电动阀以及冷冻循环系统的制作方法

电动阀以及冷冻循环系统
1.本技术是申请日为2019年6月3日，申请号为201910476516.6的申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及电动阀以及冷冻循环系统。


背景技术：

3.现今，在冷冻循环系统等中使用的电动阀、尤其压力平衡型的电动阀的设计思想如下：为了消除施加给阀部件的差压力，利用设于阀部件的均压路使阀部件的上部的背压室与阀部件下部的阀口侧导通，使阀部件的上部与下部压力相同，从而消除施加给阀部件的净差压力。作为这样的电动阀，例如有日本专利第3672380号公报(专利文献1)和日本特开2017-203509号公报(专利文献2)中公开的电动阀。
4.该现有的电动阀利用连结杆来驱动阀部件，该连结杆通过与电动马达的转子之间的螺纹进给机构来上下移动。另一方面，在压力平衡型的电动阀中，在对阀部件进行导向的导向面的部分，需要由密封部从阀室等对针对阀部件的背压室进行密封。因此，阀部件总是因密封部而产生滑动阻力，成为阀部件在工作时也不旋转的构造。其结果，由轴承等旋转轴承保持阀部件。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本专利第3672380号公报
8.专利文献2：日本特开2017-203509号公报


技术实现要素：

9.发明所要解决的课题
10.在上述现有的电动阀中，通过使用轴承作为旋转轴承，来减少支座部分的转矩损失并使工作性变得良好。但是，在专利文献1的装置中，成为使流体从阀口侧以轴承作为流路地向外壳内的背压室侧流动的构造。因此，有流体中的异物、淤渣等向轴承的内部侵入的可能性。在异物侵入了轴承内的情况下，在旋转时产生滑动损失，有对电动阀的工作性产生影响的可能性。并且，在专利文献2的装置中，虽在阀轴(连结杆)设有均压流路，但在流路上直接配置轴承，尤其是在从阀口侧(下侧)的接头管向阀室侧(旁侧)的接头管流动流体的情况下，有异物侵入的可能性。
11.本发明的课题在于提供一种经由旋转轴承来保持阀部件的压力平衡型的电动阀，其能够防止流体内的异物等向旋转轴承侵入，从而确保高工作性。
12.用于解决课题的方案
13.方案1的电动阀利用在阀壳的阀室内与工作轴连动的阀部件来开闭阀口，上述电动阀的特征在于，具备：阀架部，其具有与上述工作轴连结的旋转轴承，并且在与该旋转轴承相反的一侧保持上述阀部件；以及支架导向部，其对上述阀架部进行导向，上述阀架部具
备圆筒状的罩部件，该圆筒状的罩部件内插于上述支架导向部的导向孔内并且包围上述旋转轴承。
14.方案2的电动阀根据方案1所述的电动阀，其特征在于，上述电动阀是使针对上述阀部件的背压室的流体压力与上述阀口的流体压力均匀的压力平衡型。
15.方案3的电动阀根据方案2所述的电动阀，其特征在于，构成为：电动马达的转子收纳在密闭外壳内并且该密闭外壳以气密的方式组装于上述阀壳，且通过上述转子的旋转而经由螺纹进给机构使上述工作轴沿轴线方向移动，并且具备阀导向部和密封部，该阀导向部内插有上述阀部件并配设在上述阀室内，该密封部在上述阀导向部与上述阀部件之间密封上述阀室和上述背压室，构成为：上述阀架部在由上述密封部相对于上述阀室进行了密封的上述背压室内被上述支架导向部导向，并且在上述支架导向部的外周设有使流体从上述背压室向上述密闭外壳流动的流路。
16.方案4的电动阀根据方案3所述的电动阀，其特征在于，上述支架导向部与上述工作轴一起构成上述螺纹进给机构。
17.方案5的冷冻循环系统是包括压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器的冷冻循环系统，其特征在于，使用方案1至4任一项中所述的电动阀作为上述膨胀阀。
18.发明的效果如下。
19.根据方案1至4的电动阀，由于阀架部的罩部件插入在支架导向部的导向孔内并且包围旋转轴承，所以能够由罩部件阻止流入针对阀部件的背压室的流体向旋转轴承流动，能够防止流体内的异物等向旋转轴承侵入，进而能够确保高工作性。
