JP2008510948A - 直線状流路の逆転弁 - Google Patents

Abstract

冷凍システムにおいて流れを逆転できる逆転弁を提供する。逆転弁は第１の端部と対向する第２の端部との間に延在する弁本体を含む。多数の連通口が第１および第２の端部を通って配設される。１つの態様では、弁本体を通過する際の圧力降下を低減するため、流れは両端部の間で略直線状に流通される。これは、第１の端部で連通口へ結合される一方で、第２の端部で複数の異なる連通口と交差するように枢動可動であるチャネルを画定する弁部材によって達成される。システムにおける流れの方向は、どの連通口が第２の端部で交差するかによって決定される。別の態様では、弁部材を移動させるために、逆転弁は、弁部材へ接合された永久磁石と、弁本体の周りに部分的に延在する電磁石とを含む。電磁石へ異なる極性を適用することで、永久磁石および弁部材が移動される。

Description

本発明は、一般的に流路制御弁に関し、より詳細には、例えば、冷凍システムにおいて流れを逆転するための流れ逆転弁に関する。

逆転弁は、種々の択一的ループや回路に流体が導かれる種々のシステムに通常用いられている。例えば、ヒートポンプは、２種類の異なるモードのどちらか一方を選んで運転できるように構成された特殊な冷凍システムである。第１の、つまり冷却モードでは、熱という形のエネルギーが、「内部」環境から奪われ、「外部」環境へ伝達される。従って、第２の、つまり加熱モードでは、熱エネルギーは内部環境へ伝達される。熱エネルギーを運ぶために、ヒートポンプシステムは、圧縮機を用いて各環境に配置された熱伝達コイルを含む、閉じたシステム内で流体冷媒を循環させる。冷媒を循環させることに加え、圧縮機は熱をシステムに伝えるためにも用いられる。

ヒートポンプシステムを加熱モードと冷却モードとで切り替えるため、システムは、選択的に操作されて冷媒の流れを変えることができる逆転弁アセンブリを使用している。逆転弁アセンブリは、通常少なくとも４つの連通口を有する弁本体を含み、これを介して逆転弁アセンブリがヒートポンプシステムの他の部分と接続されている。第１の連通口は常に圧縮機の高圧吐出口と連通しており、一方、第２の連通口は常に圧縮機の低圧吸込口と連通している。残りの２つの連通口であるシステム連通口は、熱伝達コイルと連通している。逆転弁アセンブリを使用して熱伝達コイルの間の冷媒流の方向を変更することによって、ヒートポンプシステムは加熱モードと冷却モードとを切り替える。

冷媒流の方向を変更するため、逆転弁アセンブリはまた、２つの選択位置のひとつに選択的に移動できる可動の弁部材も含んでいる。第１の位置では、弁部材は第２の、すなわち圧縮機吸込連通口とシステム連通口のひとつとの間で直接冷媒を流通させ、一方、第２の位置では、弁部材は圧縮機吸込連通口と他方のシステム連通口との間で直接冷媒を流通させる。先行技術の逆転弁では、多くの場合、弁部材はパイロット弁アセンブリから供給される作動圧力の変化に応じて移動させられる。パイロット弁アセンブリは、弁本体とヒートポンプシステムとの両方と流体連通している電気的に動作する機器である。パイロット弁アセンブリは、システムから冷媒の圧力を引出し、この圧力を作動圧力へ変換し、これを弁本体へ導き、弁部材の位置を変えさせる。作動圧力を供給するパイロット弁アセンブリの使用に介在する不利な点は、付加的な部品と複雑な流体配管およびシール配列とを要することである。

冷媒を圧縮機吸込連通口とどちらかのシステム連通口との間で流通させることに加え、弁部材は圧縮機吐出連通口からの高圧冷媒が直接圧縮機吸込連通口に進入することを防ぐ機能もある。弁部材は圧縮機吐出連通口と圧縮機吸込連通口との間に存在する大きな圧力差に晒されるので、先行技術の弁部材には、追加の支持構造を設けてあることが多い。こうした支持構造は、通常は弁部材が第２の、すなわち圧縮機吸込連通口に臨む場所に近接して配置されており、冷媒流を妨害し、その結果、逆転弁を通過する際の圧力降下を増加させてしまうことがある。圧縮機がこの圧力降下を補わなければならないので、ヒートポンプシステム全体の効率が影響を受ける。

設計上、先行技術の逆転弁アセンブリでは、圧縮機吸込連通口と２つのシステム連通口とは、通常互いに隣接して配列される。従って、圧縮機吸込連通口と２つのシステム連通口との選択された組の間で冷媒流の向きを変えるには、弁部材は冷媒を比較的鋭角的に曲がるように流さなければならない。流体流の向きを鋭角的に曲げると、二次的な乱流を生じ、結果として衝撃と摩擦損失になることは周知である。逆転弁を通過する際の圧力降下に加えこの衝撃と摩擦損失は、圧縮機によって補わなければならず、従ってヒートポンプシステムの効率を低下させる。

