(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子膨張弁であって、
パルスを印加して前記電子膨張弁を前記パルスに応答して作動させるように構成される電磁コイルと、
弁ポートが設けられる弁本体と、
前記電子膨張弁の流量を調節するために前記弁ポートと協働するように構成される弁ニードルと
を備え、
前記弁ニードルが、主本体区域と、前記主本体区域に隣接して配置される第1の円錐面部とを備え、前記弁ポートが、等しい直径を有する垂直区域部を備え、
前記電磁コイルがゼロパルスを印加するとき、前記垂直区域部が前記弁ニードルと接触しておらず、前記垂直区域部の最上端が位置する平面と前記弁ニードルとの交差面が、前記第1の円錐面部にあり、
前記弁ニードルが、順に隣接して配置される前記主本体区域、第1の弁ニードル円錐面、および第2の弁ニードル円錐面を備え、
前記第1の弁ニードル円錐面が、前記第2の弁ニードル円錐面の先細り角度より大きい先細り角度を有し、
前記垂直区域部の前記最上端が位置する前記平面と前記弁ニードルとの交差面が、前記第2の弁ニードル円錐面にあり、
前記弁ポートが垂直区域部と円錐面部とを備え、前記弁ポートの前記垂直区域部の前記最上端が位置する前記平面と前記弁ニードルとの交差面が、前記第2の弁ニードル円錐面にあり、前記第2の弁ニードル円錐面の最も大きい直径が、前記弁ポートの前記垂直区域部の内径より大きい、電子膨張弁。
【請求項２】
前記弁ポートが、前記垂直区域部の2つの端にそれぞれ配置され、前記垂直区域部の軸方向から離れる方向に延び、徐々に増加される内径を有する第1の弁ポート円錐面および第2の弁ポート円錐面をさらに備える、請求項１に記載の電子膨張弁。
【請求項３】
前記第1の弁ポート円錐面と前記垂直区域部との間の境界線が位置する平面と前記弁ニードルとの交差面が、前記第1の円錐面部にある、請求項２に記載の電子膨張弁。
【請求項４】
前記第1の円錐面部の最も大きい直径が前記垂直区域部の内径より大きい、請求項１または３に記載の電子膨張弁。
【請求項５】
前記弁ポートが、前記垂直区域部の2つの端にそれぞれ配置され、前記垂直区域部の軸方向から離れる方向に延び、徐々に増加される内径を有する第1の弁ポート円錐面および第2の弁ポート円錐面をさらに備え、
前記第1の弁ポート円錐面と前記垂直区域部との間の境界線が位置する平面と前記弁ニードルとの交差面が、前記第2の弁ニードル円錐面にある、請求項１に記載の電子膨張弁。
【請求項６】
前記第2の弁ポート円錐面の最も大きい直径が前記垂直区域部の内径より大きい、請求項１または５に記載の電子膨張弁。
【請求項７】
前記弁ポートが前記垂直区域部と円錐面部とを備え、前記弁ポートの前記垂直区域部の前記最上端が位置する平面と前記弁ニードルとの交差面が、前記第1の円錐面部にある、請求項１に記載の電子膨張弁。
【請求項８】
前記弁ポートが、順に配置される第1の弁ポート円錐面、前記垂直区域部、および第2の弁ポート円錐面を備え、
前記第1の弁ポート円錐面の高さと、前記垂直区域部の高さとが、2≦d1/d2≦10〔ここで、d1は前記第1の弁ポート円錐面の前記高さであり、d2は前記垂直区域部の前記高さである〕の関係を満たす、請求項１に記載の電子膨張弁。
【請求項９】
前記第2の弁ポート円錐面の高さと、前記垂直区域部の前記高さとが、2≦d3/d2≦10〔ここで、d3は前記第2の弁ポート円錐面の前記高さであり、d2は前記垂直区域部の前記高さである〕の関係を満たす、請求項８に記載の電子膨張弁。
【請求項１０】
前記第1の弁ポート円錐面および前記第2の弁ポート円錐面が、前記垂直区域部の2つの端にそれぞれ配置され、前記垂直区域部の軸方向から離れる方向に延び、徐々に増加される内径を有する、請求項８に記載の電子膨張弁。
【請求項１１】
前記第1の弁ポート円錐面の先細り角度が50°±20°の範囲内にある、請求項１０に記載の電子膨張弁。
【請求項１２】
前記第1の弁ポート円錐面の前記先細り角度が50°から70°までの範囲にある、請求項１１に記載の電子膨張弁。
【請求項１３】
前記第2の弁ポート円錐面の先細り角度が36°±20°の範囲内にある、請求項１０に記載の電子膨張弁。
【請求項１４】
前記弁ニードルが第1の円錐面と第2の円錐面とを備え、前記第1の円錐面が、前記第2の円錐面と協働し、α1-β1=20°±10°〔ここで、α1は、前記弁ポートの前記第1の弁ポート円錐面の前記先細り角度であり、β1は、前記弁ニードルの前記第1の円錐面の前記先細り角度である〕の関係を満たす、請求項８に記載の電子膨張弁。
【請求項１５】
前記弁座に第1キャビティと前記弁座の側面に配置された第2キャビティとが設けられ、前記第1キャビティは、前記第1の弁ポート円錐面に隣接しており、前記第1のキャビティの内径が前記第1の弁ポート円錐面の最も大きい内径と等しい、請求項８に記載の電子膨張弁。
【請求項１６】
前記第1キャビティの内径が前記第2キャビティの内径とおおよそ等しく、前記第1キャビティの断面積と前記垂直区域部の断面積とが、2≦S1/S2≦5〔ここで、S1は前記第1キャビティの前記断面積であり、S2は前記垂直区域部の前記断面積である〕の関係を満たす、請求項１５に記載の電子膨張弁。
【請求項１７】
前記弁ニードルが少なくとも250パルスによって前記弁ポートから離れるように移動する過程の間、環状断面を有する流路が、前記第1の弁ポート円錐面と前記第1の円錐面との間に形成される、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の電子膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2014年3月19日に中国国家知識産権局に出願された「電子膨張弁」という名称の中国特許出願第201410101289.6号、および、2014年3月19日に中国国家知識産権局に出願された「電子膨張弁」という名称の中国特許出願第201410101878.4号の優先権を主張し、それらの開示の全体が、本明細書において参照により組み込まれている。
