JPH01314870A - 可逆冷凍サイクル用四方弁 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、可逆冷凍サイクル用四方弁に係り。

例えば空冷ヒートポンプ式空気調和機の冷媒流路方向の
切換えに用い、冷房、暖房能力を向上するのに好適な可
逆冷凍サイクル用四方弁に関するものである。

［従来の技術］ 従来の四方弁は１例えば特開昭６１−１５３３５５号公
報に記載されているように、その機構、動作的なことに
ついて論じられているが、四方弁部で高温高圧冷媒と低
温低圧冷媒とが熱交換して、例えば空気調和機の冷、暖
房性能を低下させることについては開示されていなかっ
た。また、この熱交換を少なくして性能向上を図ること
についてもなんら記載したものはなかった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術の四方弁を第１図および第２図を参照して
説明する。

第１図は、−船釣な四方弁の正面図、第２図は、第１図
の四方弁の冷房時の流路構成を示す断面図である。第２
図中の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示す。

図において、１は、流路切換え用のピストン６を内蔵す
る弁本体、２は、圧縮機吐出側の冷媒配管２′に接続す
る圧縮機吐出配管接続口、３は、室内熱交換器へつなが
る冷媒配管３′に接続する室内熱交換器側配管接続口、
４は、圧縮機吸込側の冷媒配管４′に接続する圧縮機吸
込配管接続口、５は、室外熱交換器へつながる冷媒配管
５′に接続する室外熱交換器側配管接続口である。

一般に、弁本体１は真鎗、ピストン６はナイロン、各接
続口は銅で形成されている。

このような四方弁における冷房運転時の冷媒の流れは、
第２図に示すように、矢印Ａから高温高圧の冷媒が流入
し、矢印Ａ′を通り、矢印Ａ′から流出する。その際、
弁本体１の内側７は高温高圧の冷媒で満たされる。

室内熱交換器側配管接続口３、圧縮機吸込配管接続口４
．および室外熱交換器側配管接続口５の各接続口は、冷
凍サイクルの冷媒配管３’、４゜５′と同じ熱伝導率の
高い銅パイプでできているため、低温低圧の冷媒に熱を
伝えやすくなっている６すなわち、低温低圧の冷媒が矢
印Ｂから流入し、矢印Ｂ′を通り、矢印Ｂ′へ流出する
ため、弁本体１を通して高温となった配管接続口３，４
と熱交換する。ここでピストン６は、ナイロンなど高分
子化合物で形成されているため熱伝導率が低く、ピスト
ン６を通しての熱交換は少ない。

このため、冷房運転時には、四方弁で低温低圧の冷媒が
加熱されることにより、冷媒の比容積が大きくなり、冷
媒循環量が少なくなって冷房能力が低下する。また、暖
房運転時には、高温高圧冷媒が冷却されることにより暖
房能力が低下するという問題があった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、四方弁の配管接続口部を主とした高温
高圧の冷媒と低温低圧の冷媒との交換熱量を減少させ、
冷房、暖房能力を向上させうる可逆冷凍サイクル用四方
弁を提供することを、その目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る可逆冷凍サイ
クル用四方弁の構成は、流路切換えピストンを内蔵する
弁本体と、前記流路切換えピストンによって切換わる流
路の圧縮機吐出配管接続口、室内熱交換器側配管接続口
、圧縮機吸込配管接続口、および室外熱交換器側配管接
続口の各接続口とからなる可逆冷凍サイクル用四方弁に
おいて。

少なくとも、前記室内熱交換器側配管接続口、圧縮機吸
込配管接続口、および室外熱交換器側配管接続口の各接
続口部材を、これら各接続口に接続する冷凍サイクルの
冷媒配管部材である銅より熱伝導率の低い部材としたも
のである。

より詳しくは、銅より熱伝導率の低い部材は。

接続口部材に銅を用いた場合を基準として、冷凍サイク
ルにおける暖房能力比を０．３〜２．３％向上しうる熱
伝導率を有する部材としたものである。

また、銅より熱伝導率の低い部材は、熱伝導率が９〜２
４０　（Ｋｃ　ａ　Ｑ／ｍｈ　℃）の範囲にある金属と
したものである。

［作用コ 四方弁の出入口の各接続口を、銅より熱伝導率の低い部
材に変更することにより、冷房運転時には、高温高圧の
冷媒の熱を室内熱交換器側配管接続口３、圧縮機吸込配
管接続口４に伝えに＜＜シて、これら接続口３，４の温
度が下がり低温低圧の冷媒の交換熱量を減少させること
ができ、冷房能力を向上させることができる。

また、暖房運転時には、室内熱交換器に流入すべき冷媒
温度の低下を防止することができ、暖房能力を向上させ
ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を、先の第１図、第２図に合わ
せ、第３図ないし第５図を参照して説明する。

