JP7373379B2 - スライド式切換弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式の冷凍サイクルシステム等の冷媒の流路を切り換えるスライド式切換弁及び冷凍サイクルシステムに関する。

従来、この種のスライド式切換弁として、例えば特開２０１１－２４１８７０号公報（特許文献１）に開示されたものがある。このスライド式切換弁は、シリンダ状の弁ハウジングを有し、この弁ハウジング内に往復移動する一対のピストンが収容され、これらピストンにより、その内側に主弁室を画定するとともに、その両外側（左右）に副弁室を画定している。また、ピストンの間には弁体を保持する連結板が架設されている。そして、両外側（左右）の副弁室の差圧で移動するピストン及び連結板により、弁体を弁座上で摺動させ、流体の流路を切り換えるものである。

特開２０１１－２４１８７０号公報

特許文献１のものは、弁ハウジングを構成するために、円筒部の両端にキャップ部を溶接等により取り付けるようにしてる。この溶接の場合、耐圧強度は溶接の溶け込み量により確保されるが、溶け込み量は溶接機の性能に依存し、例えば流体が二酸化炭素冷媒のように高圧となる場合、この高圧冷媒の圧力に耐え得るような溶け込み量を実現するのは困難である。すなわち、単に溶接するだけでは、耐圧性という点で改良の余地がある。

本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、円筒部とその両端のキャップ部とにより弁ハウジングを構成するスライド式切換弁を改良し、円筒部とキャップ部との取り付け部の耐圧性を向上させたスライド式切換弁及び冷凍サイクルシステムを提供することを課題とする。

本発明のスライド式切換弁は、筒状の弁ハウジング内にピストンが収容されるとともに、前記ピストンにより前記弁ハウジング内が主弁室と該主弁室の両外側（左右）の副弁室とに画定され、該両外側（左右）の副弁室の差圧により前記ピストンを移動して、該ピストンに連結された連結板及び弁体を移動して、弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流路を切り換えるようにしたスライド式切換弁であって、前記弁ハウジングが、該弁ハウジングの軸線を中心線とする円筒状の円筒部と、該円筒部の前記弁体の移動方向の両端をそれぞれ封止するキャップ部とで構成され、前記円筒部と前記キャップ部とは、相互に対向する円環状で前記軸線と直交する円環端面をそれぞれ有するとともに、前記円筒部と前記キャップ部とは、一方に前記円環端面の前記軸線側に該軸線を中心として設けられた雌ねじ部を、他方に前記円環端面の前記軸線側に該軸線を中心として設けられた雄ねじ部を有し、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが螺合され、前記円環端面が当接されるとともに、前記円環端面の突き合わせ部の全周が溶接されて、前記円筒部と前記キャップ部とが固定されていることを特徴とする。

この際、前記キャップ部内の前記副弁室に圧力を導入する圧力導入管が、前記軸線と直交する方向で前記弁ハウジングに接続されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

さらに、前記圧力導入管は、前記弁ハウジングの前記円筒部に前記軸線と直交する方向に設けられた外側圧力導入路に接続され、前記外側圧力導入路の軸線側の端部は、前記円筒部と前記キャップ部との間に円周状に形成された圧力導入溝に開口し、前記圧力導入溝は、前記キャップ部または前記円筒部に設けられた内側圧力導入路を介して前記副弁室に連通されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

また、前記キャップ部に前記雄ねじ部が形成されるとともに、該雄ねじ部が前記円筒部内に挿通されて、当該雄ねじ部の端部が前記ピストンに対するストッパ部を構成していることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

また、前記キャップ部に前記雌ねじ部が形成されるとともに、該雌ねじ部より軸線方向奥側に前記ピストンに対するストッパ部となる段差部が設けられていることを特徴とするスライド式切換弁でも良い。

