CN110748698B - 温度感应型控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度感应型控制阀，在对需要冷却的热源进行冷却的冷却装置的制冷剂供给用的配管上设置的温度感应型控制阀(100)，其减少周围的环境温度的影响。热电偶(20)的活塞(23)设为能相对于导向部(22a)的端部突出或没入。具备利用阀芯(3)开闭供制冷剂流经的阀口(13)的阀装置主体(10)。包含阀芯(3)的构造部由膜片(43)封闭密封。由上壳体(42)的圆筒部(42a)收纳热电偶(20)的导向壳体(22)、活塞(23)及感温部侧基部(21b)。热电偶(20)的感温部(21a)从圆筒部(42a)露出。感温部(21a)由导热率高的铜材制成，上壳体42(圆筒部(42a))由导热率低的不锈钢制成。

Description

温度感应型控制阀

技术领域

本发明涉及向冷却热源的冷却装置等供给制冷剂的温度感应型控制阀。

背景技术

现今，例如在信息处理领域内，利用循环制冷剂对服务器等大量发热的系统进行冷却。例如在日本特开2009-224406号公报(专利文献1)中公开一种相对于刀片服务器的机架配置冷却装置来对机架内进行冷却的废热利用系统。并且，在日本特开2017-67164号公报(专利文献2)中公开适于感知热源的温度的热电偶以及活塞组装体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-224406号公报

专利文献2：日本特开2017-67164号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1的技术中，利用冷却水(制冷剂)进行冷却，但在服务器等设备中，根据动作状态而产生的热量较大地变化。因此，在热源达到了设定温度的情况下，要求立即较大地打开阀口，立即流入冷却所需的制冷剂量，来迅速地冷却热源。相对于此，考虑利用热电偶来感知热源的温度，将该热电偶的工作力施加给阀装置主体的操作部来开闭阀装置主体的阀。但是，在该情况下，需要考虑对于热电偶的环境气温度、制冷剂的温度等外部干扰的影响。

本发明的课题在于提供一种温度感应型控制阀，其设于对需要冷却的热源进行冷却的冷却装置的制冷剂供给用的配管，利用热电偶感知热源的温度变化来供给制冷剂，其中，上述温度感应型控制阀通过减少周围的环境温度、制冷剂的温度的影响，能够正确地获取温度感知对象的温度变化使之在所设定的温度开阀，并且能够迅速地追随温度感知对象的温度变化。

用于解决课题的方案

方案1的温度感应型控制阀具备：热电偶，其具有填充有根据温度变化而膨胀收缩的热膨胀体的感温部、和根据上述热膨胀体的体积变化而沿轴线方向移动的工作轴；以及阀装置主体，其利用从上述工作轴传递的上述轴线方向的按压力使阀芯移动，并利用该阀芯对供制冷剂流经的阀口进行开闭，上述温度感应型控制阀的特征在于，具备使上述热电偶的上述感温部露出并且覆盖包含上述工作轴的该热电偶的一部分的罩壳体，上述感温部由导热率高的部件构成，并且上述罩壳体由导热率比上述感温部低的部件构成。

方案2的温度感应型控制阀根据方案1所述的温度感应型控制阀，其特征在于，在上述阀装置主体形成有操作部，该操作部利用密封部件对包含上述阀芯的构造部进行封闭密封，并且将上述轴线方向的机械式按压力经由上述密封部件传递至上述阀芯，上述密封部件由导热率比上述感温部低的部件构成。

方案3的温度感应型控制阀根据方案2所述的温度感应型控制阀，其特征在于，上述操作部具备配置于上述密封部件的上述工作轴侧的工作轴侧挡块，上述工作轴侧挡块由导热率比上述感温部低的部件构成。

方案4的温度感应型控制阀根据方案1至3任一项中所述的温度感应型控制阀，其特征在于，上述感温部由铜材制成，并且导热率比上述感温部的导热率低的部件是由不锈钢、铁、铝、黄铜或者树脂中任一材料制成的部件。“铜材”例如是含有99重量％以上的铜的铜。

方案5的温度感应型控制阀根据方案1至3任一项中所述的温度感应型控制阀，其特征在于，上述感温部由铝制成，并且导热率比上述感温部低的部件是由不锈钢、铁、黄铜或者树脂中任一材料制成的部件。

