| 【発明の名称】 |
切換え弁と、流体圧縮機およびヒートポンプ式冷凍サイクル |
| 【発明者】 |
【氏名】小津 政雄
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、誤動作のない高い信頼性を有する流路切換えをなし、かつ切換えたあとは省電力化を保持する切換え弁と、流体圧縮機と、ヒートポンプ式冷凍サイクルを提供する。
【解決手段】切換え弁Ｋとして、複数のパイプ６，８，１０が接続されるベースボディ５と、２つのパイプを流通可能に切換えるガス通路２８およびガス通路と外部を連通するバランスポート２９を備えたスライダ１７と、このバランスポートを開閉するパイロット弁３２と、その周面にねじ部が設けられ外部から駆動力を受けて正逆回転する駆動スリーブ２０と、このねじ部に螺合し駆動スリーブと一体に回転自在であってスライダを所定方向に回動付勢し、かつパイロット弁をスライダのバランスポートと接離する方向に移動付勢する被駆動スリーブ２２および弁ドライブ２５からなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の流体流路が接続されるベースボディと、上記ベースボディに接続される複数の流体流路のうちの２つの流体流路を流通可能に切換えるガス通路を備えたスライダと、上記スライダに設けられ上記ガス通路とスライダ外部を連通するバランスポートと、上記バランスポートを開閉するパイロット弁と、このパイロット弁を動作させるねじ機構による動作手段と、を具備したことを特徴とする切換え弁。
【請求項２】上記動作手段は、その周面にねじ部が設けられ、かつ外部から駆動力を受けて正逆回転する駆動体と、この駆動体のねじ部に螺合するねじ部を有し、駆動体と一体に回転自在であって上記スライダを所定方向に回動付勢するとともに上記パイロット弁をスライダのバランスポートと接離する方向に移動付勢する被駆動体と、からなることを特徴とする請求項２記載の切換え弁。
【請求項３】上記被駆動体は、上記駆動体のねじ孔に螺合するねじ孔部を有する被駆動スリーブと、この被駆動スリーブに一体に設けられ、被駆動スリーブが所定方向に回動したときのみスライダを所定方向に回動付勢し、かつ回転に応じて被駆動スリーブが軸方向に移動したときにパイロット弁をスライダのバランスポートと接離する方向に移動付勢する弁ドライブと、からなることを特徴とする請求項２記載の切換え弁。
【請求項４】上記ベースボディは、被駆動体の自転を規制して軸方向への移動を許容するガイドピンを備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の切換え弁。
【請求項５】ケース体内に圧縮機構部を備えた流体圧縮機であり、請求項１記載の切換え弁をケース体内に収容したことを特徴とする流体圧縮機。
【請求項６】ケース体内に、電動機部と圧縮機構部とを収容した流体圧縮機であり、請求項１記載の切換え弁を上記電動機部と対向するケース体部位に設け、切換え弁の上記動作手段は、上記電動機部の回転トルクを受けて動作することを特徴とする流体圧縮機。
【請求項７】上記動作手段は、マグネットカップリングを介して上記電動機部と磁気的に連結され、電動機部の回転トルクを受けることを特徴とする請求項６記載の流体圧縮機。
【請求項８】上記動作手段は、上記電動機部との間に介在される弾性体およびスラスト板を介して電動機部の回転トルクを受けることを特徴とする請求項６記載の流体圧縮機。
【請求項９】上記電動機部は正逆回転自在であり、電動機部を所定方向に回転駆動することにより上記動作手段はスライダの予備切換え動作をなし、これとは反対側に電動機部を回転駆動することにより上記動作手段はスライダの切換え動作をなすことを特徴とする請求項７および請求項８のいずれかに記載の流体圧縮機。
【請求項１０】請求項５記載の流体圧縮機と、上記流体圧縮機に収容される上記切換え弁に接続される室内熱交換器および室外熱交換器と、これら室内熱交換器と室が熱交換器との間に設けられた絞り装置とを具備したことを特徴とするヒートポンプ式冷凍サイクル。
【請求項１１】上記切換え弁には３本のパイプが接続され、１本は室内熱交換器に、他の１本は室外熱交換器に、残り１本は流体圧縮機の吸込み部にそれぞれ連通され、室内熱交換器接続パイプと室外熱交換器接続パイプに対する冷媒ガスの吐出側が切換えられ、流体圧縮機吸込み部接続側においては切換えられないことを特徴とする請求項９記載のヒートポンプ式冷凍サイクル。
【請求項１２】請求項５記載の流体圧縮機と、この流体圧縮機にパイプを介して連通される室外熱交換器と、上記流体圧縮機に収容される上記切換え弁に逆止弁を介して接続される複数の室内熱交換器と、これら室内熱交換器と室外熱交換器との間に設けられた絞り装置とを具備し、上記切換え弁の切換え動作によって室内熱交換器のいずれか一方を選択して冷媒を導くことを特徴とするヒートポンプ式冷凍サイクル。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流路を切換える切換え弁と、この切換え弁をケース体内に収容する流体圧縮機と、この流体圧縮機を備えるたとえば空気調和機におけるヒートポンプ式冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、冷房運転と暖房運転を容易に切換えることができるヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた空気調和機において、上記運転の設定は流体である冷媒ガスの流通方向を切換えることにより可能としている。
