JP2016006348A - モジュラ型弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】自由に拡大縮小可能にモジュール化することができて、少ししか空間を必要とせず、それぞれの媒体に含まれる汚染物の影響を受けないようになっている弁機構を提供する。
【解決手段】モジュラ型弁機構は、弁本体１と、流体の切換又は混合を行うための少なくとも４つの口２とを有する多方弁９として構成される。前記弁本体１に、少なくとも２つの弁芯３が配置される。各弁芯３は、少なくとも１つのリニアアクチュエータ４と、１つの軸方向封止用封止部材５とを有し、前記封止部材５は、前記アクチュエータ４によって、軸方向に互いに離間している２つの対応する封止座８間を移動可能である。弁本体１を、各部が１つの弁芯３を有するモジュール部に分割することによって、弁機構をモジュール化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モジュラ型弁機構に関し、特に、加熱、換気又は冷却システムのための弁機構に関する。

いくつかの入口と出口とを連結することができる多方混合弁は、既知のものである。例えば、特許文献１には、混合弁が記載され、ここで、それぞれの入口と出口とは、可変仕切りによって、互いに連結又は分離され、更に、混合を可能にする。ここで、仕切りは、４つの口の交差点に配置される回転対称形のスプールである。仕切りの角度位置を変更することによって、それぞれの弁の調整が行われ、所望の連結が得られる。

特許文献２には、電動四方弁が記載され、ここで、外口間の連結は、弁内で、回転可能な弁蓋によって行われる。したがって、弁蓋は、円板の角度位置に応じて、上記連結の遮断を解除する適当な流路を有する。

加熱水は、一般に、かなりの付着物になる場合がある霜除け剤や防食剤などの特定の添加剤だけでなく、磁鉄鉱、封止材、砂等によっても、非常にひどく汚染される。従来技術の欠点は、これらの付着物又は循環する加熱水に含まれる汚染物が、接線方向の封止システムに、より強い応力を与えるため、摩耗が増し、結果的に寿命が短くなることである。更に、弁毎に実施可能な連結の組み合わせ又は混合の組み合わせの数は限られるので、機能性が制限される。公知の弁機構の入口及び出口は、その口に関係なく、自由に連結することができない。

特許文献３及び４には、それぞれ、四方切換弁が開示され、ここで、椀状の弁体が、油圧ピストン又は空気圧ピストンによって２つの口間を摺動可能に配置されることにより、上記２つの口を連結する一方で、残りの２つの口は、ハウジングを介して連結される。ここで、弁体の中間位置は可能である。一方、加熱水はひどく汚染され、更に、付着物になる添加剤を含むので、これらの解決法の欠点も、弁体の直線移動により、使用される封止部に、接線方向に高い応力が掛かり、このため、摩耗が着実に増すことである。

更に、上記の解決法は、取り付け及び保守に何らかの費用がかかる複数の個別の部品を含む。

独国特許出願公開 ＤＥ ６０２ ０４ １８６ Ｔ２ 特開平１１−４４３６９号公報 特開昭６３−２３０７４号公報 特開２００４−１２５２３８号公報

したがって、上記の欠点の少なくとも１つに対処する弁機構が望まれる。特定の実施形態は、自由に拡大縮小可能にモジュール化することができて、少ししか空間を必要とせず、それぞれの媒体に含まれる汚染物の影響を受けないようになっている弁機構を提供する。

したがって、本発明は、その一態様において、弁本体と、流体の切換又は混合を行うための少なくとも４つの口とを有する多方弁として構成されるモジュラ型弁機構を提供し、ここで、前記弁本体に、少なくとも２つの弁芯が配置され、各弁芯は、少なくとも１つのリニアアクチュエータと、１つの軸方向封止用封止部材とを有する。

これにより、任意の切換状態及び連結状態を容易に生じさせることができるので、弁機構を多方弁として用いて自在に作動させることができる。直線的に作用する弁芯の封止部材が、それぞれの端部位置においてそれぞれの封止座上に押込可能及び／又は押圧可能に構成されることが利点である。これにより、確実且つ永久的な封止効果が得られる。軸方向封止の作用モード及び封止部材の作動の直線方向によって、汚染物の影響を最大限受けない。更に、口数が増減可能であることが有利である。増減調整によって、四方弁機構を、５つ以上の口を有する多方機構に容易に拡張することができる。

