CN114667422A - 动力元件以及使用了该动力元件的膨胀阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够在确保制冷剂的输送效率的同时抑制隔膜的局部变形等的动力元件以及使用了该动力元件的膨胀阀。动力元件(8)具有：隔膜(83)；上盖部件(82)，该上盖部件与所述隔膜(83)的外周附近的一侧的面重叠，在该上盖部件与所述隔膜(83)之间形成压力工作室(PO)；承接部件(86)，该承接部件与所述隔膜(83)的外周附近的另一侧的面重叠，在该承接部件与所述隔膜(83)之间形成制冷剂流入室(LS)；以及止动部件(84)，该止动部件收容于所述制冷剂流入室(LS)，与所述隔膜(83)抵接，所述隔膜(83)的支点附近处的板厚比所述隔膜(83)的中央部(83b)的板厚更厚。

Description

动力元件以及使用了该动力元件的膨胀阀

技术领域

本发明涉及动力元件以及使用了该动力元件的膨胀阀。

背景技术

以往，在搭载于汽车的空调装置等所使用的制冷循环中，使用了根据温度来调整制冷剂的通过量的感温式的温度膨胀阀。在这样的温度膨胀阀中，采用了利用封入的工作气体的压力来驱动阀芯的动力元件。

在专利文献1示出的膨胀阀所具备的动力元件包括：隔膜；上盖部件，该上盖部件在与所述隔膜之间形成封入工作气体的压力工作室；承接部件，该承接部件在中央部具备贯通孔，并且相对于所述隔膜配置于与所述上盖部件相反的一侧；以及止动部件，该止动部件配置于在所述隔膜与所述承接部件之间形成的流体流入室，与驱动阀芯的动作杆连结。隔膜由薄且具有可挠性的金属制的板形成。

若流入流体流入室的制冷剂的温度较低，则会从压力工作室的工作气体夺取热而由此产生收缩，另外，若该制冷剂的温度较高，则会向压力工作室的工作气体给予热而由此产生膨胀。隔膜根据工作气体的收缩/膨胀而变形，因此能够根据该隔膜的变形量经由止动部件以及动作杆使阀芯开闭，由此能够进行通过膨胀阀的制冷剂的流量调整。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-163896号公报

发明要解决的技术问题

然而，在一般的制冷循环中，为了捕获在配管内流动的制冷剂中混入的异物而设置有过滤器。但是，有时微小的异物会通过过滤器而进入动力元件内。在该情况下，异物进入承接部件与隔膜之间，从而有可能导致隔膜的局部变形等。对此，若使过滤器具有能够捕获到微小异物的性能，则有过滤器中的压损提高而使制冷循环中的制冷剂的输送效率变差的担忧。

发明内容

为此，本发明的目的在于，提供一种能够在确保制冷剂的输送效率的同时抑制隔膜的局部变形等的动力元件以及使用了该动力元件的膨胀阀。

为了达到上述目的，基于本发明的动力元件的特征在于，具有：

隔膜；

上盖部件，该上盖部件与所述隔膜的外周部的一侧接合，在该上盖部件与所述隔膜之间形成压力工作室；以及

承接部件，该承接部件与所述隔膜的外周部的另一侧接合，在该承接部件与所述隔膜之间形成制冷剂流入室，并且，

所述隔膜的支点附近的板厚比所述隔膜的中央部的板厚更厚。

发明的效果

通过本发明，可以提供一种能够在确保制冷剂的输送效率的同时抑制隔膜的局部变形等的动力元件以及使用了该动力元件的膨胀阀。

附图说明

图1是示意性地表示将第一实施方式中的膨胀阀应用于制冷剂循环系统的例子的概略剖视图。

图2是动力元件的放大剖视图。

图3是对第一实施方式中的图2的A部进行放大示出的剖视图。

图4是对比较例中的与图2的A部对应的部位进行放大示出的剖视图。

图5是表示第二实施方式中的膨胀阀的概略剖视图。

图6是第二实施方式中的动力元件8A的剖视图。

图7是对第二实施方式中的图5的B部进行放大示出的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。

(方向的定义)

