(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｒ３２を空気調和機の冷媒として採用した場合、流路切換弁は、高温冷媒から低温冷媒への熱の移動を十分抑制することができない。流路切換弁内での熱の移動を低減する流路切換弁を提供する。【解決手段】ケース２と、ケース内に位置する弁体１とを備え、ケースは、圧縮機の吐出側に位置する圧縮機吐出側流入管３が接続される第１の部位２ａと、圧縮機の吸入側に位置する圧縮機吸入側流出管４、室外熱交換器側に位置する室外熱交換器側流出入管６、及び室内熱交換器側に位置する室内熱交換器側流出入管５が接続される第２の部位２ｂとを有し、弁体は、第２の部位上を摺動し、且つ、弁体の一部は第１の部位に接する流路切換弁１１。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、前記ケース内に位置する弁体とを備え、
前記ケースは、
圧縮機の吐出側に位置する圧縮機吐出側流入管が接続される第１の部位と、
前記圧縮機の吸入側に位置する圧縮機吸入側流出管、室外熱交換器側に位置する室外熱交換器側流出入管、及び室内熱交換器側に位置する室内熱交換器側流出入管が接続される第２の部位とを有し、
前記弁体は、前記第２の部位上を摺動し、且つ、前記弁体の一部は前記第１の部位に接する流路切換弁。
【請求項２】
前記圧縮機吐出側流入管及び前記室外熱交換器側流出入管、若しくは前記圧縮機吐出側流入管及び前記室内熱交換器側流出入管を接続する圧縮機吐出側流路を前記弁体の内部に有することを特徴とする請求項１に記載の流路切換弁。
【請求項３】
前記圧縮機吸入側流入管及び前記室外熱交換器側流出入管、若しくは前記圧縮機吸入側流入管及び前記室内熱交換器側流出入管を接続する圧縮機吸入側流路を備え、
前記弁体は、前記圧縮機吐出側流路と前記圧縮機吸入側流路の間に位置する中空部を有することを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
【請求項４】
前記圧縮機吸入側流入管及び前記室外熱交換器側流出入管、若しくは前記圧縮機吸入側流入管及び前記室内熱交換器側流出入管を接続する圧縮機吸入側流路を備え、
前記圧縮機吸入側流路の断面積は、前記圧縮機吐出側流路の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
【請求項５】
前記圧縮機、請求項１乃至４のいずれかに記載の流路切換弁、前記室内熱交換器、前記室外熱交換器及び膨張弁を接続し、
冷媒としてＲ３２を採用したことを特徴とする空気調和機。
【請求項６】
前記圧縮機、請求項３に記載の流路切換弁、前記室内熱交換器、前記室外熱交換器及び膨張弁を接続し、
冷媒としてＲ３２を採用し、
前記圧縮機吐出側流路と前記圧縮機吸入側流路の間に位置する前記中空部の総肉厚は、５ｍｍ以上であることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に用いられる流路切換弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路切換弁では、圧縮機から吐出された高温冷媒と熱交換器側から戻ってきた低温冷媒が流路切換弁内で弁体を介して接するため、熱損失が発生する。
【０００３】
特許文献１には、主弁体に断熱室を介して遮熱カバーが装着されている流路切換弁が記載されている。特許文献１に記載の発明によれば、高温側冷媒から低温側冷媒への熱の移動を極力抑制しつつ、安価で製造し易い遮熱形ピストン弁を具備する四方弁を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４５４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、空気調和機の冷媒としてＲ４１０Ａが用いられているが、地球温暖化防止の観点からＲ３２の採用が検討されている。
