CN101464080A - 浮控式冷媒膨胀装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种浮控式冷媒膨胀装置，包括浮筒室本体、直立管件、浮筒组件与分隔组件。浮筒室连接底板及管型外壳，底板相对管型外壳上端设置之一第一管口，有第一贯穿孔与多个第二贯穿孔。直立管件固定于底板上，有一第二管口与一第三管口，第二管口与第一贯穿孔连通，底板上的第二贯穿孔位于直立管件与底板连接处的外侧。直立管件的管壁于邻近第二管口侧有至少一开口。浮筒组件套设直立管件上，控制开口的流口面积。分隔组件沿着浮筒组件的周围设置于底板上，与管型外壳构成一内流道。分隔组件上邻近底板处具有多个流体通口。

Description

浮控式冷媒膨胀装置

技术领域

本发明涉及一种冷媒膨胀装置，且特别是有关于一种浮控式冷媒膨胀装置。

背景技术

冷冻空调系统已成为人类的生活必需品，尤其在工业高度发展的情形下，对于大型冷冻空调系统的依赖性日渐增强。然而，此类大型系统往往存在着无较佳膨胀装置可用的问题。尤其在冷冻系统迈入系统化、多段可调或变频控制等新技术后，更增加制造商对膨胀装置的需求。

随着冷冻系统的发展，多种膨胀装置例如孔口板、短管、感温式、电子式膨胀装置等也已发展使用，然而这些膨胀装置都有其使用上的限制。例如，孔口板与短管虽然可以适用于大部分的冷冻系统，由于其仅具有固定的压降能力，无法依系统的负载需求进行膨胀能力的调变，使得使用这类膨胀装置的冷冻系统稳定性较差、能源效率不佳，也增加了冷冻系统的维修成本；感温式膨胀装置与电子式膨胀装置的成本较高，尤其是电子式膨胀装置的成本更是高出其它膨胀装置甚多，除此的外其单体应用的范围仅限于较小负载能力的冷冻系统，要使用于大型系统则需以串联或并联的方式复合，使得系统的制造成本及复杂度更高。

冷媒膨胀装置为冷冻循环系统中的四大组件(包括压缩装置、冷凝装置、蒸发装置与膨胀装置)之一，其形式依主机型式与能力大小而有所不同。例如，中小型的冷冻系统常使用感温式膨胀装置与电子式膨胀装置，且受冷媒种类与成本的影响，这两种膨胀装置仅供应至500冷冻吨。至于大于此能力的系统则使用孔口板或浮筒式膨胀装置，其是因这两种膨胀装置可不受冷媒种类与冷冻系统能力限制。

中国台湾专利号M276185号专利揭露的『冷媒浮球控制阀的改良结构』是由控制阀组及浮球构件所组成。通过控制浮球的高低位置使一阀门呈现开启或是闭合状态。阀门是呈现U字型，而冷媒进入孔是与阀座左右对称，通过此控制冷媒的供给流量。浮球与阀座间是以杠杆连接，利用浮球的浮力与杠杆改变冷媒进入孔的大小。然而，由于浮球的浮力不易控制，且浮球会随着冷媒任意流动，使阀座不易维持在中间位置而影响冷媒的供给流量，甚或导致阀座卡住。

美国专利号US5285653号专利揭露的『冷冻流体控制装置』(Refrigerant Flow Control Device)是以浮筒套设于一直立管件以上下移动并控制直立管件上开口的流口大小。其中，是以通气管道将一气体引入浮筒下端以控制浮筒的高度，且于浮筒外侧设置有护网让流体通过。然而，此装置必须使用控制阀控制进入通气管道的气体量，使装置较为复杂。

另外，美国专利号US5009079号专利揭露的『冷冻流体控制装置』(Refrigerant Flow Control Device)亦同样是将浮筒套设于直立管件以控制直立管件上开口的流口大小。此装置在运作之后，若浮筒落到直立管件的底部，浮筒会完全覆盖住直立管件的开口，使装置于下次运作前必须先施以浮筒非常大的力量，才能将浮筒撑起以暴露出直立管件的开口而恢复流量。

