JP6738192B2 - 流体回路用接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体回路の隣接する２つの部分の流体的な接続が許容される第１の動作状態と、前記流体回路からの流体を流出させることなく前記流体回路の隣接する２つの部分の分離が許容される第２の動作状態とに切り替え可能な流体回路用接続装置に関する。ここで、２つの前記流体回路部の接続操作及び分離操作は、負荷の下でも、すなわち、２つの前記流体回路部のうち少なくとも一方が圧力下の流体を含んでいても実行することができる。

添付の独立請求項１の前段部分に係る流体回路用接続装置は米国特許第３，２９１，１５２号（特許文献１）により既知である。

前述した種類の流体回路用接続装置は一般に頭文字ＳＳＱＤ(“Self-Sealing Quick Disconnect”)で知られている。既知のＳＳＱＤ装置には、分離操作中に確実に閉塞部材を閉じておくために、典型的には機械バネが使用されており、それによって分離される２つの前記流体回路部から外部への流体の流出を防ぐことができる。これらの既知の装置には多数の欠点がある。まず、第１に、２つの前記流体回路部が接続されるとすぐに、前記流体回路内を伝播する圧力波（いわゆる水撃）が発生する。前記圧力波が、過大圧力状態に特に敏感な前記流体回路の構成要素に損傷を与えうる危険を避けるために、例えば、流体回路部内の圧力ピークを吸収するために配置される蓄圧器の導入といった適切な対応措置を採用する必要がある。更に、前記既知の接続装置は、重く、大型であり、構造的に複雑であり、また、それゆえに例えば宇宙産業といった大変特殊な用途に使用が限られる程度に特に高額である。

高温物体から熱を受け取るために配置された蒸発器と、低温物体に熱を伝えるために配置された凝縮器と、蒸発器から凝縮器へと気相の作動流体が流れる第１の導管と、凝縮器から蒸発器へと液相の作動流体が流れる第２の導管とを有する二相流体回路が米国特許公開第２０１５／０１１４６０７号（特許文献２）によって開示されている。更に、前記二相流体回路は、凝縮器の上流及び下流にそれぞれ配置された一対の第１の温度式膨張弁を有する。前記一対の第１の温度式膨張弁は、凝縮器を流れる作動流体の温度に応じて、流体回路中の作動流体の流れを防止もしくは許容するように構成されている。前記二相流体回路は、同様に、蒸発器の上流及び下流にそれぞれ配置された一対の第２の温度式膨張弁をも有する。前記一対の第２の温度式膨張弁は、蒸発器を流れる作動流体の温度に応じて、流体回路中の作動流体の流れを防止もしくは許容するように構成されている。２つの前記第１の（及び／又は前記第２の）温度式膨張弁が閉弁状態であるとき、前記流体回路全体を空にする必要なしに、前記温度式膨張弁の間に挟まれた前記回路部を分離することができる。例えば、前記凝集器（及び／又は蒸発器）を交換することができる。しかしながら、この既知の解決方法によって、２つの前記第１の（又は第２の）温度式膨張弁をそれらの間に挟まれた前記回路部から分離すると、前記回路部に含まれる前記作動流体の流出が引き起こされる。前記作動流体が例えば、有毒な流体、反応的な流体、又は非常に高温な流体といった危険な流体の場合、前記作動流体の前記回路部からの流出は避けるべきある。それゆえに、この既知の解決方法は、前記回路からの流体の流出なしに２つの隣接する回路部の分離を許容することができない。

米国特許第３，２９１，１５２号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０１１４６０７号明細書

本発明の目的は、前述した先行技術の欠点に影響されない、言い換えれば、２つの前記回路部の接続による前記回路内での圧力ピークの形成を完全に避け、既知のＳＳＱＤ装置と比較してより軽量で、より小型で、より構造的に単純で、より安価であり、また、前記回路から流体を流出させることなく２つの前記回路部を分離することができる流体回路用接続装置を提供することである。

本発明によれば、前記目的及びその他の目的は添付の独立請求項１に示す特徴を有する前記流体回路用接続装置によって完全に達成される。

本発明の更なる有利な特徴は従属請求項によって規定され、前記従属請求項の主題は、以下の説明の全体又は統合をなすものとして理解できる。

要するに、本発明は、分離可能なように互いに直接接続されている２つの温度式膨張弁を備え、個々の前記温度式膨張弁は、各流体回路部の一端に接続されるように構成されていると共に、前記温度式膨張弁で検出された流体の温度に応じて、前記温度式膨張弁を通じた流体の流れを許容する開弁状態と流体の流れを防止する閉弁状態とに切り替えることが可能である、接続装置を提供するという思想に基づく。前記装置を通過する流体の流れを許容もしくは防止するために温度式膨張弁を使用することによって、単純な設計を有し、軽量であり、大きくなく、高価でなく、従って、大規模使用に適している装置を提供することが可能になる。

