CN107795694B - 电动阀 - Google Patents

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Abstract

一种电动阀，在阀主体(40)的阀口(46)设有最窄部(46s)，该最窄部(46s)的内径比阀芯(14)的直部(14s)的直径大，阀座(46a)的内径比最窄部(46s)的内径大。该电动阀能够使上升流量的管理简单化并能够充分地降低上升流量，并且，能够有效地提高低流量域中的控制性。

Description

电动阀
技术领域
本发明涉及一种具备阀主体和阀芯的电动阀，该阀主体设有阀室及阀口(节流孔)，该阀芯根据升起量来使流经所述阀口的流体的流量变化，尤其涉及一种适用于在热泵式制冷制热系统等中对制冷剂流量进行控制的电动阀。
背景技术
作为这种电动阀，已知例如专利文献1所记载的电动阀。
图7表示上述的以往例的电动阀的主要部分。图示以往例的电动阀2具备阀室40a、阀座46a、设有与该阀座46a相连的阀口46的阀主体40及根据从阀座46a升起的升起量来改变流经阀口46的流体的流量的阀芯14，阀芯14通过例如专利文献1等所记载的设有外螺纹部的螺纹管(也称为导向衬套)、设有内螺纹部的阀轴保持架及步进电机等构成的螺纹进给式升降驱动机构而以与阀座46a接触、分离的方式升降。
阀芯14具有落座面部14a和曲面部14b，落座面部14a由能够与阀座46a接触的倒圆锥台面构成，曲面部14b与该落座面部14a的下侧(顶端侧)相连，并用于根据升起量来使流经阀口46的流体的流量变化。曲面部14b具有随着靠近顶端而控制角(和与阀芯14的中心轴线O平行的线的交叉角)阶段性增大的多段(在此为两段)的倒圆锥台状的锥面部(上侧锥面部14ba及下侧锥面部14bb)。另外，作为曲面部14b，也已知随着靠近顶端而其外周面的弯曲程度变小(曲率变大)的椭球状的面部(椭球面部)等。
另一方面，阀口46具有最窄部46s和扩径部46c，该最窄部46s由与阀座46a相连的圆筒面构成，该扩径部46c与该最窄部46s的下侧相连，且由随着接近下侧而内径逐渐增大的圆锥台面构成。
专利文献
专利文献1：日本特开2011-208716号公报
然而近年，在这种电动阀中，由于R32制冷剂的利用、部分负载运转的增加等，有提高低流量域中的控制性的要求。并且，在多重空调等的制冷制热系统所使用的闭阀型的电动阀中，也同样希望降低上升流量。
但是，在如图7所示的以往例的电动阀中，所述上升流量基于落座面部14a与曲面部14b(上侧锥面部14ba)的交叉部分的外径(ΦA)和阀口46的最窄部分46s的口径(ΦB)的差形成，所述交叉部分的外径(ΦA)的尺寸测定(尤其是基于接触式计量器的尺寸测定)复杂，因此有难以管理该上升流量的课题。
对于该课题，已研究有如下对策：在落座面部14a与曲面部14b(上侧锥面部14ba)之间，设置在升降方向上(中心轴线O方向)外径恒定的直部，通过该直部来使尺寸测定简单化。但仅在这样的对策中，有由于产生无流量变化的区域而产生分辨率(尤其是低流量域中的分辨率)降低的担忧。
并且，在加工上，在所述落座面部14a与曲面部14b(上侧锥面部14ba)的交叉部分、所述落座面部14a与直部的交叉部分产生角R，为了避免在这样的角R落座，有必要将所述曲面部14b、所述直部的外径相对于所述阀口46的最窄部46s的口径设定为较小，其结果是，也有上升流量的降低变得不充分的担忧。
发明内容
本发明鉴于上述课题而作成，其目的在于提供一种电动阀，能够使上升流量的管理简单化并能够充分地降低上升流量，并且，能够有效地提高低流量域中的控制性。
为了解决上述课题，本发明的电动阀基本上具备：阀主体，该阀主体具有阀室及带阀座的阀口；以及阀芯，该阀芯基于升起量来使流经所述阀口的流体的流量变化，所述电动阀的特征在于，在所述阀芯设有：落座面部，该落座面部能够与所述阀座接触；阀芯侧直部，该阀芯侧直部与所述落座面部的顶端侧相连，且在升降方向上外径恒定；以及曲面部，该曲面部与所述阀芯侧直部的顶端侧相连，且曲率或控制角随着靠近顶端而连续地或阶段性地增大，在所述阀口设有最窄部，该最窄部的内径比所述阀芯侧直部的直径大，所述阀座的内径比所述最窄部的内径大。
