CN106415160B - 电子膨胀阀和用于校准电子膨胀阀的方法 - Google Patents

Abstract

提供了电子膨胀阀(1)，包括入口(9)、出口(8)、电枢(2)、止挡构件(3)、偏置构件(4)和螺线管线圈(12)。偏置构件(4)在电枢(2)上提供朝关闭方向的偏置力，同时可对螺线管线圈(12)提供电流以在电枢(2)上提供朝打开方向的磁力。旨在提供可更精确控制且有更高安全性的电子膨胀阀。为此，入口压力和出口压力之间的压差在电枢(2)上提供朝打开方向的差值压力以允许从入口(9)到出口(8)的流体流动，且此外如果在电枢(2)上的磁力和差值压力的总和超过偏置力，电枢(2)移位远离止挡构件(3)以允许从入口(9)到出口(8)的流体流动。本发明还涉及包括电子膨胀阀的制冷系统以及用于校准电子膨胀阀的方法。

Description

电子膨胀阀和用于校准电子膨胀阀的方法

技术领域

本发明涉及一种电子膨胀阀，该电子膨胀阀包括入口、出口、电枢、止挡构件、偏置构件和螺线管线圈，其中该电枢在该阀的关闭位置中直接或间接地抵靠在该止挡构件上休止，并且其中该偏置构件在该电枢上提供朝向关闭方向的偏置力以停止从该入口到该出口的流体流动，并且其中，如果对该螺线管线圈提供电流，则该螺线管线圈在该电枢上提供朝向打开方向的磁力以便允许从该入口到该出口的流体流动。

本发明另外涉及包括这种电子膨胀阀的制冷系统。

本发明另外涉及一种用于校准电子膨胀阀的方法，该电子膨胀阀包括入口、出口、电枢、止挡构件、偏置构件和螺线管线圈，其中该偏置构件在该电枢上提供朝向关闭方向的偏置力以停止从该入口到该出口的流体流动，并且其中，如果对螺线管线圈提供电流，则该螺线管线圈在该电枢上提供朝向打开方向的磁力以便允许从该入口到该出口的流体流动。

背景技术

电子膨胀阀为制冷或空调系统的常见部件。基本的制冷循环包含压缩机、冷凝器、膨胀阀(例如电子膨胀阀)和蒸发器。在通常的闭合循环中，制冷剂首先作为低温低压气体引入压缩机中。该压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，该高温高压气体被引导至该冷凝器。在该冷凝器中，高温高压气体压缩成高压液体形式的制冷剂，由此热量被转移至周围环境。

注意的是，取决于压力和外部温度，一些制冷剂如CO₂在冷凝器中可能并不冷凝。在这种情况下，冷凝器可以作为气体冷却器操作。

高压流体然后到达该膨胀阀，该膨胀阀限制流体流入后续安排的蒸发器。该膨胀阀限制了流动，这样使得在蒸发器中的流体的压力保持较低并且从而允许该流体蒸发回到气相，由此从周围环境吸收热量。

因此，对于该制冷循环的有效性而言至关重要的是，可以高精度地控制该流体穿过该膨胀阀到该蒸发器的流动。为此目的，例如已知的是使用温度或压力传感器来相应地调节该膨胀阀的打开或关闭循环。

然后，该低压气体离开该蒸发器并且被送回到该压缩机，由此该制冷循环重新开始。

例如，从US 6374 624 B1已知的是，在外部的、所提及类型的电子膨胀阀以及对应的制冷系统。其中披露的膨胀阀包括圆柱形电枢，该圆柱形电枢在朝向该膨胀阀的出口方向上通过弹簧的弹簧力朝向止挡构件被推动。该膨胀阀另外包括固定芯，该固定芯额外充当流动限制器。通过激活该螺线管线圈，磁力作用在该电枢上，移动该电枢远离该止挡构件，从而反抗弹簧的力以及流体差压的力打开该膨胀阀。这个方案的缺点是，为了甚至在入口和出口之间的大的压差下允许膨胀阀打开，该螺线管线圈提供在该电枢上的磁力必须选择为相当大。因此，膨胀阀只能被控制在完全关闭位置和完全打开位置之间。