本発明に係る一実施形態によると、２つの前記温度式膨張弁は、流体の温度が既定の閾値を下回ったとき、閉弁状態に切り替わるように構成されており、これにより、２つの前記流体回路部の分離は許容される。また、本発明の代案の実施形態によると、２つの前記温度式膨張弁は、流体の温度が既定の閾値を上回ったとき、閉弁状態に切り替わるように構成されており、これにより、２つの前記流体回路部の分離は許容される。

好ましくは、２つの前記温度式膨張弁はそれぞれ管状のケースを有しており、前記ケースは、第１の端部でそれぞれ前記流体回路部に接続され、第２の端部、すなわち、第１の端部と対向する端部で他方の前記温度式膨張弁のケースに接続されるように構成されており、前記第２の端部において、貫通開口を画定する弁座と、前記貫通開口を通過する流量を制御するために前記弁座に対して移動可能な閉塞部材と、流体の温度に応じて前記貫通開口を開閉するために前記閉塞部材の動作を制御するための感温制御手段と、を備える。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面を参照した単なる非限定的な例を通じて得られる以下の詳細な説明より明らかになる。

本発明の第１実施形態に係る接続装置の斜視図。 接続装置の正面図。 接続装置の開弁状態における軸方向断面図。 接続装置の閉弁状態における軸方向断面図。 本発明の第２実施形態に係る接続装置の開弁状態における軸方向断面図。 本発明の第２実施形態に係る接続装置の閉弁状態における軸方向断面図。 本発明の第３実施形態に係る接続装置の軸方向断面図。

まず、図１〜４を参照すると、本発明の第１実施形態に係る流体回路用接続装置（以下、単に装置という）を符号１０で示す。装置１０は、それぞれＣ及びＣ’で示される２つの隣接する流体回路部を、流体的に接続することを意図している。また、装置１０は、２つの前記流体回路部のうち少なくとも一方が圧力下の流体を含んでいても、流体回路から流体を流出させることなく、２つの流体回路部Ｃ，Ｃ’を分離することができるように構成されている。

装置１０は、それぞれ符号１２，１２’で示された一対の温度式膨張弁を備えている。温度式膨張弁１２は、第１の流体回路部Ｃの一端に、例えばネジ（図示せず）を用いて接続されており、温度式膨張弁１２’は、第２の流体回路部Ｃ’の一端に、例えばネジ（図示せず）を用いて接続されている。また、温度式膨張弁１２，１２’は、例えばネジ（図示せず）を用いて分離可能なように互いに直接接続されている。温度式膨張弁１２，１２’は、前記温度式膨張弁で検出された流体の温度に応じて、開弁状態（図３で示す）と閉弁状態（図４で示す）とに切り替えることができる。ここで、温度式膨張弁１２、１２’の開弁状態と閉弁状態はそれぞれ、装置１０を通して流体の流れを許容し、流体の流れを防止する。特に、図３及び図４で示される実施形態では、温度式膨張弁１２、１２’は、流体が動作温度にあるときに共に開弁状態にあり、流体の温度が既定の閾値より低くなったとき、閉弁状態に切り替わるように構成されている。ここで、前記閾値は動作温度より低い（最高でも動作温度と等しい）温度である。

図示の実施形態では、２つの温度式膨張弁１２，１２’は、好ましくは、互いに同一である。２つの温度式膨張弁１２，１２’で対応する部材及び要素については同一の参照符号を付し、温度式膨張弁１２’についてはカンマを付して示す。

