CN1096353A - 低噪音低磨损的回转电磁阀 - Google Patents

Abstract

回转电磁阀包括在其两端都有流道的圆筒形阀 体和安装在其内能转动的磁感应的阀门关闭装置。 此阀门关闭装置包括安装成可绕阀体纵轴转动的衔 铁及在衔铁两端可滑动的靴件。各靴件均受力被推 离衔铁而与阀体内端面接触。一控制装置使阀门关 闭装置在阻止流体通过的第一位置及允许流体通过 的第二位置之间转动，此控制器包括至少一具永久磁 铁及一具电磁铁。三通阀门同样可行。

Description

本专利申请书与标题为“制冷系统及其制冷剂流量控制设备”的有待批准的专利申请有联系，该专利申请（的流水）号为NO·07/612，290，1990年11月9日提出申请，且与本发明的受让人相同。

本发明一般涉及靠磁力动作的阀门，尤其涉及有可回转的关闭元件的阀门，该回转关闭件靠电磁铁在开通与关断两位置间旋转。回转电磁阀用途很多，特别是可用于双蒸发器制冷系统。

在制冷系统的设计中能量效率是一极为重要的因素。这对于具有冷藏室和冷冻室的多温度家用电冰箱尤其重要。在家用电冰箱中采用的传统的制冷循环是使用工作于冷冻室低温下的单个蒸发器。电冰箱的空气流动通过此蒸发器，其中大部分气流流入冷冻室，其余部分进入冷藏室。因此这一循环所产生的制冷效果对于冷冻室恰到好处，但对冷藏室而言则比所需为低。就这点而论，这种传统循环的能量效率和具有不同工作温度的两个蒸发器的不一样。

因此，一种提高能量效率的节省成本的方法是开发更有效的制冷循环。例如，前述有待批准的申请号为NO.07/612，290的专利申请公开了一种高效率的双蒸发器单压缩机制冷循环。专利号为NO4，242，116，专利权人为matthias  Aschberger等人的美国专利公开了另一种双蒸发器单压缩机循环。这两种循环都要求具有选择地控制流经系统的制冷剂流量的阀门装置。

常规的电磁阀可以满足流量控制要求，但往往引起大的噪音与磨损。比如，美国专利NO·4，242，116公开的一种三通电磁阀，包括一个管形阀壳体，壳体有一轴向内腔，有一入口通向内腔，在壳体各端各有一个出口。内腔中安置一柱塞衔铁组件，该柱塞衔铁靠电磁铁的作用沿轴向逆弹簧力而移动。柱塞两端的密封锥面在相应出口12处与阀座接合即可有选择地关闭各该出口。每当柱塞变换位置时，密封锥面撞击相应阀座的动作产生相当大的咯嗒噪声和显著的零件磨损。就这类制冷循环而言，估计其阀门具有2千万次循环寿命。

一般讲密封锥面应尽量小，因为它所产生的噪音随其重量的增加而增大。此外，推动较重的密封锥面也需要较多的能量。由于密封锥面要小，所以出口孔的横截面积就受到限制。在不希望出现压力降的场合中，特别是对于汽相流，孔口尺寸太小会造成困难，因为当孔口尺寸减小时，压力降会加大。

因此，就需要有一种适合用于制冷系统的阀门，动作无声且磨损很小，另外也需要阀门的孔口尺寸不要受到太大限制以避免不必要的压力降。

本发明提供的回转电磁阀，可以达到前述目的。此阀包括一阀体，阀体为具有纵向轴线的圆筒形壳体，在壳体一端装有第一端盖，在该件上形成有第一流体通道，而在壳体另一端装有第二端盖，在该件上形成有第二流体通道。每个流体通道均分成两叉，所以外出口为一个，而在两端盖内面上却有两个孔口。

在阀体内装有一个可绕纵轴转动的磁力驱动的阀门关闭装置，另有一控制器控制此关闭装置有选择地在第一及第二位置间转动。当阀门关闭装置处于第一位置时切断流体在两流道中的流动，而在第二位置时则允许流体通过。控制器包括至少一个永久磁铁，永久磁铁沿壳体设置在半径方向与孔口对齐，以使阀门关闭件偏转进入第一位置，控制器还包括一个电磁铁，电磁铁与壳体贴近安置，但与孔口半径方向不一致以转动阀门关闭装置到第二位置。电磁铁铁芯为C形，跨置于壳体之上，铁芯上绕有绕组。此绕组与直流电源相接。

