CN108731309A - 用于流动控制的电磁阀组件和包括电磁阀组件的制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于流动控制的电磁阀组件以及包括该电磁阀组件的制冷系统。所述电磁阀组件包括：主要本体和次要本体；线圈，该线圈被布置在该主要本体内；至少一个入口路径和至少一个出口路径；阀座，该阀座与主要本体以及次要本体物理地关联；和至少一个可移动的构件，该至少一个可移动的构件被布置在气密腔室内，所述阀座包括下部壁，该下部壁包括磁传导部分和磁屏障部分，该磁屏障部分能够使穿过阀座的下部壁的磁通向着可移动的构件偏转。本发明通过改变电磁阀组件的空气间隙而为产生的磁通限定最佳路径，提供了使电磁阀组件能够用于多种应用的紧凑布置。

Description

用于流动控制的电磁阀组件和包括电磁阀组件的制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷系统，并且主要地涉及制冷系统中的用于流动控制的阀组件，该阀组件是可控制的、快速致动的、低电力消耗的、高耐用性的且能够提供制冷系统中的效率增加。
背景技术
如本领域技术人员已知的，螺线管可控制的阀是众所周知的并且具有许多各种不同的可能应用，具体地在涉及流体流动调节的领域中，其中通常它们的快速致动和精确控制是在这些部件的设计中要被考虑的相关因素。这种类型的阀的应用的例子是内燃机和制冷压缩机和/或制冷回路它们自身的燃料喷射阀。
通常，螺线管可控制的阀包括线圈，该线圈由盘绕的导线形成，使得当电流穿过这个导线时，所述电流产生吸引或排斥的力，引起该阀的可移动的部分移动向着或离开密封的通道，因此提供其打开和/或关闭。
在这种阀中，致动响应时间以多个因素的函数被给出，该多个因素具体地诸如该阀的可移动的部分的质量，穿过线圈的电流，以及因此耗散的电功率，空气间隙的设计等等。
根据现有技术已知的螺线管可控制的阀基本上被分成两组：旋转运动的那些阀和直线运动的那些阀，其大部分是双稳定的(在打开位置中和在关闭位置中稳定的)；其中都取决于驱动顺序，这使得它们是慢的且主要可应用于执行小数量的循环的方案，因此包括在大数量的循环中操作的低的可靠性。
鉴于这种情况，现有技术的一些方案已经针对具有快速致动的螺线管可控制的阀的设计，这是由于取决于所讨论的应用的这种因素可能是最重要的。
被提及的是例如文献US 4905962的方案，该文献描述一种快速切换的电磁阀，该电磁阀包括电磁体，该电磁体包括极表面，该极表面向着阀板以一定角度倾斜以在其间限定楔形空气间隙，使得总的阀行程减小，除了阀座附近(其中，其限定要被密封的通道)，并且因此使得那个阀的加速在其致动的开始被优化。具体地，还观察到这个文献提出的布置中的磁场的磁通显然地通过外壳和限定极表面的本体出现，该极表面的形状也类似楔形。以这种方式，可以看到，前述文献尽管提供快速致动阀，但它不担心为磁通提供最佳路径以便节省电消耗。
涉及电磁阀的快速致动的另一方案在文献US 2014225018中被找到，而该文献描述一种阀组件，该阀组件包括被容纳在主要本体中的线圈，被构造用来调节穿过通道的流体的通过的可移动的构件，所述可移动的构件与衔铁物理地关联，所述衔铁具有磁性部分和非磁性部分，其中当线圈被加电并且产生磁场时衔铁的磁性部分允许其被吸引和/或排斥，并且其中非磁性部分以最小量被设置以便与阀组件的主要本体一起固定衔铁以便衔铁不损害磁通。所述文献因此示出关于要被磁通穿过使得它能够吸引/排斥提供某些通道的密封的阀的可移动的构件的路径的一些担忧，这是本发明要解决的一个重点。然而，US2014225018的方案仍然可以从磁通的视点、以及从设计的视点被优化，具体地这是由于它不提供紧凑的方案。
