CN110701308B - 温度感应型控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供温度感应型控制阀。在设于对需要冷却的热源进行冷却的冷却装置的制冷剂供给用的配管的温度感应控制阀(100)中，能够追随热源的温度变化而迅速地供给制冷剂。具备热电偶(20)，该热电偶(20)通过根据温度变化而膨胀收缩的热膨胀体的体积变化来使活塞(23)沿轴线(L)方向进退。利用阀芯(3)来开闭流动制冷剂的阀口(13)。利用螺旋弹簧(32)(闭阀弹簧)向闭阀方向对阀芯(3)施力。包含阀芯(3)的构造部由膜片(43)密闭密封。设置经由膜片(43)将轴线(L)方向的机械的按压力传递至阀芯(3)的操作部(4)。膜片(43)构成为在利用阀芯(3)闭阀时使膜片(43)的张力在开阀方向上施加于阀芯(3)。

Description

温度感应型控制阀

技术领域

本发明涉及向冷却热源的冷却装置等供给制冷剂的温度感应型控制阀。

背景技术

以往，例如在信息处理领域，利用循环制冷剂对服务器等大量发热的系统进行冷却。例如，在日本特开2009－224406号公报(专利文献1)中公开了相对于刀片服务器的机架配置冷却装置，来对机架内进行冷却的排热利用系统。另外，在日本特开2017－67164号公报(专利文献2)中公开了适用于感知热源的温度的热电偶以及活塞组装体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－224406号公报

专利文献2：日本特开2017－67164号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1的技术中，利用冷却水(制冷剂)来进行冷却，但在服务器等设备中，根据动作状态而产生的热量较大地变化。因此，在热源达到了设定温度的情况下，要求阀口立刻较大打开，立刻流动冷却所需要的制冷剂量，来迅速冷却热源。

本发明的课题是提供一种温度感应型控制阀，设于对需要冷却的热源进行冷却的冷却装置的制冷剂供给用的配管，在热源达到了设定温度的情况下，能够较大地打开阀口并迅速地供给制冷剂。

用于解决课题的方案

方案1的温度感应型控制阀的特征在于，具备：热电偶，其通过根据温度变化而膨胀收缩的热膨胀体的体积变化来使活塞沿轴线方向移动；以及阀装置主体，其为利用被闭阀弹簧向闭阀方向施力的阀芯来对流动制冷剂的阀口进行开闭的阀装置主体，且具有操作部，该操作部利用膜片对包含上述阀芯的构造部进行密闭密封，并且经由上述膜片将上述轴线方向的机械的按压力沿轴线方向传递至上述阀芯，上述膜片构成为，使利用上述阀芯闭阀时施加上述按压力的该膜片的作用面的高度处于比上述膜片的自然状态下的作用面高的位置。

方案2的温度感应型控制阀根据方案1所述的温度感应型控制阀，其特征在于，上述阀装置主体具有阀壳，在该阀壳内形成有阀室，在上述阀壳的侧壁形成有向上述阀室流入制冷剂的第一口和从上述阀室流出制冷剂的第二口，在上述阀室与上述第二口之间沿轴线方向形成有上述阀口，上述操作部设置在上述阀装置主体的上部，上述膜片的下部与上述第二口连通。

方案3的温度感应型控制阀根据方案1所述的温度感应型控制阀，其特征在于，在温度－阀提升特性中，上述膜片的上述作用面的高度成为自然状态下的高度的区域为上述热电偶的感温部内的热膨胀体的液体膨胀区域。

发明的效果

根据方案1至3的温度感应型控制阀，在组装时的闭阀状态下，操作部的膜片的轴向的按压力的作用面的高度处于比组装前的初始单品状态、即自然状态下的高度高的位置，因此向下地产生膜片的张力，因而，设为向开阀方向对阀芯施力，膜片也向与热电偶的活塞作用于操作部的按压力相同的方向对阀芯施力，因此开阀度的特性相对于温度变化变得陡峭，在成为开阀状态时，能够经由阀口使制冷剂快速地流动，能够追随热源的温度变化向冷却装置等迅速地供给制冷剂，能够迅速地冷却热源。

