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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidventil, das bei einem Druck gleich oder kleiner als Atmosphärendruck verwendet wird. Beispielsweise kann das Fluidventil in geeigneter Weise angepasst werden an ein Wasserdampfventil für einen Kühlapparat bzw. Kühlschrank vom Adsorptionstyp, im Folgenden Kühlschrank genannt, das über ein adsorbierendes Material verfügt, das in der Lage ist, ein Kältemittel zu adsorbieren oder zu desorbieren.
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Üblicherweise wird ein (Wasser)dampfventil verwendet für einen Kühlschrank vom Adsorptionstyp, um eine Verbindungsöffnung mechanisch entsprechend einer Druckdifferenz vor und hinter der Verbindungsöffnung zu öffnen oder zu schließen. Eine gitterförmige Rippe ist innerhalb der Verbindungsöffnung vorgesehen, um eine Verformung eines Ventilkörpers zu verhindern und die Dichtungsleistung zu verbessern, wenn das (Wasser)dampfventil geschlossen wird, beispielsweise wie im Patentdokument 1 (
JP Patent Nr. 3831959 ) beschrieben.
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Bei dem beim Druck gleich oder kleiner dem Atmosphärendruck verwendeten Fluidventil ist der Druck vor und hinter der Verbindungsöffnung im Allgemeinen klein und ist gleich oder kleiner als eine Atmosphäre. Damit wird der auf den Ventilkörper ausgeübte Druck klein, wenn das Ventil geschlossen ist, und es wird dadurch notwendig, die Dichtungsleistung zu verbessern. Da weiterhin die Druckdifferenz vor und hinter der Verbindungsöffnung gering ist, wird es notwendig, den Druckverlust in der Verbindungsöffnung zu reduzieren, um eine Strömungsgröße des durch die Verbindungsöffnung gehenden Fluids sicherzustellen.
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Beim im Patentdokument 1 beschriebenen Dampfventil jedoch ist, da die gitterförmige Rippe über den gesamten Bereich der Verbindungsöffnung vorgesehen ist, der Druckverlust größer.
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Die vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf Vorstehendes gemacht, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Fluidventil zur Verfügung zu stellen, das eine Dichtungsleistung unter Reduzierung des Druckverlustes verbessern kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein bei einem Druck gleich oder kleiner dem Atmosphärendruck verwendetes Fluidventil ein Trennelement (51), das so ausgelegt ist, dass es einen Raum, in welchem ein Fluid strömt, unterteilt in erste und zweite Raumteile, unter Bildung einer Verbindungsöffnung (52), einen Ventilkörper (53), der aus einem dünnen elastischen Material geformt und in der Lage ist, die Verbindungsöffnung (52) zu öffnen oder zu schließen, ein Trägerelement (57), das in der Verbindungsöffnung (52) angeordnet ist, um eine Fläche des Ventilkörpers (53) zu kontaktieren oder abzustützen, wenn der Ventilkörper (53) die Verbindungsöffnung (52) schließt, und einen Dichtungsteil (56), der auf einer Oberfläche des Trennelements (51) an einer Seite des Ventilkörpers (53) vorgesehen ist, um einen Außenumfang der Verbindungsöffnung (52) zu schließen. Der Dichtungsteil (56) ist so ausgelegt, dass er einen Spalt zwischen dem Trennelement (51) und dem Ventilkörper (53) abdichtet, wenn der Ventilkörper (53) die Verbindungsöffnung (52) schließt. Weiterhin umfasst das Trägerelement (57) einen umlaufenden Trägerteil (571), der sich längs der Gestalt des Dichtungsteils (56) erstreckt; und der Umfangsträgerteil (571) ist an einem Ort angeordnet, der näher dem Außenumfang der Verbindungsöffnung (52) als die Mitte der Verbindungsöffnung (52) ist. Damit kann die Verformung des Ventilkörpers (53), wenn dieser schließt, effektiv reduziert werden, während der Druckverlust des durch die Verbindungsöffnung (52) gehenden Fluids reduziert werden kann. Im Ergebnis kann das Fluidventil eine Dichtungsleistung unter Reduzierung des Druckverlustes verbessern.
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Die Verbindungsöffnung (52) kann von kreisförmiger Querschnittsgestalt sein oder kann von Rechteckform sein oder eine poly-winkelige Gestalt bzw. eine mehreckige Gestalt im Querschnitt haben. Im vorliegenden Fall wird der Dichtungsteil (56) kreisförmig, rechteckig oder vieleckig im Querschnitt entsprechend der Gestalt der Verbindungsöffnung (52) ausgebildet.