发明内容

本发明目的是提供一种浮控式冷媒膨胀装置，适用于小、中或大型的冷冻空调或循环系统中，并可取代现今所使用的孔口式或电子式膨胀装置。另外，本发明的浮控式冷媒膨胀装置并不需装设任何电子组件即可准确地控制流体流量，具有极佳的控制性能与效益。

本发明提出一种浮控式冷媒膨胀装置，此装置包括一浮筒室本体、一直立管件、一浮筒组件与一分隔组件。浮筒室本体包括一底板及一管型外壳。底板连接管型外壳并相对于管型外壳上端设置的一第一管口。底板具有一第一贯穿孔与多个第二贯穿孔。高压流体第一管口侧进入浮筒室本体中。直立管件固定于底板上。直立管件具有一第二管口与一第三管口，其中第二管口与第一贯穿孔连通，而底板上的各个第二贯穿孔位于直立管件与底板连接处的外侧。于直立管件的管壁上具有至少一开口，此开口邻近于第二管口侧。浮筒组件套设于直立管件上，用以控制直立管件的开口的流口面积。其中，当浮筒组件位于直立管件的底部，浮筒组件与底板之间具有一间隙，以保持第二贯穿孔的畅通。分隔组件沿着浮筒组件的周围设置于底板上，用以防止高压流体流至浮筒组件的上表面。其中，分隔组件与管型外壳构成一内流道，且分隔组件上邻近底板处具有多个流体通口。高压流体沿着内流道被导引通过流体通口，通过此以移动浮筒组件而控制开口的流口面积，之后，高压流体通过第二贯穿孔以及经由开口先流入直立管件的内孔后再由第一贯穿孔流出浮筒室本体以形成一低压流体。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示依照本发明一较佳实施例的浮控式冷媒膨胀装置的示意图；

图2绘示图1浮控式冷媒膨胀装置的立体图；

图3绘示一滚珠轴承的示意图；

图4绘示图1的浮筒组件的示意图；

图5A、图5B绘示图1的冷媒膨胀装置于作动时的示意图；

图6绘示以弹性组件维持浮筒组件与底板间隙的示意图；

图7绘示浮筒组件具有圆锥形下表面的示意图；

图8绘示浮筒组件具有圆弧形下表面的示意图。

【主要组件符号说明】

1：浮控式冷媒膨胀装置

10：浮筒室本体

11：底板

11A：第一贯穿孔

11B：第二贯穿孔

13：管型外壳

13A：第一管口

15：内流道

20：直立管件

20A：第二管口

20B：第三管口

22：开口

30：浮筒组件

30A’、30A”：下表面

32：环状中空壳体

34：隔板

35：圆板

40：分隔组件

42：流体通口

44：环形隔板

44A：下侧缘

46：支撑件

50：挡片

52：挡块

60：滑动组件

62：滚珠

70：弹性组件

200：流体出口

300：流体入口

L1：高压流体

L2：低压流体

具体实施方式

请参照图1、图2，图1绘示依照本发明一较佳实施例的浮控式冷媒膨胀装置的示意图，图2绘示图1浮控式冷媒膨胀装置的立体图。浮控式冷媒膨胀装置1包括一浮筒室本体10、一直立管件20、一浮筒组件30与一分隔组件40。浮筒室本体10包括一底板11及一管型外壳13。底板11是连接管型外壳13并相对于管型外壳13上端设置之一第一管口13A。底板11具有一第一贯穿孔11A与多个第二贯穿孔11B。直立管件20固定于底板11上，并具有一第二管口20A与一第三管口20B。其中，第二管口20A是与第一贯穿孔11A连通，而底板11上的各个第二贯穿孔11B是位于直立管件20与底板11连接处的外侧。另外，于直立管件20的管壁上具有至少一开口22，此开口22是邻近于第二管口12A侧。

浮筒组件30套设于直立管件20上，用以控制直立管件20的开口22的流口面积。当浮筒组件30位于直立管件20的底部，浮筒组件30与底板11之间具有一间隙，以保持第二贯穿孔11B的畅通。分隔组件40沿着浮筒组件30的周围设置于底板11上，用以防止高压流体流至浮筒组件30的上表面。其中，分隔组件40与管型外壳13构成一内流道15，且分隔组件40上邻近底板11处具有多个流体通口42。

