JP3988829B2 - 安全遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、損傷等の場合に安全上の理由で互いに遮断する必要のある流体回路の区分のための安全遮断装置に関する。

かかる安全遮断装置は、損傷の場合に例えば冷媒又は油圧回路の単一の区分を遮断して回路内に入っている流体が完全に流れ出ないようにするために設けられている。これにより、損傷の場合に、関連の安全規則に鑑みて重要であり、コスト高であり、しかも環境又は健康にとって有害な流体の流出が制限されるようになる。

技術の現状では、例えば冷媒回路の種々の回路区分を遮断することが切望されているということは知られている。これに特有の課題は、冷媒が環境にとって有害な物質であるということ又は空調されるべき部屋内の冷媒の濃度が高くなることによりこれら部屋内の人の健康に対する危害が増大するということである。これは、損傷の場合に乗客が非常に狭いスペース内で冷媒と直面する自動車内の冷媒プラントについて特に当てはまる。例えば二酸化炭素が冷媒として用いられている場合、冷媒回路の損傷により引き起こされる乗客室内における二酸化炭素の濃度の増大に起因して乗客が呼吸困難になる恐れがある。

米国特許第５，９１８，４７５号明細書は、自動車用空調ユニットの損傷の場合、例えば乗客室内への空調ユニットの空気出口を閉鎖して冷媒が乗客室内へ入るのを阻止し又は軽減することを提案している。しかしながら、このやり方の後、システムからの冷媒の損失を回避することができず、冷媒が乗客室内へ入るという結果が軽減されるに過ぎない。

特有の不利益は、厳密に言って、損傷の場合に冷媒が乗客室へ流入し得る乗客室への他の漏れ又は連結が生じないようにすることは保証できないということにある。
損傷の場合に冷媒プラントの単一の部品又は区分だけが冷媒を放出する解決策が長い間知られており、技術の現状において文献記載されている。
一つの可能性は、密封機能を備えた外部制御弁が消勢状態で閉じられ、したがって蒸発器の出口を遮断するということである。別の可能性は、損傷の影響を受けた区分内へ冷媒が逆流することに起因する冷媒の思いがけない流出を阻止するために逆止弁を設けることである。

米国特許第５，９８３，６５７号明細書の教示によれば、自動車用空調ユニットが圧縮機の不作動時、冷媒が蒸発器から流れ出ないようにするために電磁弁と逆止弁の組合せを用いることが提案されている。減圧弁が電磁弁として用いられる。

特に減圧弁が遮断弁として用いられる場合、密封機能が必要であるという理由で減圧弁がその真の機能において制限されることは、文献記載された技術の現状の欠点である。さらに、かかる追加の機能が加えられた減圧弁は、構造の複雑さが高くなるのでコスト高になる。
したがって、本発明の目的は、高価な制御装置を用いないで流体回路の区分又はラインループの遮断を行う安全遮断装置を開発することにある。

本発明の課題は、互いに遮断する必要のある区分のための連結路を備えた２つのチャンバを有する安全遮断装置によって解決される。チャンバは、ピストンにより互いに分離され、チャンバの２つの連結路は各々、両方のチャンバが同一の圧力状態にあるときに密封力要素を備えた閉鎖要素によって閉鎖される。さらに、ピストンが連結路相互間の圧力差に起因して動くと、高いほうの圧力を受けたチャンバ内の閉鎖要素が関連の連結路を開いて流体が圧力の高いほうの区分圧力の低いほうの他の区分内へ流れることができるよう閉鎖要素及びピストンに機能的に連結された２つの作動装置が設けられている。これに伴う低圧区分内の圧力の増大により、流体が密封力要素の圧力に抗して圧力の低いチャンバの対応関係にある閉鎖要素に打ち勝ち、流体が両方の区分内を循環することができるようになっている。

変形例として、本発明の課題は、低圧の制御チャンバに連結された少なくとも２つの分割弁を有する安全遮断装置によって解決される。分離弁は、密封力要素により密封テーパ連結路の近くに保持される段付きピストンを有している。さらに、分割弁の本体内には環状チャンバ連結路が設けられ、かかる連結路を通って、流体が密封力要素に打ち勝った後、第１の分割弁から流出し、流体回路の遮断されるべき区分を通り、遮断されるべき別の区分に流入し、そして最終的に第２の分割弁内へ流入する。第２の分割弁の密封テーパ連結路を通って、流体は環状チャンバ連結路に流れ、そして流体回路の遮断されるべき隣接の区分内へ流れ戻る。本発明によれば、制御チャンバは、最も低い系統圧力を有し、それにより環状チャンバ連結路又は密封テーパ連結路のところの圧力と制御チャンバ内の圧力の圧力差があれば、流体は分割弁内を流れることができるに過ぎない。加うるに、制御チャンバ内の圧力が高過ぎると、制御チャンバと環状チャンバ連結路との圧力等化を可能にする逆止弁が設けられる。