モジュラ型弁機構は、前記弁本体を、分離可能、モジュラ式に拡張可能、調整可能、及び／又は、互いに相対回転可能な個別の部品から形成することによって、有利な改良を施すことができるので、個別に空間的に配置され、それぞれの必要に対応することができる。更に、この構成によって、必要とあれば、更に任意の数の口を追加することによって、弁機構の自由な規模調整が可能になるので、口数及び実施可能な切換状態を大きく変更することができる。

代替例として、前記弁本体は、分離できない弁本体として構成される。これにより、安定性に関する利点が得られる。更に、必要な場合には、一体且つコンパクト構造も可能である。

更なる有利な改良は、切換動作及び／又は無限に可変の混合機能が、封止部材によって調整可能な場合である。これによって、前記動作モードを、直ちに且つ同時に実施することができ、これは高い自由度を意味する。したがって、全ての必要な作動状態を、ほとんど無制限に調整することができ、必要な流量又は流れ状態が得られるので、無限に可変の混合動作が可能になる。

前記口は、入口及び／又は出口として、その機能及び流れ方向を自由に制御可能であることが好ましい。これにより、それぞれの口を、必要に応じて、入口又は出口として作動させることができる。それぞれの口をどのように規定するかは、それぞれの外周、すなわち、口が入口か出口かによってのみ決まる。それゆえに、必要な場合には、封止部材の適当な位置決めによって、例えば保守の場合に逆方向が重要な場合、入口として規定される口の機能を出口に変更することもできる。これは、他の公知の弁機構よりも本質的に有利な点である。なぜならば、これにより、連結された管路又は装置のバックフラッシュを、問題なく行うことができるからである。

前記封止部材は、弾性変形可能であることが好ましい。これにより、追加の切換状態及び混合比を調整することができるので、弁機構の機能が向上する。したがって、封止部材の断面及び厚さを調整できることによって、口の他に、更なる口への遷移を封止するか、又は、少なくともその断面を変更することができる。したがって、とりわけ、流通作動時の通路の開口部は、更に、封止部材の拡張を変更することによって、所望の流量に容易に対応することができるので、より大きい又は小さい断面の遮断を解除する。この弾性変形は、温度の機能として、所定の空間方向に影響され、これによって、弁機構の自由度全体がかなり高くなる。

弁本体及び弁芯を含むモジュラ型四方弁機構の分解図である。 弁芯を弁本体に挿入した状態の、図１のモジュラ型四方弁機構の空間図である。 四方弁の弁本体を示す。 六方弁の弁本体を示す。 流体流路が切換作動状態の四方弁の断面図を示す。 流体流路が切換作動状態の四方弁の断面図を示す。 流体流路が切換作動状態の四方弁の断面図を示す。 流体流路が切換作動状態の四方弁の断面図を示す。 流体流路が混合作動状態の四方弁の断面図を示す。

ここで、添付図面の図を参照して、単なる例示として本発明の好ましい実施形態を説明する。図において、複数の図に現れる同一の構造体、要素又は部品は、一般に、それらが現れる全ての図において同じ符号で表記される。図内に示される構成部品及び構造部の寸法は、一般に、便宜のため及び提示の明確さのために選択されたものであり、必ずしも縮尺通りではない。

図１に示すように多方弁９として構成される本発明によるモジュラ型弁機構は、流体の切換又は混合を行うための４つの口２を有する。多方弁９は、２つの弁芯３が配置される弁本体１を備え、各弁芯３は、少なくとも１つのリニアアクチュエータ４と、１つの軸方向封止用封止部材５とを有する。

このモジュラ型弁機構は、図４に示すような四方弁の他に、五方弁、六方弁、又はそれ以上の多方弁９を設けることができるように、拡大縮小可能に構成される。ここで、直線的に作用するアクチュエータ４によって、それぞれの弁芯３が封止部材５を駆動し、封止部材５が、軸方向に封止するように、それぞれの封止座８に押し込まれるか、又は、押圧されることが極めて重要である。

