JP4610278B2 - 三方弁 - Google Patents

Description

本発明は、空調機の冷凍サイクル等において用いられる三方弁に関し、更に詳しくは、冷凍サイクルの構成を単純化するために、二種類の弁を単一のブロック体に収納する三方弁に関し、ブロック体内の電磁部により制御されるパイロット弁部と、主弁部と、チェック弁部とをブロック体内に形成し、流体の流れ方向を、「第１ポートから第３ポート（低圧流体）」と、「第２ポートから第１ポート（高圧流体）」とのどちらかに切換える三方弁を提供するものである。

従来、冷凍サイクルにおいて、同冷凍サイクル中に切換弁とチェック弁とを併用する場合に、それぞれの弁を準備することになるために管路が複雑になり、また、管路が複雑になることで配管空間を多く必要とするなどの不利点があった。

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消することにあり、空調機の冷凍サイクル等において用いる三方弁において、構成・配管が単純・容易であり、コンパクトで、しかも廉価な三方弁を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明は、下記の手段を講じた。即ち、請求項１記載の三方弁は、金属製のブロック体に第１ポートと第２ポートと第３ポートが形成され、該各ポートにおいて高圧流体又は低圧流体の流れを切換える三方弁であって、前記ブロック体内には、前記第２ポートに連通して形成される主弁部と、前記第３ポートに連通して形成されるチェック弁部と、前記主弁部と前記チェック弁部の間を連通し前記第１ポートからも連通する第１連通路と、前記第１連通路と前記主弁部の背圧側に連通するバイパス通路と、前記バイパス通路の途中に設けられるパイロット弁部とを有し、前記パイロット弁部を作用させる電磁部を付設し、低圧流体が前記第１ポートに流入するときは、前記電磁部を作用させて前記パイロット弁部を閉状態として前記第２ポートに高圧流体を作用させて前記主弁部を閉状態にして、低圧流体を前記第３ポートへ流出させ、高圧流体が前記第２ポートに流入するときは、前記電磁部を作用させて前記パイロット弁部を開状態として前記主弁部を開状態にして、前記チェック弁部は高圧流体により閉状態となり、高圧流体を前記第１ポートへ流出させることを特徴とする。
請求項２記載の三方弁は、請求項１記載の三方弁において、前記電磁部への通電のオン・オフにより前記パイロット弁部を作動させることを特徴とする。

請求項３記載の三方弁は、請求項１又は請求項２記載の三方弁において、前記主弁部は、主弁室と、該主弁室内で往復動する主弁体と、該主弁体の背部に形成される主弁背圧室を備え、前記主弁室は第２ポートに連通していると共に、前記チェック弁室内の主弁座を介して前記第１連通路に連通していることを特徴とする。
請求項４記載の三方弁は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三方弁において、前記パイロット弁部は、上記ブロック体内に形成されたパイロット弁室内にパイロット弁体を備え、前記パイロット弁室は、前記バイパス通路の途中に前記パイロット弁室内のパイロット弁座を介して設けられていることを特徴とする。

請求項５記載の三方弁は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三方弁において、前記チェック弁部は、チェック弁室と、該チェック弁室内で往復動するチェック弁体と、該チェック弁体の背部に形成されるチェック弁背圧室とを備え、前記チェック弁体は前記チェック弁室側とチェック弁背圧室側とを連通する連通孔を有し、前記チェック弁背圧室は前記第１連通路に連通し、前記第１ポートは前記チェック弁室側と連通していることを特徴とする。
請求項６記載の三方弁は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三方弁において、前記チェック弁部は、チェック弁室と、該チェック弁室内で往復動するチェック弁体と、該チェック弁体の背部に形成されるチェック弁背圧室とを備え、前記チェック弁背圧室は前記第１連通路に連通し、前記チェック弁部に前記第１ポートに連通させるにあたって、その連通位置を、前記チェック弁部が開状態においては前記チェック弁室側、又、閉状態においては前記チェック背圧室側となる位置とすることを特徴とする。

