膨胀阀装置的制作方法

相关申请的相互参照

本申请基于2015年3月11日申请的日本专利申请2015－048775号，并将其公开内容作为参照编入本申请。

本发明涉及一种电动的膨胀阀装置，设于制冷循环，能够对循环于制冷循环的制冷剂进行减压膨胀。

背景技术：

作为算出在制冷循环流动的制冷剂的流量gr(kg/s)的方法，使用数学式f1。

gr＝c×a×(δp/ρ)＾0.5…(f1)

在此，c是流量系数(无量纲)，a是阀的开口面积(m²)，δp是膨胀阀的上游侧与下游侧的差压(pa)，ρ是入口制冷剂密度(kg/m³)。

作为活用该数学式f1的制冷剂流量测定装置，在专利文献1中公开了一种制冷剂流量测定装置，在膨胀阀的上游搭载压力传感器和温度传感器，在膨胀阀的下游搭载压力传感器或温度传感器。并且，利用各传感器的检测值算出膨胀阀的上游侧与下游侧的差压和制冷剂密度。此外，利用促动器的阀开度且基于数学式f1来检测流量。另外，通过在冷凝器的出口配管搭载压力传感器和温度传感器，从而也同时实现过热度控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平5－65779号公报

然而，根据本发明的发明人的研究，在专利文献1所记载的制冷剂流量测定装置中，通过在膨胀阀的上游侧和下游侧的配管搭载温度传感器或压力传感器，从而推定或直接检测压力。但是，存在因外气温度的影响而导致过热度运算及流量检测精度变差的担忧。

另外，存在如下担忧，由于将压力传感器或温度传感器安装于多个配管部位，导致搭载性变差，并且安装零件件数增加。

此外，存在如下担忧：在有噪音时在膨胀阀的上游侧和下游侧中的一侧的压力传感器产生误差，流量检测精度变差。

技术实现要素：

因此，本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种能够高精度地测定流量且能够小型化的膨胀阀装置。

本发明的膨胀阀装置设于制冷循环，且能够对循环于制冷循环的制冷剂进行减压膨胀。膨胀阀装置包含壳体、阀芯、驱动部、第一检测部、第二检测部、第三检测部以及控制部。壳体在内部形成有从蒸发器向压缩机流动的制冷剂所流通的第一制冷剂通路、和从冷凝器向蒸发器流动的制冷剂所流通的第二制冷剂通路。阀芯设于壳体内，对第二制冷剂通路的开度进行变更。驱动部使阀芯变位。第一检测部检测在第一制冷剂通路流动的制冷剂的温度。第二检测部检测在第二制冷剂通路中的阀芯的上游侧流动的制冷剂的温度及压力。第三检测部检测在第二制冷剂通路中的阀芯的下游侧流动的制冷剂的温度或压力。控制部利用分别由第一检测部、第二检测部、第三检测部检测出的值，来控制驱动部以调节阀芯的开度。控制部进行如下动作：(i)利用由第二检测部及第三检测部检测出的值，来运算在第二制冷剂通路流动的制冷剂的流量；(ii)利用由第一检测部检测出的值，来运算在第一制冷剂通路流动的制冷剂的过热度；(iii)控制阀芯的开度，以使过热度处于规定范围。

根据本发明，在膨胀阀装置的壳体设有各检测部。与在连接于膨胀阀装置的配管设置各检测部的现有技术相比，能够提高搭载性。此外，在膨胀阀装置设置检测部，因此相比于将检测部设于配管的结构，能够减小由外气温产生的影响。因此，能够高精度地测定制冷剂的流量。

另外，控制部利用由各检测部检测出的值，来运算在第二制冷剂通路流动的制冷剂的流量和在第一制冷剂通路流动的制冷剂的过热度的双方。因此，能够将用于控制制冷循环的运算汇集于膨胀阀装置。

附图说明

一边参照添加的附图一边通过下述的详细的记述使本发明的上述目的以及其他目的、特征和优点变得更加明确。

图1是表示第一实施方式的制冷循环的图。

图2是表示制冷剂的流量的运算处理的流程图。

图3是表示第二实施方式的制冷循环的图。

图4是表示制冷剂的焓与压力的关系的p–h线图。

具体实施方式

以下，对于多个方式，一边参照附图一边对用于实施本发明的方式进行说明。在各实施方式中，存在对与在先前的方式已说明的事项对应的部分标注相同的参照符号，或者对现有的参照符号增加一个字符，而省略重复的说明的情况。另外，在各实施方式中，在对结构的一部分进行说明的情况下，结构的其他部分与先前说明的实施方式相同。不仅是在各实施方式中具体地说明的部分组合，只要不特别地对组合产生阻碍，就能够使实施方式彼此部分地组合。

