CN106164552A - 节流装置以及具备该节流装置的冷冻循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供节流装置，在具有锥形角度(2θ)的针状部件(20)的尖细部(20P)使阀口(22a)成为关闭状态的情况下，插入于阀口(22a)的尖细部(20P)的沿中心轴线的、从与阀口(22a)的边缘(22as)对应的位置(20PS)至最前端面的长度(X)设定为规定提升量(L′×cos²θ)的值以上。

Description

节流装置以及具备该节流装置的冷冻循环系统

技术领域

本发明涉及节流装置以及具备该节流装置的冷冻循环系统。

背景技术

在空调装置的冷冻系统中，提出了代替作为节流装置的毛细管而具备差压式的节流装置的系统。例如，专利文献1至4中亦示出那样的差压式的节流装置为了与外部空气温度对应地使压缩机高效地工作，而将冷凝器出口与蒸发器入口之间的制冷剂的压力控制为最佳，并且即使在能够变更压缩机的转速的冷冻系统中，从省力化的观点来看也将与压缩机的转速对应的制冷剂的压力控制为最佳。

如专利文献1中的图1所示，差压式的节流装置构成为包括：配设于构成制冷剂流路的配管的缸筒；分别具有阀部且对缸筒内的通路中的阀座进行开闭的第一阀芯及第二阀芯；对第一阀芯及第二阀芯的阀部进行施力使之相对于阀座成为关闭状态的多个弹簧；具有配设于第一阀芯及第二阀芯的缩管部内的锥形部、从而在缩管部的内端缘部与锥形部之间形成节流流路的轴状部件；抵接于各弹簧的一端来对多个弹簧的弹力进行调整的多个限位器；以及嵌合于限位器的内螺纹孔来设置轴状部件的轴向的位置止动螺纹件。

这种结构中，在与制冷剂的设计压力对应的上述的节流流路的前后的差压不足规定的值的情况下，以使第一阀芯及第二阀芯的阀部相对于阀座成为关闭状态的方式，利用限位器对弹簧的作用力进行调整。此时，当第一阀芯及第二阀芯的阀部相对于阀座成为关闭状态时，以使上述的节流流路的大小成为规定的大小的方式，利用止动螺纹件对轴状部件的位置进行调整。由此，制冷时，在缸筒内的通路通过的制冷剂由上述的节流流路减压而从缸筒排出。另一方面，在上述的节流流路的前后的差压为规定的值以上的情况下，第一阀芯的阀部相对于阀座成为打开状态，从而制冷剂的大部分经由第一阀芯的阀部与缸筒的内周部之间的缝隙、以及限位器的长孔从缸筒排出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-265230号公报

专利文献2：日本专利第4897428号

专利文献3：日本特开2008-101733号公报

专利文献4：日本专利第3537849号

发明内容

在上述那样的差压式的节流装置中，在因上述的节流流路的前后的差压的变动，而第一阀芯及第二阀芯的阀部在比较短的期间内相对于阀座从关闭状态变成打开状态、再次从打开状态变成关闭状态的情况下，在缸筒内的节流流路通过的制冷剂的压力急剧变动，从而第一阀芯及第二阀芯的开闭动作在比较短的期间内重复，即有产生所谓的阀芯的振荡现象的情况。由此，在节流装置中，有成为异响的原因、且冷冻系统中的制冷剂的压力不能被控制为规定的目标压力的担忧。

考虑以上的问题点，本发明的目的在于提供节流装置以及具备该节流装置的冷冻循环系统，亦即能够避免阀芯的振荡现象、而且能够进行制冷剂稳定的流量控制的节流装置以及具备该节流装置的冷冻循环系统。

为了实现上述的目的，本发明的节流装置的特征在于，具备：管主体，其配置于供给制冷剂的配管，并在两端具有与该配管内连通的开口端部；阀座，其配置于管主体内且具有阀口；针状部件，其配置为能够相对于阀座的阀口接近或者分离，并具有对阀口的开口面积进行控制的锥形角度2θ的尖细部；以及调整机构，其对针状部件的尖细部的规定提升量L′进行调整，该针状部件的尖细部的规定提升量L′与制冷剂在管主体的开口端部相互间的压力差对应，在针状部件的尖细部使阀口的开口面积大致为零的情况下，尖细部相对于阀口内的最大插入长度X为规定提升量L′×cos²θ的值以上。