上記構成により、本発明によれば、第１ポート１から流入する高圧冷媒を第３ポート３に又は第１ポート１から流入する低圧冷媒を第２ポート２に１つの弁体により切換えることができるから構成が単純となり、故障が少なく、廉価な弁体が得られ、また、流体サイクルを配置する所要容積を小さくすることができる。

（基本概念）
先ず、本発明の基本概念図を、図１（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。本実施例に係る三方弁は、冷凍サイクルの冷媒の流れ方向の切換えに用いるもので、ブロック体１００内に、第１ポート１、第２ポート２及び第３ポート３の３つの流体出入口を有し、図１（Ａ）に示すように、電磁部が非通電の状態において、高圧流体を第２ポート２に作用させると共に、低圧冷媒を第１ポート１から第３ポート３に流動させる。また、図１（Ｂ）に示すように、電磁部が通電状態において、第３ポート３に低圧冷媒を作用させると共に、高圧冷媒を第２ポート２から第１ポート１に流動させるものである。このように、電磁部に対するオン・オフを切り換えて、冷媒の流れの方向を切換えるものである。

（全体構成）
図２は本発明に係る実施例１の三方弁の正面図、図３は同三方弁の右側面図である。なお、以下の図面の説明において、その位置を説明するために、上、下、左、右の表現を用いるが、実際の配置状態はこれに限定されるものではない。

実施例１に係る三方弁は、図２に示すように、アルミ合金製のブロック体１００と、その上方に電磁部取付体４０を介して取付けられた電磁部Ｄとからなり、ブロック体１００の正面には主弁蓋１２が装着されると共に、図３に示すように、ブロック体１００の右側面には第１ポート１、第２ポート２、第３ポート３及びネジ孔９が形成され、又、ブロック体１００の下部にはチェック弁蓋２２が装着されている。また、ブロック体１００の上部に配置される電磁部Ｄは、コイル４３、ソレノイドケース４４、ビス３８等から構成されている。

次に、ブロック体１００内に形成される主弁部Ａ、パイロット弁部Ｂ及びチェック弁部Ｃについて説明する。図４乃至図６は図２のＡ−Ａ断面図で、ブロック体１００の縦断面を示しており、図４はその非運転状態、図５はその非通電状態、そして、図６はその通電状態を示す。以下、主として図４を用いて説明する。

（主弁部Ａ）
図４に示すように、ブロック体１００内には、前記第２ポート２に連通して主弁部Ａが配置されている。主弁部Ａは、ブロック体１００内に形成された円柱状の空間からなる主弁室１０と、その底部に形成された主弁座１１と、左方の径大部に螺合される主弁蓋１２と、前記主弁室１０内で左右に摺動可能に配置されているピストン状の主弁体１３と、該主弁体１３の左端部に形成されたバネ受け凹部１４と、前記主弁蓋１２と主弁体１３の左端部との間の主弁背圧室１７内に配置されるバネ１６と、前記主弁体１３の右端部にカシメ結合されたボール状のボール弁１５と、を具備している。また、主弁座１１の中心孔は、ブロック体１００に形成されている第１連通孔５に連通している。

（電磁部Ｄ）
図４に示すように、上記ブロック体１００における主弁部Ａの上方には、電磁部装着孔４が形成され、該電磁部装着孔４に螺合された電磁部取付体４０を介して電磁部Ｄが装着されている。前記電磁部取付体４０は、上方にフランジが形成されると共に全体として筒状に形成され、その内面には上方に突出したスリーブ４１が一体に固定され、該スリーブ４１の外側にはボビン４２を介してコイル４３が巻回されており、また、スリーブ４１の上部には吸引子３２が装着され、該吸引子３２にはビス３８によりソレノイドケース４４が取付けられている。また、前記コイル４３にはリード線４５が結線されている。