同样地，并且参考制冷系统的布置和构造，具体地，被指出的是，各种可能布置从现有技术已知。在较简单的布置中，制冷系统顺序地由以下组成：压缩机，该压缩机压缩且泵送工作流体(冷却剂流体)通过压缩机构；冷凝器，该冷凝器通过工作流体提供热的释放；膨胀装置(例如，毛细管)，该膨胀装置使工作流体膨胀；蒸发器，在该蒸发器中蒸发工作流体，从要被冷却的环境吸取热；以及管道，该管道流体地连接所述装置并且限定回路。
在一些制冷系统中，膨胀装置(或毛细管)被设计尺寸用于压缩机的固定容量且用于在单个周围温度下的更好性能的情况。在该系统的周围温度和/或内部载荷变化的情况下，这个性能被损害。在使用可变容量压缩机的制冷系统中，这个问题更加相关，这是由于毛细管根据压缩机的最大容量被设计尺寸，并且当它以低的容量工作时，毛细管具有比压缩机泵高的流量，引起该系统的效率减小。
更具体地，为了避免这个问题，一些方案已经描述控制制冷系统内的冷却剂流体的流动的阀的使用。这些方案的一个在文献PI 06012981中被公开。所述文献以概念的方式描述制冷回路中的流动控制的系统和方法，该制冷回路包括封闭式压缩机，该封闭式压缩机流体地连接到包括冷凝器、蒸发器和流体膨胀装置的封闭回路，其中所述流体膨胀装置具有标称膨胀容量并且它被布置在蒸发器和冷凝器之间，并且其中封闭回路也包括标称容量的回路流动。此外，所述系统包括流动控制阀，该流动控制阀被布置在冷凝器的出口和流体膨胀装置的入口之间，其中流动控制阀被调整使得穿过膨胀装置的流体总是基本上处于标称膨胀容量。
因此，并且鉴于前述的全部，虽然上面描述的方案证明是起作用的以便使得它们是可行的，注意到，针对现有技术提供一种关于螺线管可控制的流动控制阀仍然存在改进的空间，使得该螺线管可控制的流动控制阀是可靠的、快速切换的、低功率消耗的、高耐久性的、并且具有紧凑且廉价的布置，也能够实现文献PI 06012981中描述的方案的构思。
由于这种情况而产生本发明。
发明内容
因此，本发明的主要目标是公开一种用于流动控制的电磁阀组件，该电磁阀组件是可靠的、具有高的耐久性并且主要地具有低的功率消耗。
本发明的目标是还提供一种紧凑的且廉价的电磁阀组件。
本发明的另外目标是公开一种方案，该方案能够改变电磁阀组件的空气间隙以便为产生的磁通限定最佳路径。
另一目标是描述一种简单的廉价的且高耐久性的方案，该方案对于各种应用(包括在高效制冷系统中)是可行的。
上面总结的目标通过用于流动控制的电磁阀组件被完全实现，所述电磁阀组件包括：主要本体和次要本体；线圈，该线圈被布置在该主要本体内；至少一个入口路径和至少一个出口路径；阀座，该阀座与主要本体以及次要本体物理地关联，以便实现阀座与主要本体以及次要本体之间的界面连接，所述阀座至少与该次要本体结合地限定气密腔室。
该至少一个可移动的构件被布置在气密腔室内并且它包括至少一个铁磁部分，以便根据线圈产生的磁场被吸引或排斥，使得可移动的构件能够移动。
所述至少一个入口路径通过至少一个入口开口与气密腔室连通并且所述至少一个可移动的构件与该至少一个入口开口协作以便打开或关闭它。
该主要本体限定敞开腔室，该敞开腔室与气密腔室沿纵向间隔开。
具体地，根据本发明，所述阀座包括下部壁，该下部壁包括磁传导部分和磁屏障部分，所述磁屏障部分能够使穿过阀座的下部壁的磁通向着可移动的构件偏转。
优选地，入口路径被限定在管状本体中，该管状本体与主要本体以及阀座物理地关联。
而且，优选地，磁屏障部分是由非铁材料制成的金属环，并且更具体地是由不锈钢制成的金属环。替代地，磁屏障部分是空气环。
根据本发明，当线圈被断开电源时，可移动的构件与入口开口间隔开，以便维持入口路径和气密腔室之间的流体连通。