【０００２】
本出願は、流量制御部品の技術分野に関し、詳細には、電子膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００３】
冷凍および加熱の技術分野において、電子膨張弁は、冷凍装置および加熱装置の冷媒流量制御部品であり、その作動過程は、概して、コイル装置が電源オンまたは電源オフされると、弁ニードルが駆動されて、冷媒の流量を正確に調節するために、弁ポートの開口の度合いを調節することである。
【０００４】
一部のシステムでは、電子膨張弁が完全に閉じられた状態にあり、効力を失うとき、または、制御システムが機能停止したとき、圧縮機が運転したままである場合、冷凍回路が部分的に真空にされ、さらに、圧縮機、さらには冷凍システム全体が、損傷する可能性がある。そのため、これらのシステムにおいて、完全に閉じられると流れが許容されない電子膨張弁に代わって、完全に閉じられても流れが許容される電子膨張弁が、徐々に使用されている。いわゆる「完全に閉じられても流れが許容される」とは、電子膨張弁の弁ポートが電子膨張弁の弁ニードルによって閉じられるときに特定の流れがなおも通過するのが許容され、それにより、電子膨張弁が完全に閉じられた状態にあるときに冷凍システム回路が真空にされるという、圧縮機の連続した運転によって引き起こされる問題を効果的に回避することを意味している。
【０００５】
従来の技術では、完全に閉じられても流れが許容される電子膨張弁は、二種類の構造、すなわち、溝式と隙間式とを概して採用しており、それらは、図面と関連して以後においてそれぞれ説明されている。
【０００６】
図1および図2を参照する。図1は、従来の技術における溝式電子膨張弁の弁の開く過程の間の弁ポートと協働する弁ニードルの構造を示す概略図であり、図2は、溝式電子膨張弁の流量曲線である。
【０００７】
いわゆる溝式の溝は、弁ポートのシールを不完全にさせるために、電子膨張弁の弁ポート部に溝が切られていることを意味している。したがって、電子膨張弁が完全に閉じられた状態にあるとき、弁ニードルと弁ポートとの間の部分が、溝の存在のために完全に封止されず、なおも少量の流体が溝を通って流れ、それによって、電子膨張弁が完全に閉じられるときになおもいくらかの流量があるという目的を実現する。
【０００８】
弁ニードル18には、シール円錐面181と調節円錐面182とが設けられている。シール円錐面181は、封止または部分的な封止を実現するために、弁ポート17と接触するように構成されている(図1は溝式電子膨張弁を示しており、特定の流量を確保するために弁ポート部に溝が設けられており、したがって、弁ニードル18は弁ポートを完全に封止できない)。自己固定を回避するために、シール円錐面181の先細りの角度が、概して45度より大きくなるように設定されている。図1(a)に示しているように、ゼロパルスの流量値を得て設定することについて、0〜X1の範囲のパルスが、弁ニードル18を弁ポート17と完全に接触させるために概して使用される。弁ニードルは弁ポートを完全に閉じる状態にあり、シール円錐面181は弁ポート17と接触しており、接触部分がシール円錐面181に位置付けられている。接触部分が位置付けられている弁ポート平面P1が、弁ニードル18のシール円錐面181と弁ニードル18の調節円錐面182との間の境界が位置付けられている弁ニードル平面P2より高い(部分Iの拡大図を参照されたい)。したがって、図2から、0〜X1のパルス区域の流量値はゼロパルスの流量値であり、ゼロパルスの流量値は、溝の深さに関連している。しかしながら、溝の実際の機械加工工程は、材料の硬さにおける違いと、機械加工行程の違いとのため、溝の深さが完全に同じとなるように確保できず、そのためゼロパルスの流量値は完全に制御され得ない。さらに、0〜X1のパルス区域の幅がデバッキングに関連しており、デバッキング過程におけるエラーがX1をある範囲で変動させ、エラーは概して40パルスに到達する可能性があるため、電子膨張弁の調節精度に悪影響を与える。
【０００９】
シール円錐面181の先細りの角度が調節円錐面182の先細り角度と異なるため、流量変化率が異なる。バルブを開ける工程の間、図1において、X2パルスに対応する位置にある弁ポートを変曲点が通過する前、シール円錐面181と弁ポート17との間の接触部分が位置付けられている弁ポート平面P1は、図1(b)に示しているように、シール円錐面181と調節円錐面182との間の境界が位置付けられている弁ニードル平面P2と一致している。弁ニードル18がさらに上方へと移動する場合、X3パルスにおける弁ニードルおよび弁ポートの対応する位置が、図1(c)に示されている。ついには、弁ポートは、図1(d)に示しているようになっている完全に開けられた状態になる。流量曲線のX3とX4との間の変曲点は、実際の条件に応じて設定され得る。
【００１０】
図2の流量曲線によれば、X1〜X2の範囲のパルス区域に対応する流量変化率は、電子膨張弁によって必要とされる流量変化率より明らかに大きく、したがって、このパルス区域は、実際の用途では使用できない。さらに、X2がX1と関係しているため、X2の値は不確定である。結果として、このような構造を持つ電子膨張弁のゼロパルスの流量値は、正確に制御できず、弁を開けるパルスにおける違いのため、流量曲線の前端にある0〜X2の小さく開く度合いの区域に対応する流れは低い調節精度を有し、したがって、弁全体の流れ調節精度は、低パルス区域において低い。さらに、このような構造を持つ電子膨張弁が完全に閉じられた状態にあるとき、シール円錐面181は弁ポートと接触しており、したがって、電子膨張弁が完全に閉じられてから開けられるとき、弁ニードルおよび弁ポートの摩滅が生じがちであり、弁の固着現象が起こりやすい。
【００１１】