本発明は、弁部材を通過する際の圧力降下を低減させるように設計された逆転弁アセンブリを提供する。逆転弁アセンブリは弁本体を含み、その中で種々の連通口が、圧縮機吸込連通口とシステム連通口とのどの一組の間の流体連通も比較的直線状のチャネルを通過するように配列される。流れの向きを鋭角的に曲げることとは対照的に、冷媒流を略直線状のチャネルを通過して導くことによって、逆転弁に起因する摩擦損失と衝撃は低減される。従って、逆転弁を通過する際の圧力降下も低減される。

比較的直線状のチャネルを提供するため、逆転弁は、弁本体の第１の端部と対向する第２の端部との間に延在する長手の弁部材を含む。圧縮機の吸込連通口および吐出連通口は第１の端部を通って配設され、一方、システム連通口は第２の端部を通って配設される。チャネルが画定される弁部材は、圧縮機吸込連通口へ恒常的に結合されるが、２つのシステム連通口に対しては枢動して移動可能である。それに応じて、弁部材が第１の位置へ移動される場合、チャネルが圧縮機吸込連通口とシステム連通口の一方と交差したまま、同時に圧縮機吐出連通口と他方のシステム連通口との間の連通を弁本体経由で可能にする。同様に、弁部材が第２の位置へ移動される場合、チャネルが圧縮機吸込連通口と第２のシステム連通口と交差したまま、同時に圧縮機吐出連通口ともう一方のシステム連通口との間の連通を弁本体経由で可能にする。いずれの位置でも、冷媒流は、２つの対向する端部の間で略直線方向に生じる。

別の態様では、本発明は、弁部材を第１の位置と第２の位置と間に移動させるために磁束を利用する磁気アクチュエータを提供する。磁気アクチュエータは、弁本体の内部において可動な弁部材へ接合されている永久磁石と、弁本体へ取付けることができ選択的に励起される電磁石とを含む。永久磁石は、Ｎ極およびＳ極を含み、電磁石へ適用される極性次第で、電磁石の異なる部分へ引付けられ、それから反発される。電磁石の極性を操作することによって、永久磁石および取付けられた弁部材が弁本体内で移動するようにできる。

本発明の利点のひとつは、冷媒流が圧縮機吸込連通口と選択されたシステム連通口との間で直線状に流通される逆転弁アセンブリを提供することである。もうひとつの利点は、冷媒の直線状の流れが逆転弁アセンブリを通過する際の圧力降下を低減し、その結果、より良好なシステム効率を得ることである。もうひとつの利点は、本発明が透過する磁束を用いて弁部材を移動させる磁気アクチュエータを提供し、それによって弁本体を密封したままにすることを可能にすることである。本発明のこうした利点およびその他の利点や特徴は、詳細な説明と添付図面から明らかになるであろう。

本発明を特定の好適な実施の形態と関連付けて説明するが、これらの実施の形態に限定する意図はない。逆に、付帯する請求項により画定されるように、本発明の精神および範囲内に含まれるように、全ての代替、改変、および均等物を包含することを意図する。適宜、同じ参照番号は、本質的に同じ構成部分、要素および特徴を同定するのに、本発明の代替の実施の形態で用いられる。

ここで図面を参照すると、図中、同じ参照番号は同じ要素を示し、図１および図２には、本発明に従って設計された逆転弁アセンブリが使用できる典型的な「ヒートポンプ」型の冷凍システム１００が示されている。上記のように、このヒートポンプ冷凍システム１００は、加熱または冷却モードのいずれかを選択して運転可能である。冷凍システム１００は、圧縮機１０２、「内部」コイル１０４、「外部」コイル１０６を含み、これらはすべて液体または蒸気冷媒を連通させる導管（チューブ）または配管によって相互に接続されている。「内部」および「外部」という用語は、熱エネルギーが交換される環境について述べただけのものであって、必ずしも屋内および屋外環境を意図したものではない。このシステム１００内での熱の流れを制御するため、逆転弁アセンブリ１１０が、圧縮機１０２と内部および外部コイル１０４、１０６との間で相互に接続されている。

図１に示す冷却モードでは、熱エネルギーが、内部コイル１０４周囲の環境から奪われ、外部コイル１０６周囲の環境へ伝達される。これを達成するため、サイクルの第１段階において、圧縮機１０２の吐出口端部１０３から高温の加圧された冷媒蒸気が、まず逆転弁アセンブリ１１０によって外部コイル１０６へ連通される。外部コイルでは、加圧された冷媒蒸気は、熱エネルギーが冷媒から奪われて外部環境へ伝達される発熱反応を経て凝縮し、液体冷媒となる。次に、加圧された液体冷媒は内部コイル１０４へ導かれる。内部コイル１０４では、冷却サイクルの第２段階として、液体冷媒は、膨張器を通って吸熱反応を経て膨張し、低圧の蒸気相となる。この反応の間に、内部コイル１０４内を流れる冷媒蒸気によって熱エネルギーが内部環境から奪われる。そして、この低圧蒸気は、圧縮機１０２の吸込口１０１へ導かれ、圧縮機１０２で圧縮されて高圧高温の蒸気に戻る。