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Das Trägerelement (57) kann weiter einen radialen Trägerteil (572) einschließen, der sich von der Mitte der Verbindungsöffnung (52) zum Außenumfang der Verbindungsöffnung (52) in einer radialen Richtung der Verbindungsöffnung (52) erstreckt. Alternativ kann das Trägerelement (57) weiterhin eine Vielzahl radialer Trägerteile (572) aufweisen, von denen ein jedes sich von der Mitte der Verbindungsöffnung (52) zu dem Außenumfang der Verbindungsöffnung (52) in einer radialen Richtung der Verbindungsöffnung (52) erstreckt. In diesem Fall kann ein Winkel θ zwischen benachbarten radialen Trägerteilen (572) gleich eingestellt werden.
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Beispielsweise kann eine Stirnseite des Ventilkörpers (53) befestigt werden an das Trennelement (51), und zwar unter Verwendung eines Befestigungselements (54) an einem Umfangsteil der Verbindungsöffnung (52). In diesem Fall verfügt das Trennelement (51) über eine erste Stellung entsprechend der einen Stirnseite des Ventilkörpers (53) und eine zweite Stellung gegenüber der einen Stirnseite des Ventilkörpers (53) bezogen auf die Verbindungsöffnung (52). Weiterhin kann die zweite Stellung des Trennelements (51) gegen den Ventilkörper (53) mehr als die erste Stellung des Trennelements (51) vorragen. Insbesondere können Trennelement (51) und Trägerelement (57) vorgesehen sein, um gegen den Ventilkörper (53) allmählich vorzuragen.
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Zusätzlich kann der radiale Trägerteil (572) verbunden werden mit dem umlaufenden oder Umfangsträgerteil (571) an einem Verbindungsteil (573). Wenn eine Länge des radialen Trägerteils (572) von der Mitte der Verbindungsöffnung (52) zum Dichtungsteil (56) als „A” angenommen wird, und wenn eine Länge des Verbindungsteils (573) zum Dichtungsteil (56) in dem radialen Trägerteil (572) als „a” angenommen wird, dann genügt dies der Beziehung 0,5 < a/A < 1. Dadurch kann der Druckverlust des durch die Verbindungsöffnung (52) tretenden Fluids wirksamer reduziert werden, während die Dichtungsleistung des Fluidventils genau beibehalten werden kann, wenn das Ventilgehäuse bzw. der Ventilkörper (53) die Verbindungsöffnung (52) schließt.
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Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher anhand der folgenden Beschreibung, in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen ähnliche Teile durch ähnliche Bezugszahlen bezeichnet sind und in denen:
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1 ein schematisches Diagramm eines Kühlschranks bzw. Kühlapparats vom Adsorptionstyp gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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2 ist eine perspektivische Darstellung, die ein (Wasser)dampfventil (beispielsweise das erste (Wasser)dampfventil) entsprechend der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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3 ist ein Schnitt durch das Dampfventil gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
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4 ist eine Draufsicht auf ein Trennelement des Dampfventils gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
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5 ist eine schematische Darstellung eines Trägerelements in einer Verbindungsöffnung des Dampfventils gemäß der Ausführungsform der Erfindung; und
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6 ist ein graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Leckgröße des Wasserdampfs bei geschlossenem Ventil und einem Druckverlust des Wasserdampfs erkennen lässt, der durch die Verbindungsöffnung gemäß der Ausführungsform der Erfindung tritt.
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(Ausführungsformen)
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Ein Fluidventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fluidventil typischerweise ausgelegt für ein (Wasser)dampfventil für einen Kühlapparat bzw. Kühlschrank vom Adsorptionstyp. 1 ist ein schematisches Diagramm und zeigt den Kühlschrank vom Adsorptionstyp gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
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Wie 1 erkennen lässt, umfasst der Kühlschrank (Kühlapparat) vom Adsorptionstyp eine erste Adsorptionseinrichtung 11, eine zweite Adsorptionseinrichtung 12, einen Kondensator 13 und einen Verdampfer 14, wobei alle in einem einzigen Vakuumbehälter 10 angeordnet sind. Weiterhin ist der Kühlschrank vom Adsorptionstyp so konfiguriert, dass er über einen Wärmeabsorptionsteil verfügt, durch welchen Wärme außerhalb des Vakuumbehälters 10 absorbiert wird. Der Vakuumbehälter 10 hat innen einen Vakuumraum mit einem Druck kleiner als der Atmosphärendruck und verfügt darin über eine Menge vorbestimmten Wassers als Kälte- oder Kühlmittel (Fluid).