温度式膨張弁１２，１２’は、長手方向軸ｘに沿って延伸する管状のケース１４，１４’をそれぞれ備えている。ケース１４，１４’は、対向する軸端部の一方、言い換えれば、温度式膨張弁１２，１２’が流体回路部Ｃ，Ｃ’とそれぞれ接続している端部において、流体の流れを許容する多数の開口１７，１７’を備える壁１５，１５’によって閉じられている。ケース１４，１４’の一方の軸端には、流体回路部Ｃ，Ｃ’と各々接続するための第１の取り付けフランジ１６，１６’が形成されており、他方の軸端には、装置１０の他方温度式膨張弁１２’，１２のケース１４’，１４と接続するための第２の取り付けフランジ１８、１８’が形成されている。ケース１４，１４’は、前記第２の軸端に流体の流れを許容する貫通開口２２，２２’を画定する弁座２０，２０’を備えている。貫通開口２２，２２’を通過する流量は、閉塞部材２４，２４’によって制御される。開弁状態の温度式膨張弁では、図３に示されるように、閉塞部材２４，２４’は弁座２０，２０’から離間しており、これにより貫通開口２２，２２’を通じた流体の流れが許容される。一方で、閉弁状態の温度式膨張弁では、図４に示されるように、閉塞部材２４，２４’は弁座２０，２０’に着座しており、これにより貫通開口２２，２２’を通過する流体の流れが防止される。

温度式膨張弁１２，１２’は更に、温度式膨張弁において検出された流体の温度に応じて、開弁状態と閉弁状態との間の閉塞部材２４，２４’の動作を制御するために、閉塞部材２４，２４’と関連をもって動作する感温制御手段をそれぞれ有する。本実施形態では、閉塞部材２４，２４’は、温度式膨張弁において検出された流体の温度が前述の閾値より低くなった場合に、開弁状態から閉弁状態へと移動し、逆方向の動作、言い換えれば、閉弁状態から開弁状態への移動は、温度式膨張弁において検出された流体の温度が前述の閾値を超えた場合に起きる。ここで提案する実施形態では、前記制御手段は、長手方向軸ｘに沿って延伸可能であり、一端で閉塞部材２４，２４’に、他端で壁１５，１５’に固定されているベロー２６，２６’によって形成される。ベロー２６，２６’には気体もしくは液体が密封状態で充填されており、装置１０中を流れる流体の温度が上昇したとき、ベロー２６，２６’は膨張し、伸長する。一方で、装置１０中を流れる流体の温度が低下したとき、ベロー２６，２６’は収縮し、短縮する。温度式膨張弁１２，１２’のベロー２６，２６’が伸長することによって、それぞれの閉塞部材２４，２４’は各々弁座２０，２０’から離間し、これにより装置１０を通じた流体の流れが許容される。反対に、温度式膨張弁１２，１２’のベロー２６，２６’が短縮することによって、それぞれの閉塞部材２４，２４’は、貫通開口２２，２２’が完全に閉じるまで、各々弁座２０，２０’に近接する方向に動く。一度貫通開口２２，２２’が閉じ、装置１０を通じた流体の流れが遮断されると温度式膨張弁１２，１２’のケース１４，１４’及び流体回路部Ｃ，Ｃ’は、流体回路部Ｃ，Ｃ’から流体を流出させることなく、互いに分離することができる。

本発明の代案の実施形態を図５及び図６に示す。ここで、図３及び図４の部品及び要素に対応する部品及び要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態と図３及び図４での実施形態の相違点は、実質的には、温度式膨張弁１２、１２’が、流体が動作温度にあるとき開弁状態にあり、流体温度が、動作温度より高い（最低でも動作温度と等しい）温度である既定の閾値を超えたとき、閉弁状態に切り替わるように構成されている点のみである。従ってこの実施形態では、流体の温度が上昇し、温度式膨張弁１２，１２’のベロー２６，２６’が伸長することによって、閉塞部材２４，２４’は弁座２０，２０’に近接する方向に動き、貫通開口２２，２２’は閉塞される。一方で、流体温度が低下し、ベロー２６，２６’が短縮することによって、閉塞部材２４，２４’は弁座２０，２０’から離間し、貫通開口２２，２２’を通じた流体の流れが許容される。従って、この実施形態でも同様に、流体温度が前述の閾値を超えることで、一度貫通開口２２，２２’が閉じ、装置１０を通過する流体の流れが遮断されると、温度式膨張弁１２，１２’のケース１４，１４’及び流体回路部Ｃ，Ｃ’は、流体回路部Ｃ，Ｃ’から流体を流出させることなく、互いに分離することができる。

最後に、図７を参照すると、前述した図中の部品及び要素に対応する部品及び要素には同一の参照符号を付してある。本実施形態でも、制御手段はベローによって形成されており、装置１０を形成する２つの温度式膨張弁１２，１２’の壁１５，１５’は、各々穴部２８，２８’をそれぞれ有していてもよい。穴部２８，２８’はそれぞれベロー２６，２６’と連通しており、ベロー２６，２６’の加圧及び減圧を許容するために、スプリング式弁（それ自体既知であり図示せず）を備えている。