（パイロット弁部Ｂ）
図４に示すように、前記スリーブ４１の内部には、上下摺動可能にプランジャ３３が設けられ、該プランジャ３３の下部にはボール弁３５がカシメにより一体に設けられている。また、プランジャ３３の上部に形成されているバネ受け凹部３４内で且つ吸引子３２とプランジャ３３との間のパイロット背圧室３７にはバネ３６が配置され、プランジャ３３を下方に弾圧している。
更に、ボール弁３５の下方で且つパイロット弁室３０の底面にはパイロット弁座３１が形成され、該パイロット弁座３１の孔は、ブロック体１００に形成された第４連通孔８を介して第１連通孔５に連通している。また、パイロット弁室３０の側面と前記主弁背圧室１７との間はパイロット孔７によって連通状態となっている。

（チェック弁部Ｃ）
図４に示すように、チェック弁部Ｃは、ブロック体１００の右方位置に上下方向に形成され、ブロック体１００に穿設された上下方向のチェック弁室２０の上底部にはチェック弁座２１が形成されるとともに、チェック弁座２１の中心孔と前記第３ポート３とは連通している。また、チェック弁室２０の側壁には第１ポート１が連通・開口している。

前記チェック弁室２０の内部には、ピストン状のチェック弁体２３が上下方向に摺動可能の配置され、その上端部にはボール弁２５がカシメ固定されており、チェック弁体２３の側部に形成されたバネ受段部２４と、チェック弁室２０の側壁面に形成されたバネ受部２０ａとの間にはバネ２６が配置され、該バネ２６は上記チェック弁体２３をチェック弁座２１から離れる方向に弾圧している。

また、前記チェック弁体２３の中心軸部には、その長さ方向に沿って連通軸孔２３ａが形成され、該連通軸孔２３ａの上端部において、該連通軸孔２３ａと連通して連通横孔２３ｂが形成され、該連通横孔２３ｂはチェック弁室２０に開口している。また、連通軸孔２３ａの下端はチェック弁体２３の下面に開口しており、後述のチェック背圧室２７に連通している。

前記チェック弁蓋２２は、チェック弁体２３下部のブロック体１００の開口部に螺合されて装着されており、また、チェック弁体２３の下部の外周には切欠部が形成され、この切欠部を含むチェック弁体２３の下端面とチェック弁蓋２２との間にチェック背圧室２７が形成される。また、前記第１連通孔５の一端はチェック背圧室２７に開口している。

（作用）
次に、実施例１の作用について説明する。
（非運転状態）
図４に示すように、三方弁が非運転状態においては、主弁部Ａはバネ１６の弾発力により閉状態となっており、パイロット弁部Ｂはバネ３６の弾発力によりボール弁３５は閉状態となっており、且つ、チェック弁部Ｃはバネ２６の弾発力により開状態となっている。冷媒は非流動状態にある。

（非通電運転・ポート１からポート３）
次に、低圧冷媒を第１ポート１から第３ポート３に流すために、電磁部Ｄは非通電とし、第２ポート２に高圧冷媒を作用させ、第１ポート１に低圧冷媒を流入させると、図５に示すように、パイロット弁部Ｂが閉状態であるから主弁背圧室１７の高圧冷媒圧は保持され、主弁体１３及びボール弁１５に対する主弁室１０の高圧冷媒圧と主弁背圧室１７の高圧冷媒圧が略等しく、また、ボール弁１５には、チェック弁部Ｃを介して第１連通孔５側から低圧冷媒圧が作用するが、主弁体１３に対しては、主弁背圧室１７側からの高圧冷媒圧の方が受圧面積が大きいため、バネ１６のバネ圧とあいまってボール弁１５は閉状態となっている。

上記の状態において、図５に示すように、第１ポート１から流入した低圧冷媒はチェック弁部Ｃが開状態にあるから、直ちにチェック弁座２１を通過して第３ポート３に流出する。この低圧冷媒は、前記のようにチェック弁部Ｃのチェック背圧室２７から第１連通孔５を介して主弁部Ａのボール弁１５に主弁座１１側から開方向に作用するが、ボール弁１５を開状態とするには至らない。結局、低圧冷媒は第１ポート１から第３ポート３に流れることになる。

