| 【発明の名称】 |
流路切換装置を具えたアキュムレータ |
| 【発明者】 |
【氏名】外山 勇
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| 【要約】 |
【課題】より一層のコンパクト化を達成するとともに、総合性能をより向上させた新規なアキュムレータを提供する。
【解決手段】本発明の流路切換装置を具えたアキュムレータ１Ａは、第二接続口１２と第二切換路口２２との間、第三接続口１３と第三切換路口２３との間にシーリング材２５を設けるとともに、第一接続口１１と第一切換路口２１との間には、ベロー式のシーリング材２５ａを設け、且つ第一切換路口２１の作動媒体に対する有効受圧面積を、第二切換路口２２及び第三切換路口２３の作動媒体に対する有効受圧面積よりも大きく設定し、これらの有効受圧面積差に基づく印加圧力の差圧によりシーリング材２５による気密性を確保するようにし、なお且つ弁体２０を回動自在に支承する回動駆動機構３０には、駆動源の回転を互いに非接触状態で伝達する駆動要素６Ａと受動要素６Ｂとを具えた伝動機構６を設けることを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 コンプレッサの吐出口に接続される第一接続口と、室内熱交換器に接続される第二接続口と、室外熱交換器に接続される第三接続口と、コンプレッサの吸入口に接続されるアキュムレートチャンバに連通する連通口とを有したケーシングと、このケーシング内の前記第一接続口を通る軸線上に回動自在に設けられ、第一切換路口から第二切換路口へと連通する第一切換路、及び第一切換路口から第三切換路口へと連通する第二切換路を有した弁体とを具え、前記第一接続口と第一切換路口とは常時連通され、一方前記第二接続口と第二切換路口と、第三接続口と第三切換路口とは弁体を一定角度往復回動させることにより択一的に連通させ、第一切換路と第二切換路との二つの流路を選択的に切り換えるようにした流路切換装置を内部に組み込んだアキュムレータにおいて、前記第二接続口と第二切換路口との間、前記第三接続口と第三切換路口との間には適宜の形状ないしは構造のシーリング材が設けられるとともに、前記第一接続口と第一切換路口との間には、ベロー式のシーリング材が設けられ、且つ前記第一切換路口の作動媒体に対する有効受圧面積Ｓ１を前記第二切換路口及び第三切換路口の作動媒体に対する有効受圧面積Ｓ２よりも大きく設定し、これらの有効受圧面積差に基づく印加圧力の差圧により上記シーリング材による気密性を確保するようにし、なお且つ前記弁体を回動自在に支承する回動駆動機構には、駆動源の回転を互いに非接触状態で伝達する駆動要素と受動要素とを具える伝動機構が設けられることを特徴とする流路切換装置を具えたアキュムレータ。
【請求項２】 前記アキュムレートチャンバには、内部に作動媒体を浄化する平板状のフィルターが設けられることを特徴とする請求項１記載の流路切換装置を具えたアキュムレータ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は例えばヒートポンプを用いた冷暖房装置における冷媒の循環経路に組み込まれることが適切なアキュムレータに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】一般にヒートポンプを用いた冷暖房装置は、四方弁などの切換弁によって作動媒体の循環経路を切り換えて、暖房及び冷房の運転を切り換えている。またその際、作動媒体を循環させるためにコンプレッサが用いられ、循環経路には、コンプレッサの直近にアキュムレータが設けられ、経路中に含まれる油分、固形物等の不純物の除去や作動媒体の脈動の均整化等を行わせている。そして従来よりこの種のアキュムレータと切換弁とは通常別個のものとして設計されていたが、装置全体のコンパクト化や低コスト化の要求が高まってくると、この発想には限界が生じてきた。そこで本発明者は一層のコンパクト化を達成すべく、先に述べたアキュムレータと切換弁とを融合させる着想に基づき、アキュムレータに切換弁を駆動するシフト機構を組み込むようにした特開平１０−３１１６２３号「流路切換機構を具えたアキュムレータ」、特開平１０−３１１６２４号「流路切換機構を具えたアキュムレータ」、特開平１１−２３１０６号「流路切換機構を具えたアキュムレータ」等の特許出願に関与している。