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Der Vakuumbehälter 10 ist von in etwa rechtwinkeliger Gestalt und ein Innenraum des Vakuumbehälters 10 ist in vier Raumteile unterteilt. Beispielsweise ist in 1 der Innenraum des Vakuumbehälters 10 in Kopf- und Bodenraumteile sowie linke und rechte Raumteile unterteilt. Die linken und rechten Raumteile des Vakuumbehälters 10 erstrecken sich in Kopf-Bodenrichtung, derart, dass die erste Adsorptionseinrichtung 11 im linken Raumteil und die zweite Adsorptionseinrichtung 12 im rechten Raumteil angeordnet wird. Jeder der ersten und zweiten Adsorptionseinrichtungen 11, 12 umfasst ein Gehäuse von Luftpermeabilität und ein kornähnliches Adsorptionsmittel (beispielsweise Silicagel, Zeolith), die in dem Gehäuse eingebracht sind. Wärmeübertragungsrohre 11a, 12a sind jeweils in den Gehäusen der Adsorptionseinrichtungen 11, 12 zum Kühlen und Erwärmen der Adsorptionsmaterialien untergebracht. Das Adsorptionsmaterial ist so ausgebildet, dass es gasförmiges Kältemittel bei hoher Kapazität in einem Kühlzustand bzw. Kühlbetrieb adsorbiert und das adsorbierte gasförmige Kältemittel in einem heizenden Zustand bzw. Heizbetrieb desorbiert und entfernt, wodurch die Adsorptionsfähigkeit gewährleistet wird.
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Die Kopf- und Bodenraumteile des Vakuumbehälters 10 erstrecken sich in der Richtung links-rechts, derart, dass der Behälter 13 im Kopfraumteil und der Verdampfer 14 im Bodenraumteil angeordnet sind. Der Behälter 13 ist ein Wärmeaustauscher, der so ausgelegt ist, dass er den Wärmeaustausch zwischen durch ein Gebläse 13a geblasene Luft und dampfförmigem Kältemittel (beispielsweise Wasserdampf) durchführt, wodurch das dampfförmige Kältemittel kondensiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Wärmeaustauscher vom Rippenrohrtyp als Kondensator 13 beispielsweise verwendet.
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Beim Verdampfer 14 handelt es sich um einen Wärmeaustauscher, der so konfiguriert ist, dass er den Wärmeaustausch zwischen einem Wärmefluid (beispielsweise Wasser, LLC), das durch ein Wärmeübertragungsrohr 14a strömt, und dem flüssigen Kältemittel (beispielsweise Wasser) durchführt, wodurch das flüssige Kältemittel verdampft wird. Das Wärmeübertragungsrohr 14a ist so konfiguriert, dass das durch das Wärmeübertragungsrohr 14a strömende Wärmefluid Wärme abstrahlt, wodurch das Kältemittel im Verdampfer 14 verdampft wird.
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Der Kondensator 13 und der Verdampfer 14 sind durch einen Kondensationswasserkanal 15 verbunden, durch welches das flüssige Kältemittel (kondensiertes Wasser), das im Kondensator 13 kondensiert wird, an den Verdampfer 14 geliefert wird. Ein Kapillarrohr 15a ist in dem Kondensationswasserdurchgang 15 vorgesehen und ruft einen vorbestimmten Strömungswiderstand in dem Kondensationswasserkanal 15 hervor.
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Als Nächstes wird ein Heiz- und Kühlsystem zum Liefern von Kühlfluid oder einem Heizfluid an die Wärmeübertragungsrohre 11a, 12a der ersten und zweiten Absorptionseinrichtungen 11, 12 beschrieben. Die Wärmeübertragungsrohre 11a, 12a durchdringen luftdicht äußere Wandteile des Vakuumbehälters 10, so dass sie vom Vakuumbehälter 10 von der Innenseite des Vakuumbehälters 10 nach außen geführt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Motorkühlmittel als das Kühlfluid oder das heizende Fluid verwendet. In diesem Fall wird ein Hochtemperaturheizfluid gebildet, indem ein Zylinderkopfteil 21 eines Motors als Wärmequelle und ein Niedrigtemperaturkühlfluid als Motorkühlmittel, gekühlt durch den Radiator bzw. Kühler 22, verwendet wird. Im Kühler 22 tritt das Motorkühlmittel in Wärmeaustausch mit Luft, die von einem Gebläse 22a geblasen wird und wird so gekühlt.