本発明の好ましい実施形態によれば、段付きピストンは、密封リップを備えたエラストマー被膜を有し、密封リップは、逆止弁として機能する。段付きピストンを閉鎖すると、密封リップに打ち勝った後の流体は、制御チャンバから環状チャンバ連結路に流れる。この有利な実施形態では、段付きピストンは、本体内に収容されており、流体を制御チャンバの区分から密封リップ上でこれに沿って密封テーパ連結路に至らせる環状ギャップを形成する。それ故、密封リップは、逆止弁であるように機能する。
好ましくは、Ｎ個の分割弁が安全遮断装置用に設けられ、正確にはＮ個の区分が互いに遮断可能に設計されている。

本発明の思想によれば、安全遮断装置は、圧力等化時に、少なくとも２つの区分を互いに遮断し、又は一区分を流体回路の残部から分離する受動式のものである。損傷の場合、補助エネルギを追加しないで、流体回路の区分内への流体のそれ以上の流入（afterflow
）又はかかる区分からの流体のそれ以上の流出（outflow ）が阻止されることが顕著な利点である。

本発明の追加の細部、特徴及び利点は、添付の図面と関連してなされる例示の実施形態の以下の説明から明らかになろう。

図１は、２つのチャンバ１９，２０を備えた安全遮断装置１７を示している。互いに遮断されるべき区分１０，２１のための連結路又は連結管８，９及び６，７がチャンバのところに配置されている。チャンバ１９，２０は、ピストン１によって互いに分離されている。それぞれの場合においてチャンバ１９，２０の連結路８，９は、密封力要素１８を備えた閉鎖要素３によって閉鎖される。チャンバ１９，２０の圧力が同一ならば、閉鎖要素３は密封力要素１８によって連結路８，９をしっかりと閉鎖する。この位置では、流体は区分１０と区分２１との間で循環できない。区分１０に損傷が生じた場合、かかる区分内に入っている流体だけが流出する場合があり、区分２１内に入っている流体は、区分１０を越えて外部には流れることができない。というのは、これは、閉鎖要素３によって区分１０に流入するのが阻止されているからである。閉鎖要素は、２つの作動装置２を備え、これら作動装置は、ピストン１がチャンバ１９，２０内又は連結路６，７のところでの圧力差に起因して移動すると、圧力の高い方のチャンバ内の閉鎖要素３がこれと関連した連結路を開き流体が区分２１から区分１０内へ流れることができるようにするよう閉鎖要素３及びピストン１に機能的に連結されている。流体の流入に伴う圧力の増大の結果として、流体が密封力要素１８に抗して対応関係にある閉鎖要素３に打ち勝って区分２１に流入することができるようになる。本発明の好ましい実施形態によれば、密封力要素１８は、ばねとして設計されている。

本発明の安全遮断装置１７の別の有利な実施形態によれば、ピストン１の運動は、制限要素４によって制限される。この場合、作動装置２は、停止部２３を備えた案内２２によってピストン１の内部で案内され、ピストン１が変位すると、停止部２３によって圧力の伝搬方向に連行されて閉鎖要素３がこれと対応関係にある連結路８又は９を流体のために開くようになっている。
好ましくは、安全遮断装置１７は、対称に設計され、それによりチャンバ１９，２０内での圧力等化時、ピストン１は、中央位置にある。

図２は、安全遮断装置１７が設けられた本発明の冷媒回路が概略的に示されている。この場合、遮断されるべき区分１０は、空調ユニットの内部熱交換器又は蒸発器である。

冷媒回路の作用は次の通りである。圧縮機１１は、ガス冷却器／高圧での凝縮器で冷却され又は液化された冷媒蒸気を圧縮する。冷媒は、高圧で連結管７を通って安全遮断装置１７のチャンバ２０に入る。ピストン１は、高圧のために左側に動き、作動装置２は、停止部２３によって連行される。閉鎖要素３は、連結管８を開き、冷媒は減圧要素１２に流れ、次に蒸発器１０に流れることができる。かくして、冷媒は、低圧では安全遮断装置１７の連結管９のところに存在する。加えられた冷媒による圧力増大により、閉鎖要素３は、密封力要素１８の力に抗して変位し、冷媒がチャンバ１９内へ流入し、そして連結管６に流れ、次に冷媒コレクタに流れ、最終的に圧縮機１１に流れるようになっている。