【０００３】従来では、冷媒ガスの流路変更は圧縮機の外部配管に対して接続される四方切換え弁によってなされていた。
【０００４】しかるに、前記四方切換え弁を用いると、配管接続の複雑化にともなう作業手間の増大と、リーク不良が生じ易い。また、冷暖房運転中に常に電磁コイルに対する通電状態を保持しなければならず、電力消費がかさんでランニングコスト低減がなされないなどの問題がある。
【０００５】これに代わって最良の切換え手段の採用が望まれており、そこで本出願人は、たとえば特願平１０−２４３４号公報に開示されるような切換え装置を開発した。これによれば、流体圧縮機内に強制ガスバランス機構付きの切換え弁を収容し、マグネットカップリングにて流路切換えをなすことができて、従来の四方切換え弁が有する不具合のほとんど除去された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような切換え弁においても、未だ解決すべき課題を有している。たとえば、流路の切換えを、圧縮機の運転を停止した直後の高低圧力差が大きい条件下で行うことがある。このときには、切換え弁を構成するスライダを回転駆動するためのトルクが非常に大きくなる。
【０００７】そこで、切換え弁内に高圧側と低圧側とを連通するバランス孔を設け、このバランス孔をパイロット弁で開閉できるようにした。流路の切換えにあたっては、上記条件下に限らず、まずこのパイロット弁を操作してバランス孔を開放し、強制的にガスバランスを早めてから、上記スライダを回転駆動して流路切換えをなしている。
【０００８】先に提供された切換え弁においては、上記パイロット弁を開放するためのトルクを、圧縮機を構成する電動機部から直接、もしくは電動機部に嵌着される回転軸からトルク伝達手段としてマグネットカップリングを介して得るようになっている。
【０００９】ただし、上記パイロット弁に対する伝達トルクを大にしなければ、バランス孔の開放を円滑に行うことができない。そのため、マグネットの量が大きくなり、マグネットコストが高くなってしまう。
【００１０】そして、提供された切換え弁では、圧縮機の運転中において常に、マグネットカップリングは回転軸の回転トルクに対してブレーキとして作用するために、回転軸に無効トルクが発生して電気消費量が大になってしまうなどの問題が生じている。
【００１１】さらに、圧縮機を停止した際に、残留高低圧ガスの力で回転軸が逆回転してしまい、制御の意図に反して切換え弁が作動し流路が切換ってしまう、誤動作の発生があることが判明した。
【００１２】本発明は、上記事情にもとづいてなされたものであり、その第１の目的とするところは、誤動作のない高い信頼性を有する流路切換えをなし、かつ切換えたあとは省電力化を保持する切換え弁を提供しようとするものである。
【００１３】第２の目的とするところは、圧縮形態に限定されることなく上記切換え弁を内部に収容して流路切換えをなし、省スペース化と、圧縮性能の向上に繋げられる流体圧縮機を提供しようとするものである。
【００１４】第３の目的とするところは、上記流体圧縮機を備えて冷暖房運転と除湿運転の切換えをなし、切換え時間の短縮を図って快適空調を得られ、かつ配管接続を簡素化して配管スペースの低減を得られるヒートポンプ式冷凍サイクルを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成するため本発明の切換え弁は、請求項１として、複数の流体流路が接続されるベースボディと、上記ベースボディに接続される複数の流体流路のうちの２つの流体流路を流通可能に切換えるガス通路を備えたスライダと、上記スライダに設けられ上記ガス通路とスライダ外部を連通するバランスポートと、上記バランスポートを開閉するパイロット弁と、このパイロット弁を動作させるねじ機構による動作手段とを具備したことを特徴とする。
【００１６】上記第２の目的を達成するため本発明の流体圧縮機は、請求項５として、ケース体内に圧縮機構部を備えた流体圧縮機であり、請求項１記載の切換え弁をケース体内に収容したことを特徴とする。
【００１７】上記第２の目的を達成するため本発明の流体圧縮機は、請求項６として、ケース体内に、電動機部と圧縮機構部とを収容した流体圧縮機であり、請求項１記載の切換え弁を上記電動機部と対向するケース体部位に設け、切換え弁の上記動作手段は、上記電動機部の回転トルクを受けて動作することを特徴とする。
【００１８】上記第３の目的を達成するため本発明のヒートポンプ式冷凍サイクルは、請求項１０として、請求項５記載の流体圧縮機と、上記流体圧縮機に収容される上記切換え弁に接続される室内熱交換器および室外熱交換器と、これら室内熱交換器と室が熱交換器との間に設けられた絞り装置とを具備したことを特徴とする。
【００１９】上記第３の目的を達成するため本発明のヒートポンプ式冷凍サイクルは、請求項１２として、請求項５記載の流体圧縮機と、この流体圧縮機にパイプを介して連通される室外熱交換器と、上記流体圧縮機に収容される上記切換え弁に逆止弁を介して接続される複数の室内熱交換器と、これら室内熱交換器と室外熱交換器との間に設けられた絞り装置とを具備し、上記切換え弁の切換え動作によって室内熱交換器のいずれか一方を選択して冷媒を導くことを特徴とする。