发明的效果如下。

根据方案1至5的温度感应型控制阀，利用导热率比感温部的导热率低的罩壳体，能够减少周围的环境温度对热电偶的影响，并且利用热电偶的导热率高的感温部，能够迅速地追随温度感知对象的温度变化。

根据方案2的温度感应型控制阀，利用导热率低的密封部件，还能够减少阀装置主体侧的制冷剂的温度对热电偶的影响。

根据方案3的温度感应型控制阀，利用导热率低的工作轴侧挡块，还能够减少阀装置主体侧的制冷剂的温度对热电偶的影响。

附图说明

图1是本发明的实施方式的温度感应型控制阀的纵剖视图。

图2是实施方式的温度感应型控制阀的俯视图。

图3是实施方式的温度感应型控制阀中的热电偶的纵剖视图。

图4是示出实施方式的温度感应型控制阀中的热电偶的温度-位移特性的图。

图中：

1—阀壳，1A—阀室，11—第一端口，12—第二端口，13—阀口，14—导向孔，L—轴线，21—感温壳体，21a—感温部，21b—感温部侧基部，22—导向壳体，22a—导向部，22b—导向侧基部，23—活塞(工作轴)，24—膜片，25—橡胶活塞，26—保护板，2A—热膨胀体，2B—流动体，3—阀芯，3a—阀杆，3b—针状部，3c—凸边部，31—弹簧座，32—螺旋弹簧，4—操作部，41—下盖，42—上壳体，42a—圆筒部，42a1—台阶部，43—膜片(密封部件)，44—下挡块(阀芯侧挡块)，45—上挡块(工作轴侧挡块)，46—固定弹簧，47—螺旋弹簧，45a—游隙孔，45b—导向插通孔，45c—弹簧收纳孔，10—阀装置主体，20—热电偶，100—温度感应型控制阀。

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的温度感应型控制阀的实施方式进行说明。图1是实施方式的温度感应型控制阀的纵剖视图，图2是该温度感应型控制阀的俯视图，图3是该温度感应型控制阀中的热电偶的纵剖视图。此外，以下的说明中的“上下”的概念与图1及图3的附图中的上下对应。并且，在以下的说明中，适当地将实施方式的温度感应型控制阀称作“控制阀”。

实施方式的控制阀100在大气中使用，由阀装置主体10和热电偶20构成。阀装置主体10具有金属制的阀壳1，在阀壳1的中央形成有圆柱状的阀室1A，并在该阀室1A的侧部形成有开口来供制冷剂流入的第一端口11，还形成有供制冷剂流出的第二端口12。并且，在阀壳1且在阀室1A与第二端口12之间形成有以轴线L为中心的阀口13，并且与阀口13同轴地形成有从阀壳1的上部贯通至第二端口12的导向孔14。该导向孔14形成为以阀口13的轴线L为中心轴的圆筒状的形状。此外，制冷剂也有从第二端口12流入之后从第一端口11流出的情况。

在阀室1A、第二端口12以及导向孔14内配设有阀芯3。阀芯3由圆柱棒状的阀杆3a、从阀室1A侧开闭阀口13的大致圆锥形状的针状部3b、以及形成于针状部3b的外周的凸边部3c构成。阀杆3a插通在导向孔14内，并在凸边部3c与阀室1A的底部的弹簧座31之间配设有螺旋弹簧32。由此，螺旋弹簧32向下述的膜片43侧对阀芯3进行施力。

在阀壳1的与阀室1A相反的一侧安装有操作部4。操作部4由以下部件构成：固定于阀壳1的下盖41；与下盖41同径的上壳体42；配置在下盖41与上壳体42之间的作为“密封部件”的膜片43；在下盖41内配置在膜片43与阀芯3的阀杆3a之间的下挡块44；以及在上壳体42内配置在膜片43之上的作为“工作轴侧挡块”的上挡块45。而且，下盖41、膜片43以及上壳体42在外周缘的部分处焊接而一体接合。此外，如图2的俯视图所示，阀壳1呈矩形，而上壳体42(以及下盖41、膜片43)、热电偶20呈绕轴线L旋转对称的形状。膜片43是薄膜金属制的圆环状部件，在外周部形成有与平面上的凸缘面抵接的平面状的抵接面，在中心部形成有与上挡块45及下挡块44抵接的平面状的抵接面，并在该外周部的凸缘面与中心部的抵接面之间形成有波形的圆环状部。而且，抵接面成为经由膜片43对阀芯3施加轴线L方向的机械式按压力的作用面。