可移动的构件包括：下部面，该下部面能够密封入口开口；和上部面，该上部面优选地与至少一个复位弹簧关联，所述至少一个复位弹簧是平板弹簧或平板弹簧的束。
所述复位弹簧被安置成抵靠止挡件，该止挡件被限定在次要本体的凸缘部分中。
可移动的构件包括盘状本体。此外，所述可移动的构件还包括与该至少一个入口路径沿径向间隔开的至少一个通孔。
此外，本发明还涉及一种包括用于流动控制的电磁阀组件的制冷系统，该制冷系统包括：至少一个压缩机、至少一个冷凝器、至少一个膨胀装置、至少一个蒸发器、封闭回路，该封闭回路与至少一个压缩机、至少一个冷凝器、至少一个膨胀装置和至少一个蒸发器流体地且顺序地连通。
所述至少一个膨胀装置包括相应的标称膨胀容量并且它被布置在该至少一个冷凝器和该至少一个蒸发器之间。
该压缩机提供流体沿封闭回路的流动，其中封闭回路包括标称容量的回路流动。
用于流动控制的电磁阀组件被布置在该至少一个冷凝器的出口和该至少一个膨胀装置的入口之间，所述电磁阀组件被调整使得穿过膨胀装置的流体等于标称膨胀容量，其中用于流动控制的电磁阀组件如上被限定。
附图说明
本发明将基于下面列出的说明性图被详细描述，其中：
图1示出根据现有技术的电磁阀组件的纵向剖视图；
图2示出根据本发明的优选实施例的电磁阀组件的纵向剖视图；
图3示意性地示出根据本发明的包括电磁阀组件的制冷系统。
具体实施方式
根据所讨论的本发明的中心目标，公开一种用于流动控制的电磁阀组件70，该电磁阀组件包括：主要本体10，该主要本体限定敞开腔室13并且在其内部中容纳线圈30；与主要本体10沿纵向间隔开的次要本体20；以及阀座40，该阀座与主要本体10以及次要本体20同时地物理关联，以便执行阀座与主要本体以及次要本体之间的界面连接，所述阀座40至少结合次要本体20限定气密腔室41，该气密腔室显然也与敞开腔室13沿纵向间隔开。
气密腔室41被如此命名以将它与敞开腔室13(线圈30被容纳到该敞开腔室中)区分开，该敞开腔室由主要的本体10限定。气密腔室(诸如本发明的电磁阀组件70的气密腔室)也是已知的，使得它们的功能不需要被详细描述。而敞开腔室13被如此命名，这是由于它不必是气密的。
然而，值得提及，所述气密腔室41具有重要的压力均衡功能(如下面将另外详述的)。
在所述气密腔室41内，布置优选地盘状形状的至少一个可移动的构件42，该可移动的构件通过其移动而调节从至少一个入口路径11到至少一个出口路径21的流体的通过。更具体地，所述入口路径11通过至少一个入口开口12与气密腔室41连通，并且气密腔室41又通过多个通孔43与出口路径21连通，该多个通孔被限定在可移动的构件42上并且沿周向彼此间隔开。
该至少一个可移动的构件42与该至少一个入口开口12协作以便在其根据线圈30产生的磁场而被吸引或排斥时打开或关闭所述至少一个入口开口，这是由于所述可移动的构件42包括至少一个铁磁部分。
更具体地，可移动的构件42包括下部面421和上部面422，该下部面421能够抵靠阀座40安置以便密封入口开口12。此外，所述可移动的构件42的行程因此被设置成从阀座40的下部壁45到次要本体20的凸缘部分23。
根据本发明的优选实施例，当线圈30被加电时，可移动的构件42被吸引并且密封入口开口12，并且当线圈30被断开电源时，可移动的构件42由于简单的压力差而移动，即，由于入口路径11的流体力自身而移动，并且抵靠次要本体20的凸缘部分23。在其中线圈30被断开电源的这种情况中，可移动的构件42与入口开口12间隔开以便维持入口路径11和气密腔室41之间的流体连通，这因此是其“仅有的稳定位置”。
本领域技术人员也将理解，替代地，电磁阀组件70的设计可以被改变以当线圈30被断开电源时在入口开口12的关闭状态下提供可移动的构件42的仅有的稳定位置。