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Das Heiz- und Kühlsystem ist mit zwei Vierwegeventilen 23, 24 und zwei Pumpen 25, 26 versehen. Eine Stirnseite des Wärmeübertragungsrohres 11a der ersten Absorptionseinrichtung 11 ist mit einer ersten Auslassöffnung 23b des ersten Vierwegeventils 23 verbunden, das andere Ende des Wärmeübertragungsrohres 11a ist mit einer zweiten Einlassöffnung 24c des zweiten Vierwegeventils 24 verbunden. Andererseits ist eine Stirnseite des Wärmeübertragungsrohres 12a der zweiten Absorptionseinrichtung 12 mit einer zweiten Auslassöffnung 23d des ersten Vierwegeventils 23 verbunden, das andere Ende des Wärmeübertragungsrohres 12a ist mit einer ersten Einlassöffnung 24c des zweiten Vierwegeventils 24 verbunden.
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Weiterhin ist eine Fluidauslassseite des Radiators 22 mit einer zweiten Einlassöffnung 23c des ersten Vierwegeventils 23 über die erste Pumpe 25 verbunden, und eine Fluideinlassseite des Kühlers 22 ist mit einer ersten Auslassöffnung 24b des zweiten Vierwegeventils 24 verbunden. Darüber hinaus ist eine Kühlmittelauslassseite des Zylinderkopfteils 21 verbunden mit einer ersten Einlassöffnung 23a des ersten Vierwegeventils 23, und zwar über eine zweite Pumpe 26; eine Kühlmitteleinlassseite des Zylinderkopfteils 21 ist mit einer zweiten Auslassöffnung 24d des zweiten Vierwegeventils 24 verbunden.
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In 1 geben die ausgezogenen Linien der Vierwegeventile 23, 24 Öffnungsverbindungszustände an, in welchen das heizende Fluid (Hochtemperaturfluid) an das erste Wärmeübertragungsrohr 11a der ersten Adsorptionseinrichtung 11 (Abziehschritt) verbunden wird, und das Kühlfluid (Niedrigtemperaturfluid) wird an das Wärmeübertragungsrohr 12a der zweiten Adsorptionseinrichtung 11 geliefert (Adsorptionsschritt). Insbesondere sind beim ersten Vierwegeventil 23 die erste Einlassöffnung 23a und die erste Auslassöffnung 23b miteinander verbunden, und die zweite Einlassöffnung 23c und die zweite Auslassöffnung 23d sind miteinander verbunden. Im zweiten Vierwegeventil 24 sind die erste Einlassöffnung 24a und die zweite Auslassöffnung 24b miteinander verbunden, und die zweite Einlassöffnung 24c und die zweite Auslassöffnung 24d stehen miteinander in Verbindung.
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Bei dem oben beschriebenen heizenden und kühlenden System wird, wenn die erste Pumpe 25 angetrieben und in Betrieb ist, das Niedrigtemperaturkühlfluid von dem Kühler 22 an das Wärmeübertragungsrohr 12a der zweiten Adsorptionseinrichtung 12 geliefert und kommt zum Kühler 22 nach Wärmeaustausch mit dem adsorbierenden Material in der zweiten Adsorptionseinrichtung 12 zurück. Andererseits wird durch den Betrieb der zweiten Pumpe 26 Hochtemperaturheizfluid vom Zylinderkopfteil 21 an das Wärmeübertragungsrohr 11a der ersten Adsorptionseinrichtung 11 geliefert und kehrt zum Zylinderkopfteil 21 nach Wärmeaustausch mit dem adsorbierenden Material in der ersten Adsorptionseinrichtung 11 zurück.
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In einem Fall dagegen, wo die erste Adsorptionseinrichtung 11 als Adsorptionsstufe (Adsorptionsschritt) betrieben wird und die zweite Adsorptionseinrichtung 12 als Entfernungsstufe (Abziehschritt) betrieben wird, werden beide, die ersten und zweiten Vierwegeventile 23, 24 in die in 1 strichpunktiert gezeigten Zustände geschaltet. Für diesen Fall wird das kühlende Fluid von niedriger Temperatur an das Wärmeübertragungsrohr 11a der ersten Adsorptionseinrichtung 11 und das heizende Fluid von hoher Temperatur an das Wärmeübertragungsrohr 12a der zweiten Wärmeadsorptionseinrichtung 12 geliefert.
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Ein erstes Dampfventil 41 ist im Vakuumbehälter 10 angeordnet und regelt einen Verbindungszustand zwischen dem ersten Adsorptionsraum 31, in dem die Adsorptionseinrichtung 11 angeordnet ist und einem Kondensatorraum 33, in welchem der Kondensator 13 sich befindet. Insbesondere ist das erste Dampfventil 41 offen gegen die Kondensatorseite 13 unter Verwendung einer Druckdifferenz zwischen dem ersten Adsorptionsraum 31 und dem Kondensatorraum 33, wenn der Druck des Kondensatorraums 33 niedriger als der Druck des ersten Adsorptionsraums 31 wird.
