CN1331393A - 电动流量控制阀 - Google Patents

Abstract

在圆筒外壳的轴向两端,设置第一节流阀机构和第二节流阀机构。各阀机构包括固定于圆筒外壳的阀座及与该阀座相对的阀体。阀座包括将流体管与外壳连通的阀口。阀体按照与阀座相接触的状态,以调节阀口的打开程度的方式旋转。阀体在与阀座离开的状态,不能调节阀口的打开程度。置于外壳内的转子按照使两阀体旋转的方式,与两阀体连接。当冷却剂从其一流体管通过外壳内部,朝向另一流体管流动时,据冷却剂的流动,在上游侧的阀机构中,阀体与阀座离开,在下游侧的阀机构,阀体与阀座相接触。

Description

电动流量控制阀

本发明涉及调节冷却剂回路中的冷却剂的流量，对该冷却剂回路的制冷能力的电动流量控制阀。

在空调器的冷却剂回路中，装配有用于调节冷却剂回路中的冷却剂的流量的流量控制阀。作为这样的流量控制阀，具有装配有步进马达的电动流量控制阀。

图14表示JP特开平8—312822号文献中所公开的已有的电动流量控制阀。如图14所示，电动流量控制阀包括阀机构V，以及驱动该阀机构V的步进马达M。

上述阀机构V包括阀外壳11和旋转轴13。该旋转轴13穿过阀外壳11的导向孔11g，以可旋转的方式支承于阀外壳上。旋转轴13的前端形成阀体13a。阀体13a的截面形状沿轴向保持一定。此外，如图14A所示，从导向孔11g的轴线到阀体13a的周面的径向距离在阀体13a的周向连续变化。即，阀体13a的周面呈螺旋状。接纳有阀体13a的导向孔11g的部分形成阀室20。

上述阀外壳11包括与阀室20连通的主口11a。此外，阀外壳11包括与阀室20连通的孔口11c，与该孔口11c连通的辅助口11b。该孔口11c和辅助口11相对导向孔11g的轴线，沿径向延伸。冷却剂从主口11a和辅助口11b中的一个，流入阀室20，并且从阀室20，朝向主口11a和辅助口11b中的另一个流出。

上述步进马达M包括带盖圆筒状的密封外壳16，围绕密封外壳16设置的定子18，以及接纳于密封外壳16内部的转子19。底盖15固定于形成于阀外壳11的台阶部11e。上述密封外壳16按照形成密封的内部空间的方式，固定于底盖15上。

上述转子19包括固定于旋转轴13的圆筒状的间隔件22，以及围绕间隔件22的永久磁铁21。上述阀外壳11的圆筒部分插入形成于间隔件22中的凹部。该凹部的内底面与圆筒部分的顶端面11d相接触。上述定子18包括一对线圈17。

在上述间隔件22的底端，形成间隔件22a。在底盖15上，设置可与间隔件22a相接触的凸部15a。止动部22a与凸部15a相接触，由此限制转子19的旋转范围。

如果向线圈17供给电流，则旋转轴13与转子19一起旋转。对应于旋转轴13的旋转角度，阀体13a相对孔口11c的旋转位置发生变化。其结果是，形成于孔口11c与和该孔口11c相对的阀体13a的周面之间的尺寸发生变化。对应于该间隙的尺寸，通过阀机构V的冷却剂的流量变化。通过适当改变阀体13a的周面的形状，如图15所示，可实现各种流量特性。

如图14所示，孔口11c所连通的导向孔11g的内壁呈曲面状，另外阀体13a的周面也呈曲面状。此外，阀体13a的周面呈螺旋状。为此，难于按照将孔口完全闭锁的方式，使阀体13a的周面与导向孔11g的内壁紧密接触，难于实现下述情况，即冷却剂流量为零，或非常少(参照图15)。其结果是，产生下述的问题。

比如，在通过一个压缩机，使冷却剂在多个冷却剂回路中流动的多台空调器中，即使在使特定的冷却剂回路的动作停止的情况下，不能够完全停止该冷却剂回路中的冷却剂的流动。这样便减少动作中的冷却剂回路中的冷却剂流量，使空调动作的效率降低。此外，在室内用空调器中，在除湿模式时，必须使冷却剂流量非常少，如果冷却剂流量过多，则不能够进行适合的除湿。

