JP5363472B2 - 分配器を備えた膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は、膨張弁に関し、特に冷凍システムで使用するための膨張弁に関する。より詳細には、本発明は、入口開口部から受け入れた流体媒体を少なくとも２つの並列流路に分配するように配置された分配器を有する膨張弁に関する。

冷凍システムの冷媒回路のような流体回路において、流路を流体回路の一部に沿って２つ又はそれ以上の並列流路に分流させることが望ましい場合がある。これは、例えば、並列に配置された２つ又はそれ以上の蒸発器を含む冷凍システムの場合である。さらに、並列流路の各々への流体の流れを、例えば、実質的に等しい流体の分配が得られるような方法で、又は、システムが例えばエネルギー消費又は効率に関して最適な形態で作動させられるようになる方法で制御可能であることが望ましい場合がある。

冷凍システムにおける２つ又はそれ以上の並列流路間での冷媒の分配を制御する従来の幾つかの試みにおいて、分配器は、冷媒流路内で膨張弁に対して下流に配置される。従って、冷媒は、冷媒の膨張後に、すなわち冷媒が主として気体状である状態で分配される。このことは、並列流路間で実質的に等しい分配を達成するように冷媒の流れを制御することが極めて困難になるという短所を有する。

本発明の目的は、２つ又はそれ以上の並列流路への流体の分配を制御することが可能な膨張弁を提供することである。
本発明の更なる目的は、マイクロチャネルと共に用いるのに適した分配器を備えた膨張弁を提供することである。
本発明の更なる目的は、同様の従来技術の分配器よりも制御しやすい分配器を備えた膨張弁を提供することである。
本発明の更なる目的は、冷媒流路内で並列に流体接続された少なくとも２つの蒸発器を含み、同様の従来技術の冷凍システムよりも容易に蒸発器への冷媒の分配を制御することができる冷凍システムを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、上記及び他の目的は、
−液体状態の流体媒体を受け入れるようになった入口開口部と、
−該入口開口部に流体接続され、該入口開口部から受け入れた流体媒体を少なくとも２つの並列流路に分配するように配置された分配器と、
−各々が流体媒体を少なくとも部分的に気体状態で送出するようになっており、各々が上記並列流路のうちの１つに流体接続されている、少なくとも２つの出口開口部と、
−相対的位置が膨張弁の開口度を定めるように、相対的に移動可能に配置された第１の弁部品及び第２の弁部品と
を含む膨張弁を提供することによって達成される。

本発明の膨張弁は、入口開口部と少なくとも２つの出口開口部との間の流路を定める。液体状態の流体媒体が入口開口部において受け入れられ、少なくとも部分的に気体状態の流体媒体が出口開口部から送出される。この記載において、「液体状態」という用語は、入口開口部を通って膨張弁に入る流体媒体が実質的に液相であることを意味すると解すべきである。同様に、この説明において、「実質的に気体状態」という用語は、出口開口部を通って膨張弁を出て行く流体媒体が完全に気相であるか、又は膨張弁を出て行く流体媒体の容積のうち少なくとも実質的な部分が気相であることを意味すると解すべきである。従って、膨張弁に入った流体媒体の少なくとも大部分は、膨張弁を通過するときに液相から気相への相転移を受ける。

入口開口部及び出口開口部は、好ましい形態では、冷凍システムの他の構成部分のような１つ又はそれ以上の他の構成部分に流体接続することができる。膨張弁は、有利な形態では、流れ回路のような流れシステムの一部を形成するものとすることができる。

膨張弁は、入口開口部から受け入れた流体媒体を少なくとも２つの並列流路に分配するように配置された分配器を含む。流路は、流体が流路に沿って並列な形態で流れることができるという意味で、すなわち、流路が流体的に並列に配置されるという意味で並列である。流路の各々は、出口開口部のうちの１つに流体接続されており、一つの流路に入った流体媒体は、対応する一つの出口開口部を通って膨張弁を出る。従って、分配器は、入口開口部で受け入れた流体媒体が出口開口部の間で所定かつ所望の形で分配されることを保証する。

冷凍システムにおいて２つ又はそれ以上の並列流路間での冷媒の分配を制御するために用いられる幾つかの従来技術の装置は、一度に並列流路のうちの１つのみに冷媒を分配するようになっている。並列流路がマイクロチャネルの形態である場合には、この手法を用いるためには、冷媒の全てが流路の１つにおいて「ボイルオフ（蒸発し尽くす）」することを回避するために分配器を流路間で極めて迅速に切り換えることが必要である。これを行うことは極めて困難であり、それどころか不可能でさえあり、従って、この方法をマイクロチャネルに用いることはできない。