在本说明书中，将从阀芯3朝向动作杆5的方向定义为“上方向”，将从动作杆5朝向阀芯3的方向定义为“下方向”。因此，在本说明书中，与膨胀阀1的姿势无关地将从阀芯3朝向动作杆5的方向称为“上方向”。

(第一实施方式)

参照图1，对第一实施方式中的包括动力元件的膨胀阀1的概要进行说明。图1是示意性地表示将本实施方式中的膨胀阀1应用于制冷剂循环系统100的例子的概略剖视图。在本实施方式中，膨胀阀1与压缩机101、冷凝器102以及蒸发器104流体连接。将膨胀阀1的轴线设为L。

在图1中，膨胀阀1具备：具有阀室VS的阀主体2、阀芯3、施力装置4、动作杆5以及动力元件8。

阀主体2除了阀室VS之外还具备第一流路21、第二流路22、中间室221以及返回流路(也称为制冷剂通路)23。第一流路21是供给侧流路，经由供给侧流路向阀室VS供给制冷剂。第二流路22是排出侧流路，阀室VS内的流体经由阀通孔27、中间室221以及排出侧流路排出至膨胀阀外。

第一流路21与阀室VS之间通过直径比第一流路21的直径小的连接路21a连通。阀室VS与中间室221之间经由阀座20及阀通孔27连通。

形成于中间室221的上方的动作杆插通孔28具有引导动作杆5的功能，形成于动作杆插通孔28的上方的环状凹部29具有收容环形弹簧6的功能。环形弹簧6使多个弹簧片与动作杆5的外周抵接而施加规定的作用力。

阀芯3配置于阀室VS内。在阀芯3已落座于阀主体2的阀座20时，阀通孔27的制冷剂的流动被限制。将该状态称为非连通状态。但是，即使在阀芯3落座于阀座20的情况下，也存在使受到限制的量的制冷剂流动的情况。另一方面，在阀芯3从阀座20离开时，通过阀通孔27的制冷剂的流动增大。将该状态称为连通状态。

动作杆5以与阀通孔27之间具有规定的间隙的方式插通于阀通孔27。动作杆5的下端与阀芯3的上表面接触。动作杆5的上端与后述的止动部件84的嵌合孔84c嵌合。

动作杆5能够克服基于施力装置4的作用力而将阀芯3向开阀方向按压。在动作杆5向下方向移动时，阀芯3从阀座20离开，膨胀阀1成为打开状态。

在图1中，施力装置4具有将剖面圆形的线材卷绕成螺旋状的螺旋弹簧41、阀芯支架42和弹簧支承部件43。

阀芯支架42安装于螺旋弹簧41的上端，在阀芯支架42的上表面焊接有球状的阀芯3，两者成为一体。

对螺旋弹簧41的下端进行支承的弹簧支承部件43能够与阀主体2螺合，从而具有对阀室VS进行密封的功能和对螺旋弹簧41的作用力进行调整的功能。

(动力元件)

接着，对动力元件8进行说明。图2是动力元件8的放大剖视图。将动力元件8的轴线设为O。动力元件8具有栓81、上盖部件82、隔膜83、承接部件86以及止动部件84。在此，也将上盖部件82侧设为上侧、将承接部件86侧设为下侧。

上盖部件82例如通过对金属制的板材进行冲压成形而形成。上盖部件82具有：环状的外侧板部82b；外侧锥形部82c，该外侧锥形部82c与外侧板部82b的内周连续设置且朝向上侧；环状的中间板部82d，该中间板部82d与外侧锥形部82c的内周连续设置；内侧锥形部82e，该内侧锥形部82e与中间板部82d的内周连续设置且朝向上侧；以及顶部82f，该顶部82f与内侧锥形部82e的内周连续设置。在顶部82f的中央形成有开口82a，能够利用栓81进行密封。