通过阀室20的冷却剂产生使旋转轴13旋转的力。冷却剂流量或冷却剂压力越大，该力越大。于是，为了按照不运动的方式将旋转轴13保持在规定的旋转位置，必须在平时将电流供给线圈17。由此，耗电量增加。

在热泵式的冷却剂回路中，伴随动作模式在制冷模式与供暖模式之间的切换，冷却剂的流动方向反转。如果在这样的热泵式冷却剂回路中装配如图14所示的流量控制阀，则当冷却剂从辅助口11b流入时，阀体13a从与旋转轴13的轴线相垂直的方向，接受冷却剂的流动。这样的冷却剂的流动进一步增加使旋转轴13旋转的力。人们希望提供即使在冷却剂的流动方向切换到相反方向的情况下，仍可适合地对冷却剂流量进行控制的流量控制阀。

本发明的目的在于提供一种可实现完全的闭锁状态的电动流量控制阀。

本发明的另一目的在于提供一种可确实将阀体保持规定位置，并且可减小耗电量的电动流量控制阀。

本发明的还一目的在于提供一种在与冷却剂的流动方向无关的情况下，仍可在平时进行适合的流量控制的电动流量控制阀。

为了实现上述目的，在本发明的电动流量控制阀中，在外壳的轴向两端，设置有第一阀机构和第二阀机构。各阀机构包括固定于外壳上的阀座，以及与该阀座相对的阀体。该阀座包括将外部流体通路与外壳内部连通的阀口。上述阀体可相对该阀座，接近和离开。上述阀体按照在与阀座相接触的状态，调节阀口的打开程度的方式旋转。上述阀体在与阀座离开的状态，不能够调节阀口的打开程度。在外壳的轴向中间部，设置旋转驱动机构。该旋转驱动机构具有设置于外壳内的转子。该转子位于第一阀机构中的阀体与第二阀机构中的阀体之间，并且按照使两个阀体旋转的方式与这两个阀体连接。当流体从其中一个流体通路，通过外壳内部，朝向另一流体通路流动时，根据该流体的流动，在上游侧的阀机构中，阀体离开阀座，在下游侧的阀机构中，阀体与阀座相接触。

图1为本发明的第一实施例的电动流量控制阀的剖视图；

图2为沿图1所示电动流量控制阀的A—A线的剖视图；

图3为沿图1所示电动流量控制阀的B—B线的剖视图；

图4为沿图1所示电动流量控制阀的C—C线的剖视图；

图5为控制阀全开状态的，沿图1所示电动流量控制阀的D—D线的剖视图；

图6为控制阀半开状态的，与图5所示电动流量控制阀相对应的剖视图；

图7为控制阀全闭状态的，与图5所示电动流量控制阀相对应的剖视图；

图8为冷却剂的流动方向与图1所示的相反时的控制阀的剖视图；

图9为图1所示的相反时的控制阀的流量特性的曲线图；

图10为设置于图1所示的控制阀上的第二阀座和限位板的透视图；

图11为设置于图1所示的控制阀上的第二阀体的透视图；

图12为本发明的第二实施例的电动流量控制阀的剖视图；

图13为设置于图12所示的控制阀上的第二阀座，阀座盖和限位板的分解透视图；

图14为已有技术的电动流量控制阀的剖视图；

图14A为沿图14所示电动流量控制阀的14A—14A线的局部放大剖视图；

图15为图14所示的控制阀的流量特性的曲线图。

下面通过图1～图11，对本发明的第一实施例进行详细描述。图1所示的电动流量控制阀装配于空调器的冷却剂回路(图中未示出)中。该控制阀包括圆筒外壳31，该圆筒外壳31的两端开口；第一阀座32和第二阀座33，该第一阀座32和第二阀座33以气密方式固定于该圆筒外壳31的两端。该圆筒外壳31由非磁性金属形成。围绕着圆筒外壳31，安装有电磁线圈38。电流通过控制器(图中未示出)，供给电磁线圈38。