本発明の分配器は、膨張弁の一部を形成しており、並列流路間での流体媒体の分配は流体媒体の膨張前又は膨張中のどちらかで行われるようになる、ということが利点をもたらす。これにより、膨張流体の少なくとも実質的な部分が液相である間に流体媒体の分配が達成される。これが、分配の制御をより容易にする。さらに、このことにより、膨張弁はマイクロチャネル型の流れシステムでの使用に適したものになる。

膨張弁は、第１の弁部品及び第２の弁部品をさらに含む。弁部品は、相対的に移動可能に配置される。これは、第１及び／又は第２の弁部品が膨張弁のその他の部分に対して移動可能であるようにするような手法で第１及び／又は第２の弁部品を取り付けることによって達成することができる。すなわち、第１の弁部品を移動可能とし、第２の弁部品を固定的に取り付けることができる。代替案として、第２の弁部品を移動可能とし、第１の弁部品を固定的に取り付けることができる。最後に、両方の弁部品を移動可能に取り付けることができる。上記の全ての状況において、第１の弁部品と第２の弁部品との間での相対運動が可能であり、これによって第１の弁部品と第２の弁部品との相対的位置が定められる。この相対的位置が、膨張弁の開口度を決定する。それゆえ、膨張弁の開口度を、従って膨張弁を通過することができる流体媒体の量を、第１の弁部品と第２の弁部品との相対的位置を調整することによって調整することができる。

分配器は、少なくとも実質的に液体である流体媒体が少なくとも２つの並列流路の各々に分配されるように配置できることが好ましい。上述のように、これにより、並列流路への流体媒体の分配の制御がはるかに容易になる。

第１の弁部品及び／又は第２の弁部品は、分配器の一部を形成するものとすることができる。この実施形態によれば、流体媒体の分配は流体媒体の膨張中に行われる。
或いは、分配器は、入口開口部と第１及び第２の弁部品との間に流体接続することができるものとする。この実施形態によれば、流体媒体の分配は流体媒体の膨張前に、すなわち、分配される流体媒体が液相であるときに行われる。

流体媒体は、有利な形態では、冷媒とすることができる。この場合、膨張弁は、冷凍システムの冷媒回路内に配置されることが好ましい。

膨張弁の開口度と、第１の弁部品と第２の弁部品との相対的位置との間の対応関係は、第１の弁部品の幾何学的形状及び／又は第２の弁部品の幾何学的形状によって定めることができる。このような幾何学的形状は、第１及び／又は第２の弁部品内に定められた開口部の寸法及び／又は形状、第１及び／又は第２の弁部品上に形成された弁体／弁座の寸法及び／又は形状、及び／又はいずれかの他の適切な幾何学的形状とするか、又はこれらからなるものとすることができる。このことについては、さらに後述する。

第１の弁部品及び／又は第２の弁部品は、少なくとも２つの並列流路のうちの少なくとも１つへの流体の流れが妨げられるようになる第１の弁部品と第２の弁部品との間の相対的位置が得られるように、移動可能とすることができる。この実施形態によれば、１つ又はそれ以上の流路が塞がれ、残りの流路のうちの１つ又はそれ以上が流体媒体を受け入れるようにすることができる。この配置は、膨張弁が空調システムの冷凍回路の一部を形成しており、出口開口部の各々が、同じ冷凍容積内に配置されている別々の蒸発器に流体接続されている場合に、望ましい。この場合には、空調システムの冷凍能力を増大させることなく、冷凍容積の除湿作用の増大を達成することができる。これは、以下の方法で達成される。蒸発器のうちの１つへの冷媒の供給が遮断されると、蒸気圧縮システムの吸気圧力は、新たな平衡点になるまで減少する。これが、閉ループ・システム内での冷媒の総質量流量を減少させ、そのため利用できる冷媒の量は減少する。しかしながら、総質量流量の減少は、冷媒を受け入れていない状態になった蒸発器にそれまで供給されていた冷媒の量に完全に達するわけではない。従って、残りの蒸発器の各々への冷媒供給が増加し、そのことが、これらの蒸発器の各々の表面温度を低下させる。従って、残りの蒸発器の表面で生じる凝縮が増加し、従って、システムの冷凍能力を増大させることなく除湿効果の増大が達成される。

１つの実施形態によれば、第１の弁部品は、開口部の第１の組が形成された第１の円板を含むものとすることができ、第２の弁部品は、開口部の第２の組が形成された第２の円板を含むものとすることができ、これら第１の円板及び／又は第２の円板は、他方の円板に対して回転運動を行うように配置される。開口部の第１の組及び開口部の第２の組は、開口部の第１の組の開口部と開口部の第２の組の開口部とが第１の円板と第２の円板との間の相対的回転運動に応じて少なくとも部分的に重なることができる配置となるように、配置することができる。開口部の各々は、出口開口部のうちの１つに流体接続することができ、円板の相対的回転角度位置が、出口開口部に対する膨張弁の開口度を定めるようにすることができる。

