JP2015500435A - 代替圧縮機の吸込バルブアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、代替圧縮機用の吸込バルブアセンブリに関する。前記吸込バルブアセンブリは、互いから独立し、かつ１つの同じブレード（１）に配置される少なくとも２つの吸込バルブ（３）を備え、前記吸込バルブ（３）のそれぞれは、バルブプレートの唯一の吸込オリフィス（２１）を対象とした機能端縁（４）を備える。前記吸込バルブ（３）は、少なくとも１つの貫通スリット（１３）によって互いから分離される。

Description

本発明は、代替圧縮機用の吸込バルブアセンブリ、および、より詳細には唯一のブレードに形成され、かつ特に少なくとも２つの独立した吸込オリフィスが設けられる圧縮機チャンバに適した、吸込バルブアセンブリに関する。

作動流体の圧力を変更し、ならびに作動流体を圧送することができる機械および／または装置を備える代替圧縮機が、当業者によって知られている。この意味で、さらに詳細に述べると、代替圧縮機は、通常、作動流体および移動するピストンを収容するのに適した円筒形チャンバによって画定される圧縮機チャンバの容積の規制された変化によって、作動流体の圧力を変更することができる。したがって、圧縮機チャンバの容積は、その内部において、移動するピストンの変位の機能で二者択一的に変更（減少および増加）される。

現時点での技術水準は、単一の圧縮機チャンバを備える圧縮機（小容量および大容量圧縮機）を提供していることが指摘されるべきである。

その次に、（高圧の）作動流体が、チャンバから吐出される。このようなプロセスが周期的に行われ、完全な圧縮サイクルを行なうのに必要とされる時間は、気密カーカス内部に収容される電気エンジンの作動周波数に依存し、これは、通常、電力供給網の周波数に対応する。

また、圧縮機チャンバ内部の作動流体の入口（吸込）および除去（吐出）ステップは、代替圧縮機が正しく機能するための重要なステップから成り、これは、圧縮機の性能パラメータに直接影響するが、なぜなら、現時点での技術水準は圧縮機チャンバの中に作動流体の吸込および吐出を制御するための広範囲に及ぶバルブを備えているためであることが当業者によって知られている。

これに関しては、多くの圧縮機、特にロータリエンジンに基づく代替圧縮機は、それらの円筒形チャンバとバルブプレートとの間に直接配置されるそれらの吸込および吐出バルブを有することがさらに知られている。この種の構成は、リードバルブに使用される場合に特に機能的である。

通常、リード吸込バルブは、その端縁が吸込オリフィスの封止面である輪郭を備える薄肉の金属ブレードから成り、本体は、シール面をバルブ固定点と接続する。一般に、吸込バルブ端縁は、作動流体を圧縮し吐出するステップ中に吸込オリフィスをシールすべきであり、このような理由で、輪郭は、良好な接触を確保し、かつ非加圧流体が吸込ステップ中に通過することを可能にするようにオリフィス形状に従う。したがって、および圧縮機の作動周波数によって、バルブプレートのリードは、高速応答および曲げ応力の低減をもたらすように設計されるべきである。プレート吸込バルブの機能的な例が、米国特許第４，６４２，０３７号明細書に説明されている。

吸込バルブアセンブリに関しては、基本的に、アセンブリの３つの形状、すなわち隔離リード、輪郭マスクを備えるリード、および中間バルブが見出され得る。隔離バルブの例は、米国特許第６，９７１，１６８号明細書に、輪郭マスクを備えるバルブは、米国特許第５，１９７，８６７号明細書に、および中間バルブは、米国特許第４，６４２，０３７号明細書およびまた米国特許第５，１９７，８６７号明細書に見い出され得る。

現時点での技術水準によれば、単一のオリフィスを用い、吸込用の１つおよび吐出用の１つは、信頼性および性能に関して、圧縮機設計、主として低質量流量圧縮機および家庭用用途を広く実現している。それにもかかわらず、マルチオリフィス形状は、特に応答速度に関してバルブ挙動の最適化、および機械的要求に関してバルブ構造のロバスト性の増加によりよく適合し、それによって、圧縮機が１０年以上の寿命を有するように要求されるので重要なパラメータである、バルブ寿命または信頼性が著しく改善される。