【０００３】ところでこの種の切換弁は、弁体をスライドさせて切り換えるものからケーシング内を回動させるいわゆるロータリータイプのものに変わりつつある。そして本発明者はこのような切換弁においても装置全体のコンパクト化や低コスト化等を目的として、弁体をシフトさせる切換構造と、弁体との両者を融合させ、特開平１０−３００２７８号「冷暖房装置における高低圧気体の流路切換装置」、特開平１０−３００２７９号「冷暖房装置における高低圧気体の流路切換装置」、特開平１１−６５７３号「換衝撃を抑制した四方弁」等の特許出願に関与している。また本発明者は、より一層の総合性能の向上を狙って新たな四方弁の研究を進めており、その一環として四方弁のシール性能の向上を目的として特願平１０−１２４３０１号「冷暖房装置における高低圧気体の流路切換装置」、特願平１０−１９２４６４号「冷暖房装置における作動媒体の流路切換装置」等の特許出願に及びケーシングの気密性を向上させた装置の提案に及んでいる。
【０００４】これにより流路切換装置のシール性は格段に向上し、大きな成果を得たわけであるが、更にこのような流路切換装置をアキュムレータに組み込み、より一層のコンパクト化や低コスト化等を達成することが、今後の更なる開発目標となっていた。
【０００５】
【開発を試みた技術的課題】本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、シール性を格段に向上させた流路切換装置をアキュムレータに組み込むことによって、より一層のコンパクト化を達成するとともに、総合性能をより向上させ得る新規なアキュムレータの開発を試みたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち請求項１記載の流路切換装置を具えたアキュムレータは、コンプレッサの吐出口に接続される第一接続口と、室内熱交換器に接続される第二接続口と、室外熱交換器に接続される第三接続口と、コンプレッサの吸入口に接続されるアキュムレートチャンバに連通する連通口とを有したケーシングと、このケーシング内の前記第一接続口を通る軸線上に回動自在に設けられ、第一切換路口から第二切換路口へと連通する第一切換路、及び第一切換路口から第三切換路口へと連通する第二切換路を有した弁体とを具え、前記第一接続口と第一切換路口とは常時連通され、一方前記第二接続口と第二切換路口と、第三接続口と第三切換路口とは弁体を一定角度往復回動させることにより択一的に連通させ、第一切換路と第二切換路との二つの流路を選択的に切り換えるようにした流路切換装置を内部に組み込んだアキュムレータにおいて、前記第二接続口と第二切換路口との間、前記第三接続口と第三切換路口との間には適宜の形状ないしは構造のシーリング材が設けられるとともに、前記第一接続口と第一切換路口との間には、ベロー式のシーリング材が設けられ、且つ前記第一切換路口の作動媒体に対する有効受圧面積Ｓ１を前記第二切換路口及び第三切換路口の作動媒体に対する有効受圧面積Ｓ２よりも大きく設定し、これらの有効受圧面積差に基づく印加圧力の差圧により上記シーリング材による気密性を確保するようにし、なお且つ前記弁体を回動自在に支承する回動駆動機構には、駆動源の回転を互いに非接触状態で伝達する駆動要素と受動要素とを具える伝動機構が設けられることを特徴として成るものである。この発明によれば、シール性を格段に向上させた流路切換装置をアキュムレータに組み込むため、シール性を格段に向上させるとともに、低コスト化や切換操作性等の他の総合性能も飛躍的に向上させ、またアキュムレータのより一層のコンパクト化を達成できる。
