CN101338835B - 用于冷暖系统的电动阀 - Google Patents

Abstract

一种电动阀(1)，具有通过电动机转子(15)旋转而直线移动的阀芯(7)，控制该阀芯(7)相对于阀座(6)的阀开度，在第1阀开度范围内，阀开度与流体流量具有规定的相关关系，在第2阀开度范围内，可流过第1阀开度范围内可控制的最大流体流量的四倍以上的流量。将电动阀(1)用于冷暖系统，在第1阀开度范围内控制制冷时的制冷剂流量，在第2阀开度范围内，在制热时可流过大量的制冷剂，可用一个电子膨胀阀来满足以往的性能，不必另外并排地对单向阀进行配管连接，不必内装单向阀。

Description

用于冷暖系统的电动阀

技术领域

本发明涉及在冷暖系统中可作为具有单向阀功能的电子膨胀阀使用的电动阀。

背景技术

作为以往冷暖系统(热泵循环)的一例子，使用了图5所述那样的系统。该冷暖系统51包括：压缩机52；为切换制冷或制热运行而对制冷剂流路进行切换的切换阀53；室外热交换器54；制热时制冷剂所通过的分配器55和温度式热膨胀阀56；制冷时制冷剂所通过的单向阀57；制冷和制热时制冷剂所通过的带有单向阀的温度式热膨胀阀58；以及室内热交换器59等，在制冷时制冷剂向实线箭头方向流动，在制热时制冷剂向虚线箭头方向流动。

所述冷暖系统51在制冷时，经压缩机52压缩的制冷剂气体通过切换阀53而流入室外热交换器54，与外部大气进行热交换而冷凝，通过单向阀57流入带有单向阀的温度式热膨胀阀58，隔热膨胀后，利用室内热交换器59与室内的空气进行热交换而蒸发，对室内进行制冷。

另一方面，在制热时，经压缩机52压缩的制冷剂气体通过切换阀53而流入室内热交换器59，与室内空气进行热交换而冷凝，对室内进行制热后，通过带有单向阀的温度式热膨胀阀58而流入温度式热膨胀阀56而减压，通过分配器55在室外热交换器54中蒸发，返回到压缩机52。

用于所述冷暖系统51的带有单向阀的温度式热膨胀阀58内装有单向阀，在制冷剂正向流动时(制冷时)由膨胀阀部分控制流量，在逆向流动时(制热时)制冷剂通过单向阀部分。这里，单向阀部分的制冷剂流量相对于正向流动是大流量，为了基本不发生压力损失而需要流过与连接配管等同的流量。

然而，在对制冷循环系统中的制冷剂等流体的流量进行控制时，以往使用图6所述那样的电动阀70。该电动阀70具有：阀本体75，该阀本体75具有与阀室71连通的第1流路72、第2流路73；与阀本体75的阀座76接触分离的阀芯77；圆筒状密闭壳体79；配置在密闭壳体79外侧的定子线圈80；转子84，该转子84处于密闭壳体79的内侧，利用定子线圈80的通电励磁进行旋转而可向阀开闭方向移动；阳螺纹管81和阀轴支架82等，该阳螺纹管81利用随着转子84的旋转所产生的与阀轴支架82之间的螺旋进给作用，通过阀轴74而使阀芯77相对于阀座76作开闭动作。转子84包括：永磁体83；以及通过卡止环86而固定在该永磁体83上的阀轴支架82。

具有上述结构的电动阀70在阀开闭时，向定子线圈80通电励磁而使转子84旋转，使阀轴支架82旋转。阀轴支架82的旋转运动变换为阀轴74的上下运动，当阀轴74下降、阀芯77与阀座76抵接时，将流路封闭，当阀轴74上升、阀芯77离开阀座76时，将流路打开。

在图5所示的以往冷暖系统中，使用了内装有单向阀的温度式膨胀阀，或采用将温度式膨胀阀和单向阀并排地配管连接的结构，但为了减小压损，该单向阀部分相比于膨胀阀的开口直径是大口径，因此单向阀内藏式有如下问题：温度式膨胀阀自身的结构复杂化，尺寸变大，同时成本上升。另外，对于将温度式膨胀阀和单向阀并排连接的结构，要额外进行连接配管和结合作业，故存在了尺寸和成本上升的问题。而且，为了提高节能效率，在将电子膨胀阀代替上述温度式膨胀阀使用时也有同样的问题。

发明内容

因此，鉴于上述以往的冷暖系统中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于冷暖系统的电动阀，不必另外并排地配管连接单向阀，且不必内装单向阀，就可满足上述以往性能。