【０００６】
Ｒ３２はＲ４１０Ａに比べて吐出温度が高く、流路切換弁における高温温度と低温温度の温度差が大きい。そのため、Ｒ３２を空気調和機の冷媒として採用した場合、特許文献１に記載の流路切換弁は、断熱室内に冷媒が流入可能な構造であることから、高温冷媒から低温冷媒への熱の移動を十分抑制することができない。
【０００７】
本発明は、流路切換弁内での熱の移動を低減する流路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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の流路切換弁は、ケースと、ケース内に位置する弁体とを備え、ケースは、圧縮機の吐出側に位置する圧縮機吐出側流入管が接続される第１の部位と、圧縮機の吸入側に位置する圧縮機吸入側流出管、室外熱交換器側に位置する室外熱交換器側流出入管、及び室内熱交換器側に位置する室内熱交換器側流出入管が接続される第２の部位とを有し、弁体は、第２の部位上を摺動し、且つ、弁体の一部は第１の部位に接する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の流路切換弁によれば、流路切換弁内での熱の移動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る空気調和機の構成図
【図２】第１実施形態に係る流路切換弁の上面図
【図３】第１実施形態に係る流路切換弁の断面図
【図４】第１実施形態に係る流路切換弁の斜視図
【図５】第１実施形態に係る弁体の上面図
【図６】第１実施形態に係る弁体の断面図
【図７】第１実施形態に係る弁体の断面図
【図８】第１実施形態に係る弁体の下面図
【図９】流路切換弁の熱損失を示した図
【図１０】第２実施形態に係る流路切換弁の断面図
【図１１】第３実施形態に係る流路切換弁の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【実施形態１】
【００１２】
図１は空気調和機の構成図である。本実施形態に係る空気調和機は、圧縮機１０、流路切換弁１１、室内熱交換器１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４を備える。冷房運転時、圧縮機１０から吐出した冷媒は流路切換弁１１を通って、室外熱交換器１３に流れる。室外熱交換器１３に流れた冷媒は室外に熱を放出し、膨張弁１４で圧力を下げた後に、室内熱交換器１２に流れる。室内熱交換器１２に流れた冷媒は室内を冷却したのち、再び流路切換弁１１を経由して圧縮機１０に戻る。暖房運転時、圧縮機１０から吐出した冷媒は流路切換弁１１を通って、室内熱交換器１２に流れる。室内熱交換器１２に流れた冷媒は室内に熱を放出し、膨張弁１４で圧力を下げた後に、室外熱交換器１３に流れる。室外熱交換器１３に流れた冷媒は室外から熱を吸収したのち、再び流路切換弁１１を経由して圧縮機１０に戻る。
【００１３】
図２は第１実施形態に係る流路切換弁の上面図、図３は第１実施形態に係る流路切換弁の断面図、図４は第１実施形態に係る流路切換弁の斜視図である。図３は、図２に記載の流路切換弁をＡ−Ａ面で切断したときの断面を表している。
【００１４】
本実施形態に係わる流路切換弁１１は、図４に示すように円筒形状であり、図２に示すように上面に圧縮機吐出側流入管３を有する第１の部位２ａを有する。
【００１５】
流路切換弁１１は、弁体１とケース２を備え、図４に示すようにケース２は第１の部位２ａと第２の部位２ｂを有する。図３及び図４に示すように、第１の部位２ａに、圧縮機１０の吐出側と連通する圧縮機吐出側流入管３が接続されている。第２の部位２ｂに、圧縮機１０の吸入側と連通する圧縮機吸入側流出管４、室外熱交換器１３と連通する室内熱交換器側流出入管５、室内熱交換器１２と連通する室外熱交換器側流出入管６が接続されている。
