JP3986967B2 - 冷却装置用マニフォールド - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を液体と気体の間で循環的に変化させることによって動作中に熱伝達をもたらす、冷凍装置、エアコン及び熱ポンプシステム用のマニフォールドに関する。

多くのエアコン、冷凍装置及び熱ポンプシステムは熱伝達をもたらすために冷媒を利用する。典型的に、冷媒はフレオンとして知られる流体の部類から成る。熱伝達は、ガス状態の冷媒を液化するために圧縮し、その過程で熱エネルギーを解放することによって達成される。冷凍装置またはエアコンの場合、熱変換器が解放された熱を大気雰囲気へ放散する。液体の冷媒は冷却されるべき空間と熱吸収関係にある他の熱交換器へ流される。冷媒は第２の熱交換器を通じて熱を吸収するよう拡張し蒸発する。

冷蔵庫において、例えば冷凍庫の外側に配置されたコンプレッサーが気体状態から液体状態へ冷媒を圧縮するのに使用され、それによって熱が大気雰囲気へ放散される。液体冷媒は冷凍チャンバ内の雰囲気と連通する冷却熱交換器に伝えられる。冷媒は冷却熱交換器内で気化され、それによってチャンバ内の雰囲気から熱を吸収する。

時折、熱伝達用の冷媒を使用するシステムは充填として知られる処理を受けなければならない。充填処理において、マニフォールドは、再充填されているシステム及び冷媒のソースへ結合される。システムが完全に再充填されているとき、典型的にそれは真空排気され、その後冷媒がマニフォールドを通じてシステムへ液体として供給される。一杯になるまで、冷媒は気体状態で充填される。

従来は、典型的にそのような再充填は再充填用のマニフォールドを使用してきた。該マニフォールドは上側及び下側アウトレットを有し、それぞれコンプレッサーの上または液体側及び下または気体側に結合される。最初の再充填のために、再充填が適当に行われるとき、下側アウトレットが閉じられ、液体冷媒のソースはマニフォールドへのインレットへ結合され上側が所望のレベルまで充填される。最初の充填が完了したら、上側または液体アウトレットは閉じられ、気体側が開放される。冷媒はマニフォールドと直列に結合された気化絞りを通じて供給される。コンプレッサーは下側からの気体を液化させ、液体冷媒を上側に供給するように働く。充填されているシステムの下側へ気体を供給することによって充満が達成される。

したがって、液体冷媒を利用して最初の再充填をもたらし、マニフォールド及びそれと直列の絞りを使用せずに気化された冷媒で充満することができる再充填マニフォールドシステムが必要であった。

好適な形式において、本発明を実施する機構はマニフォールドを含む。該マニフォールドはひとつのインレット及び２つのアウトレットを画成するハウジングを有する。アウトレットのひとつは充填されているシステムの上側に結合され、一方他のアウトレットは下側に結合される。上側は冷媒が液体状態で入っているところの充填中のシステムの部分であり、一方下側は気体状態の冷媒を含む。

マニフォールドは、常に液体状態である冷媒のソースに結合するためのインレットを有する。マニフォールド内の内部流路は供給インレットを本発明の新規な特徴を実施する状態制御装置と連通する。他の内部マニフォールド流路は該装置をアウトレットに連通する。一対のアウトレット制御バルブが与えられ、各々はマニフォールド流路と関連アウトレットとの間の連通を選択的に確立しまた中断するために別のひとつのアウトレットと関連づけられる。

状態制御装置はインレット流路の一部と並行に連通する毛細管を含む。充填流相制御バルブが与えられる。相制御バルブは流路の一部と毛細管の両方を通じてインレットからアウトレットへ液体冷媒を流す開放位置を有する。相制御バルブは毛細管を通じて冷媒を流しながら流路部を通じた流れを遮断する閉止位置を有する。相制御バルブが閉じられると、毛細管を通じた流れは気化される冷媒を生じさせる。