为实现上述目的，本发明的电动阀用于通过控制制冷剂的流动来进行制冷和制热的冷暖系统，并且该电动阀的形式是，具有通过电动机的转子旋转而直线移动的阀芯，且控制该阀芯相对于阀座的阀开度，该电动阀的特点是，所述电动阀构成为，该阀芯的顶端部形成为朝向顶端侧而缩径的圆锥台状，同时在该阀芯的顶端部的侧面与所述阀座的开口的内周面之间对流体流量进行控制，以便在第1阀开度范围内，对制冷时的制冷剂流量进行控制，并在第2阀开度范围内，在制热时，可流过所述制冷时可控制的制冷剂的最大流体流量的四倍以上的流量的制冷剂，所述阀芯的顶端部的侧面与所述阀芯的轴线所构成的角度为15°以下，且所述侧面的所述轴线的方向的长度与所述阀芯的全脉冲移动量之比是0.7以下。

并且，采用本发明，由于在第1阀开度范围内可对流体流量进行控制，在第2阀开度范围内可流过大量流体，因此，可将该电动阀用于冷暖系统，在第1阀开度范围内对制冷时的制冷剂流量进行控制，在第2阀开度范围内，在制热时使大量制冷剂通过。由此，可避免另外并排地对单向阀进行配管连接，而且还解决了在使用了内装有单向阀的阀时阀自身结构复杂化而成本上升且尺寸变大的问题，可用一个电动阀来满足以往的性能，且可降低成本和获得小型化。

在所述电动阀中，可向所述电动机的驱动线圈供给驱动脉冲而对所述阀开度进行控制，将施加全脉冲时的该阀座的开口面积与施加中间脉冲时的所述阀座的开口面积之比设为4以上。

另外，在所述电动阀中，可向所述电动机的驱动线圈供给驱动脉冲而对所述阀开度进行控制，具有阀座开口面积，而该阀座开口面积具有所述第1阀开度范围内流体流量控制所必需的理论上的阀座开口面积三倍以上的面积，用全脉冲的1/4以上且2/3以下的脉冲宽度范围的驱动脉冲对所述第1阀开度范围的流体流量进行控制，同时用全脉冲时的驱动脉冲将所述阀开度控制成全开。

此外，在所述电动阀中，所述阀开度为全开时，流体可向所述第1阀开度范围的流体流动方向相反的方向流动，如上所述，可对冷暖运行时的制冷剂流动进行切换。

并且，在所述电动阀中，可将该电动阀的阀座开口面积与具有该电动阀的冷暖系统内的最小配管内径截面积之比设为0.2以上。由此，可将具有该电动阀的系统内的压力损失抑制得低。

在所述电动阀中，可设置将所述转子的旋转运动变换为所述阀芯的直线运动的驱动螺纹，将该驱动螺纹的标称直径与所述阀座的开口的直径之比设为1.3以下。通过减小驱动螺纹的标称直径，可减小有效螺纹部所发生的摩擦力，可将阀座开口面积与以往相比变大所增加的负荷(夹着阀座的二个流体流路的压差与所述阀座开口面积之积)的影响抑制得低。

在所述电动阀中，在所述阀芯与所述转子之间配置对该阀芯向所述阀座的一侧施力的弹簧，可将所述弹簧的闭阀时压缩负荷与该阀全闭时夹着所述阀座的二个流体流路的压差和所述阀座的开口面积之积的比设为1/2以下。由此，可降低转子旋转时驱动螺纹部等的摩擦损失。

在所述电动阀中，可将所述驱动螺纹的有效螺纹部长度与所述驱动螺纹的标称直径之比设为0.75以上。通过尽量减小驱动螺纹的标称直径，则如上所述可减小有效螺纹部所发生的摩擦力，将随着阀座开口面积的增加所引起的负荷的影响抑制得低。