この実施形態によれば、第１の円板を回転可能に取り付け、第２の円板を膨張弁のその他の部品に対して固定的に取り付けることができる。代替案として、第２の円板を回転可能に取り付け、第１の円板を膨張弁のその他の部品に対して固定的に取り付けることができる。最後に、第１の円板並びに第２の円板を、膨張弁のその他の部品に対しても、かつ相対的にも、回転可能に取り付けることができる。いずれにせよ、円板の相対的位置は、円板の一方又は両方を回転させることによって調整することができる。

第１の円板と第２の円板との間で相対的回転運動を行うと、２つの円板内に形成された開口部の相対的位置が変化する。それゆえ、開口部の第１の組のある特定の開口部と開口部の第２の組のある特定の開口部との間の重なりは、第１の円板と第２の円板との相対的回転角度位置によって決まる。重なりが大きくなるほど、その結果生じる２つの開口部で定められる開口部が大きくなることが期待される。結果として生じるこの開口部が対応する出口開口部に対する膨張弁の開口度を定める、という利点が得られる。

開口部の第１の組の幾何学的形状及び／又は開口部の第２の組の幾何学的形状により、出口開口部に対する膨張弁の開口度と、第１の円板と第２の円板の相対的回転角度位置との間の対応関係を定めることができる。上述のように、第１の円板と第２の円板との相対的回転角度位置は、第１の円板及び第２の円板にそれぞれ形成された対応する開口部間の相互の重なりを規定する。一方又は両方の穴の例えば寸法及び／又は形状といった幾何学的形状が、円板の所与の相対的回転角度位置における２つの開口部の重なりによって形成される、結果として生じる開口部の大きさと形状に影響を与える。このことについて、添付の図面を参照してさらに詳細に後述する。

第２の円板内に形成される開口部の数は、第１の円板内に形成される開口部の数より多くすることができる。第１の円板内に形成される開口部の数は並列流路の数に対応するものとすることが好ましく、第１の円板の開口部の各々が、流路の１つと流体接続するように配置することが、有利であろう。同時に、第２の円板に形成される開口部の幾つかは、それらが第１の円板に形成された開口部の１つに少なくとも部分的に重なる配置となるように、配置することができる。そして、第２の円板に形成される別の開口部は、それらが第１の円板に形成された開口部の１つに少なくとも部分的に重なるように配置されたときに、第１の円板に形成されたその他の開口部のうちの少なくとも１つが第２の円板に形成された開口部の１つと重ならないように、配置することができる。この場合、並列流路のうちの少なくとも１つへの流体の流れが妨げられ、他の流路のうちの少なくとも１つへの流体の流れが許されるようになる相対的回転角度位置まで、円板を回転させることが可能である。上述のように、これは、並列に流体接続された２つ又はそれ以上の蒸発器を有する空調システム内に膨張弁が配置された構成において除湿効果を達成するために用いることができる。

膨張弁は、第１の円板及び第２の円板を互いに離れる方向に付勢する手段をさらに含むことができる。この実施形態によれば、第１の円板及び第２の円板は少なくとも互いに押し付けられず、好ましくは小さな間隙が間に形成される。これによって円板間の摩擦が低減されるので、円板の相対的な回転運動を行うことが、より容易になる。

付勢手段は、第１の円板及び／又は第２の円板において又はその近傍で生じる少なくとも１つの圧力を調節する手段を含むことができる。これは、例えば、以下のような方法で達成することができる。第１の円板は、第２の円板を貫通して延びるピストンに接続することができる。ピストンの遠位側での圧力が増大すると、ピストンは円板の方向に押される。第１の円板はピストンに接続されているので、これによって該第１の円板が第２の円板から離れる方向に押されることになる。さらに、ピストンの反対側で生じる圧力を低下させて、ピストンが上記の方向にさらに一層押されるようにすることができる。

別の実施形態によれば、第１の弁部品は複数の弁座を含むことができ、第２の弁部品は複数の弁体を含むことができ、弁座と弁体とが対をなして、各々が出口開口部への流体媒体の流れを制御するように配置された複数の弁を形成する。この実施形態によれば、弁部品は複数の別々の弁を構成し、これらは、好ましくは同時に動作可能である。

弁座の幾何学的形状及び／又は弁体の幾何学的形状は、出口開口部に対する膨張弁の開口度と、第１の弁部品と第２の弁部品との相対的位置との間の対応関係を定めるものとなる。例えば、第１の弁部品及び／又は第２の弁部品を弁部品間の距離が増加又は減少するように移動させることで、弁座と弁体との間の距離がそれに応じて増加又は減少するように構成することが有利である。その場合には、弁座及び／又は弁体の寸法及び／又は形状が、第１の弁部品及び第２の弁部品の所与の相対的位置において弁座と弁体との間で生じる開口部の寸法及び／又は形状を定めることになり、それによって並列流路に対応する開口度が定められる。