阀门关闭装置包括一铁类衔铁和两个靴件，第一靴件位于衔铁之一端并且是可以滑动的，而第二靴件位于衔铁之另一端也是可以滑动的。第一靴件与第二靴件受力离开衔铁而与端盖内侧面相接。当阀门关闭装置处于第一位置时，两靴件分别盖住各相应孔口。

还可以有另一种方案，可以在第二端盖中留出第三条独立的流体通道而形成三通阀。这种三通阀除了在第一位置时使流体不能在第一与第二通道间流动和在第二位置时允许流体在第一与第二通道间流动外，此阀门关闭装置在第一位置时可允许流体在第一与第三通道间流动，和在第二位置时禁止流体在第一与第三通道间流动。

本发明的其他目的及优点在参照附图读完下面的详述及所提出的权利要求书之后将会十分清楚。

本发明的主题在本专利说明书的最后一章中特别指出，并明确提出权利要求。然而，对本发明的最佳理解则应通过将下面的描述与各附图对照阅读进行，在这些附图中：

图1是本发明的阀门的横断面侧视图;

图2是本发明在图1视图表示的阀门旋转90°后的横断面侧视图;

图3是本发明的阀门在关闭时的横断面端视图;

图4是本发明的阀门在开通时的横断面端视图;

图5是本发明另一种实施例的横断面端视图;而

图6是本发明又一种实施例三通阀门的横断面端视图。

本发明各附图中同一标号均指同一元件。图1为本发明的阀门10的横断面视图。图2为阀门10从图1视图旋转90°后的另一横断面视图。阀门10的组成包括一密封的阀体12，在其两端形成有流体通道14，16，供流体可从任一方向流过阀体12。在阀体12内装有可以转动的关闭装置18，以便有选择地关闭及开启阀门10。

阀体12的组成包括一中空的圆筒形壳体20及两个端盖22，24，两个端盖分别固定到圆筒形壳体20对置的两端。此两端盖22，24可将圆筒形壳体20不漏流体地封闭住，因此壳体12是密封的。壳体20及端盖22，24由非铁材料制成，不受磁场影响。流道14，16分别做在端盖22，24内。流道14，16各分两叉，即流道14，16由位于端盖22，24外侧表面的通道口26，28向内延伸后分为两叉并分别延伸至位于端盖22，24的相应内侧面的直径方向的一对孔口30和32处;第一对的两个孔口30的每一孔口与第二对孔口32的相应孔口沿轴向对准。流道14，16分叉目的有二。这可以使阀门关闭装置18沿阀体12纵轴方向得到轴颈支承。也可以使流道14，16的总横截面积尽量扩大，从而避免过大的压力降。通道口26，28有外螺纹可与相配的另件连接，比如与制冷系统的制冷剂管道连接。

阀门关闭装置18由一衔铁34及两靴件36，38组成，靴件与衔铁34的两端结合。衔铁34为一扁平的矩形闸板，其横向宽度较圆筒形壳体20的内径略小。如图3及图4所见，衔铁34的两边部均做成圆弧形，其曲率半径与圆筒形壳体20的内径相当。因而在圆筒形壳体20与衔铁34的两侧间形成一大致约5到10密耳（最好是8密耳）的间隙。衔铁34的纵向长度选为恰好使衔铁34与二靴件36、38配合在两端盖22，24之间并留下一很小的余隙。由衔铁34两端各有一枢销40，42向外伸出并插入端盖22、24的中心，以使衔铁34可绕圆筒形壳体20的纵轴转动。衔铁34由铁类材料制成，故可为磁场所吸引。虽然图中衔铁34均画成为实心体，但也可以随意制成较轻的结构形状，比如中空的矩形框架。实际上此衔铁34也不必整个都由铁类材料制做，只要它对磁场足够敏感即可。

靴件36，38可滑动地设置在衔铁34的两端。靴件36，38是狭长部件，其长度与衔铁34的宽度接近相等，具有两个侧边凸缘37，39，延伸衔铁34上下表面之上以保持靴件36，38于衔铁34之上。靴件36，38各有一中心孔，相应的枢销40，42即穿入其中。弹簧44或其他偏压装置位于衔铁34端面与两靴件36，38之间，以施力于推36，38使之离开衔铁34而与两端盖22，24之内侧面接触。如前所述，在端盖22，24与衔铁34端部之间只有微小的间隙，所以靴件36，38的任何轴向位移都是极小的。靴件36，38最好用低摩擦系数的材料如聚四氟乙烯塑料制造或用它作镀层。靴件36，38的宽度应足以完全盖住端盖22，24内侧表面上的孔口30及32（在两者对准时）。

