JP2012509455A - ダイヤフラムおよび少なくとも２の出口開口を備える膨張弁 - Google Patents

Abstract

入口開口および少なくとも２つの出口開口（５）を備える膨張弁（１）が開示される。入口開口は液体状態の流体媒体を受け入れるべく適応されており、出口開口（５）は流体媒体を少なくとも部分的に気体状態で供給するべく適応されている。膨張弁（１）はダイヤフラム（６）および少なくとも２つの弁座（４）をさらに備えており、各弁座（４）は出口開口（５）の１つと流体接続されている。弁座（４）の各々はダイヤフラム（６）との組合せで弁を形成し、それによってダイヤフラム（６）の位置が同時に弁の各々の開度を規定する。出口開口（５）の各々に向かう流体流れの十分に規定された分配がダイヤフラム（６）の動きによって容易に規定される。分配は流体媒体の膨張の前またはその間に生じる。膨張弁（１）は冷凍システムの冷媒流路に配置され得る。

Description

本発明は、例えば空気調和システム、特に冷凍システム用の膨張弁に関する。本発明の膨張弁は、例えば少なくとも２つの並列する蒸発器または蒸発器管の形態の、少なくとも２つの並列流路に流体媒体を分配するべく適応されている。

冷凍システムの冷凍回路のような流体回路において、流路を流体回路の部分に沿って２以上の並列流路に分割することが時として望ましい。これは例えば、並列して配置された２以上の蒸発器を備える冷凍システムの場合である。さらに、例えばほぼ等しい流体分配が得られるようにして、または例えばエネルギー消費または効率に関して最適の様態でシステムが操作されるようにして、並列流路の各々への流体流れを制御できることが望ましいこともある。

冷媒の分配を冷凍システムの２以上の並列流路間で制御するいくつかの従前の試みでは、分流器が冷媒流路で膨張弁に対して下流に配置される。従って、冷媒は冷媒の膨張の後に分配される、すなわち冷媒は主に気体である。これは、並列流路間でほぼ等しい分配を得るために冷媒の流れを制御することが極めて難しいという短所を有する。

本発明の実施形態の目的は、２以上の並列流路への流体の分配を制御できる膨張弁を提供することである。

本発明の実施形態のさらなる目的は、２以上の並列流路への流体の分配を容易な様態で管理するべく適応された膨張弁を提供することである。

本発明によれば、第１の態様として提供される膨張弁は、
液体状態の流体媒体を受け入るよう構成された入口開口を備え、
少なくとも２つの出口開口を備え、各々は少なくとも部分的に気体状態の流体媒体を供給するよう構成されており、
ダイヤフラムを備え、
少なくとも２つの弁座を備え、
各弁座は出口開口の１つと流体接続されており、弁座の各々はダイヤフラムとの組合せで弁を形成しており、それによってダイヤフラムの位置が同時に弁の各々の開度を規定する。

本発明の膨張弁は、入口開口と少なくとも２つの出口開口との間に流路を規定する。液体状態の流体媒体が入口開口に受け入れられ、少なくとも部分的に気体状態の流体媒体が出口開口で供給される。本件の文脈において、用語「液体状態」は、入口開口を通じて膨張弁に入る流体媒体がほぼ液相であることを意味すると解釈しなければならない。同様に、本件の文脈において、用語「少なくとも部分的に気体状態」は、出口開口を通じて膨張弁を出る流体媒体が完全に気相であるか、または膨張弁を出る流体媒体の量の少なくとも１部が、例えば相当部分が、気相であることを意味すると解釈しなければならない。従って、膨張弁に入る流体媒体の少なくとも一部は、膨張弁を通過する際に液相から気相への相転移を受ける。

入口開口および出口開口は好ましくは、冷凍システムの他の構成要素のような１以上の他の構成要素と流体接続され得る。膨張弁は、流れ回路のような流れシステムの一部を有利に形成し得る。

