接するまでスライドする。これにより、接続部１７内に第２形成流路Ｒ２が形成され、第１流路１２と第２流路１３を接続して高温の流体を流出させる。このとき、弁体２２は、流路２３を介して第３流路１４と第４流路１５を接続する。

また、弁体２２は、シリンダ部１６から接続部１７にまたがって配置され、弁体２２が、筐体１１の内部を移動する際に弁体２２の壁面２４と接続部１７の内壁面１８とが当接し、接続部１７内に形成流路Ｒ１，Ｒ２を形成する。弁体２２はシリンダ部１６内の長手方向両側に後述するピストン３６、３７が取り付けられている。形成流路Ｒ１が形成されたとき、シリンダ部１６内では弁体２２とピストン３６との間で形成流路Ｒ３が形成され、また、形成流路Ｒ２が形成されたとき、シリンダ部１６内では弁体２２とピストン３７との間で形成流路Ｒ４が形成される。

次に、本発明の一実施形態である四方弁を空気調和装置に適用した場合の構成および動作について、図４および図５を用いて詳細に説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る四方弁Ａを含む空気調和装置の冷房運転時の動作の一例を示す断面図、図５は、同じく一実施形態に係る四方弁Ａを含む空気調和装置の暖房運転時の動作の一例を示す断面図である。

図４および図５の空気調和装置において、空気調和装置は、一端が第１流路１２に、他端が第３流路１４に接続され、第３流路１４から吸入したガス冷媒を圧縮し、高温高圧となったガス冷媒を第１流路１２へ吐出する圧縮機４２と、第１流路１２を介して圧縮機４２の吐出側に接続し、第２流路１３を介して室内熱交換器４５に接続し、第３流路１４を介して圧縮機４２の吸入側に接続し、第４流路１５を介して室外熱交換器４３に接続し、各流路の接続を切り替える四方弁Ａと、一端が第２流路１３に、他端が冷媒配管を介して膨張手段４４に接続され、冷房運転時は蒸発器として機能し、暖房運転時は凝縮器として機能する室内熱交換器４５と、一端が冷媒配管を介して室内熱交換器４５に、他端が冷媒配管を介して室外熱交換器４３に接続され、冷媒を減圧する膨張手段４４と、一端が冷媒配管を介して膨張手段４４に、他端が第４流路１５に接続され、冷房運転時は凝縮器として機能し、暖房運転時は蒸発器として機能する室外熱交換器４３とを有している。

さらに、空気調和装置は、電磁弁４１と第２流路、四方弁Ａおよび第３流路１４との間が、配管３１、３２、３３、３４により接続されている。詳しくは、電磁弁４１は、配管３１を介して第１流路１２と、配管３２を介してシリンダ部１６の長手方向の一端（シリンダ空間３５側）と、配管３３を介してシリンダ部１６の長手方向の他端（シリンダ空間３８側）と、配管３４を介して第３流路１４と接続する電磁弁４１を有しており、オン／オフ制御により配管３１，３２，３３，３４の接続を切り替える。詳しくは、電磁弁４１がオフ制御のとき、配管３１と配管３２とが接続され、配管３３と配管３４とが接続される。また、電磁弁４１がオン制御の時、配管３１と配管３３とが接続され、配管３２と配管３４とが接続される。

このような構成をもつ空気調和装置において、以下に、冷房運転時の動作を図４を用いて説明する。図４に示される空気調和装置において、冷房運転時は、電磁弁４１はオフであり、この結果、冷媒は、第１流路１２から配管３１の中を電磁弁４１に向かって流れ、電磁弁４１から配管３２の中をシリンダ空間３５に向かって流れ、四方弁Ａ内のピストン３６を左に押すことで弁体２２を左に押して図４に示す位置に固定する。この時、図４に示す通り、対向する弁体２２の壁面２４と接続部１７の内壁面１８とは隙間なく当接している。この時の冷凍サイクルの冷媒の流れを以下に説明する。

圧縮機４２から吐出された高圧高温のガス冷媒は、第１流路１２を介して四方弁Ａに流入する。四方弁Ａから第４流路１５を介して室外熱交換器４３に流入した高温高圧のガス冷媒は外気と熱交換を行って凝縮し、高圧の液冷媒となる。室外熱交換器４３から冷媒配管を介して膨張手段４４に流入した高圧の液冷媒は膨張手段４４により減圧され低圧低温の気液二相状態の冷媒となる。膨張手段４４から冷媒配管を介して室内熱交換器４５に流入した低圧低温の気液二相状態の冷媒は、室内空気と熱交換を行って蒸発し低温低圧のガス冷媒となる。この低温低圧のガス冷媒は室内熱交換器４５から第２流路１３を介して四方弁Ａに流入し、四方弁Ａから第３流路１４を介して圧縮機４２に吸入され、再び圧縮される。

ここで注目すべきは、対向する弁体２２の壁面２４と接続部１７の内壁面１８とは隙間なく当接しているため、第１流路１２から流入する冷媒がピストン３７側に流入することはないということである。よって、四方弁Ａの筐体１１と四方弁Ａの内部に設けられた弁体２２とにより形成される第１形成流路Ｒ１は直線状となり、筐体１１内を流体が迂回する領域をもたない形状となる。このことから、上述した特許文献１が示すように、シリンダ形状の四方弁の中に形成された形成流路のように、冷媒がシリンダ内に充満し、冷媒が迂回することで、四方弁Ａ内で冷媒が滞留を起こし熱損失を発生させるという不具合を回避することが可能となる。

