JPH0226071B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体制御弁に関するものであり、特
に、往復動圧縮機で用いられるようなポート付プ
レート型流体制御弁に関するものである。

〔従来の技術〕

普通には、複数のこれらの弁を各圧縮機シリン
ダで用いる。すなわち、各シリンダの端には、多
数の入口弁と排出弁があることがある。一つの特
定の弁の寸法は、シリンダ内の利用できる空間に
非常に左右される。利用可能な空間の量は本質的
には、弁設計者に利用できるポート面積を指示す
る。設計者は、弁要素の寿命を減ずる可能性のあ
る高過ぎる揚程を用いる必要なくかなりの有効な
流れ面積という特性を有する弁構成を適用できる
ようにするのに十分な空間を持つのが望ましい。

設計者は、圧縮機の効率に関する多数の判断に
直面する。弁のポート位置決め、弁要素幾何学的
形状、ばね取付けおよび弁揚程は、弁設計に与え
られる最初の考慮事項の中の二、三のものであ
る。各々は、弁要素が開放位置にある間流れ伝達
過程の非能率から生ずる弁損失に影響を与える可
能性がある。弁損失は、弁が装着されている圧縮
機シリンダの性能に直接に影響を与える。圧縮機
製造者は、二、三の点の効率の差によつて注文を
とりそこなうという形で罰を受けることがあるの
で、できるだけ多く全体の損失および特に弁損失
を少なくすることが益々重要になりつつある。

シリンダの仕様が一旦確立されて終うと、弁設
計者は、いろいろな選択をしはじめることができ
る。そのような設計者は、多数の異なる弁座の幾
何学的形状の任意の一つを設計することが可能で
ある利用可能なポート領域に名前をつけることに
よつて着手する。弁座の幾何学的形状が一旦確立
されると、弁組立体の残部が解析されて詳細に設
計される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の開示は、弁を通る有効な流れを改良す
ることを達成するのに向けることのできる設計努
力の特定の面が何であるかを明らかにすることで
ある。

特に本発明の目的は、ポート付弁座、止め板、
前記弁座と止め板を平行に間隔を離して結合する
手段、および前記弁座と止め板との間に挿入され
るプレート型弁作用要素を備え、前記弁座、止め
板および弁作用要素が、(a)第１の流体入口帯域、
第２の流体出口帯域、および前記第１と第２の帯
域の中間の複数の別個の流体誘導帯域を定める第
１の手段と、(b)前記各帯域を流れる流体の事実上
なめらかな流れをもたらす第２の手段とを備えて
いるポート付プレート型流体制御弁を提供するこ
とである。

〔実施例〕

従来のポート付プレート型弁組立体１０の半分
の断面が第１図に示されている。図示のように、
弁座１２、弁板１４、緩衝板１６と１８および止
め板２０は、一連の流路“ａ”、“ｂ”、“ｃ”およ
び“ａ”を説明するための特定な方法で一線に揃
えて位置決めされている。弁座にあるポート２
２，２４，２６および２８ならびに前記止め板と
緩衝板にある対応するポートは、各場合ごとに、
実際には弧状になつており、“腎臓形”といわれ
ることが多い。これらのポートは、この組立体を
通る４流路“ａ”、“ｂ”、“ｃ”および“ｄ”を画
定する。三つの場合に、弁座１２にある流れポー
ト、すなわち、ポート２４，２６および２８は、
破線で分割されている。これは、組立体１０の中
の各帯域を通る流れ移送過程を取扱うときの基本
的仮定である。実際の移送過程を検討するため
に、各重要な帯域をローマ数字で名づけた。第１
図で名付けた特定の帯域は、 弁座への入口 シール環状部への入口 シール環状部 上昇領域 突出弁板開口部 止め板への入口 止め板からの出口 弁組立体１０の上部名称付き帯域の各々の幾何
学的形状の面積を系統的に計算することによつ
て、第２図に略図で示されているように帯域から
帯域への遷移を表すことが可能である。略図で示
されているように、組立体１０を通る流路“ａ”、
“ｂ”、“ｃ”および“ｄ”は、気体の流れが弁組
立体の前記帯域の一つから次の帯域へ移るとき、
一連の急な収縮と膨脹によつて複雑になつてい
る。第２図は、弁組立体１０の名称付き帯域の
各々における合計面積を表している。すなわち、
それは各特定の帯域におけるすべてのポートの寄
与を合計した値を表している。個々の流路“ａ”、
“ｂ”、“ｃ”および“ｄ”を弁組立体１０を通し
て追跡すれば、各帯域の面積寄与を第３図に示し
たような曲線で表せる。流れが弁座１２に入つた
あとでさえ、急峻で迅速な遷移が与えられること
に注意されたい。流路“ｄ”を介してポート２８
に利用できる大きな外側環状領域に注目すること
が特に重要である。弁組立体１０の全流れ面積の
約40％がこの外側環状部にある。

