膨胀阀的制作方法

膨胀阀的制作方法
【专利摘要】温敏杆(52b)与响应于密封空间(20)的内部压力和从蒸发器(6)输出的低压制冷剂的压力之间的压力差而可移位的隔膜(53b)相连通，具有响应于温度而可变的压力的温敏介质被密封在该密封空间中。向该密封空间(20)打开的盲孔(10)被形成于温敏杆(52b)的内部。温敏介质是制冷剂和惰性气体的混合气体。在温敏介质中惰性气体的混合比率以这样的方式响应于盲孔(10)等效直径(D)相对于盲孔(10)深度(L)的比率(α)：从温敏杆(52b)到温敏介质的热传导的时间常数被保持在所期望的时间常数范围内。
【专利说明】膨胀阀
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本公开基于2012年2月20日递交的第2012-34068号日本专利申请，并通过引用 的方式将其合并于本公开中。

【技术领域】
[0003] 本公开涉及一种在蒸汽压缩制冷循环中使用的膨胀阀。

【背景技术】
[0004] 先前已知一种膨胀阀，其被用到蒸汽压缩制冷循环并使高压制冷剂减压和膨胀， 使得从蒸发器输出的低压制冷剂的过热度接近预定值。这种类型的膨胀阀包括元件部，该 元件部响应于从蒸发器输出的低压制冷剂的温度和压力而被移位，而且阀元件被该元件部 移位，以调节节流通道的开口度，该节流通道使高压制冷剂减压和膨胀。
[0005] 更具体地，该元件部包括隔膜（一种压力操作部件），所述隔膜响应于密封空间的 内部压力和从蒸发器输出的低压制冷剂的压力之间的压力差而被移位。这里，密封空间是 一种在其中密封响应于温度而改变其压力的温敏介质的空间。通过温敏杆将隔膜的移位传 导到阀元件，该温敏杆传导从蒸发器输出的低压制冷剂的温度。
[0006] 用这种方法，密封空间内温敏介质的压力被调整为这样的压力，其与蒸发器输出 的低压制冷剂的温度相对应，并且隔膜被密封空间的内部压力和蒸发器输出的低压制冷剂 的压力之间的压力差移位。具体地，隔膜响应于蒸发器输出的低压制冷剂的温度和压力而 被移位，由此使阀元件移位，以调整节流通道的开口度。
[0007] 在这种类型的膨胀阀中，例如，当响应时间周期（时间常数）（其为通过自温敏杆 的热传导把温敏介质的压力和温度调整到平衡状态所需的时间周期）与其他功能组件的 响应时间周期或制冷循环的响应时间相比被减小时，就发生了引起制冷循环不稳定的被称 为猎振现象的现象。
[0008] 为了解决这个问题，在现有技术的膨胀阀中，盲孔在温敏杆内形成，以在温敏杆的 内部沿轴向延伸并朝向密封空间开口，并且活性炭被密封在该盲孔的内部，或者在该盲孔 的内壁提供低导热率层，其具有相比于温敏杆更低的导热率（参见，例如，专利文献1)。用 这种方式，可以保证使得从温敏杆到温敏介质的热传导所需的时间常数限制该猎振现象。 [0009] 引文列表
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献 1 JP2010-133577A (与 US2010/0163637A1 相对应）


【发明内容】

[0012] 然而，像现有技术中那样，当活性炭被密封在温敏杆的盲孔内部时，或者低导热率 层被提供在盲孔内壁时，温敏杆的内部结构变得复杂，以致于造成制造步骤的数目增加和 制造成本的增加，因此不利地导致了膨胀阀生产率的下降。
[0013] 本公开是鉴于上面的缺点做出的，本公开的目标是提供一种能以简单的结构限制 制冷循环的不稳定操作的膨胀阀。
[0014] 为了实现上面的目标，本申请的发明人已经考虑了下列几点。首先，本申请的发明 人已经关注了下面的现象：即，当混合气体（其为制冷剂和惰性气体的混合物）被用作温敏 介质时，就改变了从温敏杆到温敏介质的热扩散状态（温敏介质的压力扩散状态），并因此 改变了响应时间周期（时间常数），该周期为使温敏介质的温度和压力改变到平衡状态中 所需的时间周期。鉴于上面的现象，本申请的发明人已经研究了通过改变温敏介质中惰性 气体的混合比率，调整从温敏杆到温敏介质的热传导的时间常数。
[0015] 根据本申请发明人的研究发现：当增加惰性气体的混合比率时，从温敏杆到温敏 介质的热扩散会被延迟，而且从温敏杆到温敏介质的热传导的时间常数会被延长。
[0016] 然而，现实中，当只调整惰性气体的混合比率时，某些情况下，难以将从温敏杆到 温敏介质的热传导的时间常数调整到所期望的时间常数范围内。