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Ein zweites Dampfventil 42 ist im Vakuumbehälter 10 angeordnet, um einen Verbindungszustand zwischen einem zweiten Adsorptionsraum 32, in welchem die zweite Adsorptionseinrichtung 12 angeordnet ist, und dem Kondensatorraum 33 zu schaffen, in welchem der Kondensator 13 angeordnet ist. Insbesondere ist das zweite Dampfventil 42 offen gegen die Seite des Kondensators 13, unter Ausnutzung einer Druckdifferenz zwischen dem zweiten Adsorptionsraum 32 und dem Kondensatorraum 33, wenn der Druck des Kondensatorraums 33 geringer als der Druck des zweiten Adsorptionsraums 32 wird.
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Ein drittes Dampfventil 43 ist im Vakuumbehälter 10 angeordnet, um den Verbindungszustand zwischen dem ersten Adsorptionsraum 31 und einem Verdampferraum 34, in welchem der Verdampfer 14 angeordnet ist, herzustellen. Insbesondere ist das dritte Dampfventil 43 offen gegen die Seite der ersten Adsorptionseinrichtung 11, wobei eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Adsorptionsraum 31 und dem Verdampferraum 34 ausgenutzt wird, wenn der Druck des Verdampferraums 34 größer als der Druck des ersten Adsorptionsraums 31 ist.
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Ein viertes Dampfventil 44 ist im Vakuumbehälter 10 angeordnet, um den Verbindungszustand zwischen dem zweiten Adsorptionsraum 32 und dem Verdampferraum 34 zu regeln, in welchem der Verdampfer 14 angeordnet ist. Insbesondere ist das vierte Verdampferventil 44 offen gegen die Seite der zweiten Adsorptionseinrichtung 12, wobei eine Druckdifferenz zwischen dem zweiten Adsorptionsraum 32 und dem Verdampferraum 34 ausgenutzt wird, wenn der Druck des Verdampferraums 34 größer als der Druck des zweiten Adsorptionsraums 32 ist.
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Der Aufbau des ersten Dampfventils 41 soll nun mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben werden. Der Aufbau der zweiten bis vierten Dampfventile 42, 43, 44 ist ähnlich dem des ersten Ventils 41, Einzelheiten hiervon werden daher fortgelassen. 2 ist eine perspektivische Darstellung und zeigt das erste Dampfventil 41, 3 einen Schnitt, der das erste Dampfventil 41 zeigt und 4 eine Draufsicht, die ein Trennelement 51 des ersten Dampfventils 41 erkennen lässt.
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Wie in den 2 bis 4 gezeigt, ist das erste Dampfventil 44 aus dünnem Blech bzw. in eine dünne Konstruktion geformt und mit einem Trennelement 51 versehen, das den ersten Adsorptionsraum 31 und den Kondensationsraum 33 im Vakuumbehälter 10 voneinander trennt. Das Trennelement 51 ist mit einer zylindrischen Verbindungsöffnung 52 versehen, durch welche der erste Adsorptionsraum 31 in Verbindung mit dem Verdampfer 34 steht. Das Trennelement 51 hat zylindrische Gestalt mit einem kreisförmigen Querschnitt in einem Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung des Wasserdampfes. Die Verbindungsöffnung 52 hat kreisförmige Gestalt und ist konzentrisch mit der Kreisgestalt des Trennelements 51 im Querschnitt ausgebildet.
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Das erste Dampfventil 41 umfasst einen Ventilkörper 53, geformt aus einem dünnen elastischen Element und so ausgelegt, dass es die Verbindungsöffnung 52 öffnet und schließt. Der Ventilkörper 53 ist am Trennelement 51 befestigt und am Trennelement 51 durch Fixierelemente 54 an einem Umfangsteil der Verbindungsöffnung 52 fixiert. Der Ventilkörper 53 öffnet und schließt die Verbindungsöffnung 52 unter Verwendung des festen Teils, der durch die Fixierelemente 54 als Trägerorte gepresst und fixiert ist.
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Weiterhin ist ein Führungsteil 55 an einer Außenseite des Ventilkörpers 53 gegenüber der Verbindungsöffnung 52 vorgesehen, um das Biegen des Ventilkörpers 53, wenn geöffnet, zu steuern. Der Führungsteil 55 ist auch am Trennelement 51 fixiert und durch die Fixierelemente 54 zusammen mit dem Ventilkörper 53 gepresst.