さらに、前記キャップ部に前記雌ねじ部が形成されるとともに、前記キャップ部の前記雌ねじ部より内周に円環状のストッパ部材が別体に設けられ、該円環状のストッパ部材の外周に円周状の圧力導入溝が形成されるとともに該圧力導入溝と前記副弁室を連通する内側圧力導入路が設けられ、かつ、前記圧力導入溝には前記弁ハウジングの前記円筒部に設けられた外側圧力導入路が開口していることを特徴とするスライド式切換弁でも良い。

本発明の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、流路切換弁とを含む冷凍サイクルシステムであって、前記スライド式切換が、前記流路切換弁として用いられていることを特徴とする。

本発明のスライド式切換弁によれば、弁ハウジングを構成する円筒部とキャップ部とが、溶接に加えて雌ねじ部と雄ねじ部との螺合により固定されているので、弁ハウジングが溶接により密閉されるとともに、雌ねじ部と雄ねじ部との螺合により堅牢に固定され、円筒部とキャップ部との取り付け部の耐圧性が向上する。

また、本発明の冷凍サイクルシステムによれば、耐久性が向上したスライド式切換弁を用いているので、信頼性の高いシステムが実現する。

本発明の実施形態のスライド式切換弁の縦断面図である。 実施形態のスライド式切換弁及び冷凍サイクルシステムを示す図である。 実施形態のスライド式切換弁の第１実施例を示す要部拡大断面図である。 実施形態のスライド式切換弁の第２実施例を示す要部拡大断面図である。 実施形態のスライド式切換弁の第３実施例を示す要部拡大断面図である。 実施形態のスライド式切換弁の第４実施例を示す要部拡大断面図である。 実施形態のスライド式切換弁の第５実施例を示す要部拡大断面図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態のスライド式切換弁の縦断面図、図２は実施形態のスライド式切換弁及び冷凍サイクルシステムを示す図である。なお、この図１及び図２では後述の第１実施例の構造を図示してある。図１に示すように、この実施形態のスライド式切換弁１０は、弁ハウジング１内に、弁座２、一対のピストン３，３、連結板４、弁体５を備えている。

弁ハウジング１は円筒形状の円筒部１１と２つのキャップ部１２，１２とで構成されている。キャップ部１２，１２はそれぞれ円筒部１１の端部を塞ぐように円筒部１１に取り付けられている。また、円筒部１１及びキャップ部１２，１２の中心軸が弁ハウジング１の軸線Ｘとなっている。弁座２は円筒部１１内の中間部に配設され、円筒部１１の中間部の弁座２と対向する位置には、円筒部１１内に開口するＤ継手管１３ｄが取り付けられている。また、弁座２には、弁ハウジング１の軸線Ｘ方向に一直線上に並んでＥ継手管１３ｅ、Ｓ継手管１３ｓ、Ｃ継手管１３ｃが取り付けられている。

一対のピストン３，３は互いに対向配置され、それぞれが、固定円板３１とストッパ板３２とにより、ばね３３とパッキン３４を挟持しており、このピストン３，３はパッキン３４を円筒部１１の内周面に押圧しながら往復移動可能となっている。これにより、弁ハウジング１の内部は、２つのピストン３，３により、中央部の主弁室１１Ａと主弁室１１Ａの両側の２つの副弁室１２Ａ，１２Ａとに仕切られている。連結板４は金属板からなり、この連結板４は、弁ハウジング１の軸線Ｘ上に配置されるようにピストン３，３の間に架設されるとともに、その中央に弁体５を保持している。そして、弁体５は、ピストン３，３が移動すると連結板４に連動して弁座２上を摺動し、予め定められた左右の位置で停止する。

