TWI335977B - Refrigerant floating expansion apparatus - Google Patents

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TWI335977B
TWI335977B TW96148808A TW96148808A TWI335977B TW I335977 B TWI335977 B TW I335977B TW 96148808 A TW96148808 A TW 96148808A TW 96148808 A TW96148808 A TW 96148808A TW I335977 B TWI335977 B TW I335977B
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Chung Che Liu
Shih Chang Chiang
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31Expansion valves
    • F25B41/315Expansion valves actuated by floats
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/7423Rectilinearly traveling float
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Description

1335977
二達編號:TW4112PA • 九、發明說明: • 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種冷獅脹裝置,且㈣是有關於 一種浮控式冷媒膨脹裝置。 、 【先前技術】
冷/東空调系、统已成為人類的生活必需品,t其在工業 高度發展的情形下,對於大型冷;東空調系統的依賴性曰漸 增強。“,此類大型系統往往存在著無較佳膨脹裝置可 用的問題。尤其在冷H統邁人系統化、多段可調或變頻 控制等新技術後,更增加製造商對賴裝置的需求。 隨著冷康系統的發展,多種膨脹裝置例如孔口板、短 Γ感溫式、電子式膨脹裝置等也已發展使用,然而這些 祕裝置㈣其❹上的_。例如,孔σ板與短管雖然 可以適用於大部分的冷;東系統,由於其僅具有固定的壓降 能力,無法依系統的負載需求進行膨脹能力的調變, =用這類膨脹裝置的冷衫統穩定性㈣、能源效率不 ,也&加了冷/東系統的維修成本;感溫式膨脹裝置與電 膨置的成本較高,尤其是電子式膨脹裝置的成本 ^疋=其⑽職置甚多,除此之外其單體應用的範圍 僅限於較小負载能力的冷㈣統’要使㈣大型系統 =聯或«的方錢合’使㈣、_製造成本及複雜度 更咼。 冷媒膨脹裝置為冷; 東循環系統中的四大元件(包括壓 6 1335977
三達編號:TW4112PA • 縮裝置、冷凝裝置、蒸發裝置與膨脹裝置)之一,其形式 * 依主機型式與能力大小而有所不同。例如,中小型的冷凍 系統常使用感溫式膨脹裝置與電子式膨脹裝置,且受冷媒 種類與成本的影響,這兩種膨脹裝置僅供應至500冷凍 噸。至於大於此能力的系統則使用孔口板或浮筒式膨脹裝 置,其係因這兩種膨脹裝置可不受冷媒種類與冷凍系統能 力限制。 中華民國專利號M276185號專利揭露之「冷媒浮球 Φ 控制閥之改良結構」是由控制閥組及浮球構件所組成。藉 , 由控制浮球之高低位置使一閥門呈現開啟或是閉合狀 態。閥門是呈現U字型,而冷媒進入孔是與閥座左右對 稱,藉此控制冷媒之供給流量。浮球與閥座間是以槓桿連 接,利用浮球之浮力與槓桿改變冷媒進入孔的大小。然 而,由於浮球之浮力不易控制,且浮球會隨著冷媒任意流 動,使閥座不易維持在中間位置而影響冷媒之供給流量, 甚或導致閥座卡住。 ^ 美國專利號US5285653號專利揭露之「冷凍流體控 制裝置」(Refrigerant Flow Control Device )係以浮筒套設 於一直立管件以上下移動並控制直立管件上開口的流口 大小。其中,是以通氣管道將一氣體引入浮筒下端以控制 浮筒的高度,且於浮筒外側設置有護網讓流體通過。然 而,此裝置必須使用控制閥控制進入通氣管道之氣體量, 使裝置較為複雜。 另外,美國專利號US5009079號專利揭露之「冷凍 7 ^^5977 «
