| 【発明の名称】 |
バルブ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】ライナー マウラー
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| 【要約】 |
【課題】冷凍システムなどに使用されるパルス幅変調制御された膨脹弁のようなバルブ装置を改良する。
【解決手段】通路開口５を備えたバルブ本体１、通路開口５に挿入されるアーマチュアチューブ２、可動アーマチュア３、固定アーマチュアコア４、バルブ装置を開閉するために通路開口１７と協働するスライダ要素１８などを有する。アーマチュア３と固定アーマチュアコア４との間に形成される空間２０を減衰チャンバとして機能させ、可動アーマチュア３の開閉動作を減衰させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 例えば冷凍システムのパルス幅変調制御される膨脹弁として使用されるバルブ装置であって、通路開口（５）を備えたバルブ本体（１）、前記通路開口（５）の一端の内側に挿入されるアーマチュアチューブ（２）、前記アーマチュアチューブ（２）内で前後に移動可能な可動アーマチュア（３）、前記アーマチュアチューブ（２）の外方に位置する端部の内側に挿入される固定アーマチュアコア（４）、前記可動アーマチュア（３）と前記固定アーマチュアコア（４）との間で作動する復元要素（２２）、可動アーマチュア（３）により支持されると共に前記バルブ装置を開閉するために通路開口（１７）と協働し並びに前記バルブ装置を動作させるための磁気コイルを有する閉鎖要素（１８）を有してなり、前記アーマチュアチューブ（２）と前記可動アーマチュア（３）との間にはリング状空間が形成されており、前記可動アーマチュア（３）と前記固定アーマチュアコア（４）との間に形成される空間（２０）が減衰チャンバとして作用し、前記減衰チャンバにより前記可動アーマチュア（３）の開閉動作が減衰されるように、前記リング状空間の開口断面積が寸法付けされている、ことを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】 前記アーマチュアチューブ（２）および／または前記可動アーマチュア（３）がそれらの表面の領域（Ａ）上だけにおいて通路適合するように仕上げられている、ことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項３】 それを介して前記アーマチュアチューブ（２）を前記バルブ本体（１）に接続できる固定手段、例えば外側ネジ山（８）が、前記アーマチュアチューブ（２）上に形成されている、ことを特徴とする請求項１または２記載のバルブ装置。
【請求項４】 前記アーマチュアコア（４）が前記磁気コイルを前記アーマチュア（４）に固定するために形成されており、例えば、ブラケットのような固定手段がその内側に係合する周溝（２３）を有している、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項５】 例えば冷凍システムのパルス幅変調制御される膨脹弁として使用されるバルブ装置であって、通路開口（５）を備えたバルブ本体（１）、前記通路開口（５）内に配置されると共に制御対象の媒体のための通路開口（１７）を有する弁座（１５）、および前記バルブ本体（１）内に配置されると共に前記バルブ装置を開閉するために前記弁座（１５）と協働する可動の閉鎖要素（１８）を有してなり、前記バルブ本体（１）の前記通路開口（５）内には、前記弁座（１５）の通路開口（１７）に加えて別の通路開口（２６）が形成されており、前記別の通路開口（２６）の断面積により前記バルブ装置の容量が決定される、ことを特徴とするバルブ装置。
【請求項６】 前記別の通路開口（２６）がインサート（２５）内に設けられている、ことを特徴とする請求項５記載のバルブ装置。
【請求項７】 前記別の通路開口（２６）が取換え可能な交換ノズル（２５）として形成されている、ことを特徴とする請求項６記載のバルブ装置。
【請求項８】 前記交換ノズル（２５）が前記バルブ本体（１）と共に螺合されるように形成されている、ことを特徴とする請求項７記載のバルブ装置。
【請求項９】 前記交換ノズル（２５）が、流れの向き（Ｉ）から見て、前記弁座（１５）の後方に配置される、ことを特徴とする請求項７または８記載のバルブ装置。
【請求項１０】 前記バルブがスライドバルブとして作られている、ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項１１】 スライダーおよび／またはその対向面の材料として、合成物質あるいはセラミック、例えば炭化ケイ素および酸化アルミニウムが設けられている、ことを特徴とする請求項１０記載のバルブ装置。
