(57)【要約】熱伝導流体３４を流動させる管１９と、共に管１９により接続されたコンプレッサ１２と、凝縮器１４とを備えるベーパ圧縮システム１０である。ベーパ圧縮システム１０は、熱伝導流体３４を膨張させ得るように管１９と接続された膨張装置１８も備えている。膨張装置１８は、少なくとも２つの位置を有するオリフィス４４、４６、６２、６６、７４、７６を画成するハウジング４０を備え、オリフィスは第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が効果的に大きくされる。ベーパ圧縮システム１０はまた、周囲環境から熱伝導流体３４に熱を伝導し得るように管１９と接続された蒸発器１６も備えている。
2004509311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベーパ圧縮システムにおいて、
熱伝導流体を流動させる管と、
熱伝導流体の圧力及び温度を上昇させ得るように管と接続されたコンプレッサと、
熱伝導流体を液化させ得るように管と接続された凝縮器と、
熱伝導流体を膨張させ得るように管と接続された膨張装置であって、
第一のオリフィスを画成するハウジングと、
ハウジングと接続された少なくとも１つの羽根であって、該羽根が第一の位置と第二の位置との間を可動であり、第一のオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにした前記羽根とを備える前記膨張装置と、
周囲環境から熱伝導流体に熱を伝導し得るように管と接続された蒸発器とを備える、ベーパ圧縮システム。
【請求項２】
請求項１のベーパ圧縮システムにおいて、
第一の羽根と、第二の羽根とを更に備え、
第一の羽根及び第二の羽根が第一の位置と第二の位置との間を可動であり、
第一のオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにした、ベーパ圧縮システム。
【請求項３】
請求項１のベーパ圧縮システムにおいて、
羽根が第二のオリフィスを画成する、ベーパ圧縮システム。
【請求項４】
請求項１のベーパ圧縮システムにおいて、
一連の羽根を備え、該一連の羽根が第一のオリフィスに隣接する第二のオリフィスを画成し、
羽根が第一の位置と第二の位置との間を可動であり、
第二のオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにした、ベーパ圧縮システム。
【請求項５】
請求項３のベーパ圧縮システムにおいて、
第二のオリフィスがほぼ円形である、ベーパ圧縮システム。
【請求項６】
請求項１のベーパ圧縮システムにおいて、
羽根がほぼ円板状の形状である、ベーパ圧縮システム。
【請求項７】
請求項１のベーパ圧縮システムにおいて
羽根がセラミック材料である、ベーパ圧縮システム。
【請求項８】
請求項１のベーパ圧縮システムにおいて、
膨張装置と接続されたセンサを更に備える、ベーパ圧縮システム。
【請求項９】
請求項８のベーパ圧縮システムにおいて、
センサが第一の位置と第二の位置との間で羽根の移動を制御する、ベーパ圧縮システム。
【請求項１０】
ベーパ圧縮システム用の膨張装置において、
第一のオリフィスを画成するハウジングと、
該ハウジングと接続された少なくとも１つの羽根とを備え、
羽根が第一の位置と第二の位置との間を可動であり、
第一のオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにした、ベーパ圧縮システム用の膨張装置。
【請求項１１】
請求項１０の膨張装置において、
羽根が、該羽根が第二の位置にあるとき、第一のオリフィスの少なくとも一部分に重なり合う、膨張装置。
【請求項１２】
請求項１０の膨張装置において、
第一の羽根と、第二の羽根とを備え、
第一の羽根及び第二の羽根が第一の位置と第二の位置との間を可動であり、
第一のオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにした、膨張装置。
【請求項１３】
請求項１０の膨張装置において、
一連の羽根を備え、
該羽根が第一のオリフィスに隣接する第二のオリフィスを画成し、
羽根が第一の位置と第二の位置との間を可動であり、
第二のオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにした、膨張装置。
【請求項１４】
請求項１３の膨張装置において、
第二のオリフィスがほぼ円形である、膨張装置。
【請求項１５】
請求項１０の膨張装置において、
羽根が第二のオリフィスを画成する、膨張装置。
【請求項１６】
ベーパ圧縮システム用の膨張装置において、
第一のオリフィスを画成する第一のシートと、
第一のシートに重なり合う第二のシートとを備え、
該第二のシートが、第二のオリフィスを画成し、
第二のオリフィスが、第一の位置と第二の位置との間を可動であり、
第二のオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにした、ベーパ圧縮システム用の膨張装置。
【請求項１７】
請求項１６の膨張装置において、
第一のシート及び第二のシートがほぼ円板状の形状である、膨張装置。
【請求項１８】
請求項１６の膨張装置において、
第一のシート及び第二のシートが共通軸の周りを回転する、膨張装置。
【請求項１９】
請求項１６の膨張装置において、
第一のシート及び第二のシートがセラミック材料である、膨張装置。
【請求項２０】
請求項１６の膨張装置において、
第一のシート及び第二のシートを潤滑させ得るように第一のシートと第二のシートとの間に配置された熱伝導流体を更に備える、膨張装置。
【請求項２１】
請求項１６の膨張装置において、