、雜號:TW4112PA 凉·艘控制裝置」(Refrigerant Flow Control Device)亦同樣 是將浮筒套設於直立管件以控制直立管件上開口的流口 &小。此裝置在運作之後,若浮筒落到直立管件之底部, 洋筒會完全覆蓋住直立管件之開口,使裝置於下次運作前 &續先施以浮筒非常大的力量,才能將浮筒撐起以暴露出 管件之開口而恢復流量。 _ 【發明内容】 本發明係有關於一種浮控式冷媒膨脹裝置,係適用於 • 小、中或大型的冷凍空調或循環系統中,並可取代現今所 、用之孔口式或電子式膨脹裝置。另外,本發明之浮控式 =媒膨脹裝置並不需裝設任何電子元件即可準轉地控制 <趙流量,具有極佳之控制性能與效益。 、、Λ +本發明提出一種浮控式冷媒膨脹裝置’此裂置包括一 至本體、一直立管件、一浮筒元件與一分隔元件。浮 •並=體包括一底板及一管型外殼。底板係連接管型外殼 一1含於管型外殼上端設置之一第一管口。底板具有一第 貝穿孔與多個第二貫穿孔。高壓流體係由 本體中。直立管件係固定於底板上。直 :::二管口與-第三管口,其中第二管口係== 板連而底板上之各個第二貫穿孔係位於直立管件與底 此門處之外側。於直立管件之管壁上具有至少—開口, :Q係鄰近於第二管口側。浮筒元件係套設於直立 ,用以控制直立管件之開口之流口面積。其中,當^筒 8 1335977 1 (
三達編號·· TW4U2PA • 元件位於直立管件之底部,浮筒元件與底板之間係具有一 • 間隙,以保持第二貫穿孔之暢通。分隔元件係沿著浮筒元 件之周圍設置於底板上,用以防止高壓流體流至浮筒元件 之上表面。其中,分隔元件與管型外殼係構成一内流道, 且分隔元件上鄰近底板處具有多個流體通口。高壓流體係 沿著内流道被導引通過流體通口,藉此以移動浮筒元件而 控制開口之流口面積,之後,高壓流體係藉由第二貫穿孔 以及經由開口先流入直立管件之内孔後再由第一貫穿孔 Φ 流出浮筒室本體以形成一低壓流體。 為讓本發明之上述内容能更明顯易懂,下文特舉較佳 實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下: 【實施方式】 請參照第1、2圖,第1圖繪示依照本發明一較佳實 施例的浮控式冷媒膨脹裝置之示意圖,第2圖繪示第1圖 浮控式冷媒膨脹裝置之立體圖。浮控式冷媒膨脹裝置1包 # 括一浮筒室本體10、一直立管件20、一浮筒元件30與一 分隔元件40。浮筒室本體10包括一底板11及一管型外殼 13。底板11係連接管型外殼13並相對於管型外殼13上 端設置之一第一管口 13A。底板11具有一第一貫穿孔11A 與多個第二貫穿孔11B。直立管件20係固定於底板11上, 並具有一第二管口 20A與一第三管口 20B。其中,第二管 口 20A係與第一貫穿孔11A連通,而底板11上之各個第 二貫穿孔11B係位於直立管件20與底板11連接處之外 9 1335977 三i編號:irW4112PA 第二貫穿孔11B之形狀可以是為圓形。
至於直立管件20之設計,其較佳為一圓形直管,係 固定於底板11上。直立管件20之開口 22較佳係長條形, 且開口 22之延伸方向係與直立管件20之延伸方向一致。 由於浮筒元件30會隨著流體上下移動,以於不同位置遮 蔽或露出直立管件20上之開口 22,長條形之開口 22設計 使浮筒元件30得以線性地調整流體之流量。另外,於直 立管件20之延伸方向上,開口 22之長度係大於浮筒元件 30之高度。 雖然本實施例是以長條形之開口 22作說明’然開口 22亦可為其他任意的幾何形狀。另外,本實施例之開口 22雖然僅開設於直立管件20之管壁上,然開口 22實際上 可直接延伸至第二管口 20A處,如此一來,只要浮筒元件 30 —向上移動,即可暴露出開口 22以加大流體之流量。 如第2圖所示,分隔元件40包括一環形隔板44與多 個支撐件46。這些支撐件46各別連接於環形隔板44之下 側緣44A,用以與底板11結合。且這些支撐件46、該下 側緣44A與底板11間形成前述之多個流體通口 42。另外 如第1圖所示,分隔元件40之高度係大於管型外殼13之 高度以及直立管件20之高度,以防止高壓流體直接衝擊 至浮筒元件30之上表面而阻礙浮筒元件30之移動。 冷媒膨脹裝置1包括一擋止元件,其係設置於直立管 件20之第三管口 20B端,用以防止浮筒元件30從直立管 件20上脫落。於此之擋止元件係以一擋片50作說明。擋 11 1335977 三達―號:TW4112PA · • 片50設置於第三管口 20B端,且較佳地,擋片50之面積 - 係大於第三管口 20B之面積。