図3および図4を参照する。図3は、隙間式電子膨張弁の弁の開く過程の間に弁ニードルが弁ポートと協働するところを示す構造の概略図であり、図4は、隙間式電子膨張弁が対応する流量曲線である。
【００１２】
いわゆる「隙間式」とは、電子膨張弁の弁ニードルに、等直径区域が設けられており、等直径区域の直径が弁ポートの直径より小さく、したがって、弁ニードルが弁ポートと協働するときに特定の隙間があり、それによって、電子膨張弁が完全に閉じられるときになおもいくらかの流量があるという目的を実現することを意味している。
【００１３】
弁ニードル19は等直径区域191と調節区域192とを備えており、等直径区域191は円筒形を有しており、等直径区域191と調節区域192との間の連結位置は弁ニードル平面P3として定められている。弁ポート17は、前述の溝式の電子膨張弁における弁ポートとして同じ構造を有しており、弁ポート17の直径は、等直径区域191の直径より大きくなるように設定されている。図3(a)に示しているように、電子膨張弁が完全に閉じられた状態にあるとき、弁ニードル平面P3は、弁ポートの最上部が位置付けられている弁ポート平面P4より低い。等直径区域191と弁ポート17との間に特定の隙間があり、ゼロパルスの流量値は、隙間の大きさを制御することによって確保される。そのため、このような構造を有する弁ニードルおよび弁ポートの製作精度についての要求は高い。図4を参照すると、X1のパルスに対応する弁ニードルと弁ポートとの間の位置関係が、図3(b)に示されている。弁ニードル平面P3は弁ポート平面P4と一致している。0〜X1のパルス区域の幅は、デバッキングと製作精度とに関連しており、デバッキング過程の間のエラーは、X1を範囲の中で変動させる可能性があるため、X1は完全に制御され得ない。実際の使用では、0〜X1のパルスに対応する流量値は、変わらないままであり、X1の値は決定されず、そのため0〜X1の区域のパルスは使用できず、したがって利用可能なパルス区域を縮小させる。図3(c)および図3(d)はそれぞれ、X2のパルスおよびX3のパルスに対応する弁ポートに対する弁ニードルの位置を示しており、流量曲線のX2とX3との間に変曲点があるかどうかは、実際の状況に応じて決定され得る。
【００１４】
従来の技術における完全に閉じられても流れが許容される電子膨張弁については、溝式であろうと隙間式であろうと、両方のゼロパルスの流量は、容易に正確には制御できず、変わらない流量値を有するパルス区域(十分に使用できないパルス区域)が流量曲線に存在し、したがって電子膨張弁の制御精度は、ある範囲まで悪影響を受ける。
【００１５】
そのため、ゼロパルスの流量を正確に制御でき、変わらない流量値を有する区域を流量曲線から排除でき、電子膨張弁の小さい開口の度合いの区域を十分に使用できる電子膨張弁を設計することは、当業者によって至急に解決されようとしている技術的課題である。
【００１６】
さらに、電子膨張弁内部の流路の設計の影響で、流体が弁ポートを通過するときに騒音が発生する可能性がある。そのため、電子膨張弁の流路は、一部の中級な種類および高級な種類の機械については、特別に設計されるべきである。
【００１７】
従来の技術における典型的な電子膨張弁の構造を示す概略図である図15を参照する。
【００１８】
電子膨張弁は弁座16を備えている。第1の連結管14と第2の連結管15とが弁座16にそれぞれ固定的に連結されている。流体は第1の連結管14に入り、弁座16に配置された弁ポート17'を通って流れ、第2の連結管15から排出される(流体は、第2の連結管15にも入り、第1の連結管14から排出されてもよい)。
【００１９】
筐体6が、弁座16の上方側に固定的に連結されており、筐体6はカバー1によって封止されているため、封止された室が弁座16の上方に形成されている。磁石ロータ8と、磁石ロータ8に固定的に連結された送りねじ7とが、筐体6の内部に設けられている。弁ニードル18'が送りねじ7の下にさらに配置されている。送りねじ7は、ねじ山によって弁座16に固定されているナット9と協働し、ナット9に対して移動できる。電磁コイル(図に示していない)が筐体6の外側端に外嵌されており、電磁コイルは、電力供給された後にパルスを発生し、磁石ロータ8を駆動して回転することで、回転するように送りねじ7を駆動する。ねじ山の嵌合のため、送りねじ7の回転運動は上向きおよび下向きの運動へと変換され、上向きおよび下向きの運動は、弁ポート17'の開いている度合いを変え、流れを調節する目的を実現するために、送りねじ7に連結された弁ニードル18'を駆動して、弁ポート17'に近付けるように、または、弁ポート17'から離すように、上向きまたは下向きに移動する。
【００２０】
弁ニードル18'の上向きおよび下向きの運動の開始位置および停止位置を制御するために、停止機構がさらに提供されている。停止機構は、送りねじに固定された停止ロッド4と、封止カバー1に固定された停止部2とを備えている。螺旋バネ案内レール3が停止部2に固定されており、スライド環体5が、螺旋案内レール3において螺旋状にスライド可能であり、スライド環体5の一端が、停止の目的を実現するために、停止ロッド4に当たる。
【００２１】
図16に示しているように、弁ポート17'の下方端部には、張り出し開口171'が設けられている。張り出し開口171'は、流体が弁ポート17'を通って第1の連結管14から流れて第2の連結管15に到達する過程の間、騒音を特定の度合いまで低減できるが、弁ポート17'の内径が第1の連結管14の内径よりはるかに小さいため、流体が弁ポート17'を通って流れるときに流れ面積がなおも突然に変更され得る。そのため、流体は弁ポート17'の近くで泡を発生しがちであり、泡は、弁ポート17'を通過するときに絞られるため破壊され、そのため騒音が発生する。
【００２２】