第二のシートが多数のオリフィスを画成する、膨張装置。
【請求項２２】
請求項１６の膨張装置において、
第一のシート及び第二のシートを取り巻くハウジングを更に備える、膨張装置。
【請求項２３】
請求項１６の膨張装置において、
第一のシートがピンを通じて第二のシートと接続される、膨張装置。
【請求項２４】
ベーパ圧縮システムにおいて、
熱伝導流体を流動させる管と、
熱伝導流体の圧力及び温度を上昇させ得るように管と接続されたコンプレッサと、
熱伝導流体を液化させ得るように管と接続された凝縮器と、
熱伝導流体を膨張させ得るように管と接続された膨張装置であって、
ハウジングオリフィスを画成するハウジングと、
ハウジング内にある少なくとも１つのボールであって、該ボールが少なくとも２つの通路を形成し、通路の各々が通路オリフィスを画成し、１つの通路オリフィスの有効断面積が他方のオリフィスの有効断面積よりも大きく、ボールが第一の位置と第二の位置との間を可動であり、ハウジングオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が効果的に大きいようにした、前記ボールを備える前記膨張装置と、
周囲環境から熱伝導流体に熱を伝導し得るように管と接続された蒸発器とを備える、ベーパ圧縮システム。
【請求項２５】
請求項２４のベーパ圧縮システムにおいて、
ボールが第三の通路を形成し、
ボールが第二の位置と第三の位置との間を可動であり、
ハウジングオリフィスが第一の位置にあるときよりも第三の位置にあるときの方が小さいようにした、ベーパ圧縮システム。
【請求項２６】
請求項２４のベーパ圧縮システムにおいて、
第一の通路及び第二の通路が１つの交点を形成する、ベーパ圧縮システム。
【請求項２７】
請求項２４のベーパ圧縮システムにおいて、
第一の通路及び第二の通路が１つの交点を形成しない、ベーパ圧縮システム。
【請求項２８】
請求項２４のベーパ圧縮システムにおいて、
通路オリフィスがほぼ円形である、ベーパ圧縮システム。
【請求項２９】
請求項２４のベーパ圧縮システムにおいて、
第一の通路及び第二の通路がボールを完全に貫通して伸びる、ベーパ圧縮システム。
【請求項３０】
請求項２４のベーパ圧縮システムにおいて、
第一の通路がボールを貫通して伸びる一方、
第二の通路がボールを貫通して途中までのみ伸び且つボール内の１点にて第一の通路と交差する、ベーパ圧縮システム。
【請求項３１】
請求項２４のベーパ圧縮システムにおいて、
膨張装置と接続されたセンサを更に備える、ベーパ圧縮システム。
【請求項３２】
請求項３１のベーパ圧縮システムにおいて、
センサが第一の位置と第二の位置との間で羽根の移動を制御する、ベーパ圧縮システム。
【請求項３３】
ベーパ圧縮システム用の膨張装置において、
ハウジングオリフィスを画成するハウジングと、
ハウジング内に少なくとも１つのボールであって、該ボールが、少なくとも２つの通路を形成し、通路の各々が通路オリフィスを画成し、１つの通路オリフィスの有効断面積が他方のオリフィスの有効断面積よりも大きくされ、ボールが第一の位置と第二の位置との間を可動であり、ハウジングオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が効果的に大きいようにした前記ボールとを備える、ベーパ圧縮システム用の膨張装置。
【請求項３４】
請求項３３の膨張装置において、
ハウジングオリフィスが熱伝導流体を受け入れ得るようにされる、膨張装置。
【請求項３５】
請求項３３のベーパ圧縮システムにおいて、
ボールが第三の通路を形成し、
ボールが第二の位置と第三の位置との間を可動であり、
ハウジングオリフィスが第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにした、ベーパ圧縮システム。
【請求項３６】
請求項３３のベーパ圧縮システムにおいて、
第一の通路及び第二の通路が１つの交点を形成する、ベーパ圧縮システム。
【請求項３７】
請求項３３のベーパ圧縮システムにおいて、
第一の通路及び第二の通路が１つの交点を形成しない、ベーパ圧縮システム。
【請求項３８】
請求項３３のベーパ圧縮システムにおいて、
通路オリフィスがほぼ円形である、ベーパ圧縮システム。
【請求項３９】
請求項３１のベーパ圧縮システムにおいて、
膨張装置と接続されたセンサを更に備える、ベーパ圧縮システム。
【請求項４０】
請求項３１の膨張装置を管を通じてコンプレッサ、凝縮器及び蒸発器と接続することを備える、ベーパ圧縮システムを作動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願】
本出願は、その内容を参考として引用し本明細書に含めた、２０００年９月１４日付けで出願された出願係属中の特許出願第０９／６６１，４７７号の一部継続出願である。
【０００２】
【背景】
本発明は、全体として、ベーパ圧縮システム、より具体的には、ベーパ圧縮システム用の膨張装置に関する。
【０００３】