在优选的方式中，所述阀口中的所述阀座与所述最窄部之间的部分的内径随着接近所述最窄部侧而连续地或阶段性地减小。
在进一步优选的方式中，所述阀口中的所述阀座与所述最窄部之间的部分被设为缩径部，该缩径部随着接近所述最窄部侧而内径连续地减小，并且所述阀口中的所述缩径部被设定为与所述阀芯中的所述曲面部平行。
在另一优选的方式中，所述最窄部由圆筒面构成。
在其他优选的方式中，当所述落座面部落座于所述阀座时，所述阀芯侧直部的下端部位于与所述最窄部的上端部对应的位置。
在其他优选的方式中，当所述落座面部落座于所述阀座时，所述阀芯侧直部的下端部相比于所述最窄部的上端部位于下侧。
根据本发明，在阀主体的阀口设有最窄部，该最窄部的内径比阀芯侧直部的直径大，阀座的内径比该最窄部的内径大。因此，由于落座部分与上升流量的控制部分被设定在不同位置，例如与阀座的内径与最窄部的内径相同的以往的电动阀相比，该电动阀能够使上升流量的管理简单化并能够充分地降低上升流量，并且，能够有效地提高低流量域中的控制性。
并且，阀口中的阀座与最窄部之间的部分被设为缩径部，该缩径部随着接近最窄部侧而内径连续地减小，并且阀口中的缩径部被设定为与阀芯中的曲面部平行，由此，能够连续地设定流量特性。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的电动阀的一实施方式的纵剖面图。
图2是放大表示图1所示的电动阀的主要部分的主要部分放大纵剖面图。
图3是表示图1所示的电动阀的流量特性的图。
图4是放大表示图1所示的电动阀的其他例的主要部分的主要部分放大纵剖面图。
图5是放大表示图1所示的电动阀的另一其他例的主要部分的主要部分放大纵剖面图。
图6是表示图5所示的电动阀的流量特性的图。
图7是扩大表示以往的电动阀的主要部分的主要部分放大纵剖面图。
符号说明
1 电动阀
10 阀轴
14 阀芯
14a 落座面部
14b 曲面部
14ba 上侧锥面部
14bb 下侧锥面部
20 导向衬套
21 圆筒部
23 固定螺纹部(外螺纹部)
28 螺纹进给机构
29 下部止动机构
30 阀轴保持架
33 可动螺纹部(内螺纹部)
40 阀主体
40a 阀室
41 第一开口
41a 第一导管
42 第二开口
42a 第二导管
45 阀座部
46 阀口
46a 阀座
46b 缩径部
46c 扩径部
46s 最窄部
47 凸缘状部
50 步进电机
51 转子
52 定子
55 壳体
60 压缩螺旋弹簧
70 防脱卡定部件
O 轴线
ΦA 直部的外径
ΦB 最窄部的内径(口径)
ΦC 阀座的内径(口径)
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各图中，为了容易理解发明或谋求作图的方便，形成于部件间的间隙、部件间的隔离距离等有夸张描绘的情况。并且，在本说明书中，表示上下、左右等的位置、方向的记载是以图1的方向箭头表示为基准，而并不是指实际的使用状态下的位置、方向。
图1是表示本发明所涉及的电动阀的一实施方式的纵剖面图。
图示实施方式的电动阀1是在例如热泵式制冷制热系统等中用于调整制冷剂流量而使用的电动阀，主要具备：具有阀芯14的阀轴10、导向衬套20、阀轴保持架30、阀主体40、壳体55、由转子51和定子52组成的步进电机50、压缩螺旋弹簧60、防脱卡定部件70、螺纹进给机构28以及下部止动机构29。
所述阀轴10从上侧开始具有上部小径部11、中间大径部12以及下部小径部13，并且在该下部小径部13的下端部一体地形成有阀芯14，该阀芯14用于控制流经阀口46的流体(制冷剂)的通过流量。
同时参照图1和图2可知，所述阀芯14从上侧(阀室40a侧)开始具有落座面部14a、直部(阀芯侧直部)14s及曲面部14b，该落座面部14a由能够与阀座46a接触(落座)的倒圆锥台面构成，该直部14s与该落座面部14a的下侧相连，且由比阀轴10的下部小径部13直径稍小的圆筒面(在升降方向上外径恒定)构成，该曲面部14b与该直部14s的下侧相连，用于根据来自阀座46a的升起量来使流经阀口46的流体的流量变化。曲面部14b具有随着接近顶端而控制角(和与阀芯14的中心轴线O平行的线交叉的交叉角)阶段性变大的多段(在此为两段)的倒圆锥台状的锥面部。在此，所述多段(两段)倒圆锥台状的锥面部具有上侧锥面部14ba和下侧锥面部14bb，该上侧锥面部14ba由倒圆锥台面构成，该下侧锥面部14bb由控制角大于上侧锥面部14ba的倒圆锥台面构成。