圧縮機１０２で発生した熱エネルギーを内部環境へ伝達する加熱モードで本システムを運転するには、逆転弁アセンブリ１１０を操作して冷媒が本システム内を本質的に逆向きに流れるようにする。具体的には、図２に示すように、圧縮機１０２の吐出口１０３から高温の加圧された蒸気が、まず逆転弁アセンブリ１１０によって内部コイル１０４へ導かれる。内部コイル１０４では、加圧された冷媒蒸気は、熱エネルギーが冷媒から奪われて内部環境へと伝達される発熱反応を経て凝縮し、液体冷媒となる。次に、加圧された液体冷媒は外部コイル１０６へと導かれる。外部コイル１０６では、加熱サイクルの第２段階として、液体冷媒は、膨張器を通って吸熱反応を経て膨張し、低圧の蒸気相となる。そして、低圧蒸気は、逆転弁アセンブリ１１０経由で圧縮機１０２の吸込口１０１へ導かれ、圧縮機１０２で再び圧縮されて高温高圧の蒸気に戻る。

従って、当然のことながら、ヒートポンプシステム１００における熱エネルギーの流れは、逆転弁アセンブリ１１０の選択的操作によって調整される冷媒流の方向によって決められる。冷媒流の調整を実現するため、様々の様式および構成の逆転弁アセンブリが開発されてきた。様々の様式に加え、多様なサイズおよびスループットの逆転弁アセンブリが市販されており、多様なヒートポンプシステムのサイズだけでなく、他の用途にも適合できるようになっている。

図３を参照すると、本発明の教示に従って構築した逆転弁アセンブリ１１０が示されている。逆転弁アセンブリ１１０は、中空の弁本体１１２とアクチュエータ１１４とを含む。図３および図４を参照すると、弁本体１１２は、第１の端部１２２と平行で対向する第２の端部１２４との間に延在する略円筒状の側壁１２０を有する。端部１２２、１２４と円筒状の側壁１２０との間の弁本体１１２内に内室１２６が画定される。従って、第１の端部１２２と第２の端部１２４とは円筒状の側壁１２０の長さだけ互いに離間されている。その上、円筒状の側壁１２０は、図示の実施の形態では、第１および第２の端部１２２、１２４に対して垂直である長手方向の軸線１２８を画定し、それに沿って延在している。弁本体１１２は、それの円筒状の側壁１２０とそれの第１および第２の端部１２２、１２４とを含み、一体に接合されて内室１２６を密封することが好ましく、鋼またはアルミニウム等の適切な材料で作成することができる。

逆転弁アセンブリ１１０をヒートポンプシステムへ相互に接続するため、第１、第２、第３、第４の導管１３０、１３２、１３４、１３６を含む、複数の流管が設けられている。具体的には、第１の流管１３０は、圧縮機の吐出口１０３と連通しており、よって高圧高温の冷媒を受け入れる。第２の流管１３２は、圧縮機１０２の吸込口１０１と連通し、よってシステムから戻る低圧低温の冷媒を導く。第３および第４の導管１３４、１３６はシステム管としても知られ、内部および外部の熱交換器１０４、１０６と連通している。流管は冷凍システムの他の部分へろう付けや接着によって接続することができる。流管は、それぞれ第１、第２、第３、第４の連通口１４０、１４２、１４４、１４６を介して中空の弁本体１１２と連通している。流管は、金属やプラスチック等の適切な材料で作成することができ、例えば、溶接や接着剤での接着によって連通口へ気密に接合されていることが好ましい。図示の実施の形態では、流管は円筒状で、従って連通口は円形である。

本発明の一態様に従って、逆転弁アセンブリ１１０を通過する際の圧力降下を低減するため、流管１３０、１３２、１３４、１３６およびこれらのそれぞれの連通口１４０、１４２、１４４、１４６は、冷媒が中空の弁本体１１２を横断するおおよそ直線で流通するように配列される。これを達成するため、図３に示す実施の形態では、第１および第２の連通口１４０、１４２は第１の端部１２２を通って配設され、一方、第３および第４の連通口１４４、１４６は対向する第２の端部１２４を通って配設される。その上、第１、第２、第３、第４の流管１３０、１３２、１３４、１３６は、すべてが互いに対してまた軸線１２８に対して略平行に編成される。流管をヒートポンプシステムへ接続する方法により、第２の、すなわち圧縮機吸込口管１３２と第３や第４のシステム管１３４、１３６との間のすべての冷媒流は、弁本体１１２の第１の端部１２２と第２の端部１２４との間の略軸方向の範囲内で生ずる。その上、第１の、すなわち圧縮機吐出口管１３０と第３や第４のシステム管１３４、１３６との間のすべての流れは、同様に第１の端部１２２と第２の端部１２４との間の略軸方向に生ずる。従って、システム内で冷媒流を逆転しても、冷媒の向きを鋭角的に曲げることは必要とされない。