【請求項１２】 前記可動アーマチュア（３）がその長手軸（ＩＩＩ）の回りで回転可能である、ことを特徴とする請求項１０または１１記載のバルブ装置。
【請求項１３】 スライダー要素（１１８）が、リング形状で作られており、また可動アーマチュア（３）のリング溝（２８）内に、例えば、それらの間に配置されたスライド用ベアリング材料でできたキャリア（３０）と共に、ジャーナルつまり軸受されている、ことを特徴とする請求項１２記載のバルブ装置。
【請求項１４】 前記対向面（１５）内のスライダー要素（１８）への通路開口（１７）が、前記スライダー要素（１８）の移動方向に、前記通路開口（１７）が最初は緩やかに次いで漸次急激に通ることができるように形成されている、ことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項１５】 前記開口（１７）が前記スライダー要素（１８）の移動方向にテーパ状であり、例えば楔状にテーパ状である、ことを特徴とする請求項１４記載のバルブ装置。
【請求項１６】 前記可動アーマチュア（３）を復元させるために、めくら穴（２２、２４）内の両端に収容された復元用スプリング（２１）が設けられている、ことを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項１７】 前記復元スプリング（２１）が、座屈安定性が低く、好ましくは小径である、ことを特徴とする請求項１６記載のバルブ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、冷凍システムの膨脹弁のためのもので、その容量がパルス幅変調により決定される、バルブ装置に関するものである。つまり、例えば６秒のサイクル内において、バルブが、例えば電磁気的に、特定の分画、例えば４秒の間だけ開口し、また残りの分画の間は閉鎖するものである。閉じる時間に対する開く時間の比率により、バルブの開口度が決定され、よってバルブをマスフローつまり質量流量（質量の流れ）が決定される。
【０００２】
【従来の技術】この種のバルブは公知であり、また通常の温度自動膨脹弁の代わりに冷凍回路において使用されている。このバルブは、膨脹弁としてのみならず、閉鎖弁としても機能する。よって、別体の閉鎖弁が不要となるという特長がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この種のバルブにおける問題は、開口位置と閉鎖位置との間での頻繁な変更の結果として、所謂ウォータハンマーつまり水撃作用と呼ばれる、急速な開口および閉鎖から生じる衝撃波が生じることである。よって、減衰ないし制動装置を設けることが既に知られている。このため、可動のバルブアーマチュアと固定のアーマチュアコイルとの間の空間が減衰ないし制動チャンバとして形成され、この空間内において、可動のバルブアーマチュアおよびこれを囲繞するアーマチュアチューブとの間の空間が絞り通路として形成される。この構成において、通路適合（pass fit）、つまり通路に嵌合ないし密着するように仕上げられた真鍮のスリーブが、媒体が所望の速度においてのみ減衰チャンバから脱出つまり流出するような距離で、可動アーマチュアを囲繞する通常はスチール製であるアーマチュアチューブ内に挿入される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、スリーブの代わりに、アマチュアチューブ自体を通路適合させたものとして形成し、例えば、精密に機械加工したボアがアーマチュアチューブ内に導入される。この構成において、アーマチュアチューブは適切な金属、例えば真鍮で作られる。磁鉄のアーマチュアコアが、次いでアーマチュアチューブの内側に挿入され、例えば硬質半田付けによりアーマチュアチューブに固定される。この構成は、旋削された真鍮部品を使用できるので、製造技術の点で好適である。これに対し、通路適合による減衰のためにスリーブを使用した場合、比較的薄いチューブを使用しなければならない。さらに、このチューブは従来のアーマチュアチューブの内側に挿入しなければならず、このため、従来のアーマチュアチューブは十分な測定精度で作る必要があり、製造において別工程が必要となる。
【０００５】さらに、アーマチュアチューブおよび好ましくは可動アーマチュアが、それらの表面領域においてのみ通路適合するために仕上げることが有利である。これにより、所要の減衰ないし制動を行うための十分な通路適合をコストおよび複雑性を低く抑えつつ達成できる。