膨張弁は、ダイヤフラムおよび少なくとも２つの弁座を備える。各弁座は出口開口の１つと流体接続されている。ダイヤフラムおよび弁座は、各弁座とダイヤフラムとの組合せで弁が形成されるように、相互に配置される。弁座の各々が出口開口の１つと流体接続されているので、弁座およびダイヤフラムによって形成される弁は、出口開口の各々に向かう流体流れを規定する。

弁は、弁座と、ダイヤフラムの特定の部分または領域（例えばダイヤフラムに取り付けられたバルブコーンまたは弁板の形態）とによって形成され得る、ことに留意しなければならない。

従って、ダイヤフラムが動かされると、それは同時に弁座の各々に対する相対運動を実行し、それによって同時に弁座およびダイヤフラムによって形成される弁の各々の開度を変える。このようにして、開度は同期して調整され、それによって出口開口間の分配キーを少なくとも実質的に維持する。さらに、これは少なくとも２つの出口開口に向かう流体流れを同時に制御する極めて単純な方法である。最後に、並列流路間での流体媒体の分配は、分配が膨張弁において生じるので、流体媒体の膨張の前またはその間に生じる。これは流体分配を正確に制御するのをより容易にする。

膨張弁は、サーモスタット要素と、サーモスタット要素およびダイヤフラムを有効に相互接続するために配置されたダイヤフラム移動要素とをさらに備えることもでき、それによってダイヤフラムの動きがサーモスタット要素によって生じる。この実施形態によれば、サーモスタット要素はダイヤフラムの位置を決定し、それによってサーモスタット要素は弁座およびダイヤフラムによって規定される弁の各々の開度を決定する。ダイヤフラム移動要素はダイヤフラムと直接に当接して配置され得る。この場合、サーモスタット要素の圧力変化に応答したダイヤフラム移動要素の動きが、ダイヤフラムの対応する動きを直接生じることになる。ダイヤフラム移動要素は例えば、ダイヤフラムと当接して配置され例えばロッドまたはピストンによってサーモスタット要素と連結されたブロックとすることができる。従って、ダイヤフラム移動要素はピストンであるか、またはそれを備え得る。

代替として、ダイヤフラムは、アクチュエータを、例えば電気式または油圧式アクチュエータを、使用するなどの、何らかの他の適格な方法で動かされ得る。

膨張弁は、弁座から離れる方向にダイヤフラムを偏倚させるための手段をさらに備え得る。この実施形態によれば、ダイヤフラムは、弁座およびダイヤフラムによって規定される弁の最大開度を規定する位置に向けて強制される。弁の開度を減少させたい場合、偏倚力に抗して作用が果たされなければならない。

代替として、膨張弁は、弁座に向かう方向にダイヤフラムを偏倚させるための手段をさらに備え得る。この実施形態によれば、ダイヤフラムは、弁座およびダイヤフラムによって規定される弁の最小開度を規定する位置に向けて、すなわち閉位置に向けて強制される。開度を増大させたい場合、偏倚力に抗して作用が果たされなければならない。

上述の実施形態のいずれでも、偏倚手段は例えば、圧縮ばねのような１以上のばねを含み得る。

ダイヤフラムは少なくとも１の貫通穴を備え得る。これは、ダイヤフラムが極めて薄いことを要求することなくダイヤフラムを極めて柔軟にすることができる。特定の厚さのダイヤフラムを製造した後に、ダイヤフラムに１以上の貫通穴を設けることによって所要の柔軟性を付与することは、所要の柔軟性を有する薄いダイヤフラムを直接製造するよりも容易である。柔軟ダイヤフラムは、弁座およびダイヤフラムによって規定される弁の開度の正確かつ迅速な変化をもたらすためにダイヤフラムが正確かつ迅速に動かされ得ることを保証する。

代替的または追加的に、ダイヤフラムは少なくとも２つの弁座係合領域を備えることができ、各弁座係合領域は、弁座および弁座係合領域が対で少なくとも２つの弁を規定するようにして、弁座に隣接して配置される。弁座係合領域は、例えばダイヤフラムの他の部分によって規定される高さとは異なる高さを規定するダイヤフラムの部分とすることができる。そのような部分は例えば、ダイヤフラムに形成された「丘」または「谷」の形態とすることができる。弁座係合領域はダイヤフラムの他の部分よりも弁座の近くに有利に配置され得る。それによって、弁座および弁座係合領域によって規定される弁が密に閉鎖され得ることが保証され得る。代替的または追加的に、弁座結合領域はダイヤフラムに取り付けられたバルブコーンまたは弁板であるか、またはそれらを備えることができる。