弁体は、第２の弁部品に向かう方向及びそこから離れる方向に実質的に直線的に移動可能な部品上に配置することができる。この実施形態によれば、弁体は、この部品が第２の弁部品に向かう方向又は離れる方向に移動したときに、弁座に向かう方向又は離れる方向に移動し、それによって上述のように開口度を制御する。

実質的に直線的に移動可能な部品の運動は、サーモスタット弁を含むアクチュエータによる駆動によって行わせることができる。或いは、実質的に直線的に移動可能な部品は、ステップ・モータ、ソレノイド、又は他のいずれかの適切な手段によって駆動することができる。アクチュエータは、各々の弁座／弁体の対の開口度を同時に制御するように配置されることが好ましい。

さらに別の実施形態によれば、第１の弁部品は、各々が弁座に対して移動可能に配置された複数の弁体を含むことができ、各々の弁体／弁座の対は、出口開口部への液体媒体の流れを制御するように配置され、第２の弁部品はカムシャフトを含み、このカムシャフトは、そのカムシャフトの位置が弁体と弁座との相対的位置を決定するような形態で弁体に当接するように配置される。この実施形態によれば、カムシャフトと弁体との間の相対的位置が弁座に対する弁体の位置を決定し、それによって、弁体／弁座の対によって定まる各々の弁の開口度が決定される。カムシャフトは、複数のカム、突出部等を含むことができ、例えば弁体ごとに１つのカム／突出部を含むことができ、カムシャフトの位置が、弁体と対応するカム／突出部との間の相対的位置を決定するようにすることができる。

カムシャフトは、弁体に対して回転方向に移動可能とすることができる。この実施形態によれば、カムシャフトは、有利な形態としては、カムシャフトの中心軸線から、弁体に当接するように配置されたカムシャフトの表面部分までの距離が、カムシャフトの角度位置に応じて決まるような形状とすることができる。この場合、カムシャフトの回転が、カムシャフトの中心軸線と、カムシャフトと弁体との間の当接点との間の距離を変化させるので、弁体はそれに対応して移動することになる。その結果として、弁体は弁座に対して移動し、それによって開口度が調整され、その結果、液体媒体の流れが制御される。

代替的に又は付加的に、カムシャフトは、弁体に対して並進的に移動可能とすることができる。上記の状況と同様に、カムシャフトは、例えば軸線方向に沿ったカムシャフトの並進運動が、カムシャフトの中心軸線と、カムシャフトが弁体に当たる当接点との間の距離を変化させ、弁体をそれに対応して移動させるような形状とすることができる。

カムシャフトの運動は、サーモスタット弁を含むアクチュエータによって駆動することができる。或いは、カムシャフトは、ステップ・モータ、ソレノイド、又はその他のいずれかの適切な手段によって駆動することができる。アクチュエータは、好ましくは、各々の弁座／弁体の対の開口度を同時に制御するように配置される。

カムシャフトは、弁座／弁体の対のうちの少なくとも１つが対応する流路への液体の流れを妨げるようになる位置まで移動可能とすることができる。好ましい実施形態においては、カムシャフトは、回転させることによって並列的な出口開口部の各々への流体媒体の流れを同時に制御すること、すなわち、通常の動作を行うことができ、かつ、カムシャフトは、並進運動させることによって、出口開口部の少なくとも１つへの流体の流れを妨げる位置にカムシャフトを移動させることができる。上述のように、このような位置を用いて、冷凍能力を増大させることなく除湿効果を増大させることができる。

膨張弁は、第１の弁部品と第２の弁部品とを、相対運動を生じさせるように駆動して、少なくとも２つの出口開口部の各々への流体の流れがそれによって同時に制御されるようにするアクチュエータをさらに含むことができる。この実施形態によれば、第１の弁部品と第２の弁部品との相対運動を生じさせる駆動を行うために、単一のアクチュエータを使用する。この運動が、出口開口部の各々に送出される流体の流れを同時に調整又は制御することになる。弁体が相対的に回転する円板である場合には、アクチュエータが円板の１つを回転させ、それによって円板に形成された対応する開口部間の重なりの度合いを同時に調整するようにすることによって、これを達成することができる。弁体が弁座／弁体の対を含む場合には、弁座の各々又は弁体の各々を同時に移動させて、各々の弁座／弁体の対の開口度を同時に調整するように、アクチュエータを配置することによって、これを達成することができる。

本発明の第２の態様によれば、上記の及び他の目的は、
−少なくとも１つの圧縮機と、
−少なくとも１つの凝縮器と、
−冷凍システムの冷媒の流路に沿って並列に配置された少なくとも２つの蒸発器と、
−本発明の第１の態様による膨張弁と、
を含み、該膨張弁の少なくとも２つの出口開口部の各々が蒸発器のうちの１つに冷媒を送出するような配置となるように該膨張弁が配置された冷凍システムを提供することによって達成される。