第３図は、本発明の一実施例に係る四方弁を使用した空
冷ヒートポンプ式空気調和機の冷房運転時の冷凍サイク
ル系統図、第４図は、四方弁の配管接続口部材の熱伝導
率と、四方弁の交換熱量比との関係を示す線図、第５図
は、四方弁の配管接続口部材の熱伝導率と、空気調和機
の暖房能力比との関係を示す線図である。

本実施例の四方弁は、その形状、構造上の構成は先の第
１，２図に示す一般的な四方弁と同等であるから、その
説明を省略する。

本実施例の四方弁は、弁本体１、圧縮機吐出配管接続口
２、室内熱交換器側配管接続口３、圧縮機吸込配管接続
口４．室外熱交換器側配管接続口５に、熱伝導率の低い
鉄を用いたものである。

鉄の熱伝導率は５０ＫｃａＱ／ｍｈ”ｃで、従来用いら
れている銅の熱伝導率３２０　Ｋ　ｃ　ａ　Ｑ　／　ｍ
ｈ℃にくらべてはるかに低いものである。

これら鉄製の各接続口と弁本体との接合は溶接で行われ
、これら鉄製の各接続口と冷凍サイクルの銅製の冷媒配
管との接合は銀ろう付けで行われる。

このように部材を熱伝導率の低い鉄を用いた四方弁にお
いては、第２図に示すように圧縮機吐出配管接続口２か
ら流入（矢印Ａ）Ｌ、矢印Ａ′を経て室外熱交換器側配
管接続口５へ流出（矢印Ａ’）する高温高圧の冷媒は、
まず弁本体１の内側７に流入する。そして、弁本体１を
暖め、その熱を室内熱交換器側配管接続口３．圧縮機吸
込配管接続口４に伝熱する。

しかるに、前記室内熱交換器側配管接続口３、圧縮機吸
込配管接続口４の部材を銅から鉄に変えであるため、こ
れら接続口３，４を介して低温低圧の冷媒に伝わる熱交
換は少なくなる。そのため、室内熱交換器側配管接続口
３から流入（矢印Ｂ）し、矢印Ｂ′を経て圧縮機吸込配
管接続口４へ流出（矢印Ｂ’）する低温低圧の冷媒との
熱交換量は減少する。本実施例によれば、部材が銅のと
きより交換熱量が約６０％減少する。

また、四方弁での交換熱量は、弁本体１を熱伝導率の低
い鉄にすることにより、室内熱交換器側配管接続口３、
圧縮機吸込配管接続口４、室外熱交換器側配管接続口５
への熱移動量を減らすことができ、高温高圧の冷媒と低
温低圧の冷媒との熱交換量をさらに少なくできる。

このような四方弁を採用した空冷ヒートポンプ式空気調
和機の一実施例を第３図を参照して説明する。第３図中
、第１図と同符号のものは同等部を示している。

冷房運転時には、圧縮機８で圧縮された高温高圧の冷媒
は、圧縮機吐出側の冷媒配管２′を経て四方弁の圧縮機
吐出配管接続口２から流入し、少ない熱損失で、室外熱
交換器側配管接続口５へ流出し冷媒配管５′を経て室外
熱交換器９へ流入する。冷媒は、室外熱交換器９で室外
空気へ放熱し凝縮され、減圧装置１０で高圧冷媒から低
圧冷媒となり室内熱交換器１１に入り室内空気から吸熱
して冷媒は蒸発し、室内を冷房する。低温低圧となった
冷媒は、冷媒配管３′を経て四方弁の室内熱交換器側配
管接続口３から四方弁内に流入し。

少ない熱交換で圧縮機吸込配管接続口４から流出し、圧
縮機吸込側の冷媒配管４′を経て圧縮機８に戻り、以下
同じサイクルを繰り返す。

また、暖房運転時には、流路切換え用のピストン６が第
３図で右に移動し、室内熱交換器１１が凝縮器として作
用し、室外熱交換器９が蒸発器として作用し、前述の冷
房運転時の逆サイクルになる。このような可逆冷凍サイ
クルの空冷ヒートポンプ室空気調和機に本実施例の四方
弁を採用すると、四方弁での交換熱量を減少させること
により、冷房、暖房能力を向上させる効果がある。

次に１本実施例の四方弁による交換熱量の低減。

空調能力の向上について、より具体的に数値を用いて説
明し、特性線図によって熱伝導率の低い部材の選定範囲
を考察する。　　− まず、上記実施例の四方弁での損失熱量は１次のように
して求めることができる。

四方弁で高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが熱交換す
る場合、高温となった弁本体１に接続する室内熱交換器
側配管接続口３、圧縮機吸込配管接続口４、および室外
熱交換器側配管接続口５の各接続口はフィンの役割をす
ると仮定できる。

