JP5244906B2 - モジュラ弁 - Google Patents

Description

本発明は、ポートと複数のノズルとを備える、キャビティを形成するハウジングを含む弁に関する。本発明はさらに、例えば建物内における気候制御のための、例えば暖房システム又は冷房システムのような、熱交換のためのシステムに関する。このシステムは、圧縮機と、凝縮器と、弁と、該弁と共通出口との間に並列に流体接続された少なくとも２つの蒸発器とを含み、この弁は、圧縮機と蒸発器との間で冷媒の流れを分配するように配置される。

冷凍システムは、例えば米国特許第５，８３２，７４４号により公知である。このシステムは、冷媒のためのポートと冷媒のための複数のノズルとの間に配置された分配弁を含む。

米国特許第５，８３２，７４４号明細書

既存の弁、及びそのような弁が組み入れられた熱交換システムを改良するために、本発明は、第１の態様において、ハウジングと該ハウジング内で回転可能なドラムとを含む弁を備え、該ハウジングが、複数の実質的に同一の管状中間部ハウジング部材と、下部ハウジング部材と、上部ハウジング部材とを含み、これらハウジング部材が、互いに接続されて、ハウジング・キャビティを囲む連続した外壁と、ポートと、該ハウジング・キャビティに流体接続された複数のノズルとを構成し、該ドラムが、複数の実質的に同一の管状中間部ドラム部材と、下部ドラム部材と、上部ドラム部材とを含み、これらドラム部材が互いに接続されて内壁を構成し、この内壁の外面が上記外壁のうちの対応する外壁の内面に接触しつつ回転するようになっており、該内壁は複数の流路を含み、これら流路が、ドラムの回転に応じてノズルと流体接続された状態と流体接続から外れた状態になることができる通路をポートとノズルとの間に形成するようになった弁を提供する。

１つの実施形態において、ドラムがハウジング・キャビティを実質的に占める状態になっており、そのため、ドラムはハウジング・要素を定める外壁の内面に極く近接した状態で動くことになるので、ハウジング・キャビティは、ハウジング部材が接続された状態にあって、ハウジング・キャビティ内に接続状態のドラム部材が存在しない場合にのみ存在することになる。

弁は、流路を通るポートとノズルとの間の流れを制御するものとすることができる。弁から流出する流れは、ドラムの回転によって、１つのノズルから他のノズルに切り換えることができる。ドラムの回転によって、ノズル及び流路の各々は、交互に、互いに整列させることができる。従って、流路は、ドラムの回転に伴って、個々にノズルと流体接続され、ハウジング内におけるドラムの位置に応じて、ポートと異なるノズルとの間に通路が形成されるように配置することができる。

流路は、内壁上に均等に配分することができる。一例として、中間部ドラム部材の各々が１つの流路を含むようにすることができる。さらに、流路は、ドラムの中心軸線の周りに均等に、コイル形状の線に沿って配分されるようにすることができる。外壁すなわちハウジング部材内に形成されたノズルが、長手方向に均等に、かつハウジングの中心軸線に平行な直線に沿って配分されている場合には、ハウジング内におけるドラムの回転により、流路及びノズルの各々が交互に利用されるようにすることができる。回転中に、１つの流路と１つのノズルとが互いに流体接続され、その後、流体接続から外れるようにすることができる。これらのステップの後で、別の流路が別のノズルと流体接続され、その後、流体接続から外れるようにすることができ、それによって、ポートとノズルとの間で流路を介した段階的な流体接続が可能となる。もっと大きな流体接続が必要とされる場合には、ドラムの回転を止めて、１つの流路と１つのノズルとの間の流体接続を確保することができる。

他の実施形態においては、流路及び／又はノズルを対にしてグループ化することができる。これらの対もまた、均等に配分することができる。他の実施形態においては、流路及びノズルは、他のパターンを形成することもでき、そのパターンは、均等又は不均等の配分とすることができる。

多数の実質的に同一の管状中間部部材をハウジングとドラムの両方に用いることによって、例えば、冷凍システムのような熱交換装置内の任意の数の蒸発器に対する分配を容易にする、任意の数のノズルを備えた弁を得ることが可能である。

ここで、実質的に同一の管状中間部ハウジング部材とは、内側の管寸法が実質的に同一であるため、均一な内面を備えた連続的な外壁を有するハウジングを形成することができる中間部ハウジング部材を意味する。同様に、同一の管状中間部ドラム部材とは、外側の管寸法が実質的に同一であるため、均一な外面を有するドラムを形成できる中間部ドラム部材を意味する。従って、中間部は、それぞれが異なる形状を有し、ハウジング及びドラムを形成するために相互接続されるようになったものであればよい。