【０００７】また請求項２記載の流路切換装置を具えたアキュムレータは、前記請求項１記載の要件に加え、前記アキュムレートチャンバには、内部に作動媒体を浄化する平板状のフィルターが設けられることを特徴として成るものである。この発明によれば、循環経路中に含まれる不純物等を効果的に除去することが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明の流路切換装置を具えたアキュムレータ１Ａを図示の実施の形態に基づいて説明する。本発明の流路切換装置を具えたアキュムレータ１Ａは、一例として図１、３に示すように、ケーシング１０内を仕切板１０ａによって仕切り、下部にアキュムレートチャンバ７が、上部に減速作用室８が形成され、これらに挟まれるように切換弁室９が形成されている。そして切換弁室９内には、後述する回動駆動機構３０によって一定角度往復回動する弁体２０を具えて成る。ここで回動駆動機構３０とは、駆動源たるモータＭ、伝動機構６、あるいは減速作用室８内に設けられる減速機構３１等を含み、弁体２０の回動切り換えを行う部材を総称するものである。また本発明の名称中に記載する流路切換装置１とは、切換弁室９や弁体２０あるいは回動駆動機構３０等を中心とする、作動媒体の流路を切り換えるための部材を総称するものであり、一例としていわゆる四方弁の形態を採る。因みに図１では暖房運転を行っている。
【０００９】まず流路切換装置を具えたアキュムレータ１Ａが組み込まれた冷暖房装置の全体構成について説明する。図１、２に示すようにコンプレッサ２の吐出口から第一配管Ｈ１が切換弁室９に接続され、コンプレッサ２の吸入口へはアキュムレートチャンバ７から第四配管Ｈ４が接続されている。またアキュムレータ１Ａから室内熱交換器３及び室外熱交換器５へ第二配管Ｈ２及び第三配管Ｈ３が接続されている。室内熱交換器３と室外熱交換器５とは、冷媒の減圧を行う毛細管４を間に挟んで接続がなされている。そして暖房運転時には一例として図１、６に示すようにコンプレッサ２、アキュムレータ１Ａ、室内熱交換器３、毛細管４、室外熱交換器５、アキュムレータ１Ａ、コンプレッサ２の順で作動媒体は循環し、一方冷房・除湿運転時には一例として図７に示すようにコンプレッサ２、アキュムレータ１Ａ、室外熱交換器５、毛細管４、室内熱交換器３、アキュムレータ１Ａ、コンプレッサ２の順で作動媒体は循環している。
【００１０】以下本発明の流路切換装置を具えたアキュムレータ１Ａの各構成部材について説明する。まずケーシング１０について説明する。ケーシング１０は一例として図３に示すようにほぼ円筒管状を成し、内部は気密性が保たれ、アキュムレートチャンバ７、切換弁室９、減速作用室８等の各空間は、仕切板１０ａにより仕切られている。なおケーシング１０は、ワンパッケージ状の一体的な部材を示すものであるが、実際にはアキュムレートチャンバ７、切換弁室９、減速作用室８等を形成する各空間が、適宜分割形成された後、ろう付け、ボルトによる締結等、適宜の手段によって一体的に構成される。因みに図３に示す実施の形態では、ケーシング１０をアキュムレートチャンバ７側と、減速作用室８及び切換弁室９側とに分け、二分割形成している。
【００１１】切換弁室９の下面中心には図示するように第一接続口１１が開口され、ここにコンプレッサ２の吐出口と接続される第一配管Ｈ１が接続される。またアキュムレートチャンバ７内部にはコンプレッサ２の吸入口に接続される第四配管Ｈ４が嵌挿されている。更に切換弁室９と減速作用室８とを仕切る仕切板１０ａには、第二接続口１２及び第三接続口１３が開口され、第二接続口１２と室内熱交換器３とが第二配管Ｈ２により接続され、第三接続口１３と室外熱交換器５とが第三配管Ｈ３により接続されるとともに、この仕切板１０ａの中心には、後述する弁体２０の回動軸２６が挿入される。また切換弁室９とアキュムレートチャンバ７とを仕切る仕切板１０ａには、連通口１４が一例として六カ所開口されている。