从JP H1089523已知的是另外的电子膨胀阀。在这种情况下，在该螺线管线圈没有电流的情况下，弹簧力促使该电枢朝向该电子膨胀阀的打开位置。当激活该螺线管线圈时，该电枢受到磁力而朝向该入口移位。取决于电流的强度和所得的磁力，该电枢可以关闭在喷嘴中的一个或数个流体通路，从而减少通过该阀的流体流动。然而，该电子膨胀阀不能完全关闭，因为在该电枢的完全移位处中心孔口将会保持打开。

该方案允许在一定范围内更精确控制流体流动，然而，不允许完全关闭该阀。因此，应用受到限制。

发明内容

本发明的目的因此是提供一种电子膨胀阀，该电子膨胀阀允许更好地控制和更大的应用范围。

根据本发明，在开篇提出的这种类型的电子膨胀阀中解决了上述任务，其方式为，在入口压力和出口压力之间的压差在该电枢上提供朝向打开方向的差值压力以允许从该入口到该出口的流体流动，并且其中，如果在电枢上的磁力和差值压力的总和超过偏置力的话，该电枢被移位远离该止挡构件以允许从该入口到该出口的流体流动。

在膨胀阀中，入口侧的压力一般将会比出口侧的压力更大。根据本发明，该电枢以这样的方式被安排，使得在入口和出口之间的压差将在该电枢上提供朝向阀的打开方向的差值压力，例如与US 6 374 624 B1不同。因为已知出口侧的压力(该压力对应于蒸发器中的压力)，电子膨胀阀因此可以被校准以通过控制到螺线管线圈的电流而控制阀上的压差。尤其有利的是，电子膨胀阀将CO₂作为制冷剂使用。因为在阀上的压差可以被控制，这允许省却在其他情况下必要的压力传感器或者压力发送器。

此外，这种电子膨胀阀也可以提供改善的安全性，因为该电子膨胀阀可以被校准成如果差值压力超过某一安全值就被打开，即使该螺线管线圈没有电流。在这种情况下，电子膨胀阀也将充当泄压阀。

该偏置构件可以优选为提供弹簧力的弹簧。

优选的是电子膨胀阀至少部分安排在与中央管轴线共轴的管内。在这种情况下，可以省却用于电子膨胀阀的单独壳体。在这种情况下，电枢、止挡构件以及偏置构件可以安排在管内，而螺线管线圈可以安排成同轴地围绕管体的一段。这个实施例降低了生产成本并且允许该阀的更紧凑的构造。

在优选实施例中，节流元件被安排在电枢与止挡构件之间。以这种方式，可以将与电枢的材料不同的材料用于节流元件，这可能是优选的，因为该电枢需要是可磁化的。在这种情况下，节流元件可以例如由具有减小的摩擦力的材料，例如特氟隆(Teflon)等制成。该节流元件可以关闭或节流阀的孔口，以便防止或限制流体流过该阀。在这个实施例中，电枢仅仅在电子膨胀阀的完全关闭位置中间接抵靠在该止挡构件上休止。

在另外的优选实施例中，该节流元件包括节流锥形件，该节流锥形件在阀的关闭位置中与止挡构件接合。提供具有节流锥形件的节流元件允许在电子膨胀阀的打开过程中更好控制流体流动。具体地，该节流锥形件可以通过增加至螺线管线圈的电流来允许缓慢增加所产生的通过电子膨胀阀的流体流动。

在优选实施例中，该节流锥形件包括圆柱形底部和截头圆锥形尖端。以这种方式，该圆柱形底部可以在电子膨胀阀的完全关闭位置中抵靠在阀座上休止，而截头圆锥形尖端接合在例如止挡构件的孔口中。这种形状的节流锥形件保证在完全关闭位置中关紧该电子膨胀阀，因为可以增加节流元件与止挡构件的接触面。

在另外的优选实施例中，该节流元件包括被安排在电枢的圆柱形孔中的圆柱形盖子。在这种情况下，一个或数个开口可以被安排在节流元件中，具体是在盖子的底部处。优选地，这些电枢可以被安排成偏离该圆柱形盖子的中心轴线，该圆柱形盖子的中心轴线可以与电子膨胀阀的中心圆柱形轴线重合。在该节流元件还包括节流锥形件的情况下，这些电枢可以在该圆柱形盖子的底部中的圆上围绕该节流锥形件安排。优选地，该盖子在面向入口的一侧是打开的。以这种方式，节流元件将通过差值压力被固持在该圆柱形孔中。