本实施例的浮控式冷媒膨胀装置1其管型外壳13的第一管口13A例如是连接至一冷凝器的流体出口200，而底板11的第一贯穿孔11A与第二贯穿孔11B则例如是连通至一蒸发器或一节能器的流体入口300。由冷凝器过来之一高压流体(例如是高压液体冷媒)是第一管口13A侧进入浮筒室本体10中。高压流体是接着沿着内流道15被导引通过流体通口42，通过此以移动浮筒组件30而可控制开口22的流口面积。之后，高压流体通过第二贯穿孔11B与经由开口22先流入直立管件20的内孔后再由第一贯穿孔11A流出浮筒室本体10，而使高压流体的体积膨胀并降压而形成一低压流体。

如图1所示，底板11的第一贯穿孔11A是位于底板11的中央，且如图2所示，第二贯穿孔11B是较佳地等距离环绕第一贯穿孔11A。另外，第一贯穿孔11A与第二贯穿孔11B的形状可以是为圆形。

至于直立管件20的设计，其较佳为一圆形直管，是固定于底板11上。直立管件20的开口22较佳是长条形，且开口22的延伸方向是与直立管件20的延伸方向一致。由于浮筒组件30会随着流体上下移动，以于不同位置遮蔽或露出直立管件20上的开口22，长条形的开口22设计使浮筒组件30得以线性地调整流体的流量。另外，于直立管件20的延伸方向上，开口22的长度大于浮筒组件30的高度。

虽然本实施例是以长条形的开口22作说明，然开口22亦可为其它任意的几何形状。另外，本实施例的开口22虽然仅开设于直立管件20的管壁上，然开口22实际上可直接延伸至第二管口20A处，如此一来，只要浮筒组件30一向上移动，即可暴露出开口22以加大流体的流量。

如图2所示，分隔组件40包括一环形隔板44与多个支撑件46。这些支撑件46各别连接于环形隔板44的下侧缘44A，用以与底板11结合。且这些支撑件46、该下侧缘44A与底板11间形成前述的多个流体通口42。另外如图1所示，分隔组件40的高度是大于管型外壳13的高度以及直立管件20的高度，以防止高压流体直接冲击至浮筒组件30的上表面而阻碍浮筒组件30的移动。

冷媒膨胀装置1包括一挡止组件，其设置于直立管件20的第三管口20B端，用以防止浮筒组件30从直立管件20上脱落。于此的挡止组件是以一挡片50作说明。挡片50设置于第三管口20B端，且较佳地，挡片50的面积是大于第三管口20B的面积。如此一来，挡片50除了可避免浮筒组件30因持续向上移动而与直立管件20分离，亦可密封住直立管件20的第三管口20B以防止冷媒气体进入直立管件20。

另外，为保持第二贯穿孔11B的畅通，冷媒膨胀装置1于底板11上亦设置有其它的挡止组件以防止浮筒组件30的下表面与底板11密合。本实施例先以设置于底板11上的数个挡块52作说明。当流量极少时，挡块52会使浮筒组件30与底板11间保持间隙，使流体仍可从第二贯穿孔11B流出，而维持流体的基本流动状态。

冷媒膨胀装置1更包括一滑动组件60，其是用以使浮筒组件30平顺地于直立管件20上滑移。滑动组件60设置于浮筒组件30之一内环面与直立管件20之间。滑动组件60可以是一滚珠轴承、一滚柱轴承或一套筒轴承，于本实施例中是以一滚珠轴承作说明，其图示请参照图3。滚珠轴承具有多列用以与直立管件20接触的滚珠62，使浮筒组件30与直立管件20的接触面积降到最低，如此除了可降低二者之间的摩擦力，并可克服流体于浮筒组件30四周产生的不对称力量，通过此防止浮筒组件30于滑动的过程中产生卡死的现象。