20.根据方案5的冷冻循环系统，获得与方案1至4相同的效果。
附图说明
21.图1是本发明的实施方式的电动阀的纵剖视图。
22.图2是示出实施方式的电动阀的主要部分放大图以及流体的流动的一个例子的图。
23.图3是图1的a-a放大剖视图。
24.图4是示出实施方式的冷冻循环系统的图。
25.图中：
26.1—阀壳，1a—阀室，11—接头管，13—阀座部件，13a—阀口，13b—锥形部，12—接头管，2—阀部件，2a—纵均压路(均压路)，2b—横均压路(均压路)，21—阀芯部，21a—流量控制部，21a—内空间，22—凸台部，23—连结部，3—阀架部，31—轴承(旋转轴承)，31a—内圈，31b—外圈，31c—滚珠，32—圆筒外壳(罩部件)，33—导向件，34—固定金属零件，35—阀侧套筒，36—螺旋弹簧，37—轴侧套筒，4—支撑部件(支架导向部)，41—压入部，41a—流路，42—导向部，42a—导向孔，43—螺纹支架部，43a—内螺纹部，44—凸缘部，44a—流路，5—步进电机(电动马达)，51—转子轴(工作轴)，51a—外螺纹部，52—磁性转子，53—定子线圈，6—密闭外壳，7—阀导向部，7a—背压室，71—圆筒部，72—导向部，73—密封部，73a—板簧，73b—l字衬垫，73c—加强板，x—轴线，100—电动阀，200—室外换热器，300—室内换热器，400—流路切换阀，500—压缩机。
具体实施方式
27.接下来，参照附图对本发明的电动阀以及冷冻循环系统的实施方式进行说明。图1是实施方式的电动阀的纵剖视图，图2是示出实施方式的电动阀的主要部分放大图以及流体的流动的一个例子的图，图3是图1的a-a放大剖视图。此外，以下的说明中的“上下”的概念与图1、图2的附图中的上下对应。
28.该电动阀100具备阀壳1、阀部件2、阀架部3、作为“支架导向部”的支撑部件4、作为“电动马达”的步进电机5、密闭外壳6、以及阀导向部7。阀壳1例如由黄铜、不锈钢等金属形成并大致呈圆筒形状，在其内侧具有阀室1a。并且，在阀壳1安装有从侧面与阀室1a连通的接头管11，并且在下端部安装有阀座部件13。在阀座部件13的中央形成有圆形的阀口13a，并且在阀口13a的开口周围形成有研钵状的锥形部13b，在闭阀时，形成于阀部件2的前端的锥状的流量控制部21a与阀口13a的开口上端抵接。并且，在阀座部件13，以与阀口13a连通的方式在阀室1a的轴线x方向上安装有接头管12。
29.阀部件2整体形成为活塞状的大致圆筒形状，该阀部件2具备具有内空间21a的中空圆筒形状的阀芯部21、从阀芯部21向阀架部3侧突出的凸台部22、以及直径比凸台部22的直径小的连结部23。在阀芯部21的上顶部与凸台部22的中央形成有从内空间21a向上方延伸的纵均压路2a，并在凸台部22形成有与该纵均压路2a相连且在凸台部22的外周开口的横均压路2b。
30.阀架部3具备作为“旋转轴承”的轴承31、作为“罩部件”的筒状的圆筒外壳32、配设在轴承31与圆筒外壳32之间的导向件33、固定于圆筒外壳32的下端的固定金属零件34、与固定金属零件34抵接的阀侧套筒35、配设在阀侧套筒35与轴承31之间的螺旋弹簧36、以及轴侧套筒37。
31.轴承31由内圈31a、外圈31b以及多个滚珠31c构成，螺旋弹簧36与外圈31b抵接。并且，后述的转子轴51嵌合在内圈31a内，转子轴51的凸缘部51b抵接于该内圈31a，并且轴侧套筒37通过焊接固定于转子轴51的下端部。另外，利用螺旋弹簧36的作用力向上方对轴承31的外圈31b进行施力，从而导向件33压接于圆筒外壳32的上端的内侧凸缘部。由此，圆筒外壳32和转子轴51绕轴线x相互相对自由旋转。
32.并且，在固定金属零件34的插通孔34a内插通阀部件2的凸台部22，并在阀部件2的连结部23嵌入有阀侧套筒35。而且，阀侧套筒35和连结部23通过焊接固定。而且，由螺旋弹簧36的作用力将阀侧套筒35压接于固定金属零件34。由此，阀部件2保持于阀架部3的与轴承31相反的一侧。
