CN101929561A

CN101929561A - 膜片式流体控制阀

Info

Publication number: CN101929561A
Application number: CN2010102117825A
Authority: CN
Inventors: 茂木隆; 森田真文
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: JP2011007355A; EP2267347A3; CN101929561B; US9765904B2; US20100320410A1; EP2267347B1; JP5501670B2; EP2267347A2

Abstract

本发明提供一种膜片式流体控制阀，即使在膜片的上表面侧压力与下表面侧压力之压差小的区域也能够使提升量相对于压差的变化较大地变化，而不必减薄膜片的板厚，因此，就能够确保所需的流量，同时能够进行稳定的流量控制。所述膜片式流体控制阀具有驱动阀芯(25)的膜片(35)，该膜片(35)在其外周部(35a)和内周部(35c)之间形成山形波状部(35b)，所述山形波状部(35b)俯视呈同心圆环状，在其截面上看具有[N个+(0.25～0.75)个]上凸或下凸的凸起部，其中N为正整数(1、2、3......)。

Description

膜片式流体控制阀

技术领域

本发明涉及用于调节流体的流量或压力的具有阀芯驱动用膜片的膜片式流体控制阀，特别是涉及适合作为用于车辆空调等冷冻循环的膨胀阀的膜片式流体控制阀

背景技术

作为用于冷冻循环的膨胀阀，如下述专利文献1所示已知一种膜片式流体控制阀，其具有：用于调节流体(制冷剂)的流量或压力的阀芯；设有流入口及流出口并且在它们之间形成通过上述阀芯而进行开闭的阀口(孔口(orifice))的阀体；将上述阀芯向上述阀口开闭方向进行驱动的膜片装置。

在该膜片式流体控制阀中，上述膜片装置通常具有：膜片；为夹持该膜片的外周部而封固并且在其上表面侧划分出密闭空间即膜片上表面侧压力室(也称为感温室、膜片室等)的膜片保持部件，在上述膜片的下表面连结工作棒以便将上述膜片的动作(位移)传达给上述阀芯。

例如将毛细管的一端***上述压力室(感温室)中，并在该毛细管的另一端安装感温筒，通过该感温筒来感知例如蒸发器出口侧的制冷剂温度。需要说明的是，在感温室、毛细管及感温筒内通常以规定的压力封入规定的气体(例如二氧化碳等)。

另外，上述膜片在由上述膜片保持部件所封固的外周部和大直径圆板状部抵接的内周部之间形成山形波状部，该山形波状部俯视呈同心圆环状，在其截面上看具有N个[N为正整数(1、2、3......)]上凸或下凸的凸起部。

在这种结构的膜片式流体控制阀中，膜片(相对于其外周部的内周部)通常根据上述压力室(感温室)的压力(以下称为膜片上表面侧压力)与作用于膜片的下表面的压力(以下称为膜片下表面侧压力)之压差而上下位移(挠曲)，该位移通过工作棒传达给阀芯，阀芯向阀口开闭方向(上下方向)移动以调节阀开度(＝提升量＝阀口的有效开口面积)，由此来控制从流入口流向流出口的流体(制冷剂)的压力(流量)。

【专利文献】

【专利文献1】特开2007-240041号公报

发明内容

在如上所述的现有膜片式流体控制阀中存在下述应当解决的问题。

即，在膜片的上表面侧压力与下表面侧压力之压差小的区域(超低温区)，提升量的变化相对于压差的变化很小，因此，制冷剂的流量并不怎么变化，而存在难以确保所需的流量以及进行稳定的流量控制之类的问题。

另外，如果为了削减零件材料费等而缩小膜片径，则同样存在提升量的变化变小，稳定的流量控制变得困难之类的问题。

需要说明的是，为了使提升量相对于压差的变化较大地变化，考虑减薄膜片的板厚、增大膜片径等对策，但如果减薄膜片的板厚，则存在强度不足而变得易破损，耐久性下降之类的问题，进而，还存在膜片变得过度易弯曲而导致流量控制的稳定性下降的可能。另外，如果增大膜片径，则成本提高。