在优选实施例中，该节流元件在具有径向间隙的情况下安排在电枢中。换言之，在该节流元件和该电枢或电枢的圆柱形孔之间存在周向间隙，从而提供游隙。这意味着该节流元件可以被容纳在该电枢内而没有涉及紧密公差。

优选的是，该止挡构件包括具有阀座的孔口和孔口通道，其中该孔口通道在流体流动的方向上被安排在该入口与该孔口之间。以这种方式，可以在流体流动到达该孔口之前用该止挡构件来限制该流体流动。优选地，该孔口通道被安排在该止挡构件的中心。优选地，该孔口通道的直径在面向该入口的一端比在面向该出口的一端更大。

优选地，该节流元件通过该止挡构件被引导，使得该节流锥形件在该孔口内是可无摩擦地移动的。引导该节流元件的止挡构件始终保持在该节流元件、更确切地说该节流元件的截头锥形尖端和该孔口的壁之间的小间隙。因此，可以避免磨损。

在进一步优选的实施例中，该孔口通道包括至少一个合拢区段，该合拢区段朝向该孔口合拢。该孔口通道可以，例如，包括一个或两个圆柱形区段以及一个或两个朝向孔口通道的更小的截面合拢的截头圆锥形区段。优选地，该孔口通道包括两个圆柱形区段和两个合拢区段。优选地，合拢区段中的一个被安排成直接邻近于该孔口。

在另一个优选的实施例中，该电子膨胀阀不包括固定的磁芯。在这种情况下，相比于除了电枢还包括固定磁芯的情况，由该螺线管线圈提供在该电枢上的磁力通常将更低。另一方面，这允许增加该电枢的长度以延伸穿过该螺线管线圈的大部分。这允许通过控制提供给该螺线管线圈的电流而更好地控制该电枢的位置。如果该电子膨胀阀被用作比例阀，这是特别优选的。省略固定的磁芯也简化了电子膨胀阀的校准，因为减小了必须确定正确位置的部件的数量。

以上提到的任务还由一种制冷系统完成，该制冷系统包括根据所披露的任何实施例的电子膨胀阀。优选地，该制冷系统使用CO₂作为制冷剂。在这种情况下，在该冷凝器中的在其他情况下必要的压力传感器可以被省略，因为根据本发明的电子膨胀阀允许控制在该阀上的差压。

以上提到的任务还通过一种用于校准电子膨胀阀的方法完成，该电子膨胀阀包括入口、出口、电枢、止挡构件、偏置构件和螺线管线圈，其中该偏置构件在该电枢上提供朝向关闭方向的偏置力以停止从该入口到该出口的流体流动，并且其中，如果对该螺线管线圈提供电流的话，该螺线管线圈在该电枢上提供朝向打开方向的磁力以便允许从该入口到该出口的流体流动，并且其中该入口压力与该出口压力之间的压差在该电枢上提供朝向打开方向的差值压力以便允许从该入口到该出口的流体流动，该方法包括以下步骤：

-提供从入口到出口的预定紧急流体压差，

-调整该止挡构件的位置，同时测量在该出口处的流体流速，

-一旦测量到预定的紧急流体流速，则固定该止挡构件的位置。

为了校准根据本发明的电子膨胀阀，可以因此首先保持该止挡构件是可移位的。通过移位该止挡构件，改变在该电枢的关闭位置中偏置构件(例如，弹簧)的力。作为第一个步骤，提供了从入口到出口的紧急流体压差。于是，调整该止挡构件在该阀壳体或该管中的位置，同时测量在该电子膨胀阀的出口处所产生的流体流速。一旦在该出口处测量到所期望的流体流速，则发现该止挡构件的正确位置。在这个位置中，该止挡构件被固定在该阀壳体或该管中。

使用上述用于电子膨胀阀的校准方法确保该电子膨胀阀将包括泄压阀的功能。例如，该紧急压力可以是最大压力，超过该最大压力，该电子膨胀阀或连接的制冷系统可能无法安全操作。此外，还确保该电子膨胀阀将放泄在该入口与该出口之间的太大的压差，甚至是在该螺线管线圈或连接的控制器有故障的情况下。该紧急流体流速的大小可以被选择使得以受控的方式减少该紧急压差。因此，改善了安全性。