特定の実施形態では、図１〜図４に示すように、弁本体は、互いに平行且つ離間している２つの管状部１０を備える。２つの管状部１０は、好ましくは２つの管状部１０に対して直角に配置される連結部品１１によって連結され、管状部１０及び連結部品１１は、初めに、妨害なしに流通するように構成される。２つの管状部１０に隣接する各端部に、弁芯ソケット６が設けられ、ここに、図２に示すような弁芯３が挿入され、（例えば、ねじ固締を用いて）固締される。

４つの口２のうちの２つは、弁芯３と反対側の管状部１０の端部に位置する。必要に応じて、口２に角度をつけたり（ここでは、例えば垂直）、又は、口２を管状部１０の軸方向に通す。残りの２つの口２は、管状部１０の弁芯側の端部に位置し、口２は管状部１０から半径方向に一方向に導かれる。

図１に示すように、弁芯３は、それぞれの管状部１０内に突入し、この領域に配置される口２を越える。図５〜図９に示すように、管状部１０内に突入する弁芯３の領域は、通路及び通路開口部を有し、開口部は、この開口部と整合可能な管状部１０の口２と一致する。

弁芯３の直線作用アクチュエータ４と連結される軸方向封止用封止部材５は、連結部品１１の領域のほぼ中心位置に配置されるので、混合作動が可能である。図５〜図８に示すような切換作動は、封止部材５が封止座８の端部位置の１つに直線移動することによって、行われる。図５〜図９は、作動モード及び切換状態に応じて得られる流体の流れ７を示す。

多方弁９の個別に調整可能な切換状態及び作動状態により、口２は、更に、入口及び／又は出口として、その機能及び流れ方向を自由に制御可能である。連結された外周に応じて、高価な変換策を行う必要がなく、逆方向を得ることができる。

図５〜図９は、流れ方向７の表示で、異なる作動モードを示す。このように、入口として規定される口２を、出口として規定される１つ、２つ又は３つの口に連結するように、個別に切り換えることができる。図７〜図８は、入口として規定される１つの口２と、出口として規定される他の１つの口２との流通連結を示し、残りの各口２は、その入口又は出口としての機能に関係なく、遮断される。

図９は、混合作動を示し、ここで、封止部材５の適当な位置決めによって、入口として規定される１つの口２、及び２つの口２は、同時に、出口として規定される。

１つの口２が入口として規定され、封止部材５の適当な位置決めによって、残りの口２が同時に出口として規定される混合作動は、図示していない。

混合作動モードは、弁機構の拡大縮小に関係なく、自由に実現することができる。

ここで、封止部材５の封止座８は、管状部１０の弁芯端部において、弁芯３の内端に位置する。封止部材５の他の封止座８は、弁本体１の反対側の端部に位置する。リニアアクチュエータが開始する移動によって、封止部材５は、それぞれの封止座８に押し込まれるか、又は、押圧される。ここで、弁芯３のリニアアクチュエータ４は、ステッパモータ及びねじ付きスピンドルによって電気的に、又は流体的に駆動される。したがって、無限に可変の作動が可能になり、多方弁９の調整及び切換を、非常に正確に且つ必要に応じて、行うことができる。

特定の実施形態では、弁本体１はプラスチック製である。弁本体１は、個別の、組み立てられた、分離可能、モジュラ式に拡張可能、調整可能、互いに相対回転可能であるが、同時に、封止連結された、個別の部品を備え、この場合、高い要件が個別の部品の耐密性に課されている。これによって、弁本体１は、空間条件に自在且つ個別に対応することができる。しかしながら、必要な連結点により、弁本体の拡張は、若干大きくなる。

他の実施形態では、弁本体１は、分離できない成形体として構成され、ここで、非常に捩り剛性があり、安定したコンパクトな構造が得られる。この成形体は、好ましくは、プラスチックから形成することができる。この実施形態では、弁芯が自蔵され、取り替え可能すなわち交換可能であり、弁本体の一部、又は、この場合、全部を交換することができるので、弁機構は、やはりモジュラ型であると考えられる。