（通電運転・ポート２からポート１）
次に、第２ポート２から第１ポート１に高圧冷媒を流動させる場合について説明する。第２ポート２から第１ポート１に高圧冷媒を流動させるために、電磁部Ｄは通電とし、第２ポート２に高圧冷媒を流入させると、主弁部Ａに高圧冷媒が流入し、主弁室１０内は高圧冷媒で満たされる。この時、主弁背圧室１７に至った高圧冷媒は、図６に示すように、パイロット孔７を通ってパイロット弁室３０に至るが、吸引子３２が磁化されているためプランジャ３３及びボール弁３５は上動しており、従って、パイロット弁座３１は開状態となっている。よって、パイロット弁室３０内の高圧冷媒は第４連通孔８及び第１連通孔５を通ってチェック弁部Ｃに流出することになる。

チェック弁部Ｃに流入した高圧冷媒は、バネ２６に抗してチェック弁体２３を押し上げ、ボール弁２５をチェック弁座２１に当接させ、閉状態とさせる。その結果、チェック弁部Ｃに至った高圧冷媒は、第３ポート３には流れず、すべて第１ポート１から流出することになり、図１（Ｂ）の流れ方向が実現する。なお、この場合、第３ポート３には低圧冷媒が作用するが、ボール弁２５を押し下げて開状態とするには至らない。また、この高圧冷媒の流れ状態においては、第３ポート３に低圧冷媒を作用させることは、必ずしも必須の要件ではない。

（全体構成）
実施例２の外面形状については、実施例１と同じであり、図２は実施例２の三方弁の正面図、図３は同三方弁の右側面図である。

実施例２に係る三方弁は、図２に示すように、アルミ合金製のブロック体１００’と、その上方に電磁部取付体４０を介して取付けられた電磁部Ｄと、からなり、ブロック体１００’の正面には主弁蓋１２が装着されると共に、図３に示すように、ブロック体１００’の右側面には第１ポート１、第２ポート２、第３ポート３及びネジ孔９が形成され、又、ブロック体１００’の下部にはチェック弁蓋２２が装着されている。また、ブロック体１００’の上部に配置される電磁部Ｄは、コイル４３、ソレノイドケース４４、ビス３８等から構成されている。

次に、ブロック体１００’の内部に形成される主弁部Ａ、パイロット弁部Ｂ及びチェック弁部Ｃ’について説明する。図７乃至図８は図２のＡ−Ａ断面図で、ブロック体１００’の縦断面を示しており、図７は電磁部Ｄへの非通電状態、そして、図８はその通電状態を示す。

（主弁部Ａ）
図７に示すように、ブロック体１００’内には、前記第２ポート２に連通して主弁部Ａが配置されている。しかし、この主弁部Ａの構成は、実施例１と全く同じであることから、図７に図４に付した符号と同一の符号を付すことによって説明を省略する。

（電磁部Ｄ）
図７に示すように、上記ブロック体１００’における主弁部Ａの上方には、電磁部装着孔４が形成され、該電磁部装着孔４に螺合された電磁部取付体４０を介して電磁部Ｄが装着されている。しかし、この電磁部Ｄの構成は、実施例１と全く同じであることから、図７に図４に付した符号と同一の符号を付すことによって説明を省略する。

（パイロット弁部Ｂ）
図７に示すように、ブロック体１００’にはパイロット弁部Ｂが一体に設けられている。しかし、このパイロット弁部Ｂの構成は、実施例１と全く同じであることから、図７に図４に付した符号と同一の符号を付すことによって説明を省略する。

（チェック弁部Ｃ’）
図７に示すように、ブロック体１００’にはチェック弁部Ｃ’が一体に設けられている。以下、チェック弁部Ｃ’について説明するが、実施例１のチェック弁部Ｃと同一構成部分については、図４に付した符号と同一の符号を図７，８に付すことによって説明を省略する。
上記チェック弁部Ｃ’は、ブロック体１００’の右方位置に上下方向に形成され、ブロック体１００’に穿設された上下方向のチェック弁室２０’の上底部にはチェック弁座２１’が形成されるとともに、チェック弁座２１’の中心孔と前記第３ポート３とは連通している。