【００１２】次にフィルタ１５について説明する。このフィルタ１５は循環する作動媒体を浄化するものであり、一例として連通口１４の下部に設けられるものである。そしてこのものは通常金属または樹脂材料から成る網を平板状に形成したものであり、主に作動媒体中の固形不純物等をろ過し、これを捕捉するものである。このためフィルタ１５を暖房及び冷房・除湿の両方の運転時において作動媒体の流れ方向が変わらない連通口１４の下部に配するものであるが、例えばコンプレッサ２の吐出口と接続される第一配管Ｈ１やコンプレッサ２の吸入口と接続される第四配管Ｈ４の管内に配しても構わない。なおフィルタ１５が作動媒体中の固形不純物等をろ過するというよりも、例えば浄水器の活性炭等のようにむしろ作動媒体中に溶け込んだ不要成分を吸着や化学反応によって浄化する場合には、フィルタ１５を作動媒体の循環経路中例えば第二配管Ｈ２や第三配管Ｈ３の管内等に配する形態等も採り得る。なお作動媒体の経路中には上記フィルタ１５の他に、例えば第一接続口１１から第一切換路口２１に至るまでの間に作動媒体をジグザグ状に流動させて、積極的に消音化や更なる脈動の均整化等を図るマフラー機能を組み込むことが可能である。
【００１３】次に切換弁室９内に設けられる弁体２０について説明する。弁体２０は一例としてケース部２０ａと、このケース部２０ａの開放側を塞ぐように一体に組み付けられる閉塞板２０ｂとを具えて成るものであり、内部に連通室２０ｃが形成されている。ケース部２０ａは一例として外観上、左右側面がほぼ直方体形状に形成され、内部の連通室２０ｃは気密性が保たれている。また連通室２０ｃには下面から上面に連通する二つの流路が設けられるため、下面中心には第一切換路口２１が開口され、上面の左右位置には、第二切換路口２２及び第三切換路口２３が開口されている。そして第一切換路口２１から第二切換路口２２へと連通する流路を第一切換路Ｒ１とし、第一切換路口２１から第三切換路口２３へと連通する流路を第二切換路Ｒ２とする。前記第一切換路口２１内には前記第一配管Ｈ１が挿入されている。一方、弁体２０の上面中心には回動軸２６が弁体２０に固定されて設けられ、切換弁室９と減速作用室８とを仕切る仕切板１０ａに回動自在に嵌挿されており、この回動軸２６と前記第一配管Ｈ１とにより弁体２０は切換弁室９内にて一定角度回動自在に保持される。
【００１４】そして第二切換路口２２及び第三切換路口２３には、Ｏリング等を介して表面にフッ素樹脂のコーティングがなされたもの、もしくはフッ素樹脂で形成された円筒形状のシーリング材２５を外端を上方に幾分突出した状態で内嵌めする。これにより切換弁室９と減速作用室８とを仕切る仕切板１０ａの内壁面にシーリング材２５が、Ｏリング等によって弾性的に押し当てられ、開口端部から作動気体が漏出しないように図られている。なお弁体２０のケース部２０ａ及び閉塞板２０ｂは、一例として金属材料から成る板材をプレス加工して形成されるが、ガラス、プラスチック等、適宜の非金属材料で形成されても構わない。一方第一接続口１１と第一切換路口２１との間には、ベロー式のシーリング材２５ａが設けられるものであって、図３に示す実施の形態にあっては、一例として椀型形状のベロー式のシーリング材２５ａを仰向け状態に配置したものを図示する。因みにこのようなシーリング構造を適用した場合には、弁体２０の種々の方向の動きに追従できるほか、内圧変化に対しても追従でき、安定した高い気密性が保たれる。
【００１５】次に有効受圧面積差に基づく印加圧力の差圧によって、前記シーリング材２５による気密性を確保するようにした構造について説明する。このものは一例として、図４に示すように第一切換路口２１の作動媒体に対する有効受圧面積Ｓ１と第二切換路口２２及び第三切換路口２３の作動媒体に対する有効受圧面積Ｓ２（この場合、第二切換路口２２の作動媒体に対する有効受圧面積と第三切換路口２３の作動媒体に対する有効受圧面積の総和となる）との関係をＳ２＜Ｓ１に設定し、これによる受圧面積差により弁体２０に対する印加圧力に差圧を生じさせるものである。