并且，也可以构成为：在制冷剂在管主体的开口端部相互间的压力差成为规定值以上的情况下，针状部件的尖细部相对于阀口的距离超过规定提升量。调整机构也可以构成为包括：螺旋弹簧，其向接近阀口的方向对针状部件的尖细部进行施力；以及调整螺纹件，其对螺旋弹簧的挠曲量进行调整。

另外，也可以构成为：阀座具有连通路，连通路使管主体内的配置有针状部件的尖细部的第一部分、和与管主体的一方的开口端部连通的第二部分之间连通。

本发明的冷冻循环系统的特征在于，具备蒸发器、压缩机以及冷凝器，在配置于冷凝器的出口与蒸发器的入口之间的配管设有上述的节流装置。

根据本发明的节流装置以及具备该节流装置的冷冻循环系统，在针状部件的尖细部使阀口的开口面积大致为零的情况下，尖细部相对于阀口内的最大插入长度X为规定提升量L′×cos²θ的值以上，而阀口的开口面积逐渐增大，从而能够避免阀芯的振荡现象，而且能够进行制冷剂稳定的流量控制。

附图说明

图1A是表示本发明的节流装置的第一实施例的剖视图。

图1B是表示本发明的节流装置的第一实施例的剖视图。

图2是沿图1A的II-II线表示的局部剖视图。

图3是简要地表示具备本发明的节流装置的第一实施例的冷冻循环系统的一个例子的结构的图。

图4A是用于图1A所示的例子中的动作说明的局部放大剖视图。

图4B是用于图1A所示的例子中的动作说明的局部放大剖视图。

图4C是用于图1A所示的例子中的动作说明的局部放大剖视图。

图4D是用于图1A所示的例子中的动作说明的局部放大剖视图。

图5是表示示出在各最大插入长度的情况下、节流部面积的与提升量对应的变化的特性线的特性图。

图6是表示示出中间压力的与提升量对应的变化的特性线的特性图。

图7是表示示出在各制冷剂的情况下、节流装置前后的差压的与压缩机的频率对应的变化的特性线的特性图。

图8是表示本发明的节流装置的第二实施例的剖视图。

具体实施方式

图1A以及图1B分别表示本发明的节流装置的第一实施例的结构。

例如如图3中简要地表示，节流装置配置于冷冻循环系统的配管中的冷凝器6的出口与蒸发器2的入口之间。节流装置在后述的管主体10的一端10E1处与一次侧配管Du1接合，并在排出制冷剂的管主体10的另一端10E2处与二次侧配管Du2接合。一次侧配管Du1将冷凝器6的出口和节流装置连接，并且二次侧配管Du2将蒸发器2的入口和节流装置连接。在蒸发器2的出口与冷凝器6的入口之间，如图3所示，通过与蒸发器2的出口接合的配管Du3以及与冷凝器6的入口接合的配管Du4而连接有压缩机4。压缩机4由省略了图示的控制部来驱动控制。由此，冷冻循环系统中的制冷剂沿图3所示的箭头循环。

如图1A中放大表示那样，节流装置构成为包括如下部件来作为主要的要素：在上述的冷冻循环系统的一次侧配管Du1与二次侧配管Du2之间接合的管主体10；固定于管主体10的内周部且构成对制冷剂的流量进行调整的流量调整部的阀座22及针状部件20；向接近阀座22的方向对针状部件20进行施力的螺旋弹簧16；对螺旋弹簧16的作用力进行调整的调整螺纹件12；以及使针状部件20的移动速度减速的翼状部件18。

具有规定的长度以及直径的管主体10在导入制冷剂的一端10E1处与连接于冷凝器的一次侧配管Du1接合，并在排出制冷剂的另一端10E2处与连接于蒸发器的二次侧配管Du2接合。一次侧配管Du1的端部由后述的管主体10的定位用突起10d来定位。

