JP2003505659A - 冷却装置のための冷気生成回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 従来技術に比べて、摩損に耐性があり、静かな、冷却装置のための冷却回路が、開示されている。この回路は、制御コイル（２４）が極（６，７）の中心軸に関して横にオフセットされるように配置されてなる切換弁（１）を有する本発明により達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、特許請求の範囲の請求項１に特徴を示す複数の冷却空間を備えた冷
却装置のための冷気生成回路に関する。

【０００２】 このタイプの装置は、ドイツ特許公報第３７ １８ ４９０号に開示されてい
る。この特許明細書の冷気生成回路は、１つの吸込ダクト及び２つの吐出ダクト
を有する２つの磁極片の間に弁室が配置された切換弁を備えている。２つの永久
磁石が弁室の側面に隣接して配置されていて、磁極片の一方は、永久磁石によっ
て形成された双安定弁を切り換える役割を果たす制御コイルの内部に延びている
。弁室には弁要素が配置されていて、２つの吐出ダクトの間を行き来できるよう
になっている。

【０００３】 ２つの磁極片への永久磁石及びコイル両方の戻りのための積層ヨークが、２つ
の永久磁石を越えて電磁コイルの後ろ側まで、装置全体を取り囲むように導かれ
ている。 制御コイルが一方の側に配置されていることにより、コイルを励磁するときに
弁要素に対して起こる駆動力は様々である。制御コイルは、閉じ位置がより離れ
た位置にあっても適当な駆動力を生成するように、相対的に大きくされなければ
ならない。

【０００４】 それにも関わらず、両方の作用位置のために同じ規定の閉じる力を確保するた
め、弁要素には２つの球が保持されていて、それらの球は螺旋状のバネを介して
弾力的に取り付けられている。このように、この圧縮バネのバネ力により、弁の
閉じる力が規定される。

【０００５】 制御コイルの分離トルクが高いと、閉じ部としての役割を果たしている弾力的
に配置された球のだけでなく、弁要素全体の、相対的に激しい衝撃が磁極片に加
えられる。その結果、摩損が起き、特にまた好ましからざる騒音が発生する。さ
らには、圧縮バネを使った閉じ要素の取付は複雑であるため相応にコストがかか
る。

【０００６】 それに対し、従来の技術から生じた本発明の目的は、動作中の摩損が少なく騒
音も少ない冷気生成回路を提案することである。 請求項１で特定される特徴を有する冷気生成回路から発展し、この目的は、以
下の特徴的な機能により達成される。

【０００７】 本発明のさらなる改良と展開は、下位請求項に記載の手段により可能である。 これに対応し、本発明によると、磁極の中心軸について横にオフセットされる
ように制御コイルが配置された切換弁が用意される。２つの磁極からの制御コイ
ルの距離の差は、これにより縮小され、それに対応して、２つの作用位置におけ
る弁の閉じる力の差及び制御コイルにより行使される必要な駆動力の最大値は共
に縮小される。このことは、各カウンターストップ上の電機子あるいは閉じ部の
激しい衝撃を緩和するので、摩損及び騒音の発生がかなり抑えられる。

【０００８】 本発明のさらなる具体例において、制御コイルは弁室の隣に平行に配置される
。同時に、２つの極に関しての配置は完全に対称的であり、このため、両方向に
作用する、弁要素上の制御コイルの駆動力もまた、実質上同じとなる。コイルま
たは制御電流の大きさ、制御電流のパルス幅などは、この結果、コイルの分離力
が、単に、一方の安定作用位置から他方の安定作用位置への往復動を引き起こす
程度にまで縮小できるので、弁座への衝撃は最小になる。

【０００９】 この実施例の展開において、弁の全体構造は、弁要素を形成する電機子の動き
の方向について垂直な弁室の中心平面について対称的となるように設計される。
この類の対称構造、すなわち、中心平面について、２つの吐出ダクトが縦方向に
、吸込ダクトが横方向に配置される構造は、電機子の両方の作用位置に対して同
じ力の状態を確実に発生させる。そのため、動作中に起きる分離力の最大値、そ
してまた弁座に対する電機子または閉じ部の衝撃をさらに縮小できる。