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Ein Dichtungsteil 56 ist auf einer Oberfläche des Trennelements 51 auf einer Seite ausgebildet, wo der Ventilkörper 53 angeordnet ist, um so den Ventilkörper 53 zu kontaktieren und einen Raum zwischen dem Trennelement 51 und dem Ventilkörper 53 abzudichten, wenn der Ventilkörper 53 die Verbindungsöffnung 52 schließt. Der Dichtungsteil 56 ist am Außenumfangsteil der Verbindungsöffnung 52 vorgesehen und umschließt den Außenumfang der Verbindungsöffnung 52. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist dem Dichtungsteil 56 eine kreisförmige Ringgestalt um die Mitte der Verbindungsöffnung 52 gegeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Dichtungsteil 56 integral mit dem Trennelement 51 ausgebildet.
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Weiterhin hat, gezeigt in 3, das Trennelement 51 eine Kontaktfläche, die den Ventilkörper 53 kontaktiert; die Kontaktfläche des Trennelements 51 ist gekippt, derart, dass eine Seite des Trennelements 51, gegenüber einer festen Endseite des Ventilkörpers 53, die am Trennelement 51 fixiert ist, gegen den Ventilkörper 53 mehr als die feste Stirnseite vorsteht. Der Ventilkörper 53 verfügt über die fixierte Stirnseite, die am Trennelement 51 fixiert ist, sowie eine freie Stirnseite ohne am Trennelement 51 fixiert zu sein. Das Trennelement 51 steht vor gegen die Seite des Ventilkörpers 53 an dem Ort entsprechend der freien Stirnseite des Ventilkörpers 53, und zwar mehr als der Ort entsprechend der festen Stirnseite des Ventilkörpers 53.
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5 ist eine schematische Darstellung, die ein Trägerelement 57 in der Verbindungsöffnung 52 des ersten Dampfventils 41 entsprechend der Ausführungsform der Erfindung zeigt. Wie die 3, 4 und 5 erkennen lassen, ist das Trägerelement 57 mit der Verbindungsöffnung 52 versehen, um die Fläche des Ventilkörpers 53 zu kontaktieren und abzustützen, wenn der Ventilkörper 53 die Verbindungsöffnung 52 schließt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Trägerelement 57 einteilig mit dem Trennelement 51 ausgebildet. Das Trägerelement 57 umfasst einen Umfangsträgerteil 571, der sich entlang des ringförmigen Dichtungsteils 56 erstreckt, sowie radiale Trägerteile 572, die sich in einer radialen Richtung der Verbindungsöffnung 52 von dem Mittelteil der Verbindungsöffnung 52 zum Außenumfangsteil der Verbindungsöffnung 52 erstrecken. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Umfangsträgerteil 571 in eine kreisförmige Gestalt konzentrisch mit der Mitte der Verbindungsöffnung 52 geformt.
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Wie in 4 zu sehen, ist der Umfangsträgerteil 571 an einem Ort vorgesehen, der näher dem Außenumfangsteil der Verbindungsöffnung 52 als die Mitte der Verbindungsöffnung 52 ist. Das heißt, der Umfangsträgerteil 571 ist näher am Dichtungsteil 56 als am Mittelteil angeordnet. Wie 5 erkennen lässt, ist, wenn der radiale Trägerteil 572 mit dem Umfangsträgerelement 571 am Verbindungsteil 573 verbunden ist, und die Länge des radialen Trägerteils 572 von der Mitte der Verbindungsöffnung 52 zum Dichtungsteil 56 mit „A” bezeichnet ist, und wenn die Länge vom Verbindungsteil 573 zum Dichtungsteil 56 in dem radialen Trägerteil 572 als „a” bezeichnet ist, (ist) der Beziehung 0,5 < a/A < 1 genügt.
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Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung machten Untersuchungen hinsichtlich einer beschädigten Form des Trägerelements 57. In dem Fall beispielsweise, dass die Blechdicke des Ventilkörpers 53 0,5 mm beträgt, der offene Durchmesser φ der Verbindungsöffnung 52 gleich 52 mm ist und die Druckdifferenz vor und hinter der Verbindungsöffnung 52 bei 10 kPa liegt, werden der Anordnungszustand des Umfangsträgerteils 571 sowie die Anzahl des radialen Trägerteils 572 verändert. Unter den obigen Bedingungen also werden eine Leckmenge des Wasserdampfs bei einem Ventilschließzustand und der Verlustkoeffizient ς aufgrund des Trennelements 57 jeweils berechnet. Hier ist der Verlustkoeffizient ς berechnet, basierend auf einem offenen Verhältnis der Verbindungsöffnung 52. Dann ist das untersuchte Ergebnis so, wie in 6 gezeigt.