所述导向衬套20具有圆筒部21和延伸部22，所述阀轴10(的中间大径部12)以能够在轴线O方向上相对移动(滑动)且能够绕轴线O相对旋转的状态内插于该圆筒部21，该延伸部22从该圆筒部21的上端部向上方延伸且内径大于该圆筒部21，并且该延伸部22内插有所述阀轴10的中间大径部12的上端侧和上部小径部11的下端侧。在所述导向衬套20的圆筒部21的外周形成有固定螺纹部(外螺纹部)23，该固定螺纹部23构成基于转子51的旋转驱动来使所述阀轴10的阀芯14相对于阀主体40的阀座46a升降的螺纹进给机构28的一方。并且，所述圆筒部21的下部(比固定螺纹部23更靠近下侧的部分)设为与阀主体40的嵌合孔44相嵌合的大径的嵌合部27。在所述固定螺纹部23(中的比阀轴保持架30更靠近下侧)螺紧固定有下部止动件25，在该下部止动件25的外周一体地突出设置有固定止动体24，该固定止动体24构成对阀轴保持架30(即，与阀轴保持架30连结的阀轴10)的旋转向下移动进行限制的下部止动机构29的一方。另外，嵌合部27的上表面27a设为对下部止动件25的向下移动进行限制(换言之，规定下部止动件25的向下移动界限位置或最向下移动位置)的止动部。
所述阀轴保持架30具有圆筒部31和顶部32，该圆筒部31内插有所述导向衬套20，该顶部32贯通设置有被所述阀轴10(的上部小径部11)的上端部插通的插通孔32a。在所述阀轴保持架30的圆筒部31的内周形成有可动螺纹部(内螺纹部)33，该可动螺纹部33与所述导向衬套20的固定螺纹部23螺合而构成所述螺纹进给机构28，并且在所述阀轴保持架30的圆筒部31的外周下端一体地突出设置有可动止动体34，该可动止动体34构成所述下部止动机构29的另一方。
并且，在形成于所述阀轴10的上部小径部11与中间大径部12之间的台阶面和所述阀轴保持架30的顶部32的下表面之间，以外插于阀轴10的上部小径部11的方式压缩装配有压缩螺旋弹簧60，该压缩螺旋弹簧60向使所述阀轴10与所述阀轴保持架30在升降方向(轴线O方向)上远离的方向施力，换言之，压缩螺旋弹簧60总是对所述阀轴10(阀芯14)向下方(闭阀方向)施力。
所述阀主体40由例如黄铜、SUS等的金属制圆筒体构成。该阀主体40具有阀室40a，在该阀室40a的内部流体被导入导出，第一导管41a通过钎焊等方式与设置于该阀室40a的侧部的横向的第一开口41连结固定，在该阀室40a的顶部形成有插通孔43以及嵌合孔44，所述阀轴10(的中间大径部12)在能够在轴线O方向上相对移动(滑动)及能够绕轴线O相对旋转的状态下插通于该插通孔43，在该嵌合孔44嵌合并安装固定有所述导向衬套20的下部(嵌合部27)，第二导管42a通过钎焊等方式与设置于该阀室40a的下部的纵向的第二开口42连结固定。并且，在由设于所述阀室40a与所述第二开口42之间的底部壁构成的阀座部45形成有阀口46，该阀口46具有与所述阀芯14接触、分离的阀座46a。
参照图1及图2可知，所述阀口46具有缩径部46b、最窄部(阀口46中口径最小的部分)46s以及扩径部46c，该缩径部46b的上侧(阀室40a侧)与阀座46a相连且由随着接近下侧(最窄部46s侧)而内径连续地小的倒立圆锥台面构成，该最窄部46s与该缩径部46b的下侧相连且由圆筒面(在升降方向上内径恒定)构成，该扩径部46c由随着接近下侧而内径连续地增大的圆锥台面构成。
所述阀座46a的内径(口径)(ΦC)被设计为比所述阀轴10的下部小径部13的直径小，所述最窄部46s的内径(口径)(ΦB)被设计为比所述阀芯14的直部14s的外径(ΦA)稍大，阀座46a的内径(ΦC)比最窄部46s的内径(ΦB)大。