各阀座32，33呈圆盘状。各阀座32，33在偏离其中心的位置，具有与圆筒外壳31的内部空间连通的阀口32b，33b。作为外部流体通路的第一和第二流体管39a，39b按照与阀口32b，33b连通的方式，分别固定于阀座32，33上。

如图10所示，在上述第二阀座33的中心，形成轴孔33a。设置于第二阀座33上的多个支承凸部33c按照等角度的间距，设置于以轴孔33a为中心的圆上。上述阀口33b穿过上述支承凸部33c中的一个。此外，上述第一阀座32包括与图10所示的第二阀座33相同的结构，如图1所示，具有轴孔32a和多个支承凸部32c。

如图1所示，轴37按照沿圆筒外壳31的轴线方向延伸的方式，设置于该外壳31内部。通过使轴37的两端与两个阀座32，33的轴孔32a，33a嵌合，轴37便支承于两个阀座32，33上。

在上述圆筒外壳31内部，设置有由永久磁铁形成的圆筒座转子34，以及与该转子34的两端嵌合的第一阀体35和第二阀体36。各阀体35，36包括使上述轴穿过的导向孔35a，36a。各阀体35，36以可旋转的方式支承于轴37上，并且可沿轴37，进行轴向移动。

第一阀体35与上述第一阀座32一起，构成第一节流阀机构41。第二阀体36与上述第二阀座33一起，构成第二节流阀机构42。转子34和上述电磁线圈38构成用于使两个阀体35，36旋转的旋转驱动机构，即驱动马达。作为驱动马达，可采用比如，步进马达。

如图1～图3所示，在转子34的顶端，形成有一对缺口34a。在转子34的底端，也同样形成一对缺口34b。各阀体35，36包括与相对应的一对缺口34a，34b嵌合的一对嵌合凸部35c，36c。该嵌合凸部35c，36c与缺口34a，34b嵌合，由此两个阀体35，36按照可与转子34一起旋转的方式，安装于该转子34上。各阀体35，36不能够相对转子34旋转，可相对转子34作为轴向移动。

此外，阀体35，36也可按照不能够相对转子34作轴向移动的方式安装。在此场合，阀体35，36也可与转子34成整体形成。

在各阀体35，36的外周，安装有密封环44。各密封环44将相对应的阀体35，36的外周面与圆筒外壳31的内周面之间密封。这样一来，冷却剂不会流入转子34的外周面与圆筒外壳31的内周面之间的间隙。

如果包含异物的冷却剂进入转子34的外周面与圆筒外壳31的内周面之间的间隙，则转子34的旋转因异物而受到妨碍。在于阀体35，36上安装有密封环44的本实施例中，不会产生这样的问题。

各阀体35，36包括连通孔35g，36g。各连通孔35g，36g在平时，将转子34的内部空间，与阀体35，36以及和其相对的阀座32，33之间的空间连通。各连通孔35g，36g使分别作用于相对应的阀体35，36的上下面上的压力保持均匀。

各阀体35，36可相对相对应的阀座32，33，接近和离开。图1表示第二阀体36与第二阀座33上的支承凸部33c相接触的状态。第二阀体36可在支承于支承凸部33c上的状态，稳定地围绕轴37旋转。图8表示第一阀体35与第一阀座32上的支承凸部32相接触的状态。第一阀体35也与第二阀体36相同，可在支承于支承凸部32c上的状态，稳定地围绕轴37旋转。

各阀体35，36所接触的阀座32，33的面(具体来说，支承凸部32c的端面)与轴37的轴线相垂直。换言之，各阀体35，36所接触的阀座32，33的面与阀体35，36的旋转轴线相垂直。

如图1，图4，图5和图11所示，各阀体35，36在与阀座32，33相对的面上，具有基本上呈圆弧状的槽35d，36d。当阀体35，36旋转时，槽35d，36d通过与阀座32，33的阀口32b，33b相对应的位置。各槽35d，36d的截面面积沿阀体35，36的周向，连续变化。还有，各阀体35，36在与截面面积最大的槽35d，36d的一端相对应的位置，具有连通孔35b，36b。