本発明に係る接続装置によって得られる利点は以上の説明から明らかである。前記接続装置は単純な構造を有し、高価でなく、軽量であり、大型でなく、従って大規模使用に極めて好適である。更に、温度式膨張弁の閉塞部材の開弁状態から閉弁状態への動作、もしくは、逆方向の動作は急激にではなく緩やかに作用することから、前記装置では２つの流体回路部を接続する操作中の圧力波の発生を回避することができる。最後に、本発明に係る接続装置により、流体回路から流体を流出させることなく、２つの隣接する流体回路部の分離が可能であり、これは、特に、有害な流体を扱う場合において有効である。

当然のことながら、本発明の原理が変わらない範囲において、実施形態や細部の構造は、単なる非限定的な例によって説明し図示されたものから広範に変更してもよい。

Ｃ，Ｃ’ 流体回路部
１０ 流体回路用接続装置
１２，１２’ 温度式膨張弁
１４，１４’ ケース
１５，１５’ 壁
１６，１６’ 第１の取り付けフランジ
１７，１７’ 開口
１８，１８’ 第２の取り付けフランジ
２０，２０’ 弁座
２２，２２’ 貫通開口
２４，２４’ 閉塞部材
２６，２６’ ベロー
２８，２８’ 穴部

Claims (6)

1. 隣接する２つの流体回路部（Ｃ，Ｃ’）を流体的に接続するために配置され、必要であれば、前記流体回路部から流体を流出させることなく負荷状態の２つの流体回路部（Ｃ，Ｃ’）を分離することを許容する流体回路用接続装置（１０）であって、
   分離可能なように互いに直接接続されている２つの温度式膨張弁（１２，１２’）を備え、個々の前記温度式膨張弁（１２，１２’）は、各流体回路部（Ｃ，Ｃ’）の一端に接続されるように構成されると共に、流体の温度に応じて、流体の流れを許容する開弁状態と流体の流れを防止する閉弁状態とに切り替えることが可能であり、
   前記２つの温度式膨張弁（１２，１２’）はそれぞれ、
   第１の端部で各々流体回路部（Ｃ，Ｃ’）と接続し、反対側の端部では他方の温度式膨張弁（１２’，１２）のケース（１４’，１４）と接続するように構成され、前記反対側の端部において貫通開口（２２，２２’）を画定する弁座（２０，２０’）を有する管状のケース（１４，１４’）と、
   前記貫通開口（２２，２２’）を流れる流量を制御するために前記弁座（２０，２０’）に対して移動可能な閉塞部材（２４，２４’）と、
   流体の温度に応じて前記貫通開口（２２，２２’）を開閉するために前記閉塞部材（２４，２４’）の動きを制御する感温制御手段（２６，２６’）と
   を備えることを特徴とする流体回路用接続装置（１０）。
2. 前記２つの温度式膨張弁（１２，１２’）は、流体の温度が既定の閾値を下回ったときに閉弁状態へ切り替わり、２つの前記流体回路部の分離を許容するように構成されている、請求項１に記載の流体回路用接続装置。
3. 前記２つの温度式膨張弁（１２，１２’）は、流体の温度が既定の閾値を上回ったときに閉弁状態へ切り替わり、２つの前記流体回路部の分離を許容するように構成されている、請求項１に記載の流体回路用接続装置。
4. 前記２つの温度式膨張弁（１２，１２’）は互いに同一である請求項１から３のいずれか１項に記載の流体回路用接続装置。
5. 前記感温制御手段（２６，２６’）は、気体もしくは液体が充填されたベロー（２６，２６’）を備え、
   前記ベロー（２６，２６’）は第1の端部で前記閉塞部材（２４，２４’）に固定され、反対側の端部で前記ケース（１４，１４’）に固定されており、流体温度の変化に起因する前記ベロー（２６，２６’）の体積の変化の結果、前記閉塞部材（２４，２４’）が前記弁座（２０，２０’）に対して動作する、請求項１に記載の流体回路用接続装置。
6. 個々の前記温度式膨張弁（１２，１２’）の前記ケース（１４，１４’）は穴部（２８，２８’）を有し、
   前記穴部（２８，２８’）は、それぞれの温度式膨張弁（１２，１２’）のベロー（２６，２６’）と連通すると共に、それぞれの温度式膨張弁（１２，１２’）のベロー（２６，２６’）の加圧及び減圧を許容するためのスプリング式弁をそれぞれ備えている、請求項５に記載の流体回路用接続装置。