与上盖部件82相对的承接部件86例如通过对金属制的板材进行冲压成形而形成。承接部件86具有：凸缘部86a，该凸缘部86a具有与上盖部件82的外侧板部82b的外径大致相同的外径；圆锥部86b，该圆锥部86b与凸缘部86a的内周连续设置且朝向下侧；环状的内侧板部86c，该内侧板部86c与圆锥部86b的内周连续设置；以及中空圆筒部86d，该中空圆筒部86d与内侧板部86c的内周连续设置。在中空圆筒部86d的外周形成有外螺纹86e。

另一方面，如图1所示，在安装有中空圆筒部86d的阀主体2的凹部2a的内周形成有与外螺纹86e螺合的内螺纹2c。

在图2中，配置在上盖部件82与承接部件86之间的隔膜83由薄且具有可挠性的金属(例如SUS)制的板材构成，具有与上盖部件82及承接部件86的外径大致相同的外径。

更具体而言，隔膜83具有被上盖部件82和承接部件86夹持的外周部83a和与止动部件84抵接的中央部83b。另外，隔膜83在外周部83a与中央部83b之间沿径向交替地具备分别与轴线O同轴且向上侧突出的多个上侧环状部83c和分别与轴线O同轴且向下侧突出的多个下侧环状部83d。在本实施方式中，在图2所示的剖面中，形成为由上侧环状部83c和下侧环状部83d描绘大致正弦曲线这样的周期性的形状，但也可以在平板独立地分别形成剖面半圆形的周槽状的上侧环状部和下侧环状部。

图3是对本实施方式中的图2的A部进行放大示出的剖视图。在上盖部件82的外侧板部82b与承接部件86的凸缘部86a之间夹持外周部83a而保持有隔膜83。外侧板部82b、外周部83a及凸缘部86a的外周端如后所述地焊接而接合。

最接近隔膜83的外周的下侧环状部83d配置成比最接近隔膜83的外周的上侧环状部83c更靠近外周，在下侧环状部83d与承接部件86之间形成有间隙。

在本实施方式中，外周部83a的板厚比隔膜83的中央部83b的板厚更厚。更具体而言，从中央部83b到最接近外周的下侧环状部83d的顶点P1为止，隔膜83的板厚t大致恒定，但从最接近外周的下侧环状部83d的顶点P1到首先与上盖部件82接触的外周部83a的接点P3为止，板厚t逐渐增大。并且，外周部83a的板厚t在相比该接点P3位于外周侧处恒定。接点P3位于隔膜83的支点附近。

在图2中，止动部件84具有圆筒状的主体84a、与主体84a的上端连续设置且沿径向延伸的圆盘部84b、以及形成于主体84a的下表面中央的袋孔状的嵌合孔84c。圆盘部84b与隔膜83的中央部83b的下表面接触。

接着，对动力元件8的组装顺序进行说明。在隔膜83与承接部件86之间配置止动部件84，并将上盖部件82的外侧板部82b、隔膜83的外周部83a以及承接部件86的凸缘部86a依次重叠并沿轴向进行按压，并通过例如TIG焊接、激光焊接、等离子焊接等对它们的外周进行焊接而遍及整周地形成焊接部W，将这些部件一体化。

接着，从形成于上盖部件82的开口82a向由上盖部件82和隔膜83包围的空间(称为压力工作室PO)内封入工作气体，然后利用栓81密封开口82a，再使用凸焊等将栓81固定于上盖部件82。

此时，通过封入到压力工作室PO的工作气体，隔膜83以向承接部件86侧伸出的形式承受压力，因此隔膜83的中央部83b与配置于由隔膜83和承接部件86包围的下部空间(制冷剂流入室)LS的止动部件84的上表面抵接而被支承。

在将如以上那样组件化的动力元件8组装于阀主体2时，以使轴线O与轴线L一致的方式，使承接部件86的中空圆筒部86d的下端外周的外螺纹86e与形成于阀主体2的凹部2a的内周的内螺纹2c螺合。当使中空圆筒部86d的外螺纹86e相对于内螺纹2c拧入，承接部件86的内侧板部86c与阀主体2的上端面抵接。由此，能够将动力元件8固定于阀主体2。