在管主体10的内周部中的从一端10E1离开规定距离的中间部，固定有阀座22的外周部。阀座22通过由铆接加工所产生的管主体10的凹陷10CA2形成的突起嵌入其外周部而被固定。

阀座22在内部中央部具有供后述的针状部件20的尖细部20P插入的阀口22a。阀口22a由如下部分形成：具有规定的直径φD且沿阀座22的中心轴线延伸的缩径部；与缩径部相连且朝向一端10E1逐渐扩大的锥形部；以及形成于锥形部的端部的圆筒部22FS。

如图4A中放大表示那样，在阀口22a的缩径部的圆形开口端处的规定位置，形成有作为连通路的放泄槽22GB。即，放泄槽22GB在缩径部的开口端处沿径向通过开口端的圆的中心的直线上形成。放泄槽22GB的一端具有相对于缩径部的开口端的端面以规定的角度交叉的大致V字状的横截面。放泄槽22GB的另一端在缩径部的内周面中的规定位置处开口。

由此，管主体10的内周部中的一端10E1侧的与圆筒部22FS相邻的部分亦即第二部分的制冷剂的压力总是作用于针状部件20的尖细部20P，并通过放泄槽22GB的另一端与尖细部20P的外周面之间的缝隙以及放泄槽22GB而与后述的阀口22a的周围亦即第一部分连通，从而也能抑制中间压力Pm与针状部件20的尖细部20P的提升量的增大对应而急剧增大。

并且，万一即使在针状部件20的尖细部20P向使阀口22a成为关闭状态的方向移动了的情况下，一端10E1侧的制冷剂的压力也总是作用于针状部件20的尖细部20P，并也通过放泄槽22GB的另一端与尖细部20P的外周面之间的缝隙以及放泄槽22GB而与第一部分连通，从而也没有针状部件20的尖细部20P嵌入阀口22a的周缘的担忧。

如图2所示，具有矩形截面的针状部件20在与阀座22相对的端部具有尖细部20P，并在与后述的螺旋弹簧16相对的端部具有突起状的弹簧导向部20D。如图2所示，在针状部件20的尖细部20P与弹簧导向部20D之间的部分的外周部及管主体10的内周部之间，形成有流路10a。如图4A中局部放大表示那样，圆锥台状的尖细部20P具有锥形角度2θ。并且，尖细部20P的端面具有比直径φD小的直径φa(参照图4D)。另外，如图4A所示，尖细部20P的沿针状部件20的中心轴线的长度具有规定的最大插入长度X(≥L′cos²θ)以上的长度。其中，最大插入长度X是指，在如图4A所示地针状部件20的尖细部20P使阀口22a成为关闭状态的情况下，插入于阀口22a的尖细部20P的沿中心轴线的、从与阀口22a的边缘22as对应的位置20PS至最前端面的长度。规定提升量L′是指，在与制冷剂对应的规定的最大差压时，该差压时的针状部件20的提升量(参照图4C)。即，规定提升量L′是指，当在后述的各个制冷剂的情况下假定的通常运转时，且当压缩机的最大频率是100Hz时，所假定的最大差压时的提升量。此处，通常运转时是指，通过与差压对应地对节流装置的开度进行可变控制来对制冷剂的流量进行调整的时候。并且，根据上述的阀口22a的内径、锥形角度2θ以及后述的螺旋弹簧16的弹簧常数来调整规定提升量L′。

当设定必要的规定提升量L′时，在每个节流装置分别预先设定了在最大差压时形成于针状部件20的尖细部20P与阀口22a的缩径部之间的节流部的必要的缝隙(开口面积)。而且，基于必要的缝隙(开口面积)、阀口22a的缩径部的内径以及针状部件20的尖细部20P的锥形角度2θ来设定必要的规定提升量L′。