此外，在所述电动阀中，可将所述阀座的开口直径设为3mm以上。

如上所述，采用本发明，在冷暖系统中，不必另外并排地将单向阀配管连接，而且不内装单向阀，就可用一个电动阀来满足上述以往的性能，且可降低成本和获得小型化。

附图说明

图1是表示本发明的用于冷暖系统的电动阀一实施例的剖视图。

图2是表示图1的电动阀流量特性的曲线图。

图3是图1的电动阀的冷暖系统的使用例子的示图，图3(a)表示制冷时，图3(b)表示制热时。

图4是表示图1的电动阀的阀芯及其附近的主视图。

图5是表示以往冷暖系统一例子的流程图。

图6是表示以往电动阀一例子的剖视图

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施例。

图1表示本发明的用于冷暖系统的电动阀的一实施例，该电动阀1大致具有：阀本体5，该阀本体5具有与阀室2连通的第1流路3和第2流路4；与阀本体5的阀座6接触分离的阀芯7；圆筒状密闭壳体9；配置在密闭壳体9外侧的定子线圈(驱动线圈)10；转子15，该转子15位于密闭壳体9的内侧，通过定子线圈10的通电励磁进行旋转而可向阀开闭方向移动，并具有用卡止环13固定在筒状阀轴支架12上的筒状永磁体14等；以及阳螺纹管11和阀轴支架12等，该阳螺纹管11和阀轴架12利用转子15旋转所产生的螺旋进给作用而使阀芯7相对于阀座6进行开闭动作。转子15包括永磁体14、通过卡止环13而固定在该永磁体14上的阀轴支架12。另外，由永磁体14(转子15)和定子20构成步进电动机。

阀本体5由黄铜等金属形成，内部具有阀室2，阀室2与第1流路3和第2流路4连通。在阀室2的向第2流路4侧的流路上形成阀座6。在阀本体5的上部，通过凸缘状板22用焊接等方式固定密闭壳体9。另外，在阀本体5的右侧面立设卡止管34，用于固定定子20。

阀芯7形成在黄铜制的阀轴24下端部上。阀芯7的上部形成为大径的圆柱状，下部和中间部形成为朝向下方而缩径的圆锥台状。该阀芯7的形状是本发明的一个特征部分，利用该形状可获得所希望的流量特性。

为使阀芯7与阀座6接触分离，使用阳螺纹管11和阀轴支架12等。形成为筒状的阳螺纹管11的下部固定在阀本体5上，并向转子15的方向延伸设置。阳螺纹管11的中间部外表面设有阳螺纹部(驱动螺纹)25，与阀轴支架12的阴螺纹部27旋合。

阀轴支架12位于阳螺纹管11的外侧，形成为下方开口的圆筒状，下部内表面设有阴螺纹部27。阀轴24的上部缩径部嵌合在阀轴支架12的内部，通过推压式螺母28连接。

阀轴24在下端部具有阀芯7，该阀轴24可上下移动地嵌插在阀轴支架12，受到被压缩装在阀轴支架12内的压缩螺旋弹簧29的始终向下方的施力。

密闭壳体9是不锈钢等非磁性的金属，形成为具有顶面的圆筒状，通过焊接等方式固定在阀本体5上部的凸缘状板22上，内部被保持为气密状态。

定子20外嵌在密闭壳体9上，包括由磁性材料构成的轭铁23、卷绕在该轭铁23上的定子线圈10。该定子20，利用设在下表面上的止转构件20a通过卡止管34而固定在阀本体5上。

回复弹簧30由压缩螺旋弹簧构成，安装在压入固定于阀轴24上端的推压式螺母28外周。当阳螺纹管11的阳螺纹部25与阀轴支架12的阴螺纹部27之间的旋合被解除时，该回复弹簧30与密闭壳体9的内表面抵接，进行施力以使阳螺纹部25与阴螺纹部27恢复旋合。回复弹簧30也可安装成松嵌合地放置在推压式螺母28的外周，也可安装成与推压式螺母28的外周弹性接触。

阀轴支架12与永磁体14通过卡止环13而结合，卡止环13由成形永磁体14时被插入的黄铜制的金属环构成。卡止环13内周孔部嵌合阀轴支架12的上部突部，对该突部的外周进行铆接固定，从而永磁体14、卡止环13和阀轴支架12被结合成一体。

在阳螺纹管11上固定有构成档块机构的一方的下档块体(固定档块)33。下档块体33利用合成树脂形成为环状，向上方突设有板状的下档块片33a。另一方面，在阀轴支架12上固定有构成档块机构的另一方的上档块体(移动档块)32，该上档块体32也利用合成树脂形成为环状，向下方突设有板状的上档块片32a。上档块体32的上档块片32a和下档块体33的下档块片33a构成为互相可抵接。

下面说明具有上述结构的用于冷暖系统的电动阀1的动作。

当对定子线圈10向一方向通电励磁时，包含永磁体14的转子15进行旋转，随此，阀轴支架12相对于阳螺纹管11作相对旋转。这里，由于阳螺纹管11的下部固定在阀本体5上，因此阀轴支架12利用阳螺纹管11的阳螺纹部25和阀轴支架12的阴螺纹部27的螺旋进给机构而例如向下方移动，阀芯7落座压接在阀座6上将阀口关闭。