(第一实施方式)

用图1及图2对第一实施方式进行说明。膨胀阀装置10是起到被用于汽车等的空调装置的制冷循环11的减压装置的功能的电动式的膨胀阀装置10。制冷循环11构成为包含压缩机12、冷凝器13、膨胀阀装置10以及蒸发器14，制冷剂在制冷循环11内循环。另外，在制冷循环11设有控制压缩机12及膨胀阀装置10的控制装置(ecu)15。

压缩机12通过内置的驱动电动机(未图示)旋转驱动。压缩机12是将从蒸发器14吸入的制冷剂压缩至例如临界压力以上的高温、高压且排出的电动式的制冷剂压缩机。冷凝器13通过与从压缩机12流入的制冷剂气体的热交换而散热至通过的空气。

膨胀阀装置10是能够根据阀开度对从冷凝器13流出的制冷剂进行减压膨胀的减压装置，使用通过ecu15来电控制阀开度的电动式膨胀阀(evh)。

蒸发器14使由膨胀阀装置10减压后的制冷剂通过与空气进行热交换而蒸发气化，且将制冷剂气体供给至压缩机12。

ecu15构成为包含进行控制处理和运算处理的cpu、保存各种程序和数据的rom、ram等存储器以及i/o端口等功能，ecu15自身内置持有周知的构造的微型电子计算机。并且，在电力供给时，ecu15基于来自所连接的装置的操作信号、来自各种传感器的传感器信号以及已储存于存储器内的控制程序，来电控制空调装置的各促动器。

接着，对膨胀阀装置10进行说明。如图1所示，膨胀阀装置10具有棱柱状的壳体20。壳体20是金属制、例如铝制。在壳体20的内部形成有：供从蒸发器14向压缩机12流动的制冷剂流通的第一制冷剂通路21；以及供从冷凝器13向蒸发器14流动的制冷剂流通的第二制冷剂通路22。具体而言，在壳体20形成有夹在从蒸发器14的出口朝向压缩机12的入口的部分且供低压的气相制冷剂(低压制冷剂)通过的第一制冷剂通路21。另外，在壳体20形成有夹在从冷凝器13的出口朝向蒸发器14的制冷剂入口的部分且供液相制冷剂通过的第二制冷剂通路22。第一制冷剂通路21和第二制冷剂通路22以在图1的上下方向彼此分离且沿着图1的左右方向延伸的方式形成。

在第二制冷剂通路22形成有用于使从冷凝器13供给的液体制冷剂绝热膨胀的节流孔部23。节流孔部23是在第二制冷剂通路22中截面面积小的窄的通路，以沿着阀部件26的轴向的方式设置。在节流孔部23的入口形成有阀座25，通过阀部件26支承的阀芯24落座或离座于阀座25。由此，阀芯24变更第二制冷剂通路22的开度。具体而言，通过调节阀芯24与阀座25的距离，来调节在节流孔部23流通的制冷剂的量。

阀芯24和阀部件26通过焊接等固定为一体。阀部件26是长条状的部件，上方的端部与驱动部27连结，在下方的端部设有阀芯24。

第二制冷剂通路22是从冷凝器13的液体制冷剂导入的第二制冷剂流入口22a至第二制冷剂流出口22b的通路，在其中途设有与第二制冷剂流入口22a连通的阀室28。阀室28是与节流孔部23的中心线同轴地形成的室。

此外，在壳体20形成有沿上下方向延伸的孔部29，该孔部29与节流孔部23的中心轴线同轴且在其延长线上与第一制冷剂通路21连通。阀部件26以贯通的方式配置于孔部29。

在壳体20的上端设有驱动部27。驱动部27通过电力驱动使阀芯24变位。驱动部27通过ecu15控制。驱动部27具备步进电动机等电动机(未图示)和使电动机的转矩沿上下方向滑动变位的转换部(未图示)。转换部具有在外周面形成有外螺纹部的圆筒形状的外螺纹部件。电动机的转子的主体部形成有内螺纹部。该内螺纹部和外螺纹部螺合，在转子旋转时，转子沿轴线方向(图1的上下方向)变位。在转子旋转且沿轴线方向变位时，与转子的主体部卡定的阀部件26也一起变位，而能够变更阀芯24与阀座25之间的开度。