在入口开口12的打开状态下具有可移动的构件42的仅有的稳定位置的优点是，在电磁阀组件70出现故障的情况中，流体通过将不停止并且可移动的构件42的上游压力将不升高太多，使得该组件的完整性尽管故障但将仍然被维持。
具体地，根据本发明，所述阀座40包括下部壁45，该下部壁在主要本体的侧壁15中或在从其延伸的一些凸缘中抵靠主要本体10。阀座40的下部壁45包括磁传导部分451和磁屏障部分452，所述磁屏障部分452能够使穿过阀座40的下部壁45的磁通沿可移动的构件42的方向偏转，使得所述磁通穿过所述可移动的构件42。
以这种方式，电磁阀组件70的空气间隙被改变使得对于穿过线圈30的相同电流，即，对于相同的功率消耗，存在“最佳”磁通路径并且能够以更高的效率(强度、速度)和可靠性吸引或排斥可移动的构件42。
在这点上并且通过对比被指出，如果不设置磁屏障部分452，则磁通将行进如图1中以虚线示出的路径。在另一方面，通过将所述磁屏障部分452设置成邻近阀座40，该磁通沿如图2中以虚线示出的路径行进。
因此强调，磁屏障部分452的设置对于根据描述的布置的电磁阀组件70是不可缺少的，这是由于可移动的构件42与主要本体和线圈30沿纵向间隔开并且充分远离主要本体和线圈30。
根据本发明的优选实施例，主要本体10具有杯形，在其下端部具有第一孔100，该第一孔接收管状本体50，该管状本体限定入口路径11。
优选地，阀座40也具有类似于杯子的形状，在其下部壁45中包括第二孔400以便接收管状本体50的上端部51。
而且，以优选的方式，次要本体20包括管状形状，在其下端部包括凸缘部分23以便接合阀座40，并且也用来限定可移动的构件42的行程端部。
因此，如从图2可以见到的，根据本发明的优选实施例，主要本体10、管状本体50、阀座40和次要本体20轴向地彼此对准。
优选地，在阀座40中限定的磁屏障部分452是由非铁材料制成的金属环。替代地，它可以是空气环。替代环的另一可能性将可能是设置周向地彼此间隔开的弓形的段。在选择金属材料的情况下，好的选择是使用不锈钢，这是由于不锈钢的低的导磁性，低的成本和容易加工(例如，延展性)。
此外，并且也在磁屏障部分452是金属环的情况下，预见所述金属环的厚度基本上等于下部壁45的厚度，使得金属环被布置成邻近下部壁以便在第二孔400的区域中提供其延伸。
因此，鉴于本发明的上面描述的优选特征，将理解，气密腔室41最终由阀座40(包括其磁传导部分451和其磁屏障部分452)、次要本体20、以及管状本体50的上端部51限定。
优选地，可移动的构件42的上部面422与至少一个复位弹簧60相关联，该至少一个复位弹簧为平板弹簧类型或平板弹簧的束。所述复位弹簧60优选地安置成抵靠次要本体20的凸缘部分23，与气密腔室41相邻。
显然，在复位弹簧60是与可移动的构件的上部面422关联的平板弹簧或平板弹簧的束的情况中，所述复位弹簧60将具有协作的通孔(未示出)，即，与可移动的构件42的通孔43对准以保证气密腔室41和出口路径21之间的流体连通。
以这种方式，即，磁屏障部分452限定阀座40的下部壁45自身的一部分，复位弹簧60为平板类型或平板弹簧的束，并且它们的布置邻近气密腔室41，并且不是布置在由主要本体10限定的敞开腔室13内的螺旋弹簧，本发明除了实现被提议的目标(例如，涉及可靠性、快速致动和低的功率消耗)外，它还提供紧凑的布置，能够用于多种应用(包括在制冷压缩机内)。
因此，注意到，可移动的构件42、磁屏障部分452和复位弹簧60都不布置在包围线圈30或容纳所述线圈30的主要本体10的区域中，也都不布置在被线圈30或容纳所述线圈30的主要本体10包围的区域中。换句话说，可移动的构件42、磁屏障部分452和复位弹簧60被布置成与主要本体10和线圈30沿纵向间隔开。