図４Ａを参照すると、冷媒を第２の、すなわち圧縮機吸込連通口１４２と第３や第４のシステム連通口１４４、１４６との間に流通させるため、逆転弁アセンブリ１１０は、内室１２６内に置かれた可動の弁部材１５０を含む。弁部材１５０は、チャネル１５６を画定しそれを取り囲む長手の弁管１５２を含み、そして第１の端部１２２と第２の端部１２４との間に延在する。チャネル１５６と連接するため、弁管１５２の対向する端部は、第１の開口部１６４を有する第１のフランジ１６０および第２の開口部１６６を有する第２のフランジ１６２として成形される。チャネル１５６は、弁管１５２を通って第１の開口部１６４と第２の開口部１６６との間に略直線に配設される。第１のフランジ１６０は、第１の開口部１６４およびチャネル１５６が第２の連通口１４２と交差するように第１の端部１２２へ結合される。第２のフランジ１６２は、第２の端部１２４に近接して、図５および図６に示すように、第２の開口部１６６およびチャネル１５６が第３および第４の連通口１４４、１４６のいずれかと交差できるよう選択的に移動可能である。

従って、弁部材１５０は、図５に示すように第２の流管１３２と第３の流管１３４との間を連通させる第１位置へ、また、図６に示すように第２の流管１３２と第４の流管１３６との間を連通させる第２位置へ移動できる。その上、図４Ａを参照すると、第１の、すなわち圧縮機吐出連通口１４０と第３や第４のシステム連通口１４４、１４６との間の冷媒流は、内室１２６を横断して生じ、それは弁部材１５０による第２の、すなわち圧縮機吸込連通口１４２への冷媒流とは分離されている。弁管１５２は、どのような適切な材料でどのような適切な形状で作成することもできるが、内室１２６内の高圧冷媒とチャネル１５６内の低圧冷媒との間に存在する圧力差による潰れに、追加の構造的支持を必要とすることなく耐えるように十分堅固に構築されることが好ましい。従って、幾つかの先行技術の逆転弁における流れを妨げる支持構造の必要性は、弁管１５２によって解消される。弁管１５２には、厚板の円筒状の形状が最も好ましい。

逆転弁アセンブリ１１０が加熱モードと冷却モードとを切り替えることを可能にするように種々の連通口を収容するため、図４Ａに示すように、第２の、すなわち圧縮機吸込連通口１４２は軸線１２８と軸方向に整列される。しかし、第３および第４のシステム連通口１４４、１４６は軸線１２８から半径方向にオフセットされ、従って軸線と側壁１２０との間に配置される。その上、第３の連通口１４４および第４の連通口１４６は、軸線１２８に対して互いに角度方向にオフセットされ、その角度は第３および第４の連通口が互いに略近くに配置されるように十分に小さい角度であることが好ましい。

第２の連通口１４２は軸線１２８と同軸であり、一方、第３および第４の連通口１４４、１４６は軸線から半径方向にオフセットされているので、弁管１５２は、第１の端部１２２と第２の端部１２４との間で軸線に対して角度を成す関係で延在しなくてはならない。従って、当然のことながら、第２の、すなわち圧縮機吸込口管１３２と第３や第４の流管１３４、１３６との間の冷媒流は、完全な直線で生ずることはできない。しかし、冷媒流の経路は、それでも略軸方向の範囲内にあり、第１の端部１２２と第２の端部１２４との間で比較的直線状のチャネルを介して生ずる。冷媒の比較的直線状の流通は、冷媒流の向きを鋭角的に曲げることとは対照的に、冷媒流への妨害を非常に少なくする結果となり、従って逆転弁アセンブリを通過する際の圧力降下を低減する。その上更に、弁管１５２と軸線１２８との間の角度を成す関係は、円筒状側壁１２０の長さの関数であり、側壁を充分に長くすることによって最小限にできる。角度を成す関係は約３０度以下であることが好ましい。

図４Ｂに示すように、弁を通る冷媒流の経路の妨害を更に低減することが望まれる本発明の複数の実施の形態では、第３および第４の管１３４、１３６は、軸線１２８に対して平行に配向されるのではなく、弁部材１５０が流れチャネル１５６をそれぞれ第３や第４の管１３４、１３６と整列するように位置決めされる場合にそれぞれの軸１５７’、１５７”が流れチャネル１５６の軸１５７と合致して延在するような角度で弁本体１２０の第２の端部１２４へ取付けられてもよい。この配列により、冷媒流の経路は、逆転弁１１０内で弁本体１１２の第２の端部１２４で僅かなりとも向きを変えることがない。