閉ループベーパ圧縮サイクルにおいて、熱伝導流体は、凝縮器内でベーパから液体に状態を変化させ、周囲環境に熱を放散し、また、蒸発器内で液体からベーパに状態を変化させ、蒸発する間、周囲環境から熱を吸収する。典型的なベーパ圧縮システムは、フレオンのような熱伝導流体を凝縮器まで圧送するコンプレッサを備えており、該凝縮器にて、熱伝導流体が液体に凝縮するとき、熱が放散される。次に、熱伝導流体は、液体供給管を通って膨張装置まで流れ、この膨張装置にて、熱伝導流体は体積膨張する。膨張装置から出る熱伝導流体は、通常、低質の液体ベーパ混合体である。本明細書で使用するように、「低質の液体ベーパ混合体」という用語は、熱伝導流体が零度以下の冷却状態を続けるとき、残る熱伝導流体を冷却するフラッシュガスが僅かに存在する液体状態の低圧の熱伝導流体を意味するものとする。次に、この膨張した熱伝導流体は、蒸発器内に流れる。蒸発器は、入口及び出口を有するコイルを備えており、熱伝導流体は、液体からベーパに状態が変化する間、低圧にて蒸発され熱を吸収する。このときベーパ状態にある熱伝導流体は、コイルの出口を通って流れ且つ蒸発器から出る。次に、熱伝導流体は、吸引管を通って流れ、コンプレッサに戻る。１つの典型的なベーパ圧縮システムは、１つ以上の膨張装置を含むことができる。更に、膨張装置は、ベーパ圧縮システム内の色々な位置に配置することができる。例えば、熱伝導流体が蒸発器内に流れると、該熱伝導流体は、第二の膨張装置を通って流れ、この第二の膨張装置にて、熱伝導流体は、第二の体積膨張を行なう。更に、１つの典型的なベーパ圧縮システムは、ノズル又は定オリフィスを含むことができる。
【０００４】
１つの面において、ベーパ圧縮システムの効率は、ベーパ圧縮システム内の色々な位置における熱伝導流体の体積膨張を正確に制御するか否かに依存する。熱伝導流体が恒温膨張弁、毛管、及び圧力制御装置のような膨張装置を通って流れるとき、又は熱伝導流体がノズル又は定オリフィスを通って流れるとき、熱伝導流体は体積膨張する。熱伝導流体が体積膨張する率は、ベーパ圧縮システム内の状態に依存して変化させる必要があることがしばしばである。毛管、圧力制御装置、ノズル又は定オリフィスのような装置は、寸法が一定であり、熱伝導流体が体積膨張する率を変化させることができない。多くの恒温膨張弁は、熱伝導流体が体積膨張する率を変化させることができるが、これらの弁は複雑であり、製造がかなりコスト高である。更に、恒温膨張弁は、熱伝導流体が体積膨張する率を制御することに関して、毛管、圧力制御装置又はノズル或いは定オリフィスほど正確ではない。
【０００５】
従って、熱伝導流体が体積膨張する率を変化させることのできる膨張装置の複雑さ及びその製造コストを軽減し、また、熱伝導流体が体積膨張する率を変化させることのできる膨張装置の精度を向上させるため、ベーパ圧縮システム、より具体的には、ベーパ圧縮システム用の膨張弁を更に開発することが必要である。
【０００６】
【概要】
本発明の１つの面によれば、ベーパ圧縮システムが提供される。該ベーパ圧縮システムは、熱伝導流体を流動させる管と、熱伝導流体の圧力及び温度を上昇させ得るように管と接続されたコンプレッサと、熱伝導流体を液化させ得るように管と接続された凝縮器と、熱伝導流体を膨張させ得るように管と接続された膨張装置とを備えている。膨張装置は、第一のオリフィスを画成するハウジングと、該ハウジングと接続された少なくとも１つの羽根とを備えており、該羽根は、第一の位置と第二の位置との間を可動であり、また、第一のオリフィスは第二の位置におけるよりも第一の位置におけるときの方が大きい。該ベーパ圧縮システムは、また、周囲環境から熱伝導流体まで熱を伝導すべく管と接続された蒸発器も含んでいる。
【０００７】
本発明の別の面によれば、ベーパ圧縮システム用の膨張装置が提供される。該膨張装置は、第一のオリフィスを画成するハウジングと、該ハウジングと接続された少なくとも１つの羽根とを備え、該羽根が第一の位置と第二の位置との間を可動であり、第一のオリフィスが、第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きい。
【０００８】
本発明の別の面によれば、ベーパ圧縮システム用の膨張装置が提供される。該膨張装置は、第一のオリフィスを画成する第一のシートと、第一のシートに重なり合う第二のシートとを備え、該第二のシートは第二のオリフィスを画成し、第二のオリフィスは、第一の位置と第二の位置との間を可動であり、また、第二のオリフィスは、第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きい。
【０００９】
本発明の１つの面によれば、ベーパ圧縮システムが提供される。該ベーパ圧縮システムは、熱伝導流体を流動させる管を有している。コンプレッサが熱伝導流体の圧力及び温度を上昇させ得るように管と接続されており、また、凝縮器が熱伝導流体を液化させ得るように管と接続されている。ベーパ圧縮システムは、また、熱伝導流体を膨張させ得るように管と接続された膨張装置も備えている。該膨張装置は、ハウジングオリフィスを画成するハウジングと、ハウジング内の少なくとも１つのボールとを備えている。該ボールは、少なくとも２つの通路を形成し、その通路の各々は、１つの通路オリフィスを画成する。１つの通路オリフィスの有効断面積は、他方の通路オリフィスの有効断面積よりも大きい。更に、ボールは、第一の位置と第二の位置との間を可動であり、ハウジングオリフィスは、効果的に第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにされている。ベーパ圧縮システムは、また、周囲環境から熱伝導流体まで熱を伝導し得るように管と接続された蒸発器も備えている。
【００１０】
本発明の１つの面によれば、ベーパ圧縮システム用の膨張弁が提供される。該膨張弁は、ハウジングオリフィスを画成するハウジングを有している。該膨張装置は、また、ハウジング内に少なくとも１つのボールも有している。該ボールは、少なくとも２つの通路を形成し、その通路の各々は、１つの通路オリフィスを画成する。該１つの通路オリフィスの有効断面積は、その他方の通路オリフィスの有効断面積よりも大きい。更に、ボールは、第一の位置と第二の位置との間を可動であり、ハウジングオリフィスは、効果的に第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きいようにされている。
【００１１】