优选的是，该方法包括以下额外步骤：

-在固定该止挡构件的位置之后，提供从入口到出口的所期望的流体压差，

-对螺线管线圈提供预定电流以移位该电枢，

-调整该螺线管线圈相对于该止挡构件的位置，同时测量在该出口处的流体流速，

-一旦测量到所期望的流体流速，就固定该螺线管线圈相对于该止挡构件的位置。

在执行第一个校准步骤并将该止挡构件固定之后，提供了从入口到出口的所期望的流体压差。所期望的流体压力低于之前提供的紧急流体压力。然后，提供给该螺线管线圈预定的电流以通过所产生的磁力移位该电枢。在该螺线管线圈激活的同时，该螺线管线圈的位置相对于该止挡构件被调整并且同时测量在出口处所产生的流体流速。一旦发现用于所期望的流体压差的所期望的流体流速，则相对于该止挡构件固定该螺线管线圈的位置。通过这些另外的步骤，改善该电子膨胀阀的校准。可以额外地确保在从入口到出口的给定的所期望的压差和到该电枢的预定电流下，获得通过该电子膨胀阀的最佳流速。所产生的电子膨胀阀在提供给螺线管线圈的电流与通过该膨胀阀的所产生的流体流速之间具有良好校准的关系。此外，在该电子膨胀阀上的差压可以通过控制到该螺线管线圈的电流而被控制。

进一步优选的是，如果该电枢与该止挡构件被安排在管中，其中在该止挡构件的位置相对于该管被固定之前，该止挡构件沿该管的纵向方向被移位。在这个实施例中，该电子膨胀阀并不需要单独的壳体，但是被安排在管内并且围绕管。该止挡构件在校准过程中沿着该管的纵向方向被简单地移位。

优选地，该止挡构件的位置通过使围绕该止挡构件的管体塑性变形而被固定。以这种方式，该止挡构件相对于该螺线管线圈的固定过程被简化。为此目的，该止挡构件可以优选包括环状凹陷，该管体可以变形进入该环状凹陷。

在优选的实施例中，该螺线管线圈被同中心地围绕该管安排，其中在该螺线管线圈的位置相对于该止挡构件被固定之前，该螺线管线圈在该管的纵向方向上被移位。以这种方式，螺线管线圈可以被同中心地围绕包含该电枢和该止挡构件的管安排。螺线管线圈在校准过程可以沿着该管进行移位，直到发现该螺线管线圈的正确位置。由此简化该校准并且降低该阀的成本。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出了穿过根据本发明的电子膨胀阀的横截面，

图2示出了在电子膨胀阀的完全关闭位置中对应于图1的细节A，

图3示出了在电子膨胀阀的完全关闭位置中对应于图1的细节B，

图4示出了在电子膨胀阀的部分打开位置中对应于图1的细节A，

图5示出了在电子膨胀阀的部分打开位置中对应于图1的细节B，

图6示出了在电子膨胀阀的完全打开位置中对应于图1的细节A，

图7示出了在电子膨胀阀的完全打开位置中对应于图1的细节B。

具体实施方式

在图1中，示出了穿过根据本发明的电子膨胀阀1的剖视图。电子膨胀阀1包括电枢2、止挡构件3以及偏置构件4。偏置构件4在这种情况下是弹簧。偏置构件4接合进入电枢2的出口孔5。出口孔5包括圆柱形出口孔区段6以及截头圆锥形出口孔区段7。截头圆锥形出口孔区段7位于出口孔5面向电子膨胀阀1的出口8的一端。