[0017] 然后，本申请的发明人已经研究了难以调整从温敏杆到温敏介质的热传导的时间 常数的原因。通过该研究发现：从温敏杆到温敏介质的热扩散状态随温敏杆内部形成的盲 孔形状而改变。具体地，当盲孔的等效直径相对于盲孔深度的比率增加时，从温敏杆到温敏 介质的热扩散就被推迟了，从温敏杆到温敏介质的热传导的时间常数因此被延长，该盲孔 的等效直径是在与温敏杆的轴向相垂直的方向测得的。
[0018] 本公开是基于以下发现做出的：从温敏杆到温敏介质的热传导的时间常数、温敏 杆内部的盲孔形状，以及温敏介质内惰性气体的混合比率之间存在紧密关联。
[0019] 具体地，本公开的膨胀阀包括：
[0020] 主体部，其形成：
[0021] 高压制冷剂通道，其传导高压制冷剂；
[0022] 节流通道，其设置于该高压制冷剂通道中，其中该节流通道使该高压制冷剂减压 和膨胀；以及
[0023] 低压制冷剂通道，其传导从蒸发器输出的低压制冷剂；
[0024] 阀元件，其调整节流通道的开口度；
[0025] 元件部，其位于主体部之外且包括压力操作部件，其中该压力操作部件响应于如 下压力之间的压力差而被移位：
[0026] 元件部的密封空间的内部压力，温敏介质被密封在该空间内，其中温敏介质的压 力可响应于温度改变；以及
[0027] 在低压制冷剂通道中流动的低压制冷剂的压力；以及
[0028] 温敏杆，其被放置使得至少一部分温敏杆位于低压制冷剂通道中，其中温敏杆把 压力操作部件的移位传导到阀元件并将流经低压制冷剂通道的低压制冷剂的温度传导到 温敏介质。
[0029] 根据本公开，温敏杆包括盲孔，其向密封空间打开并在温敏杆内部沿温敏杆的轴 向延伸；温敏介质是混合气体，其为制冷剂和惰性气体的混合物，其中惰性气体不同于制冷 齐U ;以及基于盲孔的等效直径相对于盲孔深度的比率设置温敏介质中惰性气体的混合比 率，使得从温敏杆到温敏介质的热传导的时间常数被保持在预定的时间常数范围内，该盲 孔的等效直径是在与温敏杆的轴向相垂直的方向测得的，该盲孔深度是在温敏杆的轴向测 得的。
[0030] 用这种方式，通过根据盲孔等效直径相对于盲孔深度的比率设置惰性气体的混合 比率，可适当地保证从温敏杆到温敏介质的热传导的期望的时间常数，而不需要在温敏杆 的盲孔内密封活性炭或者在温敏杆的盲孔内提供低导热率层或类似物。
[0031] 这样，就能实现能够用简单的结构限制制冷循环的不稳定操作的膨胀阀。在此，等 效直径的意思是，即使是在盲孔的截面区域不是圆（例如，椭圆形、多边形的情况）的情况 中，与盲孔截面区域相对应的圆的直径。

【专利附图】

【附图说明】
[0032] 图1是根据本公开的第一实施例的膨胀阀的截面图。
[0033] 图2(a)和图2(b)是用于描述根据第一实施例的隔膜的位移的由图1中箭头II 指示的区域的局部放大图。
[0034] 图3是示出到温敏介质的热传导的时间常数关于盲孔等效直径相对于盲孔深度 的比率的改变和惰性气体的混合比率的改变而改变的例子的特性图。
[0035] 图4是示出惰性气体的分压响应于元件部内的体积改变而改变的特性图。
[0036] 图5是根据本公开第二实施例的膨胀阀的截面图。
[0037] 图6是沿图5的VI-VI线截取的截面图。

【具体实施方式】
[0038] 将参考附图描述本公开的各种实施例。在下面的各实施例中，在附图中用相同的 参考数字指示相同或类似的部件。
[0039] (第一实施例）
[0040] 将描述本公开的第一实施例。如图1所示，本实施例的膨胀阀5被用于汽车空调 系统的蒸汽压缩制冷循环1(在下文中简称制冷循环1)。在图1中，也示意性地指出了膨胀 阀5和制冷循环1的各组成设备之间的连接关系。
[0041] 本实施例的制冷循环1使用含氯氟烃制冷剂（R134a)作为制冷剂并形成亚临界循 环，其中高压制冷剂的压力不超过制冷剂的临界压力。
[0042] 制冷循环1的压缩机2通过，例如，电磁离合器，接受未示出的汽车驱动引擎的驱 动力，以抽吸和压缩制冷剂。可替换地，压缩机2可为电子压缩机，其由未示出的电动机输 出的驱动力驱动。
[0043] 散热器3是通过交换从压缩机2排放的高压制冷剂和外部空气（汽车车厢外部的 外部空气）之间的热量，释放高压制冷剂的热量以使制冷剂冷凝的散热热交换器，该外部 空气由未示出的冷却风扇吹出。
[0044] 散热器3的出口与液体收集器（收集器）4相连接，该收集器使从散热器3输出的 高压制冷剂分离成气相制冷剂和液相制冷剂，并累积循环中的过量液相制冷剂。此外，收集 器4的液相制冷剂出口与膨胀阀5相连接。
[0045] 膨胀阀5使从收集器4输出的高压制冷剂减压和膨胀。并且，膨胀阀5响应于从 蒸发器6输出的低压制冷剂的温度和压力改变节流通道的通道横截面面积（阀开口度），使 得从蒸发器6输出的低压制冷剂的过热度接近预定值。用这种方法，调整了被输出到蒸发 器6的制冷剂入口的制冷剂的量。后面将描述膨胀阀5的细节。