弁体５には膨出部５１の内側に椀状凹部５１Ａが形成されている。そして、弁体５は、図１の左側の端部位置において、Ｓ継手管１３ｓとＥ継手管１３ｅとを椀状凹部５１Ａにより導通する。このとき、Ｃ継手管１３ｃは主弁室１１Ａ内で主に透孔４ｃを介してＤ継手管１３ｄに導通する。また、弁体５は、図１の右側の端部位置において、Ｓ継手管１３ｓとＣ継手管１３ｃとを椀状凹部５１Ａにより導通する。このとき、Ｅ継手管１３ｅは主弁室１１Ａ内で主に透孔４ｂを介してＤ継手管１３ｄに導通する。

図２に示すように、実施形態の冷凍サイクルシステムにおいて、Ｄ継手管１３ｄは圧縮機３０の吐出口に接続され、Ｓ継手管１３ｓは圧縮機３０の吸入口に接続されている。Ｃ継手管１３ｃは室外機４０に接続され、Ｅ継手管１３ｅは室内機５０に接続されている。室外機４０と室内機５０は絞り装置６０を介して接続されている。このＣ継手管１３ｃから室外機４０、絞り装置６０、室内機５０及びＥ継手管１３ｅからなる経路と、Ｓ継手管１３ｓから圧縮機３０及びＤ継手管１３ｄからなる経路とにより、冷凍サイクルシステムが構成されている。

パイロット弁２０はスライド式切換弁１０に接続されている。パイロット弁２０は、例えばスライド式切換弁１０と同様な構造であり、電磁アクチュエータ等により弁体を移動して流路を切り換える。そして、このパイロット弁２０は、スライド式切換弁１０のＳ継手管１３ｓに連通する導管の接続先を、スライド式切換弁１０の左側の副弁室１２Ａに連通する圧力導入管１４Ｌと、右側の副弁室１２Ａに連通する圧力導入管１４Ｒとで切り換え、これと同時にスライド式切換弁１０のＤ継手管１３ｄに連通する導管の接続先を圧力導入管１４Ｒと圧力導入管１４Ｌとで切り換える。これにより、減圧された副弁室１２Ａの圧力と反対側の副弁室１２Ａの圧力との圧力差により、ピストン３、連結板４及び弁体５が移動され、この弁体５の位置が切り換えられて冷凍サイクルシステムの流路が切り換えられる。

以上の構成により、圧縮機３０で圧縮された高圧の冷媒はＤ継手管１３ｄから主弁室１１Ａ内に流入し、図２の冷房運転の状態では、高圧冷媒はＣ継手管１３ｃから室外機４０に流入される。また、弁体５を切り換えた暖房運転の状態では、高圧冷媒はＥ継手管１３ｅから室内機５０に流入される。すなわち、冷房運転時には、圧縮機３０から吐出される冷媒はＣ継手管１３ｃ→室外機４０→絞り装置６０→室内機５０→Ｅ継手管１３ａと循環し、室外機４０が凝縮器（コンデンサ）、室内機５０が蒸発器（エバポレータ）として機能し、冷房がなされる。また、暖房運転時には冷媒は逆に循環され、室内機５０が凝縮器、室外機４０が蒸発器として機能し、暖房がなされる。

次に、弁ハウジング１の円筒部１１とキャップ部１２との固定構造及び圧力導入管の実施例について、その要部拡大断面図により説明する。なお、以下の各実施例において同様な部材及び要素には同符号を付記する。図３は第１実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＰの部分の拡大図である。円筒部１１には、キャップ部１２側の端部に円環状で軸線Ｘと直交する円環端面１１１が形成され、キャップ部１２には、円筒部１１側の端部に円環状で軸線Ｘと直交する円環端面１２１が形成されている。また、円筒部１１には、円環端面１１１の軸線Ｘ側に軸線Ｘを中心として設けられた雌ねじ部１１ａが形成され、キャップ部１２には、円環端面１２１の軸線Ｘ側に軸線Ｘを中心として設けられた雄ねじ部１２ｂが形成されている。