本発明は、第２の態様によれば、冷凍システムを提供し、それは、
少なくとも１の圧縮器と、
少なくとも１の凝縮器と、
冷凍システムの冷媒流路に沿って並列して配置された少なくとも２つの蒸発器と、
本発明の第１の態様に従った膨張弁とを備えており、前記膨張弁は少なくとも２つの出口開口の各々が蒸発器の１つに冷媒を供給するように配設される。

このようにして、本発明の第１の態様に従った膨張弁は、冷凍システム、例えば冷却装置または空気調和システムにおいて使用される冷凍システムの冷凍経路に有利に配置され得る。

本発明の実施形態に従った膨張弁の断面図である。 本発明の実施形態に従った膨張弁用の第１のダイヤフラムを示す。 本発明の実施形態に従った膨張弁用の第２のダイヤフラムを示す。 本発明の実施形態に従った膨張弁用の第３のダイヤフラムを示す。

ここで本発明を添付図面に関して説明する。

図１は、本発明の実施形態に従った膨張弁１の断面図である。膨張弁１は、第１の弁部２および第２の弁部３を備える。第１の弁部２には複数の弁座４が中に配置されており、そのうちの２つが図示されている。弁座４の各々は出口開口５と流体接続されている。

膨張弁１は、弁座４を覆うようにして第１の弁部２に隣接して配置されたダイヤフラム６をさらに備える。それによって、弁座４に対するダイヤフラム６の動きは、弁座４を通り出口開口５に向かう流体通路の大きさを規定する。それによって、複数の弁は弁座４およびダイヤフラム６によって規定され、弁の開度は弁座４に対するダイヤフラム６の位置によって決定される。ダイヤフラム６を弁座４方向に、すなわち弁４およびダイヤフラム６によって規定される弁の最小開度を規定する位置の方へ押すために圧縮ばね７が配置されている。

ダイヤフラム６はピストン８によってサーモスタット要素（図示せず）と有効に接続されている。サーモスタット要素は矢線９で示すようにピストン８の動きを制御し、それによってダイヤフラム６の動きを制御する。ピストン８が下方向に、すなわちダイヤフラム６の位置の方向に動くと、ダイヤフラム６は弁座４から離れる方向に押される。それによって、ダイヤフラム６と弁座４の各々との間で規定される通路の大きさは増大し、それによって弁座４およびダイヤフラム６によって規定される弁の開度を増大させる。ピストン８が反対方向に動くと、ダイヤフラム６はばね７によって弁座４方向に動かされ、すなわち弁座４およびダイヤフラム６によって規定される弁の開度は減少する。

図１の膨張弁１は以下のようにして操作され得る。ほぼ液体状態の流体媒体は、ピストン８の上部に配置された入口開口（図示せず）を通じて膨張弁１に受け入れられる。流体媒体はピストン８によってダイヤフラム６に向けて、さらに弁座４に向けて誘導される。ダイヤフラム６の位置および、それによる弁座４およびダイヤフラム６によって規定される弁の開度に応じて、流体は弁座４を誘導され、出口開口５を通じて膨張弁１を出る。この間に流体媒体は膨張し、従って出口開口５を通じて膨張弁１を出る流体媒体は少なくとも部分的に気体状態にある。

図２は、図１の膨張弁１用に好適なダイヤフラム６を示す。ダイヤフラム６は４つの貫通穴１０を備えている。ダイヤフラム６が膨張弁１に取り付けられる際、それは貫通穴１０が弁座４に対応する位置に配置されないようにして位置決めされる。それによって、ダイヤフラム６は弁座４に対して所要のシーリング効果を付与することができる。