そのため、従来の技術に基づく騒音をさらに低減できる電子膨張弁を設計することは、当業者によって至急に対処されようとしている技術的課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本出願によって解決される技術的課題は、ゼロパルスの流れが容易に正確に制御できず、小さく開いている度合いの区域のパルスが十分に使用できない従来の技術における欠陥を解決できる電子膨張弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の技術的課題を解決するために、本出願による電子膨張弁は、
パルスを印加して電子膨張弁をそのパルスに応答して作動させるように構成される電磁コイルと、
弁ポートが設けられる弁本体と、
電子膨張弁の流量を調節するために弁ポートと協働するように構成される弁ニードルとを備える。
弁ニードルは、主本体区域と、主本体区域に隣接して配置される第1の円錐面部とを備え、弁ポートは、等しい直径を有する垂直区域部を備え、電磁コイルがゼロパルスを印加するとき、垂直区域部は弁ニードルと接触しておらず、垂直区域部の最上端が位置する平面と弁ニードルとの交差面が、第1の円錐面部にある。
【００２５】
本出願による電子膨張弁は、小さいパルスの段階において、流れを正確に調節できる。組み立ての間、ゼロパルスの位置は、弁ニードルと弁ポートとの相対位置を調節することによって、および、流量計を用いることによって、直接的に得ることができる。ゼロパルスにおける流れの精度は、流量計の試験精度に依存するだけであり、弁ニードルおよび弁ポートの製造精度に関係せず、これは、ゼロパルスの流量の一致を大いに向上し、製造コストを大幅に低減する。電子膨張弁の流量曲線では、変わらない流量値のある区域がないため、流量調節は、小さいパルス領域を十分に使用することで実施でき、そのため、電子膨張弁の調節範囲が拡大される。
【００２６】
好ましくは、弁ポートは、垂直区域部の2つの端にそれぞれ配置され、垂直区域部の軸方向から離れる方向に延び、徐々に増加される内径を有する第1の弁ポート円錐面および第2の弁ポート円錐面をさらに備える。
【００２７】
好ましくは、第1の弁ポート円錐面と垂直区域部との間の境界線が位置する平面と弁ニードルとの交差面が、第1の円錐面部にある。
【００２８】
好ましくは、第1の円錐面部の最も大きい直径が垂直区域部の内径より大きい。
【００２９】
好ましくは、弁ニードルは、順に隣接して配置される主本体区域、第1の弁ニードル円錐面、および第2の弁ニードル円錐面を備え、第1の弁ニードル円錐面は、第2の弁ニードル円錐面の先細り角度より大きい先細り角度を有し、垂直区域部の最上端が位置する平面と弁ニードルとの交差面が、第2の弁ニードル円錐面にある。
【００３０】
好ましくは、弁ポートは、垂直区域部の2つの端にそれぞれ配置され、垂直区域部の軸方向から離れる方向に延び、徐々に増加される内径を有する第1の弁ポート円錐面および第2の弁ポート円錐面をさらに備え、第1の弁ポート円錐面と垂直区域部との間の境界線が位置する平面と弁ニードルとの交差面が、第2の弁ニードル円錐面にある。
【００３１】
好ましくは、第2の弁ポート円錐面の最も大きい直径が垂直区域部の内径より大きい。
【００３２】
好ましくは、弁ポートは垂直区域部と円錐面部とを備え、弁ポートの垂直区域部の最上端が位置する平面と弁ニードルとの交差面が、第2の弁ニードル円錐面にあり、第2の弁ニードル円錐面の最も大きい直径が、弁ポートの垂直区域部の内径より大きい。
【００３３】
好ましくは、弁ポートは垂直区域部と円錐面部とを備え、弁ポートの垂直区域部の最上端が位置する平面と弁ニードルとの交差面が、第1の円錐面部にある。
【００３４】
好ましくは、弁ポートは、順に配置される第1の弁ポート円錐面、垂直区域部、および第2の弁ポート円錐面を備え、第1の弁ポート円錐面の高さと、垂直区域部の高さとが、d1が第1の弁ポート円錐面の高さであり、d2が垂直区域部の高さである場合、2≦d1/d2≦10の関係を満たす。
【００３５】
好ましくは、第2の弁ポート円錐面の高さと、垂直区域部の高さとが、d3が第2の弁ポート円錐面の高さであり、d2が垂直区域部の高さである場合、2≦d3/d2≦10の関係を満たす。
【００３６】
好ましくは、第1の弁ポート円錐面および第2の弁ポート円錐面は、垂直区域部の2つの端にそれぞれ配置され、垂直区域部の軸方向から離れる方向に延び、徐々に増加される内径を有する。
【００３７】
好ましくは、第1の弁ポート円錐面の先細り角度が50°±20°の範囲内にある。
【００３８】
好ましくは、第1の弁ポート円錐面の先細り角度が50°から70°までの範囲にある。
【００３９】
好ましくは、第2の弁ポート円錐面の先細り角度が36°±20°の範囲内にある。
【００４０】
好ましくは、弁ニードルが第1の円錐面と第2の円錐面とを備え、第1の円錐面が、第2の円錐面と協働し、α1が、弁ポートの第1の弁ポート円錐面の先細り角度であり、β1が、弁ニードルの第1の円錐面の先細り角度である場合、α1-β1=20°±10°の関係を満たす。
【００４１】
好ましくは、弁座に第1キャビティと第2キャビティとが設けられ、第1キャビティは、第1の弁ポート円錐面に隣接しており、第1の弁ポート円錐面の内径が第1の弁ポート円錐面の最も大きい内径と等しい。
【００４２】
好ましくは、第1キャビティの内径が第2キャビティの内径とおおよそ等しく、第1キャビティの断面積と垂直区域部の断面積とが、S1が第1キャビティの断面積であり、S2が垂直区域部の断面積である場合、2≦S1/S2≦5の関係を満たす。
【００４３】
好ましくは、弁ニードルが少なくとも250パルスによって弁ポートから離れるように移動する過程の間、環状断面を有する流路が、第1の弁ポート円錐面と第1の円錐面との間に形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の技術における溝式電子膨張弁の開く過程の間の弁ニードルと弁ポートとの嵌まり合う構造を示している概略図である。
【図２】溝式の電子膨張弁に対応する流量曲線である。