【０００６】さらに、アーマチュアチューブ上に固定手段が形成されることが望ましく、これにより、アーマチュアチューブをバルブのハウジングに接続できる。この場合には、例えばに、アーマチュアチューブに外側ねじ山を設ければ良い。これにより別体の構成要素を省くことができる。以上の構成により、必要な構成要素の数を４つから２つの削減できる。つまり、アーマチュアチューブ、六角ナットのような固定手段、アーマチュアコアおよび通路適合したスリーブの代わりに、外側ねじ山を備えたアーマチュアチューブおよびアーマチュアコアだけが必要となる。この構成において、アーマチュアコアは、さらに、ブラケットのような固定手段がその内側に係合する例えば周溝をその周囲に設けることで、磁気コイルをアーマチュアに固定するためにも使用できるようにも設計できる。
【０００７】本発明によるバルブ装置は、好ましくはスライドバルブつまり摺動弁として実施される。これにより、スライダ要素が変位する間のバルブ開口の際にバルブシートつまり弁座面上に発生する摩擦によりバルブの動作が減衰ないし制動されるという特長がある。さらに、バルブが冷凍回路内で膨脹弁として使用される際には、スライダは加圧された冷媒によってその対向面上に押圧される。これにより、一方で摩擦力が増大し、また他方で信頼性の高い完全な閉口が確保できる。軸方向に着座したバルブの別の特長は、バルブが閉口したときに存在する圧力条件の結果として弁座上にアーマチュアが吸い取られないことである。これにより、水撃作用がさらに低減される。
【０００８】セラミックを含む、合成物質が、好ましくは、スライダおよび／またはその対向面に使用される。例えば、炭化ケイ素および酸化アルミニウムが有利であることがそれぞれ立証された。両者および一方を同じ材料あるいは２つの材料をそれぞれ１つづつで作ることが可能である。これらの材料を用いれば非常に平らな面を作ることができる。さらに、金属とは対照的に、腐食の心配がない。テフロン（登録商標）ではなく炭化ケイ素および／または酸化アルミニウムなどの材料を使用することで、存在する可能性がある金属粒子が蓄積される危険性がない。これらの材料により、バルブの内側の不浸透性が改善される。これは、例えば、エネルギー損失を最小限にするために閉口機能に関して重要なことである。
【０００９】本発明に係るバルブ装置においては、アーマチュアチューブと可動アーマチュアとの間のリング状のギャップつまり間隙は、ガス弾性効果（gas resiliency effect ）を回避するためにあまり小さく選択されない。減衰が強いとバルブの交番振動を招いてしまう。
【００１０】可動アーマチュアを復元（回復）するために復元スプリングが好ましくは設けられる。復元スプリングは、例えば可動アーマチュアとアーマチュアコアとの間に設けられ、同様に好ましくは、その両端がめくら穴内に収容される。この構成により、組立てないし組立体を簡易化できる。断面の小さく且つ座屈の安定性が高いスプリングを使用することで、可動アーマチュアの回転性がさらに改善される。これにより、可動アーマチュアの摩耗が低減される。したがって、可動アーマチュアが回転自在、特に自由に回転できるような態様でスライダを支持することが好ましい。このため、可動アーマチュアの周囲には、その対向側において交互に形成されたスライダが支持される、受け溝が設けられている。これにより、可動アーマチュアの寿命は増加する。
【００１１】さらに、開口が最初は緩やかに次いで漸次急激に通ることができるようにするために、スライドの対向面に通路用の開口つまり通路開口をスライダの移動方向に形成する形態とできる。例えば、開口の断面がスライダの移動方向を一緒に向くようにデザインする、つまり、最初は楔の先端だけがスライダにより通れるようにできる楔のような形態とすれば良い。これにより、通路が完全に閉口した状態と完全に開口した状態との間の急激な変化が回避され、また水撃作用が同様に低減される。
【００１２】さらに、対向面に通路開口に加えて断面積が選択自在な別の開口を設ける構成とできる。特殊なインサートつまり挿入物内に設けることができる、この第２の開口の選択により、バルブの容量を変えることができる。この構成は、バルブの他の全ての構成材は異なる容量に対して同じで良いので、経済的であり、また貯蔵にも便利である。
【００１３】また、例えばバルブのハウジングに螺合つまりねじ込まれる、取換え可能な交換ノズルとして別の通路開口を形成すれことが特に好ましい。この構成とすれば、バルブの容量を交換ノズルの取換えという簡単な方法で変更できる。交換ノズルが通路開口の対向面の後部に配置された場合、コネクタ片を介しての直接的名取換えが可能となり、取換えをバルブを開くことなしで行うことができる。出口側から交換ノズルをバルブのハウジングから回して外し、別の、所要のノズルをねじ込むだけで良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明を添付図面に例示した実施形態を参照しつつ詳細に説明する。図１の例示したバルブ装置は、バルブ本体１、アーマチュアチューブ２、アーマチュアチューブ２内で前後に移動できる可動のアーマチュア３、およびアーマチュアチューブ２の一端部の内側に挿入された固定アーマチュアコア４から構成されている。バルブ本体１は通路開口５、および通路開口５内に開口した横開口つまり側部開口６を有している。通路開口５は、階段状つまり段階的に広がっており、またバルブ本体１の一端部側において内側ねじ山７が設けられている。アーマチュアチューブ２上に形成されると共に外側ねじ山８が設けられた拡幅部９は、内側ねじ山７の内側に螺合、つまり、ねじ込まれる。