上述的节流部是指，在提升量L为规定提升量L′以下的情况下，从阀口22a的边缘22as向尖细部20P的母线垂直的垂线(参照图4B、图4C)与尖细部20P的母线的交点离阀口22a的边缘22as最近的位置(最窄部)。该垂线所描绘的圆锥面的面积成为上述的节流部的开口面积。此时，该垂线所描绘的绕尖细部20P的中心轴线的圆锥面是表示成为一端10E1侧的制冷剂的压力与第一部分的中间压力Pm之间的中间的压力的边界面。并且，如图4B所示，上述的垂线与尖细部20P的母线的交点所描绘的圆成为作用于尖细部20P的一端10E1侧的制冷剂的压力的受压面积PA。因此，在提升量L为规定提升量L′以下的情况下，节流部的开口面积作为该垂线所描绘的上述的圆锥面的面积而连续增大。

另一方面，在提升量L超过规定提升量L′的情况下，如图4D所示，节流部的开口面积成为将尖细部20P的母线与端面的交点和阀口22a的边缘22as连接的线所描绘的绕尖细部20P的中心轴线的圆锥面的面积。因此，当提升量L为规定提升量L′以下时，节流部的开口面积连续增大，但在提升量L超过规定提升量L′的情况下，突然一变而节流部的开口面积开始急剧增大。由此，中间压力Pm急剧上升。

例如，制冷剂是R32时，当通常运转时，在最大的差压(一端10E1侧的入口压力与另一端10E2侧的出口压力的差)是1.98MPa的情况下成为规定提升量L′，此时，如图4C所示，最大插入长度X设定为X≥L′cos²θ的值。即，在最大差压是1.98MPa的情况下，规定提升量L′表示从远离阀座22的上述的尖细部20P的位置20PS至阀座22的阀口22的边缘22as为止的距离，此时，最大插入长度X设定为X≥L′cos²θ的值。

例如，制冷剂是R32时，当对规定提升量L′进行设定时，在通常运转时的最大差压是1.98MPa的情况下，且当阀口22a的内径φD是2mm、针状部件20的锥形角度2θ是17°时，利用调整螺纹件12对后述的螺旋弹簧16的作用力进行调整，由此将规定提升量L′设定为0.8mm。此外，通过对螺旋弹簧16的作用力进行调整，来对针状部件20的尖细部20P开始移动的工作压力进设定。因此，对规定提升量L′进行调整的调整机构构成为包括调整螺纹件12以及螺旋弹簧16。

并且，在制冷剂是R410A、R22、R134a的情况下，且上述的最大差压分别是1.93MPa、1.2MPa、0.82MPa时，从远离阀座22的上述的尖细部20P的位置20PS至阀座22的阀口22的边缘22as为止的距离是针状部件20的规定提升量L′，此时，最大插入长度X设定为X≥L′cos²θ的值。

如图7中的特性线L1、L2、L3、L4所示，上述的各制冷剂R32、R410A、R22、R134a的差压与压缩机的频率对应而直线性地变化。图7中，纵轴是上述的差压，横轴是压缩机的可变速马达的频率，特性线L1、L2、L3、L4分别表示各制冷剂的与频率对应的差压的变化。

在针状部件20的弹簧导向部20D，卡合有螺旋弹簧16的一侧的端部。在螺旋弹簧16的另一侧的端部，卡合有调整螺纹件12的弹簧座部。

调整螺纹件12在外周部具有外螺纹部12S，并在内侧中央部具有贯通孔12a。外螺纹部12S与固定于管主体10的内周部的调整螺纹件支撑部14的内螺纹嵌合。调整螺纹件支撑部14通过由铆接加工所产生的管主体10的凹陷10CA1形成的突起嵌入而被固定。在调整螺纹件12的靠管主体10的另一端10E2侧的端部，形成有供驱动器的前端卡合的槽12G。由此，调整螺纹件12通过驱动器的前端而转动并进给，由此对螺旋弹簧16的挠曲量进行调整，从而对与制冷剂的设计压力对应的螺旋弹簧16的作用力进行调整。即，上述的规定的差压时，对螺旋弹簧16的作用力进行调整，以使尖细部20P的位置20PS成为针状部件20的规定提升量L′的位置。螺旋弹簧16的弹簧常数例如设定为2N/mm左右。

翼状部件18例如由薄板金属材料制作，并放射状地具有10片接触片。由此，能够弹性位移的各接触片的前端以规定的载重与管主体10的内周面滑动接触，由此使针状部件20的移动速度减速。

