(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉空間を有する弁本体と、
該弁本体の密閉空間と連通する第１導管及び第２導管と、
該第２導管を挟んで配置され、前記密閉空間と連通する第３導管及び第４導管と、
前記弁本体内部に配し、前記第２導管、前記第３導管及び前記第４導管の夫々に連通する３つの開口部を有する弁座と、
該弁座に摺動可能に設置されると共に前記弁座と反対側へ膨出しその内側に中空凹部の冷媒流路を形成する膨出部を具備し、前記冷媒流路を介して第２導管と、前記第３導管または前記第４導管の何れかとを切換可能に連通させることができる樹脂製の弁体と、
該弁体の膨出部には、内部に熱伝導率の低い気体を封入した発泡金属から成る断熱部が設けられ、
前記断熱部は、その気泡の１つ１つが密閉空間として形成されるクローズドセルの発泡金属であり、
前記発泡金属は、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、鉄、鉛又は銅、或いはこれらの合金からなり、
前記発泡金属のクローズドセルには、空気あるいは不活性ガスが封入されており、
前記断熱部は、前記弁体の前記膨出部の前記冷媒流路側に配置され、
前記断熱部は前記膨出部にインサート成形され、
前記断熱部は前記弁座に接触しないように前記弁体に設けられている
ことを特徴とする四方切換弁。
【請求項２】
密閉空間を有する弁本体と、
該弁本体の密閉空間と連通する第１導管及び第２導管と、
該第２導管を挟んで配置され、前記密閉空間と連通する第３導管及び第４導管と、
前記弁本体内部に配し、前記第２導管、前記第３導管及び前記第４導管の夫々に連通する３つの開口部を有する弁座と、
該弁座に摺動可能に設置されると共に前記弁座と反対側へ膨出しその内側に中空凹部の冷媒流路を形成する膨出部を具備し、前記冷媒流路を介して第２導管と、前記第３導管または前記第４導管の何れかとを切換可能に連通させることができる樹脂製の弁体と、
該弁体の膨出部には、内部に熱伝導率の低い気体を封入した発泡金属から成る断熱部が設けられ、
前記断熱部は、その気泡の１つ１つが密閉空間として形成されるクローズドセルの発泡金属であり、
前記発泡金属は、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、鉄、鉛又は銅、或いはこれらの合金からなり、
前記発泡金属のクローズドセルには、空気あるいは不活性ガスが封入されており、
前記断熱部は、前記弁体の前記膨出部の内部に包含されるように配置され、
前記断熱部は前記膨出部にインサート成形されている
ことを特徴とする四方切換弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機器、空調機器等に用いられる四方切換弁に関し、特に、弁体の断熱性を向上させて高温高圧冷媒と低温低圧冷媒との間で熱交換が生じることを抑制した流路切換可能な弁体を用いた四方切換弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調機器等で使用される冷凍サイクルシステムでは、四方切換弁を用いて冷媒流路の切換を行い、冷暖房機能のスイッチが可能なよう構成されている。その際、四方切換弁に用いられる樹脂製の弁体を介して弁体の内側に設けられた冷媒流路を流れる低温低圧の冷媒と弁体の外側を流れる高温高圧の冷媒との熱交換が生じてしまい、冷暖房効率が低下するという課題があった。この課題に対し、特許文献１では、四方切換弁の弁体として図４に示すような、膨出部の内部に中空断熱層７０を設けた弁体を用いるという構成が開示されている。同図において、符号１０ａは冷媒が流れる冷媒流路、符号１０ｂは内側を中空凹部形状とされた膨出部、符号１０ｃは膨出部の外周に設けられた鍔部、符号１０ｄは後述する各導管を選択的に連通するための開口部、符号１０ｅは開口部の中央に設けられた補強ピンを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２１３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示される弁体は、中空断熱層を形成した樹脂製の弁体として射出成形機等で成形するには、非常に複雑な金型を用いる必要があり、製造コストも非常に高くなると共に、膨出部は元来それほど肉厚に成形するものではなく、そこから更に中空断熱層の分だけ薄肉に形成されることから、強度が著しく低下する虞がある。