如图1和图10所示，在第二阀座33上，安装有限位板46。该限位板46包括允许第二阀座33的支承凸部33c穿过的孔46a。于是，限位板46不能够相对第二阀座33旋转。此外，限位板46也可通过点焊等方式固定于第二阀座33上。

在限位板46上，设置有止动部40。如图5所示，在第二阀体36上，设置可以与止动部40相接触的接触部36f。该接触部36f与止动部40相接触，由此，将转子34和两个阀体35，36的旋转范围限制在小于360°的角度范围内。

如图5所示，在接触部36f与止动部40相接触的状态，连通孔36b与阀口33b对齐。在该状态，阀口33b借助第二阀体36，处于全开状态。图6表示从图5所示的位置，沿逆时针方向旋转规定角度的状态。在此状态下，阀口33b与槽36d的纵向中间部相对，阀口33b由第二阀体36，处于半开状态。

图7为第二阀体36从图6所示的位置，沿着逆时针的方向进一步旋转规定角度的状态。在此状态下，接触部36f再次与止动部40相接触。但是，槽36d位于偏离阀口33b的位置，阀口33b为第二阀体36完全堵塞。第二阀体36可以在图5所示的位置与图7所示的位置之间旋转。

在第一节流阀机构41中，与上述的第二节流阀机构42相同，阀口32b的打开程度也可通过第一阀体35调节。

下面对按照上述方式构成的控制阀的作用进行描述。该控制阀装配于热泵式冷却剂回路中。在该热泵式冷却剂回路中，随着动作模式在制冷模式和供热模式之间切换，冷却剂的流动方向反转。

当冷却剂从第一流体管39a，流入控制阀时，该控制阀处于图1所示的状态。即，由于冷却剂的流动，第一阀体35离开第一阀座32，并且第二阀体36与第二阀座33相接触。第一阀体35在与本身的旋转位置无关的情况下，将第一阀座32的阀口32b保持在全开状态。第二阀体36对应于本身的旋转位置，确定第二阀座33的阀口33b的打开程度。因此，上游侧的第一节流阀机构41不动作，仅仅下游侧的第二节流阀机构42动作。

冷却剂从第一流体管39a，通过阀口32b和连通孔35b，流入转子34的内部空间。冷却剂还从转子34的内部空间，通过第二阀体36和阀口33b，从第二流体管39b流出。第二阀体36对应于本身的旋转位置，确定阀口33b的打开程度，调节从转子34的内部空间，到阀口33b的冷却剂的流量。

第二阀体36的旋转位置由控制器(图中未示出)确定。即，控制器按照应调节冷却剂回路的制冷能力的方式，对供向电磁线圈38的电流进行控制。转子34与两个阀体35，36一起，对应于供向电磁线圈38的电流，按照设置于规定的旋转位置的方式旋转。

按照前述的方式，当第二阀体36设置于图5所示的旋转位置时，连通孔36b与阀口33b对齐，第二阀体36使阀口33b处于全开状态。由此，从转子34的内部空间到阀口33b的冷却剂的流量最大。当第二阀体36设置于图7所示的旋转位置时，阀口33b为第二阀体36完全堵塞。由此，完全阻止冷却剂的流动。

如图6所示，当第二阀体设置于图5所示的旋转位置，与图7所示的旋转位置之间的旋转位置时，第二阀体36上的槽36d与阀口33b相对。阀口33b中的除了与槽36d相对的部分以外的区域为第二阀体36堵塞。因此，阀口33b打开，换言之，冷却剂流量由与阀口33b相对的槽36d的部分的截面面积确定。该槽36d的截面面积沿第二阀体36的周向连续变化。由此，随着第二阀体36的旋转位置的变化，使阀口33b的打开程度和冷却剂流量发生改变。