在阀口关闭的时刻，上档块体32还未与下档块体33抵接，在阀芯7将阀口关闭的状态下，阀轴支架12进一步旋转下降。随此，压缩螺旋弹簧29被压缩，吸收阀轴支架12的下降力。然后，当转子15进一步旋转、阀轴支架12下降时，上档块体32的档块片32a与下档块体33的档块片33a抵接，即使对定子线圈10的通电继续进行，阀轴支架12的下降也被强制停止。

接着，当对定子线圈10向另一方通电励磁时，转子15相对于固定在阀本体5上的阳螺纹管11而向与前述方向相反的方向作相对旋转，阀轴支架12利用所述螺旋进给机构而上升，阀轴24下端的阀芯7离开阀座6，将阀口打开。在上述动作中，发生螺纹部的摩擦损失、弹簧部的摩擦损失或扭转损失。

下面主要参照图2说明上述电动阀1的流量特性。

如上所述，电动阀1的阀芯7与图6所示的电动阀70的阀芯77相比，特征在于，阀芯7下部的圆锥台状部分的高度低，且整体构成大径，随此，对于阀座6的开口面积也较电动阀70的阀座76大。

利用上述结构，当对步进电动机的定子线圈10供给0～600的驱动脉冲来控制所述阀开度时，在图2中由※1所示的第1阀开度范围(约50～400脉冲)内，流体流量大致与阀开度成正比地变化。接着，在约400～550脉冲之间，流体流量以较第1阀开度范围有更大斜度地大致与阀开度成正比地变化，在由※2所示的第2阀开度范围(约550～600脉冲)内，成为一定的流量。由此，相对于第1阀开度范围(※1)可控制的最大流体流量A，第2阀开度范围(※2)就流动着其大致六倍的流量B。

接着，作为上述电动阀1的使用例子，主要参照图1至图3来说明将该电动阀1用于代替图5所示的冷暖系统51中的带有单向阀的温度式热膨胀阀58的情况。

如背景技术部分说明的那样，图5所示的冷暖系统51在制冷时，制冷剂通过单向阀57而流入带有单向阀的温度式热膨胀阀58，在隔热膨胀后流入室内热交换器59。另一方面，在制热时，制冷剂从室内热交换器59流入带有单向阀的温度式热膨胀阀58，被减压后流入分配器55。这里，在制冷时，由带有单向阀的温度式热膨胀阀58的膨胀阀部分来控制流量，制热时，必须使大流量的制冷剂流动。

因此，在图5的流程图中，代替带有单向阀的温度式热膨胀阀58而设置电动阀1，在制冷时，如图3(a)所示，使制冷剂从第1流路3向第2流路4流动，同时利用阀座6与阀芯7下部之间的微小间隙，在图2的第1阀开度范围(※1)内控制流量。由此，可在50～400脉冲的范围内控制制冷时的制冷剂流量。

另一方面，如图3(b)所示，在制热时，使制冷剂从第2流路4向第1流路3流动，同时使阀芯7下部离开阀座6较大，在图2的第2阀开度范围(※2)内使流体流过。由此，可在550～600脉冲的范围内使制热时的大流量制冷剂流动。

另外，在上述实施例中，相对于第1阀开度范围(※1)内可控制的最大流体流量A，第2阀开度范围(※2)内使其大致六倍的流量B流动，但流量B相对于流量A之比可适当变更，通过将流量B/流量A设为4以上，可在冷暖系统中构成较佳的电动阀。

这里，当构成上述那样的电动阀时，可将施加全脉冲(600脉冲左右)时的阀座6上述开口面积相对于施加中间脉冲(300脉冲左右)时的阀座6开口面积(阀座6与阀芯7之间的开口面积)之比设为4以上。另外，可构成具有阀座开口面积(小孔部的开口面积)，而该阀座开口面积具有图2的第1阀开度范围(※1)中的流体流量控制所必须的理论上的阀座开口面积(小孔部的开口面积)的三倍以上的面积。

并且，最好是：在将电动阀1用于上述冷暖系统51的场合，即使在电动阀1中流过大流量的制冷剂，也基本不发生压力损失。因此，最好将电动阀1的阀座开口面积(小孔部的开口面积)相对于冷暖系统51所使用的配管的最小内径截面积之比设为0.2以上。