本发明就是鉴于这种问题而完成的，其目的是提供一种膜片式流体控制阀，该控制阀即使在膜片的上表面侧压力与下表面侧压力之压差小的区域也能使提升量相对于压差的变化较大地变化，而无需减薄膜片的板厚，因此，能够确保所需的流量，同时能够进行稳定的流量控制。

为实现上述目的，本发明所涉及的膜片式流体控制阀的基本特征在于，具有驱动阀芯的膜片，该膜片在其外周部和内周部之间形成山形波状部，该山形波状部俯视呈同心圆环状，在其截面上看具有[N个+(0.25～0.75)个](N为正整数(1、2、3......))上凸或下凸的凸起部。

更具体而言，其特征在于，具有：用于调节流体的流量或压力的阀芯；设有流入口及流出口并且在它们之间设有通过上述阀芯而进行开闭的阀口的阀体；将上述阀芯向上述阀口开闭方向进行驱动的膜片装置，该膜片装置具有：膜片；封固该膜片的外周部并且在其上表面侧划分出压力室的膜片保持部件，所述膜片在其外周部和内周部之间形成山形波状部，该山形波状部俯视呈同心圆环状，在其截面上看具有[N个+(0.25～0.75)个](N为正整数(1、2、3......))上凸或下凸的凸起部。

更优选构成为作为被用于冷冻循环的膨胀阀而发挥功能。

在优选的实施方式中，在上述膜片的山形波状部形成2个以上上述凸起部，并且这些凸起部的高度实质上相同。

在其他优选实施方式中，以上述膜片的外周部或内周部的上表面或下表面为基准面，若设该基准面与顶点的高低差为1，则上述基准面和上述山形波状部的内周侧端部或外周侧端部的高低差为0.25～1。

作为上述膜片优选使用板厚为0.05～0.15mm的不锈钢薄钢板。

上述膜片的山形波状部优选其外径为18～35mm、其内径为10～22mm。

在其他优选的实施方式中，以上述膜片的外周部或内周部的上表面或下表面为基准面，从该基准面至顶点的高低差和从上述基准面至上述山形波状部的内周侧端部或外周侧端部的高低差都被设定在0.10～0.50mm的范围内。

在更优选的实施方式中，上述山形波状部的凸起部数为[N+0.5]个。

进一步优选的实施方式中，以上述膜片的外周部的上表面或下表面为基准面，从该基准面至顶点的高低差和从上述基准面至上述山形波状部的内周侧端部的高低差被设定得相同。

另一方面，本发明的流体控制阀用膜片的特征在于，在外周部和内周部之间形成山形波状部，该山形波状部俯视呈同心圆环状，在其截面上看具有[N个+(0.25～0.75)个](N为正整数(1、2、3......))上凸或下凸的凸起部。

本发明所涉及的膜片式流体控制阀，由于在膜片的外周部和内周部之间的山形波状部形成[N个+小数部分(0.25～0.75)个]凸起部，而以往为N个(无小数部分)凸起部，所以即使在膜片的上表面侧压力与下表面侧压力之压差小的区域，也能够使提升量相对于压差的变化较大地变化，其结果就能够确保所需的流量，同时能够进行稳定的流量控制。另外，由于能够缩小膜片径而达到与以往相同的提升量，所以能够削减材料费。

附图说明

【图1】是表示本发明所涉及的膜片式流体控制阀之实施例的纵剖面图。

【图2】(A)是图1所示的膜片装置部分的放大图。(B)是现有例的膜片装置部分的放大图。

【图3】(A)是图1所示的膜片的放大图。(B)是现有例的膜片的放大图。

【图4】是用于说明本发明所涉及的膜片(凸起部数N+0.5)和现有的膜片(凸起部数N)之特性的曲线图。

【图5】是用于与现有例进行比较来说明本发明所带来的作用效果的曲线图。

【图6】是表示本发明所涉及的膜片式流体控制阀之其他实施例的纵剖面图。

1、2 膜片式流体控制阀(膨胀阀)