阀门关闭装置18的转动由图3及图4所示的控制装置46完成，图3及图4均为阀门10的横断面端视图。图3表示阀门10关闭，图4表示阀门10打开。控制装置46包括一个维持阀门关闭装置18处于静止位置的偏压元件及转动阀门关闭装置18使之脱离静止位置的致动元件。如图3及图4所示，阀门关闭装置18在其处于静止位置时与孔口30，32对准（阀门关闭），在其受力脱离静止位置时就不再对准孔口30，32（阀门打开）。但是，这种安排也可以反过来，具体地说，阀门关闭装置18处于静止位置时不与孔口30，32对准（阀门打开），而当其转动脱离静止位置时与孔口30，32对准（阀门关闭）。

在优选的实施例中偏压元件是一对永久磁铁48，50，布置在圆筒形壳体20的外侧。永久磁铁48，50是沿着圆筒形壳体20的外侧纵向布置的狭长构件，两者面面相对且与孔口30，32在径向对齐。虽然两磁铁的布置是优选方案，但其他布置也是可能的。永久磁铁48，50产生的磁场吸引衔铁34，使靴件36，38与孔口30，32对准，从而关闭阀门10。致动元件是电磁铁52，当电磁铁中通过电流时会产生比永久磁铁48，50磁场更强的磁场。电磁铁52具有一C形铁芯54，铁芯54跨置于圆筒形壳体20的外侧，而铁芯的两端56正好隔着圆筒形壳体20沿直径方向相对，但与孔口30，32在径向不一致。在铁芯54上绕有绕组58，绕组58与电源60相接以获取所需电流。电源60最好是直流电源，以便保证磁铁52在使阀门关闭装置处于开通位置时不会出现波动。

操作时按装阀门10使其两个流体通道口26，28与适宜的流体导管相连。虽然阀门10可以自任一方向接受流体通过，但为了说明起见，假定流体是从第一流道14进入阀门10而由第二流道16离开。只要电磁铁52中无电流流过，永久磁铁48，50就会把阀门关闭装置18固定在静止位置。当阀门关闭装置18处于静止位置时，靴件36，38遮盖并堵住两端盖22，24的孔口30，32。第一流道14中的流体压强可能使第一靴件36不能在弹簧偏压力下紧紧压在第一端盖22上，因而会有流体漏入阀体12之中。不过，在阀体12内部形成的总压力会增强对第二靴件38的弹簧压力并使靴件38紧压在第二端盖24上，而将第二流道16封住使流体不能通过阀门10。

当电磁铁52中有电流流过时，会形成较强的磁场，吸引衔铁34并转动阀门关闭装置18使之脱离静止位置。这时每对孔口30，32将与流体连通而允许流体流过阀门10。一旦电磁铁52断电，永久磁铁48，50的磁场将吸引阀门关闭装置返回静止位置并重新关闭阀门10。当阀门关闭装置18在开、关两位置之间来回转动时，弹簧44始终使靴件36，38与两端盖22，24之内表面保持接触。如此，本发明在很大程度上避免了普通阀门所产生的噪音与磨损。而且因为没有柱塞与阀座的接触与脱离，所以孔口的尺寸不再受到限制，从而避免了不应有的压力降。本发明的孔口尺寸还因为流道14，16的分叉而扩大了。

孔口的总面积还可以通过在端盖22，24上分别增加更多孔口的方法进一步扩大，但同时也要对阀门关闭装置18进行相应的改变。例如，图5所示为阀门10的另一种实施例，其中画出了在第二端盖24的内表面上对称布置的四个孔口32。虽然在图5的横断面端视图中看不到，实际上在第一端盖22中同样有四个相对应的孔口。与前述相同，第一端盖22中的各个孔口与第二端盖24上的各个孔口在轴向上是分别对准的。由4个孔口组成的两组孔口分别汇集到相应端盖22，24的外侧表面上形成的通道口，由此而确定了第一和第二流道14，16。图5中的阀门关闭装置由一个十字形的衔铁34′和与此衔铁34′的各端结合和匹配的十字形靴件（图5中未画出）构成。如此，衔铁34′及匹配的靴件具有四个分支，可以转动而与两端盖22，24上的孔口对准或脱开。与前述相同，这一阀门关闭装置可借助控制装置46有选择地在开通与关闭之间转动。