【００１０】 本発明のさらに有利な具体例においては、弁の閉じる力は永久磁石によりほぼ
決定される。このことは、本発明による切換弁の改良において、制御コイルの駆
動力が相対的に縮小されるので可能となる。 弁室の隣に配置された制御コイルの場合、少ない磁気抵抗を持つ２つの磁極の
間の一連の積層ヨークのために、制御コイルの磁界の少なくとも一部は２つの磁
極及び電機子を介して導かれず、積層ヨークを通って短絡する危険が時としてあ
る。このことは、例えば、制御コイルをより大きくすることにより相殺される。
実施例においては、この問題を正すために、従来の積層ヨーク配置からの逸脱が
提案される。

【００１１】 この場合、極への１つ以上の永久磁石の磁気戻りのために、２つの磁極に接続
される戻り手段は設けられない。 ２つの極に接続されるこの種の戻り手段は、従来、弁室あるいは極の中心軸に
対してコイルを同軸上に配置することを必要とした。これらの戻り手段が２つの
極の間に同時に保持されている場合、コイルの位置が異なると、磁気短絡を引き
起こし、制御コイルにより生成された磁界は、コイルを通って極の外側に逃げて
しまう。極は、通常、弁要素の弁機能により、縦方向の少なくとも１地点でエア
ギャップを有し、そのため磁気抵抗が大きい。

【００１２】 この類の一連の戻り手段を不要にすると、コイル位置を変えることが可能にな
り、その結果、本発明による切換弁の構成という新しい可能性が生まれる。 具体的には、この場合、各々の極の間での制御コイルの距離、そしてまた制御
コイルにより生成された分離力が、両方の制御方向において互いに等しくされた
切換弁を構成することができる。それにより、制御コイルを全体的に小さくする
ことが可能である。こうしてコイルに近い極に対する過剰な分離力は縮小され、
コイルに近い極における衝撃は弱められ、その結果、騒音の発生と摩損は軽減さ
れる。

【００１３】 さらに、戻りを持たない永久磁石回路には大きなエアギャップがあるため、永
久磁石における製作公差はほとんど影響しない。その結果、より強力な磁石に必
要とされる経済面での支出を少なくとも部分的には埋め合わせることができる。 本発明の有利な展開として、バネを取り付けた閉じ部を不要にできる。そのた
め、弁の閉じる力は、１つ以上の永久磁石の大きさと配置によってのみ規定され
る。この場合、制御コイルの対応する大きさまたは駆動と関連して、従来技術に
おける弁要素の極に対する激しい衝撃が大いに避けられる。その結果、この展開
においては、騒音も摩損もより少なくなる。

【００１４】 弁の耐用年数を長くするために、特にシーリング面に耐摩損の硬質材料を使用
することが推奨される。通常使用される冷却剤が、時に化学的に反応性が高いの
で、この点でも、材料の適切な選択を確実にする必要がある。例えば、鋼などの
ような適当な金属、あるいはセラミックならば両方の必須条件が満たされる。こ
れらの材料は硬質で耐摩損性であり、さらに化学的にも優れた耐性を持っている
。

【００１５】 本発明の有利な実施例において、電機子または弁要素は、硬化された面を有す
るが、これは、例えば、吐出口をシーリングするための硬化された閉じ部を備え
ることにより達成される。 リーク防止及び耐用年数の両方の観点から、本発明の弁は、非常に厳しい要件
を満たさなければならない。弁の動作信頼性は、弁が冷却回路において長年使用
された後であっても損なわれるべきではない。弁の摩損に対する抵抗は、上記の
ように、硬化された面あるいは硬化された閉じ部を使用することで高めることが
できる。

【００１６】 同じ目的で、上記のような対称的な全体構成の場合、極の内側に硬化された弁
座を設けることが推奨される。 磁性の弱い材料の硬化は、熱処理が磁性化を引き起こすため、磁気を帯びた硬
化された材料が最終的に生成されるという問題がある。この問題は、部分的な焼
き入れ、特に端層焼き入れにより解決できる。硬化されたシーリング面により、
閉じる力をより大きくすることが可能になるとともに摩損をより少なくできる。

【００１７】 本発明のさらなる実施例において、そのような弁座は、好ましくは、極の材料
に組み込まれた弁座のレーザー焼き入れまたは端層焼き入れにより製造される。 本発明のさらなる実施例においては、閉じ部として球が使用される。本発明の
弁において、この球は、先に述べたように、電機子に固定的に接続できる。弁の
閉じる力は永久磁石の大きさ及び配置によって制限され、従来技術のように、機
械的なものによってではないためである。