本発明の安全遮断装置１７を用いた場合の顕著な利点は、安全遮断装置１７がその対称設計に基づき、冷媒回路の空調設計に適しているだけでなく図３に示すような組合せ型空調ユニット／ヒートポンプ作動に適していることにある。特に有利には、ピストン１は、連結路６又は７のところの流体によりチャンバ１９，２０の圧力印加に応じて位置決めされ、それによりプラントは、安全遮断装置１７のところに連結手段を設けなくても作動モードの変化により作動モードに自動的且つ受動的に適合する。

図３には、組合せ型空調ユニット／ヒートポンプが、主回路図の状態で示されている。安全遮断装置１７は、その対称性により、流体の流れ方向が変化する区分又はラインループに使用できることは注目されるべきである。ヒートポンプモードでは、冷媒は、図２を参照して説明した機能とは対照的に、連結管６からチャンバ１９を通って連結管９に流れ、かくして、今や凝縮器／ガス冷却器として動作している熱交換器１０を通る流れとは逆方向に減圧要素１２に流れる。蒸発器として動作する冷媒／冷却剤熱交換器１６上でこれに沿って冷媒は冷媒コレクタ１５及び圧縮機１１に流れる。

図４は、一体形逆止弁３３を備えた本発明の分割弁３２を示している。この場合、本体２４内には制御チャンバ２５、環状チャンバ連結路２６及び密封テーパ連結路２７が形成されている。流体は、環状チャンバ連結路２６又は密封テーパ連結路２７を通って流入することができる。段付きピストン２８が、密封テーパ連結路２７を閉鎖するような仕方で密封力要素１８によって保持されている。段付きピストン２８のこの位置では、３つの連結路２６，２７，２５は、互いに遮断されている。例えば環状チャンバ連結路２６又は密封テーパ連結路２７のところでの流体回路の遮断されるべき区分２１内において流体が高圧状態にあるとき、段付きピストン２８は、密封力要素１８の力に抗して変位し、流体が本体２４内のシリンダリング上をこれに沿って連結路２６，２７の一方から他方に流れ、シリンダリングは、下方部分内の環状チャネル３５であるように設計されている。

流体回路の区分１０の流体が環状チャンバ連結路２６のところで高圧状態にある場合、流体は、上述したように段付きピストン２８による流路の開放後、環状チャネル３５を経て密封テーパ連結路２７に流れ、そして区分１０から遮断されるべき区分２１に流れる。図４の記載では、逆止弁３３が制御チャンバ２５と環状チャンバ連結路２６との間に配置されている。

流体回路の区分１０と比較して制御チャンバ２５内の圧力が高い場合、この圧力は、逆止弁３３を通って環状チャンバ連結路２６に向ける。制御チャンバ２５内の圧力に対して高圧状態にある流体の流れが密封力要素１８の力に抗して段付きピストン２８を開く場合、又は、制御チャンバ２５内において最も低い系統圧力よりも相当高い圧力が存在し、この高い流体圧力が逆止弁３３を通って環状チャンバ連結路２６に抜ける場合、機械的逆止弁３３を備えた分割弁３２は、流体の流れだけを可能にし、この方向に開かれる。

図５には、逆止弁３３としてエラストマー密封リップ３０を備えた分割弁が本発明の好ましい実施形態として示されている。図４の記載と同様に、本体２４内には、制御チャンバ２５、環状チャンバ連結路２６及び密封テーパ連結路２５が設けられている。本発明の図示の有利な実施形態によれば、段付きピストン２８は、エラストマー被膜２９を備えている。特に有利には、僅かな圧力差状態で本体の密封フランク３４のところのエラストマー被膜２９は、環状チャンバ連結路２６の区分を密封テーパ連結路２７の区分から密封する。本発明の特に好ましい実施形態によれば、エラストマー被膜２９は、その両端部のところに密封リップ３０を形成するようになっている。制限端部を備えた密封リップ３０は、環状チャンバ連結路２６又は密封テーパ連結路２７経由の高圧印加状態下において、密封リップ３０が本体２４に圧接され、環状チャネル３５を環状チャネル３６及び制御チャンバ２５に対して密封するよう本体２４に当接し、それにより、高圧状態の流体は、制御チャンバ２５内の圧力に対する圧力差に起因して、段付きピストン２８が制御チャンバ２５の方向に変位した後、環状チャンバ連結路２６から密封テーパ連結路２７に流れることができる。

