JP6134386B2 - 双方向膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は空調の技術領域に属し、インバーター空調冷凍用機械における自動膨張弁に関する。

膨張弁は冷凍システムでの重要な部材であり、通常は凝縮器と蒸発器の間に取付けられている。膨張弁は蒸発器により蒸発される気体を、圧縮機で高温高圧の液体冷媒に増圧・液化し、更にその絞り口によって低温低圧の噴霧状液態冷媒に絞り、その後、冷媒は蒸発器により熱量が吸収されることにより、冷凍効果を実現している。膨張弁は蒸発器末端の過熱度変化を通じて弁の流量を制御するため、流量が非常に小さくなって蒸発器面積を充分に利用できなくなったり、及び流量が非常に大きくなって蒸発器面積の不足により、冷媒が完全に気化せず、圧縮機に吸引されて液態が生じることを防止している。空調用膨張弁は機械式膨張弁と電子式膨張弁に分離されており、従来のインバーター空調は主に電子式膨張弁により通過直径を調節してその差圧を制御するため、設計要求に基づいて冷媒の液化と気化を制御し、一部の空調も電子式弁の代わりに機械式膨張弁を利用している。

電子式弁はデジタル信号により駆動モータを駆動して電子式弁の通過直径の大きさを制御するため、弁の前後に一定の圧力差を有するように保証し、十分な凝縮器と蒸発器の作用を発揮させている。更に、圧縮機モータの回転速度の周波数変更の調節が可能であるため、モータの回転速度を即時に調節することができ、これにより、圧縮機モータの回転速度と電子式膨張弁モータの回転角度が同期に変化して、電子式弁の前後の差圧の一定を保証し、そのため、空調の効率が高くなる。

しかし、電子式弁の価格が高いため、電子式膨張弁の代わりに毛細管を利用し、更に普通の圧縮機の代わりに周波数変更可能の圧縮機を利用している。もし、毛細管の前後の圧力差が設計要求を満たさない場合、周波数変更可能の圧縮機の回転速度を変更して、毛細管の前後の圧力差が設計要求を満たすようにする。
引用文献1では、双方向流通の温度膨張弁を公開し、弁体と動力ヘッド部材を含み、弁体には第1接続口と第2接続口が設けられ、弁体内には第1接続口と第2接続口を連通する弁口が設けられている。弁口の下側には調節バネ、動力ヘッド部材から動力を得る伝達棒により互いに支持される弁芯部材が設置されており、前記弁芯の部材上には第1接続口と第2接続口を連通する絞り孔が設けられ、該絞り孔内には、該絞り孔を開放または閉鎖する可動部材が設けられていることを特徴とする。絞り孔と可動部材が適合して、温度膨張弁内部の一方向絞り構造を構成し、その構造が一方向絞り弁に類似する。該構造は、温度膨張弁を双方向に流通させており、もし、空調システムに応用される時、取り付けが便利で、溶接継目の数が多くなることによる潜在漏洩点を減少し、かつ、空調システムの製造コストを低減することができた。しかし、このような双方向流通における膨張弁は、双方向流通を実現することができるが、本当の意味での双方向流通ではなかった。該弁において、順方向に流れる時、温度センシングにおける温度変化により、弁の口径の変化を実現することができる。逆方向に流れる時、弁の口径が変化されず、弁芯上の絞り孔を通して流れるため、冷媒の流れる際の不要な阻止力が増加して、空調のエネルギー消耗を増加している。更に、逆方向に流れる時、絞り孔が可動部材によって塞がれて、弁芯を押し開いて流す必要があるため、弁芯がバネの作用力によって頻繁に衝撃を受けて、弁の耐用年数が低減していた。