对于下挡块44而言，下挡块44的与膜片43抵接的抵接面积比阀杆3a的靠膜片43侧的前端面的面积大。由此，如在下文中说明那样，当因热电偶20的作用而膜片43变形并将按压力传递至阀杆3a时，能够通过下挡块44的较大的面积来使从阀杆3a受到的反作用力相对于膜片43分散，从而能够实现膜片43的耐久性的提高。并且，同样地，对于上挡块45而言，上挡块45的与膜片43抵接的抵接面积比下述的活塞23的靠膜片43侧的前端面的面积大。由此，与活塞23直接抵接于膜片43的情况相比，能够通过上挡块45的较大的面积向膜片43分散地传递按压力，从而能够实现膜片43的耐久性的提高。

由此，操作部4具有以下功能：膜片43和下盖41对由下挡块44以及阀杆3a构成的构造部进行封闭密封，并且经由膜片43及下挡块44向阀芯3(阀杆3a)传递来自膜片43的外部即上壳体42内的上挡块45的轴线L方向的机械式按压力。

热电偶20是利用由温度变化引起的石蜡等的膨胀收缩的热致动器。如图3所示，热电偶20构成为具备感温壳体21、导向壳体22、作为“工作轴”的活塞23、膜片24、橡胶活塞25、以及保护板26。感温壳体21由在端部具有底部的圆筒形状的感温部21a、和覆盖导向壳体22的一部分的感温部侧基部21b构成。导向壳体22由供活塞23、橡胶活塞25以及保护板26在内部插入的圆筒形状的导向部22a、和被感温壳体21的感温部侧基部21b覆盖的导向侧基部22b构成。

在感温壳体21的主要感温部21a内填充有由石蜡等蜡构成的热膨胀体2A，并且热膨胀体2A的下端面由作为弹性密封部件的膜片24密封。在导向壳体22的导向侧基部22b的研钵状内表面22b1与膜片24的下侧之间设有流体室，并在流体室填充有流动体2B。流动体2B是非压缩性且流动性、润滑性良好的非压缩性流动体。在导向壳体22的导向部22a的内侧的活塞滑动孔22a1内，经由橡胶活塞25和保护板26滑动自如地插通有活塞23，并且活塞23的外侧端部从活塞滑动孔22a1突出。

若感温部21a的环境温度上升，则热膨胀体2A膨胀，并且膜片24鼓出，按压封入在膜片24的下方的流体室内的流动体2B。由此，流动体2B变形而其一部分进入导向部22a的活塞滑动孔22a1内，并经由橡胶活塞25和保护板26向下方按压活塞23。

如图1所示，在该实施方式的操作部4的上壳体42中，与该上壳体42一体地形成有圆筒形状的作为“罩壳体”的圆筒部42a。而且，在该圆筒部42a内收纳有热电偶20的导向壳体22(导向部22a)、活塞23以及感温部侧基部21b。即，至少活塞23以及导向部22a由作为“罩壳体”的圆筒部42a覆盖。并且，热电偶20的感温部21a从圆筒部42a的上端突出，并且在热电偶20的感温部侧基部21b的靠感温部21a侧的端部卡合有圆筒部42a的端部的卡定片42a1。即，卡定片42a1在中央具有插通孔42a2，热电偶20的感温部21a插通在该插通孔42a2内，感温部21a从作为“罩壳体”的圆筒部42a露出。

在上挡块45，同轴地形成有游隙孔45a、导向插通孔45b以及弹簧收纳孔45c，热电偶20的活塞23面对游隙孔45a，并且导向部22a插通在导向插通孔45b内。并且，在导向部22a的外周配设有固定弹簧46，该固定弹簧46压缩地配设在圆筒部42a内的感温部侧基部21b与弹簧收纳孔45c的底部之间。即，如上所述，感温部侧基部21b的端部与圆筒部42a的卡定片42a1卡合，从而热电偶20利用上述固定弹簧46的弹力固定于圆筒部42a。并且，热电偶20的感温部21a呈圆柱状地突出，成为容易装配于温度感知对象的构造。而且，该感温部21a装配在金属板50的装配孔50a内，向感温部21a传递来自该金属板50的热量。此外，金属板50紧贴于未图示的热源。