本発明によれば、制御チャンバ２５は、システム中において支配的な最も低い圧力と常時関連している。密封リップ３０は、この好ましい実施形態によれば、環状チャネル３５と比較して制御チャンバ２５内の圧力が高い場合に圧力等化を行って後で制御チャンバ２５内において環状チャネル３５の低い圧力も又存在するようにする逆止弁として追加の機能を果たす。環状チャネル３５から制御チャンバ２５内への流体の流れは、密封リップ３０を越え環状ギャップ３６を通って制御チャンバ２５内に至る計画的且つ承認された漏れにより流体回路内の圧力等化にのみ起因して、それほどの質量流量を生じないで達成される。本発明のこの好ましい実施形態の制御チャンバ２５は、冷媒回路で用いられる最小容積を有するに過ぎず、質量流量機能の無い死空間として設計され、冷媒移送には寄与しない。制御チャンバ２５は本質的に、本発明の分割弁３２の分割機能の実現のために低圧の基準として役立つ。

この実施形態の顕著な利点は、エラストマー被膜２９及び密封リップ３０を設けることにより、２つの機能を分割弁３２内で製造を経済的に実現できることにある。第１に、段付きピストン２８に施されたエラストマー被膜２９は、密封フランク３４のところで遮断されるべき区分を互いに密封し、この場合、本体２４の内面及び段付きピストン２８の外面の大がかりな機械加工は行なわれず、第２に、端部のところに密封リップ３０として設計されたエラストマー被膜２９は、逆止弁３３の機能を実行する。
ばねが、密封力要素１８であるように機能し、それにより分割弁３２の制御状態及び必要な圧力差をばねの寸法決めにより制御できる。

本発明のこの実施形態によれば、この発明思想は、損傷の場合に、幾つかのライン又はラインループも又遮断するよう具体化される。これは、３つの圧力、即ち、環状チャンバ連結路２６のところの圧力、密封テーパ連結路２７のところの圧力及び制御チャンバ２５の圧力を分割弁３２により比較することによって達成される。複数の分割弁３２を制御チャンバ２５を介して安全遮断装置３１に連結することにより、Ｎ個の区分をＮ個の分割弁３２に対応して互いに遮断することができる。

損傷の場合、流体システム中の圧力差が非常に迅速に無くなるので、互いに遮断するべき区分は、密封力要素１８及び段付きピストン２８に対するこれらの作用により確実に分離され、損傷により直接影響を受けなかった流体回路の区分からの流体の流出が効果的に回避される。

図６は、エラストマー被膜２９及び密封リップ３０を備えた制御ピストンの好ましい実施形態の拡大図である。段付きピストン２８は、その上方部分がエラストマー被膜２９によって包囲されており、エラストマー被膜の端部のところには、密封リップ３０が構成され又は形成されている。密封リップ３０は、流体が高圧下で環状チャンバ連結路２６を通って環状チャネル３５に流入し、そして密封テーパ連結路２７に流出することができるよう環状ギャップ３６を閉鎖している。密封リップ３０は、流体が制御チャンバ２５に流れるのを阻止している。特に有利には、これにより、内部にシリンダが設計された本体２４がエラストマーの密封作用により製造業者による費用のかかる表面処理を必要としないようにすることができる。

図７は、例えば自動車の組合せ型空調ユニット／ヒートポンプの冷媒回路で用いられる場合の３つの分割弁３２から成る安全遮断装置３１に関する本発明の実施形態を示しており、この場合、蒸発器１０に加えて追加の内部熱交換器３８が設けられている。制御チャンバ２５は、３つ全ての分割弁３２ａ，３２ｂ，３２ｃを互いに連結している。ヒートポンプモードにおいて、分割弁３２ａの環状チャンバ連結路２６のところには、区分２１内に高圧状態の流体が存在し、この流体は、密封テーパ連結路２７を通って損傷の場合に遮断されるべき蒸発器を備えた区分１０内に流れる。空調モードでは、冷媒は、分割弁３２ｂの密封テーパ連結路２７に流れ、最終的に冷媒コレクタ１５を経て圧縮機１１に流れる。

ヒートポンプモードでは、冷媒の流れは、分割弁３２ｃの環状チャンバ連結路２６を通って密封テーパ連結路２７に至り、そして減圧要素１２及び追加の内部熱交換器３８を通って分割弁３２ａの密封テーパ連結路２７に至る。