图9为表示由图1的控制阀实现的冷却剂流量特性的曲线图。如该曲线图所示，对应于第二阀体36的旋转角度位置，冷却剂流量在从零，到规定的最大值的范围内连续变化。

当冷却剂从第二流体管39b流入控制阀时，控制阀处于图8所示的状态。即，随着冷却剂的流动，第二阀体离开第二阀座33，并且第一阀体35与第一阀座32相接触。第二阀体36在与本身的旋转位置无关的情况下，将第二阀座33的阀口33b保持在全开状态。第一阀体35对应于本身的旋转位置，确定第一阀座32的阀口32b的打开程度。因此，上游侧的第二节流阀机构42不动作，仅仅下游侧的第一节流阀机构41动作。第一节流阀机构41的具体动作与上述第二节流阀机构42的动作完全相同。

按照上述方式，在本实施例的控制阀中，对应于冷却剂的流动方向，自动地灵活使用二个节流阀机构41，42。沿冷却剂的流动方向的上游侧的节流阀机构不动作，仅仅沿冷却剂的流动方向的下游侧的节流阀机构动作。

在下游侧的节流阀机构中，随着冷却剂的流动，阀体35，36压靠于相对应的阀座32，33上。作用于下游侧的节流阀机构上的冷却剂的流动不产生将阀体35，36相对阀座32，33上浮的力，或使阀体35，36相对阀座32，32旋转的力。由此，在下游侧的节流阀机构中，在与冷却剂流量或冷却剂压力无关的情况下，阀体35，36确实保持在对应于控制器发出的指令的旋转位置，并且确实与相对应的阀座32，33紧密接合。因此，能正确地对冷却剂流量进行控制。

在下游侧的节流阀机构中，在对应于冷却剂的流动的力的作用下，阀体35，36压靠于阀座32，33上。换言之，在阀体35，36与阀座32，33之间，产生阻止阀体35，36与阀座32，33之间的相对旋转的摩擦力。在电流不供给电磁线圈38的状态，由永久磁铁形成的转子34根据本身的磁力，产生保持旋转位置用的转矩(保持转矩)。因此，即使在电流不供给电磁线圈38的情况下，由于上述摩擦力与转子34的保持转矩，确实保持阀体35，36的旋转位置。在阀体35，36移动到所需的旋转位置之后，可停止向电磁线圈38供给电流。不必连续地将应保持阀体35，36的旋转中的电流供给电磁线圈38。由此，使耗电量减少。

设置于各阀体35，36上的连通孔35g，36g使分别作用于相对应的阀体35，36中的上下面上的压力保持均匀。如果作用于各阀体35，36的上下面上的压力具有较大的差别，阀体35，36以过大的力压靠于阀座32，33上，阀体35，36不顺利地进行旋转。连通孔35g，36g有效地发挥作用，以便将相对阀座32，33的阀体35，36的压靠力保持在适合的值。由此，当向电磁线圈38供给电流时，阀体35，36可与转子34一起，顺利地旋转。

下面以与图1～图11的实施例不同点为中心，根据图12和图13对本发明的第二实施例进行描述。在本实施例中，在转子34的内部空间，设置有作为偏压部件的压缩螺旋弹簧45。该螺旋弹簧45将两个阀体35，36朝向相互离开的方向偏置。当冷却剂未流动时，两个阀体35，36借助螺旋弹簧45的作用，压靠于相对应的阀座32，33上。由此，与图1～图11的实施例相比较，阀体35，36的轴向位置保持稳定，并且进一步确实保持阀体35，36的旋转位置。

另外，如图12所示，在冷却剂流动时，沿冷却剂的流动方向的上游侧的阀体35，36随着冷却剂的流动，离开阀座32，33。因此，在冷却剂流动时，进行与图1～图11的实施例相同的动作。

在两个阀座32，33上，分别安装有阀座盖43。该阀座盖43由摩擦系数小于氟系树脂材料等的材料。阀座盖43包括对应于阀座32，33上的支承凸部32c，33c的多个圆筒状覆盖部。如图13所示，在将阀座盖43安装于阀座32，33上之后，将限位板46安装于阀座盖43上。但是安装于第一阀座32上的限位板46不包括止动部40。

