(57)【要約】流入流れを複数の流出流れに分割するためのスプリッターバルブである。このバルブは、入口（３１）と、各流出流れに１つずつの複数の出口とを備える。外側スリーブ（２０）は、各流れに１つずつの複数の第１の出口オリフィス（３２、３３）を有する。内側要素（３０）は、外側スリーブ内に移動可能に保持され、入口と、各流れに１つずつの複数の第２の出口オリフィス（３２、３３）とを有する。各出口に供給される流入流れの相対的な比率は、内側要素と外側スリーブとの相対位置によって決定される。第１の出口オリフィスと第２の出口オリフィスは、各出口を通る流れが、内側要素と外側スリーブとの相対位置に対してほぼ直線状に変化するように、形成される。
2006521520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入流れを複数の流出流れに分割するためのスプリッターバルブであって、
入口と、
各流出流れに１つずつの複数の出口と、
各流れに１つずつの複数の第１の出口オリフィスを有する外側スリーブと、
前記外側スリーブ内に移動可能に保持され、入口、及び、各流れに１つずつの複数の第２の出口オリフィスを有する内側要素と、を備え、
各出口に供給される前記流入流れの相対的な比率が、前記内側要素と前記外側スリーブとの相対位置によって決定され、前記第１の出口オリフィスと前記第２の出口オリフィスは、各出口を通る流れが、前記内側要素と前記外側スリーブとの相対位置に対してほぼ直線状に変化するように、形成される、スプリッターバルブ。
【請求項２】
前記内側要素と前記外側スリーブが互いに対して回転可能である、請求項１記載のスプリッターバルブ。
【請求項３】
前記出口が前記スリーブの軸線に沿って離間している、請求項１又は２記載のスプリッターバルブ。
【請求項４】
前記出口が前記スリーブの軸線の周りに離間している、請求項１又は２記載のスプリッターバルブ。
【請求項５】
前記内側要素がスリーブである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスプリッターバルブ。
【請求項６】
前記外側スリーブ内に、前記内側要素を移動させるための電磁装置をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスプリッターバルブ。
【請求項７】
２つ又はそれより多くのバーナにガスを供給するためのガストレインであって、
流入流れを供給するためのファンと、
各バーナに１つずつの、前記流入流れを複数の流出流れに分割する請求項１〜６のいずれか１項に記載のスプリッターバルブと、
可燃性ガスを各バーナに供給する手段と、
ファンの速度と、第１のスリーブと第２のスリーブとの相対位置を、各バーナの要件にしたがって制御するコントローラと、を有する、ガストレイン。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、流入流れを複数の流出流れに分割するためのスプリッターバルブに関する。
【０００２】
本発明は、リニアフリーピストンスターリングエンジンを利用する、家庭用熱電併給（ｄｃｈｐ）システムのガス流のために、特別に設計されている。しかしながら、本発明は、流体流れが２つ又はそれ以上の流れに分割されるあらゆる状況に適用できると思われる。
【０００３】
リニアフリーピストンスターリングエンジンを利用するｄｃｈｐシステムでは、エンジンは、家庭の電力と熱の需要のいくらかを供給する。しかしながら、エンジンの熱出力を補うために、補助バーナを設けることが必要になる。ユニットのコストとスペースを減らすため、また寄生電力の消費を減らすために、スターリングエンジンバーナと補助バーナ両方のための空気の取り入れは、単一のファンによって供給されている。そして、この単一のファンからの空気は２つの流れに分割され、この流れは燃料と結合されて２つのバーナへと供給される。
【０００４】
（ＰＣＴ／ＧＢ０２／００５７７５におけるように）流れを分割するために、これまではフラップバルブの使用が提案されてきた。従来のフラップバルブでは、フラップが接合部の中心を超えて移動したとき、各出口の流量は僅かにしか変化しないことがわかっている。約８０％の流量総変化が、バルブフラップが端の２０％の位置にある場合に、生じる。各出口管からの流量が、ファンの速度とフラップの位置の組み合わせを使用して正確に制御される必要がある場合は、バルブ内におけるフラップの移動範囲全てにわたる、正確な流量制御が必須となる。
【０００５】
流量制御の問題は、英国特許ＧＢ０３０５５６６．２で説明しているように、流路間の接合部に輪郭形成されたオリフィスを使用することで克服できる。これによって、両方のバーナの最も臨界の稼働ゾーンにおける制御の問題を、最高の形で解決することができる。
【０００６】
しかしながら、フラップバルブの存在には幾つかの固有の問題がある。羽根は、近づいてくる流れに「対向している」ので、羽根を移動しているとき、特に大流量において移動行程の両端で（即ち、いずれかの面に向かうとき）、羽根を駆動するモータは大きな負荷を受ける。このことによってモータには非常に高い電流が流れ、また高負荷が羽根の駆動装置の故障の危険性を高める。こういった状況下では、流れの全てが一方又は他方のバーナへとそらされ、これが、最悪の場合には、装置の損傷を招くおそれがある。