[0046] 蒸发器6是吸热热交换器，其在通过膨胀阀5被减压和膨胀的低压制冷剂和被未 示出的吹风机吹出的空气之间交换热量，以使得低压制冷剂被蒸发以吸收热量。此外，蒸发 器6的出口与压缩机2的进气侧通过低压制冷剂通道51f相连接，该通道被形成于膨胀阀 5的内部。
[0047] 接下来，将详细描述膨胀阀5的结构。膨胀阀5是内部压力均衡型且包括主体部 51、阀部52和元件部53,如图1所示。
[0048] 例如，主体部51形成膨胀阀5的外壳和膨胀阀5内部的制冷剂通道。主体部51是 通过对金属块应用孔形成过程形成的，该主体部被设置成圆柱管形式或多边形管形式。制 冷剂入口和出口 51a、51b、51d、51e、阀腔51g、节流通道51h、连通腔51i和安装孔51 j被形 成在主体部51中。
[0049] 被连接到收集器4的液相制冷剂出口以接收高压液相制冷剂的第一流入口 51a以 及将从第一流入口 51a接收的制冷剂输出到蒸发器6的入口的第一流出口 51b，被分别形成 为制冷剂流入口和制冷剂流出口。因此，在本实施例中，从第一流入口 51a延伸到第一流出 口 51b的制冷剂通道形成高压制冷剂通道51c。
[0050] 此外，接收从蒸发器6输出的低压制冷剂的第二流入口 51d以及使从第二流入口 51d接收的制冷剂输出到压缩机2的吸入侧的第二流出口 51e，被分别形成为另一制冷剂流 入口和另一制冷剂流出口。因此，在本实施例中，从第二流入口 51d延伸到第二流出口 51e 的制冷剂通道形成低压制冷剂通道51f。
[0051] 阀腔51g是在高压制冷剂通道51c中形成且容纳后面将要讨论的阀部52的球形 阀52a的空间。具体地，阀腔51g与第一流入口 51a直接连通且与第一流出口 51b通过节 流通道51h连通。节流通道51h被形成于高压制冷剂通道51c中。节流通道51h是使通过 第一流入口 51a提供到阀腔51g的制冷剂从阀腔51g传导到第一流出口 51b，同时使制冷剂 减压和膨胀的通道。
[0052] 连通腔5Π 是被形成为与低压制冷剂通道51f和主体部51的顶面内形成的安装 孔51 j相连通的空间。后面将要描述的元件部53被从主体部51的外部安装到安装孔51 j 内。
[0053] 阀部52包括：球形阀52a，其为在阀部52的一个端部内形成的阀元件；温敏杆 52b，其被设置为大致圆柱形管形式并与元件部53的隔膜53b通过结合手段（诸如焊接、粘 接）相结合；以及致动杆52c，其被设置成大致圆柱形管的形式且与温敏杆52b通过诸如压 装配的手段同轴地结合，并与球形阀52a相接触。
[0054] 球形阀52a是这样的阀元件，其在温敏杆52b和致动杆52c的轴向可移位，以调整 节流通道51h的制冷剂通道截面面积。盘簧54被容纳在阀腔51g内。盘簧54通过支撑部 件54a施加负荷，以在阀关闭方向推动球形阀52a，该阀关闭方向是用球形阀52a关闭节流 通道5lh的方向。即，盘簧54施加负荷，其将球形阀52a推压在节流通道5lh的阀腔5lg 侧开口中形成的阀座上。此外，由盘簧54施加的负荷是可以用调校螺丝54b调整的。
[0055] 温敏杆52b被布置成使得温敏杆52b延伸通过连通腔51i和安装孔51 j，而且至少 一部分温敏杆52b的外周表面暴露于在低压制冷剂通道51f中流动的低压制冷剂。用这种 方法，温敏杆52b能将从蒸发器6输出并在低压制冷剂通道51f中流动的低压制冷剂的温 度传导到元件部53。温敏杆52b理想地由具有高导热率和高强度的材料制成。在本实施例 中，温敏杆52b由不锈钢制成。
[0056] 此外，盲孔（也被称作被设置成凹陷形式的管形空间）10被直接形成于温敏杆52b 的内部中，以使盲孔10在温敏杆52b的轴向延伸并相对于在后面描述的密封空间20在其 开口 10a处打开。本实施例的盲孔10在盲孔10的一个轴向端侧（密封空间20侧）的开 口 l〇a处打开，并用盲孔10的另一轴向端侧的底面10b被关闭。用这种方法，温敏杆52b 形成一种容器，其被设置成具有底部的管形形式。鉴于在低压制冷剂通道51f中流动的低 压制冷剂的温度的传导，期望的是，温敏杆52b的壁厚等于或小于5mm，该温敏杆的壁厚是 在温敏杆52b的内周侧和外周侧之间被测量的。
[0057] 本实施例的盲孔10被形成为使得该盲孔10与低压制冷剂通道51f在垂直于温敏 杆52b的轴向的方向上重叠。用这种方法，从蒸发器6中输出的低压制冷剂的温度（热量） 可被传导到盲孔10内部中的温敏介质，相比于密封空间20,在该盲孔内外部空气温度具有 较小的影响。