接着，对设于第一制冷剂通路21及第二制冷剂通路22的传感器进行说明。在本实施方式中，作为第一检测部，第一温度传感器31a及第一压力传感器31b设于第一制冷剂通路21内。第一温度传感器31a对在第一制冷剂通路21流动的制冷剂的温度进行检测。第一压力传感器31b对在第一制冷剂通路21流动的制冷剂的压力进行检测。

作为对在第二制冷剂通路22中的阀芯24的上游侧流动的制冷剂的温度及压力进行检测的第二检测部，设有第二温度传感器32a及第二压力传感器32b。第二制冷剂通路22中的阀芯24的上游侧是阀芯24的制冷剂的流动方向的上游侧，是冷凝器13侧。设有对在第二制冷剂通路22中的阀芯24的下游侧流动的制冷剂的压力进行检测的第三压力传感器33b。第二制冷剂通路22中的阀芯24的下游侧是阀芯24的制冷剂的流动方向的下游侧，是蒸发器14侧。

设于第一制冷剂通路21及第二制冷剂通路22的这些传感器将检测出的信息输出至ecu15。ecu15是控制部，利用由第二压力传感器32b、第二温度传感器32a以及第三压力传感器33b检测出的值，来运算在第二制冷剂通路22流动的制冷剂的流量gr(kg/s)。具体而言，用以下的数学式f2来运算流量gr(kg/s)。

gr＝c×a×(δp1/ρ)＾0.5…(f2)

如上所述，c是流量系数(无量纲)，a是阀芯24的开口面积(m²)，δp1是阀芯24的上游侧与下游侧(前后)的差压(pa)，ρ是制冷剂密度(kg/m³)。流量系数c是已知的值。另外，开口面积a是通过膨胀阀装置10的阀开度来决定的已知的值。差压δp1能够根据第二压力传感器32b及第三压力传感器33b的差来算出。制冷剂密度ρ能够根据由第二压力传感器32b及第二温度传感器32a检测出的制冷剂的压力和温度来求出。因此，如上所述，能够通过采用数学式f2来运算制冷剂的流量gr。

另外，ecu15利用由第一温度传感器31a及第一压力传感器31b检测出的值，来运算在第一制冷剂通路21流动的制冷剂的过热度。过热度是由数字表示在特定的压力下制冷剂蒸气高出饱和温度的度数。因此，为了运算过热度，首先，由第一压力传感器31b测定压力，由压力温度表将饱和压力转换成温度。接着，通过第一温度传感器31a检测与第一压力传感器31b相同部位的温度，且求出该温度与转换后的温度的差。该差成为过热度。

能够通过过热度，来判断向蒸发器14流入的制冷剂量是否恰当。例如，存在如下担忧：在过热度非常高的状态下，不供给充足的制冷剂，不进行高效的冷却，能量转换效率变差。相反，存在如下担忧：在过热度异常低的状态下，供给过剩的制冷剂，产生液体逆流的可能性，引起压缩机12的损伤。由此，ecu15控制阀芯24的开度，以使过热度处于规定范围。由此，制冷剂压力被减压成制冷剂的蒸发状态成为适度的过热度。

接着，用图2对关于过冷却度的处理进行说明。为了监视过冷却度，图2所示的处理通过ecu15在短时间被重复地执行。在s1中，运算过冷却度sc。具体而言，ecu15利用由第二温度传感器32a及第二压力传感器32b检测出的值，来运算在第二制冷剂通路22中的阀芯24的上游侧流动的制冷剂的过冷却度。过冷却度sc是制冷剂的饱和温度(沸点)与液体制冷剂的温度的差。在运算出过冷却度sc之后，流程向s2前进。

在s2中，对运算出的过冷却度sc和判定值进行比较，在过冷却度sc比判定值大的情况下，流程向s3前进。在过冷却度sc不比判定值大的情况下，例如，过冷却度sc在判定值以下的情况下，结束流程。判定值是判定制冷剂是否为液体状态的值。在过冷却度sc比判定值大的情况下，判定为制冷剂是液体状态。即，在s3中，运算液体状态的制冷剂的流量gr。在s3中运算流量gr之后，结束流程。