上面所描述的本发明阀门关闭装置18在静止位置时关闭阀门10。这种结构在应用阀门10经常处于闭合状态时最合适。但是，如果阀门10是用于常处于开通的管路，则电磁铁52大部分时间要通有电流，因而上述结构就会消耗大量的电能保持阀门10处于开通状态。为此，在常开阀门的应用中采用了第二种设计结构。在这第二种结构中，永久磁铁48，50及电磁铁52的旋转位置互相对调，于是当阀门关闭装置18处于静止状态时阀门10是开通的，而当电磁铁52有电流时阀门关闭。

前述的永久磁铁48，50是控制装置46的加力元件的一种优选的实施例。其他实施方案也是可行的。例如，永久磁铁48，50可用一个或多个螺旋弹簧代替，弹簧安放于枢销40，42上并且连接到衔铁34和端盖22，24。螺旋弹簧将施一扭力于衔铁34以将它推向静止位置。当电磁铁52中通电时，电磁铁52将产生一磁场，足以克服弹簧的推力。另一种代替方案是利用第二个电磁铁代替永久磁铁48，50。在这种情况下，这两具电磁铁将轮番接通电流，因而每次只可能有一个电磁铁通电。不过这种方案要耗费较多电能，因为两个电磁铁始终有一个通着电流。

图6画出的是本发明的另一实施例，其中采用的是三通阀100。图6中所示的三通阀100与前面描述的阀门10同样具有一个圆筒形壳体20，一个与它的一端固定的第一端盖22，上有分叉流道14，在图6上未画出，及安装于壳体20内可转动的阀门关闭装置18（未画出）。阀门100也有同样的控制装置46，用于有选择地定位阀门关闭装置18。阀门100与前述阀门10的区别是，阀门100的第二端盖124有两个分别独立的分叉流道，而不是仅仅一个。每一条流道都有一对孔口132，133，位于第二端盖124内表面且在直径方向上安置。各对的两个孔口132，133分别汇集到各自位于第二端盖124的外侧表面上的通道口（未画出），在第二端盖124中两个流道之间流体并不连通。

第一对孔口132在半径方向上与永久磁铁48，50对齐，而第二对孔口133在半径方向上与电磁铁52的铁芯两端56对齐。第二端盖124中的任何一对孔口132，133均不与第一端盖22中的那一对孔口30在轴向对齐，因而孔口对30或者不与永久磁铁48，50对齐，或不与电磁铁52对齐。于是，处于静止状态时（即与永久磁铁48，50对齐），阀门关闭装置18封住第一对孔口132，使流体无法通过，但却允许流体流过第二对孔口133。当电磁铁52通电时，阀门关闭装置18转动而离开静止位置，封住第二对孔口133，使流体无法通过，但却允许流体流过第一对孔口132。因为第一端盖22中的一对孔口30与第二端盖124中任何一对孔口132，133在轴向都未对齐，因此无论阀门关闭件18处于哪一个位置都不会封住孔口30。

上面描述的电动阀门适用于双蒸发器制冷系统，并且几乎是无噪音的。这种阀门也无显著的压力降。尽管上面描述的是本发明的特别实施例，但是对于技术行家而言，很显然，对上述实施例可以进行各种改变而不脱离下面所提出的权利要求书中所确定的本发明的精神与内容范围。例如，虽然上面所描述的是二通与三通阀门，本发明也可以包括三条通路以上的情况。

Claims (26)

1、一种阀门，其特征在于，包括：

有中空内腔的阀体及与上述中空内腔成流体连通的第一与第二通道；

可转动地安装于上述中空内腔中的阀门关闭装置；及

控制器，用于有选择地使上述阀门关闭装置在第一位置及第二位置之间转动，上述阀门关闭装置在上述第一位置时可阻止流体在上述第一及第二通道间流动，而在上述第二位置时则允许流体在上述第一及第二通道间流动。

2、如权利要求1中所述阀门，其特征是所述的控制器包括至少一块永久磁铁，此永久磁铁定位于吸引上述阀门关闭装置到上述第一位置，和一电磁铁具有较上述永久磁铁更强的磁场定位于吸引上述阀门关闭装置到上述第二位置。

3、如权利要求1中所述阀门，其特征是上述阀门关闭装置包括一个闸板，与上述闸板之一端相连的第一靴件和与上述闸板之另一端相连的第二靴件。

4、如权利要求3中所述的阀门，其特征是上述第一与第二靴件都受偏压而离开上述闸板。

5、如权利要求3中所述的阀门，其特征是上述闸板为一可受磁场吸引的衔铁。

6、如权利要求5中所述的阀门，其特征是闸板由铁类材料制成。

7、如权利要求5中所述的阀门，其特征是上述控制器的组成包括一个第一磁铁定位于吸引上述阀门关闭装置至上述第一位置及一个第二磁铁定位于吸引上述阀门关闭装置至上述第二位置。