【図３】従来の技術における隙間式電子膨張弁の開く過程の間の弁ニードルと弁ポートとの嵌まり合う構造を示している概略図である。
【図４】隙間式の電子膨張弁に対応する流量曲線である。
【図５】本出願の第1の実施形態による電子膨張弁の構造を示す概略図である。
【図６】第1の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルの構造を示す概略図である。
【図７】第1の実施形態による電子膨張弁がゼロパルスにあるときの弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【図８】第1の実施形態による電子膨張弁が開けられるときの弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【図９】第1の実施形態による電子膨張弁の流量曲線である。
【図１０】第2の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【図１１】第3の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【図１２】第4の実施形態による弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【図１３】第5の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【図１４】第6の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【図１５】従来の技術における典型的な電子膨張弁の構造を示す概略図である。
【図１６】図15における電子膨張弁の弁ポート部の部分的な拡大図である。
【図１７】本出願による電子膨張弁の弁ポート部の部分的な拡大図である。
【図１８】本出願による電子膨張弁の弁ニードルの構造を示す概略図である。
【図１９】本出願による電子膨張弁が閉じられた状態にあるときの弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【図２０】本出願による電子膨張弁が開けられた状態にあるときの弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
当業者が本出願の技術的解決策をよりよく理解するために、本出願は、図面および特定の実施形態と関連して、詳細にさらに説明されている。
【００４６】
実施形態1
図5および図6を参照する。図5は、本出願の第1の実施形態による電子膨張弁の構造を示す概略図であり、図6は、第1の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルの構造を示す概略図である。
【００４７】
図5に示しているように、電子膨張弁は弁本体1とコイル(図には示していない)とを備えている。弁本体1は、弁座11と、弁座11に連結されており、冷媒の流れのために使用される第1の連結管12および第2の連結管13とを備えている。筐体14が、弁座11の上方部に固定的に連結されている。筐体14の内部には、コイルの信号に応答して回転可能である磁石回転子15と、磁石回転子15に固定的に連結されている送りねじ16と、送りねじと協働し、送りねじの回転運動を上方および下方への運動へと変換するナット17とが設けられている。送りねじ16は弁ニードル21に連結されており、弁ニードル21は、上方および下方への運動の間、弁座11に配置されている弁ポート22と協働することによって、電子膨張弁の開閉を実現する。弁ニードルの上方および下方への運動の上死点および下死点を配置するために、停止装置18が、運動を制限するためにさらに設けられている。
【００４８】
図5の電子膨張弁が単に特定の実施形態であり、電子膨張弁の仕事の原理の説明を容易にする目的のために導入されていることは、留意されるべきである。構造の様々な変更および改良が、上記の仕事の原理に基づいてさらに行われ得る。本出願の核心は、電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を提供することであり、構造は、上記の仕事の原理に基づくあらゆる電子膨張弁に適している。そのため、上記の電子膨張弁の構造の記載は、本出願の範囲を限定するように解釈されるべきではない。
【００４９】
弁ニードルの構造は、図6と関連して以下に記載している。
【００５０】
弁ニードル21は、送りねじに連結されている主本体区域211と、主本体区域211に連結されている第1の弁ニードル円錐面212と、第1の弁ニードル円錐面212に連結されている第2の弁ニードル円錐面213とを備えており、それらが順番で隣接して配置されている。第1の弁ニードル円錐面212は、弁が閉じている状態とゼロパルスの流れとを決定するために、弁ポートと協働するように構成されており、第1の弁ニードル円錐面212と第2の弁ニードル円錐面213とが弁ポートの流れを共同して調節する。第1の弁ニードル円錐面212および第2の弁ニードル円錐面213は両方とも、円錐面の構造を有しており、第1の弁ニードル円錐面212は、第2の弁ニードル円錐面213の先細り角度より大きい先細り角度を有している。したがって、境界線が第1の弁ニードル円錐面212と第2の弁ニードル円錐面213との間の境界において周囲に沿って形成されており、その境界線が位置付けられている平面は第1の平面N1として定められている。弁ニードルの底に位置付けられている第3の弁ニードル円錐面214が、図9に示した流量曲線のX1のパルスとX2のパルスとの間の変曲点を制御するために使用される。
【００５１】