入口9被安排在电子膨胀阀1的相反侧。在这个实施例中，入口9和出口8两者都被安排在共用的管10中。

管10包括扩大区段11，该扩大区段比管10的剩余部分具有更大的截面。

电枢2、止挡构件3以及偏置构件4被安排在管10的扩大区段11中。螺线管线圈12被安排在扩大区段11的外侧。螺线管线圈12包括线圈13以及磁性托架14。

当对螺线管线圈12提供电流时，产生磁场，从而导致在该电枢2上朝向打开方向的磁力。同时，偏置构件4提供偏置力，该偏置力促使电枢2朝向关闭方向抵靠在止挡构件3上。此外，在入口9与出口8之间的压差引起的差值压力间接地作用在该电枢2上以使该电枢2朝向打开方向(在这种情况下在该出口8的方向上)移位。如果由螺线管线圈12引起的磁力和差值压力的总和大于由该偏置构件4提供的偏置力，则该电子膨胀阀将打开。由于由该螺线管线圈提供的磁力取决于提供给螺线管线圈12的电流，该磁力的大小可以被调整以选择电子膨胀阀1的打开程度。由此，可以控制穿过电子膨胀阀1的流体流动。

节流元件15被安排在电枢2的面向入口9的一端。节流元件15包括节流锥形件16以及圆柱形盖子17。

止挡构件3被固定在管10的扩大区段11。扩大区段11在径向变形部18处变形，该径向变形部接合进入止挡构件3的环形凹陷19，从而相对于螺线管线圈12固定止挡构件3的位置。

止挡构件3包括具有两个圆柱形区段21、22以及两个合拢区段23、24的孔口通道20。更接近于入口9的圆柱形区段21比更接近于出口8的圆柱形区段22具有更大的截面。合拢区段23、24二者均具有截头圆锥形形状，在从入口9朝向出口8的流动方向上孔口通道20的截面依次减小。

图2至图7示出了电子膨胀阀1的三个不同的打开位置。图2和图3示出了阀的完全关闭的位置，图4和图5示出了阀的部分打开的位置，并且图6和图7示出了阀的完全打开的位置。其中，图2、图4和图6示出了细节A，该细节显示在这三种不同阀位置中止挡构件3与节流元件15的接合。图3、图5和图7另一方面示出了在这三个不同阀位置中的细节B。图3、图5和图7示出了面向出口8的电枢2相对于螺线管线圈12的移位。图2、图4和图6尤其更详细示出了节流元件15。

节流锥形体16包括截头圆锥形尖端25以及圆柱形底部26。在电子膨胀阀1的完全关闭的位置中，节流锥形体16的圆柱形底部26抵靠在止挡构件3的阀座27上休止。因此，节流锥形体16在完全关闭位置中完全占据止挡构件3的孔口28是不必要的。圆柱形底部26抵靠在阀座27上休止将已经确保该阀是被紧紧关闭的。节流元件15被止挡构件3引导。节流锥形体16可以在孔口28内移动而不接触。因此，没有摩擦发生并且避免磨损。

节流元件15在具有周向间隙的情况下被定位在电枢2中，使其在所有情况下可以由电枢2容纳。

节流元件15被安排在电枢2的圆柱形孔29中。节流元件15进一步包括或多个开口30。优选地，两个或多个开口30被安排在径向方向上围绕节流锥形体16的圆圈上。

一旦磁力和差值压力超过该偏置力，电枢2就被移位远离止挡构件3，从而如图4至图7所描述地打开电子膨胀阀。一旦节流锥形体16的底部26不再完全阻塞孔口28，来自入口9的流体就可以穿过孔口通道20。然后，该流体可以经过孔口28并且进入这些开口30中以达到电枢2的中心电枢孔31。

图6示出了电子膨胀阀1的完全打开的位置，其中，节流锥形体16被移位为完全在孔口28的外侧。

图3、图5和图7示出了电枢2相对于螺线管线圈12的移位。在根据图3的电子膨胀阀1的完全关闭的位置中，电枢2面向出口8的一端在纵向方向上被定位在螺线管线圈12的磁性托架14的内部。

在图5中，电枢2面向出口8的一端已经在出口8的方向上略微向下移位。

在图7所描绘的电子膨胀阀1的完全打开的位置中，在电子膨胀阀1的纵向方向上，在电枢2面向出口的一端和磁性支架14之间有一些重叠。由于这些磁场线将大部分由磁性托架14引导，在纵向方向上在磁性托架14和电枢2之间的重叠将减小在电枢上的磁性力，从而甚至在提供给该螺线管线圈的高电流下也允许电枢2更受控的运动。