円筒部１１の雌ねじ部１１ａとキャップ部１２の雄ねじ部１２ｂとは螺合され、両者の円環端面１１１，１２１が相互に対向するとともに互いに当接されている。そして、円環端面１１１，１２１の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部１１とキャップ部１２とが固定されている。溶接個所には溶融固化層Ｗが形成されている。また、キャップ部１２の雄ねじ部１２ｂの円筒部１１側の端部は、ピストン３のストッパ板３２に当接するストッパ部Ｓとなっている。さらに、この第１実施例では、キャップ部１２の中央すなわち軸線Ｘ上において、圧力導入路１２ｃが形成されるとともにキャップ部１２の外側から軸線Ｘ上の圧力導入路１２ｃに圧力導入管１４Ｒ（１４Ｌ）が接続されている。

図４は第２実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＰの部分の拡大図である。キャップ部１２には、円筒部１１側の端部に円環状で軸線Ｘと直交する円環端面１２２が形成され、円筒部１１には、キャップ部１２側の端部に円環状で軸線Ｘと直交する円環端面１１２が形成されている。また、キャップ部１２には、円環端面１２２の軸線Ｘ側に軸線Ｘを中心として設けられた雌ねじ部１２ａが形成され、円筒部１１には、円環端面１１２の軸線Ｘ側に軸線Ｘを中心として設けられた雄ねじ部１１ｂが形成されている。雌ねじ部１２ａと雄ねじ部１１ｂとは螺合され、両者の円環端面１２２，１１２が相互に対向するとともに互いに当接されている。そして、円環端面１２２，１１２の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部１１とキャップ部１２とが固定されている。なお、この第２実施例でも第１実施例と同様にキャップ部１２の中央において、圧力導入路１２ｃが形成されるとともに圧力導入管１４Ｒ（１４Ｌ）が接続されている。また、キャップ部１２の雌ねじ部１２ａより軸線Ｘ方向奥側に、軸線Ｘ側に延伸する段差部が設けられ、この段差部はピストン３のストッパ板３２に当接するストッパ部Ｓとなっている。

図５は第３実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、この第３実施例の円筒部１１とキャップ部１２との固定構造は第１実施例と同様であり、円筒部１１の円環端面１１１とキャップ部１２の円環端面１２１とを当接させて、円筒部１１の雌ねじ部１１ａとキャップ部１２の雄ねじ部１２ｂとが螺合されている。また、円環端面１１１，１２１の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部１１とキャップ部１２とが固定されている。また、キャップ部１２の雄ねじ部１２ｂの円筒部１１側の端部は、ピストン３のストッパ板３２に当接するストッパ部Ｓとなっている。

この第３実施例では、キャップ部１２の雄ねじ部１２ｂに隣接した部分の軸線Ｘ周りの４カ所に軸線Ｘと直交する内側圧力導入路１２ｃが形成されるとともに、雄ねじ部１２ｂの円環端面１２１側に隣接する外周の内側圧力導入路１２ｃと交差する位置に円周状の溝を設け、この凹溝と円筒部１１の内周により全周に圧力導入溝１２ｄが形成されている。また、円筒部１１の雌ねじ部１１ａの部分の１カ所には圧力導入溝１２ｄに連通し、軸線Ｘと直交する外側圧力導入路１１ｃが形成され、この外側圧力導入路１１ｃに、キャップ部１２内の副弁室１２Ａに圧力を導入する圧力導入管１４Ｒ（１４Ｌ）が接続されている。これにより、圧力導入管１４Ｒは、軸線Ｘと直交する方向で弁ハウジング１に接続され、パイロット弁２０の圧力は、圧力導入管１４Ｒ（１４Ｌ）、外側圧力導入路１１ｃ、圧力導入溝１２ｄ、内側圧力導入路１２ｃを経由して副弁室１２Ａに導入される。このように圧力導入管１４Ｒが軸線Ｘと直交方向に配置されているので、第１実施例の圧力導入管がキャップ部の外側から軸線Ｘ上の圧力導入路に接続されるのに比べて圧力導入管を含む切換弁全体の軸線Ｘ方向の長さを小さくできる。