弁部材１５０を第１の位置と第２の位置との間に移動させることを可能にするため、図５および図６に示すように、弁部材は第１および第２の端部１２２、１２４と枢動可能に係合する。具体的には、図４Ａを参照すると、第１のフランジ１６０は、第２の連通口１４２の近くで第１の端部１２２に対してジャーナル化され、つまり回動自在に結合されている。それに応じて、第１の開口部１６４と第２の連通口１４２とは常に整列している。それに加え、第１のフランジ１６０と第１の端部１２２との間の結合部は、軸線１２８と同軸である第１の枢動点として機能する。第１のフランジ１６０と第１の端部１２２との間の結合部は、面シールまたは類似の要素を含んで冷媒のチャネル１５６と内室１２６との間での漏洩を防ぐことが好ましい。

第２のフランジ１６２は、第２の端部１２４に隣接し、第２の端部１２４に対して摺動可能である。第２の開口部１６６を第３や第４の連通口１４４、１４６と整列させるため、図４Ａ、図７、図８を参照すると、第２のフランジ１６２は、より広い主体部分１６８を通って配設された第２の開口部１６６を持つ略カム形状にされる。カム形状の第２のフランジ１６２のローブ部１６９は、軸線１２８と整列され、第２の端部１２４へ枢動可能に接続されている。枢動可能な接続は、軸線１２８に近接して第２のフランジ１６２および第２の端部１２４の中へ配設され、それらに対してジャーナル化されている枢動ピン１７０によって達成される。枢動ピン１７０と第２の開口部１６６との間のオフセットは、軸線１２８と第３および第４の連通口１４４、１４６との間の半径方向のオフセットに一致する。チャネルと内室との間の冷媒の漏洩を防ぐため、ガスケットまたはシールが第２のフランジと第２の端部との間に配置されることが好ましい。

図４Ａを参照すると、弁部材１５０の移動は、弁部材を円筒状の側壁１２０内で部分的に回転させることによって達成される。具体的には、第１のフランジ１６０は第１の端部１２２に対してジャーナル化されているので、弁部材１５０の回転は、第１の開口部１６４と軸線１２８および第２の連通口１４２の両方との間の同軸での動きとなる。図７および図８を参照すると、カム形状の第２のフランジ１６２は、ローブ部１６９を介して枢動ピン１７０により枢動されるので、弁部材１５０の回転は、第２の開口部１６６の軸線１２８に対する偏心した動きとなる。図５および図６から分かるように、第２の開口部１６６の偏心した動きは、チャネルが近傍の第３や第４の連通口１４４、１４６と択一的に交差することを可能にする。従って、枢動ピン１７０および第１の開口部１６４が整列されている軸線１２８は、弁部材１５０の部分的回転の軸でもある。

対向する端部の間で冷媒流を流通させることのもうひとつの利点は、漏洩を制御することの改善である。具体的には、流れは第２の吸込連通口１４２と対向する第３や第４のシステム連通口１４４、１４６との間で略直線状に流通され、妨害されないので、流動する冷媒の勢いは、弁部材１５０を大幅にずらすことはない。その上、開口部１６４、１６６と連通口１４２、１４４、１４６との同一空間での整列の故に、冷媒は、フランジ１６０、１６２と端部１２２、１２４との間から大幅に漏洩しようとはしない。その上更に、フランジ１６０、１６２と端部１２２、１２４との間の摺動接触の故に、当業者にとって容易に明白な、通例のシール解決策を取り入れることができて漏洩を更に低減することができる。

弁部材を第１の位置と第２の位置との間に移動させるため、図３に示すように、アクチュエータ１１４が、逆転弁アセンブリ１１０の一部として含まれている。アクチュエータは数多くの種々の方法で動作できる。例えば、図３および図４に示した実施の形態では、アクチュエータ１１４は、弁部材１５０を部分的に回転させることに磁気の原理を利用する磁気アクチュエータである。磁気アクチュエータは、内室１２６に配置されて弁部材１５０へ固定して接合された永久磁石１７２と、弁本体１１２へ取付けられた電磁石１８０とを含む。この実施の形態では、弁本体および弁部材は、永久磁石と電磁石との間の磁束を透過できる材料で作成されるが、これら自体は磁性を帯びないことが好ましい。透過磁束を用いて弁部材を移動させる利点は、その弁本体が密封できて冷媒の漏洩を防ぎ、逆転弁アセンブリへ充分な強度を提供することである。それに加え、パイロット弁では普通である複雑なシールや配管の配列は排除され、逆転弁はシステム圧力に依存せずに位置間を移動する。