西方弁の交換熱量は、このフィンの役割をする接続口部
の交換熱量と考えられる。

この場合、フィンの役割をする接続口部のフィン効率φ
は、（１）式で算出される。

Ｕｂ ここでＵｂは、次式により求められる無次元数である。

ここで、Ｗ：四方弁の接続口部長さ（ｍ）ｈ：接続口部
の熱伝達率（Ｋｃａ　Ｑ　１ｍ”　ｈ　℃）λ：接続ロ
部の熱伝導率（Ｋｃａ　ｎ　１ｍ”　ｈ　℃）ｙｂ：接
続口部パイプ厚さの１／２　（ｍ）これより、四方弁で
の交換熱量Ｑｖは次式により求められる。

Ｑｖ”ｈ　”　ＡＮ　・Φ−ｅ　ｂ−−−−−−−一＜
　３　）ここで、Ａｔ：伝熱面積（ｍ２） θｂ：接続口のパイプ根本部の温度差 （”Ｃ） （１）、（２）、（３）式に本実施例の値を代入して計
算する。

ここで、熱伝達率りを８６０Ｋｃａ　Ｑ　１ｍ”ｈ’ｃ
と仮定する。熱伝導率λは、銅が３２０　Ｋｃａ　Ｑ　
１ｍ”ｈ℃、鉄が５０ＫｃａＱ／ｍ２ｈ”ｃ、伝熱面Ｍ
Ａｔは２本の接続ロバイブの内面積であり０．００６２
ｍ”、接続ロバイブ長さＷはＯ，１ｍ、接続ロバイブ厚
さの１／２ｙｂはＯ，０００２ｍである。さらに温度差
θ５を９０℃と仮定すると、次の結果が得られる。

すなわち、接続口部材が銅の場合（従来技術）、フィン
効率φは０．１２１９９、交換熱ｆｆ１Ｑ、は。

５８．５ＫｃａＱ／ｈ、接続口部材が鉄の場合（本実施
例）、フィン効率φは０．０４８２２、交換熱量Ｑｖは
、２３．ＩＫｃａＱ／ｈとなる。

また、空気調和機実機では、冷、暖房定格条件で第１表
のような結果になる。

第１表 次に、四方弁の配管接続口部材の熱伝導率と四方弁の交
換熱量比との関係を第４図に、四方弁の配管接続口部材
の熱伝導率と暖房能力比との関係を第５図に示す。いず
れも、四方弁の配管接続口部材を銅としたときを１００
％として比率を示している。

第４図において、横軸は四方弁の配管接続口部材の熱伝
導率λ（Ｋｃａ　ｕ／ｍｈ”ｃ）　、縦軸は四方弁での
交換熱量比（銅を１００としたときの百分率）であり、
実線が、その交換熱量比である。

破線は、アルミニウム、鉄、クロムニッケル鋼、および
基準となる銅の数値位置をそれぞれ示したものである。

四方弁の配管接続口部材による交換熱量比は銅にくらべ
、アルミニウムで約８０％、鉄では約４０％、クロムニ
ッケル鋼では約１８％にしかすぎない。

第５図において、横軸は四方弁の配管接続口部材の熱伝
導率、縦軸は四方弁を用いた空冷ヒートポンプ式空気調
和機の暖房能力比を示す。ここで暖房能力３２００Ｋｃ
ａＱ／ｈの空冷ヒートポンプ式ルームエアコンを基準と
している。実線は暖房能力比、破線は、アルミニウム、
鉄、クロムニッケル鋼、および基準となる銅の数値位置
をそれぞれに示したものである。

一転鎖線は、熱伝導率が２４０　Ｋｃａ　Ｑ　／ｍｈ℃
以上の直線で近似できる配管接続口部材の熱伝導率と暖
房能力比との関係の延長線である。

暖房能力比は、四方弁の配管接続口部材の熱伝導率２４
０ＫｃａＱ／１℃以上で直線で近似することができるが
、それ以下では急激なカーブを描いて上昇している。第
５図に示す二点鎖線は、前記直線と曲線の変曲点、すな
わち熱伝度率２４０ＫｃａＲ／ｍｈ℃に引いたもので、
これ以下の熱伝導率の部材を四方弁の配管接続口部材に
採用すべきことを示している。このときの暖房能力比は
銅を１００％として１００．３％である。

熱伝導率２００ＫｃａＱ／ｍｈ”ｃの部材はアルミニウ
ムがこれに相当し、アルミニウムを四方弁の配管接続口
部材に選定すれば、暖房能力比は０．５％向上する。

暖房能力０．５％向上を、冷凍サイクル中の熱交換器を
大きくして得るためには熱交換器の伝熱面積を５％以上
大きくしなければならない。配管接続口部材に鉄を選定
すれば、同程度能力を向上させるには熱交換器を１７％
大きくしなければならない。今日、ルームエアコンは小
形、薄形となってあり、熱交換器の拡大は３〜５％が限
度である。