また、中空断熱層を真空にすることは非常に難しく、また熱伝導率の低い気体等を封入することも技術的に困難であり、一定の熱交換は生じてしまう。更に、弁体が樹脂製であることから、何らかの影響により樹脂に連続した巣や微小な亀裂が発生した際、外部より中空断熱層内に冷媒が漏れて液状冷媒が溜まり、この液状冷媒が何らかの外部影響にて中空断熱層内で気化膨張した際に、弁体が故障する虞がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より弁体を介した冷媒間の熱交換を抑制することが可能な弁体を具備する四方切換弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の四方切換弁は、密閉空間を有する弁本体と、該弁本体の密閉空間と連通する第１導管及び第２導管と、該第２導管を挟んで配置され、前記密閉空間と連通する第３導管及び第４導管と、前記弁本体内部に配し、前記第２導管、前記第３導管及び前記第４導管の夫々に連通する３つの開口部を有する弁座と、該弁座に摺動可能に設置されると共に前記弁座と反対側へ膨出しその内側に中空凹部の冷媒流路を形成する膨出部を具備し、前記冷媒流路を介して第２導管と、前記第３導管または前記第４導管の何れかとを切換可能に連通させることができる樹脂製の弁体と、該弁体の膨出部には、内部に熱伝導率の低い気体を封入した発泡金属から成る断熱部が設けられ、前記断熱部は、その気泡の１つ１つが密閉空間として形成されるクローズドセルの発泡金属であり、前記発泡金属は、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、鉄、鉛又は銅、或いはこれらの合金からなり、前記発泡金属のクローズドセルには、空気あるいは不活性ガスが封入されており、前記断熱部は、前記弁体の前記膨出部の前記冷媒流路側に配置され、前記断熱部は前記膨出部にインサート成形され、前記断熱部は前記弁座に接触しないように前記弁体に設けられていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の四方切換弁は、密閉空間を有する弁本体と、該弁本体の密閉空間と連通する第１導管及び第２導管と、該第２導管を挟んで配置され、前記密閉空間と連通する第３導管及び第４導管と、前記弁本体内部に配し、前記第２導管、前記第３導管及び前記第４導管の夫々に連通する３つの開口部を有する弁座と、該弁座に摺動可能に設置されると共に前記弁座と反対側へ膨出しその内側に中空凹部の冷媒流路を形成する膨出部を具備し、前記冷媒流路を介して第２導管と、前記第３導管または前記第４導管の何れかとを切換可能に連通させることができる樹脂製の弁体と、該弁体の膨出部には、内部に熱伝導率の低い気体を封入した発泡金属から成る断熱部が設けられ、前記断熱部はその気泡の１つ１つが密閉空間として形成されるクローズドセルの発泡金属であり、前記発泡金属は、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、鉄、鉛又は銅、或いはこれらの合金からなり、前記発泡金属のクローズドセルには、空気あるいは不活性ガスが封入されており、前記断熱部は、前記弁体の前記膨出部の内部に包含されるように配置され、前記断熱部は前記膨出部にインサート成形されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による四方切換弁によれば、上記のように、弁体の膨出部に発泡金属を用いた断熱部を具備することで、製造が容易で、樹脂製の弁体を介した冷媒間の熱交換を抑制し、冷暖房効率の低下を防止して省エネルギー性を高めることが可能となる。
また、断熱部を１つ１つが密閉空間となる気泡を持つクローズドセル構造を備えた発泡金属としたので、樹脂製の弁体に巣や亀裂が発生し、巣や亀裂を伝って冷媒が断熱部に到達したとしても、冷媒は断熱部の気泡内に冷媒が浸入することなく亀裂内に留まる。このため従来の樹脂製の弁体に中空断熱層を設けた場合に比べて、弁体が故障する虞がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による四方切換弁の全体図を示す説明図である。
【図２】本発明による第一実施例を示す、四方切換弁の弁体の断面図である。