永久磁石１７２は、略環状の形状であり、直径方向で円筒状の側壁１２０の内面に相応する。その上、環状の永久磁石は、軸線１２８に対して同軸であり、軸線および円筒状の側壁１２０に対して回転できる。一実施の形態では、永久磁石１７２およびそれが接合される弁部材１５０を内室１２６内に正確に配置するため、永久磁石は円筒状の側壁１２０の内面に形成された溝内に受容することもできる。環状の永久磁石１７２は、第１の、すなわち圧縮機吐出連通口１４０とシステム連通口１４４、１４６との間で内室１２６を通過する流れを実質的に妨げないように弁部材１５０へ接合されることが好ましい。例えば、図４Ａを参照すると、弁管１５２は環状の永久磁石１７２の内径より小さい直径を有するようにして、弁部材１５０が環状の永久磁石を貫通しても、冷媒が弁部材と永久磁石との間を流れるためのかなりの空間を提供するようにできる。図７および図８を参照すると、当業者になじみのあるように、永久磁石１７２は、第１の半環状半分１７４に対応するＳ極と、対向する第２の半環状半分１７６に対応するＮ極とを有する。

図４Ａ、図７、図８を参照すると、電磁石１８０は第１の脚部１８２と第２の脚部１８４とを含み、これは電磁束を発生するために適切などのような材料で形成されてもよい。弁本体１１２は第１および第２の脚部１８２、１８４の間に受容されて、脚部が円筒状の側壁１２０の対向する側部の回りに延在する。従って、永久磁石１７２を内部にそして軸線１２８を含む、弁本体１１２は、第１および第２の脚部１８２、１８４の間に配置される。図４Ａに示すように、第１の脚部１８２は、円筒状の側壁１２０の外部に形成された隆起した突起１２１を受容する開口１８６を含み、スナップ式アタッチメントを形成することができる。スナップ式アタッチメントは、追加の締結具の必要性を解消する。一実施の形態では、電磁石１８０を永久磁石１７２に対して軸方向に位置決めするのに、第１の脚部１８２は、第１の流管１３０から離れて配置するために、円筒状の側壁１２０の外部の上に長手方向にそして第１の端部１２２に隣接して延在するタブ１８８を含むことができる。電磁石へ電力を供給するため、アクチュエータ１１４はまた、第１および第２の脚部１８２、１８４へ連結されているコイル１９０をリード線１９２と共に含む。

運転中、図７に示すように弁部材１５０を第１の位置に移動させるには、電圧をコイル１９０へ印加し、その結果、電磁石１８０へ第１の極性を適用する。より具体的には、第１の極性は、第１の脚部１８２をＮ磁極として、第２の脚部１８４をＳ磁極として構成する。そのように構成された場合、第１の脚部１８２は永久磁石のＳ極の半環状半分１７４を引付け、一方、第２の脚部１８４はＮ極の半環状半分１７６を引付ける。図５および図７に示すように、磁力は、永久磁石１７２および弁部材１５０を第２の開口部１６６が第３の連通口１４４と整列する第１の位置へ枢動させる。弁部材を第２の位置に移動させるには、図８に示すように、第１の脚部１８２をＳ極として、第２の脚部１８４をＮ極として構成する第２の極性を適用する別種の電圧をコイル１９０へ印加する。従って、今度は、第１の脚部１８２は永久磁石１７２のＮ極の半環状半分１７６を引付け、一方、第２の脚部１８４はＳ極の半環状半分１７４を引付ける。図６および図８に示すように、これは弁部材１５０を回転させ、それにより第２の開口部１６６が今度は第４の連通口１４６と整列する。

図４Ａを参照すると、第２の開口部１６６を第３や第４のシステム連通口１４４、１４６と正確に整列させ、永久磁石１７２の過剰な回転を防ぐため、弁部材１５０の移動を制約する停止ピン２００を第２の端部１２４に圧入することもできる。停止ピン２００は、内室１２６の中へ延在し、軸線１２８の上にそれと平行に配置される。図７および図８に示すように停止ピン２００が弁部材１５０に係合するために、第２のフランジ１６２は、第１の肩部２０２および対向する第２の肩部２０４を含み、その両者ともローブ部１６９上に形成され、そこから突出している。肩部２０２、２０４は、軸線１２８に対して半径方向に突出し、軸線に対して互いに角度方向に離間されている。第１および第２の肩部２０２、２０４の間に停止ピン２００が受容される。図７に示すように、弁部材１５０が第１の位置へ枢動される場合、停止ピン２００は第１の肩部２０２に当接し、弁部材の更なる移動を防ぎ、それによって永久磁石の更なる回転を防ぐ。図８に示すように、弁部材１５０が第２の位置へ枢動される場合、停止ピン２００は第２の肩部２０４に当接し、弁部材の更なる移動を防ぎ、それによって永久磁石の更なる回転を防ぐ。

勿論、直線状流路の逆転弁アセンブリで弁部材を移動させることに、代替のアクチュエータを用いることもできる。これらの代替のアクチュエータは、レバーまたはケーブルを用いて動作する手動アクチュエータや、モータとギア駆動とを用いて動作する電気機械的アクチュエータ、冷凍システムからの圧力を利用してもよい空気圧または液圧アクチュエータ、あるいは回転式ソレノイド等の他の電磁気的アクチュエータを含む。いずれにしても、当該発明はアクチュエータの特定の様式に限定されない。

