CN1333223C - 制冷设备 - Google Patents

Abstract

一种制冷设备，包括至少一个具有阀元件(23)的阀(10)和通过传动杆与阀元件(23)连接的伺服电机(32)。按照简单方式保证制冷设备的密封性能。为此，阀元件(23)和伺服电机(32)分别设置在一封闭外壳(17)的内部和外部，传动杆具有穿过外壳(17)作用的磁耦合件(36，38)，阀元件(23)被压力补偿。

Description

制冷设备

技术领域

本发明涉及一种制冷设备，包括至少一个具有阀元件的阀和通过传动杆与阀元件连接的伺服电机。

背景技术

在例如像工业领域中所使用的较大型制冷设备中，需要相当大的阀，其阀元件从外部通过各自一个伺服电机操作。通过调节阀元件，阀流量增大和减小。也可以将这种阀关闭。在这种情况下，阀元件抵靠在阀座上。

在制冷设备上，人们希望避免制冷剂泄漏。如果设备充有可燃制冷剂，那么制冷剂泄漏会导致危险情况出现。如果使用氨作为制冷剂，那么制冷剂泄漏会产生令人不适的气味。若泄漏量很大，氨还会致人死亡。若使用价格较高的制冷剂，例如像H-FCKW(卤化氟氯化烃)或者H-FKW(卤化氟化烃)，制冷剂泄漏会造成严重损失。

制冷设备密封方面的薄弱部位是那些例如为了能够从外面传动阀元件而需要穿过外壳的部位。伺服电机并不是都能够设置在制冷设备内部，因为有些制冷剂对电动机有侵蚀作用。

发明内容

本发明的目的在于按照简单的方式保证制冷设备的密封性能。

该目的在上述类型的制冷设备上由此得以实现，即阀元件和伺服电机分别设置在一封闭外壳的内部和外部，传动杆具有穿过外壳作用的磁耦合件，阀元件被压力补偿。

通过这三个措施的组合，可以在任何情况下保证阀区域内制冷设备的密封性能。阀可以不透气密封构成。阀元件通过封闭的外壳与外界隔离。传动功率的传递通过磁耦合件进行，也就是说，传递可以无接触式进行。但是利用磁耦合件传递的力受到限制。因此，必须为此可以较小的力进行阀元件的运动。为此，阀元件得到压力补偿，也就是说，采取措施使阀元件的两面上保持基本相同的压力。这些措施例如可以是在外壳的内部或者甚至在阀元件的内部具有均压通道，向阀元件的两面施加相同的压力。在这种情况下，阀元件运动时根本上仅需克服摩擦力。由于实际上没有作用于阀元件的外力，这种摩擦力很小。因为通过磁耦合件本来也不能传递过大的力，所以可以使用功率相当低的和因此价格不高的伺服电机。

伺服电机最好作为步进电动机构成。步进电动机的优点是，可以通过计算输送到步进电动机的脉冲达到确定位置的目的。当然，在步进电动机上还可以附加使用传感器。

磁耦合件优选通过螺纹连接结构作用于阀元件。由此达到阀元件相当精确的运动控制。同时，阀元件的运动利用非常小的力进行。转动螺纹连接结构的一部件。对此，螺纹连接结构的另一部件在轴向上(相对于螺纹连接结构的以部件旋转)移动。根据螺纹的螺距，然后伺服电机的每个角增量可以达到非常小的提升高度。这种提升高度例如可以为每2°圈约5/100mm。

优选阀元件防扭转保持，螺纹连接结构具有旋入阀元件内或者旋入与其连接部件内的主轴。这种构成的优点是，阀元件仅在轴向上运动，也就是说，在向阀座的方向上靠近或者离开阀座。通过这种关闭或打开运动，阀元件因此不会相对于阀座转动。

优选外壳通过环绕磁耦合件输出端部件的过渡件封闭。该过渡件然后可以在考虑到能够穿过过渡件传递磁力的情况下确定尺寸。当然，过渡件也必须承受住制冷设备上或阀范围内产生的压力。但例如过渡件可以由不同于外壳其他部分的材料构成。