[0058] 具体地，这里，在温敏杆52b的轴向，从低压制冷剂通道51f的下表面延伸到主体 部51的安装孔51 j的范围被称作低压制冷剂流动范围。在这种情况中，在温敏杆52b轴向 的盲孔10的深度L(单位：_)被以这种方式设置：盲孔10底面10b的位置位于低压制冷 剂流动通道范围内。在此，期望的是这样设置盲孔10的深度L，以使得在低压制冷剂流动通 道范围内，盲孔10的底面l〇b被设置在主体部51的安装孔51 j的低压制冷剂通道51f的 下表面所在的一侧。
[0059] 此外，由于工艺制约，期望的是，盲孔10被设置成这样的形状，该形状导致盲孔10 的等效直径D (单位：_)相对于在温敏杆52b的轴向测得的盲孔10深度L的比率α等于 或小于10,该等效直径是在垂直于温敏杆52b的轴向测得的。在本实施例中，盲孔10被设 置成使得盲孔10的等效直径D (单位：mm)相对于盲孔10深度L的比率α在〇 < α < 10 的范围内。
[0060] 致动杆52c被如此布置，以使得该致动杆52c被通过阀部接收孔51k和节流通道 51h容纳，该阀部接收孔和节流通道被形成为穿过连通腔51i和阀腔51g之间的主体部51 延伸。阀部接收孔51k和阀部52的致动杆52c之间的间隙被密封部件（诸如未示出的0 形圈）密封。因此，即使在阀部52被移位时，制冷剂也不会通过阀部接收孔51k和阀部52 之间的间隙泄漏。
[0061] 元件部53包括：元件壳53a，其通过固定装置（诸如螺丝）被安装在安装孔51 j 中；隔膜53b，其为压力操作部件；以及元件盖53c，其与元件壳53a合作夹紧隔膜53b的外 周边缘部并形成元件部53的外壳。
[0062] 元件壳53a和元件盖53c是由诸如不锈钢（SUS304)制成的且被设置成杯子的形 式。在元件壳53a和元件盖53c在其间夹紧隔膜53b的外周边缘部的情况中，元件壳53a的 径向外端部和元件盖53c的径向外端部通过结合手段（诸如熔焊、钎焊）结合在一起。因 此，元件部53的、由元件壳53a和元件盖53c形成的内部空间被隔膜53b分成两个空间。
[0063] 这两个空间中的由元件盖53c和隔膜53b形成的一个空间为密封空间20,响应于 从蒸发器6输出的低压制冷剂的温度而改变其压力的温敏介质被密封在该密封空间中。密 封空间20通过形成于隔膜53b的中心部分中且在隔膜53b的前侧和后侧之间延伸的通孔 53bl与形成于温敏杆52b的内部的盲孔10的内部空间连通。
[0064] 相比之下，由元件壳53a和隔膜53b形成的另一空间为引入空间30,其与连通腔 51 i连通并接收从蒸发器6输出的低压制冷剂。因此，被密封在盲孔10和密封空间20中的 温敏介质通过温敏杆52b接收从蒸发器6输出并在低压制冷剂通道51f中流动的低压制冷 剂的温度，并通过隔膜53b接收从蒸发器6输出并被引入该引入空间30的低压制冷剂的温 度。
[0065] 因此，盲孔10和密封空间20的内部压力变为响应于从蒸发器6输出的低压制冷 剂的温度的压力。隔膜53b响应于盲孔10和密封空间20的内部压力与从蒸发器6输出并 被引入该引入空间30的低压制冷剂的压力之间的压力差可被移位。
[0066] 例如，如图2(a)所示，隔膜53b响应于盲孔10和密封空间20的内部压力降低而 被向上移位。此外，如图2(b)所示，隔膜53b响应于盲孔10和密封空间20的内部压力增 加而被向下移位。图2(a)和2(b)是图1中箭头II指出的部分的局部放大图。
[0067] 因此，期望的是，由具有高弹性、高导热性和高强度的材料形成隔膜53b。例如，用 例如不锈钢（SUS 304)金属薄板制成隔膜53b。
[0068] 此外，如图1所示，在元件盖53c内形成填充孔53d，以使温敏介质填充到密封空间 20中。填充孔53d的远端部在使温敏介质通过填充孔53d填充到密封空间20之后被密封 塞53e关闭。
[0069] 此外，为气相制冷剂和惰性气体的混合物的混合气体被像温敏介质那样填充到本 实施例的密封空间20中。
[0070] 在本实施例中，被密封到密封空间20中的制冷剂是具有与制冷循环1中循环的 制冷剂相同组分的制冷剂，并且惰性气体是，例如，氦和氖，该惰性气体显示了与在膨胀阀5 的操作温度范围（例如，-30到60摄氏度）内理想气体的温度-压力特征相类似的温度-压 力特征。