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In 6 zeigt der Punkt A an, dass die Anzahl der radialen Trägerteile 572 für den Fall gleich 6 ist, dass der Umfangsträgerteil 571 nicht vorhanden ist, B gibt an, dass die Anzahl der radialen Trägerteile 572 gleich 4 ist für den Fall, dass der Umfangsträgerteil 571 nicht vorhanden ist, und Punkt C gibt an, dass die Anzahl der radialen Trägerteile gleich 3 ist für den Fall, dass der Umfangsträgerteil 571 nicht vorhanden ist. Wie in der Grafik x zu erkennen, kann mit abnehmender Anzahl radialer Trägerteile 572 der Druckverlust reduziert werden; die Leckgröße des Wasserdampfs im Ventilschließzustand wird größer, wodurch die Dichtleistung reduziert wird.
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Im Punkt D, dem Punkt E und dem Punkt F der 6 ist der Ort des Umfangsträgerteils 571 verändert, während die Anzahl der radialen Trägerteile 572 gleich 6 gesetzt ist. Insbesondere ist a = 2 mm am Punkt D, a = 6 mm am Punkt E und a = 12 mm am Punkt F.
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Wie bei y in der Grafik zu sehen, kann, während der Ort des Umfangsträgerteils 571 näher der Mitte der Verbindungsöffnung 52 ist, der Druckverlust reduziert werden; die Leckgröße des Wasserdampfs im Ventilschließungszustand wird jedoch größer, wodurch die Dichtleistung vermindert wird. Wenn der Ort des Umfangsträgerteils 571 sich näher der Mitte der Verbindungsöffnung 52 befindet, wird es schwierig, die Verformung des Ventilkörpers während der Ventilschließzeit zu beschränken. Wie die Grafik bei z zeigt, wird, wenn der Ort des Umfangsträgerteils 571 zu nahe am Außenumfangsteil der Verbindungsöffnung 52 liegt, der Druckverlust geringfügig größer, die Leckmenge des Wasserdampfs im Ventilschließzustand wird größer, wodurch die Dichtleistung reduziert wird.
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Gemäß den oben genannten Studien beispielsweise wird die Anzahl der radialen Trägerteile 572 bei 3 eingestellt, und die Anordnungslage des Umfangsträgerteils 571 ist so eingestellt, dass sich die Beziehung 0,2 ≤ a/A ≤ 0,25 ergibt, wie der Punkt G in 10 (6) zeigt. In diesem Fall lässt sich die Dichtleistung verbessern und der Druckverlust kann wirksamer verbessert werden. Weiterhin, wie die 4 und 5 erkennen lassen, ist ein Winkel θ zwischen benachbarten radialen Trägerteilen 572 als gleich angenommen. Im Beispiel der 4 und 5 beträgt der Winkel θ zwischen benachbarten radialen Trägerteilen 572 gleich 120 Grad.
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Als Nächstes sollen die Materialien des Trägerelements 51 und des Ventilkörpers 53 beschrieben werden. Das (Wasser)dampfventil wird in einer dampfförmigen Umgebung mit einem Druck kleiner als Atmosphärendruck eingesetzt. Daher werden das Trennelement 51 und der Ventilkörper 53 aus einem Material mit einer Wasserdampfbeständigkeit (Strömungswiderstand) und mit einem hierin enthaltenen „less gas” (Verlustgas), sog. less outgassing (weniger Entgasung), hergestellt. Das heißt, das Trennelement 51 und der Ventilkörper 53 sind aus einem Material gemacht, das in geeigneter Weise bei dem Druck unterhalb Atmosphärendruck eingesetzt werden kann. Wenn der Anteil der Entgasung im Material des (Wasser)dampfventils groß ist, wird der Vakuumgrad des Vakuumbehälters 10 reduziert, wenn das (Wasser)dampfventil akkurat eingesetzt wird, wodurch die Leistung des Kühlschranks vom Adsorptionstyp vermindert wird.
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Als Material für den Ventilkörper 53 kann Gummi verwendet werden. Vom Standpunkt der Ausgasung jedoch bevorzugt man einen Fluor enthaltenden Gummi oder Kautschuk, der keinen Weichmacher enthält. Dies darum, weil die Erzeugung der Entgasungsmenge in eine Umgebung unter negativem Druck vermindert wird, wenn der Weichmacher im Material des Ventilkörpers 53 enthalten ist. Zusätzlich können Gummimaterialien außer Gummi mit Fluoranteil, ein Silikonkautschuk und ein EPDM (Äthylen-Propylen-Dien-Monomeres) oder HNBR (hydrierter Nitrilkautschuk) etc. verwendet werden. Wenn darüber hinaus das Material über Elastitzität verfügen soll, kann ein Material außer Gummi, beispielsweise ein Elastomer, ein Harz, ein Metall, etc. Verwendung finden.