【００２０】このような課題を解決する手段を備えることにより、上記切換え弁は誤動作のない高い信頼性を有する流路切換えをなし、かつ切換えたあとは省電力化を保持する。
【００２１】上記流体圧縮機は、圧縮形態に限定されることなく切換え弁を内部に収容して流路切換えをなし、省スペース化と、圧縮性能の向上に繋げられる。
【００２２】上記ヒートポンプ式冷凍サイクルは、流体圧縮機を備えて冷暖房運転の切換えをなし、切換え時間の短縮を図って快適空調を得られ、かつ配管接続を簡素化して配管スペースの低減を得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００２４】図１に、流体圧縮機Ａを示す。図中１はケース体であって、上端部が開口する有底筒状のメインケース１ａと、このメインケース１ａの上端開口部を閉塞するよう密閉構造をもって取付けられるアッパケース１ｂとから構成される。
【００２５】上記ケース体１の内部には回転軸２が垂直方向に向けて支持され、この回転軸２の上部側に電動機部３が、かつ下部側には圧縮機構部４がそれぞれ設けられている。
【００２６】上記ケース体１の上端部には、後述する切換え弁Ｋが取付けられる。上記切換え弁Ｋの弁本体をなすベースボディ５が、その一部を上記アッパケース１ｂ端面から露出して設けられている。このベースボディ５の上面部から流体流路を構成する３本のパイプ６，８，１０が突出している。図の中央のパイプをＳパイプ６と呼び、これはケース体１の下部側へ延出され、かつ上記圧縮機構部４のガス吸込み部７に連通される。
【００２７】上記圧縮機構部４は、ケース体１内部に対向して開口する図示しないガス吐出部を備えていて、ここで圧縮した高圧ガスをケース体１内に吐出するようになっている。すなわち、この圧縮機Ａはケース内高圧タイプである。
【００２８】切換え弁Ｋから突出するパイプのうち、図の左側パイプをＥパイプ８と呼び、被空調室に配置される室内熱交換器９に接続される。図の右側のパイプをＣパイプ１０と呼び、圧縮機Ａと同じ室外ユニットに配置される室外熱交換器１１に接続される。上記室内熱交換器９と室外熱交換器１１は、中途部に絞り装置である膨張弁１２を備えたパイプ１３によって連通される。
【００２９】このようにして、上記切換え弁Ｋを収容する圧縮機Ａは、室内熱交換器９、膨張弁１２および室外熱交換器１１とともにヒートポンプ式冷凍サイクルを構成している。
【００３０】つぎに、上記切換え弁Ｋについて詳細に説明する。図２（Ａ）は、切換え弁Ｋの全体構成を示し、図２（Ｂ）は切換え弁Ｋの要部を拡大して示す。
【００３１】この切換え弁Ｋは、アッパケース１ｂに取付けられた上記ベースボディ５と、このベースボディ５の下面から垂下される弁軸１５と、この弁軸１５に取付けられるスリーブ組立体１６と、上記弁軸１５に取付けられベースボディ５とスリーブ組立体１６との間に介在するスライダ１７とから構成される。
【００３２】図３（Ａ）（Ｂ）にも示すように、上記ベースボディ５には、先に説明したＥパイプ８と、Ｓパイプ６およびＣパイプ１０の端部がそれぞれ挿入固着されるＥ孔８ａと、Ｓ孔６ａおよびＣ孔１０ａが、上下面に貫通して設けられる。中央のＳ孔６ａを中心として、その両側のＥ孔８ａとＣ孔６ａとの距離は互いに同一である。
【００３３】弁軸１５を介して、これら各孔８ａ，６ａ，１０ａとほぼ対称の位置で、かつベースボディ５の周端近傍にガイドピン１８が垂設される。このガイドピン１８の長さは弁軸１５の長さよりもわずかに短く形成されている。
【００３４】上記弁軸１５は、ベースボディ５の中心から各孔８ａ，６ａ，１０ａ側にわずかにオフセットした位置に圧入固定されており、上記スライダ１７およびスリーブ組立体１６が回転自在に介挿された状態で、この下端部に図２（Ａ）のみ示す止め輪１５ａが取付けられ、スライダ１７とスリーブ組立体１６の抜け止めがなされている。
【００３５】再び図２に示すように、上記スリーブ組立体１６として、弁軸１５に回転自在に枢支される駆動体である駆動スリーブ２０があり、この駆動スリーブ２０の下端部に上部マグネットカップリング２１が取付けられている。
【００３６】上記駆動スリーブ２０の上部マグネットカップリング２１が取付けられていない部分の外周面にはねじ部ｎが形成されていて、ここに内周面にねじ部ｎを備えた被駆動スリーブ２２が螺合状態にある。駆動スリーブ２０の上下端部はばね座２０ａ，２０ｂを形成していて、これら上下ばね座２０ａ，２０ｂと被駆動スリーブ２２上下端部との間に、それぞれ上下コイルばね２３，２４が介在される。
【００３７】これら上下コイルばね２３，２４は、被駆動スリーブ２２の駆動スリーブ２０に対するロックを防止するために用いられたものであって、これに代わって低摩擦の緩衝材を介在させてもよい。
【００３８】上記被駆動スリーブ２２の外周面には、板ばね材を加工した弁ドライブ２５が嵌着固定されている。この弁ドライブ２５は弁軸１５の軸芯に対して直交する方向に延出されるストッパ部２５ａと、このストッパ部２５ａの１８０°対称位置から弁軸１５の軸芯に対して直交する方向に延出され、かつその先端縁から弁軸１５の軸芯と並行に折曲されるアーム部２５ｂとからなる。