本明細書中で引用する刊行物、特許出願および特許を含むすべての文献を、各文献を個々に具体的に示し、参照して組み込むのと、また、その内容のすべてをここで述べるのと同じ限度で、ここで参照して組み込む。

本発明の説明に関連して（特に以下のクレームに関連して）用いられる名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数および複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」および「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（すなわち「〜を含むが限定しない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されるかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例または例示的な言い回し（例えば「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中の如何なる言い回しも、本発明の実施に不可欠である、請求項に記載されていない要素を示すものとは解釈されないものとする。

本明細書中では、発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読んだ上で、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを期待しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で発明が実施されることを予定している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の主題の修正および均等物をすべて含む。さらに、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、すべての考えられる変形における上記要素のいずれの組合せも本発明に包含される。

本明細書に組み込まれてその一部をなす添付図面は、本発明のいくつかの態様を図解し、詳細な説明とともに本発明の原理を説明する。
図１は、逆転弁アセンブリを利用する可逆冷凍システムの「冷却」モードで運転中の概略図である。 図２は、図１の可逆冷凍システムの「加熱」モードで運転中の概略図である。 図３は、アクチュエータと冷凍システムへ接続するための流管と一緒の弁本体とを含む逆転弁アセンブリの外観の上部斜視図である。 図４Ａは、選択された連通口の間で冷媒の向きを選択的に変えるための可動で略直線状弁部材を示す逆転弁アセンブリの、図７の４Ａ−４Ａ線に沿った破断図である。 図４Ｂは、弁排出管の軸が、選択された連通口間で冷媒の向きを選択的に変えるための可動で略直線状弁部材の流れチャネルによって画定される軸に沿って延在することを除き、すべての点で図４Ａの逆転弁の実施形態と略同様の、本発明に従う、逆転弁アセンブリの代替の実施の形態の、図７の略４Ａ−４Ａ線に沿った破断図である。 図５は、第１の位置にある弁部材を示し、冷媒の流れを矢印で示す、弁本体を削除した逆転弁アセンブリの上部斜視図である。 図６は、第２の位置にある弁部材を示し、冷媒の流れを矢印で示す、弁本体を削除した逆転弁アセンブリの上部斜視図である。 図７は、磁気アクチュエータによって第１の位置へ移動された弁部材を示す、弁本体を削除した逆転弁アセンブリの実施の形態の正面立面図である。 図８は、磁気アクチュエータによって第２の位置へ移動された弁部材を示す、弁本体を削除した図７の逆転弁アセンブリの正面立面図である。

Claims (22)