10 阀体

12 膜片下表面侧压力室

20 阀芯-孔组合体

24 孔口(阀口)

25 阀芯

30 膜片装置

33 膜片上表面侧压力室

35 膜片

35b 山形波状部

37 工作棒

41 流入口

42 流出口

具体实施方式

以下，一边参见附图一边说明本发明的膜片式流体控制阀之实施方式。

图1是本发明所涉及的膜片式流体控制阀一实施例的纵剖面图。

图示的膜片式流体控制阀1在冷冻循环中被用作膨胀阀，具有阀体10、安装在该阀体10上部的膜片装置30。

阀体10隔着隔壁11在上部形成弹簧室兼膜片下表面侧压力室12，并且在隔壁11下侧形成流出口41及插着后述的阀芯-孔组合体20的贯通孔13。

另外，在阀体10上设置相对中心轴线O以约60度斜下倾斜的筒状螺纹螺合部15，在该螺纹螺合部15的内周侧螺合拧着调节螺钉16(后述)，并其外周螺合螺母17。

上述膜片装置30具有：膜片35(后面详述)；为夹持该膜片35的外周部而封固并且在其上表面侧划分出密闭空间即膜片上表面侧压力室33(感温室)的膜片保持部件32。

例如将毛细管34的一端***上述压力室33(感温室)，虽然没有图示还在该毛细管34的另一端安装感温筒，通过该感温筒来感知例如蒸发器出口侧的制冷剂温度。需要说明的是，在压力室33、毛细管34及感温筒内以规定的压力封入规定的气体(例如二氧化碳等)。

另外，为了将上述膜片35的动作(位移)传达至阀芯25(后述)，在膜片35的下表面侧通过大直径圆板状部件38而连结工作棒37，该工作棒37自由滑动地嵌插于被设立在阀体10的隔壁11上的筒状导向部19。大直径圆板状部件38与膜片35的下表面内周部(中央部)抵接。需要说明的是，该大直径圆板状部件38的外周部就成为弹簧支架，同时与阀体10的上端面抵接而起到限制膜片35向下方(开阀方向)过度位移的制动器的作用。

在上述筒状导向部19的外周弹簧支架部件39自由滑动地外插，并在该弹簧支架部件39和上述大直径圆板状部件38之间压缩安装使上述膜片35向上方加载的压缩螺旋弹簧40。

上述弹簧支架部件39的外周部形成与上述调节螺钉16的前端面16a抵接的倾斜面39a，通过改变调节螺钉16相对于螺纹螺合部15的旋入量来调节压缩螺旋弹簧40的设置载荷。

另一方面，上述阀芯-孔组合体20对于体积不同的多种膨胀阀可以共用，具有***到上述贯通孔13的筒体21，在该筒体21上端部固定着形成了孔口24的阀座部件23，并且在该阀座部材23的下侧固定阀芯导向部件26，该阀芯导向部件26形成有阀芯导向孔及作为流路的多个开口，具有开闭上述孔口24的圆锥面部的阀芯25自由滑动地嵌插于该阀芯导向部件26。

在筒体21中阀芯25的下侧固定着中央具有流路的下侧弹簧支架部件28，在该下侧弹簧支架部件28和阀芯25的下部圆锥面部之间压缩安装闭阀弹簧27，该闭阀弹簧27由使阀芯25始终向关闭方向进行加载的压缩螺旋弹簧构成。

另外，在筒体21的下部固定着形成有滤网(strainer)43及流入口41的紧固件44。

需要说明的是，在具备该控制阀(膨胀阀)1的冷冻循环中，来自冷凝器的制冷剂从流入口41进入后通过滤网43，并通过阀芯25和孔口24之间(被压缩)，然后从流出口42流向蒸发器，在阀芯25和孔口24经过压缩的制冷剂的压力作用于弹簧室兼膜片下表面侧压力室12。