在这种情况下，特别优选过渡件由非导磁材料构成。例如可以由澳氏体钢构成的过渡件而不会干扰磁耦合件两个部分之间的力传递。

过渡件最好旋入外壳内。由此可以达到过渡件和外壳之间足可以承受住制冷设备或阀内压力的稳定连结。这些压力完全会达到50bar的数量级。

过渡件最好构成伺服电机的支架。由此可以按照简单的方式，达到伺服电机和磁耦合件与伺服电机连接的部件以及磁耦合件与阀元件连接的部件相当精确的定位。伺服电机可与阀松开。当伺服电机出现故障时，可以很容易将其更换。紧急情况下也可以使用手轮代替伺服电机，在伺服电机出现故障时调整阀。

伺服电机最好具有环绕磁耦合件传动端部件的管状凸肩。伺服电机利用其管状凸肩对磁耦合件形成保护。这种保护具有多个优点。一方面，该凸肩可以防止意外调整阀元件造成的外界的干扰。另一方面，借助管状凸肩可以按照简单的方式，达到将伺服电机在过渡件并因此在外壳上定位的目的。

在这种情况下，特别优选伺服电机的转子设置在凸肩的轴向加长段上。电动机的转子然后可以与阀元件的主轴同轴设置。

磁耦合件优选具有径向设置的磁铁。这样做的优点是，在确定磁铁的尺寸时不受磁耦合件直径的限制。也就是说，在磁耦合件输出端部分上的和磁耦合件传动端部分上的磁铁之间可以达到相当长的覆盖区域。磁铁最好是稀土磁铁或者钕磁铁。这种磁铁具有足够的力，可以将伺服电机的传动功率通过磁耦合件传递到阀元件上。

在一可选择的或者附加的构成中，磁耦合件可以具有轴向设置的磁铁。如果仅需传递相当小的力，那么轴向设置的磁铁足够，也就是说，这些磁铁端侧相对。如果将轴向设置的磁铁与径向设置的磁铁附加使用，那么可以实现更大的传递功率。

优选阀具有可预紧的复位装置。如果通过伺服电机的传动中断的话，复位装置将阀元件返回到预定的终端状态。这种情况例如可以在停电时产生。在这种情况下，例如重要的是关闭阀。复位装置然后负责使阀元件与阀座产生接触。其他情况下重要的是在传动功率中断时将阀完全打开。在这种情况下，复位装置负责将阀元件移动到终端位置，在该位置上阀具有最大通流能力。

复位装置最好通过伺服电机作用于阀元件。也就是说，在阀元件和复位装置之间无需附加的离合器。确切地说，无论是为从伺服电机向阀元件传递传动功率还是为从复位装置向阀元件传递均可以使用相同的传动杆。

复位装置最好设置在远离阀元件的伺服电机一侧上。在那里有足够的空间可供使用。

复位装置最好作为可固定在阀上的组件构成。这种结构的优点是，阀带或不带复位装置均可无较大变化构成。

在这种情况下，优选该组件在远离外壳的伺服电机一侧上可固定在伺服电机上。在这种情况下，伺服电机和阀之间的共同作用不会由于复位装置的存在而改变，也就是说，可以同样的方式组装伺服电机和阀，而不取决于复位组件是否存在。

本发明还涉及一种制冷设备，包括至少一个具有阀元件的阀和一传动杆，通过其传动杆可使得阀元件伺服电机连接，其中，该目的由此得以实现，即阀元件得到压力补偿，复位装置设置在设置有阀元件的封闭外壳内部。

这种制冷设备当然也可以具有上面提及的其他特征。但是并不绝对要求伺服电机通过磁耦合件作用于阀元件。通过阀元件得到压力补偿，为复位装置可以产生相当小的力。复位装置可以与此相应很小地构成，使其还与外壳配合。外壳因此可以封闭保持。复位装置的存在也不需要必须通过外壳向外与阀共同作用的部件。外壳内部复位装置的优点是，在电动机与阀远离的情况下阀也可以复位。

在这种情况下，优选复位装置设置在阀元件和伺服电机之间。也就是说，复位装置从与伺服电机相同的一侧与阀元件结合。与此相应，阀元件的另一面没有占用，从而阀元件可以完成其确定的功能。