本発明の別の実施形態によれば、安全遮断装置は、油圧システムにも有利に使用できる。

安全遮断装置の概略断面図である。 安全遮断装置を備えた冷媒プラントの主回路図である。 安全遮断装置を備えた組合せ型ヒートポンプ／空調ユニットを示す図である。 一体形逆止弁を備えた分割弁を示す図である。 逆止弁としてのエラストマー密封リップを備えた分割弁を示す図である。 密封リップを備えた分割弁の部分図である。 遮断されるべき３つの区分を備えた用途における分割弁ブロックを示す図である。

符号の説明

１ ピストン
２ 作動装置
３ 閉鎖要素
４ 制限要素
５ 密封要素
６ 連結管
７ 連結管
８ 連結管
９ 連結管
１０ 蒸発器又は区分
１１ 圧縮機
１２ 減圧要素
１３ 多方弁
１４ 多方弁
１５ 冷媒コレクタ
１６ 冷媒−冷却剤熱交換器
１７ 安全遮断装置
１８ 密封力要素
１９ チャンバ
２０ チャンバ
２１ 区分
２２ 案内
２３ 停止部
２４ 本体
２５ 低圧レベルの制御チャンバ
２６ 環状チャンバ連結路
２７ 密封テーパ連結路
２８ 段付きピストン
２９ エラストマー被膜
３０ 密封リップ
３１ 安全遮断装置
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 分割弁
３３ 逆止弁
３４ 密封フランク
３５ 環状チャネル
３６ 環状ギャップ
３７ ガス冷却器／凝縮器
３８ 追加の内部熱交換器

Claims (3)

1. 流体回路の区分のための安全遮断装置であって、安全遮断装置（１７）は、単一本体内で互いにピストン（１）によって分離された２つのチャンバ（１９，２０）を有し、チャンバ（１９，２０）は、互いに遮断されるべき区分（１０，２１）の連絡路（８，９）及び（６，７）をそれぞれ備え、連結路（８，９）は、チャンバ（１９，２０）内の等しい圧力状態で密封力要素（１８）を備えた閉鎖要素（３）により閉鎖され、閉鎖要素（３）及びピストン（１）に機能的に連結されていて、連結路（６，７）相互間の圧力差により生じるピストン（１）の変位に起因して、高い圧力状態にあるチャンバ（１９又は２０）内の閉鎖要素（３）が、関連の連結路（８又は９）を開き、流体が区分（２１）から区分（１０）内へ流入できるようにする２つの作動装置（２）が設けられ、これに伴う圧力の増大に起因して、流体は、密封力要素（１８）に抗して対応関係にある閉鎖要素（３）に打ち勝ち、流体が区分（１０）の通過後、区分（２１）内へ流れることができるようになっており、ピストン（１）の内部に位置する作動装置（２）のための停止部（２３）を備えた案内（２２）が設けられ、作動装置（２）は、ピストン（１）が変位すると、停止部（２３）により圧力伝搬方向に連行され、それにより閉鎖要素（３）が対応関係にある連絡路（８）又は（９）を流体のために開放することを特徴とする安全遮断装置。
2. 流体回路の区分のための安全遮断装置であって、安全遮断装置（１７）は、単一本体内で互いにピストン（１）によって分離された２つのチャンバ（１９，２０）を有し、チャンバ（１９，２０）は、互いに遮断されるべき区分（１０，２１）の連絡路（８，９）及び（６，７）を備え、連結路（８，９）は、チャンバ（１９，２０）内の等しい圧力状態で密封力要素（１８）を備えた閉鎖要素（３）により閉鎖され、閉鎖要素（３）及びピストン（１）に機能的に連結されていて、連結路（６，７）相互間の圧力差により生じるピストン（１）の変位に起因して、高い圧力状態にあるチャンバ（１９又は２０）内の閉鎖要素（３）が、関連の連結路（８又は９）を開き、流体が区分（２１）から区分（１０）内へ流入できるようにする２つの作動装置（２）が設けられ、これに伴う圧力の増大に起因して、流体は、密封力要素（１８）に抗して対応関係にある閉鎖要素（３）に打ち勝ち、流体が区分（１０）の通過後、区分（２１）内へ流れることができるようになっており、ピストン（１）の内部に位置する作動装置（２）のための停止部（２３）を備えた案内（２２）が設けられ、作動装置（２）は、ピストン（１）が変位すると、停止部（２３）により圧力伝搬方向に連行され、それにより閉鎖要素（３）が対応関係にある連絡路（８）又は（９）を流体のために開放し、安全遮断装置は対称に設計され、ピストン（１）はチャンバ（１９，２０）内での圧力が等しいとき、上記単一本体内で中央位置にあることを特徴とする安全遮断装置。
3. ピストン（１）の変位は、制限要素（４）によって制限されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の安全遮断装置。

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