図面の簡略化及び明確化のため、図面に示した要素は、必ずしも正確な縮尺で示したものではない。例えば、幾つかの要素の寸法は、他の要素に比して誇張して示してある。更に、適宜と考えられる場合、相応する要素を示すため、図面にて参照番号は繰り返し使用されている。
【００１２】
【現在の好ましい実施の形態の詳細な説明】
ベーパ圧縮システム１０の１つの実施の形態が図１に図示されている。ベーパ圧縮システム１０は、熱伝導流体３４の圧力及び温度を上昇させるコンプレッサ１２と、熱伝導流体３４を液化する凝縮器１４と、周囲環境から熱伝導流体３４に熱を伝導する蒸発器１６と、熱伝導流体３４を膨張させる膨張装置１８と、熱伝導流体を流動させる管１９とを備えている。管１９は、コンプレッサ１２、凝縮器１４、蒸発器１６及び膨張装置１８のようなベーパ圧縮システム１０の１つの構成要素からベーパ圧縮システム１０の別の構成要素まで熱伝導流体３４が流れるのを許容する。コンプレッサ１２、凝縮器１４、蒸発器１６及び膨張装置１８は全て管１９と接続されている。１つの実施の形態において、図１に図示するように、管１９は、排出管２０と、液体管２２と、飽和ベーパ管２８と、吸引管３０とを含む。この実施の形態において、コンプレッサ１２は、図１に図示するように、排出管２０を通じて凝縮器１４と接続され、凝縮器１４は液体管２２を通じて膨張装置１８と接続され、膨張装置１８は、飽和ベーパ管２８を通じて蒸発器１６と接続され、蒸発器１６は、吸引管３０を通じてコンプレッサ１２と接続されている。
【００１３】
１つの実施の形態において、ベーパ圧縮システム１０は、膨張装置１８と作用可能に接続されたセンサ３２を備えている。センサ３２は、熱伝導流体３４が膨張装置１８を通じて体積膨張する率を変化させるために使用することができる。好ましくは、センサ３２は、吸引管３０のような管１９の一部に取り付けられ且つ膨張装置１８と作用可能に接続されている。センサ３２は、熱伝導流体３４の温度、圧力、エンタルピ及び水分量又はベーパ圧縮システム１０の内外で監視することのできるその他の任意の型式の条件のようなベーパ圧縮システム１０の内外の条件を検出し得る設計とされた当該技術分野の当業者に既知の任意の型式のセンサとすることができる。例えば、センサ３２は、ベーパ圧縮システム１０内の特定の箇所における熱伝導流体３４の圧力を検出する圧力センサとし、又はセンサ３２はベーパ圧縮システム１０の周りにおける周囲環境１１の温度を検出する温度センサとすることができる。好ましくは、センサ３２は制御線３３を通じて膨張装置１８と作用可能に接続されるものとする。
【００１４】
ベーパ圧縮システム１０は、例えば、ジクロロジフルオロメタンであるＲ−１２、モノクロロジフルオロメタンであるＲ−２２、Ｒ−１２、Ｒ−１５２ａから成る共沸冷媒であるＲ−５００、Ｒ−２３、Ｒ−１３から成る共沸冷媒であるＲ−５０３、Ｒ−２２、Ｒ−１１５から成る共沸冷媒であるＲ−５０２のようなクロロフルオロカーボンの如き冷媒を含んで商業的に利用可能なほぼ任意の熱伝導流体３４を利用することができる。ベーパ圧縮システム１０はまた、非限定的に、冷媒Ｒ−１３、Ｒ−１１３、１４１ｂ、１２３ａ、１２３、Ｒ−１１４、Ｒ−１１を含む熱伝導流体３４を利用することもできる。更に、ベーパ圧縮システム１０は、１４１ｂ、１２３ａ、１２３、１２４のようなヒドロクロロフルオロカーボン、Ｒ−１３４ａ、１３４、１５２、１４３ａ、１２５、３２、２３のようなヒドロフルオロカーボン、ＡＺ−２０、ＡＺ−５０のような共沸ＨＦＣｓ（これは一般にＲ−５０７として既知）、ＭＰ−３９、ＨＰ−８０、ＦＣ−１４、Ｒ−７１７、ＨＰ−６２のような混合冷媒（一般にＲ−４０４ａとして既知）を含む熱伝導流体３４を利用することができる。従って、特別な熱伝導流体３４又は本発明にて利用される熱伝導流体３４の組み合わせは、本発明の作用にとって重要ではないと考えられ、それは、本発明は、同一の熱伝導流体３４を利用する従来から既知の任意のベーパ圧縮システムにより実現可能な場合よりも高いシステム効率にて実質的に全ての熱伝導流体３４にて作用可能であると考えられるからである。
【００１５】
１つの実施の形態において、コンプレッサ１２は熱伝導流体３４を相対的に高圧力及び高温度に圧縮する。熱伝導流体３４がコンプレッサ１２によって圧縮される温度及び圧力は、ベーパ圧縮システム１０の特定の寸法及びベーパ圧縮システム１０の冷却負荷条件に依存する。次に、コンプレッサ１２は、熱伝導流体３４を排出管２０及び凝縮器１４内に圧送する。凝縮器１４内にて、空気、水のような媒質すなわち二次的冷媒は、凝縮器１４内のコイルを経て吸引され、加圧された熱伝導流体３４が液体状態に変化するようにする。熱伝導流体３４内の潜熱が凝縮過程の間、排出されるとき、熱伝導流体３４の温度は降下する。凝縮器１４は液化した熱伝導流体３４を液体管２２に排出する。
【００１６】
図１に図示するように、液体管２２は熱伝導流体３４を膨張弁１８内に排出し、そのとき、熱伝導流体３４は体積膨張する。１つの実施の形態において、凝縮器１４によって排出された熱伝導流体は、膨張弁１８に入り且つセンサ３２における温度及び圧力のような吸引管３０の条件によって決定された率にて体積膨張する。センサ３２は、圧力及び温度のような吸引管の条件に関する情報を制御線３３を通じて膨張装置１８に伝達する。体積膨張したとき、膨張装置１８が熱伝導流体３４を飽和ベーパとして飽和ベーパ管２８内に排出する。飽和ベーパ管２８は、膨張装置１８を蒸発器１６と接続する。蒸発器１６は、周囲環境１１から熱伝導流体３４まで熱を伝導する。周囲環境１１は、図１に図示するように、ベーパ圧縮システム１０を取り巻く雰囲気である。蒸発器１６から出たとき、熱伝導流体は、吸引管３０を通ってコンプレッサ１２に戻る。
【００１７】