図7は、電子膨張弁がゼロパルスにあるときの弁ニードル21および弁ポート22の嵌まり合う構造を示す概略図である。弁ポート22は、概して管状の形のものであり、順に配置されている第1の弁ポート円錐面221、垂直部222、および第2の弁ポート円錐面223を備えている。垂直部222は概して円筒状の形のものであり、第1の弁ポート円錐面221および第2の弁ポート円錐面223は、垂直部222の軸方向から離れる方向に延びており、徐々に増加される内径を有することで、内側に円錐面の形を形成している。同様に、境界線が第1の弁ポート円錐面221と第2の弁ポート円錐面223との間の境界にも形成されており、説明を容易にするために、境界線が位置付けられている平面は、図7に示しているように、第2の平面N2として定められている。
【００５２】
ゼロパルスにおいて、第1の平面N1は第2の平面N2より高い。弁ニードル21に関しては、第2の平面N2と弁ニードル21との交差面が、弁ニードル21の第2の弁ニードル円錐面213に位置付けられる。この場合、第1の弁ニードル円錐面212は第1の弁ポート円錐面221と接触しておらず、第1の平面N1における弁ニードル21の断面直径D1が、第2の平面N2における弁ポート22の区域内径D2より大きく、したがって、十分に小さい流量が作られ得る。第2の弁ニードル円錐面213は垂直部222と協働し、流量は、弁ニードル21を回転することによって調節される。弁ニードル21の上向きの移動があると、弁ニードル21は、図8に示したような位置に到達する。上記の構造によって形成された流量曲線が図9に示されている。流量は、流量曲線がゼロパルスにあるときにゼロより大きく、曲線は、弁ニードルが完全に開けられる位置まで、特定の傾斜で上昇していく。そのため、流量は、電子膨張弁が小さいパルスの段階にあるとき、正確に調節できる。
【００５３】
電子膨張弁が組み立てられるとき、ゼロパルスの位置は、弁ニードルと弁ポートとの相対位置を調節することによって、および、流量計を用いることによって、直接的に得ることができる。流量計が電子膨張弁の連結管において最初に連結され、弁ニードルの回転が制御され、電子膨張弁に特定の初期流量を持たせることができるように、ゼロパルスにおける弁ニードルと弁ポートとの間の相対位置が修正される。したがって、本出願による電子膨張弁に関して、ゼロパルスにおける流れの精度は、流量計の試験精度のみに依存し、弁ニードルおよび弁ポートの製造精度には関係しない。これは、ゼロパルスの流量の一致を大いに向上できる。
【００５４】
第1の平面N1における弁ニードル21の断面直径D1(第2の弁ニードル円錐面の最も大きい直径)は、第2の平面N2における弁ポート22の区域内径D2(弁ポートの垂直区域部の内径)より大きくなっている。理論的には、D1は、D2に限りなく近似するように設計できる。別の言い方をすれば、ゼロパルスにおける弁ニードルと弁ポートとの間の隙間は限りなく小さくすることができ、つまり、ゼロパルスの流量は無限に小さくなるように設定でき、これは、例えばR32冷媒、冷蔵庫、および水ヒータといった、一部の特別な冷凍システムにとって特に適切であり、そのため電子膨張弁の利用範囲を拡大できる。
【００５５】
ゼロパルスの流量の一致を向上させるために、第2の弁ニードル円錐面213の角度は15度未満となるように設定できる。角度が大き過ぎる場合、ゼロパルスの流量の不一致が増大される可能性がある。図7に示しているように、弁本体が完全に閉じられるとき、弁ポート22は第1の平面N1の下に位置付けられる。弁本体の開く過程の間、弁ポートは、流量を調節するために、弁ニードル21の第2の弁ニードル円錐面213と直接的に協働し、第1の弁ニードル円錐面212と関係していない。したがって、電子膨張弁が小さく開いている区域での流量が制御可能であり、小さく開いている区域が、システムにおいて使用可能である。
【００５６】
この実施形態による電子膨張弁に関して、流量曲線は、流量値が一定である区域を含んでいない。そのため、流量は、小さいパルスの区域を十分に使用することで調節でき、したがって、電子膨張弁の調節範囲が拡大される。弁ニードルが完全に閉じられた状態にあるとき、弁ニードルは弁ポートと接触しておらず、それによって弁ニードルと弁ポートとの摩滅が回避される。
【００５７】
本出願の他の実施形態を、図10〜図14と関連して以下に説明する。他の実施形態と第1の実施形態との間の違いの説明を容易にするために、同じ構造および機能を有する構成要素は同じ符号によって指示されている。
【００５８】
実施形態2
第2の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である図10を参照する。
【００５９】
この実施形態では、弁ポート22は、第1の実施形態と同じ構造を有しており、順に配置されている第1の弁ポート円錐面221、垂直部222、および第2の弁ポート円錐面223を備えている。垂直部222は概して円筒状の形とされており、第1の弁ポート円錐面221および第2の弁ポート円錐面223は、垂直部222の軸方向から離れる方向に延びており、徐々に増加される内径を有することで、内側に円錐面の形を形成している。境界線が第1の弁ポート円錐面221と第2の弁ポート円錐面223との間の境界に形成されており、境界線が位置付けられている平面は、第2の平面N2として定められている。
【００６０】
弁ニードル31が、主本体部311と、主本体部311に連結された第1の円錐面部312とを備えており、第1の円錐面部312の最も大きい直径は垂直部222の内径より大きい。ゼロパルスの位置において、第2の平面N2と弁ニードル31との交差面は第1の円錐面部312に位置付けられる。
【００６１】
この実施形態においてゼロパルスの位置を調節するための方法は、第1の実施形態における方法と同じであり、ここでは説明しない。
【００６２】
実施形態3
図11は、第3の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【００６３】
この実施形態では、弁ニードル21は、第1の実施形態と同じ構造を有しており、送りねじに連結されている主本体区域211と、主本体区域211に連結されている第1の弁ニードル円錐面212と、第1の弁ニードル円錐面212に連結されている第2の弁ニードル円錐面213とを備えている。第3の弁ニードル円錐面214は、流量調節の要求に従って調節され得る。