当業者であれば、本発明の第１の態様と組み合わせて説明されたいずれの特徴も本発明の第２の態様と組み合わせることができ、逆もまた同様であることを容易に認識するであろうことに留意されたい。

冷凍システムは、１つの圧縮機のみを含むものとすることができる。或いは、冷凍システムは、例えば圧縮機ラック内に配置された、２つ又はそれ以上の圧縮機を含むものとすることができる。
冷凍システムは、空調システムとすることができる。或いは、これは、スーパーマーケットにおいて冷却用什器又はフリーザに用いられる種類の冷凍システムとすることができる。

ここで、添付の図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態による膨張弁を切断して示す斜視図である。 図１の膨張弁のための第１の弁部品及び第２の弁部品の斜視図である。 第１の相対的位置における図２の弁部品の斜視図である。 第２の相対的位置における図２の弁部品の斜視図である。 第３の相対的位置における図２の弁部品の斜視図である。 弁部品が円形の開口部を含む場合における図１の膨張弁のための弁部品間の移動順序を示す。 弁部品の一方が三角形の開口部を含む場合における図１の膨張弁のための弁部品間の移動順序を示す。 弁部品の一方が涙形の開口部を含む場合における図１の膨張弁のための弁部品間の移動順序を示す。 図６−図８の弁部品について、第１の弁部品と第２の弁部品との間の回転角の関数としての開口度を比較するグラフである。 本発明の第２の実施形態による膨張弁を切断して示す斜視図である。 第１の相対的位置における図１０の膨張弁の弁部品の斜視図である。 第２の相対的位置における図１０の膨張弁の弁部品の斜視図である。 第３の相対的位置における図１０の膨張弁の弁部品の斜視図である。 開位置にある本発明の第３の実施形態による膨張弁を切断して示す斜視図である。 図１４の膨張弁の詳細を示す。 閉位置における図１４の膨張弁を示す。 図１４−図１６の膨張弁に用いるためのカムシャフトの斜視図である。 開位置にある本発明の第４の実施形態による膨張弁を切断して示す斜視図である。 図１８の膨張弁の詳細を示す。 閉位置における図１８の膨張弁を示す。 幾つかの出口開口部への流体の流れが妨げられる位置における図１８−図２０の膨張弁を示す。

図１は、本発明の第１の実施形態による膨張弁１を切断して示す斜視図である。膨張弁１は、液体状態の流体媒体を受け入れ用に構成した入口開口部２を含む。従って、入口開口部２は、液体状態の流体媒体の供給源に接続可能である。膨張弁１は、流体的に並列に配置された４つの出口開口部３をさらに含み、そのうちの３つが図示されている。

膨張弁１は、オリフィス円板５と分配器円板７とを含む分配器４をさらに含み、オリフィス円板５には４つの開口部６が設けられ、そのうちの３つが図示されており、分配器円板７には６つの開口部８が設けられ、そのうちの４つが図示されている。オリフィス円板５は、開口部６の各々が出口開口部３に対応する位置に配置されて、出口開口部３に固定的に取り付けられる。分配器円板７は、矢印１０で示されるように、オリフィス円板５及び膨張弁１のハウジング９に対して回転可能に配設される。これによって、分配器円板７に設けられた開口部８は、オリフィス円板５に設けられた開口部６に対して回転方向に移動可能であり、オリフィス円板５と分配器円板７との相対的回転角度位置が、開口部６と開口部８との間の相互の重なりを定める。図１においては、分配器円板７は、分配器円板７の開口部８のうちの４つがオリフィス円板５の４つの開口部６と完全に重なる回転角度位置に配置されている。従って、膨張弁１の開口度は可能な限り最大になり、流体媒体は、入口開口部２からハウジング９と分配器円板７との間に形成された容積１１を通って出口開口部３の各々へと、可能な最大限度まで流れる得る。

図２は、図１の膨張弁１で用いるための、オリフィス円板５及び分配器円板７の形態の２つの弁部品の斜視図を示す。円板５、７内に設けられた開口部６、８の位置が明確にわかる。

図３は、図１の膨張弁１で用いるための分配器４の斜視図である。より詳細には、図３は、膨張弁１内に取り付けられる状態における通常の位置である相対的配置にされた、オリフィス円板５及び分配器円板７を示す。図３において、オリフィス円板５と分配器円板７との間の相対的回転角度位置は、図１に示された相対的回転角度位置と同一である。従って、開口部８ａの各々は、開口部８ａとオリフィス円板５に設けられた開口部６のうちの１つとの間で完全な重なりが得られ、それによって、膨張弁１が上述のように完全に開放状態になるように配置される。しかしながら、開口部８ｂは両方とも、オリフィス円板５の開口部６のうちのどれとも重ならない回転角度位置に配置されており、従って、流体媒体はこれらの開口部を通過することができない。開口部８ｂの機能については、さらに後述する。