此外，由于电动阀1的阀座6开口面积相比以往技术较大，故由夹着阀座6的二个流体流路3、4的压差和阀座6开口面积之积所算出的负荷变大。因此，为了将该负荷的影响抑制得低，最好将阳螺纹部25构成小径、例如将阳螺纹部25的标称直径相对于阀座6开口面积之比设为1.3以下。另外，在转子15的开阀动作中，为了降低转子15与压缩螺旋弹簧29之间所发生的摩擦损失，最好将压缩螺旋弹簧29的开阀时压缩负荷相对于电动阀1全闭时夹着阀座6的二个流体流路3、4的压差与阀座6开口面积之积的比设为1/2以下。为了对于负荷的增大，适当保持螺纹部的面压，且为满足上述的控制特性，最好将阳螺纹部25的有效螺纹部长度相对于阳螺纹部25的标称直径之比设为0.75以上。另外，如图4所示，最好阀芯7下部的圆锥台状的部分侧面7a与阀芯7的轴线所构成的角度α是15°以下，且将侧面7a的轴线方向长度L相对于阀芯7的全脉冲移动量之比设为0.7以下。而阀座6开口直径最好是3mm以上。

在上述实施例中，说明了将电动阀1代替图5所示的冷暖系统51中带有单向阀的温度式热膨胀阀58所使用的情况，但也可代替温度式热膨胀阀56和单向阀57。

Claims (9)

1.一种用于冷暖系统的电动阀，该电动阀用于通过控制制冷剂的流动来进行制冷和制热的冷暖系统，并且该电动阀的形式是，具有通过电动机的转子旋转而直线移动的阀芯，且控制该阀芯相对于阀座的阀开度，该电动阀的特征在于，

所述电动阀构成为，该阀芯的顶端部形成为朝向顶端侧而缩径的圆锥台状，同时在该阀芯的顶端部的侧面与所述阀座的开口的内周面之间对流体流量进行控制，以便在第1阀开度范围内，对制冷时的制冷剂流量进行控制，并在第2阀开度范围内，在制热时，可流过所述制冷时可控制的制冷剂的最大流体流量的四倍以上的流量的制冷剂，

所述阀芯的顶端部的侧面与所述阀芯的轴线所构成的角度为15°以下，且所述侧面的所述轴线的方向的长度与所述阀芯的全脉冲移动量之比是0.7以下。

2.如权利要求1所述的用于冷暖系统的电动阀，其特征在于，向所述电动机的驱动线圈供给驱动脉冲而对所述阀开度进行控制，施加全脉冲时的该阀座的开口面积与施加中间脉冲时的所述阀座的开口面积之比设为4以上。

3.如权利要求1所述的用于冷暖系统的电动阀，其特征在于，向所述电动机的驱动线圈供给驱动脉冲而对所述阀开度进行控制，该阀具有的阀座开口面积为所述第1阀开度范围内流体流量控制所必需的理论上的阀座开口面积的三倍以上，用全脉冲的1/4以上且2/3以下的脉冲宽度范围的驱动脉冲对所述第1阀开度范围的流体流量进行控制，同时用全脉冲时的驱动脉冲将所述阀开度控制成全开。

4.如权利要求3所述的用于冷暖系统的电动阀，其特征在于，所述阀开度为全开时，流体向所述第1阀开度范围的流体流动方向相反的方向流动。

5.如权利要求2、3或4所述的用于冷暖系统的电动阀，其特征在于，该电动阀的阀座开口面积与具有该电动阀的冷暖系统内的最小配管内径截面积之比是0.2以上。

6.如权利要求1所述的用于冷暖系统的电动阀，其特征在于，具有将所述转子的旋转运动变换为所述阀芯的直线运动的驱动螺纹，该驱动螺纹的标称直径与所述阀座的开口的直径之比是1.3以下。

7.如权利要求1所述的用于冷暖系统的电动阀，其特征在于，具有配置在所述阀芯与所述转子之间、对该阀芯向所述阀座的一侧施力的弹簧，所述弹簧的闭阀时压缩负荷与该阀全闭时夹着所述阀座的二个流体流路的压差和所述阀座的开口面积之积的比是1/2以下。

8.如权利要求6所述的用于冷暖系统的电动阀，其特征在于，所述驱动螺纹的有效螺纹部长度与所述驱动螺纹的标称直径之比是0.75以上。

9.如权利要求1所述的用于冷暖系统的电动阀，其特征在于，所述阀座的开口直径是3mm以上。

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