33.作为“支架导向部”的支撑部件4安装于阀导向部7的上端的开口部。支撑部件4具有被压入阀导向部7的内周面内的压入部41、位于压入部41的内侧的大致圆柱状的导向部42、延伸设置于导向部42的上部的螺纹支架部43、以及位于导向部42的外周的环状的凸缘部44。此外，压入部41形成为绕轴线x向四个方向突出，但在图1、图2中以假想线在旋转45
°
的位置示出。压入部41、导向部42、螺纹支架部43构成为树脂制的一体制品。并且，凸缘部44例如是黄铜、不锈钢等金属板，呈以轴线x为中心的环形盘状的平板。另外，凸缘部44通过镶嵌成形而与树脂制的压入部41、导向部42以及螺纹支架部43一体设置。
34.而且，支撑部件4组装于阀导向部7，并通过焊接而经由凸缘部44固定于阀导向部7的上端部。并且，在支撑部件4中，在导向部42形成有与轴线x同轴的圆筒形状的导向孔42a，
并且在螺纹支架部43的中心形成有与导向孔42a同轴的内螺纹部43a和其螺纹孔。另外，如图3所示，相邻的两个压入部41、41之间从阀导向部7分离而形成流路41a，并且在凸缘部44且在与流路41a对应的位置形成有流路44a。该流路41a、44a是用于使流体从阀导向部7的内侧向密闭外壳6内流动的流路。
35.步进电机5由作为“工作轴”的转子轴51、能够旋转地配设于密闭外壳6的内部的磁性转子52、与磁性转子52对置地配置于密闭外壳6的外周的定子线圈53、以及其它未图示的轭部、外装部件等构成。转子轴51经由衬套安装于磁性转子52的中心，并在该转子轴51的靠支撑部件4侧的外周形成有外螺纹部51a。而且，该外螺纹部51a与支撑部件4的内螺纹部43a螺纹结合。由此，支撑部件4在轴线x上支撑转子轴51。
36.密闭外壳6形成为上端部封堵的大致圆筒形状，并通过焊接以气密的方式固定于阀导向部7的上端。在密闭外壳6的内部顶面设有套筒61，并在该套筒61的中央设有导向件62。而且，转子轴51的上端部由导向件62支撑。此外，在套筒61的外周设有旋转限位机构63。
37.阀导向部7具有以轴线x为中心轴地嵌合固定于阀壳1的上半部分的圆筒部71、固定于圆筒部71的阀口13a侧的导向部72、以及由圆筒部71和导向部72夹持来固定的密封部73。而且，阀部件2的阀芯部21主要配置在导向部72内，紧贴地嵌合插入在密封部73内。密封部73包括由较薄且呈圆环状的金属板构成的一对板簧73a、由氟树脂例如ptfe、pfa制成且呈圆环状的一对l字衬垫73b、以及由金属板构成的圆环状的加强板73c。而且，在l字衬垫73b之间夹持加强板73c，并在l字衬垫73b重叠地嵌入板簧73a。而且，由圆筒部71和导向部72按住板簧73a，并在该状态下安装密封部73。
38.如上所述，通过在密封部73与阀芯部21的外周紧密接触的状态下将阀部件2的一部分收纳在阀导向部7内，来划分阀导向部7的内部空间，从而在圆筒部71内形成针对阀部件3的背压室7a。
39.此外，在背压室7a内配设有螺旋弹簧74，该螺旋弹簧74以压缩的状态配设在设于阀芯部21的肩部的弹簧座75与支撑部件4的压入部41之间。而且，利用螺旋弹簧74的作用力，总是相对于支撑部件4(其内螺纹部43a)向阀口13a侧对阀架部3和转子轴51(其外螺纹部51a)进行施力。由此，能够减少从闭阀变成开阀时的流量特性与从开阀变成闭阀时的流量特性的差亦即滞后。
40.根据以上的结构，利用步进电机5的驱动使磁性转子52和转子轴51旋转，并且利用外螺纹部51a与内螺纹部43a的螺纹进给机构使转子轴51、阀架部3以及阀部件2沿轴线x方向上下移动。由此，阀部件2被阀导向部7导向而相对于阀座部件13的锥形部13b离座/落座。由此开闭阀口13a。此外，虽然转子轴51利用该螺纹进给机构绕轴线x转动，但该旋转力因作为“旋转轴承”的轴承31的作用而不会传递至阀部件2。