中国特許第200510048901.9 公報

本発明の目的は、従来技術の上記問題点を解決するため、圧縮機の出力流量を制御して即時に弁の通過直径を調節し、かつ弁の前後の圧力差を保証する膨張弁を提供する。

本発明の目的は下記の技術手段により実現される。膨張弁は、入口端と出口端を有するケーシングを含み、前記ケーシング内にはキャビティーを有する直筒状の弁体が固定されている。前記弁体の側壁上にはキャビティーとケーシングを連通する入口と出口が設けられ、前記ケーシングと弁体の間には入口と出口を仕切るスペーサが設けられており、前記キャビティー内には、キャビティーに沿って摺動し、かつ対向する弁芯Aと弁芯Bが設けられている。弁芯Aと弁芯Bの間における前記キャビティーの中央部には止め輸が固定され、前記キャビティーの両端それぞれには、弁芯Aと弁芯Bが止め輸に向かって移動するように付勢するバネユニットが設けられ、前記弁芯Aと弁芯Bの間には、弁芯Aと弁芯Bが緩衝作用を有する減衰構造が設けられている。

順方向において、冷媒が入口端からケーシング内に入る時、スペーサが存在するため、入口から弁体のキャビティーのみに入ることにより、バネユニットは、冷媒の推進力で圧縮されて短くなって、弁芯Bを止め輸から離れるように推進させるため、冷媒は弁体の出口から排出されて、最後にケーシングの出口端から流出する。逆方向において、冷媒が出口端からケーシング内に入る時、スペーサが存在するため、出口から弁体のキャビティーのみに入ることにより、バネユニットは、冷媒の推進力で圧縮されて短くなって、弁芯Aを止め輸から離れるように推進されるため、冷媒は弁体の入口から排出されて、最後にケーシングの入口端から流出する。膨張弁は適切な雌雄弁芯構造を有し、即ち、弁芯Aと弁芯Bであり、圧力管路の圧力差の変化によっていずれか１つの弁芯の動作を制御している。減衰構造が存在するため、弁芯Aが弁芯Bに接近する時、安定な緩衝過程を経て、弁芯の間の衝撃を低減し、弁芯Aと弁芯Bが当接する際の摩損を減少して、膨張弁の耐用年数を高めている。

前記膨張弁において、前記止め輸は、ガイディング孔、環状凹部、環状凹部と入口を連通する導流孔、弁体に嵌め込まれる位置止め溝を含む。ガイディング孔は弁芯Aとの係合に用いられて、弁芯Aを止め輸内に進入させることにより、位置止め溝が止め輸をキャビティー内に堅固に固定することができる。

前記膨張弁において、前記減衰構造は、弁芯Aと弁芯Bとを含む。弁芯Aのヘッド部は、前円柱、前絞り円錐部、後円柱、後絞り円錐部、前ガイディング柱を有する。前記弁芯Bは、弁芯Aのヘッド部に係合する後絞り円錐孔、後円柱孔、貫通溝、前絞り円錐孔と前円柱孔を含み、前記弁芯Bには、前円柱孔と出口を互いに連通させる導流口が設けられている。弁芯Aの後円柱が弁芯Bの前円柱孔内に挿入される時、弁芯Bと弁芯Aの間には、互いに閉鎖する一方向に導通されるキャビティーである前減衰キャビティーが形成される。弁芯Aの前案内柱と止め輸の内孔が互いに係合し、互いの係合間隙が小さいため、弁芯Aと止め輸の間には互いに閉鎖するキャビティーである中減衰キャビティーが形成される。弁芯が前へ移動して弁をオフにする時、優れた緩衝作用を有して、弁芯の衝撃を低減し、弁の耐久性を高めている。

他の１つの手段である前記膨張弁において、前記弁芯Bには弁体の外部と貫通溝を連通する貫通孔が設けられている。冷媒が小さい時、弁芯Aと弁芯Bが作動しなくなって、冷媒が貫通孔から貫通溝内に入り、その後、止め輸、弁体の出口を経過して流出する。小流量の冷媒により弁芯Aと弁芯Bが作動されないことにより、各弁芯の間の摩損が減少し、バネユニットの耐久性を高めている。

前記膨張弁において、前記貫通孔内には毛細管が埋め込まれている。冷凍システムでは所定の圧力低下が発生し、毛細管はその流動阻止力に基づいて長手方向に沿って圧力低下を発生することにより、冷媒の流量を制御し、及び凝縮器と蒸発器の差圧を維持して、異なる冷凍が最小となる連続冷凍がされるように保証されている。

他の１つの手段である前記膨張弁において、前記弁芯A上には貫通溝と前円柱孔を連通する導流溝が設けられている。流量が小さい時、冷媒は、貫通溝から前円柱孔内に直接入り、２つの弁芯の間の互いの運動を防止して、弁芯の運動により発生する摩損を減少している。