【００１８】 より好ましいコイルの配置と、閉じ部を動かせるように取り付ける必要をなく
すことにより、弁要素または電機子は、閉じ部と共に、全体的により小さくなる
ように製造できる。その結果、一方の作用位置から他方の作用位置への弁の調節
の間、弁要素に加えられる運動エネルギーはより小さくなり、その結果、各弁座
への衝撃を弱め、摩損または騒音の発生を更に軽減する。

【００１９】 さらに、電磁電機子が小さいということは、流れが周りを通過する弁内部の領
域が短いことを意味する。そのため、電機子と弁本体の壁との間に運ばれてきた
粒子による汚染あるいは詰まりの危険が減少する。 さらに、弁要素あるいは電機子の長さに対する直径の割合は１：４より大きく
、例えば、１：１．５という割合が選ばれる。電機子において磁化可能な物質を
減らしても、もし適当ならば、高いエネルギー密度を持つ永久磁石を使用するこ
とにより埋め合わせることができる。このことは弁の閉じる力を十分大きくする
ために必要である。

【００２０】 本発明の展開において、例えば閉じ部の取付を適当に改良することにより弁要
素の構成を設計できるということは、弁が閉じている状態である時さえ、余分な
エアギャップが電機子と各々の極との間に残るという効果を生む。残留磁気の影
響は、これにより軽減される。

【００２１】 さらに、電磁電機子が極の一方に衝撃を与えるという状況は、この結果、避け
られる。よって、電磁電機子の端面が摩損することはなくなり、絶え間ない往復
運動が行われても、確実に弁の耐用年数は長くなる。 従来技術と比べて、閉じ部のバネの運動をなくすことにより、電磁電機子の往
復運動は、全体として、小さくなる。

【００２２】 本発明の展開において、弁ハウジングは、端テーパー付きの管として提供され
る。この実施例は、冷却剤に対するリーク防止に非常に高い効果を示すので、特
に、安全面の理由でこの類の弁に不可欠なヘリウムに対するリーク防止がより簡
単になる。

【００２３】 本発明の展開において、コイルは、取り外しが可能である。この場合、磁気戻
り手段をなくすことにより、より簡単にコイルもまた弁室の隣に配置することが
できる。 本発明の実施例では、充填化合物が、弁ハウジングの周りに少なくとも部分的
に配置される。この種の充填化合物は、騒音を弱める効果があり、その結果、本
発明により達成される利点をさらに増やすことになる。

【００２４】 充填化合物は、好ましくは、１つ以上の永久磁石を固定するために用いられ、
永久磁石はまた、少なくとも部分的に充填化合物に取り囲まれる。積層ヨークも
、この種の充填化合物を使用することにより固定することができる。 このような充填化合物はまた、冷却剤あるいは他の固定要素への管接続も取り
囲むので、機械的な負荷に対する保護にもなる。特に管接続の場合、機械的な変
形によるリークの危険はこれにより避けられる。

【００２５】 本発明の実施例を図に示すとともに、以下にその図を参照しながら詳細に記述
する。 図１の弁１は、ハウジング２を備えており、その内部には端テーパー４，５付
きの管３が配置されている。管３の内部には、磁化可能な材料からなる２つの磁
極６，７が配置されている。各々の極６，７は、軸上の流路穴８，９を有してお
り、該流路穴は、中心に配置された弁室１０を２つの吐出管１１，１２に接続し
ている。吐出管１１，１２は、管３の端の延長部から構成される。

【００２６】 吸込管１４は、例えば溶接あるいははんだ付けするなどして、弁室１０の中心
で弁軸１３を横断する方向に管３に接続されている。吸込管１４は、流路穴１５
を介して弁室１０に接続されている。 弁室１０の内部には、磁化可能な材料からなる電機子１６が配置されていて、
閉じ部としての球１９，２０が、端面上に突出しているソケット１７，１８各々
において該電機子１６に固定されている。

【００２７】 円錐状の弁座２１，２２は、例えば極６，７の材料の端層焼き入れによって、
該極の各々の内部に、すなわち、弁室１０に対向して設けられる。 制御コイル２４は、弁本体を形成している管３に平行に配置され、弁軸１３を
横断する方向に延びている中心軸２３について対称となるように配置される。固
定あぶみ２７は、ハウジング２に接続されると同時に極６，７へのコイル２４の
磁気戻りのための積層ヨークとしての役割を果たす２つのブラケット２５，２６
に、回転できるように取り付けられる。該固定あぶみは、閉じた位置にある場合
には、コイル２４が弁本体３に取り外しできるように固定されるようにコイルの
コアの周りにかみ合っている。