如此一來,擋片50除了可 避免浮筒元件30因持續向上移動而與直立管件20分離, 亦可密封住直立管件20之第三管口 20B以防止冷媒氣體 進入直立管件20。 另外,為保持第二貫穿孔11B之暢通,冷媒膨脹裝置 1於底板11上亦設置有其他的擋止元件以防止浮筒元件 30之下表面與底板11密合。本實施例是先以設置於底板 φ 11上之數個擋塊52作說明。當流量極少時,擋塊52會使 浮筒元件30與底板11間保持間隙,使流體仍可從第二貫 穿孔11B流出,而維持流體的基本流動狀態。 ' 冷媒膨脹裝置1更包括一滑動元件60,其係用以使 浮筒元件30平順地於直立管件20上滑移。滑動元件60 是設置於浮筒元件30之一内環面與直立管件20之間。滑 動元件60可以是一滾珠轴承、一滾柱軸承或一套筒轴承, 於本實施例中是以一滾珠轴承作說明,其圖示請參照第3 φ 圖。滾珠轴承具有多列用以與直立管件20接觸之滾珠62, 使浮筒元件30與直立管件20的接觸面積降到最低,如此 除了可降低二者之間的摩擦力,並可克服流體於浮筒元件 30四周產生之不對稱力量,藉此防止浮筒元件30於滑動 的過程中產生卡死的現象。 請參照第4圖,其繪示第1圖的浮筒元件之示意圖。 浮筒元件30包括一環狀中空殼體32、多個隔板34與上、 下二個圓板35 (因視角關係,僅繪示出一個圓板35)。較 12 1335977
三^編號:"i"W4〖12PA . 佳地,這些隔板34係等間隔地設置於環狀中空殼體32 . 中,以增強浮筒元件30之結構強度,而可承受高壓流體 之衝擊力量。環狀中空殼體32與隔板34之材質可以是不 銹鋼,亦得以有效地增加浮筒元件30的結構強度。 請參照第5A、5B圖,其繪示第1圖的冷媒膨脹裝置 於作動時之示意圖。如第5A圖所示,高壓流體L1 (例如 是高壓液體冷媒)是由第一管口 13A進入浮筒室本體10, 並沿著分隔元件40與管型外殼13間的内流道15流至流 Φ 體通口 42處。此時,開口 22之下方雖然完全被浮筒元件 30遮蔽住,然高壓流體L1仍可由第二貫穿孔11B流出。 由於擋塊52維持住浮筒元件30與底板11之間隙,高壓 流體之衝擊力量得以傳遞至浮筒元件30之下表面,進而 形成一向上之推力,使浮筒元件30隨流體浮動起來。如 第5B圖所示,浮筒元件30向上移動時會逐漸暴露出直立 管件20之開口 22,以因應增加的高壓流體量。此時,高 壓流體L1除了由第二貫穿孔11B流出,亦會由開口 22先 # 進入直立管件20之内孔後再由第一貫穿孔11A流出,使 其體積膨脹而降壓以形成一低壓流體L2。另外,當高壓流 體量過大時,擋片50可避免浮筒元件30從直立管件20 上脫落。 本實施例雖是以多個擋塊52保持浮筒元件30與底板 11之間隙以維持流體之基本流量,但本發明並不以此為限 定,本發明亦可以藉由其他元件,或是改變原有元件之結 構設計以產生同樣的功效。以下舉例說明。 13 1335977 » *
三達編號:TW4112PA • 請參照第6圖,其繪示以彈性元件維持浮筒元件與底 - 板間隙之示意圖。底板11與浮筒元件30之間係可裝設至 少一彈性元件70。由於彈性元件70本身具有一定高度, 其可用以維持底板11與浮筒元件30之間隙,而無須在底 板11上裝設擋塊52 (見第1圖)。另外,可先計算出浮筒 元件30與滑動元件60之重量慣性,再選用合適之彈性元 件70去抵消掉這些重量慣性,使調整開口 22之敏感度增 加。彈性元件70可以是一個或多個彈簧之組合,或是預 Φ 壓式彈片等,於第6圖中僅簡單繪示出一個套繞於直立管 件20之彈簧作說明。 為維持流體之基本流量,亦可將浮筒元件30之下表 ' 面設計為非平坦之形狀,使浮筒元件30不會完全覆蓋於 底板11上。請參照第7、8圖,第7圖繪示浮筒元件具有 圓錐形下表面之示意圖,第8圖繪示浮筒元件具有圓弧形 下表面之示意圖。如第7圖所示,浮筒元件30之下表面 30A’之輪廓可以是一圓錐形,使得浮筒元件30即使是位 # 在直立管件20之底部位置,浮筒元件30與底板11之間 仍會有間隙存在,因而可省略擋塊52(見第1圖)之使用。 高壓流體之力量仍可被傳遞至浮筒元件30之圓錐形下表 面,以形成一向上之推力而帶動浮筒元件3 0向上浮動。 如第8圖所示,浮筒元件30之下表面3 0A”輪廓亦可以是 一圓弧形,其亦具有相同之功效。另外,浮筒元件30也 可以是一中空的環型圓管。 本發明上述實施例所揭露之浮控式冷媒膨脹裝置,是 14 1335977