请参照图4，其绘示图1的浮筒组件的示意图。浮筒组件30包括一环状中空壳体32、多个隔板34与上、下二个圆板35(因视角关系，仅绘示出一个圆板35)。较佳地，这些隔板34是等间隔地设置于环状中空壳体32中，以增强浮筒组件30的结构强度，而可承受高压流体的冲击力量。环状中空壳体32与隔板34的材质可以是不锈钢，亦得以有效地增加浮筒组件30的结构强度。

请参照图5A、图5B，其绘示图1的冷媒膨胀装置于作动时的示意图。如图5A所示，高压流体L1(例如是高压液体冷媒)是由第一管口13A进入浮筒室本体10，并沿着分隔组件40与管型外壳13间的内流道15流至流体通口42处。此时，开口22的下方虽然完全被浮筒组件30遮蔽住，然高压流体L1仍可由第二贯穿孔11B流出。由于挡块52维持住浮筒组件30与底板11之间隙，高压流体的冲击力量得以传递至浮筒组件30的下表面，进而形成一向上的推力，使浮筒组件30随流体浮动起来。如图5B所示，浮筒组件30向上移动时会逐渐暴露出直立管件20的开口22，以因应增加的高压流体量。此时，高压流体L1除了由第二贯穿孔11B流出，亦会由开口22先进入直立管件20的内孔后再由第一贯穿孔11A流出，使其体积膨胀而降压以形成一低压流体L2。另外，当高压流体量过大时，挡片50可避免浮筒组件30从直立管件20上脱落。

本实施例虽是以多个挡块52保持浮筒组件30与底板11之间隙以维持流体的基本流量，但本发明并不以此为限定，本发明亦可以通过其它组件，或是改变原有组件的结构设计以产生同样的功效。以下举例说明。

请参照图6，其绘示以弹性组件维持浮筒组件与底板间隙的示意图。底板11与浮筒组件30之间是可装设至少一弹性组件70。由于弹性组件70本身具有一定高度，其可用以维持底板11与浮筒组件30之间隙，而无须在底板11上装设挡块52(见图1)。另外，可先计算出浮筒组件30与滑动组件60的重量惯性，再选用合适的弹性组件70去抵消掉这些重量惯性，使调整开口22的敏感度增加。弹性组件70可以是一个或多个弹簧的组合，或是预压式弹片等，于图6中仅简单绘示出一个套绕于直立管件20的弹簧作说明。

为维持流体的基本流量，亦可将浮筒组件30的下表面设计为非平坦的形状，使浮筒组件30不会完全覆盖于底板11上。请参照图7、图8，图7绘示浮筒组件具有圆锥形下表面的示意图，图8绘示浮筒组件具有圆弧形下表面的示意图。如图7所示，浮筒组件30的下表面30A’的轮廓可以是一圆锥形，使得浮筒组件30即使是位在直立管件20的底部位置，浮筒组件30与底板11之间仍会有间隙存在，因而可省略挡块52(见图1)的使用。高压流体的力量仍可被传递至浮筒组件30的圆锥形下表面，以形成一向上的推力而带动浮筒组件30向上浮动。如图8所示，浮筒组件30的下表面30A”轮廓亦可以是一圆弧形，其亦具有相同的功效。另外，浮筒组件30也可以是一中空的环型圆管。

本发明上述实施例所揭露的浮控式冷媒膨胀装置，是将一浮筒组件套设于具有开口的直立管件上，利用浮力的原理使浮筒组件随流体的液面高低而上下滑动，以遮蔽或开启直立管件上的开口，通过此以达到调整流体流量的目的。由于在浮筒组件的周围设置有分隔组件，除了防止高压流体直接冲击到浮筒组件的上表面而影响浮筒组件的上升，亦将高压流体导引至较低位置再与浮筒组件接触。当高压流体的液面过低时，高压流体仍可由底板上的贯穿孔流出以维持流体的基本流动状态，并可进一步于浮筒组件的底部产生向上的力量以克服浮筒组件的惯性，使浮筒组件顺利地浮起。