ここで、キャップ部１２に外側圧力導入路を設けたとすると、キャップ部１２を円筒部１１にねじ結合した際に外側圧力導入路の回転位置が一定の位置とならず、圧力導入管の接続に支障をきたす。よって図５のように、円筒部１１の外側圧力導入路１１ｃを形成してここに圧力導入管１４Ｒ（１４Ｌ）を接続するようにしたのは、圧力導入管の接続位置を常に一定の位置とするためである。また、円筒部１１の外側圧力導入路１１ｃとキャップ部１２の内側圧力導入路１２ｃの間に円周状の圧力導入溝１２ｄを形成したのは、上記と同様にキャップ部１２の内側圧力導入路１２ｃの回転位置が一定の位置にならなくとも円周状の圧力導入溝１２ｄに内側圧力導入路１２ｃの一端が開口することで、副弁室に圧力導入が可能となる連通路を形成できるようにしたものである。尚、ここでは内側圧力導入路１２ｃを４カ所としたが、内側圧力導入路１２ｃの合計の流路断面積が、外側圧力導入路１１ｃの流路断面積以上であれば１カ所あるいは複数カ所としてもよい。

図６は第４実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、この第４実施例の円筒部１１とキャップ部１２との固定構造、ストッパ部Ｓは第３実施例と同様であり、円筒部１１の円環端面１１１とキャップ部１２の円環端面１２１とを当接させて、円筒部１１の雌ねじ部１１ａとキャップ部１２の雄ねじ部１２ｂとが螺合されている。また、円環端面１１１，１２１の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部１１とキャップ部１２とが固定されている。さらに、キャップ部１２の雄ねじ部１２ｂの円筒部１１側の端部は、ピストン３のストッパ板３２に当接するストッパ部Ｓとなっている。この第４実施例は第３実施例の変形例であり、内側圧力導入路１２ｃ′と圧力導入溝１２ｄ′、外側圧力導入路１１ｃ′を雄ねじ部１２ｂに隣接するストッパ部Ｓ側に形成した点である。これにより、第３実施例よりもキャップ部１２の厚みが小さくなっている。

図７は第５実施例のスライド式切換弁の要部拡大断面図であり、この第５実施例の円筒部１１とキャップ部１２との固定構造は第２実施例と同様であり、円筒部１１の円環端面１１２とキャップ部１２の円環端面１２２とを当接させて、円筒部１１の雄ねじ部１１ｂとキャップ部１２の雌ねじ部１２ａとが螺合されている。また、円環端面１１２，１２２の突き合わせ部の全周が溶接され、円筒部１１とキャップ部１２とが固定されている。この第５実施例では、円環状のストッパ部材１２′を円筒部１１の内周側かつキャップ部材１２Ａの内側にキャップ部材１２Ａとは別体に配設したものであり、このストッパ部材１２′の円筒部１１側の端部が、ピストン３のストッパ板３２に当接するストッパ部Ｓ′となっている。また、この第５実施例では第４実施例と同様な内側圧力導入路１２ｃ′と圧力導入溝１２ｄ′をストッパ部材１２′に形成して、円筒部１１の端部の外側圧力導入路１１ｃ′に圧力導入管１４Ｒ（１４Ｌ）が軸線Ｘと直交方向に接続配置されている。

以上の各実施例のように、弁ハウジング１を構成する円筒部１１とキャップ部１２とが、溶接に加えて雌ねじ部１１ａ（または１２ａ）と雄ねじ部１２ｂ（または１１ｂ）との螺合により固定されている。したがって、弁ハウジング１が溶接により密閉されるとともに、雌ねじ部と雄ねじ部との螺合により堅牢に固定され、円筒部１１とキャップ部１２との取り付け部の耐圧性が向上する。