[0071] 在本实施例中，温敏介质中的惰性气体混合比率β根据盲孔10的形状按下述方 式设置：使得从温敏杆52b到温敏介质的热传导的时间常数τ (单位：秒）被保持在期望 的时间常数范围（预定时间常数范围）内。将参考图3和4所示的特征图描述惰性气体的 混合比率β。图3是示出到温敏介质的热传导的时间常数τ相对于盲孔10的等效直径D 与盲孔10的深度L的比率a ( = L/d)的改变和惰性气体的混合比率β (% )的改变而改 变的特性图。图中所示的图线是在惰性气体的混合比率β为〇%和5%时实际测得的值。 此外，图中所示的惰性气体的各混合比率β的线是基于模拟结果。
[0072] 如图3所示，时间常数τ趋于与盲孔10的等效直径D相对于盲孔10的深度L的 比率α的增加成比例地被延长。此外，时间常数τ相对于等效直径D关于深度L的比率 α的变化率（梯度）趋于响应于惰性气体的混合比率β的增加而被增加。在达到预定时 间常数τ的情况中，存在这样的关系（反比例），以使得当盲孔10的等效直径D相对于盲 孔10深度L的比率α减小时，惰性气体的混合比率β被增加。
[0073] 可以用下面的等式F1、F2近似表示α、β和τ之间的关系。
[0074] τ = ΚΧ α …（F1)
[0075] K = 70Χ β+0· 85. · · (F2)
[0076] 在等式F2中，β是绝对值而不是百分比。
[0077] 在本实施例中，当盲孔10的等效直径D相对于盲孔10的深度L的比率α和时间 常数τ被设定时，惰性气体就以满足等式F1、F2的方式被密封在密封空间20中。
[0078] 在此，当从温敏杆52b到温敏介质的热传导的时间常数τ相比于例如，制冷循环 1的时间常数减小时，就发生了引起制冷循环的不稳定的被称为猎振现象的现象。相反，当 时间常数τ变得太长时，膨胀阀5相对于其他功能组件的操作和制冷循环1的操作的就绪 状态就被恶化了。
[0079] 因此，在本实施例中，惰性气体的混合比率β被以这样的方式设置：使时间常数 τ保持在等于或长于50秒且等于或短于150秒的范围内。在此，时间常数τ的下限值（= 50秒）是用于限制猎振现象的设定值，且时间常数τ的上限值（=150秒）是用于确保膨 胀阀5的就绪状态的设定值。
[0080] 因此，在本实施例中，惰性气体的混合比率β被设置成在时间常数τ的时间常数 范围是50秒< τ < 150秒，且盲孔10的等效直径D相对于盲孔10的深度L的比率α是 0 < α < 10时，满足等式F1、F2的值。
[0081] 如图2(a)和2(b)所示，当盲孔10和密封空间20的内部压力和从蒸发器6被输 出并被提供到引入空间30中的低压制冷剂的压力之间产生压力差时，隔膜53b被移位。此 时，在其中密封温敏介质的密封空间20的内部体积也被改变。
[0082] 具体地，当隔膜53b的向上移位量变成最大值时，密封温敏介质的密封空间20的 内部体积就被减小且变成最小体积。当隔膜53b的向下移位量变成最小值时，密封温敏介 质的密封空间20的内部体积就被增加且变成最大体积。
[0083] 为温敏介质的构成组分的惰性气体展示了与理想气体相类似的特征（体积和压 力之间的反比例关系）。因此，当密封空间20的内部体积被改变时，就产生了引起隔膜53b 的移位量改变的惰性气体分压的变化。这种温敏介质分压的改变对感应低压制冷剂温度的 温敏性能产生影响，该低压制冷剂从蒸发器6被输出且在温敏杆52b中被接收。因此，期望 的是尽可能减小温敏介质分压的改变。
[0084] 图4是示出由位于元件部53内部的密封空间20的体积改变造成的惰性气体分压 改变的特性图。如图4所示，根据本申请发明人的实验发现：当惰性气体的混合比率β被 增加时，由密封空间20的内部体积改变引起的惰性气体分压改变就被增加。
[0085] 因此，在本实施例中，惰性气体的混合比率β被以这种方式设置：由隔膜53b的移 位造成的密封空间20内部体积减小时惰性气体的分压与由隔膜53b的移位造成的密封空 间20内部体积增加时惰性气体的分压之间的压力差（分压的变化）ΛΡ被保持在等于或小 于预定参考压力差的范围内。
[0086] 具体地，在本实施例中，如图4所示，惰性气体被以这种方式密封到密封空间20 中，以使得一旦出现密封空间20内部体积的改变时，在正常操作范围内，惰性气体分压的 变化被保持在等于或者小于50kPa(温敏介质为5摄氏度的温差）的范围（本实施例中0% 到30%的范围）内。
[0087] 在满足等式FI、F2的惰性气体的混合比率β超过等于或低于参考压力差的范围 的情况中，等于或低于参考压力差的该范围中的上限值（本实施例中的30% )可被设置成 惰性气体的混合比率β，以限制惰性气体分压的增加。
[0088] 接下来，将用上述结构描述本实施例的操作。当压缩机2被汽车引擎的驱动力旋 转时，从压缩机2输出的高温高压的制冷剂就进入散热器3,在该散热器中该高温高压制冷 剂与从冷却风扇吹出的外部空气进行热交换并且从而在释放热量时被冷凝。从散热器3输 出的制冷剂进入收集器4,制冷剂在收集器中被分成液相制冷剂和气相制冷剂。