【００６４】
弁ポート32が、概して中空の円筒形とされた垂直区域部321であり、第2の弁ニードル円錐面213の最も大きい直径は、垂直区域部321の内径より大きい。弁ポート32の最上部が第2の平面N2を定めており、第2の平面N2と弁ニードル21との交差面が、弁ニードル21の第2の弁ニードル円錐面213にある。この実施形態では、ゼロパルスの位置を調節するための方法は、第1の実施形態における方法と同じであり、ここでは説明しない。
【００６５】
実施形態4
図12は、第4の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【００６６】
この実施形態では、弁ニードル21は、第1の実施形態と同じ構造を有しており、送りねじに連結されている主本体区域211と、主本体区域211に連結されている第1の弁ニードル円錐面212と、第1の弁ニードル円錐面212に連結されている第2の弁ニードル円錐面213とを備えている。
【００６７】
弁ポート42が、概して中空の円筒形とされている垂直区域部421と、垂直区域部421に隣接して配置されている円錐面部422とを備えている。垂直区域部421の内径が、第2の弁ニードル円錐面部213の最も大きい直径より小さい。垂直区域部421の最上部が第2の平面N2を定めており、第2の平面N2と弁ニードル21との交差面が、弁ニードル21の第2の弁ニードル円錐面213にある。
【００６８】
実施形態5
図13は、第5の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【００６９】
この実施形態では、弁ポート32は、第3の実施形態における構造と同じ構造を有しており、概して中空の円筒形とされている垂直区域部321であり、円錐面部は設けられておらず、弁ポートの最上部が、この実施形態において第2の平面N2を定めている。弁ニードル31が、第2の実施形態における構造と同じ構造を有しており、主本体部311と、主本体部311に連結された第1の円錐面部312とを備えており、第1の円錐面部312の最も大きい直径は垂直区域部321の内径より大きい。
【００７０】
ゼロパルスの位置において、第2の平面N2と弁ニードル31との交差面は第1の円錐面部312にある。第2の平面N2と弁ニードル21との交差面が、弁ニードル21の第2の弁ニードル円錐面213にある。
【００７１】
実施形態6
図14は、第6の実施形態による電子膨張弁の弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造を示す概略図である。
【００７２】
第4の実施形態の構造と同じ構造を有しているため、弁ポート42は、概して中空で円筒形とされた垂直区域部421と、垂直区域部421に隣接して配置された円錐面部とを備えており、垂直区域部421の最上部が、この実施形態では第2の平面N2を定めている。
【００７３】
第2の実施形態の構造と同じ構造を有しているため、弁ニードル31が、主本体部311と、主本体部311に連結された第1の円錐面部312とを備えており、第1の円錐面部312の最も大きい直径は垂直区域部421の内径より大きい。第2の平面N2と弁ニードル21との交差面が、弁ニードル21の第2の弁ニードル円錐面213にある。
【００７４】
上記の実施形態において、弁ニードルの下端には、円錐状の形とされ、図9に示しているような流量曲線におけるX1のパルスとX2のパルスとの間に変曲点が存在するかどうかを制御するように構成されている端部がさらに設けられていることは、補足的に説明しておかなければならない。しかしながら、これは、小さいパルスの局面への流量調節に小さな効果しかなく、したがって、上記の実施形態において詳細には説明しない。
【００７５】
本出願による電子膨張弁の弁ポート部の部分的な拡大図である図17を参照する。
【００７６】
本出願では、従来の技術における弁ニードルおよび弁ポートの嵌まり合う構造が改善されていることは、留意されるべきである。磁石回転子、送りねじ、ナット、停止装置など、電子膨張弁の他の構成要素は、従来の技術における構造を採用できる、または、同じ機能を実現できる他の電子膨張弁の構造を採用できる。上記の構成要素の構造は、本出願によって限定されず、本出願による技術的解決策に基づいて、当業者は、技術的解決策をすべての種類の電子膨張弁の構造に適用できる。
【００７７】
本出願の技術的解決策の説明を容易にするために、従来の技術における構成要素と同じ構造を有する構成要素は、同じ符号を用いている。
【００７８】
図17に示しているように、弁座16には弁ポート17が設けられている。この実施形態では、弁ポート17は、弁座16を直接機械加工することで形成されている。弁ポート17は、第1の弁ポート円錐面221、垂直部222、および第2の弁ポート円錐面223を備えている。第1の弁ポート円錐面221と第2の弁ポート円錐面223とは、垂直部222の2つの端にそれぞれ配置されており、垂直部222から離れる方向に延びている。円錐面の内径は、延在方向における特定の先細りにおいて、徐々に増加している。
【００７９】
第1の弁ポート円錐面221の先細り角度α1が、50°±20°の範囲内にあるように設定されている。先細り角度が小さ過ぎる場合、製品の最も大きい流量が悪影響を受ける可能性がある。先細り角度が大き過ぎる場合、本出願における騒音の低減効果が顕著に現れない。
【００８０】
完全に閉じられて流れのない状態にできる電子膨張弁(つまり、電子膨張弁を閉じられた状態にするために弁ニードルが弁ポートと接触し、流体が流れ出ない)では、第1の弁ポート円錐面221の先細り角度は、50°から70°までの範囲となるようにさらに制限される。これは、先細り角度が小さ過ぎると、弁ニードルと弁ポートとの間に自己固定の現象をもたらす可能性があり、これが電子膨張弁の作用性能に悪影響を与える可能性があるためである。