前記チェック弁室２０’の内部には、ピストン状のチェック弁体２３’が上下方向に摺動可能の配置され、その上端部にはボール弁２５’がカシメ固定されており、チェック弁体２３’の側部に形成されたバネ受段部２４’と、チェック弁室２０’の側壁面に形成されたバネ受部２０’ａとの間にはバネ２６’が配置され、該バネ２６’は上記チェック弁体２３’をチェック弁座２１’から離れる方向に弾圧している。

また、チェック弁蓋２２’は、チェック弁室２０’の開口部に螺合されて装着されており、また、チェック弁体２３’の下部の外周には切欠部が形成され、この切欠部を含むチェック弁体２３’の下端面とチェック弁蓋２２’との間にチェック背圧室２７’が形成される。また、前記第１連通孔５の一端はチェック背圧室２７’に開口している。

また、チェック弁室２０’の側壁には第１ポート１が連通・開口しているが、その開口位置は、チェック弁体２３’が下動位置にある状態（開状態）においては、チェック弁室２０’側に臨み（チェック弁室２０’の側壁に対するチェック弁体２３’の摺接部より上方位置・図７）、チェック弁体２３’が上動位置にある状態（閉状態）においては、チェック背圧室２７’側に臨む位置（上記摺接部より下方位置・図８）に設定する。なお、上記第１ポート１の位置設定に当たっては、チェック弁体２３’に形成されるバネ受段部２４’又はチェック背圧室２７’の形状を適宜変更させてもよいことは言うまでもない。

（作用）
次に、実施例２の作用について説明する。
（非運転状態）
三方弁が非運転状態においては、図示していないが、実施例１と同様に、主弁部Ａはバネ１６の弾発力により閉状態となっており、パイロット弁部Ｂはバネ３６の弾発力によりボール弁３５は閉状態となっており、且つ、チェック弁部Ｃ’はバネ２６’の弾発力により開状態となっている。冷媒は非流動状態にある。

（非通電運転・ポート１からポート３）
次に、低圧冷媒を第１ポート１から第３ポート３に流す場合の作動は、実施例１と同じであるので、実施例１の説明を援用し、省略する。

なお、図７に示すように、第１ポート１から流入した低圧冷媒はチェック弁部Ｃ’が開状態にあるから、直ちにチェック弁座２１’を通過して第３ポート３に流出することはいうまでもない。

（通電運転・ポート２からポート１）
次に、第２ポート２から第１ポート１に高圧冷媒を流動させる場合について説明する。第２ポート２から第１ポート１に高圧冷媒を流動させる場合についても，基本的には、実施例１と同じであるので、実施例１の説明を援用し、省略する。
しかし、実施例２の特徴は、図８に示すように、第１連通孔５からチェック弁部Ｃ’に流入した高圧冷媒は、第３ポート３には流れず、すべて第１ポート１から流出することになるが、このとき、第３ポート３の開口部は、チェック背圧室２７’側に位置するので、高圧冷媒の流動がきわめてスムースになる。

以上のように、実施例１，２によれば、１つの三方弁を用いて、高圧冷媒の流れ方向、或いは、低圧冷媒の流れ方向を、電磁部Ｄのオン・オフにより適宜選択できるのである。

（Ａ）（Ｂ）は本発明の基本概念図。 本発明に係る三方弁の実施例１，２の正面図。 同実施例１，２の右側面図。 図２の実施例１の場合のＡ−Ａ断面図（Ａ）、及び、図４（Ａ）のＢ−Ｂ断面図（Ｂ）で、非運転状態を示す。 図２のＡ−Ａ断面図で、非通電時状態を示す。 図２のＡ−Ａ断面図で、通電時状態を示す。 図２の実施例２のＡ−Ａ断面図（Ａ）、図７（Ａ）のＢ−Ｂ断面図（Ｂ）、及び、図７（Ａ）のＣ−Ｃ断面図（Ｃ）で、非通電状態を示す。 図２の実施例２のＡ−Ａ断面図（Ａ）、図７（Ａ）のＢ−Ｂ断面図（Ｂ）、及び、図７（Ａ）のＣ−Ｃ断面図（Ｃ）で、通電状態を示す。