この点に関して、商用システムの冷凍に適用されるより高容量の圧縮機の場合、オリフィスの増加が、ガス流のより大きな自由度を可能にするのに必要とされる。前記バルブが封止を確保するようにオリフィスの上に着座される時間中、高圧が前記オリフィスの真上の表面に作用し、オリフィスの内側にバルブを押し、曲げを生じるので、このような増加は、一般に限界点として作用している。前記曲げは、限界バルブに達する場合があり、この問題を回避するために、バルブの厚さが増加され、代償として前記バルブは、曲げ応力に一層耐えるようにされ、それによって、通路オリフィスが増加する利益が減らされる。

マルチオリフィスによって提供される解決策は、バルブの厚さを増加する必要なく１つより多くのオリフィスに分割することによって通路領域を増加することを可能にし、その結果、それのダイナミックスに対する副作用が生じない。特に、この解決策は、吸込オリフィス／バルブ設計の要求事項を満たし、これは、理由が吐出のオリフィスよりも大きな吸込オリフィスを使用するのに共通している圧縮機の容積およびエネルギー性能に対して責任を負う。２つ以上のオリフィスが同じバルブによってシールされるマルチオリフィスタイプの解決策（国際公開第２００８／０４７５１５号パンフレットおよび米国特許第５，１９７，８６７号明細書）、および独立したオリフィスおよびバルブを備える解決策（米国特許第２，７２５，１８３号明細書）が見い出され得る。単一のバルブが１つより多くのオリフィスに作用する概念は、封止およびダイナミックスの観点から望ましくない。封止が効果的であるために、オリフィス端縁のバルブシートは、平面であるべきである。それにもかかわらず、バルブはオリフィス内で変形するので、この種の形状は、変形の２つの中心が存在する場合には効果的に得られず、漏れがもたらされる。ダイナミックスに関する限りでは、大きな本体領域が、バルブの安定性のために必要とされ、それによって、質量、およびバルブの剛性の増加を促進し、これを緩慢にする。

独立したマルチペアのオリフィス／バルブに関する解決策が、米国特許第２，７２５，１８３号明細書に説明されているように、大型圧縮機に見い出され得る。しかし、前記米国特許第２，７２５，１８３号明細書に開示されているように、形状は、マルチオリフィスによって提供されている解決策を活かしていない。吸込バルブに関しては、オリフィス構成は、バルブが異なる長さを持つことを決定し、その結果、中央にある場合に剛性の少ないバルブが開口移動に関してより有効であるように異なる応答の剛性および周波数パラメータをもたらし、それによって、他の２つのオリフィスのガス流が減らされることが留意される。簡単に言えば、この構成でこの種のバルブ形状が応答する方式に同期性はない。この種の解決策の採用を正当化することになる封止および力学的挙動を確保するために、バルブは、開閉時間において同期性を有し、ならびに解放レベルへの到達が不可欠である。この現在の形状のもう１つの明らかな欠点は、中央の吸込バルブによる中央の吐出オリフィスの妨害である。したがって、マルチオリフィスの解決策には、オリフィス／バルブペアがすべて同期して、釣り合って作用することが必要になり、その要因は、幾何学形状およびレイアウトに直接関係がある。

さらに、図１および図２は、上記に述べたような吸込バルブを示しており、これは、上記に説明した利点および限界を提示している。

上述の欠点をすべて有するのに加えて、また、現存する吸込バルブの大部分は、デッドボリューム（高圧で高温の圧縮ガスが保持され、もはやシステムに圧送されない空の空間）の影響を含んでおり、この影響は非常に望ましくないことが認められた。なぜなら、いったんこの保持されたガスが圧縮機チャンバの中に膨張されるとすると、それらの吸込バルブの機能自体の負の面をさらに含むのに加えて、結局、これは、圧縮機の容量収量の著しい損失を含意し、それによって、吸込バルブの開口する最小圧力が得られる時間が増加し、その結果、それの開口の遅延がもたらされるからである。一般的に言えば、デッドボリュームの影響は、図２に示される現時点での技術水準の実施形態から見られ得るように、主として対称な吸込バルブに見い出される。