此时，在动力元件8与阀主体2之间夹装有密封件PK，与下部空间LS相连的凹部2a内的空间被密封，从而防止制冷剂从凹部2a泄漏。在该状态下，动力元件8的下部空间LS经由连通孔2b与返回流路23连通。

(膨胀阀的动作)

参照图1，对膨胀阀1的动作例进行说明。由压缩机101加压后的制冷剂在冷凝器102中液化，并被输送至膨胀阀1。另外，由膨胀阀1绝热膨胀后的制冷剂被送出到蒸发器104，在蒸发器104中与在蒸发器的周围流动的空气进行热交换。从蒸发器104返回的制冷剂通过膨胀阀1(更具体而言为返回流路23)返回到压缩机101侧。此时，由于通过蒸发器104，因此第二流路22内的流体压力比返回流路23的流体压力大。

从冷凝器102向膨胀阀1供给高压制冷剂。更具体而言，来自冷凝器102的高压制冷剂经由第一流路21被供给到阀室VS。

在阀芯3已落座于阀座20时(非连通状态时)，从阀室VS通过阀通孔27、中间室221以及第二流路22向蒸发器104送出的制冷剂的流量被限制。另一方面，在阀芯3从阀座20离开时(连通状态时)，从阀室VS通过阀通孔27、中间室221以及第二流路22向蒸发器104送出的制冷剂的流量增大。膨胀阀1的关闭状态与打开状态之间的切换通过经由止动部件84与动力元件8连接的动作杆5来进行。

在图1中，在动力元件8的内部设置有被隔膜83分隔开的压力工作室PO和下部空间LS。因此，当压力工作室PO内的工作气体被液化，则隔膜83上升(图2中以虚线图示)，因此，止动部件84以及动作杆5根据螺旋弹簧41的作用力而向上方向移动。另一方面，当液化后的工作气体被气化，则隔膜83和止动部件84被向下方按压(图2中以实线图示)，因此动作杆5向下方向移动。这样，进行膨胀阀1的打开状态与关闭状态之间的切换。

而且，动力元件8的下部空间LS与返回流路23连通。因此，压力工作室PO内的工作气体的体积根据在返回流路23中流动的制冷剂的温度、压力而变化，并驱动动作杆5。换言之，在图1所记载的膨胀阀1中，根据从蒸发器104返回至膨胀阀1的制冷剂的温度、压力，自动地调整从膨胀阀1向蒸发器104供给的制冷剂的量。

(比较例)

接着，参照比较例，对本实施方式的效果进行说明。图4是对比较例所涉及的动力元件8A的与图2的A部对应的部位进行放大示出的图。比较例所涉及的动力元件8A与本实施方式同样地具有外周部83Aa和中央部83Ab，并且具有多个上侧环状部83Ac和多个下侧环状部83Ad，但在板厚t_A恒定这一点上与本实施方式不同。上盖部件82、承接部件86、止动部件84的结构是与本实施方式共通的，因此标注相同的符号并省略重复说明。

在此，存在下述情况：在制冷循环系统100的动作中，混入到制冷剂内的金属粉等异物DS经由返回流路23进入下部空间LS内。在该情况下，如图4所示，异物DS进入隔膜83A与承接部件86的间隙，随着隔膜83A的向下方的位移，有可能在隔膜83A与承接部件86之间发生异物DS的咬入。由于隔膜83A由非常薄的金属板形成，因此，若发生比较硬的异物DS的咬入，则会产生应力集中而导致局部变形等，在某些情况下有可能使动力元件8A的工作特性变差。

另一方面，通过增大隔膜83A的板厚t_A来提高其强度，即使在异物咬入时也不会导致局部变形等，这也是一个方案。然而，若使隔膜83A的板厚t_A一律增大，则隔膜83A的刚性提高而变得难以挠曲，从而使动力元件8A的工作特性变差。