[0089] 从收集器4输出的高压液相制冷剂被通过膨胀阀5的第一流入口 51a提供到阀腔 51g并流到节流通道51h，该高压液相制冷剂在该节流通道中被减压和膨胀。此时，以这种 方式调节节流通道51h的制冷剂通道截面面积：从蒸发器6输出的低压制冷剂的过热度接 近预定值，如后面讨论的那样。
[0090] 在节流通道51h减压和膨胀的低压制冷剂被通过第一流出口 51b输出且被提供到 蒸发器61。一旦吸收了来自由吹风机吹出的空气的热量，被提供到蒸发器6的制冷剂就蒸 发。此外，从蒸发器6输出的制冷剂被通过第二流入口 51d提供到膨胀阀5。
[0091] 在此，当从蒸发器6输出且被通过第二流入口 51d提供到连通腔5Π 的低压制冷 剂的过热度被增加时，被密封在盲孔10和密封空间20中的温敏介质的压力就被增加。因 此，通过从盲孔10和密封空间20的内部压力减去引入空间30的压力而获得的压力差就被 增加了。用这种方法，隔膜53b被在这样的方向移位，该方向为用于打开节流通道51h(见 图2(b))的阀部52的阀打开方向。具体地，如图2(b)所示，隔膜53b在远离元件盖53c的 方向（图2(b)中轴向向下方向）被移位，以使得阀部52被在远离元件盖53c的方向移位。 用这种方法，阀部52克服盘簧54的推力推动球形阀52a，以远离阀座51s提升球形阀52a， 这样就打开了节流通道51h。
[0092] 相反，当从蒸发器6输出的低压制冷剂的过热度被降低时，被密封在密封空间20 中的温敏介质的压力就被降低，并因此降低了通过从盲孔10和密封空间20的内部压力减 去引入空间30的压力而获得的压力差。用这种方法，隔膜53b被在这样的方向移位，该方向 为用于关闭节流通道51h(见图2(a))的阀部52的阀关闭方向。具体地，如图2(a)所示， 隔膜53b被朝着元件盖53c (图2 (a)中轴向向上方向）被移位，以使得阀部52被朝着元件 盖53c移位，且球形阀52a通过盘簧54的推力被定位在阀座51s上。这样就关闭了节流通 道 51h。
[0093] 如上面讨论的那样，元件部53 (具体地，隔膜53b)响应于从蒸发器6输出的低压 制冷剂的过热度移动阀部52,从而调节节流通道51h的通道截面面积，使得从蒸发器6输出 的低压制冷剂的过热度接近预定值。通过使用调校螺丝调整从盘簧54施加到阀部52的负 荷，可通过改变阀部52的阀开启压力而改变过热度的预定值。
[0094] 从第二流出口 51e输出的制冷剂被吸入压缩机2并再次被压缩。由吹风机吹出的 空气被蒸发器6冷却并随后通过未示出的加热装置（例如，热水加热器芯）使温度被调整 到目标温度，该加热装置被设置在蒸发器6的空气流动方向的下游侧，且被调整温度的空 气被吹入汽车车厢内，该车厢是空气调节目标空间。
[0095] 在上面讨论的本实施例的膨胀阀5中，惰性气体的混合比率β被根据盲孔10的 等效直径D相对于盲孔10的深度L的比率α (0< α < 10)以这样的方式设置：使得从温敏 杆52b到温敏介质的热传导的时间常数τ被保持在预定的时间常数范围（50< τ <150) 内。
[0096] 用这种方法，从温敏杆52b到温敏介质的热传导所需的时间常数τ可通过根据盲 孔10的等效直径D相对于盲孔10的深度L的比率α设置惰性气体的混合比率β的方式 被适当地保证，而不需要在温敏杆52b的盲孔10内密封活性炭或在温敏杆52b的盲孔10 内提供低导热率层或类似物。因此，有可能实现能以简单的结构限制制冷循环1的不稳定 操作的膨胀阀5。
[0097] 特别地，在本实施例中，以这种方式使惰性气体密封在密封空间20中：当保持在 预定时间常数范围内的时间常数τ和盲孔10的等效直径D相对于盲孔10的深度L的比 率α被设定时，惰性气体的混合比率β满足由等式F1、F2表示的关系。因此，通过根据盲 孔10的等效直径D相对于盲孔10的深度L的比率α改变惰性气体的混合比率β，可以在 期望的时间常数范围内适当地调整从温敏杆52b到盲孔10中的温敏介质的热传导的时间 常数τ。
[0098] 此外，在本实施例中，时间常数τ的范围被设置成等于或长于50秒且等于或小于 150秒。因此，可以限制膨胀阀5中的猎振现象，而且能够保证膨胀阀5的就绪状态。
[0099] 此外，在本实施例中，惰性气体被以这样的方式密封在密封空间20中：惰性气体 分压的变化被保持在等于或小于预定参考压力差的范围内，在密封空间20的内部体积响 应于隔膜53b的移位而改变时产生惰性气体分压的变化。用这种方法，在密封空间20的内 部体积发生改变时产生的惰性气体分压的变化可被限制，并且用于感测从蒸发器6输出并 被温敏杆52b接收的低压介质的温度的温度感应性能可被适当地保证。