【００１６】
ケース２は、左差圧室流路２０及び右差圧室流路２１を有する。流路切換弁１１は制御機器からの指令で、左差圧室流路２０もしくは右差圧室流路２１を主圧力流路２２に連通して、左差圧室１８と右差圧室１９に圧力差を生じさせて、弁体１を弁座１７上で摺動させる。
【００１７】
弁体１は、第２の部位２ｂ上を摺動し、且つ、弁体１の一部は第１の部位２ａに接している。本実施形態によれば、圧縮機吐出側流入管３から流入した冷媒は、弁体１で誘導されて、室内熱交換器側流出入管５若しくは室外熱交換器側流出入６に管６に流れる。そのため、流路切換弁１１内での乱流の発生を低減でき、流路切換弁１１内での熱損失を低減することができる。
【００１８】
なお、弁体１と第１の部位２ａとが多少の隙間を介して接している場合も、弁体１によって冷媒が誘導される効果は生じるため、弁体１の一部が第１の部位２ａに接することに含まれる。また、弁体１が第２の部位２ｂ上に位置する弁座１７上を摺動する場合も、弁体１が第２の部位２ｂ上を摺動することに含まれる。
【００１９】
図３は、暖房運転時における流路切換弁１１を示しており、左差圧室１８をバイパス流路２２ｂ、パイロット流路２７を介して圧縮機吸入側流出管４に連通させ、右差圧室１９をバイパス流路２２ａ、パイロット流路２７を介して圧縮機吐出側流入管３に連通している。すると、左差圧室１８には低圧の冷媒が流れ、右差圧室１９には高圧の冷媒が流れるため、弁体１は左差圧室流路２０側に移動する。すると、圧縮機吐出側流入管３と室内熱交換器側流出入管５、圧縮機吸入側流出管４と室外熱交換器側流出入管６が接続され、暖房運転の流路が形成される。
【００２０】
一方、冷房運転時は、パイロット流路２７の開閉弁を切り替えることで、右差圧室１９をバイパス流路２２ｂ、パイロット流路２７を介して圧縮機吸入側流出管４に連通させ、左差圧室１８をバイパス流路２２ａ、パイロット流路２７を介して圧縮機吐出側流入管３に連通させる。このように、本実施形態では、左差圧室１８と右差圧室１９の圧力差を切換えることにより、冷媒の流路を切り換えて、冷房運転と暖房運転を切換えている。
【００２１】
なお、本実施形態の流路切換弁１１は、図４に示すように円筒形状であるが、これに限らず、角筒形状等であってもよい。また、パイロット流路２７の開閉弁の代わりに、三方弁等を用いてもよい。
【００２２】
図５は第１実施形態に係る弁体の上面図、図６は第１実施形態に係る弁体の断面図、図７は第１実施形態に係る弁体の断面図、図８は第１実施形態に係る弁体の下面図である。図６は、図５に記載の流路切換弁をＣ−Ｃ面で切断したときの断面を表している。図７は、図５に記載の流路切換弁をＢ−Ｂ面で切断したときの断面を表している。
【００２３】
圧縮機吐出側流路７ａは、図５、図７及び図８に示すように弁体１の上面から下面まで延びている。また、圧縮機吸入側流路７ｂは、図７及び図８に示すように弁体１の下面に形成されている。
【００２４】
図６に示すように、弁体１は円筒形状であり、内部に中空部８ａを有している。図７に示すように、中空部８ａは、圧縮機吐出側流路面２６によって仕切られている。また、弁体１は、圧縮機吐出側流路面２６によって圧縮機吐出側流路７ａを形成し、圧縮機吸入側流路面２５によって圧縮機吸入側流路７ｂを形成している。
【００２５】
図３に示すように、暖房運転時は、圧縮機１０から吐出した冷媒は、圧縮機吐出側流入管３、圧縮機吐出側流路７ａ及び室内熱交換器側流出入管５を通って、室内側熱交換器１２に流れる。一方、室外側熱交換器１３で熱交換した冷媒は、室外熱交換器側流出入管６、圧縮機吸入側流路７ｂ及び圧縮機吸入側流出管４を通って、圧縮機１０に戻る。