【００３９】図４（Ａ）（Ｂ）にも示すように、上記弁ドライブ２５のストッパ部２５ａは、その先端部と被駆動スリーブ嵌合部２５ｃとの間の部分が幅が狭く形成され、かつその先端部は上記ベースボディ５に垂設される上記ガイドピン１８に接触する長さを有している。
【００４０】また、弁ドライブ２５の中心位置からアーム部２５ｂ先端までの長さは、弁ドライブ２５の中心位置からガイドピン１８までの距離よりも短く設計されていて、弁ドライブ２５が回動してもアーム部２５ｂはガイドピン１８に接触せずに通過するようになっている。
【００４１】上記弁ドライブ２５のアーム部２５ｂにおける立ち上がった先端の内側に接触子２７が設けられていて、この接触子２７は弁ドライブ２５自体の弾性力によってスライダ１７の外周面に弾性的に接触している。
【００４２】再び図２に示すように、上記スライダ１７はケース体１内が高圧環境下にあるところから、ベースボディ５の下端面である弁座面５ａに密着している。このスライダ１７の下部には中心軸の周囲に対して凹部１７ａが形成されていて、上記駆動スリーブ２０の上ばね座２０ａと被駆動スリーブ２２の上端部および上コイルばね２３が挿入される。
【００４３】図５（Ａ）（Ｂ）にも示すように、上記スライダ１７には、上面側が開放し、かつ円弧状に形成された凹部であるガス通路２８が設けられている。このガス通路２８の開放面は組立られた状態で上記ベースボディ５の弁座面５ａによって閉塞され、ガス通路２８内は円弧状空洞部となっている。
【００４４】上記ガス通路２８がスライダ１７上面に設けられるところから、この開口面は上記ベースボディ５に設けられる３つの貫通孔であるＥ孔８ａ、Ｓ孔６ａ、Ｃ孔１０ａのうちの２つの孔部８ａと６ａ、もしくは６ａと１０ａに対向するように設計されている。
【００４５】このガス通路２８のほぼ中央部で、その底部からスライダ１７の下端面に亘って小径の孔部であるバランスポート２９が貫通して設けられる。スライダ１７の中心Ｏからバランスポート２９中心までの半径距離は、先に図３（Ｂ）に示すようにベースボディ５に設けられる弁軸１５中心からＥ孔８ａ、Ｓ孔６ａ、Ｃ孔１０ａのそれぞれ中心までの半径距離と一致する。
【００４６】さらにスライダ１７には、上記ガス通路２８の両端外側に位置し、かつスライダ外周面から中心部に向かって、第１の吐出用切欠き部３０ａと、第２の吐出用切欠き部３０ｂが設けられている。
【００４７】スライダ１７の位置によっては、第１の吐出用切欠き部３０ａがベースボディ５のＥ孔８ａに対向し、もしくは第２の吐出用切欠き部３０ｂがＣ孔１０ａに対向して、ケース体１内に充満する高圧ガスをそれぞれの切欠き部３０ａ，３０ｂからＥ孔８ａもしくはＣ孔１０ａに案内するようになっている。
【００４８】さらに、上記スライダ１７の外周面でガス通路２８の両端部近傍位置には、第１のノッチ３１ａと第２のノッチ３１ｂが突設される。各ノッチ３１ａ，３１ｂには、上記弁ドライブ２５が所定回り方向に回動したときのみ、アーム部２５ｂの先端に設けられる接触子２７が掛止でき、弁ドライブ２５が反方向に回動したときは掛止できない向きに設けられる。
【００４９】再び図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、通常、上記スライダ１７の下端面に開口するバランスポート２９は、パイロット弁３２によって開閉自在に閉成される。このパイロット弁３２は薄板状のリーフ弁であって、その中心孔部が被駆動スリーブ２２の外周面上端部に設けられる溝部２２ａに回動自在に嵌め込まれる。
【００５０】上記溝部２２ａの上下方向長さはパイロット弁３２の板厚よりも大に形成されるところから、パイロット弁３２は上下方向に溝部２２ａの長さの範囲内で移動自在であり、かつ溝部２２ａの上下端部に掛止した状態で被駆動スリーブ２２が上下動すれば、当然、パイロット弁３２も上下移動するようになっている。
【００５１】図６（Ａ）（Ｂ）にも示すように、上記パイロット弁３２は、一部の直截部を残して円形をなし、上記バランスポート２９を閉成するのに必要な曲率半径を有している。直截部の中央は、断面逆Ｕ字状に切起し形成されるＵ字状片部３２ａが設けられる。このＵ字状片部３２ａは、先端縁相互の幅寸法が折曲部の幅寸法よりもわずかに大に形成され、いわゆる開き気味に形成されることが特徴である。
【００５２】再び図２に示すように、組立てられた状態でパイロット弁３２のＵ字状片部３２ａに上記弁ドライブ２５のストッパ部２５ａの一部が挟み込まれる。すなわち、上記弁ドライブストッパ部２５ａの中間部分に形成される幅の狭い部分を、その両側からＵ字状片部３２ａが挟み込む。上記Ｕ字状片部３２ａが開き気味になっているところから、弁ドライブ２５の上下方向の移動は円滑に行われる。
【００５３】このようにして、被駆動スリーブ２２と弁ドライブ２５とで被駆動体２６が構成され、かつ上記駆動体である駆動スリーブ２０とともの動作手段Ｄが構成されることになる。
【００５４】再び図１に示すように、流体圧縮機Ａを構成する電動機部３から突出する回転軸２の上端部には下部マグネットカップリング３３が設けられていて、上記上部マグネットカップリング２１と一対の関係にある。
【００５５】これら上，下部マグネットカップリング２１，３３相互はわずかの隙間を存して対向しており、非接触型のカップリングを形成している。なお、下部マグネットカップリング３３は電動機部３を構成するロータ３４の上端部に直接取付けてもよい。
【００５６】つぎに、流体圧縮機Ａと、この流体圧縮機Ａに収容される切換え弁Ｓの作用およびヒートポンプ式冷凍サイクルについて説明する。