他の１つの手段である前記膨張弁において、前記弁芯Bには貫通溝と導流口を連通する貫通孔が設けられている。流量が小さい時、冷媒は、貫通溝から導流口に直接入る。

他の１つの手段である前記膨張弁において、前記弁芯A上には後絞り円錐孔と前円柱孔を貫通する貫通孔が設けられている。流量が小さい時、冷媒は、後絞り円錐孔から前円柱孔内に直接入る。

他の１つの手段は、前記膨張弁において、前記弁芯A上には軸方向に弁芯Aを貫通する貫通孔が設けられている。小流量の冷媒は、弁芯の通路から弁体のキャビティーに直接入った後、バネ台のオリフィスから弁体に排出される。

前記膨張弁において、前記バネユニットはバネ台とバネを含み、前記バネの一端は、弁芯Aまたは弁芯Bに当接し、他端はバネ台に当接する。前記バネ台は弁体の両端に固定され、バネ台の端部には、前記ケーシングに連通するオリフィスが設けられており、前記弁芯Aと弁芯Bの末端は、弁体と係合して間隙を小さくする円柱体と減衰環溝を有し、前記減衰環溝上には開口された減衰環が設けられている。バネ台、弁体、弁芯Aまたは弁芯Bと減衰環の間には後減衰キャビティーが形成されて、膨張弁の方向制御キャビティーとなる。
前記膨張弁において、前記バネ台は、バネの揺動を制限する位置制限棒を有する。位置制限棒を増設することで、バネの軸方向での揺動幅が制限されて、バネが負荷を超えて作動しないように保証し、バネの耐久性を高めている。

前記膨張弁において、前記ケーシングの入口端と出口端には濾過網モジュールが設けられ、前記濾過網モジュールは、ケーシングに固定される濾過網スタンドと濾過網を含む。濾過網モジュールは冷媒に混ざっている異物を濾過して、膨張弁モジュールが塞がることを防止する。

従来技術に比べて、膨張弁は以下のような特徴を有する。
1、構造が簡単であり、方向転換弁を通じて冷凍管路の圧力変化を制御して膨張弁の方向を制御することができる。
2、減衰構造により、キャビティーと出口と入口の圧力差を平衡に維持して、冷媒を液状に圧縮するために必要な圧力を保証する。更に、冷媒の流量が小さい時、弁芯が作動せず、バネの頻繁な動作を減少して、膨張弁モジュールの耐用年数を高めることができる。
3、弁芯Aと弁芯Bの間には前減衰キャビティーが形成されることにより、弁芯Aと弁芯Bが接触する時、優れた緩衝作用を有して、それらの衝撃を低減し、膨張弁の耐久性を高めることができる。
4、止め輸と弁芯Aの間には中減衰キャビティーが形成され、弁芯Aまたは弁芯Bと弁体の間には後減衰キャビティーが形成されるため、弁芯Aまたは弁芯Bが弁座から離れる時、優れた緩衝作用を有し、バネが瞬間に作動することによる振動の発生を防ぎ、バネの騒音を低減して、膨張弁の耐久性を高めることができる。
5、弁芯Aのヘッドと弁芯Bが適切に係合して、冷媒の流量変化に従って、絞りにおけるスリットサイズが変化する。そのため、冷媒の流動による抵抗を減少して、全体の空調のエネルギー効果比を大きく向上することができる。

図1は、実施例１における膨張弁の構造を示す図である。 図2は、実施例１における弁芯Bの構造を示す図である。 図3は、実施例１における弁芯Aの構造を示す図である。 図4は、実施例１における止め輸の構造を示す図である。 図5は、実施例１におけるバネ台の構造を示す図である。 図6は、実施例2における小流量の導流軌跡構造を示す図である。 図7は、実施例3における小流量の導流軌跡構造を示す図である。 図8は、実施例4における小流量の導流軌跡構造を示す図である。 図9は、実施例5における小流量の導流軌跡構造を示す図である。 図10は、実施例6における小流量の導流軌跡構造を示す図である。