上記の実施の形態において、膨張装置１８は、飽和ベーパ管２８及び液体管２２と接続されているが、膨張装置１８はベーパ圧縮システム１０内の任意の構成要素と接続し、膨張装置１８は、ベーパ圧縮システム１０内の任意の箇所に配置することができる。好ましくは、膨張装置１８は、凝縮器１４と蒸発器１６との間のような、熱伝導流体３４を体積膨張させることが望ましいベーパ圧縮システム１０内の箇所に配置される。より好ましくは、膨張装置１８は、図１に図示するように、凝縮器１４と蒸発器１６との間のような、熱伝導流体３４が体積膨張する率を変化させることが望まれるベーパ圧縮システム１０内の箇所に配置されるようにする。膨張装置１８は、非限定的に、恒温膨張弁、毛管、圧力制御装置、ノズル及び定オリフィスのような計測供給装置に代えて又は該計測供給装置と組み合わせて使用することができる。好ましくは、熱伝導流体３４は、熱伝導流体３４が膨張装置１８を通って流れるとき、体積膨張するようにする。
【００１８】
図２には、１つの実施の形態に従い、管１９と接続された膨張装置１８の斜視図が図示されている。膨張装置１８は、図３乃至図８に図示するように、ハウジング４０と、少なくとも１つの羽根４８とを備えている。ハウジング４０は、第一のオリフィス４４を画成する。好ましくは、ハウジング４０は、硬いスチール材料で製造され且つ硬いスチール材料を含んでいるが、ハウジング４０は、セラミック、炭素繊維、任意の金属又は金属合金、任意のプラスチック又は任意のその他の材料のような当該技術分野の当業者に既知の任意の材料で製造することができる。本明細書にて規定したように、第一のオリフィス４４のようなオリフィスは、熱伝導流体３４のような流体が流れることのできる任意の開口部である。オリフィスは、円形（図７乃至図９に図示するような）、涙形状、眼形状（図３乃至図６に図示するような）、四角形又は矩形の形状或いは任意の不規則的な形状のような多数の形状の１つとすることができる。羽根４８は、ハウジング４０と接続される。好ましくは、羽根４８は、図３乃至図８に図示するように、ハウジング４０と接続されるものとする。１つの実施の形態において、羽根４８はハウジング４０内の少なくとも１つの軌道５６と接続され、軌道５６は羽根４８がその上を回転する経路を画成する。羽根４８は、円形又は円板状の形状、Ｖ字形（図３乃至図５に図示するような）、湾曲形状（図７乃至図９に図示するような）、四角形又は矩形の形状（図６に図示するような）又は任意の不規則的な形状のような多数の形状の１つとすることができる。羽根４８は、セラミック、炭素繊維、任意の金属又は金属合金、任意のプラスチック又は任意のその他の材料のような当該技術分野の当業者に既知の任意の材料を含み且つ該任意の材料にて製造される。好ましくは、羽根４８はばねスチールを含み且つばねスチールで製造されるものとする。
【００１９】
羽根４８は、図４に図示した第一の位置と、図３及び図５に図示した第二の位置との間を可動であり、第一のオリフィス４４は、第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きい。羽根４８は、第一の位置から第二の位置まで手動で移動させるか又はモータ又はその他の手段によって第一の位置から第二の位置まで自動的に移動させることができる。本明細書にて規定したように、オリフィス４４のようなオリフィスは、図３乃至図５に図示するように、オリフィスの断面積が効果的に増大するとき、大きくなるようにされ、また、オリフィスの断面積が効果的に減少するとき、小さくなるようにされる。オリフィス４４のようなオリフィスの断面積を増大又は減少させることにより、熱伝導流体３４内の体積膨張率を制御し且つ変化させることができる。好ましくは、羽根４８は、羽根４８が第二の位置にあるとき、第一のオリフィスの少なくとも一部分に重なり合い、これにより第一のオリフィスをより小さくするようにする。
【００２０】
１つの実施の形態において、膨張装置１８は、図３乃至図５に図示するように、第一の羽根５０と、第二の羽根５２とを備えている。好ましくは、第一の羽根５０及び第二の羽根５２は、図３乃至図８に図示するように、ハウジング４０と接続されるものとする。１つの実施の形態において、第一の羽根５０及び第二の羽根５２は、ハウジング４０内の少なくとも１つの軌道５６に接続され、軌道５６は第一の羽根５０及び第二の羽根５２がその上を回転する経路を画成する。第一の羽根５０及び第二の羽根５２は、第一の位置と第二の位置との間を可動であり、第一のオリフィス４４は、図３乃至図５に図示するように、第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きい。
【００２１】
１つの実施の形態において、膨張装置は単一の羽根４８を備えており、単一の羽根４８が図６に図示するように、第二のオリフィス４６を画成する。好ましくは、第二のオリフィス４６は、第一のオリフィス４４に隣接するようにする。羽根４８は、第一の位置と第二の位置との間を可動であり、第一のオリフィスは第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きい。羽根４８を第一の位置と第二の位置との間で移動させることにより、第二のオリフィス４６は第一のオリフィス４４の一部分と重なり合い、第一のオリフィス４４をより大きく又はより小さくすることができる。
【００２２】