三 號:+W4112PA 將一浮筒元件套設於具有開口之直立管件上,利用浮力的 - 原理使浮筒元件隨流體之液面高低而上下滑動,以遮蔽或 開啟直立管件上之開口,藉此以達到調整流體流量之目 的。由於在浮筒元件之周圍設置有分隔元件,除了防止高 壓流體直接衝擊到浮筒元件之上表面而影響浮筒元件之 上升,亦將高壓流體導引至較低位置再與浮筒元件接觸。 當高壓流體之液面過低時,高壓流體仍可由底板上之貫穿 孔流出以維持流體之基本流動狀態,並可進一步於浮筒元 Φ 件之底部產生向上的力量以克服浮筒元件之慣性,使浮筒 元件順利地浮起。 本發明上述實施例所揭露之浮控式冷媒膨脹裝置,係 ' 可裝設於小、中或大型的冷凍空調或循環系統中,並得以 取代現今所使用之孔口式或電子式膨脹裝置。特別是應用 於大型的冷凍系統中,本發明之浮控式冷媒膨脹裝置解決 了以往無合適膨脹裝置的問題。另外,本發明之浮控式冷 媒膨脹裝置並不需使用任何電子元件即可準確地控制流 # 體流量,不僅控制性佳而具有極大之效益,且使裝置之生 產成本降到最低,大大地滿足了許多系統製造廠商之需 求。 綜上所述,雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然 其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常 知識者,在不脫離本發明之精神和範圍内,當可作各種之 更動與潤飾。因此,本發明之保護範圍當視後附之申請專 利範圍所界定者為準。 15 1335977
三達‘編號:T‘W4112PA 【圖式簡單說明】 第1圖繪示依照本發明一較佳實施例的浮控式冷媒 膨脹裝置之示意圖。 第2圖繪示第1圖浮控式冷媒膨脹裝置之立體圖。 第3圖繪示一滾珠轴承之示意圖。 第4圖繪示第1圖的浮筒元件之示意圖。 第5A、5B圖繪示第1圖的冷媒膨脹裝置於作動時之 示意圖。
第6圖繪示以彈性元件維持浮筒元件與底板間隙之 示意圖。 第7圖繪示浮筒元件具有圓錐形下表面之示意圖。 第8圖繪示浮筒元件具有圓弧形下表面之示意圖。 【主要元件符號說明】 I :浮控式冷媒膨脹裝置 10 :浮筒室本體 II :底板 11A :第一貫穿孔 11B :第二貫穿孔 13 :管型外殼 13A :第一管口 15 :内流道 20 :直立管件 20A :第二管口 16 1335977
三達編號:TW4112PA 20B :第三管口 22 :開口 30 :浮筒元件 30A’、30’,:下表面 32 :環狀中空殼體 34 :隔板 35 :圓板
40 :分隔元件 42 :流體通口 44 :環形隔板 44A :下側緣 4 6 :支撐件 50 :擋片 52 :擋塊 60 :滑動元件 62 :滾珠 70 :彈性元件 200 :流體出口 300 :流體入口 L1 :高壓流體 L2 :低壓流體

Claims (1)

1335977 i » 三達編號:TW4112PA 十、申請專利範圍: • 1. 一種浮控式冷媒膨脹裝置,包括: 一浮筒室本體,包括一底板及一管型外殼,該底板連 接該管型外殼,並相對於該管型外殼上端設置之一第一管 口,該底板具有一第一貫穿孔與複數個第二貫穿孔,其 中,一高壓流體係由該第一管口側進入該浮筒室本體中; 一直立管件,係固定於該底板上,該直立管件具有一 第二管口與一第三管口,該第二管口係與該第一貫穿孔連 • 通,該底板之該些第二貫穿孔係位於該直立管件與該底板 . 連接處之外側,且於該直立管件之管壁上具有至少一開 口,該開口係鄰近於該第二管口側; 一浮筒元件,係套設於該直立管件上,用以控制該直 立管件之該開口之流口面積,其中,當該浮筒元件位於該 直立管件之底部,該浮筒元件與該底板之間係具有一間 隙,以保持該些第二貫穿孔之暢通;以及 一分隔元件,係沿著該浮筒元件之周圍設置於該底板 # 上,用以防止該高壓流體流至該浮筒元件之上表面,其 中,該分隔元件與該管型外殼係構成一内流道,且該分隔 元件上鄰近該底板處具有複數個流體通口; 其中,該高壓流體係沿著該内流道被導引通過該些流 體通口,以移動該浮筒元件而控制該開口之流口面積,該 高壓流體係藉由該些第二貫穿孔以及經由該開口先流入 該直立管件之内孔後再由該第一貫穿孔流出該浮筒室本 體以形成一低壓流體。 18 1335977 « » 三達編號:TW4112PA 2. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,更 包括: 一擋止元件,設置於該直立管件之該第三管口端,用 以防止該浮筒元件從該直立管件上脫落。 3. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,更 包括: 至少一擋止元件,設置於該底板上,用以防止該浮筒 元件之下表面與該底板密合。