【００２８】 破線によって示される、固定あぶみ２７を使ったこのタイプのコイルの固定は
、図２でも明らかである。 さらに、弁本体３の両側に位置する２つの永久磁石２８，２９の配置は、その
中に設けられた電機子１６も併せて、この図から推測できる。永久磁石２８，２
９の外側には、充填化合物が付けられており、それは、磁石２８，２９と、積層
ヨークとしての役割を果たすブラケット２５，２６とを保持する。

【００２９】 図３からわかるように、全体の弁構成は、中心軸３１及び中心軸２３（図１参
照）を含む中心平面について対称的になるように構成されている。もちろん、完
全に対称になるのは、電機子１６が作用位置の間の中心位置に位置する場合のみ
である。しかしながら、弁の双安定機能により、中心位置は非常に不安定である
ので、動作中は電機子が中心位置にくることは望ましくない。

【００３０】 制御コイルを含む対称的な弁構成は、閉じる力が両方の作用位置において完全
に同じになるような弁を製造することを可能にする。さらに、制御コイルにより
作用位置の間で切換を行う駆動力もまた、各々の方向において完全に同じになる
。その結果、電機子における閉じ部の複雑な取付を不要にする一方で、個々の構
成要素、特に制御コイルをより小さくすることができる。分離トルクまたは制御
コイルの駆動力を、電機子が単純に一方の作用位置から他方の作用位置への切換
地点を飛び越えればよい程に縮小することができる。もし適当ならば、スイッチ
ングパルスのパルス幅もまた、相対的に短くなるように選んでもよい。極端な場
合、弁座に対する閉じ部の衝撃及び閉じる力は、永久磁石の磁力によってのみほ
ぼ決定される。

【００３１】 ２つの磁石２８，２９は、弁本体３の両側において、中心軸３１に並ぶように
取り付けられており、各々の磁石の同じ極が弁室１０に向いている。これにより
、４つの円３２によって示される、磁界のプロファイルが得られる。この配置に
より、電機子１６は２つの作用位置に固定され、球１９，２０は、各々の弁座２
１，２２に収まる。

【００３２】 図３からわかるように、永久磁石のための戻り手段は存在しない。そのため、
図の平面の前後に配置された制御コイル２４の磁界プロファイルは、その積層ヨ
ーク及び極６，７を通ってほぼ延びており、そのために、電機子１６に十分な効
果を発揮できる。

【００３３】 また図３の例からわかるように、弁が閉じていても、突出しているソケット１
７，１８のために、電機子１６と極６または極７との間に余分なエアギャップが
残り、その結果、残留磁気の影響は少なくなる。 図４は代替案としての実施例を示しており、永久磁石２８，２９は、それぞれ
積層戻り３３，３４を介して極６，７に連結される。この結果、弁本体３の一方
の側において、各々の極６，７を通る軸に平行に接続された、磁界の束ねられた
プロファイルが生まれ、よって電機子１６に対する分離トルクを大きくする。こ
のプロファイルが軸対称でないため、これと同様に対称的にならない磁界は、電
機子１６に対しトルクを起こす。しかし、もし電機子が正確に軸方向にガイドさ
れるなら、このことは、特定の使い方において何ら問題を起こすことはない。そ
れは、少なからず、閉じ部としての役割を果たしかつ弁座２１，２２各々におい
て中心に配置される球１９、２０による。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による冷却回路のための弁の縦断面図を示す。

【図２】 図１の弁の横断面図を示す。

【図３】 図２に対し垂直に配置された断面における図１の弁の縦断面図を示
す。

【図４】 図３の断面図におけるさらなる実施例の説明図を示す。

【符号の説明】

１： 弁 ２： ハウジング ３： 管または弁本体 ４： テーパー ５： テーパー ６： 極 ７： 極 ８： 流路穴 ９： 流路穴 １０： 弁室 １１： 吐出管 １２： 吐出管 １３： 弁軸 １４： 吸込管 １５： 流路穴 １６： 電機子 １７： ソケット １８： ソケット １９： 球 ２０： 球 ２１： 弁座 ２２： 弁座 ２３： 中心軸 ２４： 制御コイル ２５： ブラケットまたは積層ヨーク ２６： ブラケットまたは積層ヨーク ２７： 固定あぶみ ２８： 永久磁石 ２９： 永久磁石 ３０： 充填化合物 ３１： 中心軸 ３２： 磁界プロファイル ３３： 余分なエアギャップ ３４： 積層戻り ３５： 積層戻り