另外强调，以优选的方式，在可移动的构件42中限定的所述通孔43与该至少一个入口路径11沿径向间隔开。
如提及的，所述通孔43提供气密腔室41和出口路径21之间的流体连通，使得除了在电磁阀组件70中在正常操作期间是起作用的外，它们也可用于当相对于入口路径11在出口路径21中压力升高太多且不适当地升高时进行压力均衡。
即，如果可移动的构件42的下游压力大于可移动的构件42的上游压力，则所述可移动的构件42可以被迫保持关闭，包括克服由复位弹簧60提供的复位力(如上面提及的不希望的事实)。因此，所述通孔43允许流体从出口路径21回流到气密腔室41，然而，由于通孔与入口路径11不对准或沿径向间隔开，因此通孔不显著地损害流体从入口路径的流动。
因此，根据这里公开的特征，本发明的用于流动控制的电磁阀组件70适合于多种应用(包括制冷压缩机，该制冷压缩机需要阀的快速切换和大数量的切换循环)。
此外，提出的电磁阀组件70也适合于高效制冷系统中的流动控制，诸如文献PI06012981中描述的情况。
即，也设想一种制冷系统，该制冷系统包括压缩机71(优选地为可变速度和/或多吸入类型)、冷凝器72、膨胀装置73、蒸发器74、封闭回路75，该封闭回路与压缩机71、冷凝器72、膨胀装置73和蒸发器74流体地且顺序地连通，所述膨胀装置73被布置在蒸发器74和冷凝器72之间，该制冷系统也可以包括用于流动控制的电磁阀组件70，该电磁阀组件如描述的电磁阀组件，被布置在冷凝器72的出口和膨胀装置73的入口之间。
因此，由于膨胀装置73包括相应的标称膨胀容量并且由于压缩机71提供流体沿包括标称容量的回路流动的封闭回路75的流动，所述电磁阀组件70可以被调整使得穿过膨胀装置73的流体等于标称膨胀容量。因此，即使压缩机71以低的容量(低的速度)操作，膨胀装置73的效率仍然可以被维持，并且因此制冷系统的效率总体上可以被维持。
重要的是强调，上面的描述的唯一目的是以示例性方式描述所讨论的本发明的特别实施例。因此，清楚的是，以相同的方式基本上执行相同的功能以实现相同的结果的元件的修改、变化和构造组合保持在由所附权利要求限定的保护范围内。

Claims (14)

1.一种用于流动控制的电磁阀组件，所述电磁阀组件(70)包括：
主要本体(10)和次要本体(20)；
线圈(30)，所述线圈布置在所述主要本体(10)内；
至少一个入口路径(11)和至少一个出口路径(21)；
阀座(40)，所述阀座与所述主要本体(10)以及次要本体(20)物理地关联，以便实现所述阀座与所述主要本体以及次要本体之间的界面连接，所述阀座(40)至少与所述次要本体(20)结合地限定气密腔室(41)；
布置在所述气密腔室(41)内的至少一个可移动的构件(42)；
所述至少一个可移动的构件(42)包括至少一个铁磁部分，以便根据所述线圈(30)产生的磁场而被吸引或排斥，使得所述可移动的构件(42)能够移动；
所述至少一个入口路径(11)通过至少一个入口开口(12)与所述气密腔室(41)连通；
所述至少一个可移动的构件(42)与所述至少一个入口开口(12)协作，以便打开或关闭所述至少一个入口开口；
所述电磁阀组件的特征在于：
所述阀座(40)包括下部壁(45)，所述下部壁包括磁传导部分(451)和磁屏障部分(452)；
所述磁屏障部分能够使穿过所述阀座(40)的下部壁(45)的磁通向着所述可移动的构件(42)偏转。
2.根据权利要求1所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述主要本体(10)限定敞开腔室(13)。