弁組立体１０を通つて流れる気体によつてもた
らされる損失は、二つの原因に帰することができ
る。すなわち、構成部品の壁と接触することによ
る摩擦損失、および流れが一つの帯域からもう一
つの帯域へゆくときみられる並進効果によるエネ
ルギーの散逸に帰する。第２の源に関連した主な
損失機構は、急な収縮および膨脹によつて分離が
生ずる部位に起こる場合によるエネルギー散逸の
機構である。所望の流れ遷移方式は、角がなめら
かになつており、急速な断面変化が最小になつて
いて面積の変化がゆるやかな方式である。

従来の弁組立体１０のための面積計算に基づい
て一つの帯域部分から次の帯域部分への遷移を考
慮して損失機構で基本構成を再設計することを試
みた。発明的改良弁１０ａを定めるためになされ
た新な変更を描く例示が第４〜８図に示されてい
る。

以下の記載は、本発明によりできるだけ円滑な
流体流れの遷移を達成するために基本的な弁の幾
何学的形状になされた変更である。第１〜３図の
参照番号と同じか類似の第４〜８図の参照番号ま
たは文字は同じかまたは類似の構成要素または領
域または帯域を表わす。

最初の段階は、弁座ポート位置決めを従来の設
計（第１図）に見られる大きな環状領域と及び不
釣合いな組合わせを避けるように行う方法を考え
ることであつた。本発明によれば、ポート２２，
２４，２６および２８を外方に動かしたので環状
ギヤツプが少なくなり、しかも弁座のポート２８
内の利用できる面積との面積の釣合いを改良され
る。

帯域における弁座１２への入口に見られる面
積の急な収縮は扱い難い。一般に、大きな体積が
弁座のすぐ上流にあり、空間が制限されているた
めに、帯域遷移を著しく変えることを困難にして
いる。最良の取り組み方法は、各ポートの導入部
分の半径を十分大きくする方法である。

第４図を特に参照すると、弁座１２(a)の外周辺
部３０におけるポートの配置を知ることができ
る。もちろん、ポート２８は与えられた半径にあ
る複数のポートの一つであり、ポート２６および
２４もまたそうである。後者の二つも、それらの
半径のところに弁座１２ａにおいて組を構成する
ポートがある。ポート２８が代表的である最も外
側のポートは、それに最も近い中心より弁座ポー
トに対するのと事実上同じ位周辺部３０に近接し
ており、ポート２６は、そのような最も近い中心
より弁座ポートの代表的なものである。

ポート入口の図示の丸みづけについては、ポー
ト２８，２６などの開口部をしきつている半径３
２が結合されているということを特記できる。ポ
ート２８の中心よりの半径３２が、例えばポート
２６の外向きの半径３２と隣接している。

次の急激な変化は、シール環状部に導く帯域
におけるものである。本発明によれば、これは、
弁座１２ａにある腎臓形ポートの両端にあるリガ
メント３４に逆テーパを設計することによつて処
理される。

この型式の従来の弁においては、放射状のポー
ト分離リガメントは、第５図に破線で示したよう
な断面形状をもつている。シール環状部への入
口、すなわち、帯域における幾何学的形状の急
激な変化を少なくするために、本発明は、前述の
逆テーパをもつたリガメントを定めている。第５
図のリガメント３４は、代表的なものである。