１つの実施の形態において、膨張装置１８は、一連の羽根４８を備えており、該一連の羽根４８は、図７乃至図９に図示するように、第二のオリフィス４６を画成する。第二のオリフィス４６は、第一のオリフィス４４に重なり合う。好ましくは、第二のオリフィス４６は、第一のオリフィス４４に隣接するものとする。羽根４８は、第一の位置と第二の位置との間を可動であり、第二のオリフィス４６は第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きい。羽根４８を第一の位置と第二の位置との間で移動させることにより、第二のオリフィス４６を大きく又は小さくすることができる。第二のオリフィス４６が第一のオリフィス４４に重なり合うため、第二のオリフィス４６が大きく又は小さくされるとき、第一のオリフィス４４を大きくし又は小さくすることができる。１つの実施の形態において、一連の羽根４８は、図７乃至図９に図示するように、ほぼ円形である第二のオリフィス４６を画成する。この実施の形態において、一連の羽根４８は、カメラのレンズの絞りに類似する形態にて配置されている。
【００２３】
１つの実施の形態において、センサ３２は、第一の位置と第二の位置との間の少なくとも１つの羽根４８の移動を制御する。好ましくは、センサ３２は、電気モータ又は電磁石のような駆動装置（図示せず）と接続されており、該駆動装置はセンサ３２から信号を受け取ったとき、羽根４８を第一の位置から第二の位置まで自動的に移動させるために使用することができるようにする。
【００２４】
１つの実施の形態において、膨張装置１８は、第一のオリフィス６２を画成する第一のシート６０と、図１０乃至図１５に図示するように、第一のシート６０に重なり合う第二のシート６２とを備えている。第一のシート６０及び第二のシート６４は、セラミック、炭素繊維、任意の金属又は金属合金、任意のプラスチック又は任意のその他の材料のような当該技術分野の当業者に既知の任意の材料で製造し且つ該任意の材料を含むことができる。好ましくは、第一のシート６０及び第二のシート６４は、セラミック材料から製造され且つ該セラミック材料を含むものとする。第一のシート６０及び第二のシート６４は、円形又は円板形状（図３乃至図５に図示するような）、Ｖ字形、湾曲形状、四角形又は矩形の形状又は任意の不規則的な形状のような多数の形状の１つとすることができる。第二のシート６４は第二のオリフィス６６を画成し、第二のオリフィス６６は第一の位置と第二の位置との間を可動であり、第二のオリフィスは第二の位置にあるときよりも第一の位置にあるときの方が大きい。１つの実施の形態において、第一のシート６０及び第二のシート６４の少なくとも一方は、図１１に図示するように、共通の軸６８の周りを回転する。好ましくは、共通の軸６８は、その中心がほぼ第一のシート６０及び第二のシート６４にあるようにする。１つの実施の形態において、第一のシート６０は、ハウジング７０に対して固定され、第二のシート６４は共通の軸６８の周りを回転し、軸６８は、図１０に図示するように、第一のシート６０及び第二のシート６４の双方の中心に配置されている。好ましくは、膨張装置１８は、ハウジング７０から突き出し且つ第二のシート６４と接続されたタブ５８を備え、該タブ５８は、第二のシート６４を第一の位置から第二の位置まで手動で移動させることを許容する。
【００２５】
好ましくは、熱伝導流体３４を使用して羽根４８又は第一及び第二のシート６０、６４の何れかを潤滑し、羽根４８及び（又は）第一のシート６０、第二のシート６４がより自由に移動可能であるようにする。
【００２６】
１つの実施の形態において、第二のシート６４は、多数のオリフィス６６を画成し、第一のシート６０は単一のオリフィス６２を画成し、オリフィス６２の寸法及び形状は、図１５に図示するように、オリフィス６２が多数のオリフィス６６に重なり合うのを許容するようにする。多数のオリフィス６６は、第一の位置と第二の位置との間を可動であり、単一のオリフィスは第二の位置にて多数のオリフィスに重なり合い、単一のオリフィス６２は、多数のオリフィスが図１５に図示するように第二の位置まで移動するとき、大きくなるようにする。
【００２７】
膨張装置１８の別の実施の形態が図１６乃至図２０に図示されており、また、全体として参照番号７８で示してある。この実施の形態は、全体として参照番号１８で表示した図２乃至図１５に示したものと機能的に同様である。図１６に図示するように、膨張装置７８は管１９と接続されている。膨張装置７８は、図１６乃至図２０に図示するように、ハウジング８０と、該ハウジング８０内に配置された少なくとも１つのボール８４とを備えている。ハウジング８０は、熱伝導流体がハウジング８０に入るときに通るハウジングオリフィス７４を画成するボア７２を有している。好ましくは、ハウジング８０は硬いスチール材料を含むが、ハウジング８０は、セラミック、炭素繊維、任意の金属又は金属合金、任意のプラスチック又は任意のその他の硬い材料のような当該技術分野の当業者に既知の任意の硬い材料で製造することができる。ハウジング８０は、図１６に図示するように、一組みのハウジングスタッド９４を受け入れる一組みのねじ付きボス１２８を有する２部分から成る構造体の構造とされることが好ましい。ハウジング８０は、図１６に図示するように、末端部分８２内の一組みの開口部１３０及びハウジングスタッド９４を受け入れる一組みのねじ付きナット１１０を通じて末端部分８２と接続される。ハウジングシール９２は、ハウジング８０と末端部分８２との間に密封可能に受け入れ得るような寸法とされている。
【００２８】