【００５７】流体圧縮機Ａの電動機部３を起動すると、圧縮機構部４はガス吸込み部７から低圧のガスを直接圧縮機構部４内に吸込んで圧縮し、ここからケース体１内に吐出して充満させる。
【００５８】暖房運転時、切換え弁Ｓは図７（Ａ）に示す状態にある。弁ドライブ２５のアーム部２５ｂに設けられる接触子２７がスライダ１７の第1のノッチ３１ａに掛止し、かつストッパ部２５ａがガイドピン１８に掛止する。その一方で、スライダ１７のガス通路２８はベースボディ５のＳ孔６ａおよびＣ孔１０ａと連通し、かつ第1の吐出用切欠き部３０ａはＥ孔８ａに連通している。なお、第２の吐出用切欠き部３０ｂは何らの孔部にも対向していない。
【００５９】このことから、流体圧縮機Ａのケース体１内へ吐出された高圧ガスは、第1の吐出用切欠き部３０ａからＥ孔８ａとＥパイプ８に導びかれ、さらに室内熱交換器９に導かれて熱交換することにより凝縮液化し、凝縮熱を被空調室に放出して暖房作用をなす。
【００６０】さらに冷媒は膨張弁１２に導かれて減圧され、室外熱交換器１１に導かれて蒸発し低圧化してから流体圧縮機Ａに導かれる。すなわち、室外熱交換器１１に接続されるＣパイプ１０を介してＣ孔１０ａに導かれる。
【００６１】先に述べたようにスライダ１７のガス通路２８がＳ孔６ａとＣ孔１０ａとを連通しているところから、低圧ガスはＣ孔１０ａからガス通路２８を介してＳ孔６ａに導かれ、Ｓパイプ６から流体圧縮機Ａのガス吸込み部７に吸込まれて圧縮機構部４で圧縮される。そして、上述した冷凍サイクルを繰り返す。
【００６２】暖房運転中に室外熱交換器１１に霜が付着し熱交換効率が低下した条件で除霜作用をなすには、暖房モードから冷房モードに切換えて除霜運転し、除霜終了後に暖房モードに移行することになる。
【００６３】すなわち、図７（Ａ）の状態から電動機部３を逆回転（反時計回り方向）駆動する。下部マグネットカップリング３３に対する上部マグネットカップリング２１の磁気連動作用によって、上部マグネットカップリング２１と一体の駆動スリーブ２０と被駆動スリーブ２２および弁ドライブ２５が一体となり、同じ反時計回り方向に回動する。
【００６４】弁ドライブ２５がほぼ１８０°回動したところで、アーム部２５ｂはガイドピン１８に対する位置を通過する。さらに、弁ドライブ２５がほぼ１８０°回動したところで図７（Ｂ）に示すようにストッパ部２５ａがガイドピン１８に掛止される。したがって、少なくとも、弁ドライブ２５と一体化された被駆動スリーブ２２の回動が阻止される。
【００６５】なお、このときはまだスライダ１７の位置が暖房運転時と変わらず、第1の吐出用切欠き部３０ａがＥ孔８ａに連通し、ガス通路２８がＳ孔６ａおよびＣ孔１０ａに連通することは変わりがない。
【００６６】つぎに、図７（Ｂ）の状態から電動機部３を正回転（時計回り方向）駆動する。再び、上部マグネットカップリング２１、駆動スリーブ２０、被駆動スリーブ２２および弁ドライブ２５が一体で時計回り方向に回動する。
【００６７】この直後、弁ドライブ２５のアーム部２５ｂに設けられる上記接触子２７がスライダ１７の第2のノッチ３１ｂに掛止して、このスライダ１７を同方向に回動付勢する。
【００６８】図７（Ｂ）の位置からほぼ１８０°回動したところで、アーム部２５ｂはガイドピン１８に対する位置を通過し、さらにほぼ１８０°回動したところで、図７（Ｃ）に示すようにストッパ部２５ａがガイドピン１８に掛止される。
【００６９】したがって、少なくとも、互いに一体化している弁ドライブ２５と被駆動スリーブ２２およびスライダ１７などの回動が阻止される。今度は、スライダ１７の第２の吐出用切欠き部３０ｂがベースボディ５のＣ孔１０ａに連通し、ガス通路２８はＥ孔８ａとＳ孔６ａに連通する。
【００７０】このことから、流体圧縮機Ａのケース体１内へ吐出された高圧ガスは第２の吐出用切欠き部３０ｂからＣ孔１０ｂを介してＣパイプ１０に導びかれ、ここと連通する室外熱交換器１１において熱交換し凝縮液化する。この室外熱交換器１１で放出する凝縮熱により、表面に付着していた霜は早急に溶融され、比較的短時間で除霜が終了する。
【００７１】また、液冷媒は膨張弁１２に導かれて減圧され、室内熱交換器９に導かれて蒸発し、低圧化してＥパイプ８とＥ孔８ａを介してスライダ１７のガス通路２８に導かれる。
【００７２】ガス通路２８がＥ孔８ａおよびＳ孔６ａに連通しているところから、低圧ガスはＳ孔６ａを介してＳパイプ６に導かれ、ガス吸込み部７から圧縮機構部４に吸込まれて圧縮される。そして、上述した冷凍サイクルを繰り返す。
【００７３】つぎに、切換え弁Ｋを切換えするまでの一連の制御と、予備動作および切換え動作について説明する。切換え弁Ｋの切換えをなすには、運転中の流体圧縮機Ａを強制的に一時停止して行う、あるいは流体圧縮機Ａが停止している際に行うこととするが、特に、運転中の流体圧縮機Ａを強制的に一時停止して行うと、大きな切換えトルクを必要とする。
【００７４】予備動作とは、上記スライダ１７のガス通路２８に設けられるバランスポート２９を開放してガスバランスを実行する行程であり、スライダ１７にかかる力を軽減させる動作である。
【００７５】たとえば、暖房運転中の流体圧縮機Ａを除霜のために強制停止すると、高圧側と低圧側との圧力差が大の状態で停止することとなる。先に説明したように、流体圧縮機Ａにおいてケース体１内が高圧条件下にある一方で、スライダ１７のガス通路２８は低圧状態にあるから、スライダ１７はベースボディ５の弁座面５ａに極めて強い力で押付けられている。