【図３】本発明による第二実施例を示す、四方切換弁の弁体の断面図である。
【図４】従来例における四方切換弁の弁体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面に基づいて、本発明を説明する。まず、この発明による四方切換弁の第１実施例を、図１に示す説明図及び図２に示す断面図を参照して説明する。
【００１４】
図１に示す四方切換弁１００は、内部を密閉空間とするシリンダ状の弁本体１が設けられている。この弁本体１には、開口部１４が形成され、該開口部１４には、密閉空間と連通し圧縮機（不図示）からの高温高圧の冷媒が流入する第１導管２１を連結され、さらに開口部１４には、第１導管２１と対向する位置に圧縮機（不図示）の吸入管に連結され低温低圧の冷媒が流入する第２導管２２を連結している。また、第２導管２２を挟んで対向する位置に熱交換器（不図示）に連結される第３導管２３及び第４導管２４が、弁本体１の密閉空間と連通するよう弁本体１に連結されている。
【００１５】
弁本体１はその内部に、第２導管２２、第３導管２３、第４導管２４の夫々に対応した開口部１１ａ、１１ｂ、１１ｃを具備する弁座１１と、弁座１１上に摺動可能に取り付けられる樹脂製の弁体１０を具備する。弁体１０は、ナイロン等の樹脂で形成され、弁座１１は、真鍮等で形成される。弁体１０は弁座１１上を摺動することで第２導管２２と、第３導管２３及び第４導管２４との何れかを切換可能に連通させるものである。弁体１０には適宜連結部を介して第１のピストン３１と第２のピストン３２を対向して連結している。夫々のピストンは、弁本体１の端部に設けられたエンドカバー１２、１３と弁体１との間に作動室４１、４２を形成する。
【００１６】
弁本体１は、その動作を制御するためのパイロット部５０、及びこれらを接続し気体又は液体等の流体を流す配管とを具備している。弁本体１はパイロット部５０の制御によって弁本体１の作動室４１、４２にかかる圧力を制御し、夫々の作動室に係る圧力の差によって第１のピストン３１及び第２のピストン３２を何れか一方の側へ押し込むことで、夫々のピストンと連結部３３、３４によって固定された弁体１０を摺動させて、第３導管２３と第４導管２４の何れか一方と第２導管２２とを切換可能に連通させる。このとき、第２導管２２と連通しなかった他方の導管は第１導管２１と連通することになる。このような構成を有する四方切換弁１００は、例えば図１に示す冷房時において、第１道管２１から第３道管２３へ弁体１０の外側に沿って圧縮機の高温高圧の冷媒が流れ、第４道管２４から第２道管２２に後述する弁体１０の内側に設けられた冷媒流路１０ａに沿って熱交換器から排出された低温低圧の冷媒が流れ、圧縮機の吸入管に流入する。図１の状態から弁体１０を摺動させて冷房から暖房に切り換えた状態（不図示）においては、第１道管２１から第４道管２４へ弁体１０の外側に沿って圧縮機の高温高圧の冷媒が流れ、第３道管２３から第２道管２２に後述する弁体１０の内側に設けられた冷媒流路１０ａに沿って熱交換器から排出された低温低圧の冷媒が流れ、圧縮機の吸入管に流入する。
【００１７】
図２に、弁本体１が内部に具備する第１実施例の弁体１０の断面図を示す。弁体１０は、膨出部１０ｂが形成されており、その内側を中空凹部形状として冷媒流路１０ａとしている。また、膨出部１０ｂの外周部には、弁座１１との摺動面となる鍔部１０ｃを備えている。膨出部１０ｂと対向する側には、冷媒流路１０ａにより、第２導管２２と第３導管２３又は第４導管２４とを選択的に連通するための開口部１０ｄが形成され、開口部１０ｄの中央には強度向上のための補強ピン１０ｅが設けられている。
【００１８】
従来であれば、樹脂製の弁体１０を介して弁体１０の冷媒流路１０ａ内の低温低圧の冷媒と、弁体１０の外側の高温高圧の冷媒との間（即ち第１導管２１内の冷媒と第２導管２２内の冷媒との間）で熱交換が生じてしまい、冷媒による冷却効果に影響が生じて冷暖房効率が低下していた。
【００１９】