与此相对，根据本实施方式的动力元件8，参照图3，在从最接近隔膜83的外周的下侧环状部83d的顶点起的外周侧处，特别是在会发生异物DS的咬入的位置处使板厚t增大，因此能够抑制隔膜83的局部变形等。由此，在制冷循环系统100中使用的过滤器(未图示)能够使用通常的过滤器，不会使制冷剂的输送效率降低。

另一方面，在从最接近隔膜83的外周的下侧环状部83d的顶点起的径向内侧，隔膜83的板厚t大致恒定，因此，本实施方式的隔膜83与比较例的隔膜83A同样地容易挠曲，因此，即使与比较例的动力元件8A相比，动力元件8的工作特性也不会变差。

为了抑制因异物咬入引起的动力元件的局部变形等，并不限定于在从最接近外周的下侧环状部83d的顶点起的径向外侧处增大隔膜83的板厚的情况。例如，只要在容易发生异物咬入的隔膜83的支点附近使板厚增大即可。

对于“支点”，有上盖部件侧的支点和承接部件侧的支点。“上盖部件侧的支点”是指与边界点相接的上盖部件的点，该边界点是在隔膜挠曲而位移时与上盖部件抵接从而隔膜被制止(不向上盖部件侧位移)的部位与向上盖部件侧位移的部位的边界点。在图3所示的例子中，点P3为上盖部件82侧的支点。

另外，“承接部件侧的支点”是指与下述的边界点相接的承接部件的点，该边界点是在隔膜挠曲而位移时与承接部件抵接从而隔膜被制止(不向承接部件侧位移)的部位与向承接部件侧位移的部位的边界点。

此外，所谓“支点附近”是指，在将隔膜的半径设为R时，优选为以支点为中心在径向上±0.1R的范围，更优选为±0.05R的范围。

隔膜的外侧部的板厚优选比中心部的板厚更厚，更优选为相对于中心部的板厚为1.3倍以上。

(第二实施方式)

图5是表示第二实施方式中的膨胀阀1A的概略剖视图。图6是第二实施方式中的动力元件8A的剖视图。图7是对第二实施方式中的图5的B部进行放大示出的剖视图。

图5所示的膨胀阀1A与第一实施方式所涉及的膨胀阀1的不同点在于动力元件8A和阀主体2A的上部结构。即，在本实施方式中，动力元件8A与阀主体2A未通过螺纹的螺合而结合，两者的结合通过铆接进行。关于除此以外的结构与第一实施方式相同，因此标注相同的符号并省略重复说明。

在图6中，动力元件8A具有栓81、上盖部件82、隔膜83、承接部件86A以及止动部件84。在此，也将上盖部件82A侧设为上侧，将承接部件86A侧设为下侧。此外，也可以不设置止动部件。

在本实施方式的动力元件8A中，相对于第一实施方式中的动力元件8，仅承接部件86A的结构主要不同。关于除此以外的栓81、上盖部件82、隔膜83、止动部件84是除了细节部分的形状不同之外基本上都相同的结构，因此标注相同的符号并省略重复说明。

通过对金属制的板材进行冲压成形而形成的承接部件86A具有：凸缘部86Aa，该凸缘部86Aa具有与上盖部件82的外侧板部82b的外径大致相同的外径；圆锥部86Ab，该圆锥部86Ab与凸缘部86Aa的内周连续设置且朝向下侧；环状的中间板部86Ac，该中间板部86Ac与圆锥部86Ab的内周连续设置；中空圆筒部86Ad，该中空圆筒部86Ad与中间板部86Ac的内周连续设置；以及环状的内侧板部86Ae，该内侧板部86Ae与中空圆筒部86Ad的内周连续设置。内侧板部86Ae具备供止动部件84的主体84a嵌入的中央开口86Af。

在组装动力元件8A时，在隔膜83与承接部件86A之间配置止动部件84，并将上盖部件82的外侧板部82b、隔膜83的外周部83a以及承接部件86A的凸缘部86Aa依次重叠并沿轴向进行按压，并通过例如TIG焊接、激光焊接、等离子焊接等对它们的外周进行焊接而遍及整周地形成焊接部W，将这些部件一体化。