本大筋に基づき、本発明の特許が開発された。

米国特許第４６４２０３７号明細書 米国特許第６９７１１６８号明細書 米国特許第５１９７８６７号明細書 国際公開第２００８／０４７５１５号 米国特許第２７２５１８３号明細書

本発明の目的は、唯一の圧縮機チャンバに特に適しており、複数の吸込オリフィスを含む吸込バルブアセンブリを提供することである。

この意味で、本発明の１つの目的は、互いから独立し、機能の対称パターンを有する作動（封止／開口領域）を含み、その結果、吸込オリフィスのより少ない質量、剛性、およびよりよい封止をもたらす吸込バルブを提供することである。

本発明のさらなる目的は、ここに開示されるように、吸込バルブアセンブリが好ましくは小さな寸法の圧縮機チャンバヘッドに適しており、オリフィス構成およびバルブ幾何学形状を最適化するための空間が限定されることである。

上記の目的はすべて、少なくとも２つの吸込オリフィスが設けられる圧縮機チャンバを対象としたタイプから成る、代替圧縮機用の吸込バルブアセンブリによって完全に達成される。

前記吸込バルブアセンブリ自体は、少なくとも１つの貫通オリフィスが設けられる少なくとも１つのブレードを備える。前記ブレードは、１つの同じブレードに画定される少なくとも２つの独立した吸込バルブをさらに含む。この点に関して、前記吸込バルブのそれぞれは、バルブプレートの唯一の吸込オリフィスを対象とした機能端縁を備えることが認められる。さらに、吸込バルブは、少なくとも貫通スリットのためにそれらの間に分離されている。前記吸込バルブの少なくとも１つは、非対称であることが好ましい。

さらに好ましくは、機能端縁のそれぞれは、そのそれぞれのバルブの自由端を備え、結果として、吸込バルブの前記機能端縁およびブレードの貫通オリフィス（吐出オリフィス）は、単一の圧縮機チャンバによって画定される１つの同じ領域に配置される。任意選択的に、前記吸込バルブは、前記貫通オリフィスの間に配置される。

本発明の好ましい実施形態が、下記に列挙される図に基づいて詳細に説明される。

現時点での技術水準の吸込バルブアセンブリの図である。 現時点での技術水準の吸込バルブアセンブリの図である。 本発明による吸込バルブアセンブリの好ましい実施形態の図である。 本発明によるバルブプレートアセンブリおよび吸込バルブアセンブリの概略図である。

本発明の主要目的に従って、代替圧縮機用の新しい吸込バルブアセンブリが開示されるが、その構成部分のその構成により、少なくとも独立した吸込オリフィス（図示せず）を備える単一の吸込チャンバ（図示せず）に特に適するようになる。

したがって、前記吸込バルブアセンブリは、独立した吸込オリフィス用の少なくとも２つの封止／開口端縁を備える。特に、吸込バルブアセンブリの封止／開口端縁の数は、代替圧縮機のバルブプレート２に収容される独立した吸込オリフィス２１の数と同様である。

このようにして、かつこのような概念に基づき、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明を与えるために、図３および図４の参照が行われる。本明細書では、この説明においては、吸込バルブの封止／開口端縁は、「機能端縁」と呼ばれる。

本発明の好ましい実施形態によれば、吸込バルブアセンブリは、実質的な、で作られ、実質的に弾力性のある特性を備える本質的に正方形の外周のブレード１で画定される。ブレード１は、薄肉の金属合金で作られることが好ましい。

図３および図４に示されるように、ブレード１は、２つの貫通オリフィス１１と、４つの位置合わせ手段１２と、２つの吸込バルブ３の２つの操作可能端縁４を有する他の貫通スリット１３とを備える。

前記２つの貫通オリフィス１１は、圧縮機チャンバ（図示せず）からの吐出流の通路のためのオリフィスである。現在の好ましい実施形態によれば、前記貫通オリフィス１１は、他の貫通スリット１３から分離され、すなわち、前記貫通スリット１３は、貫通オリフィス１１の間に配置される。