根据方案2的温度感应型控制阀，若制冷剂从第一口向阀室流入并在阀口节流则成为低压状态而从第二口流出。由于膜片的下部承受制冷剂流出的第二口的低压，因此膜片更容易向开阀方向位移，因此能够更迅速地使制冷剂以大的流量流动。

根据方案3的温度感应型控制阀，在温度－提升特性中，若使组装后的膜片的按压力的作用面的高度成为自然状态下的高度的区域处于热电偶的感温部内的热膨胀体的固液混合膨胀区域，则在比其高的温度下，膜片的张力作用于闭阀方向，温度－提升特性的斜率变得平缓，无法预料制冷剂流量的急剧的增大，但若处于液体膨胀区域，则膜片的张力向闭阀方向的反转成为较高的温度，与处于固液混合膨胀区域的情况相比，能够将温度－阀提升特性保持为陡峭直至较高的温度，能够更迅速地使制冷剂以大的流量流动。

附图说明

图1是本发明的实施方式的温度感应型控制阀的纵剖视图。

图2是本发明的实施方式的温度感应型控制阀的俯视图。

图3是本发明的实施方式的温度感应型控制阀中的热电偶的纵剖视图。

图4是表示本发明的实施方式的温度感应型控制阀中的热电偶的温度－位移特性的图。

图5(A)至(B)是说明本发明的实施方式的温度感应型控制阀中的膜片的两种状态的剖视图。

图6是表示本发明的实施方式的温度感应型控制阀中的温度－阀提升特性的图。

图中：

1—阀壳，1A—阀室，11—第一口，12—第二口，13—阀口，14—导向孔，L—轴线，21—感温壳体，21a—感温部，21b—感温部侧基部，22—导向壳体，22a—导向部，22b—导向侧基部，23—活塞，24—膜片，25—橡胶活塞，26—保护板，2A—热膨胀体，2B—流动体，3—阀芯，3a—阀杆，3b—针状部，3c—凸边部，3a′—阀杆，31—弹簧座，32—螺旋弹簧，4—操作部，41—下盖，42—上壳体，42a—圆筒部，43—膜片，43a1—作用面(按压力的作用面)，44—下挡块(阀芯侧挡块)，45—上挡块(活塞侧挡块)，46—固定弹簧，47—螺旋弹簧，45a—间隙孔，45b—导向插通孔，45c—弹簧收纳孔，10—阀装置主体，20—热电偶，100—温度感应型控制阀。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的温度感应型控制阀的实施方式进行说明。图1是实施方式的温度感应型控制阀的纵剖视图，图2是该温度感应型控制阀的俯视图，图3是该温度感应型控制阀中的热电偶的纵剖视图。此外，以下的说明中的“上下”的概念与图1以及图3的附图中的上下对应。另外，在以下的说明中将实施方式的温度感应型控制阀适当地称为“控制阀”。

实施方式的控制阀100由阀装置主体10和热电偶20构成。阀装置主体10具有金属制的阀壳1，在阀壳1，在中央形成有圆柱状的阀室1A，形成有向该阀室1A的侧部开口而供制冷剂流入的第一口11，并且，形成有供制冷剂流出的第二口12。另外，在阀壳1，在阀室1A与第二口12之间形成有以轴线L为中心的阀口13，并且形成有与阀口13同轴地从阀壳1的上部贯通至第二口12的导向孔14。该导向孔14形成以阀口13的轴线L为中心轴的圆筒状的形状。此外，也存在制冷剂从第二口12流入并从第一口流出的情况。

在阀室1A、第二口12以及导向孔14内配设有阀芯3。阀芯3由圆柱棒状的阀杆3a、从阀室1A侧开闭阀口13的大致圆锥形状的针状部3b、以及形成于针状部3b的外周的凸边部3c构成。阀杆3a插通于导向孔14内，在凸边部3c与阀室1A的底部的弹簧座31之间配设有作为“闭阀弹簧”的螺旋弹簧32。由此，螺旋弹簧32向后述的膜片43侧对阀芯3进行施力。

在阀壳1的与阀室1A相反的一侧安装有操作部4。操作部4由紧固于阀壳1的下盖41、与下盖41同径的上壳体42、配置在下盖41与上壳体42之间的膜片43、在下盖41内配置在膜片43与阀芯3的阀杆3a之间的下挡块44、以及在上壳体42内配置在膜片43之上的上挡块45构成。并且，下盖41、膜片43以及上壳体42在外周缘的部分被焊接而接合为一体。此外，如图2的俯视图所示，阀壳1为矩形形状，但上壳体42(以及下盖41、膜片43)、热电偶20为绕轴线L旋转对称的形状。