連結の拡大縮小性は、いくつかの管状部１０と、これらの間に配置される連結部品１１とを近接させることによって得られ、これによって、口２又は追加的に配置された封止プラグを実行しないことによって、奇数の多方弁９も得られる。それぞれの機能を確保するため、リニアアクチュエータ４及び軸方向封止用封止部材５を有する弁芯３は、各管状部１０に配置される。１つ又は２つの口２との連結は、直線状に駆動されて軸方向に封止する封止部材５の各々によって、正確に調整可能且つ容易に切換可能に構成される。これにより、それぞれの切換状態を、個別に必要に応じて調整することができる。したがって、２つの口２を、封止部材の各々によって制御することができ、これによって、それぞれの口２を、任意の多方弁９において、適当な自由度で調整することができる。これらの２つの口２は、１つの軸上に空間的に位置し、封止部材５が、これらの口２へのそれぞれの連結の開閉や混合を行うようになっている。弁機構を、５つ以上の口２を有する多方弁９にすると、組合せの多様性は増す。この本発明による新規の解決法を用いて、例えば、非常に分岐した加熱、換気又は冷却システムのための弁の縦続配列が構成可能である。

直線的に作用する弁芯の封止部材が、それぞれの端部位置において、弁本体又は弁芯のそれぞれの封止座上に軸方向に押込可能及び／又は押圧可能に構成されることが利点である。これにより、確実且つ永久的な封止作用が得られる。封止部の動作原理及び封止部材の作動の直線方向によって、汚染物に対する安定性が高い。

更に、封止部材５の大きさ及び断面を適合させることができる。この目的のため、封止部材５は、弾性変形可能に構成される。これによって、弁本体１の流れ断面が変化する。したがって、これにより、変化する流体の流れ７を調整することができたり、又は、封止部材５の位置の変化が望ましくない、又は、不可能な場合、流体の流れ７を変更することもできる。

したがって、更に、例えば、連結部品１１によって、流体の流れ７を阻止することによって、多方弁９の特定の領域又は口２を画定することができる。流体の流れ７の阻止は、封止部材の体積変化によって行われる。体積変化は、連結が中空のアクチュエータ軸を介して封止部材５に存在し、体積変化がこの連結を介して開始されることによって、空気圧又は油圧によって行うことができる。

例えば、封止部材に導入される流体による温度依存体積変化によって、更に、体積変化をもたらすことができる。

各適当な封止部材５では、封止部材５の特定の領域が、好ましくは特定の方向に広がるように、体積変化を空間的に方向づけることができる。

本出願の説明及び請求項において、動詞「備える（comprise）」、「含む（include）」、「含む（contain）」及び「有する（have）」、並びにその変形形態は、説明する要素又は特徴の存在を規定するために包括的な意味で使用され、追加の要素又は特徴の存在を排除するものではない。

明確にするために別個の実施形態に関連して説明されている本発明の特定の特徴は、１つの実施形態において組み合わせて提供してもよいものと理解される。逆に、簡潔にするために１つの実施形態に関連して説明されている本発明の種々の特徴を、個別に又はそれらを適当に組み合わせて提供してもよい。

上記の実施形態は単なる例示であり、請求項に定義する本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。

１ 弁本体
２ 口
３ 弁芯
４ リニアアクチュエータ
５ 封止部材
６ 弁芯ソケット
７ 流体の流れ（流れ方向）
８ 封止座
９ 多方弁
１０ 管状部
１１ 連結部品

Claims (6)

1. 弁本体（１）と、流体の切換又は混合を行うための少なくとも４つの口（２）とを有する多方弁（９）として構成されるモジュラ型弁機構であって、
   前記弁本体（１）に、少なくとも２つの弁芯（３）が配置され、
   各弁芯（３）は、少なくとも１つのリニアアクチュエータ（４）と、１つの軸方向封止用封止部材（５）とを有することを特徴とするモジュラ型弁機構。
2. 前記弁本体（１）は、分離可能、モジュラ式に拡張可能、調整可能、及び／又は、互いに相対回転可能な個別の部品を備えることを特徴とする、請求項１に記載の弁機構。
3. 前記弁本体（１）は、分離できない成形体として構成されることを特徴とする、請求項１に記載の弁機構。
4. 切換動作及び／又は無限に可変の混合機能は、配置された前記弁芯（３）によって、調整可能であることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載のモジュラ型弁機構。
5. 前記口（２）は、入口及び／又は出口として、その機能及び流れ方向（７）を自由に制御可能に構成されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のモジュラ型弁機構。
6. 前記封止部材（５）は、弾性変形可能であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモジュラ型弁機構。

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