这种结构中，例如，从一次侧配管Du1向管主体10内供给制冷剂R32。因制冷剂的压力，而针状部件20的尖细部20P如图1B、图4B所示地克服螺旋弹簧16的作用力而开始相对于阀口22a的缩径部分离。

此时，如图5的特性线Lb所示，在与提升量L对应而尖细部20P的位置20PS到达图4C所示的规定提升量L′之前，节流部的开口面积沿平缓的角度的直线增大。在提升量L超过规定提升量L′(＝0.8mm)的情况下，节流部的开口面积急剧增大。

此外，图5中，纵轴是节流部的开口面积，横轴是提升量L，特性线Lb表示在最大插入长度X设定为0.8mm的情况下节流部的开口面积的与提升量L对应的变化，特性线La表示在最大插入长度X设定为0.4mm的情况下节流部的开口面积的与提升量L对应的变化。

并且，随着上述的节流部的开口面积缓缓变大，即随着如图6的特性线Lc所示地针状部件20的尖细部20P的提升量L变大，而管主体10内的针状部件20的尖细部20P以及阀座22的阀口22a的周围亦即第一部分的中间压力Pm逐渐增大。而且，在提升量L超过规定提升量L′(＝0.8mm)的情况下，中间压力Pm急剧增大。即，在从上述的规定的差压至各个制冷剂的65℃相当的饱和压力为止的期间，针状部件20的尖细部20P成为从阀座22的阀口22a完全脱离的状态。优选在成为规定的差压以上时，针状部件20的尖细部20P成为从阀座22的阀口22a完全脱离的状态。

由此，堆积于阀口22a的异物等被挤压而流向另一端10E2侧。在针状部件20的尖细部20P的提升量L为规定提升量L′以下的情况下，一端10E1侧的制冷剂的压力作用于尖细部20P的受压面积PA。并且，即使在阀座22的阀口22a是关闭状态时，也通过放泄槽22GB的另一端与尖细部20P的外周面之间的缝隙以及放泄槽22GB而与第一部分连通，从而与一次侧压力对应的中间压力Pm总是作用于针状部件20，由此在针状部件20的提升量增大之后，中间压力Pm也不会急剧变化，而且从提升量增大之后起流量特性变得平滑，亦即成为制冷剂稳定的流量控制。

另外，由于在制冷运转时在假定的压缩机的马达的频率100Hz之前的范围内，进行制冷剂稳定的流量控制，所以也能够抑制如在毛细管中引起那样的频率增大所引起的压缩机的排出温度的上升，作为其结果，能够最大地发挥压缩机的性能。

另一方面，在最大插入长度X是0.4mm的情况(X＜L′cos²θ)下，如图5中的特性线La所示，在提升量达到规定提升量L′之前的0.6mm时，中间压力Pm急剧增大，并且一端10E1侧的制冷剂的压力也急剧增大。由此，有产生振荡现象的担忧。

图8表示本发明的节流装置的第二实施例的结构。

图8所示的例子中，阀座32除了具备阀口32a之外，还具备作为连通路的旁通路32PT，该旁通路32PT使后述的圆筒部和容纳针状部件20的部分连通。此外，图8中，对图1A中的相同的构成要素标注相同的符号进行表示，并省略其重复说明。

例如与图1A所示的例子相同，如图3中简要地表示那样，节流装置配置于冷冻循环系统的配管中的冷凝器6的出口与蒸发器2的入口之间。

节流装置构成为包括如下部件来作为主要的要素：与上述的冷冻循环系统的配管接合的管主体10；固定于管主体10的内周部且构成对制冷剂的流量进行调整的流量调整部的阀座32及针状部件20；向接近阀座32的方向对针状部件20进行施力的螺旋弹簧16；对螺旋弹簧16的作用力进行调整的调整螺纹件12；以及使针状部件20的移动速度减速的翼状部件18。

在管主体10的内周部中的从一端10E1离开规定距离的中间部，固定有阀座32的外周部。阀座32通过由铆接加工所产生的管主体10的凹陷10CA2形成的突起嵌入其外周部而被固定。