通过以上的结构，从图1的状态起，若热电偶20的感温部21a的温度上升且如上述地活塞23下降，则活塞23抵接于上挡块45(游隙孔45a的底部)。另外，若活塞23下降，则上挡块45下降而膜片43变形，并且下挡块44下降，进而抵接于该下挡块44的阀芯3下降。这样，在该实施方式中，活塞23的按压力经由上挡块45、膜片43以及下挡块44开始施加给阀芯3的瞬间是“开阀点”，从该开阀点起，阀芯3的针状部3b远离阀口13的周围，使阀口13成为打开状态。

图4是示出热电偶20的表示感温部21a的温度与活塞23的位移(升降)的关系的温度-位移特性的图。感温部21a内的热膨胀体2A根据温度而相变成固体状态、固体和液体混合的固液混合状态以及液体状态。由此，温度-位移特性在以固体状态膨胀的“固体膨胀区域”、以固液混合状态膨胀的“固液混合膨胀区域”、以及以液体状态膨胀的“液体膨胀区域”内分别呈现不同的倾斜度。而且，固液混合膨胀区域内的倾斜度、即温度膨胀率最大(最陡峭)。该温度-位移特性作为热电偶20的固有特性而已知，在该情况下，活塞23的升降L1～L3的范围与“固液混合膨胀区域”对应。

此处，在该实施方式中，阀装置主体10的开阀点设定在上述“固液混合膨胀区域”的范围内。在该实施方式中，开阀点设定为图4所示的“开阀升降＝0”以及“热电偶升降＝L2”的状态。这样，在热电偶20中的热膨胀体2A的温度膨胀率较大的“固液混合膨胀区域”的范围内设定有开阀点，从而在热源达到了设定温度的情况下，能够迅速较大地打开阀口13。由此，能够追随热源的温度变化来迅速地向未图示的冷却装置供给制冷剂，结果能够迅速地冷却热源。

此外，在热电偶20中，当感温部21a的温度降低而热膨胀体2A收缩时，有时膜片24不移动而在固化的热膨胀体2A内产生真空的空隙，或者在流动体2B内产生空隙。并且，有时因热膨胀体2A内的收缩，膜片24变形而流动体2B也改变形状。在该情况下，在活塞23突出的状态下，有时成为橡胶活塞25以及保护板26也停留在活塞23侧的状态，或者成为仅橡胶活塞25追随流动体2B而移动的状态，又或者成为橡胶活塞25和保护板26追随流动体2B而移动的状态。在任一情况下，在活塞23突出而停留的状态下，该活塞3都并非对操作部4(或阀芯3)施加按压力，是与本发明中的“开阀点”不同的状态。

此处，热电偶20的感温壳体21由含有99重量％以上的导热率例如为3.71×10²(W/m·℃)的铜的铜材制成。并且，操作部4的下盖41、上壳体42、上挡块45以及膜片43由导热率例如为0.16×10²(W/m·℃)的不锈钢制成(SUS304制成)。

这样，感温部21a由导热率较高的铜材制成，作为“罩壳体”的圆筒部42a由导热率较低的不锈钢制成。即，热电偶20的导向壳体22(导向部22a)、感温部侧基部21b、活塞23、以及操作部4的上挡块45分别由导热率较低的圆筒部42a(罩壳体)覆盖。因此，能够减少周围的环境温度对在大气中使用的该控制阀100的热电偶20的影响。并且，在热电偶20中，利用导热率较高的感温部21a，能够正确地获取温度感知对象的温度使之在所设定的温度开阀，并且能够迅速地追随温度感知对象的温度变化来控制阀开度。

并且，膜片43也由导热率较低的不锈钢制成。即，热电偶20的导向壳体22(导向部22a)、感温部侧基部21b、活塞23、以及操作部4的上挡块45由导热率较低的部件而与下盖41内的制冷剂隔离。因此，能够减少制冷剂温度对热电偶20的影响。另外，上挡块45也由导热率较低的不锈钢制成，并存在于导向壳体22、感温部侧基部21b以及活塞23与膜片43之间，从而能够减少制冷剂温度对热电偶20的影响。