41.该实施方式的电动阀例如用于流体(制冷剂)从接头管11流入并从接头管12流出的第一流动、和流体从接头管12流入并从接头管11流出的第二流动这两种流动的控制。即，在第一流动中，接头管11是流入口，接头管12是流出口，而在第二流动中，接头管12是流入口，接头管11是流出口。此处，阀部件2的内空间21a、纵均压路2a以及横均压路2b构成为使阀口13a与背压室7a导通而使它们压力相同的“均压流路”。因而，当第一流动时，阀口13a的低压经由上述“均压流路”向背压室7a导入。并且，当第二流动时，阀口13a侧的高压经由“均压流路”向背压室7a导入。因此，从阀口13a和背压室7a这两侧对阀部件2作用相同的压力。
由此，流体的高压与低压的差压所产生的力相对于阀部件2在轴线x方向上抵消，从而保持压力平衡。
42.此处，在阀部件2落座于阀座部件13并进行第二流动的情况下，来自阀口13a的高压流体经由内空间21a、纵均压路2a以及横均压路2b向背压室7a流入，但该高压流体经由流路41a、44a向密闭外壳6内流入。并且，还经由圆筒外壳32与导向部42之间的间隙向支撑部件4的导向孔42a内流入。但是，经由流路41a、44a向密闭外壳6内流入的流量压倒性地高于向导向孔42a内流入的流量。这是因为如下原因：因为密闭外壳6内的容积较大，所以在初始阶段中密闭外壳6内与背压室7a内的压力差较大。此外，通过也向导向孔42a内施加高压，来使该导向孔42a内和背压室7a压力相同。
43.这样，如图2中箭头所示，高压流体的流动绕过阀架部3而向其外侧流动。并且，在阀架部3中，轴承31由作为“罩部件”的圆筒外壳32包围。因此，能够防止异物等向轴承31的内部侵入。
44.图4是示出实施方式的冷冻循环系统的图。图中，符号100是构成膨胀阀的本发明的各实施方式的电动阀，200是搭载于室外单元的室外换热器，300是搭载于室内单元的室内换热器，400是构成四通阀的流路切换阀，500是压缩机。电动阀100、室外换热器200、室内换热器300、流路切换阀400以及压缩机500分别通过导管如图示那样连接，从而构成热泵式冷冻循环。此外，省略储存器、压力传感器、温度传感器等的图示。
45.冷冻循环的流路由流路切换阀400向制冷运转时的流路和制热运转时的流路的这两种流路切换。在制冷运转时，如图中实线箭头所示，由压缩机500压缩了的制冷剂从流路切换阀400向室外换热器200流入，该室外换热器200作为冷凝器发挥功能，从室外换热器200流出的液体制冷剂经由电动阀100向室内换热器300流入，该室内换热器300作为蒸发器发挥功能。
46.另一方面，在制热运转时，如图中虚线箭头所示，由压缩机500压缩了的制冷剂从流路切换阀400依次向室内换热器300、电动阀100、室外换热器200、流路切换阀400、以及压缩机500循环，室内换热器300作为冷凝器发挥功能，室外换热器200作为蒸发器发挥功能。电动阀100分别使在制冷运转时从室外换热器200流入的液体制冷剂、或者在制热运转时从室内换热器300流入的液体制冷剂减压膨胀，并且控制该制冷剂的流量。
47.在以上的实施方式中，将流路41a、44a设于支撑部件4的导向部42的外周，但例如也可以形成使流体从阀部件2的中心向阀架部3的内侧、轴承31的内圈31a的内侧以及转子轴51的中心流动、并从阀口13a向密闭外壳6流动的流路。
48.并且，在以上的实施方式中，在支撑部件4形成有内螺纹部43a，并在转子轴51形成有外螺纹部51a，该外螺纹部51a与内螺纹部43a螺纹结合，从而构成螺纹进给机构，但不限定于该螺纹件的组合，相反，也可以在与支撑部件相同的部件形成有外螺纹部，并在磁性转子侧形成有内螺纹部，形成为内螺纹和外螺纹与上述相反配置的电动阀。
49.以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体的结构不限定于上述实施方式，本发明也包括不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。