由此，在过冷却度sc处于规定范围外的情况下，换言之，在过冷却度sc为判定值以下的情况下，不运算流量gr。这是因为在流量测定中，在过冷却度(过冷)小的情况下，制冷剂成为气液二相状态，不能算出制冷剂密度。由此，如图2所示，监视过冷却度，仅检测液体状态的制冷剂的流量。在本实施方式中，在s2中判定为过冷却度sc比规定值大的情况下(s2：是)，在s3中运算流量gr之后结束流程，在s2中判断为过冷却度sc为规定值以下的情况下(s3：否)，跳过s3的处理结束流程。然而，也可以设置如下处理：在s2中判定为否的情况下，也运算流量gr，将运算出的流量gr判定为错误值(不正确的值)。

如以上说明，在本实施方式的膨胀阀装置10中，在壳体20设有多个传感器31a、31b、32a、32b、33b(以下，将这些多个传感器总称为传感器30)。因此，不是如现有技术那样地在连接于膨胀阀装置10的配管设置传感器30，而是在膨胀阀装置10自身设有各传感器30，因此能够提高搭载性。此外，在膨胀阀装置10设置传感器30，因此相比于传感器30设置于配管的结构能够减小因外气温产生的影响。因此，能够高精度地测定制冷剂的流量。换言之，由于在膨胀阀装置10的内部搭载有传感器30，所以能够不受外气温影响，降低因干扰产生的误差，精度提高。

另外，从作业困难性、检测精度以及安装性来看难以在配管安装传感器30。但是，通过预先将各种传感器30与膨胀阀装置10一体，所谓的机电一体，在现场作业中不需要将传感器30搭载于配管，因此能够提高搭载性。另外，在将传感器30安装于配管的情况下，因安装位置的不同而产生检测精度的偏差。相对于此，通过将传感器30搭载于膨胀阀装置10的固定位置而能够抑制因安装位置产生的检测精度的偏差，也能够提高检测精度。另外，在安装构造不存在特別的限制，因此能够提高搭载性能。

另外，在将传感器30安装于配管的情况下，需要用来发送所检测出的值的配线。具有难以处理该配线的情况。但是，在本实施方式中，配线也能够一体地设于膨胀阀装置10。另外，通过将制冷循环11的控制所需要的传感器30设于膨胀阀装置10，从而能够汇集制冷循环11的控制所需要的传感器30的配线。由此，能够使制冷循环11的结构简单化，且能够降低制造成本。

另外，ecu15利用由各传感器30检测出的值，来运算在第二制冷剂流路22流动的制冷剂的流量gr和在第一制冷剂通路21流动的制冷剂的过热度。因此，能够将用于控制制冷循环11的运算汇集于膨胀阀装置10。换言之，通过在膨胀阀装置10的内部汇集配置流量检测和过热度控制用的传感器30，从而能够实现因安装零件消减而产生的低成本及小型化。

另外，在本实施方式中，在第二制冷剂通路22设有第二压力传感器32b，因此ecu15能够进行压缩机12的压力控制。此外，如上所述，ecu15也实施过热度控制。因此，ecu15实施压缩机12的压力控制和过热度控制的双方，因此ecu15能够总括地控制制冷循环11的整体。由此，能够提高制冷循环11的效率。

另外，在本实施方式中，在第二制冷剂通路22中，通过第二压力传感器32b及第三压力传感器33b来检测阀芯24的上游侧及下游侧的制冷剂的压力。由此，第二压力传感器32b和第三压力传感器33b配置于第二制冷剂通路22这样的相同的噪音环境。因此，在求得压力差的差分处理中，能够消除第二压力传感器32b和第三压力传感器33b的检测噪音。其结果，差压的检测精度提高，因此能够提高流量检测精度。

此外，在本实施方式中，运算在第二制冷剂通路22中的阀芯24的上游侧流动的制冷剂的过冷却度sc，在过冷却度sc处于规定范围外的情况下，不运算流量gr，或者运算流量gr并将运算出的流量gr判定为错误值(不正确的值)。由此，通过过冷却度sc来判定制冷剂是否为液体状态，实施制冷剂检测判定，从而能够避免流量错误检测。

(第二实施方式)