8、如权利要求7中所述的阀门，其特征是第一磁铁是永久磁铁及上述第二磁铁是电磁铁，电磁铁的磁场强度较上述永久磁铁的磁场强。

9、如权利要求8中所述的阀门，其特征是上述的电磁铁包括一跨置于上述阀体的C形铁芯，及绕在上述铁芯周围的绕组;

10、如权利要求9中所述的阀门，其特征是上述的绕组与直流电源相连接。

11、如权利要求1中所述的阀门，其特征是上述的阀体有一第三通道与上述中空内腔成流体连通，上述阀门关闭装置在上述第一位置时可让流体在上述的第一与第三通道之间流动，此时上述阀门关闭装置位于在上述第二位置阻止流体在上述第一与第三通道间流动。

12、一种具有第一与第二状态的阀门，其特征在于上述阀门包括：

一个具有中空内腔的阀体：及与上述中空内腔成流通的第一与第二通道;

一个衔铁可转动地安置于上述中空内腔中;

能施力于上述衔铁使之进入第一位置的装置;及

一个电磁驱动器，用于使上述衔铁转入第二位置，在上述衔铁处于上述第一位置时上述阀门处于第一种状态，在上述衔铁处于上述第二位置时，上述阀门处于第二种状态。

13、如权利要求12中所述的阀门，其特征是当上述阀门处于第一状态时，流体不能在上述第一与第二通道间流动，而当上述阀门处于第二种状态时流体可以上述第一与第二通道间流动。

14、如权利要求12中所述的阀门，其特征是当上述阀门处于第一种状态时，流体可以在上述第一与第二通道间流动，而当上述阀门处于第二种状态时，流体不能在第一及第二通道间流动。

15、如权利要求12所述的阀门，其特征是上述的电磁驱动器为一个电磁铁，其C形铁芯跨置于上述阀体之上。

16、如权利要求12中所述的阀门，其特征是上述的施力于上述衔铁使之进入第一位置的装置为一永久磁铁。

17、如权利要求12中所述的阀门，其特征是上述的阀体包括一个与上述中空内腔流体连通的第三通道。

18、一种阀门，其特征是包括：一个具有一纵轴的圆筒形壳体，在其壳体的一端有一第一端盖，此端盖上形成有一个第一通道;在壳体的另一端有一第二端盖，其上有一个第二通道;

一个磁力敏感的阀门关闭装置安装于上述壳体之内，可绕上述纵轴转动;

至少一具永久磁铁，沿上述壳体配置，上述的至少一具永久磁铁施力于上述阀门关闭装置使之进入第一位置，而阻断上述的第一及第二通道间流体的流动;及

电磁铁，靠近上述的壳体安置，上述的电磁铁使上述的阀门关闭装置转动进入第二位置，而允许流体在上述第一及第二通道间流动。

19、如权利要求18中所述的阀门，其特征是上述阀门关闭装置包括一铁类衔铁，在上述衔铁一端设置的可滑动的第一靴件及在上述衔铁另一端设置且可滑动的第二靴件。

20、如权利要求19中所述的阀门，其特征是上述第一及第二通道的每条通道均被分成二叉，因而各有一个外部出口，而在上述第一及第二端盖的相应两端的内侧表面上各有两个孔口。

21、如权利要求20中所述的阀门，其特征是上述的第一及第二靴件均受力离开上述衔铁并与上述第一及第二端盖相应各端的内表面相接触。

22、如权利要求21所述的阀门，其特征是当上述阀门关闭装置处于上述第一位置时，上述的第一及第二靴件盖住上述两个孔口中的相应孔口。

23、如权利要求20中所述的阀门，其特征是上述的至少一块永久磁铁与上述孔口在径向对齐，而上述电磁铁则与上述孔口在径向偏离。

24、如权利要求23中所述的阀门，上述的电磁铁包括跨置于上述圆筒形壳体上的C形铁芯及一绕制与上述铁芯上的绕组。

25、如权利要求24中所述的阀门，其特征是上述的绕组接到直流电源上。

26、如权利要求18中所述的阀门，其特征是上述的第二端盖中有一第三通道，上述阀门关闭装置在阀门处于上述第一位置时允许流体在上述第一及第三通道间流动，处于上述第二位置时，则阻止流体在上述第一及第三通道间流动。

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