下挡块44的直径比阀杆3a的外径大。由此，如后文所述，在因热电偶20的作用而膜片43变形并向阀杆3a传递按压力时，能够利用下挡块44的较宽的面积使从阀杆3a受到的反作用力相对于膜片43分散，从而能够实现膜片43的耐久性的提高。另外，同样，上挡块45的直径比后文所述的活塞23的外径大。由此，相比活塞23与膜片43直接抵接的情况，能够利用上挡块45的较宽的面积使按压力相对于膜片43分散并传递，从而能够实现膜片43的耐久性的提高。

由此，操作部4具有如下功能：膜片43和下盖41对由下挡块44以及阀杆3a构成的构造部进行密闭密封，并且经由膜片43以及下挡块44将来自膜片43的外部即上壳体42内的上挡块45的轴线L方向的机械的按压力传递至阀芯3(阀杆3a)。并且，在该操作部4的上壳体42的圆筒部42a内收纳热电偶20(其一部分)，热电偶20的感温部21a从上壳体42的上端突出，并且圆筒部42a的端部的卡定片42a1卡合在热电偶20的感温部侧基部21b的感温部21a侧的端部。

热电偶20是利用了温度变化引起的石蜡等的膨胀收缩的热促动器。如图3所示，热电偶20构成为具备感温壳体21、导向壳体22、活塞23、膜片24、橡胶活塞25以及保护板26。感温壳体21由端部有底的圆筒形状的感温部21a、和覆盖导向壳体22的一部分的感温部侧基部21b构成。导向壳体22由内插活塞23、橡胶活塞25以及保护板26的圆筒形状的导向部22a、和被感温壳体21的感温部侧基部21b覆盖的导向侧基部22b构成。

在感温壳体21的主要感温部21a内，填充有由石蜡等蜡构成的热膨胀体2A，热膨胀体2A的下端面由作为弹性密封部件的膜片24密封。在导向壳体22的导向侧基部22b的研钵状内表面22b1与膜片24的下侧之间设有流体室，在流体室填充有流动体2B。流动体2B为非压缩性且是流动性、润滑性良好的非压缩性流动体。在导向壳体22的导向部22a的内侧的活塞滑动孔22a1内，经由橡胶活塞25和保护板26而滑动自如插通有活塞23，活塞23的外侧端部从活塞滑动孔22a1突出。

若感温部21a的环境温度上升，则热膨胀体2A膨胀，并且膜片24鼓出，按下流入到膜片24下方的流体室的流动体2B。由此，流动体2B变形而其一部分进入导向部22a的活塞滑动孔22a1内，经由橡胶活塞25和保护板26，向下方按下活塞23。

如图1所示，在上挡块45同轴地形成有间隙孔45a、导向插通孔45b以及弹簧收纳孔45c，热电偶20的活塞23面向间隙孔45a，并且导向部22a插通于导向插通孔45b内。另外，在导向部22a的外周配设有固定弹簧46，该固定弹簧46压缩地配设在圆筒部42a内的感温部侧基部21b与弹簧收纳孔45c的底部之间。即，如上所述，感温部侧基部21b的端部与圆筒部42a的卡定片42a1卡合，因此热电偶20利用上述固定弹簧46的弹簧力固定于圆筒部42a。另外，热电偶20的感温部21a以圆柱状突出，成为相对于温度感知对象装配容易的构造。并且，该感温部21a装配在金属板50的装配孔50a内，向感温部21a传递来自该金属板50的热。此外，金属板50紧贴在未图示的热源。

根据以上的结构，若热电偶20的感温部21a的温度从图1的状态开始上升而活塞23如上所述地下降，则活塞23与上挡块45(间隙孔45a的底部)抵接。并且，若活塞23下降，则上挡块45下降而膜片43变形，并且下挡块44下降，进而与该下挡块44抵接的阀芯3下降。这样，在该实施方式中，活塞23的按压力经由上挡块45、膜片43以及下挡块44开始施加于阀芯3的瞬间为“开阀点”，阀芯3的针状部3b从该开阀点开始从阀口13的周围离开，使阀口13成为打开状态。