并且在此，将各部件的尺寸形状设定为：当阀芯14的落座面部14a落座于阀座46a时，直部14s的下端部与最窄部46s的上端部成为大致相同的位置(图1及图2所示的状态)。
另一方面，在所述阀主体40的上端部通过铆接等固定有凸缘状板47，并且在设置于该凸缘状板47的外周的台阶部，通过对头焊接而密封接合有带顶的圆筒状的壳体55的下端部。
在所述壳体55的内侧且在所述导向衬套20以及所述阀轴保持架30的外侧，旋转自如地配置有转子51，在所述壳体55的外侧，为了驱动所述转子51旋转而配置有定子52，该定子52由轭铁52a、线圈架52b、定子线圈52c以及树脂模制外壳52d等构成。定子线圈52c连接有多个接线端子52e，这些接线端子52e经由基板52f而连接有多根接线52g，从而构成为通过向定子线圈52c通电励磁来使配置于壳体55内的转子51绕轴线O旋转。
配置于壳体55内的所述转子51卡合支承于所述阀轴保持架30，且该阀轴保持架30构成为与所述转子51一起(一体地)旋转。
具体而言，所述转子51是由内筒51a、外筒51b及连接部51c构成的二重管结构，该连接部51c在绕轴线O的规定的角度位置将内筒51a与外筒51b连接起来，在内筒51a的内周(例如，绕轴线O以120°的角度间隔)形成有沿轴线O方向(上下方向)延伸的纵槽51d。
另一方面，在所述阀轴保持架30的外周(的上半部分)，(例如，绕轴线O以120°的角度间隔)以突出的方式设置有沿上下方向延伸的突条30a，在该突条30a的下部两侧形成有支承所述转子51的朝上的卡定面(未图示)。
转子51的内筒51a的纵槽51d与阀轴保持架30的突条30a卡合，并且，通过转子51的内筒51a的下表面与阀轴保持架30的卡定面抵接，转子51在相对于阀轴保持架30被定位的状态下被支承固定于阀轴保持架30，所述阀轴保持架30一边将所述转子51支承在所述壳体55内，一边与该转子51一起旋转。
在所述转子51及阀轴保持架30的上侧配置有由推压螺母71与转子按压部件72构成的防脱卡定部件70，以防止阀轴保持架30与转子51在升降方向上的相对移动(换言之，将转子51相对于阀轴保持架30向下方按压)并连结阀轴10与阀轴保持架30，该推压螺母71通过压入、焊接等外嵌固定在所述阀轴10(的上部小径部11)的上端部，该转子按压部件72介于该推压螺母71与转子51之间，并由在中央形成供阀轴10的上端部插通的插通孔72a的圆板状部件构成。即，所述转子51被夹持在通过压缩螺旋弹簧60的作用力而被向上方施力的阀轴保持架30与所述转子按压部件72之间。另外，从阀轴保持架30的上端到卡定面为止的(上下方向的)高度与转子51的内筒51a的(上下方向的)高度相同，阀轴保持架30(的顶部32)的上表面与所述转子按压部件72的下表面(平坦面)抵接。
并且，在固定于所述阀轴10的上端部的所述推压螺母71，外装有由对阀轴保持架30向导向衬套20侧施力的螺旋弹簧构成的复原弹簧75，该复原弹簧75防止在动作时阀轴保持架30相对于导向衬套20向上方过度移动而导致导向衬套20的固定螺纹部23与阀轴保持架30的可动螺纹部33的螺合脱扣。
在该结构的电动阀1中，当通过向定子52(的定子线圈52c)通电励磁来使转子51旋转时，阀轴保持架30以及阀轴10与转子51一体地旋转。此时，通过由导向衬套20的固定螺纹部23与阀轴保持架30的可动螺纹部33构成的螺纹进给机构28来使阀轴10随同阀芯14升降，由此，使阀芯14与阀座部46a之间的间隙(升起量、阀开度)增减，从而调整制冷剂等流体的通过流量(参见图3)。并且，当阀轴保持架30的可动止动体34与固定于导向衬套20的下部止动件25的固定止动体24抵接，阀芯14位于最下降位置时(阀芯14的升起量为零时)，成为阀芯14(的落座面部14a)落座于阀座46a而关闭阀口46的全闭状态，阀口46中的制冷剂等的流体的流动被切断(图1及图2所示的状态)。
在此，在本实施方式中，阀口46中的阀座46a的内径(口径)比最窄部46s的内径(口径)大，并且当阀芯14的落座面部14a落座于阀座46a时(即，阀芯14位于最下降位置时)，直部14s的下端部位于与最窄部46s的上端部对应的位置。因此，紧接在阀芯14升降而阀芯14的落座面部14a从阀座46a(换言之，缩径部46b的上端部分)分离之后(紧接在开阀之后)(图3的点D处的状态)，在阀芯14的曲面部14b(的上侧锥面部14ba)与阀口46的最窄部46s(的上端部)(换言之，缩径部46b的下端部分)之间进行上升流量的控制。