基于这种结构，膜片35根据膜片上表面侧压力(上述压力室33(感温室)的压力)与作用于膜片35的下表面的膜片下表面侧压力(膜片下表面侧压力室12的压力)之压差而上下位移(挠曲)，该位移通过工作棒37传递给阀芯25，阀芯25在孔口开闭方向(上下方向)上移动以调节阀开度(＝提升量＝阀口的有效开口面积)，由此来控制从流入口41流向流出口42的制冷剂的流量。

并且，在本实施例中，除了上述结构以外，如参见图2(A)、图3(A)可知那样，上述膜片35还在通过上述膜片保持部件32所固定的外周部35a和上述大直径圆板状部38抵接的内周部35c之间形成山形波状部35b，该山形波状部35b俯视呈同心圆环状，在其截面上看具有1个半(1.5个)向下凸的凸起部。

更详细而言，上述膜片35是使用板厚0.10mm的不锈钢薄钢板(ASL350等)制作成圆板状，其外径φa(Pa-Pa)为38.9mm，上述山形波状部35b的外径φb(Pb-Pb)及内径(内周部35c的外径)φe(Pc-Pc)分别是28.5mm、16.0mm，1个凸起部分的凸起顶点Pc的直径φc为24.4mm，1个凸起部的端点Pd的直径φd为19.8mm，山形波状部35b的顶点及底部的半径R为4.0mm，以及将上述膜片35的外周部35a的下表面作为基准面S，从该基准面S至顶点(Pc)的高低差H和从上述基准面S至上述山形波状部35b的内周侧端部(Pe)的高低差均为0.30mm。

相对于此，以往的膜片35其一例如图2(B)、图3(B)所示，在山形波状部35b仅形成1个(无小数部分)凸起部，从上述基准面S至顶点(Pc)的高低差H与图3(A)所示的本发明产品同为0.30mm，但是从上述基准面S至上述山形波状部35b的内周侧端部(Pe)的高低差为0mm(无)。

此处为了验证本发明带来的作用效果，准备如下面的(a)～(h)所示山形波状部35b的凸起部数不同的膜片作为本发明产品及现有产品，并测量对应于膜片下表面侧压力的提升量(图4)，和对应于膜片上表面侧压力与膜片下表面侧压力之压差的提升量(图5)。

(a)凸起部数1.5(上述实施例)、(b)凸起部数2.5、(c)凸起部数3.5、(d)凸起部数2.25、(e)凸起部数2.75、(f)凸起部数1.0(上述现有例)、(g)凸起部数2.0、(h)凸起部数3.0

上述(a)～(h)的各膜片其板厚、材质、外径φa、山形波状部35b的外径φb及内径φe、从基准面S至顶点的高低差H等被设定得相同(山形波状部35b的顶点及底部的半径R不同)，并基于相同的环境、条件来测量提升量。

图4表示对应于膜片下表面侧压力(kPaG：以大气压为基准)的提升量，虚线表示N为正整数(1、2、3)、凸起部数为[N+0.5]的膜片(本发明产品)的提升量，实线表示凸起部数为[N(无小数部分)]的膜片(现有产品)的提升量。

图5表示关于上述(a)～(h)的各膜片，对应于膜片上表面侧压力与膜片下表面侧压力之压差(kPa)的提升量。

由图4、图5可知，凸起部数为[N+0.5]的膜片(本发明产品)与凸起部数为[N(无小数部分)]的膜片(现有产品)相比，在压差(膜片下表面侧压力)的大致全部区域，提升量变大，特别是在压差小的区域(超低温区)，相对于压差的变化，提升量的变化与现有产品相比相当大。