为了校准电子膨胀阀1，止挡构件3在管10的纵向方向上是初始地可移位的。优选地，螺线管线圈12在管10的纵向方向上也是初始地可移位的。

根据一种根据本发明用于校准电子膨胀阀的方法，在入口9处提供紧急流体压力。然后，调整止挡构件3相对于管10的位置，同时测量在出口8处的流体流动。一旦测量到在出口8处的所期望的紧急流体流动，则在管10内部的止挡构件3的纵向位置被固定。通过使围绕止挡构件3的管10的扩大区段11塑性变形，可以优选固定止挡构件，从而导致如图1所示的径向变形部18。径向变形部18接合进入止挡构件3的环形凹陷19中。以这种方式，电子膨胀阀1还具有泄压阀的功能。

为了进一步校准电子膨胀阀1，在固定止挡构件3的位置之后，在入口9处提供所期望的流体压力(与紧急流体压力不同)。然后，对螺线管线圈12提供预定电流以通过产生的磁力来移位电枢2。然后，调整螺线管线圈12相对于止挡构件3和/或管10的位置，同时测量在出口8处的流体流动。螺线管线圈然后可以在校准过程中在管的纵向方向上被移位，直至发现螺线管线圈的正确位置。一旦测量到在出口8处的所期望的流体流动，螺线管线圈12相对于止挡构件3和/或管10的位置就被固定。注意的是，以上提及的紧急流体流动可以不同于所期望的流体流动。通过这些额外校准步骤，所产生的电子膨胀阀1在提供给螺线管线圈12的电流和穿过膨胀阀1所产生的流体流动之间具有良好校准的关系。

Claims (9)

1.一种电子膨胀阀(1)，该电子膨胀阀包括入口(9)、出口(8)、电枢(2)、止挡构件(3)、偏置构件(4)和螺线管线圈(12)，并且其中该偏置构件(4)在该电枢(2)上提供朝向关闭方向的偏置力以停止从该入口(9)到该出口(8)的流体流动，并且其中，如果对该螺线管线圈(12)提供电流，则该螺线管线圈(12)在该电枢(2)上提供朝向打开方向的磁力以便允许从该入口(9)到该出口(8)的流体流动，其特征在于，该入口压力和该出口压力之间的压差在该电枢(2)上提供朝向打开方向的差值压力以便允许从该入口(9)到该出口(8)的流体流动，并且其中，在该电枢(2)上的该磁力和该差值压力的总和超过该偏置力时，该电枢(2)被移位远离该止挡构件(3)以便允许从该入口(9)到该出口(8)的流体流动；

节流元件(15)设置在该电枢(2)的面向该入口(9)的一端，并且与该电枢(2)分开地形成，使得该节流元件(15)被安排在该电枢(2)与该止挡构件(3)之间，并且该电枢(2)在该阀(1)的关闭位置中经由设置在该电枢(2)和该止挡构件(3)之间的所述节流元件(15)间接地抵靠在该止挡构件(3)上休止。

2.根据权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，该电子膨胀阀(1)被至少部分地安排在与中央管轴线共轴的管(10)内。

3.根据权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，该节流元件(15)包括节流锥形件(16)，该节流锥形件在该电子膨胀阀(1)的关闭位置中与该止挡构件(3)接合。

4.根据权利要求3所述的电子膨胀阀，其特征在于，该节流锥形件(16)包括圆柱形底部(26)和截头圆锥形尖端(25)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电子膨胀阀，其特征在于，该节流元件(15)包括圆柱形盖子(17)，该圆柱形盖子被安排在该电枢(2)的圆柱形孔(29)中。

6.根据权利要求5所述的电子膨胀阀，其特征在于，该节流元件(15)在具有径向间隙的情况下被安排在该电枢(2)中。

7.根据权利要求3所述的电子膨胀阀，其特征在于，该止挡构件(3)包括具有阀座(27)的孔口(28)和孔口通道(20)，其中该孔口通道(20)在该流体流动的方向上被安排在该入口(9)与该孔口(28)之间。

8.根据权利要求7所述的电子膨胀阀，其特征在于，该节流元件(15)被该止挡构件(3)引导，使得该节流锥形件(16)在该孔口(28)中能够无摩擦地移动。

9.一种制冷系统，包括根据权利要求1至8中任一项所述的电子膨胀阀。