ハウジング内に形成されるノズル及び内壁内に形成される流路は、異なる大きさとすることができ、これは、弁が、異なる大きさの蒸発器を有する冷凍システムに関連して用いられる場合には特に適切である。従って、異なる中間部ハウジング部材と中間部ドラム部材を区別することができるように、違う色で着色することができる。さらに、ノズル及び／又は流路は、例えば円形及び楕円形といった異なる形状とすることができる。

内壁は、内部キャビティを囲むようにすることができ、すなわち、ドラムは、弁の長さに沿って延びる内部キャビティを有する中空管として形成することができる。この実施形態において、流路は、外面と内部キャビティとの間に通路を、すなわち、中空管の側壁を貫通する通路を形成することができる。ドラムは多数のドラム要素を含むので、それらのドラム要素の各々を中空管の１区画として形成することができ、これらの区画の幾つか又は全部が、１つ又は複数の流路を含むようにすることができる。

幾つかの実施形態においては、弁に流入する流れは弁の一端を通り、弁から流出する流れは弁の長さ方向に対して横方向に通るように、ポートを内部キャビティに流体接続させることができ、その結果、使用されるハウジング部材及びドラム部材の数に応じて長さを変えることができる、コンパクトな長い形状の弁を提供することが可能になり、この場合のハウジング部材及びドラム部材の数は、その弁が接続される冷凍システム内の蒸発器の数に応じたものとすることができる。

第２の態様において、本発明は、弁を形成するための部材のセットを提供するものであり、このセットは、ハウジング部材からなる第１のセットと、ドラム部材からなる第２のセットとを含み、ハウジング部材からなる第１のセットは、複数の実質的に同一の管状中間部ハウジング部材と、下部ハウジング部材と、上部ハウジング部材とを含み、これらハウジング部材は、互いに接続することにより、ハウジング・キャビティを囲む連続した外壁と、ポートと、ハウジング・キャビティに流体接続される複数のノズルとを有するハウジングを形成することができ、ドラム部材の第２のグループは、複数の実質的に同一の管状中間部ドラム部材と、下部ドラム部材と、上部ドラム部材とを含み、これらドラム部材は、互いに接続することにより、複数の流路を含み外面が対応する外壁の内面に接触して回転するようになった内壁を有するドラムを形成することができ、該ドラムの複数の流路は、ハウジング内でのドラムの回転に伴い、ノズルと流体接続した状態になり、ポートとノズルとの間に通路を形成する。
上述の本発明の第１の態様の特徴は、本発明の第２の態様にも適用可能であることを理解されたい。

管状中間部ハウジング部材の各々及び管状中間部ドラム部材の各々は、第１及び第２の対向する端面を含むものとすることができる。中間部ハウジング部材によりハウジングを形成するときに、１つの中間部ハウジング部材の第１の端面を、別の中間部ハウジング部材の第２の端面に隣接して配置することができる。これは、中間部ドラム部材の場合も同様である。ハウジング部材及びドラム部材を接続してハウジング及びドラムを形成することを可能にするために、各端面は、隣接する管状中間部部材又は末端部材と接続する接続部材を含むことができる。
この接続部材は、異なる形態のさねはぎ接続、互いに係合する突出部及び陥凹部を含む接続、歯状接続、磁気的接続などを含むことができる。従って、一方の端面が第１の型式の接続部材を含み、他方の端面が第２の型式の接続部材を含むものとし、これら第１及び第２のタイプの接続部材は異なった形式で、協同して相互接続するように構成することができる。

接続部材は、隣接するハウジング部材と隣接するドラム部材との間の相対的な軸方向のずれを防止することができ、ハウジングとドラムを接続して弁を形成したときに、これらは両方とも接続された状態のままに維持されるようにすることができる。
接続部材は、さらに、ハウジング内におけるドラムの回転に伴い、すなわち弁の作動中に、隣接するハウジング部材と隣接するドラム部材とが互いに外れることを防止するものである。

第３の態様において、本発明は、熱交換のためのシステムを提供するものであり、このシステムは、冷媒のための回路を含み、この回路は、圧縮機と、凝縮器と、弁と、該弁と共通の出口との間で並列に流体接続された少なくとも２つの流路を含む蒸発手段を含み、この弁は圧縮機と蒸発器との間で冷媒の流れを分配するように配置され、弁は本発明の第１の態様に従って設けられる。