水平投影において、利用可能な弁領域を有効に
用いると弁板１２ａの周辺にある大きな環状部の
大部分がなくなる。しかし、まだほかにもある。
ポートを弁周辺部３０の方へ動かすことによつ
て、直径効果により流れ領域の自然増加が生ず
る。結果として、上昇領域もまた各要素がより大
きな半径のところにあるので増大する。また、こ
の新規な教えは、もう一つの流路にも適応し、こ
れについては、以下にさらに説明する。

止め板への入口、すなわち、帯域における不
釣合いな組合わせは、止め板２０ａを単にかなり
開けるだけで処理される。第６図に見られるよう
に、止め板２０ａは、中央植込みボルト３６に取
付けられナツト３８によつて固定された半径の小
さいポート付円板にすぎない。それは、弁１０ａ
の壁４０まで伸びていない。

各ポートを弁周辺部３０の方へ移したので、案
内リング４２および緩衝板１６ａと１８ａを改良
することによつて、第５の流路を設けている。

案内リング４２は、中央植込みボルト３６に中
心を置いているが、弁板１４ａを案内する案内リ
ングの最下部、すなわちベースは、複数の扇形の
リリーフを有し、弁板１４ａを案内する放射状の
腕４６を残している。同様に、緩衝板１６ａと１
８ａの内側部分は、扇形リリーフすなわち切除部
４８を形成され、リング４２に係合して案内をす
る内向きの肢５０を残している。また、前述の止
め板２０ａも同様である。

リリーフ４８および４４は、相互および止め板
２０ａにあるポートと一線に重なつて、新しい最
内側の流路“ａ”を形成する。（図示してない位
置合せピンがリング４２と板１４ａ，１６ａおよ
び１８ａを一線に重なつた状態に維持する。）従
つて、第１図を参照すると、“ａ”、“ｂ”、“ｃ”
および“ｄ”で表わされた流路は、すべて新しい
弁において拡大されている。すなわち、本発明の
弁１０ａにおいては、最外側の流路は、第５の流
路“ｅ”であり、流路“ｄ”は、次の内側流路で
あるなどで、従来技術の弁１０と同じ与えられた
全直径の弁１０ａの内部で、本発明は、従来の弁
１０では流路が四つしか設けられていないかつた
半径方向の板に沿つて五つの流路を設けている。