位置合わせ手段１２は、ブレード１の端縁のうちの１つにそれぞれ配置される４つの貫通オリフィスを備える。前記貫通オリフィスは、前記ブレード１をバルブプレート２と、および機械式圧縮機アセンブリのブロック（図示せず）と位置合わせするように意図され、これは、たとえばボルトなどのような固定部材（図示せず）を受け入れるために均等に配置されるオリフィスを備える。

図３に示されるような貫通スリット１３は、２つの側面端部と中心端とを画定するように配置されるＭ字形状である。

次いで、前記貫通スリット１３のレイアウトが、２つの平行な吸込バルブ３を画定し、これは、貫通スリット１３のうちの１つによって、特に中央貫通スリット１３によって互いの間に間隔を置いて配置される。

前記吸込バルブ３のそれぞれは、機能端縁４を有する。

これに関しては、機能端縁４は、代替圧縮機の吸込流に従って弾力性のある（かつミリメートルの）移動が可能である。前記機能端縁４は互いから独立しており、この場合前記機能端縁４のそれぞれは、代替圧縮機の排気行程中に圧縮機チャンバ（図示せず）のそのそれぞれの吸込オリフィスをシールし、代替圧縮機の吸込行程中に流通路を解放する、ということに言及する価値がある。

さらに、代替圧縮機が高負荷および高圧下にある場合には、封止は損なわれず、結局（かつ、これらは独立しているので）、前記機能端縁４のそれぞれは、吸込オリフィス領域に実質的に類似した封止領域を画定し、その結果、（１つの同じ機能端縁が１つより多くの吸込オリフィスをシールする、現時点での技術水準のバルブに生じるように）他の点ではいかなる圧力も生じない。

上記に述べた利点に加えて、そのレイアウトにより、ブレード１は、圧縮機チャンバ（図示せず）の領域に類似する領域５の内部部分に貫通オリフィス１１と機能端縁４のどちらか（この場合は、吸込バルブ３の大部分）を備えることを指摘する価値がある。

この構成は、２つの吸込オリフィスおよび２つの吐出オリフィスを、実質的に近くかつ最適化された機能的形態で寸法決めすることができるので、複数のオリフィスを、小型化した圧縮機の圧縮ヘッドに採用できるようになることで終わる（これは、現時点での技術水準の実施形態の場合には事実上達成することが不可能であり、この実施形態は、コンパクトであり／小型化され、または、過度に間隔を置いて配置された形態で２つより多い吸込／吐出オリフィスを使用する）。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、これがバルブの応答特性および封止効率の変化を求めず、結局、作動流体が保持されることになるための空の空間がないので「デッドボリュームの影響」を著しく低減するということに加えて、吸込バルブ３は長手方向シャフトに対して非対称であることが言及されるべきである。

本発明の好ましい実施形態の説明の次に、本発明の範囲は、他の可能な変形を可能と考え、これは、可能な均等手段を含めて特許請求の範囲によって限定されるのみであることを理解されたい。

Claims (5)

1. 少なくとも２つのオリフィス吸込が設けられる圧縮機チャンバを対象とし、少なくとも１つの貫通オリフィス（１１）が設けられる少なくとも１つのブレード（１）を備える、代替圧縮機用の吸込バルブアセンブリであって、
   １つの同じブレード（１）に配置される少なくとも２つの独立した吸込バルブ（３）と、
   バルブプレート（２）の単一の吸込オリフィス（２１）を対象とした機能端縁（４）を備える前記２つの吸込バルブ（３）のそれぞれと、
   少なくとも１つの貫通スリット（１３）によって互いから分離されている前記吸込バルブ（３）と
   を備えることを特徴とする、吸込バルブアセンブリ。
2. 機能端縁（４）のうちの１つが、そのそれぞれのバルブ（３）の自由端を備えることを特徴とする、請求項１に記載の吸込バルブアセンブリ。
3. 前記吸込バルブ（３）のうちの少なくとも１つが、非対称であることを特徴とする、請求項１に記載の吸込バルブアセンブリ。
4. 吸込バルブ（３）の機能端縁（４）およびブレード（１）の前記貫通オリフィス（１１）が、単一の圧縮機チャンバによって画定される同じ領域（５）に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の吸込バルブアセンブリ。
5. 前記吸込バルブ（３）が、吸込貫通オリフィス（１１）の間に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の吸込バルブアセンブリ。

Images