【００７６】したがって、このままではスライダ１７に対する切換えトルクが大幅に不足して、切換え弁Ｋの切換え動作ができない。先ずパイロット弁３２に対してバランスポート２９を強制的に開放させ、システムとしての高低ガス圧をバランスする必要がある。
【００７７】そのため、図７（Ａ）の状態から電動機部３を逆回転（反時計回り方向）駆動する。下部マグネットカップリング３３と上部マグネットカップリング２１が同方向に回転し、さらに駆動スリーブ２０、被駆動スリーブ２２、弁ドライブ２５などが同方向に回転する。
【００７８】ほぼ１回転したところで、図７（Ｂ）に示すように弁ドライブ２５のストッパ部２５ａがガイドピン１８に回動を規制され、少なくとも弁ドライブ２５と被駆動スリーブ２２が位置保持される。
【００７９】一方、電動機３の逆回転駆動を継続しているので、上部マグネットカップリング２１およびこれと一体の駆動スリーブ２０は同方向に回転を継続する。先に説明したように、駆動スリーブ２０と被駆動スリーブ２２とはねじ部ｎを介して嵌め合っているところから、駆動スリーブ２０の逆回転により被駆動スリーブ２２は下方に移動変位する。
【００８０】したがって、被駆動スリーブ２２下端と駆動スリーブ下ばね座２０ｂとの間に介在する下コイルばね２４は圧縮されて収縮変形し、その弾性反発力が被駆動スリーブ２２に作用する。
【００８１】その一方で、被駆動スリーブ２２上端と駆動スリーブ上ばね座２０ａとの間に介在する上コイルばね２３が伸張し、弾性反発力を被駆動スリーブ２２に作用する。したがって、上下コイルばね２３，２４の弾性反発力は互いに相殺され、被駆動スリーブ２２の下方向への移動変位は円滑に行われる。
【００８２】そして、上記パイロット弁３２は被駆動スリーブ２２の溝部２２ａに掛止されるところから、パイロット弁３２は被駆動スリーブ２２に付勢されて下方向へ移動する。
【００８３】実際には、駆動スリーブ２０が約１０数回転程度したところで、被駆動スリーブ２２が下コイルばね２４を最大限圧縮した状態となり、駆動スリーブ２０とともに上部マグネットカップリング２１の回転をロック（停止）する。
【００８４】その一方で、被駆動スリーブ２２の下方向への移動によってパイロット弁３２はスライダ１７から強制的に数ｍｍ離間させられ、よってスライダ１７に設けられるバランスポート２９は確実に開放される。
【００８５】このバランスポート２９の開放によって、ケース体１内である高圧側とガス通路２８である低圧側とのガスバランス動作が開始する。すなわち、ケース体１内に吐出された高圧ガスと、スライダ１７とＥパイプ８を介して連通する室内熱交換器９のガスが、バランスポート２９からＣパイプ１０を介して室外熱交換器１１や、Ｓパイプ６を介して圧縮機構部４の吸込み側に導かれる。
【００８６】実際に、約２０秒を越えない短時間で確実にガスバランスが成立し、スライダ１７のベースボディ弁座面５ａに対する密着力がほとんどゼロになる。そのあと弁ドライブ２５が回転させられ、アーム部２５ｂの接触子２７がスライダ１７の第２のノッチ３１ｂに掛止してスライダ１７を回転駆動する。
【００８７】このようにして、上記スライダ１７はごく小さいトルクでかつ円滑に回動駆動させられ、よって弁ドライブ２５はごく薄板のものから構成しても何らの支障もない。
【００８８】なお、スライダ１７のガス通路２８に設けられるバランスポート２９は、その直径をより大に設定することにより、より短時間でガスバランスすることは当然である。
【００８９】しかしながら、バランスポート２９の直径を大にすると、ガスバランスにあたってバランスポート２９に密着しているパイロット弁３２をスライダ１７から離間させるのに極めて大なる力を必要とする。
【００９０】本発明によれば、動作手段Ｄを備えることにより解決した。すなわち、駆動スリーブ２０と被駆動スリーブ２２とをねじ機構であるねじ部ｎを介して嵌め合い、ねじの作用でパイロット弁３２をスライダ１７から離間させる。
【００９１】上記ねじ部ｎの、ねじ山のピッチとその数の設定にもよるが、先行技術（特願平１０−２４３４号公報）と比較してほとんど１／１０以下の小さいトルクですむ。換言すれば、バランスポート２９の直径をより大に設定することができ、ガスバランスを短時間で済ませるようになった。
【００９２】なお、上述の構成によれば、被駆動スリーブ２２が上死点もしくは下死点まで移動して上下コイルばね２３，２４のいずれか一方が最大限圧縮されると、このコイルばね２３，２４を介して被駆動スリーブ２２と駆動スリーブ２０とが一体化した状態になる。
【００９３】これら被駆動スリーブ２２と駆動スリーブ２０は同期して最大１回転する。すなわち、先に図７（Ａ）から同図（Ｂ）で説明したようなスライダ１７の切換えのための予備動作に入り、アーム部２５ｂを備えた弁ドライブ２５が反時計回り方向に１回転して停止し、予備動作が完了することになる。
【００９４】ガスバランスに必要な時間の設定にある程度の安全時間を加え、そのあと電動機部３を正回転駆動する。上下部マグネットカップリング２１，３３と、駆動スリーブ２０を介して被駆動スリーブ２２とともに弁ドライブ２５が同方向に回転する。
【００９５】図７（Ｂ）の状態から図７（Ｃ）の状態に示すように、弁ドライブ２５に設けられる接触子２７がスライダ１７外周部の第２のノッチ３１ｂに掛合してスライダ１７を同方向に回転付勢する。