【００２６】
冷房運転時は、圧縮機１０から吐出した冷媒は、圧縮機吐出側流入管３、圧縮機吐出側流路７ａ及び室外熱交換器側流出入管６を通って、室外側熱交換器１３に流れる。室内側熱交換器１２で熱交換した冷媒は、室内熱交換器側流出入管５、圧縮機吸入側流路７ｂ、圧縮機吸入側流出管４を通って、圧縮機１０に戻る。
【００２７】
本実施形態では、図３に示すように、圧縮機吐出側流路面２６は、冷房運転時は圧縮機吐出側流入管３と室内熱交換器側流出入管５とを接続し、暖房運転時は圧縮機吐出側流入管３と室外熱交換器側流出入管６とを接続する。本実施形態によれば、流路切換弁１１内で冷媒が滞留することがないため、流路切換弁１１内での熱損失を低減することができる。
【００２８】
なお、熱損失の低減効果は半減するが、圧縮機吐出側流路面２６が、圧縮機吐出側流入管３と室内熱交換器側流出入管５、若しくは、圧縮機吐出側流入管３と室外熱交換器側流出入管６のどちらか一方のみを接続する構成にすることもできる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、圧縮機吐出側流路７ａは、弁体１内に設けられており、一体成型では部品脱落の可能性がない。弁体１を支持する部品も不要であり、動作不良の可能性が大幅に低下し、流路切換弁１１に対する信頼性が向上する。
【００３０】
さらに、圧縮機吐出側流路７ａを形成する圧縮機吐出側流路面２６をＳ字形としており、圧縮機吐出側流路７ａでの圧力損失を減らし、且つ、乱流の発生低減による冷媒の接触面積の低下と流速の維持が可能となり、熱損失を低減している。さらに、乱流発生の低減によりケース内での騒音を抑制することができる。
【００３１】
なお、圧縮機吐出側流路面２６と、室内熱交換器側流出入管５および室外熱交換器側流出入管６とは弁座１７を介して接続している。
【００３２】
また、圧縮機吸入側流路７ｂの断面積は、圧縮機吐出側流路７ａの断面積より大きい。圧縮機吐出側流路７ａを流れる冷媒は、圧縮機吸入側流路７ｂを流れる冷媒よりも高圧であるため、それぞれの冷媒の圧力に合わせた断面積に近づけ、圧縮機吐出側流路７ａ及び圧縮機吸入側流路７ｂを流れる冷媒の合計の圧力損失を低減している。
【００３３】
より弁体１での圧力損失を低減するためには、圧縮機吐出側流路７ａの断面積を、圧縮機吐出側流入管３及び室内熱交換器側流出入管５の断面積と等しくすることが望ましい。
【００３４】
図９は、流路切換弁の熱損失を示した図である。図９は、Ｒ３２及びＲ４１０Ａについての高圧冷媒熱損失ΔＴ１及び低圧冷媒冷熱損失ΔＴ２を示している。高圧冷媒熱損失ΔＴ１は、圧縮機吐出側流入管３の冷媒温度ＴＤと室外熱交換器側流出入管６の冷媒温度ＴＣの差である。低圧冷媒冷熱損失ΔＴ２は、Ｓ側流入管４の冷媒温度ＴＳとＥ側出入管５の冷媒温度ＴＥの差である。図９に示すように、Ｒ４１０ＡとＲ３２を比較した場合、弁体１を通過することによる熱損失は、Ｒ３２のほうがＲ４１０Ａより大きい。
【００３５】
一定温度の冷媒を常時供給するという定常状態では、圧縮機吸入側流路面２５の弁体温度Ｔ（Ｓ側）を単純な断熱計算に近似することにより求めることができる。
【００３６】
弁体の厚さｄ１を３ｍｍ、弁体１の材質であるナイロンの熱伝導率λ１を０．０２５ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・Ｋとしたとき、式１より、弁体１の断熱係数Ｒは１．１２となる。
〔式１〕
Ｒ＝ｄ１／λ１＋１／ＴＳ
【００３７】
現行の冷媒であるＲ４１０Ａで圧縮機吸入側流路面２５の弁体温度Ｔ（Ｓ側）を計算すると、圧縮機吐出側流入管３の冷媒温度ＴＤを８０℃、圧縮機吸入側流出管４の冷媒温度ＴＳを１℃としたとき、式２より、圧縮機吸入側流路面２５の弁体温度Ｔ（Ｓ側）は７１．５℃となる。
〔式２〕