[0100] 此外，在本实施例中，盲孔10的深度L被以这样的方式设置：盲孔10的底面10b 的位置被定位在低压制冷剂流动通道范围内。因此，从蒸发器6输出的低压制冷剂介质的 温度可被传导到盲孔10的内部，相比于密封空间20,在该盲孔中外部空气温度具有较少的 影响。用这种方法，用于感应从蒸发器6输出并被温敏杆52b接收的低压介质的温度的温 度感应性能可被适当地保证。
[0101] 此外，本实施例的膨胀阀5是这样的类型（充气型），其中制冷剂和惰性气体的混 合气体被密封在密封空间20中，而不需使用吸附剂（诸如活性炭）。因此，可能在膨胀阀5 的可操作温度范围中具有Μ0Ρ(最大操作压力）特征。该Μ0Ρ特征是这样的特征，其导致在 密闭空间中的工作流体变成被加热的气体，因此密封空间20中的压力增加相对于温度的 增加变得适度，以使在高负载操作时压缩机2的驱动力可被减小。
[0102] (第二实施例）
[0103] 接下来，在本公开的第二实施例中，如图5和6所示，将描述一个示例，其中第一实 施例的温敏杆52b内部的盲孔10被设置成环形形式。在图5和6中，与第一实施例的部件 相同或相当的部件由相同的附图标记指示。
[0104] 通过使内轴棒10c保留在温敏杆52b的中心轴位置，本实施例的盲孔10被设置成 环形形式，该内轴棒从盲孔10的底部表面l〇b在温敏杆52b的轴向上延伸到盲孔10的开口 l〇a。内轴棒10c的截面和温敏杆52b的内和外壁表面彼此同心，如图6所示。内轴棒10c 是这样的部分，其在把温敏杆52b的内部加工成环形形式的时候被保留。内轴棒10c的材 料与温敏杆52b的相同。
[0105] 在本实施例中，由dl指示温敏杆52b内壁的直径，并由d2指示内轴棒10c的直径。 在这种情况下，由下面的等式F3到F5定义的水压直径（=De)被设置为垂直于盲孔10轴 线的方向测得的盲孔10的等效直径De。
[0106] De = (4XAf)/Lfw. . . (F3)
[0107] Lfw = π Xdl+Ji Xd2. . . (F4)
[0108] Af = ( π X dl2) /4+ ( π X d22) /4. . . (F5)
[0109] 在此，Lfw指示流动通道润湿长度，且Af指示流动通道截面面积。
[0110] 本实施例的膨胀阀5趋于展示下面的特征。即，从温敏杆52b到温敏介质的热传 导的时间常数τ趋于与盲孔10的等效直径De相对于盲孔10的深度L的比率a ( = L/ De)的增加而成比例地被延长。此外，时间常数τ关于盲孔10的等效直径De相对于盲孔 10的深度L的比率α的变化率（梯度）趋于响应于惰性气体的混合比率β的增加而被增 加。
[0111] 因此，在本实施例中，与第一实施例类似，惰性气体被以这样的方式密封入密封空 间20内：当设置了时间常数τ和等效直径De相对于深度L的比率α时，惰性气体的混合 比率β满足由等式F1、F2指示的关系。
[0112] 即使使用本实施例的结构，当惰性气体的混合比率β根据盲孔10的等效直径De 相对于深度L的比率α被设置时，从温敏杆52b到盲孔10中的温敏介质的热传导所需的 时间常数τ可被保证。因此，能够实现与第一实施例的那些优点相类似的优点。
[0113] 另外，在本首例的膨胀阀5中，盲孔10被设置成环形形式。因此，在盲孔10的内 部存在的温敏介质可被靠近低压制冷剂通道51f放置。因此，从蒸发器6输出的低压制冷 剂的温度可被传导到盲孔10内部的温敏介质，相比于密封空间20,在该盲孔中外部空气温 度具有较少的影响。
[0114] 此外，利用在盲孔10内部设置内轴棒10c的结构，内轴棒10c的热容量（热质量） 使盲孔10内部的热容量增加。因此，到温敏介质的热传导所需的时间常数τ可被保证。
[0115] (其他实施例）
[0116] 已经描述了本公开的实施例。然而，本公开不限于这些实施例，而且在本领域技术 人员的知识的基础上的改进可被适当地添加，只要这种改进落在本公开的范围内。例如，上 面的实施例可被修改如下。
[0117] (1)在上述各实施例中，惰性气体被以这样的方式密封到密封空间20内：在设置 了被保持在预定时间常数范围内的时间常数τ以及盲孔10的等效直径D相对于盲孔10 的深度L的比率α时，惰性气体的混合比率满足由等式F1和F2指示的关系。然而，本公 开不限于此。