像这样，在本实施方式中，落座部分与上升流量的控制部分被设定在不同位置，因此和例如阀座的内径与最窄部的内径相同的以往的电动阀相比，能够使上升流量的管理简单化并能够充分地降低上升流量，并且，能够有效地提高低流量域中的控制性。
并且，在本实施方式中，落座部分(阀芯14的落座面部14a与阀座46a抵接的部分)被设定在与(形成在落座面部14a与直部14s的交叉部分的)角R分离的位置，因此能够将最窄部46s的内径(ΦB)设定为与直部14s的外径(ΦA)大致相同，通过这一点，也能够充分地减少上升流量并能够有效地提高低流量域的控制性。
另外，在上述实施方式中，阀口46中的阀座46a与最窄部46s之间的缩径部46b不被设定为与阀芯14中的曲面部14b(的上侧锥面部14ba)平行(在图示例中，缩径部46b相对于中心轴线O的斜率比曲面部14b(的上侧锥面部14ba)相对于中心轴线O的斜率大)，因此低流量域(阀开度小的区域)中的流量特性存在拐点(图3的点E)，但通过将阀口46中的缩径部46b设定为与阀芯14中的曲面部14b(的上侧锥面部14ba)平行，能够连续地(无拐点地)设定低流量域中的流量特性(例如，图3的点划线所示的流量特性)，因此能够抑制中间开度下的流量偏差。
另外，在上述实施方式中，阀口46中的阀座46a与最窄部46s之间的部分被设为由随着接近下侧而内径连续地减小的倒立圆锥台面构成的缩径部46b，但例如图4所示，也可以是随着接近下侧而内径阶段性减小的台阶部(在图4所示例中为一段的台阶部)。
并且，在上述实施方式中，当阀芯14的落座面部14a落座于阀座46a时，直部14s的下端部位于与最窄部46s的上端部对应的位置，但如果考虑各部件的尺寸偏差等，例如图5所示，优选将各部的尺寸形状设定为，当阀芯14的落座面部14a落座于阀座46a时，直部14s的下端部相比于最窄部46s的上端部(例如在升降方向上以G程度)位于下侧，换言之，直部14s的下侧部分与最窄部46s的上侧部分例如在升降方向(上下方向)上以G程度重合(包覆)。在该情况下，如图6所示，在流量特性中产生些许无流量变化的区域。
并且，在上述实施方式中，阀芯14中的曲面部14b由随着靠近顶端侧而控制角阶段性增大的多段倒圆锥台状的锥面部(上侧锥面部14ba及下侧锥面部14bb)构成，但不应限定于此，显而易见，也可以是随着靠近顶端而曲率连续地增大的椭球面部或该椭球面部与一段或多段倒圆锥台状的锥面部的组合等构成。

Claims (4)

1.一种电动阀，具备：阀主体，该阀主体具有阀室及带阀座的阀口；以及阀芯，该阀芯基于升起量来使流经所述阀口的流体的流量变化，所述电动阀的特征在于，
在所述阀芯设有：落座面部，该落座面部能够与所述阀座接触；阀芯侧直部，该阀芯侧直部与所述落座面部的顶端侧相连，且在升降方向上外径恒定；以及曲面部，该曲面部与所述阀芯侧直部的顶端侧相连，且曲率或控制角随着靠近顶端而连续地或阶段性地增大，
在所述阀口设有最窄部，该最窄部的内径比所述阀芯侧直部的直径大，所述阀座的内径比所述最窄部的内径大，
所述阀口中的所述阀座与所述最窄部之间的部分被设为缩径部，该缩径部随着接近所述最窄部侧而内径连续地减小，并且
所述阀口中的所述缩径部被设定为与所述阀芯中的所述曲面部平行。
2.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，
所述最窄部由圆筒面构成。
3.根据权利要求1或2所述的电动阀，其特征在于，
当所述落座面部落座于所述阀座时，所述阀芯侧直部的下端部位于与所述最窄部的上端部对应的位置。
4.根据权利要求1或2所述的电动阀，其特征在于，
当所述落座面部落座于所述阀座时，所述阀芯侧直部的下端部相比于所述最窄部的上端部位于下侧。
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