さらに、上記の効果に加えて、パイロット弁２０からの副弁室１２Ａへの圧力導入管１４Ｒ，１４Ｌを弁ハウジング２０の軸線Ｘと直交方向に配置することで、切換弁全体の軸線Ｘ方向の長さを小さくできる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１ 弁ハウジング
１１ 円筒部
１１１ 円環端面
１１Ａ 主弁室
１１１ 円環端面
１１ａ 雌ねじ部
１１ｂ 雄ねじ部
１２ キャップ部
１２Ａ 副弁室
１２１ 円環端面
１２ａ 雌ねじ部
１２ｂ 雄ねじ部
１３ｅ Ｅ継手管
１３ｓ Ｓ継手管
１３ｃ Ｃ継手管
１３ｄ Ｄ継手管
２ 弁座
３ ピストン
４ 連結板
５ 弁体
Ｘ 軸線
１０ スライド式切換弁
２０ パイロット弁
３０ 圧縮機
４０ 室外機
５０ 室内機
６０ 絞り装置

Claims (7)

1. 筒状の弁ハウジング内にピストンが収容されるとともに、前記ピストンにより前記弁ハウジング内が主弁室と該主弁室の両外側の副弁室とに画定され、該両外側の副弁室の差圧により前記ピストンを移動して、該ピストンに連結された連結板及び弁体を移動して、弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流路を切り換えるようにしたスライド式切換弁であって、
   前記弁ハウジングが、該弁ハウジングの軸線を中心線とする円筒状の円筒部と、該円筒部の前記弁体の移動方向の両端をそれぞれ封止するキャップ部とで構成され、
   前記円筒部と前記キャップ部とは、相互に対向する円環状で前記軸線と直交する円環端面をそれぞれ有するとともに、前記円筒部と前記キャップ部とは、一方に前記円環端面の前記軸線側に該軸線を中心として設けられた雌ねじ部を、他方に前記円環端面の前記軸線側に該軸線を中心として設けられた雄ねじ部を有し、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが螺合され、前記円環端面が当接されるとともに、前記円環端面の突き合わせ部の全周が溶接されて、前記円筒部と前記キャップ部とが固定されていることを特徴とするスライド式切換弁。
2. 前記キャップ部内の前記副弁室に圧力を導入する圧力導入管が、前記軸線と直交する方向で前記弁ハウジングに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のスライド式切換弁。
3. 前記圧力導入管は、前記弁ハウジングの前記円筒部に前記軸線と直交する方向に設けられた外側圧力導入路に接続され、前記外側圧力導入路の軸線側の端部は、前記円筒部と前記キャップ部との間に円周状に形成された圧力導入溝に開口し、前記圧力導入溝は、前記キャップ部または前記円筒部に設けられた内側圧力導入路を介して前記副弁室に連通されていることを特徴とする請求項２に記載のスライド式切換弁。
4. 前記キャップ部に前記雄ねじ部が形成されるとともに、該雄ねじ部が前記円筒部内に挿通されて、当該雄ねじ部の端部が前記ピストンに対するストッパ部を構成していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスライド式切換弁。
5. 前記キャップ部に前記雌ねじ部が形成されるとともに、該雌ねじ部より軸線方向奥側に前記ピストンに対するストッパ部となる段差部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスライド式切換弁。
6. 前記キャップ部に前記雌ねじ部が形成されるとともに、前記円筒部の内周側かつキャップ部材の内側に円環状のストッパ部材が別体に設けられ、該円環状のストッパ部材の外周に円周状の圧力導入溝が形成されるとともに該圧力導入溝と前記副弁室を連通する内側圧力導入路が設けられ、かつ、前記圧力導入溝には前記弁ハウジングの前記円筒部に設けられた外側圧力導入路が開口していることを特徴とする請求項１または２に記載のスライド式切換弁。
7. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、流路切換弁とを含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のスライド式切換が、前記流路切換弁として用いられている
   ことを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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