符号の説明

Ａ 主弁部
Ｂ パイロット弁部
Ｃ，Ｃ’ チェック弁部
Ｄ 電磁部
１ 第１ポート
２ 第２ポート
３ 第３ポート
４ 電磁部装着孔
５ 第１連通孔
７ パイロット孔
８ 第４連通孔
９ ネジ孔
１０ 主弁室
１１ 主弁座
１２ 主弁蓋
１３ 主弁体
１４ バネ受凹部
１５ ボール弁
１６ バネ
１７ 主弁背圧室
２０，２０’ チェック弁室
２０ａ，２０’ａ バネ受部
２１，２１’ チェック弁座
２２，２２’ チェック弁蓋
２３，２３’ チェック弁体
２３ａ 連通軸孔
２３ｂ 連通横孔
２４，２４’ バネ受段部
２５，２５’ ボール弁
２６，２６’ バネ
２７，２７’ チェック背圧室
３０ パイロット弁室
３１ パイロット弁座
３２ 吸引子
３３ プランジャ
３４ バネ受け凹部
３５ ボール弁
３６ バネ
３７ パイロット背圧室
３８ ビス
４０ 電磁部取付体
４１ スリーブ
４２ ボビン
４３ コイル
４４ ソレノイドケース
４５ リード線
１００，１００’ ブロック体

Claims (6)

1. 金属製のブロック体に第１ポートと第２ポートと第３ポートが形成され、該各ポートにおいて高圧流体又は低圧流体の流れを切換える三方弁であって、
   前記ブロック体内には、前記第２ポートに連通して形成される主弁部と、前記第３ポートに連通して形成されるチェック弁部と、前記主弁部と前記チェック弁部の間を連通し前記第１ポートからも連通する第１連通路と、前記第１連通路と前記主弁部の背圧側に連通するバイパス通路と、前記バイパス通路の途中に設けられるパイロット弁部とを有し、前記パイロット弁部を作用させる電磁部を付設し、
   低圧流体が前記第１ポートに流入するときは、前記電磁部を作用させて前記パイロット弁部を閉状態として前記第２ポートに高圧流体を作用させて前記主弁部を閉状態にして、低圧流体を前記第３ポートへ流出させ、
   高圧流体が前記第２ポートに流入するときは、前記電磁部を作用させて前記パイロット弁部を開状態として前記主弁部を開状態にして、前記チェック弁部は高圧流体により閉状態となり、高圧流体を前記第１ポートへ流出させることを特徴とする三方弁。
2. 前記電磁部への通電のオン・オフにより前記パイロット弁部を作動させることを特徴とする請求項１記載の三方弁。
3. 前記主弁部は、主弁室と、該主弁室内で往復動する主弁体と、該主弁体の背部に形成される主弁背圧室を備え、前記主弁室は第２ポートに連通していると共に、前記主弁室内の主弁座を介して前記第１連通路に連通していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の三方弁。
4. 前記パイロット弁部は、上記ブロック体内に形成されたパイロット弁室内にパイロット弁体を備え、前記パイロット弁室は、前記バイパス通路の途中に前記パイロット弁室内のパイロット弁座を介して設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三方弁。
5. 前記チェック弁部は、チェック弁室と、該チェック弁室内で往復動するチェック弁体と、該チェック弁体の背部に形成されるチェック弁背圧室とを備え、前記チェック弁体は前記チェック弁室側とチェック弁背圧室側とを連通する連通孔を有し、前記チェック弁背圧室は前記第１連通路に連通し、前記第１ポートは前記チェック弁室側と連通していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三方弁。
6. 前記チェック弁部は、チェック弁室と、該チェック弁室内で往復動するチェック弁体と、該チェック弁体の背部に形成されるチェック弁背圧室とを備え、前記チェック弁背圧室は前記第１連通路に連通し、前記チェック弁部に前記第１ポートに連通させるにあたって、その連通位置を、前記チェック弁部が開状態においては前記チェック弁室側、又、閉状態においては前記チェック背圧室側となる位置とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三方弁。

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