接着，从形成于上盖部件82的开口82a向由上盖部件82和隔膜83包围的空间内封入工作气体，然后利用栓81密封开口82a，再使用凸焊等将栓81固定于上盖部件82。通过以上，组装了动力元件8A。

在图7中，由铝等金属形成的阀主体2A具备从其上端延伸的圆管部2d。圆管部2d的内径与动力元件8A的外径相等或稍大。

在将动力元件8A组装于阀主体2A之前，如虚线所示，圆管部2d呈以轴线L(图5)为轴的圆筒形状。在将动力元件8A组装于阀主体2A时，在阀主体2A的台阶部2e配置环状的密封件PK，并从承接部件86A侧接近阀主体2A，使动力元件8A嵌合于圆管部2d内。此时，在中间板部86Ac与台阶部2e之间夹持有密封件PK。

在该状态下，当使用未图示的铆接工具将圆管部2d的顶端朝向内侧进行铆接，则圆管部2d的顶端朝向轴线L塑性变形，从而形成环状的铆接部2f。上盖部件82的外侧板部82b的外周上表面被从铆接部2f按压而被固定。由此，在中间板部86Ac与台阶部2e之间，密封件PK在轴线L方向上被压缩，与下部空间LS相连的凹部2a内的空间被密封，从而防止制冷剂从凹部2a泄漏。

图5所示的膨胀阀1A也能够装入图1所示的制冷剂循环系统100，发挥与第一实施方式所涉及的膨胀阀1相同的功能。

此外，本发明并不限定于上述的实施方式。在本发明的范围内，能够进行上述的实施方式的任意的构成要素的变形。另外，在上述的实施方式中能够追加或省略任意的构成要素。

符号的说明

1、1A：膨胀阀

2、2A：阀主体

3：阀芯

4：施力装置

5：动作杆

6：环形弹簧

8、8A：动力元件

20：阀座

21：第一流路

22：第二流路

221：中间室

23：返回流路

27：阀通孔

28：动作杆插通孔

29：环状凹部

41：螺旋弹簧

42：阀芯支架

43：弹簧支承部件

81：栓

82：上盖部件

83：隔膜

84：止动部件

86、86A：承接部件

100：制冷剂循环系统

101：压缩机

102：冷凝器

104：蒸发器

VS：阀室

P1：下侧环状部的顶点

P3：接点

Claims (4)

1.一种动力元件，其特征在于，具有：

隔膜；

上盖部件，该上盖部件与所述隔膜的外周部的一侧接合，在该上盖部件与所述隔膜之间形成压力工作室；以及

承接部件，该承接部件与所述隔膜的外周部的另一侧接合，在该承接部件与所述隔膜之间形成制冷剂流入室，

所述隔膜的支点附近的板厚比所述隔膜的中央部的板厚更厚。

2.根据权利要求1所述的动力元件，其特征在于，

所述隔膜具有向所述上盖部件侧突出的上侧环状部和向所述承接部件侧突出的下侧环状部，所述上侧环状部和所述下侧环状部分别与所述隔膜的中心同轴地形成，与最接近外周的所述下侧环状部的顶点相比位于外周侧的所述隔膜的板厚比所述隔膜的中央部的板厚更厚。

3.根据权利要求1或2所述的动力元件，其特征在于，

具有止动部件，该止动部件收容于所述制冷剂流入室，并与所述隔膜抵接。

4.一种膨胀阀，其特征在于，具有：

权利要求1～3中任一项所述的动力元件；

阀主体，该阀主体设有阀室、阀座及与所述制冷剂流入室连通的制冷剂流路；

阀芯，该阀芯配置于所述阀室；

螺旋弹簧，该螺旋弹簧将所述阀芯朝向所述阀座按压；以及

动作杆，该动作杆的一端与所述阀芯抵接，

所述隔膜利用所述动力元件的压力工作室与制冷剂流入室的压力差而位移，从而克服所述螺旋弹簧的作用力而驱动所述阀芯。

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