図４は、図３の分配器４の斜視図である。図４において、分配器円板７は、図３に示された状況と比較して、オリフィス円板５に対して僅かに回転している。開口部８ａは依然として、開口部８ａの各々とオリフィス円板５内に形成された対応する開口部６との間の重なりが形成される回転角度位置に配置されている。しかしながら、図４において形成された重なりは完全ではないので、その結果生じる、流体媒体が通過できる開口部は、図３に示された状況の場合よりも遥かに小さい。従って、膨張弁１の開口度はより小さい。開口部８ｂは依然として、オリフィス円板５内に設けられた開口部６との重なりを形成しない回転角度位置に配置されている。

図５は、図３及び図４の分配器４の斜視図である。図５において、分配器円板７は、開口部８ｂの各々がオリフィス円板５内に設けられた開口部６ａの１つに完全に重なる回転角度位置に回転している。しかしながら、２つの開口部６ａだけが、対応する開口部８ｂと重なる。従って、図５に示された状況において、流体媒体は、対応する開口部６ａに接続された２つの出口開口部だけに流れることができ、開口部６ｂに接続された出口開口部への流体媒体の流れは妨げられる。上述のように、分配器４がこの位置にあり、膨張弁１が空調システム内に配置される場合には、冷凍能力を増大させることなく冷凍容積の除湿効果の増大を達成することができる。

図６は、オリフィス円板５と分配器円板７との間の移動の順序を示す。オリフィス円板５と分配器円板７にそれぞれ設けられた開口部６、８は、両方とも円形の形状を有する。図６において、分配器円板７は、開口部６、８が重ならない位置から、開口部６、８が重なり始める位置に向かって回転し、重なりは開口部６、８が完全に重なるまで増大し、さらに、開口部６、８が重ならなくなるまで、重なりが減少するように回転し続ける。

図７もまた、図６の移動順序と同様の、オリフィス円板５と分配器円板７との間の移動の順序を示す。しかしながら、図７においては、オリフィス円板５に設けられた開口部６は三角形の形状を有し、分配器円板７に形成された開口部８は図６の場合と同様に円形である。その結果として、開口部６と開口部８との間の完全な重なりは不可能である。しかしながら、移動順序の間に、分配器円板７は、開口部６と８とが重ならない位置から、最大の重なりが得られる位置に向かって回転し、さらに、開口部６、８が重ならなくなるまで、重なりが減少するように回転し続ける。

図８もまた、図６及び図７の移動順序と同様の、オリフィス円板５と分配器円板７との間の移動順序を示す。しかしながら、図８においては、オリフィス円板５に設けられた開口部６は涙形の形状を有し、分配器円板７に設けられた開口部８は円形の形状を有する。これ以外は、図８に示される移動順序は、上述の図６及び図７の移動順序と同様である。
図６−図８に示される移動順序の各々において、オリフィス円板５と分配器円板７との間の特定の相対的回転角度位置に対応する開口部６、８間の重なりは、開口部６、８の形状によって定まる。それゆえ、特定の相対的回転角度位置に対応する膨張弁の開口度もまた、開口部６、８の形状によって定まる。

図９は、図６−図８に対応するオリフィス円板５と分配器円板７との間の回転角の関数としての開口度を示すグラフである。グラフ１１は図６に対応し、すなわち、両方の開口部６、８は円形の形状を有し、グラフ１２は図７に対応し、すなわち、開口部６は三角形の形状を有し、グラフ１３は図８に対応し、すなわち、開口部６は涙形の形状を有する。図９から、所与の回転角に対応する開口度は、開口部６の３つの異なる形状ごとに顕著に異なることが明らかである。従って、開口部６、８の形状を注意深く設計することによって、回転角と開口度との間の所望の対応関係を得ることが可能である。これによって、膨張弁の開口度を所望の形で容易に制御することが可能になる。

図１０は、本発明の第２の実施形態による膨張弁１を切断して示す斜視図である。図１に示された実施形態と同様に、図１０の膨張弁１は、入口開口部２と、そのうちの３つが図示された４つの出口開口部３とを含み、出口開口部３は、流体的に並列に配置される。

膨張弁１は、４つの弁座１３が形成されたオリフィス板１２を含む分配器４をさらに含み、４つの弁座のうちの３つが図示されている。弁座１３の各々は、出口開口部３のうちの１つと流体接続されるように配置される。

分配器４は、４つの弁体１５が配置された可動円板１４をさらに含む。弁体１５のうちの２つが、図１０に示されている。弁体１５の各々は、弁座１３の位置に対応する位置に配置される。従って、各々の弁座１３／弁体１５の対が、出口開口部３への流体の流れを制御するように配置された弁を形成する。