システムを充填する処理において、新規かつ改良されたマニフォールドが充填されるべきシステムに結合される。上側及び状態制御バルブが開放状態に置かれる。液体状態の冷媒は、流路の一部及び毛細管の両方から上側アウトレットを通って液体状態の冷媒を供給するよう充填されているシステムへインレット開口部を通じて供給される。気体状態の冷媒で充満させることが所望される場合、単純に相制御バルブ及び上側アウトレットバルブを閉じればよい。下側アウトレットが開放され、冷媒が気化されるところの毛細管を通じて（したがって、下側アウトレットを通じて）インレットから充填されているシステム内へ冷媒が流れる。同時に、システムコンプレッサーは上側を一杯に満たすように動作し、入力された気体は下側を一杯にする。

当該システムがより古いシステム内の冷媒とともに使用されるとき、冷媒は気体状態で供給されかつ相制御バルブが開放されるため充満は強化される。

したがって、本発明の目的は新規かつ改良された冷媒マニフォールド及び冷媒を利用する再充填システムの処理方法を与えることである。

図面、特に図１を参照して、変形例である実施例が示されている。この実施例において、マニフォールドは概して10で示されている。マニフォールドはハウジング12を含む。上及び下側圧力計14、15がハウジングによって支持されている。該圧力計は結合された熱伝達システムの上及び下側の圧力を読み取る。

マニフォールド10は典型的にフレオン化合物である冷媒の供給源に結合するためのインレット16を含む。マニフォールドはまた結合されたシステムへ冷媒を供給するための上及び下側アウトレット18、20を含む。上及び下側アウトレット制御バルブ22、24は、マニフォールド内のアウトレット流路からそれぞれのアウトレット18、20への流体連通を選択的に確立しまたは中断するために細長いマニフォールドの反対端に結合される。

冷媒状態制御組立体が概して25で示される。図１に示されるように前方面であるマニフォールド面28のマニフォールド12の中央にカウンタボア26が与えられる。カウンタボア26のベースには一対の穿孔30が与えられている。穿孔30は、カウンタボア及び状態制御組立体25によって画成される空間内に液体の冷媒を与えるためにインレット16と直接連通する流路である。

組立体25は該組立体25をマニフォールドに固定するためにカウンタボア26内に螺合して受容される取付具32を含む。取付具32とハウジング12との間のシールを有効にするためにOリングが与えられる。図面内には描かれていないが、そのようなOリングは図３及び１０において33、33’で示されている。マニフォールドはまた第２の小さいサイズのカウンタボア34を含む。第２のカウンタボア34はカウンタボア26と軸合わせされ連通している。毛細管リングまたは円環35は第２のカウンタボア34内に配置され、カウンタボア34のベースに対して設置される。

組立体25はバルブステム38に接続されたノブ36を含む。ノブ36及びステム38の回転により、バルブ部材40は円環35の表面42と係合しまたは係合が解かれるようシフトする。バルブ部材40と表面42との共働は円環35内に形成されたアウトレット流路44を通じる流れを選択的に確立または中断する。アウトレット流路44は円環35と同軸である。

好適な形式において、円環35は第２のカウンタボア34を画成する壁と密接に関連する周囲螺旋46を有する。カウンタボア34の壁及び螺旋46は円環35の周囲で螺旋流路48を与えるよう共働する。螺旋流路48は第２のカウンタボア34のベースに与えられた中央の状態制御アウトレット50とインレット孔30との間に流体連通を与える。状態制御アウトレット50はマニフォールド12内の内部流路を介して上及び下側アウトレット18、20と連通する。

図６から８に、変形的な円環35’、35’’、35’’’が示されている。図６の実施例において、正弦曲線状の螺旋溝60が与えられる。該溝は円環35’の周囲の周りのインレット62からアウトレット64へ伸びる。図９は螺旋状に巻かれたチューブ形式の変形的な毛細管システムを示す。

図７の実施例において、複数の概してS字形の溝66が与えられる。これらの溝の各々は、表面42’に隣接するインレットから円環35’’の外側面68を横切って円環の反対側の面のアウトレットへ伸びる。円環35と同様に円環35’及び35’’は毛細管流路を画成するよう第２のカウンタボア34の円筒面と共働する周囲溝を有する。

図８の実施例において、複数の毛細管流路70が円環35’’’を通じて伸びる。流路70は円環35’’’の軸と平行な軸を有し、その結果毛細管流は各流路70を通って面42’’’から反対側の面へ流れる。