阀座32在内部中央部具有供针状部件20的尖细部20P插入的阀口32a。阀口32a由如下部分形成：具有规定的直径φD且沿阀座32的中心轴线延伸的缩径部；与缩径部相连且朝向一端10E1逐渐扩大的锥形部；以及形成于锥形部的端部的圆筒部32FS。

在与阀口32a相邻的位置，沿制冷剂的流动方向形成有旁通路32PT。旁通路32PT的位置不成为和针状部件20的外周部与管主体10的内周部之间的缝隙的位置相对的位置，以便上述的第一部分的中间压力Pm在针状部件20的阀开闭动作的前后不急剧变化，为此，旁通路32PT的位置设定为比该缝隙更接近针状部件20的中心轴线的位置。由此，即使在针状部件20的尖细部20P完全关闭了阀口32a的开口端的状态下，管主体10的内周部的一端10E1侧的与圆筒部32FS相邻的部分亦即第二部分的制冷剂的压力也总是通过旁通路32PT而作用于针状部件20的尖细部20P，从而也能抑制中间压力Pm与针状部件20的尖细部20P的提升量的增大对应而急剧增大，而且从提升量增大之后起流量特性变得平滑，亦即成为制冷剂稳定的流量控制。

并且，万一即使在针状部件20的尖细部20P向使阀口32a成为关闭状态的方向移动了的情况下，一端10E1侧的制冷剂的压力也总是通过旁通路32PT而作用于针状部件20的尖细部20P，从而也没有针状部件20的尖细部20P嵌入阀口32a的担忧。

因此，如本发明的节流装置的第一实施例以及第二实施例那样，通过将作为连通路的放泄槽或者旁通路的结构、以及最大插入长度X设定为X≥L′cos²θ的值的结构组合，从而从落座时(闭阀时)起至提升量增大为止，流量特性变得平滑，其结果，起到在控制区域的整个区域内不会产生振荡这一效果。

此外，上述的连通路并不限定于第一实施例、第二实施例那样的放泄槽22GB、旁通路32PT的一个例子，例如，也可以是即使在闭阀状态时，也确保作为连通路的节流部的微小的开口面积。

符号的说明

2—蒸发器，4—压缩机，6—冷凝器，10—管主体，12—调整螺纹件，16—螺旋弹簧，20—针状部件，22、32—阀座，22GB—放泄槽，32PT—旁通路。

Claims (5)

1.一种节流装置，其特征在于，具备：

管主体，其配置于供给制冷剂的配管，并在两端具有与该配管内连通的开口端部；

阀座，其配置于上述管主体内且具有阀口；

针状部件，其配置为能够相对于上述阀座的阀口接近或者分离，并具有对该阀口的开口面积进行控制的锥形角度2θ的尖细部；以及

调整机构，其对上述针状部件的尖细部的规定提升量L′进行调整，上述针状部件的尖细部的规定提升量L′与上述制冷剂在上述管主体的开口端部相互间的压力差对应，

在上述针状部件的尖细部使上述阀口的开口面积大致为零的情况下，该尖细部相对于该阀口内的最大插入长度X为上述规定提升量L′×cos²θ的值以上。

2.根据权利要求1所述的节流装置，其特征在于，

在上述制冷剂在上述管主体的开口端部相互间的压力差成为规定值以上的情况下，上述针状部件的尖细部相对于上述阀口的距离超过上述规定提升量。

3.根据权利要求1所述的节流装置，其特征在于，

上述调整机构构成为包括：螺旋弹簧，其向接近上述阀口的方向对上述针状部件的尖细部进行施力；以及调整螺纹件，其对螺旋弹簧的挠曲量进行调整。

4.根据权利要求1所述的节流装置，其特征在于，

上述阀座具有连通路，该连通路使上述管主体内的配置有上述针状部件的尖细部的第一部分、和与上述管主体的一方的开口端部连通的第二部分之间连通。

5.一种冷冻循环系统，其特征在于，

具备蒸发器、压缩机以及冷凝器，

在配置于上述冷凝器的出口与上述蒸发器的入口之间的配管设有权利要求1所述的节流装置。