【００１５】通路開口５の他端部は同様に階段状つまり段階的に広がっている。この端部において、流体ラインつまり流体管路を接続するためのコネクタ片１０が通路開口５の内側に挿入されている。コネクタ片１０は、例えば銅製の、単純なチューブ片で構成し、ダクトつまり導管に半田付けする構造とすれば良い。また、コネクタ片１０にねじ山を設ける構成とし、チューブに螺合させる構造でも良い。
【００１６】ダクトを接続するためのコネクタ片１１は、同様に、側部開口６に挿入される。ここで、コネクタ片１１は、コネクタ片１０と同様に、例えば銅製の単純なチューブ片により構成しても良く、あるいは上記同様にねじ山を設ける構成でも良い。
【００１７】例えばバルブ装置の入口を規定する、コネクタ片１０の領域内には、支持リング１３を備えたふるい（篩）１２が通路開口５の内側にさらに挿入されている。ふるい１２は、図４にその詳細を例示したように、円錐形状に形成されており、またその円錐頂部は流れの向きＩに対向するように面している。このため、ふるい１２の安定化は難しい。
【００１８】管状のアダプタ１４が、コネクタ片１１の内側に挿入されており、またその前端部はバルブ本体１の通路開口５の内側に突出している。ディスク１５が、アダプタ１４のこの前端部の内側に挿入されており、またＯリング１６により密封されている。ディスク１５は、制御される媒体のためのスリット形状の通路開口１７を有している。
【００１９】通路開口５に向かって面したディスク１５の側部は、可動アーマチュア３の下端部により支持されたスライダ要素１８のためのスライド面として形成されている。スライダ要素１８は、可動アーマチュア３と共に、矢印ＩＩの方向に前後に移動し、これにより、スライダバルブつまり摺動弁としてのディスク１５と協働する。なお、本発明によるバルブ装置を作動させるための磁気コイル装置は図示を省略した。
【００２０】好ましくは、スライダ要素１８の材料としては炭化ケイ素が、またディスク１５の材料としては酸化アルミニウムが使用される。なお、材料は、逆に使用しても良く、あるいは両方とも同じ材料を使用することもできる。さらに、ディスク１５、スライド要素１８に対しては他の材料を使用することができる。
【００２１】可動アーマチュア３、および可動アーマチュア３を囲繞つまり取り囲むアーマチュアチューブ２は、それらの断面において、可動アーマチュア３とアーマチュアチューブ２の間に、可動アーマチュア３と固定アーマチュアコア４との間に形成される空間２０へのあるいは空間２０からの媒体の流れを可能ならしめるリング状空間１９が形成されるように、形成されている。ここで、可動アーマチュア３とアーマチュアチューブ２は、セクションＡ内のそれらの断面において、可動アーマチュア３が矢印ＩＩのように前後に移動した際に、媒体が空間２０からあるいは空間２０へそれぞれ特定の速度あるいは流量でのみ流れることができるように、形成されている。よって、空間２０は、バルブ装置の開閉の間における可動アーマチュア３の動作を制動ないし減衰させる、減衰ないし制動チャンバとして機能する。ここで、互いに対向するアーマチュアチューブ２および可動アーマチュア３の周辺部は、減衰ないし制動のための所要の通路適合を信頼性高く確保するために、領域Ａ内において好ましくは表面処理される。
【００２２】可動アーマチュアの復元ないし回復は、可動アーマチュア３のめくら穴（止り穴）２２内に収容されたスプリング２１および固定アーマチュアコア４内に対向して位置するめくら穴２４により、可動アーマチュア３が固定アーマチュアコア４と完全に接触して位置させることで、確保される。スプリング２１は、座屈抵抗ないし座屈抗力（buckling resistance ）が低い、長くて細いスプリングとして形成され、これにより、可動アーマチュア３がその運動軸ないし移動軸ＩＩの回りで回転することが可能になる。
【００２３】さらに、交換ノズル２５がアダプタ１４の内部にねじ込まれている。交換ノズル２５には、通路開口５に面したその側部に、バルブ装置における通過流量（through flow）の断面積を決定する通路開口２６が設けられている。交換ノズル２５を取換えることで、バルブ装置の容量を簡単に変更することができる。図示したように、交換ノズル２５は、バルブ装置の外側から直接的にアクセスつまり近付くことが可能であり、よって、バルブ装置を開けることなく取換えできる。