可動円板１４はアクチュエータ１６に接続され、アクチュエータ１６は、作動させられたとき、矢印１７によって示された方向に沿って可動円板１４に実質的に直線的な運動を生じさせる。可動円板１４がオリフィス板１２に向かう方向に移動すると、弁体１５の各々は対応する弁座１３の方向に移動し、それによって弁座１３／弁体１５の対によって構成される弁の開口度が減少する。同様に、可動円板１４が反対方向、すなわちオリフィス板１２から離れる方向に移動すると、弁体１５の各々は対応する弁座１３から離れる方向に移動し、それによって弁の開口度が増大する。図１０において、可動円板１４は可能な限りオリフィス板１２から離れて配置されているので、可動円板１４は、膨張弁１の最大可能開口度を定める位置にある。この位置においては、弁座１３を介してオリフィス板１２を通る流体媒体の実質的に自由な通過が許されることが明らかである。

図１１は、図１０の膨張弁１の一部を示す。図１１において、膨張弁１は閉位置で示されている。従って、可動円板１４は、オリフィス板１２に対し可能な限り近くに配置されている。弁体１５の各々は、対応する弁座１３に対して、弁座１３を通る流体媒体の流れが実質的に妨げられるように配置されていることがわかる。

図１２は、図１０の膨張弁１の一部を示す。図１２において、膨張弁１は、流量が制限される位置で示されている。従って、可動円板１４は、完全に開放された膨張弁１と、完全に閉鎖された膨張弁１とを定める両極端の位置の間に配置されている。弁体１５の各々は、対応する弁座１３に対して、弁座１３を通過できる流体媒体の流れが制限されるように配置されていることがわかる。

図１３は、図１０の膨張弁１の一部を示す。図１３において、膨張弁１は、図１０に示された状況と同じく全開の位置で示される。

図１４は、本発明の第３の実施形態による膨張弁１を切断して示す斜視図である。図１４の膨張弁１は、液体状態の流体媒体を受け入れるようになった入口開口部２を含む。従って、入口開口部２は、液体状態の流体媒体の供給源に接続可能である。膨張弁１は、流体的に並列に配置された６つの出口開口部３をさらに備える。

膨張弁１は、カムシャフト１８と、各々が出口開口部３に流体接続された６つの弁座１３／弁体１５の対とを含む、分配器４をさらに備える。カムシャフト１８は、弁体１５に当接するように配置され、弁体１５の各々はカムシャフト１８の方向に付勢され、それによってカムシャフト１８と弁体１５との間の密接な当接が保証される。

カムシャフト１８は、中心軸線１９の周りに回転可能に配置される。このカムシャフト１８は、該カムシャフト１８の断面の半径が中心軸線１９に対する回転角度位置の関数として変化するような形状とされる。このことは、特に、主カム２０に対応する位置において半径が急激に変化することから明らかである。このように、中心軸線１９から弁体１５に当接するカムシャフト１８の外面の一部までの距離は、中心軸線１９の周りのカムシャフト１８の回転角度位置に応じて決まる。従って、弁座１３に対する弁体１５の位置もまた、カムシャフト１８の回転角度位置によって決定される。

図１４において、膨張弁１は、開位置で、すなわち、カムシャフト１８が、中心軸線１９と弁体１５に当接するカムシャフト１８の部分との間で最大可能距離を定める回転角度位置に配置された状態で示されている。それによって、弁体１５は、出口開口部３に向かい弁座１３から離れる方向に最大限可能な限度まで押されるので、最大限の流体媒体の流れが弁座１３を通って出口開口部３に向かうことが可能になる。
カムシャフト１８は、アクチュエータ２１によって回転させられる。

図１５は、図１４の膨張弁１の詳細である。矢印２２は、カムシャフト１８が中心軸線１９の周りで回転運動を行うことができることを示す。弁体１５は、弁座１３に対して、出口開口部３に向かう流体媒体の最大の流れが許されるように配置されていることが明らかにわかる。

図１６は、閉位置における図１４の膨張弁１を示す。カムシャフト１８は、中心軸線１９と弁体１５に当接するカムシャフト１８の外面の部分との間の距離が図１４及び図１５の場合より小さくなるような位置に回転していることがわかる。これは、弁体１５が、弁座１３に対して、出口開口部３に向かう流体の流れが実質的に妨げられるように配置された結果であることもわかる。

図１７は、図１４−図１６の膨張弁１に用いることができるカムシャフト１８を示す。図１４−図１６を参照して上で説明された主カム２０は、弁体１５がそれぞれの弁座１３に対して同様の位置に配置されることを保証するものであるが、図１７に示されたカムシャフト１８には、この主カム２０以外に、主カム２０の位置とは実質的に反対の位置に配置された３つの付加的なカム２３が設けられている。この付加的なカム２３は、カムシャフト１８が図１４−図１６に示される膨張弁１の中に配置されたときに、３つの付加的なカム２３の各々が弁体１５に当接する位置までカムシャフト１８を回転させることができるように配置される。これによって、付加的なカム２３に当接する３つの弁体１５は、対応する出口開口部３に向かう方向に押されるので、流体媒体はこれらの３つの出口開口部３に向かって流れることができ、その一方で、残りの３つの弁体１５は、対応する出口開口部３に向かう流体媒体の流れが妨げられる位置に維持される。このように、カムシャフト１８がこの位置にあるときには、出口開口部３のうちの幾つかに向かう流体媒体の流れは許容され、残りの出口開口部３に向かう流れは妨げられる。上述のように、これにより冷凍能力を増大させることなく除湿効果の増大を達成することができる状況が得られる。