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Zusätzlich muss das Material des Trennelements 51 auch über eine geringere Entgasungserzeugung, ähnlich wie der Ventilkörper 53, verfügen. Beispielsweise Keramik wie Aluminiumoxid lässt sich als Material für das Trennelement 51 einsetzen. Ein Material wie ein Metall, ein Harz, etc. kann als Material für das Trennelement 51 zusätzlich zu Keramik benutzt werden.
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Wie bei der obigen Ausführungsform beschrieben, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Umfangsträgerteil 571 an einem Ort näher dem Außenumfangsteil der Verbindungsöffnung 52 als der Mitte der Verbindungsöffnung 52 angeordnet. Das heißt, der Umfangsträgerteil 571 ist näher dem Dichtungsteil 56 als die Mitte der Verbindungsöffnung 52 angeordnet. Somit lässt sich die Verformung des Ventilkörpers 53 reduzieren, und die Dichtungsleistung kann im (Wasser)dampfventil verbessert werden. Da der Umfangsträgerteil 571 nicht nahe der Mitte der Verbindungsöffnung 52 angeordnet ist, lässt sich der Druckverlust des durch die Verbindungsöffnung gehenden Wasserdampfs reduzieren. Damit ist es im Dampfventil möglich, wirksam die Dichtungsleistung unter Reduzierung des Druckverlustes zu verbessern.
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Das Trägerelement 57 ist so vorgesehen, dass die radialen Trägerteile 572 sich in einer radialen Richtung der Verbindungsöffnung 52 von dem Mittelteil der Verbindungsöffnung 52 zum Außenumfangsteil der Verbindungsöffnung 52 erstrecken, und zwar zusätzlich zum Umfangsträgerteil 571, der sich längs des ringförmigen Dichtungsteils 56 erstreckt. Die Festigkeit oder Stärke des Dampfventils kann verbessert werden. Weiterhin sind die radialen Trägerteile 572 symmetrisch derart angeordnet, dass der Winkel θ zwischen benachbarten radialen Trägerteilen 572 gleich ist. Damit kann der Druckverlust des durch die Verbindungsöffnung 52 gehenden Wasserdampfs reduziert werden, während die Festigkeit des Wasserdampfventils verbessert werden kann.
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Weiterhin steht der Ort des Verbindungselements 51 auf der freien Stirnseite des Ventilkörpers 53 gegen den Ventilkörper 53 weiter vor als der Ort des Trennelements 51 auf der fixierten Stirnseite des Ventilkörpers 53, so dass die freie Stirnseite des Ventilkörpers 53 weiter oberhalb als die fixierte Stirnseite des Ventilkörpers 53 positioniert wird. In diesem Fall kann die Dichtleistung des Ventilkörpers 53, wenn geschlossen, effektiver verbessert werden. Wie 3 erkennen lässt, sind das Trennelement 51 und das Trägerelement 57 vorgesehen, derart, dass die Kontaktflächen des Trennelements 51 und des Trägerelements 57, die den Ventilkörper 53 kontaktieren, glatt und allmählich nach oben gegen die freie Stirnseite des Ventilkörpers 53 von der fixierten Stirnseite des Ventilkörpers 53 verkippt sind.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die vorliegende Erfindung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in verschiedenster Weise verändert werden, ohne auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt zu sein.
- (1) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Fluidventil typischerweise für das (Wasser)dampfventil für einen Kühlschrank bzw. Kühlapparat vom Adsorptionstyp eingesetzt. Das Fluidventil kann aber in geeigneter Weise auch bei einem Druck, der kleiner als der Atmosphärendruck ist, verändert werden, ohne auf das oben genannte Beispiel begrenzt zu sein.
- (2) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind das Trennelement 51 und die Verbindungsöffnung 52 im Querschnitt kreisförmig ausgestaltet. Jedoch können das Trennelement 51 und die Verbindungsöffnung 52 von rechtwinkeliger Gestalt, polygonaler Gestalt oder im Querschnitt von anderer Gestalt sein, ohne auf die oben genannte kreisförmige Gestalt beschränkt zu sein. In diesem Fall kann der Umfangsträgerteil 571 in Rechteckgestalt oder polygonale Gestalt bzw. polywinkelige Gestalt entsprechend der Gestalt der Verbindungsöffnung 52 geformt werden.
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Solche Änderungen und Modifikationen sind als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend, definiert durch die beiliegenden Ansprüche, anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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