図２及び３を参照すると、改善ユニットが示されている。該改善ユニットは、液体または気体状態のいずれかでシステム内に冷媒を充填するのに使用されるマニフォールドへ従来のマニフォールドを変換するために既存の充填マニフォールドに結合するようデザインされている。改善ユニットはハウジングまたはボディ52を含む。インレット54が冷媒のソースへ結合するために与えられる。図１の組立体と同一である冷媒状態制御組立体25が与えられる。組立体25はボディ52に結合される取付具32を含む。バルブ部材40は、図１０及び１１の支柱の選択されたひとつが使用されていることを除いて、図１の実施例の共働と同じ方法で円環35と共働する。アウトレット管継手56はボディ52に結合され、冷媒状態制御組立体のアウトレットと流体連通する。アウトレット管継手56は従来のマニフォールドのインレットと結合するために適応される。

バルブ部材40が表面42に対して設置される際、螺旋流路48は液体冷媒を気体状態に変換する毛細管として機能する。毛細管からのアウトレットは膨張空間58と連結する。図３及び１０に見られる対応する膨張チャンバは図１のマニフォールドボディまたはハウジング12内にある。膨張空間は冷媒の完全な気化を保証する。同様に、比較可能な断面領域の単一孔よりも一対のインレット孔または流路30が完全な気化を保証するよう毛細管作用の有効動作に寄与する。

図１０を参照すると、好適実施例が示されている。この実施例において、図１の実施例と関連して使用される符号には変更があった部分にダッシュが付加されて使用される。この実施例において、冷媒はインレット16を通じて導入され、２つの流路30’（図１０にはそのうちの１つしか示されていない）を通じて毛細管円環35’の上の空間72へ方向付けられる。

円環35’は図１のカウンタボア34と区別されるボア34’内に配置される。この修正は図１の円環が当接する肩部を除去し、それによって冷媒ガスが毛細管を出る際の流体の乱流源が省略される。円環35’の位置を保持するために、一対の支柱74が与えられる。これらの支柱は円環内のボア76とボア34’のベースとの間に挿入され、円環35’の下にありアウトレット77と連通する膨張空間を通じて伸長する。アウトレットはアウトレット18、20と連通するように膨張空間から両方向に伸びる。

図１１(a)〜(d)はバルブ部材40’の閉止面に対する位置に毛細管を保持するための支柱74の変形例を示す。特に、図１１(a)及び１１(b)において、毛細管35’’のキャップ延長部78は空間44のベースの上に乗っている。図１１(c)の実施例において、支柱74は管80に置き換えられている。管は円環の中心流路44’と連通し、アウトレット口82を与えるべく交差ボアまたは研摩側部を有する。図１１(d)において、スナップリング84は円環35’’’用の座部を与える。

図１２において、さらに変形的実施例が示される。ここでは毛細管円環がチェックバルブ88を有する。液体が充填されているとき、それはインレット16’から上側アウトレット（図示せず）へ流れる。その時下側アウトレット20’は閉じられる。気体の冷媒を下側へ与えることが所望されるときには、上側アウトレットが閉じられ、下側アウトレット20’が開かれ、毛細管86の回りで流れが生じるが、チェックバルブ88が存在するために軸方向の流路を通じては流れない。システムの真空引きが所望されるときには、チェックバルブ88が開き上側及び下側が真空排気される。

作用
図１の装置に冷媒を流す動作において、インレット管継手16が液体状態の冷媒ソースに結合されている。上及び下側アウトレット18、20はそれぞれ充填されているシステムに結合され、続いて典型的にそのシステムは真空排気される。上側バルブ22は、冷媒状態制御組立体25のバルブと同様に開放される。下側バルブ24は閉じられる。

液体の冷媒がフィルタ90を通じてインレット16から供給孔30へ供給される。図面には示されていないが、すべての実施例のすべてのインレット及びアウトレットは好適には類似のフィルタが取り付けられている。冷媒は最初に軸方向流路44及び毛細管螺旋流路48を通じて膨張チャンバ58、58’へ流れ、その後アウトレット50または77へ流れる。冷媒はマニフォールド内の内部流路を通じてアウトレット50または77から上側アウトレット18へ流れる。所定の量の冷媒が充填されているシステムの上側に供給されるまで、冷媒は流されつづける。