4.如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,更 包括: 一彈性元件,設置於該底板與該浮筒元件之間,用以 防止該浮筒元件之下表面與該底板密合。 5.如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該浮筒元件具有一内環面與一外環面’該冷媒膨服裝置 更包括: 一滑動元件,係設置於該内環面與該直立管件之間。 6. 如申請專利範圍第5項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該滑動元件係一滾珠轴承、一滚柱軸承或一套筒軸承。 7. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置’其 中該浮筒元件包括一環狀中空殼體。 8. 如申請專利範圍第7項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該浮筒元件更包括複數個隔板與二個圓板,該些隔板係 等間隔設置於該環狀中空殼體中,該二個圓板則分別設置 於該環狀中空殼體之上下兩端。 19 1335977 三達編號:TW4112PA 9. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該浮筒元件具有一非平坦之下表面。 10. 如申請專利範圍第9項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該浮筒元件之下表面輪廓係一圓錐形。 11. 如申請專利範圍第9項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該浮筒元件之下表面輪廓係一圓弧形。 12. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該直立管件係一圓形直管。
13. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該直立管件之該開口係長條形,且該開口之延伸方向係 與該直立管件之延伸方向一致。 14. 如申請專利範圍第13項所述之冷媒膨脹裝置, 其中於該直立管件之延伸方向上,該開口之長度係大於該 浮筒元件之高度。 15. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該分隔元件包括: 一環形隔板,具有一下側緣;以及 複數個支撐件,各別連接該環形隔板之該下側緣,該 些支撐件用以與該底板結合,且該些支撐件、該下側緣與 該底板間形成該些流體通口。 16. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 中於該直立管件之延伸方向上,該分隔元件之高度係大於 該管型外殼之高度以及該直立管件之高度。 17. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 20 1335977 < » 三達編號:TW4112PA _ 中該底板之該第一貫穿孔係位於該底板之中央,該些第二 ' 貫穿孔係等距離環繞該第一貫穿孔。 18. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該第一貫穿孔與該些第二貫穿孔之形狀為圓形。 19. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 中該管型外殼之該第一管口係連接至一冷凝器之一流體 出π。 20. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒膨脹裝置,其 ^ 中該底板之該第一貫穿孔與該些第二貫穿孔係連通至一 • 蒸發器或一節能器之一流體入口。
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