ボール８４は、ハウジング８０のボア７２内に着座し、ハウジング８０のボア７２内に密封可能に受け入れ得る寸法とされた２つの座部８６の間にて挾持される。この実施の形態において、ボール８４は、球の形状であるが、ボール８４は円筒体、平行四辺形及び角錐体のようなその他の形状とすることができる。ボール８４は、ハウジング８０の第二のボア１３０を通じて調節軸部８８を受け入れる切欠き１２６を形成する。軸部座金９０は、調節軸部８８の基部を取り巻く。調節軸部８８は、パッキング９８と、パッキング従動子１００と、パッキングばね１０２と、ばねキャップ１０４と、座金９０の上方にあり且つ全体としてボア１３０内に配置されるスラストベアリング１０６とを受け入れる。基部９６は、調節軸部８８をボア１３０内で保持する。調節軸部８８の先端８９は、基部９６の開口部を通じて突き出す。ハンドル１１２が先端８９の上に装着される開口部１１６を形成する。ハンドルの止めねじ１１４がハンドル１１２を調節軸部８８に固着する。ハンドル１１２を回転方向Ｒに回すと、調節軸部８８及びボール８４もまた図１６に図示するように、方向Ｒに回転する。
【００２９】
ハンドル１１２を回すと、ボール８４は第一の位置と第二の位置との間を可動である。ボール８４は、図１８、図２０乃至図２２に図示するように、各々が通路オリフィス７６を形成する少なくとも２つの通路１１８を形成する。１つの実施の形態において、通路１１８の各々は、図１８、図２０に図示するように、ボール８４を貫通して伸びている。１つの実施の形態において、第一の通路１２０は、ボール８４を貫通する一方、第二の通路１２２は、ボール８４を途中までのみ貫通し、図２２に図示するように、ボール８４内の１点にて第一の通路１２０と交差する。第一の通路１２０は、図１８、図２０乃至図２２に図示するように、有効断面積Ｃを有する第一の通路オリフィス７６を形成し、第二の通路１２２は、有効断面積Ｂを有する第二の通路オリフィス７６を形成し、有効断面積Ｃは有効断面積Ｂと等しくない。本明細書にて規定したように、有効断面積は、通路の平面に沿った有効断面積であり、この平面は該通路を通る熱伝導流体３４の流動方向Ｆに対しほぼ垂直である。好ましくは、有効断面積Ｃは、有効断面積Ｂよりも大きいものとする。より好ましくは、有効断面積Ｃは、有効断面積Ｂよりも少なくとも５％、より好ましくは少なくとも１０％だけ大きいようにする。
【００３０】
第一の通路１２０のような通路は、本明細書で規定したように、該通路の展開した長さに沿って多数のオリフィスを画成することができるが、通路オリフィス７６は、該通路によって画成された任意のその他のオリフィスよりも最小の断面積を有する通路によって画成されたオリフィスである。例えば、図２２に図示するように、第二の通路１２２は、第一のオリフィス７６と、第二のオリフィス７７とを画成し、第一のオリフィス７５は有効断面積Ｂを有し、第二オリフィス７７は有効断面積Ｇを有し、有効断面積Ｂは、有効断面積Ｇよりも小さく、通路オリフィス７６は第一のオリフィス７５である。
【００３１】
熱伝導流体３４は、図１７乃至図２２に図示するように、管１９を通って方向Ｆに向けて流れ、直径Ｄのハウジングオリフィス７４を通って膨張装置７８内に入る。次に、熱伝導流体３４は、ボール８４の位置に依存して第一の通路１２０又は第二の通路１２２の何れかを通って流れる。例えば、ボール８４が第一の位置にあるとき、熱伝導流体３４は第一の通路１２０を通って流れ、ボール８４が第二の位置にあるとき、熱伝導流体３４は第二の通路１２２を通って流れることができる。１つの実施の形態において、ボール８４が第一の位置にあるとき、熱伝導流体３４は、図２１、図２２に図示するように、第一の通路１２０及び第二の通路１２２を通って流れることができる。
【００３２】
本明細書にて規定したように、オリフィス７４のようなオリフィスは、オリフィスの断面積が効果的に増大したとき大きくなるようにされ、オリフィスは、オリフィスの断面積が効果的に減少するとき小さくなるようにされる。ボール８４を第一の位置から第二の位置まで移動させることにより、ハウジングオリフィス７４の断面積を効果的に増大又は減少させ、これによりハウジングオリフィス７４及び膨張装置７８を通って流れる熱伝導流体３４内の体積膨張率を正確に制御し且つ変化させることができる。
【００３３】
ボール８４を第一の位置から第二の位置まで手動で移動させ又はモータ又はその他の手段によって第一の位置から第二の位置まで自動的に移動させることができる。１つの実施の形態において、センサ３２は、ボール８４が第一の位置と第二の位置との間を移動するのを制御する。好ましくは、センサ３２は、電気モータ又は電磁石のような駆動装置（図示せず）と接続し、センサ３２から信号を受け取ったとき、駆動装置を使用してボール８４を第一の位置から第二の位置まで自動的に移動させることができるようにする。
【００３４】
１つの実施の形態において、ボール８４は、図１７乃至図２０に図示するように、有効断面積Ｃのオリフィス７６を有する第一の通路１２０と、有効断面積Ｂのオリフィス７６を有する第二の通路１２２と、有効断面積Ａのオリフィス７６を有する第三の通路１２４とを形成し、有効断面積Ａは有効断面積Ｃ又はＢと等しくなく、有効断面積Ｃは有効断面積Ｂと等しくない。
【００３５】
１つの実施の形態において、第一の通路１２０及び第二の通路１２２は、図１８、図２１、図２２に図示するように、交点１３２を形成し、該交点にて、第一の通路１２０の経路が第二の通路１２２の経路と交差する。１つの実施の形態において、図２０に図示するように、第一の通路１２０が第二の通路１２２の上方又は下方に配置され、このため、第二の通路１２２との交点を形成しない。
【００３６】
１つの実施の形態において、第一の通路１２０及び第二の通路１２２は、互いに近接して配置され、図２１に図示するように、ボール８４の位置に依存して熱伝導流体３４は、第一の通路１２０又は第二の通路１２２の何れかを通り、又は第一の通路１２０及び第二の通路１２２の双方を通って流れることができる。例えば、ボール８４が第一の位置にあるとき、熱伝導流体３４は第一の通路１２０を通って流れ、ボール８４が第二の位置にあるとき、熱伝導流体３４は第二の通路１２２を通って流れることができる。しかし、ボール８４が第三の位置にあるとき、熱伝導流体は、第一の通路及び第二の通路の双方を通って流れることができる。この実施の形態において、第一の通路の有効断面積Ｃ及び第二の通路の有効断面積Ｂは互いに等しくすることができる。