所定の量の冷媒がシステムの上側に充填されると、ノブ36が回転されバルブ部材40、40’が円環面42、42’と接触し、流れが中断される。上側バルブ22が閉じられ、下側バルブが開けられる。充填されているシステムのコンプレッサーが動作するよう通電される。その後、冷媒は螺旋流路48を通じてのみ流れ続け、該螺旋流路は冷媒を液体から気体へ変化させる毛細管として機能する。システムが完全に充填されるまで気化充填は続けられる。

発明は好適な形式において説明されてきたが、好適形式の開示は例によってのみ為され、構造、動作及び組合せ並びに部品の配置の詳細における多くの変更が発明の思想及び態様から離れることなく為され得ることが理解されよう。

図１は、本発明に係るマニフォールド装置のひとつの実施例の分解図である。 図２は、本発明に係る改善ユニットの実施例の分解図である。 図３は、図２の実施例の部分断面図である。 図４は、すべての実施例において好適に使用される毛細管リングまたは円環の拡大斜視図である。 図５は、毛細管リングの立面図である。 図６は、変形的な毛細管流路を示す円環の他の実施例である。 図７は、変形的な毛細管流路を示す円環の他の実施例である。 図８は、変形的な毛細管流路を示す円環の他の実施例である。 図９は、変形的な毛細管流路を示す円環の他の実施例である。 図１０は、好適構造体の断面図である。 図１１(a)〜(d)は、適当な軸線方向に毛細管円環を維持するための他の装置の部分的断面図である。 図１２は、真空応用で使用するためのチェックバルブが取り付けられた実施例の断面図である。

Claims (25)