蒸発手段は、例えば、幾つかの別々の冷却要素を形成するか、若しくは１つに合体された冷却要素を形成する、幾つかの別々の蒸発器を含むことができ、或いは、冷媒が別々の並列なストリームとしてその蒸発器の中を通って流れるための幾つかの別々の通路を備えた、単一の蒸発器とすることができる。
上述の本発明の第１及び第２の態様の特徴は、本発明の第３の態様にも適用可能であることを理解されたい。

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。

本発明による弁の断面図を示す。 本発明によるハウジングを示す。 本発明によるドラムを示す。 本発明によるハウジング部材を示す。 本発明によるハウジング部材を示す。 本発明によるハウジング部材を示す。 本発明によるドラム部材を示す。 本発明によるドラム部材を示す。 本発明によるドラム部材を示す。

図１は、ハウジング２と該ハウジング２内で回転可能なドラム３とを含む弁１の断面図である。ハウジング２は、８個の実質的に同一の管状中間部ハウジング部材４と、下部ハウジング部材５と、上部ハウジング部材６とを含む。ハウジング部材４、５、６は、互いに接続されて、ハウジング・キャビティ（ハウジング・キャビティ内にドラム３が配置されているので、図示せず）を囲む連続的な外壁を形成する。さらに、ハウジング部材４、５、６は、ポート７と、複数のノズル８（図４ａ＋図４ｂ参照）とを備える。ポート７及びノズル８は、ハウジング・キャビティと流体接続される。

ドラム３は、９個の実質的に同一の管状中間部ドラム部材９と、下部ドラム部材１０と、上部ドラム部材１１とを含む。ドラム部材９、１０、１１は、互いに接続されて、対応する外壁２の内面１３に接触しつつ回転できる外面１２を有する内壁を形成する。内壁は、複数の流路（図３参照）を含む。ドラム３の回転に伴い、流路１４は、ノズル８と流体接続してポート７とノズル８との間に通路を形成する状態と、流体接続から外れた状態とをとることができる。
内壁３は、ポート７と流体接続された内部キャビティ１５を囲む。さらに、流路１４は、外面１２と内部キャビティ１５との間、従ってポート７とノズル８との間に通路を形成する。

図２は、本発明によるハウジング２の実施形態を示す。ハウジング２は、８個の中間部ハウジング部材４と、下部ハウジング部材５と、上部ハウジング部材６とを含む。
管状の中間部ハウジング部材４の各々は、互いに反対側にある第１及び第２の端面（図示せず）を含む。中間部ハウジング部材４の各々の第１の端面は、別の中間部ハウジング部材４の第２の端面、又は、下部ハウジング部材５又は上部ハウジング部材６のいずれかである末端ハウジング部材の端面に隣接して配置される。図２に示されるように、中間部ハウジング部材４の各端面は、隣接する管状中間部ハウジング部材４又は末端ハウジング部材５、６と接続するようになった、接続部材１６ａ／１６ｂを含む。図４ａ及び図４ｃに、接続部材１６ａ、１６ｂをより詳細に示す。

図示された実施形態において、第１の接続部材１６ａは、Ｌ字形の突出部であり、第２の接続部材１６ｂは、ハウジング部材４の外面内のＬ字形の陥凹部である。接続部材１６ａ、１６ｂは、Ｌ字形突出部１６ａをＬ字形陥凹部１６ｂ内に挿入し、その後、ハウジング部材４のうちの一方を回転させて、第１の接続部材１６ａを第２の接続部材１６ｂの中に固定することによって、接続される。

図３は、本発明によるドラム３の実施形態を示す。ドラム３は、８個の中間部ドラム部材９を含む。下部ドラム部材１０及び上部ドラム部材１１は図示されていない。流路１４が、中間部ドラム部材９のうちの幾つかの上に図示されている。この実施形態において、流路１４は内壁２の上に均等に配分されており、中間部ドラム部材９の各々が流路１４を含む。さらに、流路１４は、ドラム３の中心軸線の長さの周りに均等に配分されている。従って、この実施形態において、流路１４は、コイル形状の線に沿って配分されている。

管状の中間部ドラム部材９の各々は、互いに反対側にある第１及び第２の端面（図示せず）を含む。中間部ドラム部９の各々の第１の端面は、別の中間部ドラム部材９の第２の端面、又は、下部ドラム部材１０又は上部ドラム部材１１のいずれかである末端ドラム部材の端面に隣接して配置される。ドラムの接続部材の詳細については、図５ａ−図５ｃを参照されたい。