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の冷却空間と、１つのコンプレッサーと１つのコンデンサ
   ーと、該冷却空間の１つにそれぞれ割り当てられた複数の蒸発器と、１つ以上の
   蒸発器にコンデンサーを接続するための少なくとも１つの電気双安定切換弁とを
   備えた冷却装置のための冷気生成回路において、該回路が、 少なくとも１つの吸込口と少なくとも２つの吐出口とを有する弁室と、 少なくとも部分的には磁気材料から構成されていて、少なくとも２つの作用位
   置の間を弁室内で移動することができると共に２つの吐出口のうちの一方が開か
   れると他方の吐出口を閉じる弁要素と、 ２つの極及び少なくとも１つの永久磁石を備え、作用位置のそれぞれに弁要素
   を保持するため永久磁石による磁界を生成する手段と、 作用位置の間で弁要素が選択的に移動できるように制御磁界を生成する制御コ
   イルとを有し、 該制御コイル（２４）が、極（６，７）の中心軸に関して横にオフセットされ
   るように配置されたことを特徴とする冷気生成回路。
2. 【請求項２】 制御コイル（２４）が弁室（１０）の隣に平行に配置されたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の冷気生成回路。
3. 【請求項３】 切換弁が、電機子（１６）の動作方向に垂直である弁室の中心
   平面について対称的な全体構造を有することを特徴とする上記請求項のいずれか
   に記載の冷気生成回路。
4. 【請求項４】 少なくとも１つの永久磁石から極（６，７）への磁気戻りのた
   めに、２つの極（６，７）に接続される戻り手段を有しないことを特徴とする上
   記請求項のいずれかに記載の冷気生成回路。
5. 【請求項５】 切換弁の閉じる力が、１つ以上の永久磁石（２８，２９）によ
   り決定されることを特徴とする請求項１に記載の冷気生成回路。
6. 【請求項６】 閉じ部（１９，２０）が、電機子（１６）にしっかりと接続さ
   れたことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の冷気生成回路。
7. 【請求項７】 切換弁（１）の電機子（１６）が、硬化されたシーリング面を
   有することを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の冷気生成回路。
8. 【請求項８】 切換弁（１）の電機子（１６）が、少なくとも部分的に硬化さ
   れた閉じ部（１９，２０）を有することを特徴とする上記請求項のいずれかに記
   載の冷気生成回路。
9. 【請求項９】 切換弁（１）が、硬化された弁座（２１，２２）を有すること
   を特徴とする上記請求項のいずれかに記載の冷気生成回路。
10. 【請求項１０】 球（１９，２０）が、閉じ部として、切換弁（１）の電機子
    （１６）に取り付けられたことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の冷気
    生成回路。
11. 【請求項１１】 電機子（１６）の長さに対する直径の割合が、１：４より大
    きいことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の冷気生成回路。
12. 【請求項１２】 電機子（１６）と極（６，７）との間に余分なエアギャップ
    （３３）が設けられたことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の冷気生成
    回路。
13. 【請求項１３】 切換弁（１）の制御コイル（２４）が取り外し可能であるこ
    とを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の冷気生成回路。
14. 【請求項１４】 少なくとも部分的に弁本体（３）を取り囲む充填化合物が、
    切換弁（１９）に備えられたことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の冷
    気生成回路。
15. 【請求項１５】 切換弁が、少なくとも１つの永久磁石（２８，２９）を固定
    するための充填化合物を備えたことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の
    冷気生成回路。
16. 【請求項１６】 切換弁（１）が、制御コイル（２４）のための少なくとも１
    つの積層ヨーク（２５，２６）を固定するための充填化合物（３０）を備えたこ
    とを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の冷気生成回路。
17. 【請求項１７】 上記請求項のいずれかに基づいて設計されたことを特徴とす
    る、特に冷却装置のための冷気生成回路用の双安定電磁気弁。
18. 【請求項１８】 上記請求項のいずれかに基づく冷気生成回路を有することを
    特徴とする冷蔵装置または冷凍装置。