【００９６】上記アーム部２５ｂと対称的に設けられるストッパ部２５ａがガイドピン１８に衝止されて弁ドライブ２５の回転が規制され停止する。この状態で、スライダ１７を所定位置に変位させることができ、弁切換えが完了する。
【００９７】さらに電動機部３の正回転駆動が継続され、弁ドライブ２５はガイドピン１８によって回転が規制される一方で、駆動スリーブ２０と被駆動スリーブ２２とのロックが解除され、被駆動スリーブ２２は上方向へ移動変位する。
【００９８】弁ドライブ２５は、被駆動スリーブ２２の溝部２２ａに付勢されて上方向へ移動し、ついにはスライダ１７の下端面に密着してバランス孔２９を閉成する。すなわち、ガスバランス状態が解除されて初期状態に戻り、ケース体１内に充満する高圧ガスが低圧側へ逃げることがなく、性能損失を早期に防止する。
【００９９】仮に、上述の正回転動作で弁ドライブ２５が１回転する以前に停止してしまっても、被駆動スリーブ２２が上死点位置で上コイルばね２３を圧縮し、駆動スリーブ２０に対しロック状態になる。
【０１００】被駆動スリーブ２２と駆動スリーブ２０とは一体化して回転し、弁ドライブ２５は被駆動スリーブ２２とともに正回転駆動させられる。そしてついには、弁ドライブ２５のストッパ部２５ａがガイドピン１８に当接して、この回動が規制される。このようにして、弁ドライブ２５の回転動作は、いわゆるだめ押し動作となって、確実な弁切換えがなされることになる。
【０１０１】以上の電動機部３の正回転駆動による弁切換え動作は数秒以下で完了し、したがって弁Ｋの切換え動作が完了する。この状態で回転軸２の回転を停止してもよく、また回転を継続して正規の回転数で空調運転をなしてもよい。
【０１０２】なお、パイロット弁３２にＵ字状片部３２ａを備えて、弁ドライブ２５のストッパ部２５ａに掛止したから、パイロット弁３２は弁ドライブ２５に対して自由に回動できず上下動のみ可能である。
【０１０３】すなわち、特に高低圧差が大きい運転条件下で流体圧縮機Ａの運転が停止すると、ケース体１内が高圧となっているため高圧ガスが圧縮機構部４内にリークし易い。この圧縮機構部４がロータリ式やスクロール式などの回転圧縮式であって吸込み弁を持たない構成では、回転軸２の逆回転現象が発生することがある。
【０１０４】この逆回転数は、通常、数回から１０回程度であり、冷凍効果に悪影響を及ぼす程度のものではないが、本発明のように、回転軸２を逆回転駆動することにより切換え弁Ｋの流路切換えをなす構成であれば、制御指令に反して不慮に切換えをなす虞れがある。
【０１０５】しかるに、本発明によれば、高低圧力差の影響でパイロット弁３２はかなりの力でスライダ１７に密着し、バランス孔２９を完全閉塞しているので、パイロット弁３２は自由に自転することができない。
【０１０６】しかも、ねじ部ｎの回動力で被駆動スリーブ２２の上下動の力を増大させるようになっているから、回転トルクは弱くてすみ、かつパイロット弁３２にＵ字状片部３２ａを設けて弁ドライブ２５のストッパ部２５ａを掛止しているから、弁ドライブ２５の自転は確実に規制される。
【０１０７】たとえ回転軸２が逆回転して上下部マグネットカップリング２１，３３を介して駆動スリーブ２０が同方向に回転しても、ストッパ部２５ａを備えた弁ドラブ２５はパイロット弁３２のＵ字状片部３２ａとガイドピン１８に回動を規制されて被駆動スリーブ２２とともに下方へ移動するだけである。
【０１０８】この途中でパイロット弁３２はスライダ１７のバランス孔２９から引き離すようになっているが、このときは急激にガスバランスが開始されるので、回転軸２の逆回転は確実に終了する。
【０１０９】このようにして、本来の予備動作が行われることがないので、制御ミスの発生が未然に防止され、この状態から回転軸２を正回転駆動すれば停止前と同一のモードでの運転が実行できる。
【０１１０】なお、駆動スリーブ２０と被駆動スリーブ２２に設けられるねじ部ｎのねじ山数を、回転軸２の予想される逆回転数よりも充分に多く設定して、下コイルばね２４が駆動スリーブ２０と被駆動スリーブ２１との間に密着ロック状態になる前に回転軸２を停止するように構成すれば、さらに確実に回転軸２の逆回転を阻止できる。
【０１１１】また、被駆動スリーブ２２の溝部２２ａ長さを、パイロット弁３２の板厚と比較して充分な余裕をとるよう設定しておけば、回転軸２に逆回転現象が開始して被駆動スリーブ２２が下降するようなことがあっても、ただちにパイロット弁３２がバランス孔２９を開放したり、弁ドライブ２５が短時間で自転するようなことがないので、安全性を確保できる。
【０１１２】図２（Ａ）（Ｂ）のみに示すように、ベースボディ５の外周面に逆転防止ばね３５が取付けられていて、この先端部でスライダ１７の逆転（反時計回り方向の回転を規制し、正回転（時計回り方向）のみの回転を可能としている。
【０１１３】すなわち、充分にガスバランスが行われた直後は、スライダ１７上面はベースボディ５の弁座面５ａから浮いてほとんどフリーの状態になる。このときに弁ドライブ２５を逆回転すると、弁ドライブアーム部２５ｂに設けた接触子２７がスライダ１７外周面に弾性的に接触しているところから、この摩擦によりスライダ１７を同方向に引きずって回転させてしまう虞れがある。