用图3及图4对第二实施方式进行说明。在本实施方式中，与第一实施方式相比不同点在于，不具备第一压力传感器31b，代替第三压力传感器33b而具备第三温度传感器33a。即，在第一制冷剂通路21仅设有第一温度传感器31a。另外，代替第三压力传感器33b，设有对在第二制冷剂通路22中的阀芯24的下游侧流动的制冷剂的温度进行检测的第三温度传感器33a。

ecu15利用第三温度传感器33a检测出的值，并根据气液二相状态的制冷剂饱和温度来运算第二制冷剂通路22中的阀芯24的下游侧的压力。因此，即使未搭载第三压力传感器33b，若搭载有第三温度传感器33a，则也能够获得压力。因此，在本实施方式中，作为第三检测部采用第三温度传感器33a，但是也可以用第三压力传感器33b代替第三温度传感器33a。

另外，在本实施方式中，不具备第一压力传感器31b，因此为了进行过热度的控制，需要算出第一制冷剂通路21的制冷剂压力。由此，用图4对运算第一制冷剂通路21的制冷剂压力来实施过热度的控制的方法进行说明。

首先，第二制冷剂通路22中的阀芯24的上游侧和下游侧的压力值通过第二压力传感器32b及第三温度传感器33a已知。具体而言，第二压力传感器32b检测第二制冷剂通路22中的阀芯24的上游侧的压力值，基于由第三温度传感器33a检测出的值来运算第二制冷剂通路22中的阀芯24的下游侧的压力值。在图4所示的(a)中，算出第二制冷剂通路22的中阀芯24的上游侧(入口)的压力值与下游侧(出口)的压力值的差，即算出差压δp1。

接着，如图4所示的(b)，利用由配置于第二制冷剂通路22中的阀芯24的上游侧的大致同一位置的第二压力传感器32b及第二温度传感器32a检测出的值，来算出制冷剂密度ρ。

接着，在图4所示的(c)中，用在(a)中算出的差压δp1、在(b)中算出的制冷剂密度ρ以及开口面积a，由数学式f3算出制冷剂的流量gr。

gr＝c×a×(2×δp1/ρ)＾0.5…(f3)

接着，在图4所示的(d)中，用在(c)中算出的流量gr与蒸发器14中的压力损失δp2的相关关系即数学式f4，来算出蒸发器14的压力损失δp2。换言之，若知道流量gr，则能够用数学式f4算出蒸发器14中的压力损失δp2。

δp2＝f(gr)…(f4)

接着，在图4所示的(e)中，通过从第二制冷剂通路22中的阀芯24的下游的第二制冷剂流出口22b的压力pin减去在(d)中求出的压力损失δp2，从而能够算出蒸发器14的出口的压力pout。

pout＝pin－δp2…(f5)

由数学式f5算出的蒸发器14的出口的压力pout是第一制冷剂通路21的压力。因此，即使不用第一压力传感器31b也能够算出第一制冷剂通路21的压力。

能够基于如上所述地求出的蒸发器14的出口的压力pout来实施过热度控制。具体而言，如图4所示的(f)，由压力温度表将在(e)中求出的第一制冷剂通路21的压力pout转换为温度t。并且，利用由第一温度传感器31a检测出的第一制冷剂通路21的温度tout和数学式f6来算出过热度sh。换言之，第一制冷剂通路21的温度tout为蒸发器14的出口的温度。

sh＝tout－t…(f6)

由此，在本实施方式中，在第一制冷剂通路21未设置过热度控制用的第一压力传感器31b，但是能够根据其他的检测值及相关关系算出第一制冷剂通路21的制冷剂压力。由此，相比于第一实施方式能够进一步消减零件件数，能够降低制造成本。换言之，能够通过第一压力传感器31b的废除实现成本降低及小型化，且能够使过热度控制成立，并且能够实现高精度的流量检测。

(其他实施方式)

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是本发明丝毫不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够实施各种变形。

上述实施方式的构造不过是示例，本发明的范围不限定于这些记载的范围。本发明的范围包含与本发明的记载等同的意思及范围内的全部变更。

在所述的第一实施方式中，制冷循环11应用于车辆用的空调装置，但是不限定于车辆用。例如也可以家庭用，也可以工厂及店铺等商业用。

在所述的第一实施方式中，ecu15与膨胀阀装置10分体，但是用于控制膨胀阀装置10的ecu15和膨胀阀装置10也可以一体。在ecu15和膨胀阀装置10一体的情况下，需要控制空调装置的整体的上位的ecu15。