ダイヤフラム６が貫通穴１０を備えているので、それは同じ厚さを有するが貫通穴１０のないダイヤフラムよりも柔軟である。増大した柔軟性によりダイヤフラム６はサーモスタット要素の変化に応答してピストン８の動きに高速に反応することができる。それによって弁の応答時間は低減する。さらに、ダイヤフラム６のより正確な位置決めを得ることができ、それによって弁座４およびダイヤフラム６によって規定される弁の開度をより正確に調整することが可能である。

図３は、図１の膨張弁１用に好適な別のダイヤフラム６を示す。図３の下側においてダイヤフラム６は上方から見られ、図３の上側においてダイヤフラム６は断面図で示されている。

図３のダイヤフラム６は、４つの隆起領域１１を備えている。ダイヤフラム６が膨張弁１に取り付けられる際、それは隆起領域１１が弁座４の位置に対応する位置に配置されるようにして、かつ隆起領域１１がダイヤフラム６の他の部分よりも第１の弁部２の近くに配置されるようにして位置決めされる。それによって、ダイヤフラム６が弁の最小開度を規定する位置にある時にほぼ液密な接触がダイヤフラム６と弁座４との間にもたらされるのを保証することができる。

図４は、図１の膨張弁１用に適格なさらに別のダイヤフラム６を示す。図４のダイヤフラム６は、図４のダイヤフラム６もまた隆起領域１１を備えていることから、図３のダイヤフラム６と極めて類似である。しかし、図４の隆起領域１１は若干異なる様態で造形されている。

１…膨張弁、２、３…弁部、４…弁座、５…出口開口、６…ダイヤフラム、７…圧縮ばね、８…ピストン、１０…貫通穴、１１…隆起領域。

Claims (9)

1. 膨張弁（１）であって、
   液体状態の流体媒体を受けるよう構成された入口開口を備え、
   少なくとも２つの出口開口（５）を備え、各々は少なくとも部分的に気体状態の流体媒体を供給するよう構成されており、
   ダイヤフラム（６）を備え、
   少なくとも２つの弁座（４）を備え、
   各弁座（４）は出口開口（５）の１つと流体接続されており、弁座（４）の各々はダイヤフラム（６）との組合せで弁を形成しており、それによってダイヤフラム（６）の位置が同時に弁の各々の開度を規定する、膨張弁（１）。
2. サーモスタット要素と、サーモスタット要素およびダイヤフラム（６）を有効に相互接続するべく配置されたダイヤフラム移動要素とをさらに備えており、それによってダイヤフラム（６）の動きがサーモスタット要素によって生じる、請求項１に記載の膨張弁（１）。
3. ダイヤフラム移動要素はダイヤフラム（６）と直接当接して配置されている、請求項２に記載の膨張弁（１）。
4. ダイヤフラム移動要素はピストン（８）であるか、またはこれを備える、請求項２または３に記載の膨張弁（１）。
5. ダイヤフラム（６）を弁座（４）から離れる方向に偏倚させるための手段（７）をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の膨張弁（１）。
6. ダイヤフラム（６）を弁座（４）に向かう方向に偏倚させるための手段（７）をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の膨張弁（１）。
7. ダイヤフラム（６）は少なくとも１の貫通穴（１０）を備える、請求項１〜６のいずれかに記載の膨張弁（１）。
8. ダイヤフラム（６）は少なくとも２つの弁座係合領域（１１）を備えており、各弁座係合領域（１１）は弁座（４）および弁座係合領域（１１）が対で少なくとも２つの弁を規定するようにして弁座（４）に隣接して配置されている、請求項１〜７のいずれかに記載の膨張弁（１）。
9. 冷凍システムであって、
   少なくとも１の圧縮器と、
   少なくとも１の凝縮器と、
   冷凍システムの冷媒流路に沿って並列して配置された少なくとも２つの蒸発器と、
   請求項１〜８のいずれかに記載の膨張弁（１）とを備えており、前記膨張弁（１）は少なくとも２つの出口開口（５）の各々が蒸発器の１つに冷媒を供給するべく配置されるようにして配置されている、冷凍システム。

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