【００１６】そしてこの差圧により弁体２０は、第二接続口１２及び第三接続口１３に向けて押圧され、これに伴う微小移動によって弁体２０の上方に配置されたシーリング材２５の上端面を前記第二接続口１２ないし第三接続口１３周縁の仕切部１０ａの下面に圧接する。更にこのような圧接力の補圧手段として、図３に併せて示すような補圧バネ２５ｂを設けることが好ましい。この補圧バネ２５ｂとしては、一例として圧縮コイルバネを用い、このものをベロー式のシーリング材２５ａの上方に圧縮状態で配置するという構成を採るものである。なおこの補圧バネ２５ｂの配置位置は、上記補圧作用を与えるものであれば、上記配置位置には拘束されない。またこの補圧バネ２５ｂは、前述した有効受圧面積差に基づく差圧効果を補うことを目的としていることから、シーリング材２５の密着性をより強固にするものと違って、比較的バネ定数の小さなものを選定する。なお例えば第三切換路口２３を排して第二切換路口２２のみにより第二接続口１２、第三接続口１３との接続を選択的に切り換えるようにする形態も可能であり、この場合、上述した有効受圧面積Ｓ２は、第二切換路口２２の作動媒体に対する有効受圧面積のみとなる。
【００１７】次に減速作用室８内に構成される減速機構３１について説明する。このものは駆動源たるモータＭからの回転を減速して、弁体２０の回動軸２６に伝達するものであり、一例としてシャフト３２にギヤ比を異にする複数のギヤ３３を多段状に嵌め込んだ歯車列３４によって構成される。そして相互のギヤ３３の作用によって順次減速を行い、最終的に歯車列３４として適宜の減速比を得るものであり、一方のシャフト３２の先端部が回動軸２６を適宜の角度回動させる。また複数のギヤ３３のうち最初に駆動を受けるギヤ３３には、その先端部に後述する伝動機構６の受動要素６Ｂが設けられる。
【００１８】次に伝動機構６について説明する。伝動機構６はモータＭにより直接回転駆動される駆動要素６Ａと、これを受けて非接触状態で回転する受動要素６Ｂとを具えて成るものである。この伝動機構６は、一例として駆動要素６Ａに永久磁石６１を、受動要素６Ｂに鋼板６３を適用し、これらを互いに嵌め合い状態に形成し、駆動要素６Ａと受動要素６Ｂとの間に、充分な伝動力を確保するものである。因みに図３に示すものは、駆動要素６Ａの外側に受動要素６Ｂを配する形態を示しているが、駆動要素６Ａの内側に受動要素６Ｂを配する形態ももちろん採り得るし、あるいは駆動要素６Ａに鋼板６３を、受動要素６Ｂに永久磁石６１を適用することも可能である。
【００１９】鋼板６３を適用した受動要素６Ｂは、前述したように前記ギヤ３３のうち最初に駆動を受けるギヤ３３の上端部に設けられ、他方の永久磁石６１を適用した駆動要素６Ａが、密閉された減速作用室８の上方に配されるモータＭの出力軸に対して設けられる。そしてモータＭにより永久磁石６１を回転させ、その磁力で非接触状態にある鋼板６３を回転させ、歯車列３４、回動軸２６を介して最終的に弁体２０の回動切り換えを行うものである。このため永久磁石６１を収納する部位は必ずしも気密性が保持される必要はなく、実際はモータＭを固定するブラケット等に取り付けられる。このように受動要素６Ｂが、実質的に弁体２０を回動させる駆動部材であり、密閉されたケーシング１０内部に収納されるため、例えば作動媒体が回動軸２６の周辺部分から漏出しても、減速作用室８で遮断され、効率的な熱交換が行える。また弁体２０の回動方向を切り換えるには、モータＭに流す電流の方向を換えることによって行える。なお減速機構３１の最終的な減速比が、１／８００の設定であれば駆動要素６Ａを１００回転させた場合に弁体２０を１／８回転すなわち４５°回動させることになる。