それに対し、本第１実施例における弁体１０は、その膨出部１０ｂの内側の略全域を、ステンレスからなる金属マトリックス中に気泡が分散した発泡体で、気泡の１つ１つが密閉空間として形成されたクローズドセル構造を具備する発泡金属によって形成する断熱部６ａによって覆うようにインサートして成形した。発泡金属には、金属マトリックスの内部の気泡同士がつながっているオープンセル構造と気泡間に境界があり互いに分離されているクローズドセル構造とがあるが、本願ではクローズドセル構造を備えたものを用いている。クローズドセル構造であれば気泡の１つ１つが独立しているので、熱の移動が気泡内で遮られることにより高い断熱性能を備える。このため従来に比べて弁体を介した冷媒間の熱交換量を低減することができる。この発泡金属の気孔率や気泡のサイズは、四方切換弁に求められる断熱性能を備えていればどのような値でも適用可能である。この断熱部の形成に際し、クローズドセルの内部には熱伝導率の低い気体（例えば窒素やアルゴン等の不活性ガス、あるいは空気）を封入することが望ましい。
このように、弁体１０の膨出部１０ｂの内側にクローズドセル構造を備えた発泡金属から成る断熱部６ａを形成することによって、弁体１０の内側に形成された冷媒流路１０ａを流れる低温低圧の冷媒と弁体１０の外側を流れる高温高圧の冷媒との間での熱交換を著しく抑制することで冷媒の冷却効率と弁体１０の長寿命化を実現した。また断熱部６ａを金属製としたことで樹脂製の弁体１０を補強することができ、ひいては弁体１０の変形を防止することができる。
なお、断熱部６ａは、その厚さを、弁体１０の膨出部１０ｂの厚さをｔとすると０．５ｔ〜０．８ｔ程度であることが望ましい。
【００２０】
続いて第２実施例について、図３に基づいて説明する。第１実施例は断熱部６ａによって弁体１０の膨出部１０ｂの冷媒流路１０ａ側の内壁を覆うよう構成したが、これに対し第２実施例では、弁体１０の成形の際に第１実施例で用いたのと同じ発泡金属で形成された断熱部６ｂを膨出部１０ｂの内部にインサートして成形し、膨出部１０ｂの内部の略全域を発泡金属で覆うように構成した。これによって弁体１０の内部に発泡金属を収容することができ、発泡金属の離脱が発生することのない弁体１０を形成することができる。  また第１実施例と同様に、弁体１０の内側に形成された冷媒流路１０ａを流れる低温低圧の冷媒と弁体１０の外側を流れる高温高圧の冷媒との間での熱交換を著しく抑制することで冷媒の冷却効率と弁体１０の長寿命化を実現できるという効果と、断熱部６ｂを金属製としたことで樹脂製の弁体１０を補強することができ、ひいては弁体１０の変形を防止することができるという効果とを奏する。
【００２１】
本発明の四方切換弁１００は、以上説明したような構造を備えているが、それらの構造のみに限定されるのではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された発明思想を備える限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、断熱部６ａ、６ｂに用いる発泡金属の素材をステンレスとしたが、これに限定せず熱交換が防止でき加工成形に適した金属（例えばアルミニウム、チタン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、鉄、鉛又は銅、或いはこれらの合金）を適宜選択して用いることができる。発泡金属のクローズドセルに封入する気体についても同様である。また、断熱部６ａを膨出部１０ｂの内側に一体成形によって固定するとしたが、これに限定せず、膨出部１０ｂの内側に接着剤等にて取り付け固定するとしてもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１００      四方切換弁
１          弁本体
１０        弁体
１０ａ      冷媒流路
１０ｂ      膨出部
１０ｃ      鍔部
１０ｄ      開口部
１０ｅ      補強ピン
１１        弁座
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  開口部
１２、１３  エンドカバー
１４        開口部
２１        第１導管
２２        第２導管
２３        第３導管
２４        第４導管
３１        第１のピストン
３２        第２のピストン
３３、３４  連結部
４１        第１の作動室
４２        第２の作動室
５０        パイロット部
６ａ、６ｂ  断熱部
【図１】
0006508925.tif 000002
【図２】
0006508925.tif 000003
【図３】
0006508925.tif 000004
【図４】
0006508925.tif 000005