1. 使用の際冷媒を液体と気体状態との間で循環させるシステムを充填するための装置であって、
   a)インレットから上側アウトレット及び下側アウトレットへ延びる流路を画成するハウジングと、
   b)前記ハウジング内で前記流路の一部と並行に連通する毛細管を画成する構造体と、
   c)前記ハウジングに結合され、開放及び閉止位置を有するバルブと、
   から成り、
   d)前記バルブが開放位置にあるとき、流路の一部及び毛細管の両方を下側アウトレットへと通じる冷媒の並流により液体状態の冷媒でシステムを充填させることが可能となり、
   e)前記バルブが閉止位置にあるとき、前記流路の一部が十分にブロックされ、実質的に全ての冷媒は毛細管を通じて流れ、それによって下側アウトレットを通じる気体状態の冷媒でシステムを充填することが可能となる、
   ところの装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記構造体は毛細管流路を画成する周囲面を有する円環リングである、ところの装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、前記毛細管流路は螺旋である、ところの装置。
4. 請求項２に記載の装置であって、前記毛細管流路は正弦曲線である、ところの装置。
5. 請求項２に記載の装置であって、複数の概してS字形状の毛細管流路が存在する、ところの装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、前記構造体は複数の貫通毛細流路を含む、ところの装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、前記ハウジングはマニフォールドに結合可能である、ところの装置。
8. 請求項１に記載の装置であって、ハウジングはマニフォールドハウジングである、ところの装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、前記マニフォールドハウジングは一対のアウトレットバルブを有し、各アウトレットバルブは上側アウトレット及び下側アウトレットの関連する別の一つを閉じるよう適応されている、ところの装置。
10. 請求項８に記載の装置であって、マニフォールドハウジングは冷媒のソースとシステムとの間の結合を滑らかにするためのインレット及びアウトレットコネクタ部を有する、ところの装置。
11. 請求項１に記載の装置であって、前記構造体は毛細管及び流路の一部を画成する円環である、ところの装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、毛細管は円環の周囲面上に形成された螺旋によって画成される、ところの装置。
13. 冷媒で熱交換機構を充填する方法であって、
    a)マニフォールドのインレットを液体冷媒のソースへ結合する工程と、
    b)マニフォールドのアウトレットを前記機構の上側及び下側へ結合する工程と、
    c)開口流路を通じて少なくともひとつのアウトレットへの液体冷媒の連通を確立するために相制御バルブを開放する工程と、
    d)開口流路及び並行毛細管の両方を通じる冷媒流を確立するべく加圧された冷媒をマニフォールドへ導入する工程と、
    e)選択された少なくともひとつのアウトレットへの主要な液体流路を遮断するべく相制御バルブを閉じる工程と、
    f)所望の量の冷媒が機構内に充填されるまで、気化された冷媒を生成するべく毛細管を通じて充填を続ける工程と、
    から成る方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、アウトレット制御バルブが与えられ、少なくとも一つのアウトレット制御バルブが少なくとも一部の充填中に少なくともひとつのバルブを通じる流れを妨げるべく閉じられる、ところの方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、前記少なくとも一つのアウトレット制御バルブが機構の上側へ結合されたアウトレットを制御する、ところの方法。
16. 請求項１３に記載の方法であって、気化された冷媒による充填の連続工程は毛細管を通じて冷媒を流すことを含む、ところの方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、相制御バルブが開放されているとき液体冷媒は主要な流路及び毛細管の両方を通じて流れる、ところの方法。
18. 熱交換システムを充填する際に使用するための機構であって、
    a)主流制御流路及び毛細管流路を画成する面を画成する円環と、
    b)前記円環はハウジング内に設置されるよう適応されており、
    c)閉止位置で主要流路を閉じるよう円環とシール係合し、開放位置で円環から離隔されるように適応されるバルブ部材と、
    d)前記バブル部材は前記ハウジング内に設置可能であり、それによりバルブ部材が開放位置にあるとき機構は流路及び毛細管を通じて液体の冷媒を流し、バルブ部材が閉止位置にあるとき機構は毛細管を通じて気体の冷媒を流し、
    e) 前記バブル部材を一度に一回、開放位置、閉止位置に保持するために、前記バブル部材に連結された部材と、
    を含む機構。
19. 請求項１８に記載の機構と組み合わされるハウジングであって、当該ハウジングは冷媒の供給源と結合するためのインレット装置及び再充填マニフォールドへ結合するためのアウトレットを含む、ところのハウジング。
20. 請求項１８の機構と組み合わされるハウジングであって、当該ハウジングはインレット及び一対のアウトレット並びにインレット及びアウトレットを機構と結合する流路を有するマニフォールドである、ところのハウジング。
21. 請求項１８に記載の機構であって、面は周囲面である、ところの機構。
22. 液体と気体状態との間で循環的に交換可能な流体で熱交換システムを充填するためのマニフォールドシステムであって、
    a)インレット及び上側アウトレット及び下側アウトレットを有するハウジングと、
    b)該ハウジングは軸合わせされ連通する一対のカウンタボアを有し、
    c)該ハウジングはインレットをカウンタボアと連通するインレット流路及びカウンタボアをアウトレットと連通する一対のアウトレット流路を含み、
    d)アウトレット流路と連通する一対の圧力計と、
    e)カウンタボアの内側のひとつに設置される円環と、
    f)該円環は主要流路及び溝を画成する周囲面を含み、該周囲面は内側カウンタボアを画成する壁と近接相補関係にあり、それにより溝及び壁は他の流路を画成し、
    g)状態制御バルブであって、当該制御バルブをマニフォールドに結合するための、カウンタバルブの外側のひとつの壁と螺合する設置カラーを有する状態制御バルブと、
    から成り、
    h)該状態制御バルブは主要流路を通じる流れを選択的に許可しまた禁止するための軸方向に移動可能なステムに設置されたバルブ部材を含み、
    i)該溝は制御バルブが主要流路を通じる流れを禁止するとき、毛細管として機能する、
    ところのマニフォールドシステム。
23. 請求項２２に記載のシステムであって、溝は螺旋状である、ところのシステム。
24. 請求項２２に記載のシステムであって、さらにシステムが使用されるとき毛細管からの出力を受取るための膨張チャンバを含むシステム。
25. 請求項２４に記載のシステムであって、チャンバはシステムが使用されるとき下側アウトレットと連通する、ところのシステム。

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