3.根据权利要求2所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述气密腔室(41)与由所述主要本体(10)限定的所述敞开腔室(13)沿纵向间隔开。
4.根据权利要求1所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述入口路径(11)被限定在管状本体(50)中，所述管状本体与所述主要本体(10)以及所述阀座(40)物理地关联。
5.根据权利要求1所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述磁屏障部分(452)是由非铁材料制成的金属环。
6.根据权利要求1所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述磁屏障部分(452)是空气环。
7.根据权利要求5所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述金属环由不锈钢制成。
8.根据权利要求1所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，当所述线圈(30)被断开电源时，所述可移动的构件(42)与所述入口开口(12)间隔开，以便维持所述入口路径(11)和所述气密腔室(41)之间的流体连通。
9.根据权利要求1所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述可移动的构件(42)包括：下部面(421)，所述下部面能够密封所述入口开口(12)；和上部面(422)，所述上部面与至少一个复位弹簧(60)关联。
10.根据权利要求9所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述至少一个复位弹簧(60)是平板弹簧或平板弹簧的束。
11.根据权利要求8所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述复位弹簧(60)被安置成抵靠所述次要本体(20)的凸缘部分(23)。
12.根据权利要求1所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，所述可移动的构件(42)包括盘状本体。
13.根据权利要求1所述的用于流动控制的电磁阀组件，其特征在于，
所述可移动的构件(42)包括至少一个通孔(43)，所述至少一个通孔与所述至少一个入口路径(11)沿径向间隔开。
14.一种包括用于流动控制的电磁阀组件(70)的制冷系统，所述制冷系统包括：
至少一个压缩机(71)；
至少一个冷凝器(72)；
至少一个膨胀装置(73)；
至少一个蒸发器(74)；
封闭回路(75)，所述封闭回路与所述至少一个压缩机(71)、所述至少一个冷凝器(72)、所述至少一个膨胀装置(73)和所述至少一个蒸发器(74)流体地且顺序地连通；
所述至少一个膨胀装置(73)包括相应的标称膨胀容量，并且被布置在所述至少一个冷凝器(72)和所述至少一个蒸发器(74)之间；
所述压缩机(71)提供流体沿所述封闭回路(75)的流动，其中所述封闭回路(75)包括标称容量的回路流动；
所述用于流动控制的电磁阀组件(70)被布置在所述至少一个冷凝器(72)的出口和所述至少一个膨胀装置(73)的入口之间；
所述用于流动控制的电磁阀组件(70)被调整使得穿过所述膨胀装置(73)的所述流体等于所述标称膨胀容量；
所述制冷系统的特征在于，所述用于流动控制的电磁阀组件(70)根据权利要求1到13被限定。
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