此外，上壳体42(圆筒部42a)例如也可以由导热率例如为1.95×10²(W/m·℃)的铝制成，或者由导热率例如为1.1×10²(W/m·℃)的黄铜制成等。

以上的实施方式是一个例子，感温部21a与上述实施例相同地由“铜材”制成，而上壳体42是导热率比“铜材”的导热率低的不锈钢、铁、铝、黄铜或者树脂中任一材料制成的部件，并且能够组合各部件来实施。并且，感温部21a例如由铝形成，上壳体42是由导热率比铝的导热率低的不锈钢、铁、黄铜或者树脂中任一材料制成的部件，并且能够组合各部件来实施。

在实施方式中是罩壳体与上壳体42形成为一体的例子，但罩壳体也可以是与上壳体相独立的部件。

并且，在实施方式中，通过使热电偶20的感温部侧基部21b的端部与圆筒部42a的卡定片42a1卡合，从而具有将热电偶20固定于10阀装置主体10侧的功能，但通过将该卡定片42a1夹在感温部侧基部21b与金属板50之间，获得以下的效果。由于感温部侧基部21b的部件也具有某种程度的体积(热容量)，所以能够抑制热量从金属板50向该感温部侧基部21b的移动，从而能够确保感温部21a处的响应性。但是，为了固定，也可以取消圆筒部42a中的卡定片42a1，通过螺纹固定等来固定圆筒部42a和感温部侧基部21b。

实施方式中的热电偶具备橡胶活塞、保护板以及流动体，但也可以不具备它们。热电偶是将热膨胀体的体积变化传递至活塞的部件即可。

并且，在实施方式中，对操作部的“密封部件”由膜片43构成的例子进行了说明，但作为该“密封部件”，是对由下挡块以及阀芯等构成的构造部进行封闭密封的部件即可，例如可以是波纹管等。

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。

例如，不限定于阀芯抵接于阀口周围的阀座来完全关闭阀口的结构，也可以是在阀芯与阀座之间存在缝隙、流路并且有微小的泄放流量的情况。即，在本发明中，阀口的“关闭状态”是也包括完全关闭的情况、有泄放流量的情况的概念。

Claims (5)

1.一种温度感应型控制阀，具备：

热电偶，其具有填充有根据温度变化而膨胀收缩的热膨胀体的感温部、和根据上述热膨胀体的体积变化而沿轴线方向移动的工作轴；以及

阀装置主体，其利用从上述工作轴传递的上述轴线方向的按压力使阀芯移动，并利用该阀芯对供制冷剂流经的阀口进行开闭，

上述温度感应型控制阀的特征在于，

具备使上述热电偶的上述感温部露出并且覆盖包含上述工作轴的该热电偶的一部分的罩壳体，上述感温部由导热率高的部件构成，并且上述罩壳体由导热率比上述感温部低的部件构成，

在上述阀装置主体形成有操作部，该操作部利用密封部件对包含上述阀芯的构造部进行封闭密封，并且将上述热电偶的上述轴线方向的机械式按压力经由上述密封部件传递至上述阀芯，

上述操作部具备配置于上述密封部件的上述工作轴侧的工作轴侧挡块，

上述工作轴侧挡块的与上述密封部件的抵接面积比上述工作轴的上述密封部件侧的前端面的面积大。

2.根据权利要求1所述的温度感应型控制阀，其特征在于，

上述密封部件由导热率比上述感温部低的部件构成。

3.根据权利要求2所述的温度感应型控制阀，其特征在于，

上述工作轴侧挡块由导热率比上述感温部低的部件构成。

4.根据权利要求1～3任一项中所述的温度感应型控制阀，其特征在于，

上述感温部由铜材制成，并且导热率比上述感温部低的部件是由不锈钢、铁、铝、黄铜或者树脂中任一材料制成的部件。

5.根据权利要求1～3任一项中所述的温度感应型控制阀，其特征在于，

上述感温部由铝制成，并且导热率比上述感温部低的部件是由不锈钢、铁、黄铜或者树脂中任一材料制成的部件。

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