以下は本発明の具体的実施例と図面を用いて、本発明の技術手段に対して詳細に説明を行うが、本発明はこれらの実施例に制限されない。

＜実施例１＞
図1に示されたように、膨張弁は、入口端101と出口端102を有するケーシング10を含み、ケーシング10内にはキャビティーを有する直筒状の弁体1が固定され、弁体1の側壁上にはキャビティーとケーシング10を連通する入口11と出口12が設けられている。ケーシング10と弁体1の間には入口11と出口12を仕切るスペーサ8が設けられ、キャビティー内にはキャビティーに沿って摺動する弁芯A2と弁芯B3が設けられ、弁芯A2と弁芯B3の間のキャビティーの中央部には止め輸7が固定されている。キャビティーの両端それぞれには、弁芯A2と弁芯B3が止め輸7に向かって移動するように付勢するバネユニットが設けられており、弁芯A2と弁芯B3の間には、弁芯A2と弁芯B3に対して緩衝作用を果たす可能な減衰構造が設けられている。

具体的には、図1、図2、図3、図4、図5に示されたように、止め輸7は、ガイディング孔73、環状凹部74、環状凹部74と入口11を連通する導流孔71、弁体1と互いに嵌合する位置止め溝72を含む。減衰構造は、弁芯A2と弁芯B3とを含み、該弁芯A2のヘッド部は、前円柱21、前絞り円錐部22、後円柱23、後絞り円錐部24、前ガイディング柱25を有しており、前記弁芯B3は、弁芯A2のヘッド部に係合する後絞りの円錐孔31、後円柱孔32、貫通溝33、前絞り円錐孔35と前円柱孔36を有しており、弁芯B3上には前円柱孔36と出口12を互いに連通する導流口37が設けられている。

バネユニットはバネ台5とバネ4を含み、バネ4の一端は、弁芯A2または弁芯B3に当接し、他端は、バネ台5に当接する。バネ台5は、弁体1の両端に固定され、かつオリフィス52が設けられて前記ケーシング10の一端に連通し、バネ台5はバネ4の揺動を制限する位置制限棒51を有する。弁芯A2と弁芯B3の末端は、弁体1に係合して間隙を小さくする円柱体と減衰環溝26を有し、減衰環溝26には開口された減衰環6が設けられている。ケーシング10の入口端101と出口端102には濾過網モジュール9が設けられ、濾過網モジュール9はケーシング10に固定される濾過網スタンドと濾過網を含む。

冷媒はケーシング10から入り、濾過網モジュール9を経過した後、それぞれ制御通路と案内通路の2つ通路に分離して弁に入る。
もし、冷媒が弁芯B3の片側の出口端102から入る場合、
制御通路において、冷媒はケーシング10の出口端102から入り、出口端102の濾過網モジュール9を経過した後、更にバネ台5のオリフィス52を経過して弁芯B3に作用し、弁の出口12の圧力が入口11の圧力より大きいため、弁芯B3を推進する。この時、弁芯A2、弁体1とバネ台5により囲まれるキャビティー内の冷媒は、バネ台5のオリフィス52を通じて弁体1から排出されて、流路に合流する。弁芯B3が止め輸7に密着すると、弁芯B3が動作を停止して排出される。

案内通路において、弁体1の入口11と出口12はスペーサ8に仕切られているため、冷媒は弁体1の出口12のみに入って弁芯B3の導流口37に入り、更に弁芯A2と弁芯B3の間の間隙、止め輸7の環状凹部74を経過して、止め輸7の導流孔71と弁体1の入口11により弁体1に排出され、更に、弁体1とケーシング10の間の間隙、この箇所で制御通路と合流した後、入口端101で濾過網スタンドと濾過網からなる濾過網モジュール9を経過してから、ケーシング10の入口端101により弁に排出される。

もし、冷媒が弁芯A2の片側の入口端101から入る場合、
制御通路において、冷媒はバネ台5のオリフィス52に入って弁芯A2に作用し、弁の入口11の圧力が出口12の圧力より大きいため、弁芯A2を押圧して止め輸7に接近させる。この時、弁芯B3、弁体1とバネ台5により囲まれるキャビティー内の冷媒がバネ台5のオリフィス52により弁体1から排出されてから、流れ通路に合流する。弁芯A2が止め輸7に密着すると、弁芯A2が作動を停止してアンロードする。