【００８１】
第2の弁ポート円錐面223の先細り角度α2は、36°±20°の範囲内にあるように設定されている。先細り角度が大き過ぎる場合、騒音低減の効果が小さ過ぎてしまう。先細り角度が小さ過ぎる場合、同じ長さを有する第2の弁ポート円錐面223の最も大きい直径は、おそらく小さくなりすぎ、連結管の内径との差異が大きくなりすぎ、したがって冷媒の騒音をなおも引き起こす可能性がある。
【００８２】
また、図20を参照すると、弁ニードル18は、弁ニードル18の下方端部に順に配置されている第1の円錐面181、第2の円錐面182、および第3の円錐面183を備えている。第1の円錐面181は、弁ポートにおける第1の弁ポート円錐面221と協働するように構成されており、第1の円錐面181の円錐角度β1は、第1の弁ポート円錐面221の円錐角度α1より20°±10°で小さく、つまりは、α1-β1=20°±10°の関係を満たしている。この先細り角度の差が小さ過ぎる場合、最大流量が制限され得るだけでなく、第1の円錐面181と弁ポートにおける第1の弁ポート円錐面221との間の摩擦力が増加される可能性がある。この先細り角度の差が大き過ぎる場合、騒音低減効果が悪影響を受け得るだけでなく、第1の円錐面181と弁ポートにおける第1の弁ポート円錐面221との間の摩滅が悪化される可能性がある。第3の円錐面183は、流量特性の要求に従って配置できる、または、設けられなくてもよい。完全に閉じられていて流れがない電子膨張弁についても、β1の角度は40°から60°までの範囲である。角度がさらに縮小する場合、弁ニードルと弁ポートとの間の自己固定の現象が生じ、これは、電子膨張弁の運動性能に悪影響を与える。
【００８３】
流体によって発生される騒音をさらに低減するために、弁座16には、第1キャビティF1と第2キャビティF2とが設けられている。第1キャビティF1は、概して中空で円筒形とされており、第1キャビティF1と第1の弁ポート円錐面221によって形成されている円錐室とが滑らかに移行され、2つのキャビティの間で流体が流れるときに発生される騒音が低減され得るように、第1の弁ポート円錐面221の最大内径と等しくなるように設定され得る内径を有している。
【００８４】
さらに、第2キャビティF2は、弁座16の側面に配置されており、第1の連結管14の中心軸と一致する軸を有している。流体が第1の連結管14を介して電子膨張弁へと流れる場合、流体は第2キャビティF2を通って流れ、弁座16の内側室に入り、それから弁ポート17を通って流れて第2の連結管15へと流れる。
【００８５】
この実施形態では、第1キャビティF1の内径D1は、第2キャビティF2の内径D2とおおよそ等しくなるように設定されており、第1キャビティF1の断面積S1と、弁ポートの垂直部222の断面積S2とは、2≦S1/S2≦5の関係を満たしている。
【００８６】
第1の弁ポート円錐面221の高さd1が第2の弁ポート円錐面223の高さd3とおおよそ等しくなるように設定でき、高さd1または高さd3と、垂直部222の高さd2との間の割合は、以下の関係、つまり、2≦d1/d2≦10または2≦d3/d2≦10を満たす。
【００８７】
第1の弁ポート円錐面221の高さが小さ過ぎる場合、騒音低減効果が明らかとならず、この高さがさらに増加される場合、騒音低減効果は直線的に向上され得ないが、製造コストは急激に増加し得る。
【００８８】
この実施形態では、図19および図20に示しているように、弁ニードルが弁ポートを離れて完全に開けられた状態に達する過程の間、環状断面を有する流路が、弁ニードルの第1の円錐面181と弁ポートの第1の弁ポート円錐面221との間に形成され、環状の流路の面積が、弁ポートから弁座の内側室へと徐々に増加する。したがって、第1の弁ポート円錐面221は、弁ポートから弁座の内側のキャビティへの流れ面積を滑らかに変えることができ、流体が弁ポートを通過するときに流れ面積は急激に変化せず、したがって、泡が発生されるのを最大限に抑制し、騒音を低減する。
【００８９】
本出願によって提供される電子膨張弁は、以上において詳細に記載されている。本出願の原理および実施形態は、特例の例によって本明細書において図示されている。例の前述の記載は、本出願の方法および主旨の理解を助けるように意図されているだけである。当業者にとって、多くの変更および改良が、本出願の原理から逸脱することなく、本出願に対して行われる可能性があり、これらの変更および改良が、請求項によって定義されている本出願の保護の範囲内にあると見なされることは、留意されるべきである。
【符号の説明】
【００９０】
1  弁本体
11  弁座
12  第1の連結管
13  第2の連結管
14  筐体
15  磁石回転子
16  送りねじ、弁座
17  ナット、弁ポート
18  停止装置、弁ニードル
181  第1の円錐面
182  第2の円錐面
183  第3の円錐面
21  弁ニードル
22  弁ポート
211  主本体区域
212  第1の弁ニードル円錐面
213  第2の弁ニードル円錐面
214  第3の弁ニードル円錐面
221  第1の弁ポート円錐面
222  垂直区域部
223  第2の弁ポート円錐面
31  弁ニードル
311  主本体部
312  第1の円錐面部
32  弁ポート
321  垂直区域部
42  弁ポート
421  垂直区域部
422  円錐面部
D1  断面直径
D2  区域内径
d1  高さ
d2  高さ
d3  高さ
F1  第1キャビティ
F2  第2キャビティ
N1  第1の平面
N2  第2の平面
S1  断面積
S2  断面積
α1  先細り角度、円錐角度
β1  円錐角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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