図４ａ−図４ｃに、ハウジング部材４、５、６を示す。図４ａに示されるように、中間部ハウジング部材４は、ノズル８と、３つの接続部材１６ａ、１６ｂ（そのうちの２つだけが図示されている）とを含む。図４ｂに、ノズル８を有する下部ハウジング部材５を示す。接続部材１６ａは図示されていない。図４ｃに、３つの接続部材１６ｂを有する上部ハウジング部材６を示す。

図５ａ−図５ｃは、ドラム部材９、１０、１１を示すものである。図５ａに示されるように、中間部ドラム部材９は、流路１４と、接続部材１７ａ、１７ｂとを含む。中間部ドラム部材９の各々の端面は、隣接する管状中間部ドラム部材９又は末端ドラム部材１０、１１と接続するようになった、接続部材１７ａ／１７ｂを含む。
図示された実施形態において、第１の接続部材１７ａは歯状の突出部であり、第２の接続部材１７ｂは、ドラム部材９の内面に形成された歯状の陥凹部である。接続部材１７ａ、１７ｂは、歯状突出部１７ａを歯状陥凹部１７ｂ内に挿入して、第１の接続部材１７ａを第２の接続部材１７ｂの中に固定することによって、接続される。
図５ｂは、接続部材１７ａを有する下部ドラム部材１０を示すものであり、一方、図５ｃは、接続部材１７ｂを有する上部ドラム部材１１を示すものである。

１ 弁； ２ ハウジング； ３ ドラム；
４ 中間部ハウジング部材； ５ 下部ハウジング部材； ６ 上部ハウジング部材；
７ ポート； ８ ノズル；
９ 中間部ドラム部材； １０ 下部ドラム部材； １１ 上部ドラム部材；
１２ 外面； １３ 内面； １４ 流路； １５ 内部キャビティ；
１６、１７ 接続部材。

Claims (6)

1. 弁を形成するための部材のセットであって、前記セットは、ハウジング部材の第１のセットと、ドラム部材の第２のセットとを含み、
   前記ハウジング部材の第１のセットは、複数の実質的に同一の管状中間部ハウジング部材（４）と、下部ハウジング部材（５）と、上部ハウジング部材（６）とを含み、それらのハウジング部材（４、５、６）は、相互に接続して、ハウジング・キャビティを囲む連続した環状の外壁と、ポート（７）と、前記ハウジング・キャビティに流体接続される複数のノズル（８）とを有するハウジング（２）を形成することができ、
   前記ドラム部材の第２のセットは、複数の実質的に同一の管状中間部ドラム部材（９）と、下部ドラム部材（１０）と、上部ドラム部材（１１）とを含み、前記ドラム部材（９、１０、１１）は、相互に接続して、複数の流路（１４）を含み外面（１２）が対応する前記外壁の内面に接触して回転できる環状の内壁を有するドラム（３）を形成することができ、
   前記流路（１４）は、前記ポート（７）と前記ノズル（８）との間に通路を形成するために、該ドラム（３）が前記ハウジング（２）内で回転する際に、該ノズル（８）と流体連通した状態になることができ、
   前記ドラムは、前記ハウジング・キャビティを占め、前記ハウジング・キャビティを構成する前記外壁の内面（１３）の全周に渡って接して動き得る寸法とされている、ことを特徴とする部材のセット。
2. 前記管状中間部ハウジング部材（４）及び前記管状中間部ドラム部材（９）の各々が、互いに反対側にある第１及び第２の端面を含み、前記各々の端面が、隣接する管状中間部部材又は末端部材と接続するようになった接続部材（１６ａ、１６ｂ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の部材のセット。
3. 前記端面の一方が第１の型式の接続部材を含み、前記端面の他方が第２の型式の接続部材を含み、前記第１及び第２の型式の接続部材は異なっており、協同して相互接続するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の部材のセット。
4. 前記接続部材が、隣接するハウジング部材と隣接するドラム部材との間の相対的な軸方向のずれを防止することを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の部材のセット。
5. 前記接続部材が、前記ハウジング内での前記ドラムの回転中に、隣接する前記ハウジング部材及び隣接する前記ドラム部材が互いに外れることを防止することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の部材のセット。
6. 熱交換のためのシステムであって、冷媒のための回路を含み、前記回路は、圧縮機と、凝集器と、上記請求項１から５のいずれか１項に記載の部材のセットで形成された弁と、前記弁と共通のノズルとの間で並列に流体接続された少なくとも２つの流路を含む蒸発手段とを備え、
   前記弁は、前記圧縮機と前記蒸発器との間で冷媒の流れを分配するように配置されることを特徴とするシステム。

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