【００２０】またこの実施の形態では図示したように駆動要素６Ａと受動要素６Ｂとの伝動作用面をほぼ鉛直方向に設定し、互いに嵌め合い状態になるように形成し、これによって駆動要素６Ａと受動要素６Ｂとの間に、充分な伝動力を確保するものであるが、この他にも例えば図５（ａ）に示すように伝動作用面をほぼ水平方向に設定し、駆動要素６Ａと受動要素６Ｂとをそれぞれ平板状に形成する形態が採り得る。その場合必ずしも駆動要素６Ａと受動要素６Ｂとを、永久磁石６１と鋼板６３との組み合わせで形成するだけでなく、双方に二つの永久磁石６１、６２を適用する形態が採り得る。更に図５（ｂ）に示すものは、駆動要素６Ａと受動要素６Ｂとに二つの永久磁石６１、６２を適用しながら、互いに嵌め合い状態になるように形成した形態である。因みに図５（ｂ）に示す実施の形態では、駆動要素６Ａの外側に受動要素６Ｂを配した形態を示している。また弁体２０の回動切り換えに伴い、ケーシング１０内に第二切換路口２２と第二配管Ｈ２とが連結される一定角度と、第三切換路口２３と第三配管Ｈ３とが連結される一定角度とに、弁体２０の回動を止めるストッパを設けることが好ましい。
【００２１】次に本発明の流路切換装置を具えたアキュムレータ１Ａの作動状態について暖房運転時と冷房・除湿運転時とに区分して説明する。
（１）暖房運転時暖房運転時には、図６に示すように弁体２０の第二切換路口２２は第二配管Ｈ２に接続され、第三切換路口２３は第三配管Ｈ３には接続されていない状態である。この場合にはコンプレッサ２からの作動媒体は、コンプレッサ２、第一配管Ｈ１、第一接続口１１、第一切換路Ｒ１、第二接続口１２、第二配管Ｈ２、室内熱交換器３、毛細管４、室外熱交換器５、第三配管Ｈ３、第三接続口１３、切換弁室９内、連通口１４、アキュムレートチャンバ７内、第四配管Ｈ４、コンプレッサ２．．．の順で循環する。
【００２２】（２）冷房・除湿運転時冷房・除湿運転時には、図７に示すように弁体２０の第三切換路口２３は第三配管Ｈ３に接続され、第二切換路口２２は第二配管Ｈ２には接続されていない状態である。この場合にはコンプレッサ２からの作動媒体は、コンプレッサ２、第一配管Ｈ１、第一接続口１１、第二切換路Ｒ２、第三接続口１３、第三配管Ｈ３、室外熱交換器５、毛細管４、室内熱交換器３、第二配管Ｈ２、第二接続口１２、切換弁室９内、連通口１４、アキュムレートチャンバ７内、第四配管Ｈ４、コンプレッサ２．．．の順で循環する。そして作動媒体は、このように暖房及び冷房・除湿の両運転時において循環する際フィルタ１５により主に不要成分が除去され、浄化される。
【００２３】
【発明の効果】まず請求項１記載の流路切換装置を具えたアキュムレータによれば、シール性を格段に向上させた流路切換装置１を組み込むため、シール性を格段に向上させるとともに、低コスト化や切換操作性等の他の総合性能も飛躍的に向上させ、また流路切換装置１を含めたアキュムレータ１Ａ全体のより一層のコンパクト化を達成できる。
【００２４】また請求項２記載の流路切換装置を具えたアキュムレータによれば、循環経路中に含まれる不純物等を効果的に除去することが可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９５００１９５４
【氏名又は名称】富士インジェクタ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年４月１６日（１９９９．４．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８６４３８
【弁理士】
【氏名又は名称】東山 喬彦
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４３８３（Ｐ２０００−３０４３８３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１０９７７８ |
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