【０００７】
したがって、フラップバルブの欠点を回避しつつ、輪郭形成されたオリフィスの利点を提供するスプリッターバルブが必要となる。
【０００８】
本発明の第１の態様にしたがうと、流入流れを複数の流出流れに分割するためのスプリッターバルブが提供されており、このバルブは、入口と、各流出流れに１つずつの複数の出口と、各流れに１つずつの複数の第１の出口オリフィスを有する外側スリーブと、外側スリーブ内に移動可能に保持され、入口と、各流れに１つずつの複数の第２の出口オリフィスを有する内側要素と、を備える。各出口に供給される流入流れの相対的な比率は、内側要素と外側スリーブとの相対位置によって決定され、第１の出口オリフィスと第２の出口オリフィスは、各出口を通る流れが、内側要素と外側スリーブとの相対位置に対してほぼ直線状に変化するように、形成される。
【０００９】
外側スリーブと内側要素の構成は、フラップバルブよりもはるかに頑強で、両端の位置で流れの方向に抗して直接作動していないので、より一定の電力需要で稼働することができる。さらに、第１の出口オリフィス及び第２の出口オリフィスは、スリーブの相対位置と出口を通る流れとの間がほぼ直線状の関係となるように形成されるため、輪郭形成されたオリフィスを有するフラップバルブによってもたらされる正確な制御を維持できる。
【００１０】
内側要素とスリーブは、相対移動が回転移動と直線移動の組み合わせとなるように、互いに関して直線状に移動可能でもよいし、ねじ付きの係合手段を有していてもよい。しかしながら、介在する連結手段なしの単純なモータで提供できるので、内側要素と外側スリーブは互いに関して回転可能であるのが好ましい。
【００１１】
好適な構成では、内側要素を移動させるために、外側スリーブ内に電磁装置が設けられる。このような装置をバルブケーシングの内部に設けることができるため、密閉の問題が一切生じない。そのため、高価な密閉装置を必要とせずに、可燃性ガス流の処理に使用することができる。
【００１２】
出口を、スリーブの主軸線の周りの円周上に配置することができる。しかしながら、出口はスリーブの軸線に沿って離間しているのが好ましい。これによって、出口を並列に、且つ同じ方向を向くように配置することができるため、よりコンパクトな構造をもたらすことができる。
【００１３】
内側要素は、必要とされている方法で第１の出口オリフィスを選択的に被覆することができる、あらゆる要素でよい。例えば、プレート又はスリーブの弓形セクションでもよい。しかしながら、内側要素はスリーブであるのが好ましい。
【００１４】
本発明はまた、ガスを２つ又はそれより多くのバーナへと供給するためのガストレインにも及ぶ。このガストレインは、流入流れを供給するためのファンと、流入流れを複数の流出流れに分割するための、本発明の第１の態様にしたがうスプリッターバルブを各バーナに１つずつと、可燃性ガスを各バーナに供給するための手段と、ファンの速度と、第１のスリーブと第２のスリーブとの相対位置を、各バーナの要件にしたがって制御するコントローラと、を有する。
【００１５】
本発明によるスプリッターバルブの例を、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
リニアフリーピストンスターリングエンジンに基づく家庭用熱電併給アセンブリのガストレインを、図１に示す。
【００１７】
この構成は、２つのバーナ、即ちスターリングエンジンバーナ１と補助バーナ２とを備える。スターリングエンジンバーナ１は、家庭の熱需要にしたがって点火される。副産物として、このことによって電気も生成される。しかしながら、家庭の熱負荷の全てを供給できる十分な能力が確実に存在するように、補助バーナ２が設けられている。したがって、この２つのバーナは、家庭の熱需要にしたがって調節される。バーナへの空気は、単一のファン３から供給される。この流れは、以下でより詳細に説明するスプリッターバルブ４で分割される。可燃性ガスが、ガス／空気比コントローラ５の制御下で、各空気流に加えられる。バーナ１、２の要件に関する情報は、制御ライン６に沿ってファン３とスプリッターバルブ４へと送られる。ファン３の速度とスプリッターバルブ４の位置はこれに応じて制御され、そうすることで２つのバーナの要件を別々に満たすことができる。例えば、エンジンバーナ１が十分に稼働していて補助バーナ２がオフであるならば、ファンは中間の速度で稼働し、スプリッターバルブは、（パージ流れをうけた可能性のある）空気の全てがエンジンバーナへ確実に送られるようにする。バーナが両方とも十分に稼働しているならば、ファンは最高速度で稼働し、スプリッターバルブは、２つのバーナの間の流れをそれぞれの要件にしたがって分割する。
【００１８】
図２及び３を参照して、スプリッターバルブをより詳細に説明する。図２は外側スリーブ２０を示し、その一方で図３は、使用時に外側スリーブ２０内で回転可能に受けられる内側スリーブ３０を示す。外側スリーブ２０は、ファン３と連通する入口を提供する、ねじ付き接続部２１を有する。第１の出口２４と第２の出口２５に対応する、２つの類似するねじ付きポート２２及び２３は、２つのバーナ１、２へと導くダクトの接続部を形成する。２つの出口２４、２５はスリーブに沿って軸線方向に離間しており、両方とも同じスリーブの側にあるが、円周方向にオフセットすることもできる。各出口は第１の出口オリフィス２６、２７を有し、このオリフィスは、外側スリーブ２０の壁の開口を通って細長い矩形状に軸線方向に延びている。