Ｔ１（Ｓ側）＝ＴＳ＋（ＴＤ−ＴＳ）／Ｒ×１／ＴＳ
【００３８】
圧縮機１の吐出温度が高温であるＲ３２を冷媒として採用した場合、圧縮機吐出側流入管３の冷媒温度ＴＤが９０℃となる。式１及び式２より、Ｒ４１０Ａを採用する場合と同じ断熱係数Ｒで計算すると、圧縮機吸入側流路面２５の弁体温度Ｔ（Ｓ側）は８０．５℃となる。
【００３９】
従って、圧縮機吸入側流路面２５の弁体温度Ｔ（Ｓ側）が８０．５℃となるＲ３２は、弁体温度Ｔ（Ｓ側）が７１．５℃となるＲ４１０Ａに比べて、圧縮機吸入側流出管４の冷媒温度ＴＳとの温度差が大きい分、熱損失が大きい。
【００４０】
本実施形態は、図５及び図７に示すように、圧縮機吸入側流路面２５と圧縮機吐出側流路面２６の間に中空部８ａを有している。
【００４１】
本実施形態では、中空部８ａを圧縮機吐出側流路７ａの内側に位置する筐体に加えて、圧縮機吐出側流路７ａの外側に位置する筐体によっても支えているため、中空部８ａを含めた総肉厚で５ｍｍを超える弁体１にすることができる。
【００４２】
本実施形態では、弁体１をナイロン、低圧乾燥空気、ナイロンの中空３層構造にしている。低圧乾燥空気は真空に近い特性を持ち、低圧乾燥空気の熱伝導率λ２を０．０１０ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・Ｋ、ナイロンの厚さｄ１を２ｍｍ、低圧乾燥空気の中空層厚さｄ２を１ｍｍとすると、圧縮機吐出側流入管３の冷媒温度ＴＤを８０℃、圧縮機吸入側流出管４の冷媒温度ＴＳを１℃としたとき、式１より、断熱定数Ｒは１．２６となる。
【００４３】
このとき、式２より、圧縮機吸入側流路面２５の弁体温度Ｔ（Ｓ側）は７１．６℃となり、Ｒ４１０Ａを使用した時とほぼ同等の温度となる。
【００４４】
また、圧縮機吐出側流路面２６の弁体温度Ｔ（Ｄ側）は、式３より、８４．３℃となり、熱損失が大幅に改善される。
〔式３〕
Ｔ（Ｓ側）＝ＴＤ−（ｄ１／λ１×（ＴＤ−ＴＳ））／Ｒ
【００４５】
以上説明した通り、中空部８ａを含めた総肉厚５ｍｍ以上を確保することで、冷媒としてＲ３２を採用した場合であっても、弁体温度を７０〜７２℃程度まで下げることができ、現行のＲ４１０Ａ同等もしくはそれ以下の熱損失まで低減できる。
【００４６】
なお、中空成型もしくはブロー成型によって、さらに弁体１の総肉厚を増大させることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、圧縮機吐出側流路７ａの外側にも中空部８ｂを有する構造としており、圧縮機吐出側流路７ａの外径側から筐体を介して、圧縮機吸入側流路７ｂに熱が漏洩するのを減らしている。
【実施形態２】
【００４８】
既に実施形態１で説明した符号が付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００４９】
図１０は、第２実施形態に係る流路切換弁の断面図である。図１０は、圧縮機吐出側流入管３と室内熱交換器側流出入管５、圧縮機吸入側流出管４と室外熱交換器側流出入管６とを接続させ、暖房運転の流路を形成した状態を表している。
【００５０】
本実施形態の流路切換弁１１は、弁体１の両端に弁体支持部１６を備え、弁体支持部１６を介して弁体１を移動させ、冷房運転と暖房運転を切換える。本実施形態の弁体１は、実施形態１と異なり、圧縮機吐出側流路７ａの外側に中空部を有していない。
【００５１】
図１０に示すように、圧縮機吐出側流入管３と室内熱交換器側流出入管５を圧縮機吐出側流路面２６によって接続している。言い換えると、弁体１は、第２の部位２ｂ上を摺動し、且つ、弁体１の一部は第１の部位２ａに接している。本実施形態によれば、圧縮機吐出側流入管３から流入した冷媒は、弁体１で誘導されて、室内熱交換器側流出入管５若しくは室外熱交換器側流出入６に管６に流れる。そのため、流路切換弁１１内での乱流の発生を低減でき、流路切換弁１１内での熱損失を低減することができる。