1. 第１の端部および対向する第２の端部を有する弁本体であって、前記第１の端部は内部に配設される第１および第２の連通口を含み、前記第２の端部は内部に配設される第３および第４の連通口を含む、弁本体と；
   チャネルを画定し、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延在する長手の弁部材であって、前記弁本体内で、前記チャネルが前記第２および第３の連通口と交差したまま、同時に前記第１および第４の連通口の間の連通を可能にする第１の位置と、前記チャネルが前記第２および第４の連通口と交差したまま、同時に前記第１および第３の連通口の間の連通を可能にする第２の位置との間で移動可能な弁部材とを備える；
   逆転弁。
2. 前記弁本体は略円筒形状で長手方向の軸線を画定し、前記第２の連通口は前記軸線と同軸である；
   請求項１の逆転弁。
3. 前記第３および第４の連通口は前記軸線から半径方向にオフセットされており、前記軸線に対して互いに角度方向にオフセットされている；
   請求項２の逆転弁。
4. 前記弁部材は第１のフランジと第２のフランジとの間に延在する長手の弁管を含み、前記チャネルは前記弁管内に配設され、前記チャネルは前記第１のフランジを通じて第１の開口部によって連接されそして前記第２のフランジを通じて第２の開口部によって連接される；
   請求項３の逆転弁。
5. 前記第１のフランジは、前記第１の開口部が前記第２の連通口および前記軸線と整列されるように前記第１の端部に対してジャーナル化され、前記第２のフランジは、前記第２の開口部が前記軸線から半径方向にオフセットされるように前記軸線に近接して前記第２の端部へ枢動可能に接続される；
   請求項４の逆転弁。
6. 前記弁部材は前記第１および第２の位置の間を移動する際に、前記第１の開口部は前記第２の連通口に対して同軸で回転し、前記第２の開口部は交差する前記第３および第４の連通口の間を偏心して枢動する；
   請求項５の逆転弁。
7. 前記チャネルは、略直線状であり、前記軸線に対して角度を成す関係で前記第１および第２の端部の間に延在し、前記角度を成す関係は約３０度以下である；
   請求項２の逆転弁。
8. 前記弁部材を移動させるためのアクチュエータを更に備える；
   請求項２の逆転弁。
9. 前記アクチュエータは、前記弁部材へ接合されて前記軸線に対して同軸である略環状の永久磁石と、前記弁本体の略周りに延在する電磁石とを含む；
   請求項８の逆転弁。
10. 前記弁部材は、前記環状の永久磁石を貫通する；
    請求項９の逆転弁。
11. 前記永久磁石は第１の半環状半分に対応するＮ極と第２の半環状半分に対応するＳ極とを有し、前記電磁石は第１の脚部および第２の脚部を含み、前記弁本体は前記第１および第２の脚部の間に配置され、適用された第１の極性により前記第１の脚部が前記Ｎ極を引付け、適用された第２の極性により前記第１の脚部が前記Ｓ極を引付ける；
    請求項９の逆転弁。
12. 前記弁部材は一対の対向する離間した肩部を含み、前記弁本体は前記肩部の間で前記内室の中へ延在する停止ピンを含み、それにより、前記弁部材が前記第１の位置へ移動される場合に前記停止ピンは前記第１の肩部に当接し、前記弁部材が前記第２の位置へ移動される場合に前記停止ピンは前記第２の肩部に当接する；
    請求項２の逆転弁。
13. 第１の流管、第２の流管、第３の流管および第４の流管を更に備え、前記第１、第２、第３、第４の流管は前記それぞれ第１、第２、第３、第４の連通口へ接合され、前記第１、第２、第３、第４の流管は互いに対してかつ前記軸線に対して略平行である；
    請求項２の逆転弁。
14. 前記長手の弁部材は前記第１の端部と前記第２の端部との間に延在する前記チャネルの軸を更に画定し、前記逆転弁は第１の流管、第２の流管、第３の流管および第４の流管を更に備え、前記第１、第２、第３、第４の流管は前記それぞれ第１、第２、第３、第４の連通口へ接合され、前記第１および第２の流管は互いに対してかつ前記軸線に対して略平行に延在し、前記第３の流管は前記弁部材が前記第１の位置に配設された場合に前記長手方向の軸線に配向されて前記流れのチャネルの軸に対して略平行に延在し、前記第４の流管は前記弁部材が前記第２の位置に配設された場合に前記長手方向の軸線に配向されて前記流れチャネルの前記軸に対して略平行に延在する；
    請求項２の逆転弁。
15. 四方逆転弁において流れを逆転させる方法であって：
    (i) 軸線に沿って延在する弁本体を備えるステップであって、前記弁本体は、前記軸線と同軸である第２の連通口と、前記軸線から軸方向にオフセットされた第１、第３および第４の連通口とを含む、ステップと；
    (ii) 弁部材を第２の連通口へ結合するステップと；
    (iii) 前記弁部材を前記第３の連通口との整列と前記第４の連通口との整列との間で偏心して回転させるステップとを含む；
    方法。
16. 前記回転させるステップは：
    (iv) 弁管へ接合されて前記軸線に対して同軸の環状の永久磁石を回転させるように、電磁石の極性を反転させるステップを含む；
    請求項１５の方法。
17. 内室を画定する弁本体であって、内部に配設される第１、第２、第３および第４の連通口を含む、弁本体と；
    第２、第３および第４の連通口の内の選択可能な一組の間で流体連通させるためのチャネルを画定する可動の弁部材と；
    前記弁部材を移動させるためのアクチュエータであって、電磁石および前記弁部材へ接合された永久磁石を含むアクチュエータとを備え；
    第１の極性が前記電磁石へ適用された場合、前記弁部材は第１の位置へ移動し、前記チャネルが前記第２および第３の連通口と交差し、前記第２および第３の連通口の間を流体連通させたまま、同時に前記第１および第４の連通口の間の流体連通を前記内室経由で可能にし；
    第２の極性が前記電磁石へ適用された場合、前記弁部材は第２の位置へ移動し、前記チャネルが前記第２および第４の連通口と交差し、前記第２および第４の連通口の間を流体連通させたまま、同時に前記第１および第４の連通口の間の流体連通を前記内室経由で可能にする；
    逆転弁。
18. 前記永久磁石は前記内室内に配置され、前記電磁石は前記弁本体の少なくとも一部分の周りに延在する；
    請求項１７の逆転弁。
19. 前記弁本体は第１の端部および対向する第２の端部を持つ略円筒状であり、前記円筒状の弁本体は長手方向の軸線を画定し、前記永久磁石は略環状の形状であり前記軸線と同軸に整列される；
    請求項１８の逆転弁。
20. 前記電磁石は第１の脚部および第２の脚部を含み、前記円筒状の弁本体は前記第１および第２の脚部の間に配置される；
    請求項１９の逆転弁。
21. 前記環状の永久磁石は第１の半環状半分に対応するＮ極と第２の半環状半分に対応するＳ極とを含み、前記第１の極性が適用される場合に前記第１の脚部は前記Ｎ極を引付け前記Ｓ極を反発し、前記第２の極性が適用される場合に前記第１の脚部は前記Ｓ極を引付け前記Ｎ極を反発する；
    請求項２０の逆転弁。
22. 前記第１および第２の連通口は前記第１の端部を通って配設され、前記第３および第４の連通口は前記第２の端部を通って配設される；
    請求項２１の逆転弁。

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