したがって、熱交換器の３％拡大と同程度の能力向上と
、能力が急上昇する限界点である熱伝導率２４０Ｋｃａ
Ω／ｍｈ’ｃ以下の熱伝導率を有する部材から四方弁の
配管接続口部材を選定することが望ましい。実用上好ま
しくは熱伝導率２００程度のアルミニウムを選定すれば
熱交換器の５％拡大と同程度の能力向上が得られる。

熱伝導率９　Ｋｃａ　ｎ　／ｍｈ　℃のクロムニッケル
鋼を選定すれば暖房能力比１０２．３％が得られ、著し
い能力向上となる。

しかし、熱伝導率が９　Ｋｃａ　Ｑ　／ｍｈ　”Ｃ以下
のものは、金属ではビスマス（７Ｋｃａ　Ｑ　／ｍｈ”
ｃ）　Ｌかなく、ビスマスは融点が２７１．３℃と低い
ためろう付は接合に不適である。また、金属以外の部材
では、磁器：Ｏ，，１３、ガラス：０．６５、硬質ゴム
：０゜１５、プラスチック：　０．２〜０．９ＫｃａＱ
／ｍｈ℃の低い熱伝導率のものがあるが、いずれも冷媒
配管（銅）との接合加工が不可能である。

したがって、四方弁の配管接続口部材として選定する部
材は、熱伝導率が９〜２４０　Ｋｃａ　Ｑ　／ｍｈ℃の
範囲にある金属とすべきであり、換言すれば冷凍サイク
ルにおける暖房能力比を０．３〜２．３％向上しうる熱
伝導率を有する部材を選定すればよい。

なお、第５図では暖房能力比について説明したが、熱伝
導率９〜２４０　（Ｋｃａ　Ｑ　／ｍｈ”ｃ）の範囲に
ある金属を四方弁の配管接続口部材に選定すれば、従来
の銅の場合にくらべ冷房能力比も向上することはいうま
でもない。

また、上記の実施例説明では、四方弁の弁体とすべての
配管接続口を鉄とする例を述べたが、少なくとも室内熱
交換器側配管接続口、圧縮機吸込配管接続口、および室
外熱交換器側配管接続口を銅より低い熱伝導率で、熱伝
導率９〜２４０（Ｋｃａｌ／ｍｈ℃）の金属を採用すれ
ば相応の効果が得られるものである。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、四方弁の配管接続
口部を主とした高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒との交
換熱量を減少させ、冷房、暖房能力を向上させうる可逆
冷凍サイクル用四方弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、−船釣な四方弁の正面図、第２図は、第１図
の四方弁の冷房時の流路構成を示す断面図、第３図は１
本発明の一実施例に係る四方弁を使用した空冷ヒートポ
ンプ式空気調和機の冷房運転時の冷凍サイクル系統図、
第４図は、四方弁の配管接続口部材の熱伝導率と、四方
弁の交換熱量比との関係を示す線図、第５図は、四方弁
の配管接続口部材の熱伝導率と、空気調和機の暖房能力
比との関係を示す線図である。 １・・・弁本体、２・・・圧縮機吐出配管接続口、３・
・・室内熱交換器側配管接続口、４・・・圧縮機吸込配
管接続口、５・・・室外熱交換器側配管接続口、２′。 ３’、４’、５’・・・冷媒配管、６・・・ピストン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流路切換えピストンを内蔵する弁本体と、前記流路
   切換えピストンによって切換わる流路の圧縮機吐出配管
   接続口、室内熱交換器側配管接続口、圧縮機吸込配管接
   続口、および室外熱交換器側配管接続口の各接続口とか
   らなる可逆冷凍サイクル用四方弁において、少なくとも
   、前記室内熱交換器側配管接続口、圧縮機吸込配管接続
   口、および室外熱交換器側配管接続口の各接続口部材を
   、これら各接続口に接続する冷凍サイクルの冷媒配管部
   材である銅より熱伝導率の低い部材としたことを特徴と
   する可逆冷凍サイクル用四方弁。２、特許請求の範囲第
   １項記載のものにおいて、銅より熱伝導率の低い部材は
   、接続口部材に銅を用いた場合を基準として、冷凍サイ
   クルにおける暖房能力比を０．３〜２．３％向上しうる
   熱伝導率を有する部材としたことを特徴とする可逆冷凍
   サイクル用四方弁。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、銅より
   熱伝導率の低い部材は、熱伝導率が９〜２４０（Ｋｃａ
   ｌ／ｍｈ℃）の範囲にある金属としたことを特徴とする
   可逆冷凍サイクル用四方弁。