【００５２】
なお、弁体１と第１の部位２ａとが多少の隙間を介して接している場合も、弁体１によって冷媒が誘導される効果は生じるため、弁体１の一部が第１の部位２ａに接することに含まれる。また、弁体１が第２の部位２ｂ上に位置する弁座１７上を摺動する場合も、弁体１が第２の部位２ｂ上を摺動することに含まれる。
【００５３】
また、本実施形態では、圧縮機吐出側流路面２６は弁体１に設けられており、一体成型では部品脱落の可能性がない。
【００５４】
さらに、弁体１の圧縮機吐出側流路面２６の縦断面形状は円弧形である。本実施形態によれば、弁体１での高圧冷媒の圧力損失を減らし、且つ、乱流の発生低減による冷媒の接触面積の低下と流速の維持が可能となり、熱損失を低減することができる。
【実施形態３】
【００５５】
既に実施形態１で説明した符号が付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００５６】
図１１は、第３実施形態に係る流路切換弁の断面図である。図１１は、圧縮機吐出側流入管３と室内熱交換器側流出入管５、圧縮機吸入側流出管４と室外熱交換器側流出入管６とを接続させ、暖房運転の流路を形成した状態を表している。
【００５７】
本実施形態の流路切換弁１１は、弁体１の両端に弁体支持部１６を備え、弁体支持部１６を介して弁体１を移動させ、冷房運転と暖房運転を切換える。本実施形態の弁体１は、実施形態１と異なり、圧縮機吐出側流路７ａの外側に中空部８ｂを有していない。
【００５８】
図１１に示すように、圧縮機吐出側流入管３と室内熱交換器側流出入管５を圧縮機吐出側流路面２６によって接続している。言い換えると、弁体１は、第２の部位２ｂ上を摺動し、且つ、弁体１の一部は第１の部位２ａに接している。本実施形態によれば、圧縮機吐出側流入管３から流入した冷媒は、弁体１で誘導されて、室内熱交換器側流出入管５若しくは室外熱交換器側流出入６に管６に流れる。そのため、流路切換弁１１内での乱流の発生を低減でき、流路切換弁１１内での熱損失を低減することができる。
【００５９】
なお、弁体１と第１の部位２ａとが多少の隙間を介して接している場合も、弁体１によって冷媒が誘導される効果は生じるため、弁体１の一部が第１の部位２ａに接することに含まれる。また、弁体１が第２の部位２ｂ上に位置する弁座１７上を摺動する場合も、弁体１が第２の部位２ｂ上を摺動することに含まれる。
【００６０】
さらに、圧縮機吐出側流路面２６の縦断面形状は直線形である。ケース２の直径とＤ側入流口３の内径、および圧縮機回転数に依存する流量によっては、圧縮機吐出側流路面２６の縦断面形状が直線形にしたほうが、圧力損失が低減される場合もある。特に、低流量で使用される空気調和機の場合に効果を発揮する。
【符号の説明】
【００６１】
１  弁体
２  ケース
２ａ  第１の部位
２ｂ  第２の部位
３  圧縮機吐出側流入管
４  圧縮機吸入側流出管
５  室内熱交換器側流出入管
６  室外熱交換器側流出入管
７  低圧力損失形状で構成された弁体面
７ａ  圧縮機吐出側流路
７ｂ  圧縮機吸入側流路
８ａ  中空部
８ｂ  中空部
１０  圧縮機
１１  流路切換弁
１２  室内側熱交換器
１３  室外側熱交換器
１４  膨張弁
１６  弁体支持部
１７  弁座
１８  左差圧室
１９  右差圧室
２０  左差圧室流路
２１  右差圧室流路
２２  バイパス流路
２３  左蓋部
２４  右蓋部
２５  圧縮機吸入側流路面
２６  圧縮機吐出側流路面
２７  パイロット流路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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