案内通路において、弁体1の入口11と出口12はスペーサ8により仕切られているため、冷媒は弁体1の入口11のみに入って、止め輸7の導流孔71を経過した後、止め輸7の環状凹部74に入り、更に弁芯A2と弁芯B3の間の間隙を経過してから、弁芯B3の導流口37と弁体1の出口12から弁体1に排出されており、更に、弁体1とケーシング10の間の間隙、この箇所で制御通路と合流した後、出口端102で濾過網スタンドと濾過網からなる濾過網モジュール9を通過してから、ケーシング10の出口端102により弁に排出される。

弁芯の移動経路には、弁芯A2と弁芯B3の間に位置して互いに閉鎖するキャビティーと、止め輸7と弁芯A2の間に位置して互いに閉鎖されるキャビティーが設けられ、更に、弁体1、バネ台5と弁芯A2または弁芯B3の間に位置して互いに閉鎖されるキャビティーが存在するため、弁芯A2または弁芯B3が移動する際に、複数の減衰を発生させることができる。複数の減衰が存在するため、弁芯A2または弁芯B3が移動する時、安定な緩衝過程を経て、２つの弁芯の衝撃が低減され、更に弁芯の円錐状のヘッドと弁芯B3とが当接する際の摩損を低減して、膨張弁の耐用年数を高めることができる。

＜実施例2＞
実施例2の構造と原理は実施例１とほぼ類似し、図6に示されたように、実施例１との区別は、小流量の導流軌跡構造が増設されている。小流量の導流軌跡構造において、弁芯B3上には弁体1の外部と貫通溝33を連通する貫通孔34が設けられ、貫通孔34内には毛細管が埋め込まれている。毛細管を増設することで、貫通孔34の流量を変更することができる。

＜実施例3＞
実施例3の構造と原理は実施例２とほぼ類似し、図7に示されたように、実施例2との区別は、小流量の導流軌跡構造である。小流量の導流軌跡構造において、弁芯A2上には貫通溝33と前円柱孔36を連通する導流溝27が設けられている。

＜実施例4＞
実施例4の構造と原理は実施例２とほぼ類似し、図8に示されたように、実施例2との区別は、小流量の導流軌跡構造である。小流量の導流軌跡構造において、弁芯B3上には貫通溝33と導流口37を連通する貫通孔34が設けられている。

＜実施例5＞
実施例5の構造と原理は実施例２とほぼ類似し、図9に示されたように、実施例2との区別は、小流量の導流軌跡構造である。小流量の導流軌跡構造において、弁芯A2上には後絞り円錐孔31と前円柱孔36を貫通する貫通孔34が設けられている。

＜実施例6＞
実施例6の構造と原理は実施例２とほぼ類似し、図10に示されたように、実施例2との区別は、小流量の導流軌跡構造である。小流量の導流軌跡構造において、弁芯A2上には軸方向で弁芯A2を貫通する貫通孔34が設けられている。小流量の冷媒は弁体1の出口12により弁体1に排出されず、バネ台5のオリフィス52により直接弁体1に排出される。

本発明における具体的実施例は、本発明の精神に対して例を挙げて説明するものである。本発明における当業者は、本発明の具体的実施例に対するいろんな修正または補充または類似の手段を代替することができるが、本発明の主旨から離れず、または特許請求の範囲を超えないことに理解するべきである。

1 弁体
11 入口
12 出口
2 弁芯A
21 前円柱
22 前絞り円錐部
23 後円柱
24 後絞り円錐部
25 前ガイディング柱
26 減衰環溝
27 導流溝
3 弁芯B
31 後絞り円錐孔
32 後円柱孔
33 貫通溝
34 貫通孔
35 前絞り円錐孔
36 前円柱孔
37 導流口
4 バネ
5 バネ台
51 位置制限棒
52 オリフィス
6 減衰環
7 止め輸
71 導流孔
72 位置止め溝
73 ガイディング孔
74 環状凹部
8 スペーサ
9 濾過網モジュール
10 ケーシング
101 入口端
102 出口端

Claims (10)