因此，即使在膜片35的上表面侧压力与下表面侧压力之压差小的区域，也能够使提升量相对于压差的变化较大地变化，其结果就能够确保所需的流量，同时能够进行稳定的流量控制。另外，由于能够缩小膜片径而达到与以往相同的提升量，所以能够削减材料费。

另外，不仅在凸起部数为[N+0.5]，而且即使在(d)的凸起部数2.25及(e)的凸起部数2.75的情况下，与现有产品相比在大致全部区域提升量变大，特别是在压差小的区域(超低温区)，相对于压差的变化，提升量的变化在某种程度较大，所以即便凸起部数为[N+(0.25～0.75)]，虽然与凸起部数为[N+0.5]相比提升量低但也能够获得与其相应的效果。

图6表示本发明所涉及的膜片式流体控制阀之其他实施例。本实施例表示将本发明应用于箱形控制阀(膨胀阀)的情形，在对应于上述实施例的各部的部分及同一功能部分上附加相同的标记。在本实施例中也是使用上述凸起部数1.5的膜片作为膜片装置30的膜片35。膜片装置30的压力室33用盖子39密封。另外，在箱形阀体10’的上部形成流路53，该流路53由来自蒸发器的制冷剂的流入口以及朝向压缩机吸入侧的流出口构成，流过此处的制冷剂被导入膜片下表面侧压力室12。

在这种结构的箱形膨胀阀2中也是在膜片35的山形波状部35b设置1个半凸起部，所以就获得与上述实施例基本相同的作用效果。

Claims

1.一种膜片式流体控制阀，所述膜片式流体控制阀具有驱动阀芯的膜片，

其特征在于，所述膜片在其外周部和内周部之间形成山形波状部，所述山形波状部俯视呈同心圆环状，在其截面上看具有[N个+(0.25～0.75)个]上凸或下凸的凸起部，其中N为正整数(1、2、3......)。

2.一种膜片式流体控制阀，所述膜片式流体控制阀具有：用于调节流体的流量或压力的阀芯；设置流入口及流出口并且在它们之间设置通过所述阀芯而进行开闭的阀口的阀体；将所述阀芯向所述阀口开闭方向进行驱动的膜片装置，

其特征在于，所述膜片装置具有：膜片；封固所述膜片的外周部并且在其上表面侧划分出压力室的膜片保持部件，

所述膜片在其外周部和内周部之间形成山形波状部，所述山形波状部俯视呈同心圆环状，在其截面上看具有[N个+(0.25～0.75)个]上凸或下凸的凸起部，其中N为正整数(1、2、3......)。

3.根据权利要求1或2所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，所述膜片式流体控制阀构成为作为被用于冷冻循环的膨胀阀而发挥功能。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，在所述膜片的山形波状部形成2个以上所述凸起部，这些凸起部的高度实质上相同。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，以所述膜片的外周部或内周部的上表面或下表面为基准面，若将所述基准面和顶点的高低差设为1，则所述基准面和所述山形波状部的内周侧端部或外周侧端部的高低差为0.25～1。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，作为所述膜片使用板厚为0.05～0.15mm的不锈钢薄钢板。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，所述膜片的山形波状部的外径为18～35mm，内径为10～22mm。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，以所述膜片的外周部或内周部的上表面或下表面为基准面，从所述基准面至顶点的高低差和从所述基准面至所述山形波状部的内周侧端部或外周侧端部的高低差均被设定在0.10～0.50mm的范围内。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，所述山形波状部的凸起部数为[N+0.5]个。

10.根据权利要求1～8中任一项所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，以所述膜片的外周部的上表面或下表面为基准面，从所述基准面至顶点的高低差和从所述基准面至所述山形波状部的内周侧端部的高低差被设定得相同。

11.一种流体控制阀用膜片，其特征在于，在外周部和内周部之间形成山形波状部，所述山形波状部俯视呈同心圆环状，在其截面上看具有[N个+(0.25～0.75)个]上凸或下凸的凸起部，其中，N为正整数(1、2、3......)。