【００２４】図２は、通路開口１７を備えたディスクの実施形態を示したものである。この例では、通路開口１７は実質的に長方形状である。図３に例示した変形例では、通路開口１７は、可動アーマチュア３の移動方向ＩＩを向いた２つの角部２７を備えた実質的に六角形状である。よって、図から明らかなように、図３において破線で示されたスライダ要素１８は、急激でなしに、図２に例示された例の場合よりもより緩やかに通路開口１７を閉口する。閉口プロセスの終りにおいて最初は小さな三角状の開口断面は解放つまり開いたままであり、次いで開口１７が完全に閉口するまで減少速度でより小さくなる。原理的には、開口１７に一側だけに角部２７を設けることもできる。いずれの場合でも、バルブ装置の閉口の間における水撃作用は低減される。
【００２５】図５および図６に例示された本発明に係るバルブ装置の変形例において、可動アーマチュア３は、その下端部において、スライダ要素１８が挿入されるリング溝２８を有している。この構成例では、スライダ要素１８には、可動アーマチュア３と対向するその側部において、半円状の溝２９が交互に（reciprocally）形成されている。この実施形態によれば、可動アーマチュア３をその運動軸ＩＩの回りで、原則的にはどのような所要の値の角度で回転させることが可能となる。可動アーマチュア３およびアーマチュアチューブ２の摩耗が、この構成によれば低減される。
【００２６】図７および図８に例示された変形例において、可動アーマチュア３のリング溝２８の内側に挿入されるスライダ要素１１８は、リングの形状で形成されている。この構成例では、通路開口１７を備えたディスク１５の対向したスライダ要素１１８の側部は、適切なシール面を形成するために平坦化つまり平らになっている。製造上の理由から、スライダ要素１１８の反対側に位置する側部も、特に図８を参照して明らかなように、同様に平になっている。
【００２７】スライダ要素１１８は可動アーマチュア３のリング溝２８の内側に挿入され、また断面がＵ形状である２部品のキャリアつまり支持体３０がその間に配置される。好ましくはポリテトラフルオロエチレン（テフロン）で作られる、キャリア３０の２つの部品は、製造の際には、リング形状のスライダ要素１１８の中央開口の内側に両側から挿入される。スライダ要素１１８と共にキャリア３０を可動アーマチュア３の上に運ぶためには、図７から明らかなように、後者つまり可動アーマチュア３はその下端部が２つの部品から形成されており、外側ねじ山３２を備えた縮小部３１と内側ねじ山３４を備えたねじ蓋３３とを備えている。縮小部３１を介して、スライダ要素１１８を備えたキャリア３０は、可動アーマチュア３上まで押され、また次いでその動作位置においてねじ蓋３３により固定される。これにより簡単な組立が可能となる。
【００２８】スライダ要素を上記した態様のデザインとすることで、可動アーマチュア３がその長手軸つまり縦軸ＩＩＩの回りで略完全に自由に回転可能であるという特長がある。よって、可動アーマチュア３上に作用するトルクがスライダ要素１１８上に影響を与えることがなく、この結果、その密封機能およびディスク１５および通路開口１７に対して容易に変位できる特長が損なわれることはない。
【００２９】上記の結果、一方において経済的に製造でき、他方において寿命が長いなどの優れた特性を有するバルブ装置を得ることができる。内側および外側における不浸透性は非常に良好である。さらに、バルブ装置を開ける必要なしに、交換ノズル２５を取換えるだけで、バルブ装置の容量は迅速且つ容易に変えることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９９１４２３５０
【氏名又は名称】エマーソン エレクトリック ゲーエムベーハー アンド カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｅｍｅｒｓｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月７日（１９９９．１０．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９９３２４
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 正剛
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２０５７０３（Ｐ２０００−２０５７０３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月２８日（２０００．７．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２８７４３４ |
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