図１８は、本発明の第４の実施形態による膨張弁１を切断して示す斜視図である。膨張弁１は、入口開口部２と、流体的に並列に配置された６つの出口開口部３とを含む。

膨張弁１は、カムシャフト１８と各々が出口開口部３に流体接続された６つの弁座１３／弁体１５の対とを含む分配器４を、さらに含む。カムシャフト１８は、弁体１５に当接するように配置され、弁体１５の各々はカムシャフト１８の方向に付勢され、それによってカムシャフト１８と弁体１５との間の密接な当接が保証される。

カムシャフト１８は、直線的に移動可能であり、カムシャフト１８の中心軸線（図示せず）から弁体１５に当接するカムシャフト１８の外面までの距離は、中心軸線の長さに沿った並進位置に応じて決まる。従って、カムシャフト１８を直線的に移動させることで、弁体１５を弁座１３に対して移動させ、これによって、図１４−１６を参照して上で説明された状況と同様に膨張弁１の開口度を変化させることができる。
カムシャフト１８は、アクチュエータ２４によって移動させられる。

図１８において、膨張弁１は、開位置で示されている。
図１９は、図１８の膨張弁１の詳細である。流体媒体の最大の流れが出口開口部３に向かって流れることができるように弁体１５が弁座１３に対して配置される並進位置に、カムシャフト１８が配置されていることが明らかである。

図２０は、図１８の膨張弁１を示す。図２０において、カムシャフト１８は、出口開口部３の各々に向かう流体媒体の流れが妨げられるように弁体１５の各々を対応する弁座１３に対して位置させる位置に移動している。従って、膨張弁１は、閉位置にある。

図２１は、図１８−図２０の膨張弁を示す。図２１において、カムシャフト１８は、対応する出口開口部３に向かう流体媒体の流れが許されるように３つの弁体１５ａが対応する弁座１３に対して配置される位置まで移動している。同時に、残りの３つの弁体１５ｂは、対応する出口開口部３に向かう流体媒体の流れが妨げられるように、対応する弁座１３に対して配置される。上述のように、これにより冷凍能力を増大させることなく除湿効果の増大を達成することができる状況がもたらされる。

１ 膨張弁； ２ 入口開口部； ３ 出口開口部； ４ 分配器；
５ オリフィス円板； ６、８ 開口部； ７ 分配器円板； ９ ハウジング；
１２ オリフィス板； １３ 弁座； １４ 可動円板； １５ 弁体；
１６、２１、２４ アクチュエータ； １８ カムシャフト； １９ 中心軸線；
２０、２３ カム。

Claims (4)

1. 液体状態の流体媒体を受け入れるようになった入口開口部と、
   前記入口開口部に流体接続された入口部分を含み、該入口開口部から受け入れた流体媒体を少なくとも２つの並列流路に分配するように配置された分配器と、
   各々が流体媒体を少なくとも部分的に気体状態で送出するようになっており、各々が前記並列流路のうちの１つに流体接続されている、少なくとも２つの出口開口部と、
   相対的位置によって膨張弁の開口度が決定されるように、相対的に移動可能に配置された、第１の弁部品及び第２の弁部品とを備え、
   前記第１の弁部品が複数の弁座を含み、前記第２の弁部品が複数の弁体を含み、前記弁座と前記弁体とが対をなし、前記弁体は、同時に一体に動作可能で、前記弁座に向かう方向及びそこから離れる方向に直線的に移動し、弁部品は別々の弁を構成し、前記出口開口部への流体媒体の流れを制御するように配置された複数の弁を形成することを特徴とする膨張弁。
2. 前記流体媒体が、冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記膨張弁の開口度と、前記第１の弁部品と前記第２の弁部品との相対的位置との間の対応関係は、該第１の弁部品の幾何学的形状及び／又は該第２の弁部品の幾何学的形状によって定められることを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁。
4. 冷凍システムであって、
   少なくとも１つの圧縮機と、
   少なくとも１つの凝縮器と、
   前記冷凍システムの冷媒の流路に沿って並列に配置された少なくとも２つの蒸発器と、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の膨張弁と、
   を備え、前記膨張弁は、少なくとも２つの出口開口部の各々が前記蒸発器のうちの１つに冷媒を送出するように配置されたことを特徴とする冷凍システム。

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