【００１９】
こういった第１の出口開口２６、２７は、分かり易いように、図３では点線で示されている。
【００２０】
図３には、内側スリーブ３０が示されている。このスリーブは中空で、入口２１に対応する端部に、ファン３からの空気を受け取るための入口３１を有する。第２の出口オリフィス３２、３３は、外側スリーブ３０の壁のオリフィスを通る、細長いほぼ三角形状である。ガスシール（図示せず）が、内側スリーブ３０の外壁の、第２の出口オリフィスの間にある環状溝３４に設けられる。これによって、外側スリーブ２０と内側スリーブ３０との間の、一方の出口から他方の出口への流れを阻止することができる。
【００２１】
内側スリーブ３０は、入口３１と反対側の端部から軸線方向に延びるスピンドル３５を有する。このスピンドルはモータ（図示せず）に接続されて、内側スリーブ３０を軸線３６を中心に回転させる。或いは、内側スリーブの回転を、外側スリーブ２０内に含まれるソレノイド／電磁石によって実行することもできる。この後者のオプションによって、バルブを内蔵することができるため、燃料／空気混合物との使用に適しており、そうすることでスプリッターバルブ４を、図１に示すような上流ではなく、ガス入口ポイントの下流で使用することができる。ソレノイド／電磁石装置を、図４では４０として示す。
【００２２】
バルブの動作を、上部出口２４を特に参照して説明する。内側スリーブが軸線３６を中心に矢印Ｘの方向に回転すると、第２のオリフィス３２が第１のオリフィス２６と次第にかなりの程度徐々にオーバーラップしていく。内側スリーブ３０の回転位置とオーバーラップ領域との間には非直線関係が存在する。そのため、第１のオリフィスと第２のオリフィスとの初期の相互作用の時は、（第２のオリフィスが第１のオリフィスと類似する矩形形状である場合に比べて）オーバーラップ領域が比較的小さいことがわかるであろう。内側スリーブ３０の回転位置と流出量との間ができる限り直線に近い関係となるように、正確な関係が関数的に決定される。示されている出口の構造は、特定の目的に適したものである。しかしながら、この外形は特定の用途それぞれによって僅かに変化し、こういった変化は特定の関数の要件によって決定されることが予想できる。
【００２３】
オリフィスのサイズと両方の流れの流量分散との関係のより詳細な説明は、我々の先願であるＧＢ０３０５５６６．２でなされている。
【００２４】
図３から分かるように、スリーブ３０がＸの方向に回転すると、流量の大部分が第１の出口２４へと向けられ、一方反対のＹ方向への移動によって、より多い流量が第２の出口２５へとそらされる。
【００２５】
第１のオリフィスと第２のオリフィスを交換して、矩形状のオリフィスを内側スリーブに設け三角形状のオリフィスを外側スリーブに設けることができることが理解されるであろう。或いは、両方のオリフィスを非矩形状で設けることもできる。
【００２６】
本発明はまた、流入量を２つより多くのオリフィスへとそらすという可能性も広げる。図４は、５つの出口４０、４１、４２、４３、４４を概略的に示す。第２のオリフィス４５が内側スリーブ４６に設けられ、第１のオリフィス４７が外側スリーブ４８に設けられる。バルブのハウジングの下端にあるソレノイド４９が、内側スリーブ４６と外側スリーブ４８との相対回転移動をもたらす。このバルブの構造と動作は図２及び３のものと概して類似しているため、詳細な説明はここでは必要ない。しかしながら、斜めに縁取られた第２のオリフィス４５それぞれが、矩形状の第１のオリフィスから異なる程度オフセットされているので、内側スリーブ４６と外側スリーブ４８とのそれぞれの相対角度位置が各出口へ異なる流量をもたらすことに注目されたい。第１のオリフィスのセットと第２のオリフィスのセットとの関係が固定されているために、流出流れの独立した制御は不可能である。しかしながら、この関係は、例えばマルチステージバーナには適している。例えば、第１の出口４０はエンジンバーナ１へと供給することができ、一方、第２の出口４１〜第４の出口４４は、順に点火して補助バーナからの異なるレベルの熱出力を提供することが要求される、補助バーナ２の別個のステージへと供給することができる。これは、ＧＢ０３１６２８９．８（代理人番号：６２３４５ＷＯ００）に基づく同時係属中のＰＣＴ出願により詳細に開示されている。
【００２７】
流出流量からのより一層の独立が要求されるならば、内側スリーブ４６を２つ又はそれより多くの独立して移動可能な内側スリーブに分割することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】スプリッターバルブの使用が意図されるガストレインの概略図である。
【図２】外側スリーブの斜視図である。
【図３】内側スリーブの類似の斜視図である。
【図４】４つの出口を有するスプリッターバルブの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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