【０１１４】そのあと、回転軸２を正回転するとノッチ３１ａ，３１ｂに対する掛け違いが発生して制御ミスに至るが、上述のように逆転防止ばね３５を設けてノッチ３１ａ，３１ｂに掛止させ、スライダ１７の引き摺り回転を防止する。
【０１１５】このように、逆転防止ばね３５を備えたことにより、スライダ１７はいかなる場合でも正回転（時計回り方向）のみしかできないことになり、安全性を確保する。
【０１１６】なお、以下に述べるような変形例が考えられる。たとえば、流体圧縮機Ａの低圧側であるガス吸込み部７に通じる孔部を設けてバランスポートとする。この場合は、パイロット弁でバランスポートを開閉するだけでよい。
【０１１７】すなわち、ケース体１内が高圧であると、高圧ガスはケース体１内からバランスポートを通過して冷凍サイクルの低圧側に急速に導かれることになり、バランス時間を大幅に短縮できて、制御ミスを確実に防止する。
【０１１８】図８に示すように、ヒートポンプ式冷凍サイクルを構成したうえで、流体圧縮機Ａｂに切換え弁Ｋを備えてもよい。すなわち、複数の室内熱交換器１１Ａ，１１Ｂを備えて、互いに別の部屋に取付ける、いわゆるマルチタイプとする。これら室内熱交換器１１Ａ，１１Ｂを切換え弁Ｋに接続することにより、各室内熱交換器１１Ａ，１１Ｂを選択して冷媒を導き空調運転をなすことができる。
【０１１９】この場合、ケース体１と室外熱交換器９とを連通する吐出管４０が必要であり、かつＥパイプ８およびＣパイプ１０の各室内熱交換器１１Ａ，１１Ｂ間に逆止弁４１，４１を備え、運転停止中において室内熱交換器１１Ａ，１１Ｂに高圧ガスが流れることを防止しなければならない。
【０１２０】図９に示すような、トルク伝達構造としてもよい。すなわち、先に説明した上下部マグネットカップリングに代って、回転軸２の上端部にコイルばね４５を介してスラスト板４６が載設される。コイルばね４５は圧縮状態で組まれていて、スラスト板４６は駆動スリーブ２０に弾性的に密着している。
【０１２１】このコイルばね４５によりスラスト板４６の駆動スリーブ２０に対する接触圧が充分に確保され、回転軸２の回転トルクはスラスト板４６を介して駆動スリーブ２０側に伝達される。
【０１２２】また、特に弁ドライブ２５とガイドピン１８を耐摩耗性の高い素材で形成することにより、これらの接触部で発生する摩擦に充分耐え、変形の虞れがない。何よりも、上下部マグネットカップリングを用いずにすむので、コスト的に断然有利となる。
【０１２３】図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、偏心した位置に弁軸１５を備えたベースボディ５Ａでもよい。この場合、Ｅ，Ｓ，Ｃ孔８ａ，６ａ，１０ａはベースボディ５Ａの中心部に設けられる。あるいは、Ｓ孔６ａだけを設けてもよい。
【０１２４】すなわち、弁軸１５とガイドピン１８との間に各孔８ａ，６ａ，１０ａを配置してベースボディ５Ａを小型化し、アッパケース１ｂに取付ける際の溶接入力を低減して、ベースボディ５Ａの変形防止と溶接信頼性の向上を得る。
【０１２５】パイロット弁３２Ａはストッパ部３２ｂを一体に備えており、上述の弁ドライブ２５を不要として部品点数の削減を図った。ここでは、被駆動スリーブ２２Ａの外周面にＵ字状片部２２ｂが設けられ、このＵ字状片部２２ｂにパイロット弁３２Ａの周端一部に切起された掛止部３２ｃが掛止される。
【０１２６】したがって、パイロット弁３２ＡはＵ字状片部２２ｂを介して被駆動スリーブ２２Ａの回り止めをなす。被駆動スリーブ２２Ａが降下してパイロット弁３２Ａがここでは図示しないバランスポートから離間すると、あるいは被駆動スリーブ２２Ａが上部マグネットカップリング２１と密着すると、上記パイロット弁３２Ａを回動して弁切換えの予備動作に入ることになる。
【０１２７】なお、スライダ１７の自転を防止するための逆転防止ばね３５ａをガイドピン１８に設け、かつスライダ１７のノッチ３１ａ，３１ｂに掛止する接触子２７と、ガイドピン１８に当接するストッパ部３２ｂを同一の方向に設けて、簡素な構成とする。ベースボディ５Ａの外周面もしくはアッパケース１ｂに直接にガイドピン１８を取付ければ、ベースボディ５Ａの直径をさらに小さくできる。
【０１２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の切換え弁によれば、誤動作のない高い信頼性を有する流路切換えをなし、かつ切換えたあとは省電力化を保持してランニングコストの低減を得られるなどの効果を奏する。
【０１２９】本発明の流体圧縮機によれば、圧縮形態に限定されることなく切換え弁を内部に収容して流路切換えをなし、省スペース化と、圧縮性能の向上に繋げられるなどの効果を奏する。
【０１３０】本発明のヒートポンプ式冷凍サイクルによれば、運転切換え時間の短縮を図って快適空調を得られ、かつ配管接続を簡素化して配管スペースの低減を得られるなどの効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成１１年３月５日（１９９９．３．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９９０（Ｐ２０００−２５７９９０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−５８５９１ |
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