総合すると、本発明の新しい弁の最終的効果
は、五つの流路（“ｂ”、“ｂ”、“ｃ”、“ｄ”およ
び“ｅ”）の具体化に対して第１図に描かれたよ
うなものである。同様の従来の弁設計と比較し
て、一つの帯域から次の帯域への合計面積の遷移
がずつとなめらか、すなわち、一様であること、
および弁内の各帯域に面積の正味の増加があるこ
とに注意されたい。従つて、利用可能なポート面
積を再配分することおよび本発明の新規な特徴を
用いることによつてさらに効率のよい弁が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のポート付プレート形流体制御
弁の半ばを通る断面図、第２図は、第１図の弁の
いくつかの帯域内において占有する面積の図であ
る。第３図は、異なるグラフ表示の仕方で第２図
の各面積をプロツトしたもので、いくつかの帯域
における別個の流路内で占有している各面積を区
別している。第４図は、本発明の実施例の外側部
分を通る断面図である。第５図は、第４図の断面
５−５に沿つて見た断面図である。第６図は、第
４図および第５図の新規な弁の第４図および第５
図の縮尺を拡大した部分断面図であり、中央植込
みボルトと、ナツトと、弁座、弁板および緩衝板
の内側部分と、案内リングの全半分と、止め板の
全半分を示している。第７図及び第８図は、第６
図の断面７−７及び８−８に沿つてとつた断面図
である。第９図は、５流路が形成されている本発
明に依つて限定された弁に対するもので、第３図
のものと類似の面積のプロツトであり、本発明の
新規な５流路弁に比較して類似の従来の５流路弁
に対する面積の和のプロツトをも含んでいる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポート付弁座と、止め板と、前記弁座と止め
   板を平行に間隔を離して結合する手段と、前記弁
   座と止め板との間に挿入されるプレート型弁作用
   要素とを具備し、前記弁座、止め板および弁作用
   要素が(a)第１の流体入口帯域、第２の流体出口帯
   域および前記第１と第２の帯域の中間の複数の別
   個の流体誘導帯域を定める第１の手段と、(b)前記
   各帯域を流れる流体の事実上なめらかな流れをも
   たらす第２の手段とを備え、前記弁座が(a)内側と
   外側の平行な表面および(b)前記外側表面に形成さ
   れたポート入口開口部を中に形成されている複数
   のポートを備え、前記各ポートがリガメントを介
   在させることによつて離して設定され、前記リガ
   メントがテーパ付断面の前記リガメントを画定す
   る大小の幅を有し、前記大きい幅が前記外側表面
   により近接しており、前記小さい幅が前記内側表
   面により近接していることを特徴とするポート付
   プレート型流体制御弁。 ２ 前記第２の手段は、前記各開口部を仕切つて
   いる結合され丸くなつた縁を備えている特許請求
   の範囲第１項に記載の弁。 ３ 前記弁座が一つの外側周辺部を有し、前記弁
   座がさらに複数のポートを中に形成され、そのう
   ちのいくつかが前記周辺部に対して最外側の弁座
   ポートであり、別のいくつかが内側の弁座ポート
   であり、前記最外側の弁座ポートは、それらがそ
   れらに最も近い前記内側弁座ポートのすべてに対
   するのと事実上同程度に前記周辺部に近接してい
   る特許請求の範囲第１項に記載の弁。 ４ 案内リングをさらに備え、前記リングがベー
   スを有し、前記ベースがそれから放射状に伸びる
   複数の腕を有し、前記弁作用要素が中央穴を有
   し、前記穴が前記腕の半径方向に最外側の端と摺
   動可能に係合して案内を行うことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の弁。 ５ 前記弁作用要素が中央穴を有し、前記弁座と
   前記止め板との間に挿入されて前記弁作用要素を
   前記弁座に近づけたり遠ざけたりするように動か
   す案内をする手段をさらに備え、前記案内手段が
   前記中央穴の中に閉じ込められた複数の腕を備
   え、前記中央穴が前記腕の表面と摺動可能に係合
   して案内を行うことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の弁。 ６ ポート付弁座と、止め板と、前記弁座と止め
   板を平行に間隔を離して結合する手段と、前記弁
   座と止め板との間に挿入されるプレート型弁作用
   要素とを具備し、前記弁座、止め板および弁作用
   要素が(a)第１の流体入口帯域、第２の流体出口帯
   域および前記第１と第２の帯域の中間の複数の別
   個の流体誘導帯域を定める第１の手段と、(b)前記
   各帯域を流れる流体の事実上なめらかな流れをも
   たらす第２の手段とを備え、さらに案内リングを
   備え、前記リングがベースを有し、前記ベースは
   リリーフを中に形成され、また前記弁座と止め板
   との間に可動に挿入された緩衝板を備え、前記緩
   衝板が扇形切除部を中に形成され、前記リリーフ
   と切除部が一線に重なつてそれらを通る流体の流
   路を画定することを特徴とするポート付プレート
   型流体制御弁。 ７ ポート付弁座と、止め板と、前記弁座と止め
   板を平行に間隔を離して結合する手段と、前記弁
   座と止め板との間に挿入されるプレート型弁作用
   要素とを具備し、前記弁座、止め板および弁作用
   要素が(a)第１の流体入口帯域、第２の流体出口帯
   域および前記第１と第２の帯域の中間の複数の別
   個の流体誘導帯域を定める第１の手段と、(b)前記
   各帯域を流れる流体の事実上なめらかな流れをも
   たらす第２の手段とを備え、さらに前記弁座と前
   記止め板との間に挿入された案内リングと、前記
   弁座と前記止め板との間に可動に挿入された緩衝
   板とを備え、前記緩衝板がそれから放射状に伸び
   る複数の肢を有し、前記肢が前記案内リングと滑
   動可能に係合して案内をすることを特徴とするポ
   ート付プレート型流体制御弁。