本发明上述实施例所揭露的浮控式冷媒膨胀装置，可装设于小、中或大型的冷冻空调或循环系统中，并得以取代现今所使用的孔口式或电子式膨胀装置。特别是应用于大型的冷冻系统中，本发明的浮控式冷媒膨胀装置解决了以往无合适膨胀装置的问题。另外，本发明的浮控式冷媒膨胀装置并不需使用任何电子组件即可准确地控制流体流量，不仅控制性佳而具有极大的效益，且使装置的生产成本降到最低，大大地满足了许多系统制造厂商的需求。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种浮控式冷媒膨胀装置，其特征在于包括：

一浮筒室本体，包括一底板及一管型外壳，该底板连接该管型外壳，并相对于该管型外壳上端设置之一第一管口，该底板具有一第一贯穿孔与多个第二贯穿孔，其中，一高压流体是该第一管口侧进入该浮筒室本体中；

一直立管件，固定于该底板上，该直立管件具有一第二管口与一第三管口，该第二管口与该第一贯穿孔连通，该底板的该些第二贯穿孔位于该直立管件与该底板连接处的外侧，且于该直立管件的管壁上具有至少一开口，该开口邻近于该第二管口侧；

一浮筒组件，套设于该直立管件上，用以控制该直立管件的该开口的流口面积，其中，当该浮筒组件位于该直立管件的底部，该浮筒组件与该底板之间具有一间隙，以保持该些第二贯穿孔的畅通；以及

一分隔组件，沿着该浮筒组件的周围设置于该底板上，用以防止该高压流体流至该浮筒组件的上表面，其中，该分隔组件与该管型外壳构成一内流道，且该分隔组件上邻近该底板处具有多个流体通口；

其中，该高压流体沿着该内流道被导引通过该些流体通口，以移动该浮筒组件而控制该开口的流口面积，该高压流体通过该些第二贯穿孔以及经由该开口先流入该直立管件的内孔后再由该第一贯穿孔流出该浮筒室本体以形成一低压流体。

2.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于包括：

一挡止组件，设置于该直立管件的该第三管口端，用以防止该浮筒组件从该直立管件上脱落。

3.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于包括：

至少一挡止组件，设置于该底板上，用以防止该浮筒组件的下表面与该底板密合。

4.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于包括：

一弹性组件，设置于该底板与该浮筒组件之间，用以防止该浮筒组件的下表面与该底板密合。

5.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于该浮筒组件具有一内环面与一外环面，该冷媒膨胀装置更包括：

一滑动组件，设置于该内环面与该直立管件之间。

6.如权利要求5所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该滑动组件是一滚珠轴承、一滚柱轴承或一套筒轴承。

7.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该浮筒组件包括一环状中空壳体。

8.如权利要求7所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该浮筒组件更包括多个隔板与二个圆板，该些隔板等间隔设置于该环状中空壳体中，该二个圆板则分别设置于该环状中空壳体的上下两端。

9.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该浮筒组件具有一非平坦的下表面。

10.如权利要求9所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该浮筒组件的下表面轮廓是一圆锥形。

11.如权利要求9所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该浮筒组件的下表面轮廓是一圆弧形。

12.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该直立管件是一圆形直管。

13.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该直立管件的该开口是长条形，且该开口的延伸方向是与该直立管件的延伸方向一致。

14.如权利要求13所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，于该直立管件的延伸方向上，该开口的长度是大于该浮筒组件的高度。

15.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该分隔组件包括：

一环形隔板，具有一下侧缘；以及

多个支撑件，各别连接该环形隔板的该下侧缘，该些支撑件用以与该底板结合，且该些支撑件、该下侧缘与该底板间形成该些流体通口。

16.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，于该直立管件的延伸方向上，该分隔组件的高度是大于该管型外壳的高度以及该直立管件的高度。

17.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该底板的该第一贯穿孔是位于该底板的中央，该些第二贯穿孔等距离环绕该第一贯穿孔。

18.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该第一贯穿孔与该些第二贯穿孔的形状为圆形。

19.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该管型外壳的该第一管口连接至一冷凝器之一流体出口。

20.如权利要求1所述的冷媒膨胀装置，其特征在于，该底板的该第一贯穿孔与该些第二贯穿孔连通至一蒸发器或一节能器之一流体入口。

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