图4是表示示出了热电偶20中的感温部21a的温度与活塞23的位移(提升)的关系的温度－位移特性的图。感温部21a内的热膨胀体2A根据温度如固体状态、固体和液体混合的固液混合状态以及液体状态那样进行相变。由此，温度－位移特性在以固体状态膨胀的“固体膨胀区域”、以固液混合状态膨胀的“固液混合膨胀区域”、以液体状态膨胀的“液体膨胀区域”分别呈不同的斜率。并且，在固液混合膨胀区域的斜率、即温度膨胀率变得最大(陡峭)。该温度－位移特性作为热电偶20的固有的特性是已知的，该情况下活塞23的提升L1～L3的范围与“固液混合膨胀区域”对应。

在此，如上所述，在阀装置主体10中，开阀点设定为处于上述“固液混合膨胀区域”的范围内。在该实施方式中，开阀点设定为成为图4所示的“开阀提升＝0”以及“热电偶提升＝L2”的状态。这样，由于在热电偶20中的热膨胀体2A的温度膨胀率较大的“固液混合膨胀区域”的范围内设定有开阀点，因此在热源达到了设定温度的情况下，能够快速地较大地打开阀口13。由此，能够追随热源的温度变化，迅速地向未图示的冷却装置供给制冷剂，结果能够迅速地冷却热源。

此外，在热电偶20中，在感温部21a的温度下降而热膨胀体2A收缩时，膜片24不动，有时在固化的热膨胀体2A内形成真空的空隙、或在流动体2B内形成空隙。另外，存在膜片24因热膨胀体2A内的收缩而变形，流动体2B也改变形状的情况。这种情况下，在活塞23突出的状态下，橡胶活塞25以及保护板26也成为停留在活塞23侧的状态、或仅橡胶活塞25成为追随流动体2B而移动的状态、或者橡胶活塞25和保护板26成为追随流动体2B而移动的状态。在任意情况下，在活塞23突出而停留的状态下，该活塞23都不会对操作部4(或者阀芯3)施加按压力，是与本发明中的“开阀点”不同的状态。

在此，在操作部4，如图1以及图2所示，在利用阀芯3进行闭阀时，膜片43使该膜片43的张力经由下挡块44作用于阀芯3(阀杆3a)，但该张力产生的轴线L方向的力在开阀方向上对阀芯3施力。图5(A)至(B)是表示膜片的构造的图，图5(A)是表示膜片43装入操作部4前的初始单品的状态(自然状态)、即未对膜片43施加任何负载的状态的剖视图，图5(B)是表示装入操作部4时的闭阀时的膜片43的状态的剖视图，双点划线表示上挡块45和下挡块44。

如图5(A)所示，膜片43呈薄膜金属制的圆环状，在外周部形成具有平面状的凸缘面43b1、43b2的凸缘部43b，在中心部形成具有与上挡块45抵接的平面状的作用面43a2和与下挡块44抵接的平面状的作用面43a1的抵接部43a，在该外周部的凸缘部43b与中心部的抵接部43a之间形成有波形的圆环状部43c。并且，抵接部43a的与下挡块44抵接的作用面43a1成为经由膜片43将轴线方向的机械的按压力传递至阀芯3的“作用面”。

在此，在膜片43装入操作部前的自然状态下，中央部的作用面43a1成为比外周部的凸缘面43b1低的位置。接着，在将膜片43装入操作部时，在闭阀位置，如图5(B)所示，波形的环状部43c变形而中央部的作用面43a1装入比外周部的凸缘面43b1高的位置。即，作用面43a1的位置比图5(A)的自然状态的位置高。由此，闭阀时在膜片43产生向下的张力，该张力在开阀方向上作用于阀芯。此外，在未从热电偶20作用活塞23的力时，作为“闭阀弹簧”的螺旋弹簧32的弹簧力设定为克服膜片43的张力并维持闭阀状态。膜片43的形状不限于图5(A)、(B)的实施例，只要是在闭阀时膜片的张力作用于开阀方向的构造即可。