[0118] 例如，准备特征映射，其定义了图3所示的时间常数τ、盲孔10的等效直径D相对 于盲孔10的深度L的比率α，以及惰性气体的混合比率β之间的关系。然后，惰性气体被 以这样的方式密封在密封空间20中：惰性气体的混合比率β是在设置了时间常数τ，以 及盲孔10的等效直径D相对于盲孔10的深度L的比率α时，从特征映射中获得的比率。
[0119] (2)在上述各实施例中，描述了其中R134a被用作制冷剂的示例。然而，本公开不 限于此。即，诸如R1234yf、R152a、R600a这样的在通常的制冷循环1中使用的制冷剂可被 用作本公开的制冷剂。
[0120] (3)如各实施例中所述的那样，虽然期望的是使时间常数τ的范围设置为等于或 长于50秒且等于或短于150秒，但是该时间常数τ的范围可被设置为其他范围。
[0121] (4)如上面的各实施例中所述的那样，虽然期望的是设置盲孔10的等效直径D相 对于盲孔10的深度L的比率α在〇< α < 10的范围内，但是，该盲孔10的等效直径D 相对于盲孔10的深度L的比率α可被设置为a < 10的范围。
[0122] (5)如各实施例所述的那样，期望的是惰性气体的混合比率β被以这样的方式设 置：在密封空间20的内部体积响应于隔膜53b的移位而改变时，惰性气体分压的变化被保 持在等于或小于参考压力的范围内。可替换地，该惰性气体的混合比率β可使用等式F1、 F2等被设置。
[0123] (6)除了汽车空调系统的制冷循环1，各实施例中所述的膨胀阀5可被应用到制冷 系统或静态空调系统的制冷循环1。
【权利要求】
1. 一种膨胀阀，其被应用到蒸汽压缩制冷循环（1)，其中该膨胀阀使高压制冷剂减压 和膨胀，且该膨胀阀朝向蒸发器（6)的制冷剂入口输出被膨胀阀减压和膨胀的低压制冷 齐U，该膨胀阀包括： 主体部（51)，其形成： 高压制冷剂通道（51c)，所述高压制冷剂通道传导高压制冷剂； 节流通道（51h)，所述节流通道设置于该高压制冷剂通道（51c)中，其中该节流通道 (51h)使高压制冷剂减压和膨胀；以及 低压制冷剂通道（51f)，所述低压制冷剂通道传导从蒸发器（6)输出的低压制冷剂； 阀元件（52a)，所述阀元件调整节流通道（51h)的开口度； 元件部（53)，所述元件部位于主体部（51)之外且包括压力操作部件（53b)，其中该压 力操作部件（53b)响应于如下压力之间的压力差而移位： 元件部（53)的密封空间（20)的内部压力，温敏介质被密封在该密封空间内，其中温敏 介质的压力可响应于温度改变；以及 在低压制冷剂通道（51f)中流动的低压制冷剂的压力；以及 温敏杆（52b)，所述温敏杆被放置使得至少一部分温敏杆（52b)位于低压制冷剂通道 (51f)中，其中温敏杆（52b)将压力操作部件（53b)的移位传导到阀元件（52a)并将流经低 压制冷剂通道（51f)的低压制冷剂的温度传导到温敏介质，其中： 温敏杆（52b)包括盲孔（10)，所述盲孔向密封空间（20)打开并沿温敏杆（52b)的轴向 在温敏杆（52b)的内部延伸； 温敏介质是混合气体，所述混合气体为制冷剂和惰性气体的混合物，其中惰性气体不 同于制冷剂；以及 基于盲孔（10)的等效直径（D)相对于盲孔（10)的深度（L)的比率设置温敏介质中的 惰性气体的混合比率，该盲孔（10)的等效直径是在与温敏杆（52b)的轴向相垂直的方向测 得的，该盲孔（10)的深度是在温敏杆（52b)的轴向以这样的方式测得的：从温敏杆（52b) 到温敏介质的热传导的时间常数被保持在预定的时间常数范围内。
2. 根据权利要求1的膨胀阀，其中惰性气体以满足由下面的等式定义的关系的方式被 密封在密封空间（20)中： τ = ΚΧ α Κ = 70X β+0. 85 其中： τ代表时间常数，单位为秒，被保持在预定时间常数范围内； α代表盲孔（10)的等效直径⑶相对于的盲孔（10)深度（L)的比率；以及 β代表惰性气体的混合比率。
3. 根据权利要求2的膨胀阀，其中预定时间常数范围是50< τ <150。
4. 根据权利要求2或3的膨胀阀，其中盲孔（10)的等效直径（D)相对于盲孔（10)深 度（L)的比率是0 < α < 10。
5. 根据权利要求1到4任一个的膨胀阀，其中惰性气体的混合比率被以这样的方式设 置：在密封空间（20)的内部体积响应于压力操作部件（53b)的移位而改变时，惰性气体分 压的变化被保持在等于或小于预定参考压力差的范围内。
【文档编号】F25B41/06GK104126100SQ201280070137
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2012年2月20日
【发明者】押谷洋, 堀田照之, 水野秀一, 福岛龙, 大石繁次 申请人:株式会社电装