1. 双方向流通の膨張弁において、
   入口端（101）と出口端（102）を有するケーシング（10）を含み、
   前記ケーシング（10）内には、キャビティーを有する直筒形の弁体（1）が固定され、前記弁体（1）の側壁上にはキャビティーと、ケーシング（10）と弁体（1）との間の空間と、を連通する入口（11）と出口（12）が設けられており、
   前記ケーシング（10）と弁体（1）の間には、入口（11）と出口（12）が仕切られるスペーサ（8）が設けられ、
   前記キャビティー内にはキャビティーに沿って摺動し、かつ互いに対向する弁芯A（2）と弁芯B（3）が設けられており、
   弁芯A（2）と弁芯B（3）の間における前記キャビティーの中央部には止め輸（7）が設けられ、前記キャビティーの両端それぞれには弁芯A（2）と弁芯B（3）を止め輸（7）に向かって移動させるバネユニットが設けられており、
   前記弁芯A（2）と弁芯B（3）の互いに嵌まる部分には弁芯A（2）と弁芯B（3）に対して緩衝作用を果たすことが可能な減衰構造が設けられ、
   前記減衰構造は、弁芯A（2）と弁芯B（3）と、を含み、前記弁芯A（2）のヘッド部は後絞り円錐部（24）を有し、前記弁芯B（3）は、前記弁芯A（2）のヘッド部にマッチする後絞り円錐孔（31）を有し、前記弁芯B（3）は、前円柱孔（36）を有し、前記弁芯B（3）には、前円柱孔（36）と出口（12）を互いに連通する導流口（37）が設けられている、
   ことを特徴とする双方向膨張弁。
2. 前記止め輸（7）は、ガイディング孔（73）と、環状凹部（74）と、環状凹部（74）と入口（11）を連通する導流孔（71）と、弁体（1）に嵌め込まれる位置止め溝（72）と、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の双方向膨張弁。
3. 前記減衰構造において、更に、
   前記弁芯A（2）のヘッド部は、前円柱（21）、前絞り円錐部（22）、後円柱（23）、前ガイディング柱（25）を有し、後絞り円錐部（24）は後円柱（23）と前ガイディング柱（25）との間に位置し、
   前記弁芯B（3）は、前記弁芯A（2）のヘッド部にマッチする後円柱孔（32）、貫通溝（33）、前絞り円錐孔（35）とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の双方向膨張弁。
4. 前記弁芯B（3）には、弁体（1）の外部と貫通溝（33）を連通する貫通孔（34）が設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載の双方向膨張弁。
5. 前記弁芯A（2）には、貫通溝（33）と前円柱孔（36）を連通する導流溝（27）が設けられる、ことを特徴とする請求項３に記載の双方向膨張弁。
6. 前記弁芯B（3）には、貫通溝（33）と導流口（37）を連通する貫通孔（34）が設けられる、ことを特徴とする請求項３に記載の双方向膨張弁。
7. 前記弁芯A（2）には、後絞り円錐孔（31）と前円柱孔（36）を連通する貫通孔（34）が設けられる、ことを特徴とする請求項３に記載の双方向膨張弁。
8. 前記弁芯A（2）上には、軸方向で弁芯A（2）を貫通する貫通孔（34）が設けられる、ことを特徴とする請求項３に記載の双方向膨張弁。
9. 前記バネユニットは、バネ台（5）とバネ（4）を含み、
   前記バネ（4）の一端は、弁芯A（2）または弁芯B（3）に当接し、他端は、バネ台（5）に当接しており、
   前記バネ台（5）は弁体（1）の両端に固定され、バネ台（5）の端部には、前記ケーシング（10）に連通するオリフィス（52）が設けられており、
   前記弁芯A（2）と弁芯B（3）の末端は、弁体（1）に係合する間隙を有する円柱体と減衰環溝（26）とを有し、前記減衰環溝（26）には、開口された減衰環（6）が設けられる、ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の双方向膨張弁。
10. 前記ケーシング（10）の入口端（101）と出口端（102）には、濾過網モジュール（9）が設けられ、前記濾過網モジュール（9）は、ケーシング（10）に固定される濾過網スタンドと濾過網と、を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の双方向膨張弁。