阀座盖43使阀体35，36与阀座32，33之间的摩擦阻力减小。由此，即使在因螺旋弹簧45的作用下，阀体35，36压靠于阀座32，33上的情况下，阀体35，36仍可相对阀座32，33，顺利地旋转。另外，使阀体35，36旋转所必需的转矩减小，可使电磁线圈38的尺寸减小，实现省电。

此外，本发明的实施例还可具有下述变换实例。

在第一阀体35和第二阀体36中，槽35d，36d的形状也可不同。按照此方式，可对应于冷却剂的流动方向，实现不同的流量特性。

轴37也可相对阀座32，33旋转。在此场合，轴37还可与阀体35，36成一体旋转。此外，还可省略轴37。

止动部40还可按照与第一阀体35相对应的方式设置。即，止动部40可按照与两个阀体35，36中的至少一个相对应的方式设置。

也可省略限位板46，将止动部40直接设置于两个阀座32，33中的至少一个上。

还可省略支承凸部32c，33c。

阀座盖43不限于图13所示的形状。摩擦系数小于氟系树脂材料等的摩擦减轻部件可设置于与阀体35，36相接触的阀座32，33的部分。

Claims (10)

1.一种电动流量控制阀，该电动流量控制阀在外壳的轴向两端，设置有第一阀机构和第二阀机构，各阀机构包括固定于外壳上的阀座，以及与该阀座相对的阀体，该阀座包括将外部流体通路与外壳内部连通的阀口，上述阀体可相对该阀座，接近和离开，阀体按照在与阀座相接触的状态，调节阀口的打开程度的方式旋转，上述阀体在与阀座离开的状态，不能够调节阀口的打开程度；

其特征在于在外壳的轴向中间部，设置旋转驱动机构，该旋转驱动机构具有设置于外壳内的转子，该转子位于第一阀机构中的阀体与第二阀机构中的阀体之间，并且按照使两个阀体旋转的方式与这两个阀体连接；

当流体从其中一个流体通路，通过外壳内部，朝向另一流体通路流动时，根据该流体的流动，在上游侧的阀机构中，阀体离开阀座，在下游侧的阀机构中，阀体与阀座相接触。

2.根据权利要求1所述的电动流量控制阀，其特征在于在上述各阀体中的与阀座相对的面上，形成有基本上呈圆弧状的槽，槽的截面面积沿阀体的周向变化，随着阀体的旋转，该槽通过与上述阀口相对的位置，阀口的打开程度由与该阀口相对的槽的部分的截面面积确定。

3.根据权利要求1或2所述的电动流量控制阀，其特征在于上述外壳为轴向两端开口的圆筒外壳，上述阀座按照将圆筒外壳的两端开口堵塞的方式，固定于该两端开口上，上述阀体可沿圆筒外壳的轴线移动，并且可绕圆筒外壳的轴线旋转。

4.根据权利要求3所述的电动流量控制阀，其特征在于在上述圆筒外壳内部，设置有沿该圆筒外壳的轴线延伸的轴，该轴穿过上述阀体。

5.根据权利要求3所述的电动流量控制阀，其特征在于在上述各阀体的外周，安装有密封环。

6.根据权利要求3所述的电动流量控制阀，其特征在于上述阀座包括相对应的阀体可接触的接触面，该接触面与上述圆筒外壳的轴线相垂直。

7.根据权利要求6所述的电动流量控制阀，其特征在于在上述阀座上，设置支承凸部，该支承凸部具有上述接触面。

8.根据权利要求7所述的电动流量控制阀，其特征在于上述转子呈圆筒状，上述阀体按照将转子的两端开口堵塞的方式，与该两端开口嵌合，各阀体具有连通孔，该连通孔在平时将阀体和与其相对的阀座之间的空间，与转子的内部空间连通。

9.根据权利要求1或2所述的电动流量控制阀，其特征在于在与阀体相接触的阀座的部分，设置有摩擦减小部件。

10.根据权利要求1或2所述的电动流量控制阀，其特征在于在上述两个阀体之间，设置将两个阀体朝向相互离开的方向偏置的偏压部件。

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