【００３７】
膨張装置１８は、従来の膨張装置と組み合わせ、該従来の膨張装置が熱伝導流体３４を一定の率にて体積膨張をさせるようにすることができる。膨張装置１８を従来の膨張装置と組み合わせることにより、熱伝導流体３４を変化した率にて体積膨張させ、これにより低コストにて恒温膨張弁の効果を模擬することができる。
【００３８】
当該技術分野の当業者は、ベーパ圧縮システム１０が多岐に亙る用途に対応することを可能にすべく多数の改変が実現可能であることが理解されよう。例えば、食品の小売店で作動するベーパ圧縮システム１０は、共通のコンプレッサ１２の作用を受けることのできる多数の蒸発器１６を含むことができる。また、高熱負荷の冷蔵機能を必要とする用途において、ベーパ圧縮システム１０の冷却容量を増大させるため、多数のコンプレッサ１２を使用することができる。
【００３９】
当該技術分野の当業者は、ベーパ圧縮システム１０は多岐に亙る形態にて具体化可能であることを理解されよう。例えば、コンプレッサ１２、凝縮器１４、膨張装置１８及び蒸発器１６は、単一のハウジング内に全て収容し且つウォークイン冷却器内に配置することができる。この用途において、凝縮器１４は、ウォークイン冷却器の壁を貫通して突き出し、冷却器外部の周囲空気を使用して熱伝導流体３４を凝縮させる。別の用途において、ベーパ圧縮システム１０は、家庭又は事務所の空気調和可能な形態とすることができる。更に別の用途において、ベーパ圧縮システム１０は、水を冷却するために使用することができる。この用途において、蒸発器１６は、冷却すべき水中に完全に没するようにする。これと代替的に、蒸発器コイル４４にて網状とされた管を通じて水を圧送してもよい。更なる用途において、ベーパ圧縮システム１０は、別のシステムと互いに多段式とし、極めて低い冷蔵温度を実現することができる。例えば、異なる熱伝導流体３４を使用する２つのベーパ圧縮システムを互いに接続して第一のシステムの蒸発器が低温の雰囲気を提供するようにすることができる。第二のシステムの凝縮器を低温の雰囲気中に配置し且つ第二のシステム内で熱伝導流体を凝縮させるために使用する。
【００４０】
当該技術分野の当業者に既知であるように、蒸発器１６、液体管２２及び吸引管３０のような上述したベーパ圧縮システム１０の各要素は、多岐に亙る負荷条件に合うように規模を拡大し且つ寸法設定することができる。更に、ベーパ圧縮システム１０内の熱伝導流体の冷媒装荷量を従来のシステムの冷媒装荷量に等しく又はそれ以上とすることができる。
【００４１】
このように、本発明によれば、上述した利点を完全に提供するベーパ圧縮システムが提供されることが明らかである。本発明は、特定の一例としてのその実施の形態に関して説明し且つ図示したが、本発明をこれらの一例としての実施の形態にのみ限定することを意図するものではない。当該技術分野の当業者は、本発明の精神から逸脱せずに変更例及び改変例が具体化可能であることが認識されよう。例えば、アンモニアのような非ハロゲン化冷媒を使用することができまた同様の物を使用することもできる。このため、特許請求の範囲及びその等価物の範囲に属するかかる全ての変更例及び改変例を本発明の範囲に包含することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の１つの実施の形態に従って配置されたベーパ圧縮システムの概略図である。
【図２】
本発明の１つの実施の形態に従い、管と接続された膨張装置の斜視図である。
【図３】
膨張装置が部分的に開放した位置にある、図２の膨張装置の断面斜視図である。
【図４】
膨張装置が完全に開放した位置にある、図２の膨張装置の断面斜視図である。
【図５】
膨張装置が完全に閉じた位置にある、図２の膨張装置の断面斜視図である。
【図６】
本発明の１つの実施の形態による膨張装置の断面斜視図である。
【図７】
本発明の１つの実施の形態に従い、膨張装置が閉じた位置にある、膨張装置の断面斜視図である。
【図８】
膨張装置が部分的に開放した位置にある、図６の膨張装置の断面斜視図である。
【図９】
膨張装置が完全に開放した位置にある、図６の膨張装置の断面斜視図である。
【図１０】
本発明の１つの実施の形態に従い、管と接続された膨張装置の斜視図である。
【図１１】
図９の膨張装置の分解斜視図である。
【図１２】
膨張装置が部分的に開放した位置にある、図９の膨張装置の断面図である。
【図１３】
膨張装置が完全に開放した位置にある、図９の膨張装置の断面図である。
【図１４】
膨張装置が完全に閉じた位置にある、図９の膨張装置の断面図である。
【図１５】
本発明の１つの実施の形態による膨張装置の分解斜視図である。
【図１６】
本発明の１つの実施の形態による膨張装置の分解斜視図である。
【図１７】
本発明の１つの実施の形態による図１６の膨張装置の拡大部分断面図である。
【図１８】
本発明の１つの実施の形態に従い線１８に沿って示した図１７の膨張装置の断面図である。
【図１９】
本発明の１つの実施の形態による膨張装置の拡大部分断面図である。
【図２０】
本発明の１つの実施の形態に従い線２０に沿って示した図１９の膨張装置の断面図である。
【図２１】
本発明の１つの実施の形態による膨張装置の断面図である。
【図２２】
本発明の１つの実施の形態による膨張装置の断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004509311.tif 000038
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