这样，由于在组装有膜片43的状态下在开阀方向上对阀芯3施力，因此如图6所示，由热电偶20的感温部21a感知的温度和阀芯3的阀提升(开阀度)的特性变得比以往更陡峭。因此，能够在成为开阀状态时使制冷剂经由阀口13快速地流动，能够追随热源的温度变化向冷却装置等迅速地供给制冷剂，能够迅速地冷却热源。并且，膜片43的张力在与热电偶20的活塞23的按压力相同的方向上作用力，因此不会对热电偶20的活塞23的行程施加不需要的载荷，热电偶20的耐久性也提高。

另外，在实施方式中，膜片43的下部即下盖41侧的面承受制冷剂流出的第二口12的低压，膜片43容易进一步向开阀方向位移。由此，能够更迅速地使制冷剂以大流量流动。

另外，在实施方式中，就将组装后的膜片的按压力的作用面的高度成为自然状态下的高度的区域作为热电偶20的感温部21a内的热膨胀体2A的液体膨胀区域的情况的温度－提升特性而言，如图4以及图6的特性A所示，在比热膨胀体2A的固液混合膨胀区域与液体膨胀区域之间的温度－阀提升特性的拐点的提升(温度)大的提升的位置，膜片43处于该膜片43的“自然状态下的位置”，因此即使在该拐点以下的温度，也作用膜片43的开阀方向的张力，因此能够将温度－阀提升特性保持为陡峭，能够更迅速地使制冷剂以大流量流动。

针对于此，在实施方式中，就将组装后的膜片的按压力的作用面的高度成为自然状态下的高度的区域作为热电偶20的感温部21a内的热膨胀体2A的固液混合膨胀区域的情况的温度－提升特性而言，如图6的特性B所示，在比温度－阀提升特性的拐点的提升小的提升的位置，膜片43处于该膜片43的“自然状态下的位置”，在其以下的温度，作用膜片43的闭阀方向的张力，温度－阀提升特性与特性A相比，斜率变得稍微平缓，与以往的温度－提升特性相比，变得良好。

实施方式中的热电偶具备橡胶活塞、保护板以及流动体，但也可以没有这些。热电偶只要将热膨胀体的体积变化传递至活塞即可。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但具体的结构并不限于这些实施方式，不脱离本发明的主旨的范围的设计的变更等也包含在本发明中。

例如，不限于阀芯与阀口的周围的阀座抵接，而完全关闭阀口的结构，也可以是在阀芯与阀座之间具有间隙或流路，具有微小的放泄流量的情况。即，在本发明中，阀口的“关闭状态”是也包含完全关闭的情况、具有放泄流量的情况的概念。

Claims (3)

1.一种温度感应型控制阀，其特征在于，具备：

热电偶，其通过根据温度变化而膨胀收缩的热膨胀体的体积变化来使活塞沿轴线方向移动；以及

阀装置主体，其为利用被闭阀弹簧向闭阀方向施力的阀芯来对流动制冷剂的阀口进行开闭的阀装置主体，且具有操作部，该操作部利用膜片对包含上述阀芯的构造部进行密闭密封，

上述操作部具有上述膜片、配置在上述膜片与上述阀芯的阀杆之间的下挡块、以及配置在上述膜片之上的上挡块，并且经由上述膜片和上述下挡块将来自上述上挡块的轴线方向的机械的按压力沿轴线方向传递至上述阀芯，

在未从上述热电偶作用上述按压力时，上述闭阀弹簧的弹簧力设定为克服上述膜片的张力并维持闭阀状态，

上述膜片构成为，使利用上述阀芯闭阀时施加上述按压力的该膜片的作用面的高度处于比上述膜片的自然状态下的作用面高的位置。

2.根据权利要求1所述的温度感应型控制阀，其特征在于，

上述阀装置主体具有阀壳，在该阀壳内形成有阀室，在上述阀壳的侧壁形成有向上述阀室流入制冷剂的第一口和从上述阀室流出制冷剂的第二口，在上述阀室与上述第二口之间沿轴线方向形成有上述阀口，

上述操作部设置在上述阀装置主体的上部，上述膜片的下部与上述第二口连通。

3.根据权利要求1所述的温度感应型控制阀，其特征在于，

在温度－阀提升特性中，上述膜片的上述作用面的高度成为自然状态下的高度的区域为以下区域，即上述热电偶的感温部内的热膨胀体的液体膨胀区域。

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