またさらに、図４に示すとおり、第１形成流路Ｒ１を形成する接続部１７の内壁面１８と、弁体２２の壁面２４とは略平行となるように形成されている。これにより、第１形成流路Ｒ１は、第１流路１２と第４流路１５を略最短で接続するための筒形状の形成流路であり、筐体内を流体が迂回する領域をもたない形状となるものである。

次に、暖房運転時の動作を図５を用いて説明する。図５に示される空気調和装置において、構成は図４と変わることがないが、冷媒の流れは冷房運転の際と逆転することになる。

すなわち、暖房運転時は、電磁弁４１はオンであり、この結果、冷媒は、第１流路１２から配管３１の中を電磁弁４１に向かって流れ、電磁弁４１から配管３３の中をシリンダ空間３８に向かって流れ、四方弁Ａ内のピストン３７を右に押すことで弁体２２を右に押して図５に示す位置に固定する。この時、図４に示す通り、対向する弁体２２の壁面２４と接続部１７の内壁面１８とは隙間なく当接している。この時の冷凍サイクルの冷媒の流れを以下に説明する。

圧縮機４２から吐出された高圧高温のガス冷媒は、第１流路１２を介して四方弁Ａに流入する。四方弁Ａから第２流路１３を介して室内熱交換器４５に流入した高温高圧のガス冷媒は室内空気と熱交換を行って凝縮し、高圧の液冷媒となる。室内熱交換器４５から冷媒配管を介して膨張手段４４に流入した高圧の液冷媒は膨張手段４４により減圧され低温低圧の気液二相状態の冷媒となる。膨張手段４４から冷媒配管を介して室外熱交換器４３に流入した低温低圧の気液二相状態の冷媒は、外気と熱交換を行って蒸発し低温低圧のガス冷媒となる。この低温低圧のガス冷媒は室外熱交換器４３から第４流路１５を介して四方弁Ａに流入し、四方弁Ａから第３流路１４を介して圧縮機４２に吸入され、再び圧縮される。

同様にここで注目すべきは、図５に示すように、対向する弁体２２の壁面２４と接続部１７の内壁面１８とは隙間なく当接しているため、第１流路１２から流入する冷媒がピストン３６側に流入することはないということである。よって、四方弁Ａの筐体１１と四方弁Ａの内部に設けられた弁体２２とにより形成される第２形成流路Ｒ２は直線状となり、第１流路１２と第２流路１３を略最短で接続するための筒形状の形成流路であり、筐体１１内を流体が迂回する領域をもたない形状となる。このことから、同様に、上述した特許文献１が示すシリンダ形状の四方弁の中に形成された形成流路のように、冷媒がシリンダ内に充満し、四方弁内で冷媒が滞留を起こし熱損失を発生させるという不具合を回避することが可能となる。

またさらに、図５に示すとおり、第２形成流路Ｒ２を形成する接続部１７の内壁面１８と、弁体２２の壁面２４とは略平行となるように形成されている。これにより、第２形成流路Ｒ２は、第１流路１２と第２流路１３を略最短で接続するための筒形状の形成流路であり、筐体内を流体が迂回する領域をもたない形状となるものである。

また、図６は、本発明による四方弁の他の実施形態の一例を示す断面図である。ここで、弁体２２の壁面２４と接続部１７の内壁面１８とに弾性部材であるパッキン５１およびパッキン５２が接着されている。このパッキンにより、対向する弁体２２の壁面２４と接続部１７の内壁面１８とが当接する際に、冷媒が当接面を通過することを防止する効果をより一層高めることができる。この結果、冷媒は筐体１１および弁体２２により形成された第１形成流路Ｒ１、または、第２形成流路Ｒ２の中のみを主に移動することにより、冷媒の流れの滞留をなくし熱損失の発生を抑制でき、ひいては冷暖房効率を向上させた空気調和装置を実現することが可能となる。

以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

Ａ…四方弁、１１…筐体、１２…第１流路、１３…第２流路、１４…第３流路、１５…第４流路、１６…シリンダ部、１７…接続部、２２…弁体、２３…流路、３１〜３４…配管、４１…電磁弁、４２…圧縮機、４３…室外熱交換器、４４…膨張手段、４５…室内熱交換器、５１，５２…パッキン。

Claims

上側に第１流路が接続され、下側に第２流路と第３流路と第４流路とが接続され、流体が流れる流路を切り替える四方弁であって、
前記四方弁は筒状容器の両端を密閉した形状であり下側に前記第２流路と前記第３流路と前記第４流路とが接続されたシリンダ部と、
前記シリンダ部の上側に設けられ前記第１流路が接続されるとともに前記シリンダ部と連通し、
その内部がシリンダ内部と接続する接続部とからなる筐体を備え、
前記接続部は、内部が前記第１流路側から前記シリンダ部側に向かって前記シリンダ部の長手方向に広がる形状を有しており、
前記筐体の内部を移動するように設けられ、前記第１流路から流入する高温の流体を前記第２流路に流出させるときに前記第４流路から流入する低温の流体を前記第３流路に流出させ、前記第１流路から流入する高温の流体を前記第４流路に流出させるときに前記第２流路から流入する低温の流体を前記第３流路に流出させるように流路を切り替える弁体とを備え、
前記弁体は、前記シリンダ部から前記接続部にまたがって配置され、前記弁体の壁面と前記接続部の内壁面とが当接し、前記接続部内に形成流路を形成することを特徴とした四方弁。
前記形成流路を形成する前記接続部の内壁面と前記弁体の壁面の少なくともいずれか一方に弾性部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の四方弁。