优选复位装置具有在关闭方向上作用于阀元件的压簧。在失去外力的情况下，阀元件因此可以通过压簧压到阀座上。

在这种情况下，优选螺纹连接结构不自锁地构成。压簧施加到阀元件上的压力然后可以转换成阀元件的移动运动，在该运动中主轴旋转。

在这种情况下，优选螺纹连接结构具有与主轴的材料无摩擦共同作用的塑料构成的螺母件。除了与主轴的材料无摩擦共同作用的特性外，螺母件的材料还必须承受所使用的制冷剂。塑料例如可以是聚芳基醚酮，聚醚酮醚或者聚甲醛。当然同样可以使用其他材料。

此外的优点是伺服电机的止动力矩小于复位装置产生的反作用力矩。因此，如果电动机还固定在阀上但断电情况下的话，阀元件然后仍可返回其原始位置。

附图说明

下面结合附图借助优选实施例对本发明作详细说明。其中：

图1示出制冷设备的示意图；

图2示出阀的示意剖面图；

图3示出说明复位装置的附图；

图4示出阀的另一构成；

图5示出带有复位装置阀的可选择构成。

具体实施方式

图1示意示出制冷设备1，它包括压缩机2，在高压下随着温度的升高向冷凝器3提供制冷剂。在冷凝器3中制冷剂得到冷却。由于这种冷却，制冷剂气体转换成液体。冷凝器3向设置在各自一个冷却室7，8或9内的三个并联的蒸发器4，5和6供给液体。冷凝器3和蒸发器4-6之间的连接通过各自的阀10-12和节流机构13-15完成。节流机构13-15例如可以由毛细管或者膨胀阀构成。阀10-12在这里出于概览的原因与节流机构13-15分开示出。但通常每个阀10-12与所属的节流机构13-15组合，即合并。

控制装置16控制阀10-12和压缩机2。

阀10以举例的方式在图2中示出。这种阀当然也可以设置在制冷设备的其他位置上。原则上图2中示出的阀10可以用于必须控制制冷剂的任何部位上。阀10具有外壳17，它具有下部件18和上部件19。在下部件18中，设置入口20和出口21。由于入口和出口之间的是阀座22，阀元件23与其共同作用。在图2示出的位置上，阀10关闭，也就是说，阀元件23紧贴在阀座22上。

阀元件23具有压力补偿通道24，它与入口20连通并通入压力室25内，该压力室设置在阀元件23的远离阀座22的一侧上。压力室25内产生的压力通过一平面作用于阀元件23，该平面的有效作用面积与由入口20的压力作用于阀元件23平面的面积相同。阀元件23因此得到压力补偿，也就是说，作用到阀元件23上的力基本上是平衡的，其力是在阀座22方向上或者离开其方向作用于阀元件23的力。

阀元件23可轴向移动支承在导向部分26中，也就是说，可以从阀座22移开或者向其靠近。对此，阀元件23和导向部分26之间具有密封件27。图2中没有详细示出的防扭转保险装置，确保阀元件23只能轴向移动而不能转动。

为移动阀元件23设置带外螺纹30的主轴29。外螺纹30与带有相应内螺纹的螺母31啮合，螺母31与阀元件23连接。如果主轴29转动，那么通过外螺纹30和螺母31构成的螺纹连接结构，将主轴29的旋转运动转变为阀元件23的平移运动

主轴29的旋转传动通过由控制装置16控制的步进电动机32完成。外壳33内的步进电动机32具有转子，其输出轴34与外部的磁性支架35抗扭转连接。在外部的磁性支架35内，圆周方向上分布设置多个永磁铁36。这些永磁铁36例如是钕磁铁。

主轴29与内部磁性支架37抗扭转连接，在其内部磁性支架37的圆周面上设置多个永磁铁38。内部磁性支架37上永磁铁38的数量最好与外部磁性支架35上永磁铁36的数量相等。永磁铁36，38这样磁化，使它们互相吸引。因此，如果外部磁性支架35转动，那么内部磁性支架37随着转动，因为外部磁性支架35上的永磁铁36带动内部磁性支架37上的永磁铁38。

在外部磁性支架35和内部磁性支架37之间设置过渡件39。过渡件39由非导磁材料，例如由奥氏体钢制成。过渡件39利用螺纹40旋入外壳17的上部件19内。设置密封件41，以便将外壳17整体上，即过渡件39的封入物以下密封。密封件这样确定尺寸，使其承受至少50巴(bar)的压力差。

过渡件39呈碗形构成。它在磁铁36，38之间具有相对薄的壁厚。

步进电动机32具有管状凸肩42，罩在过渡件39上。凸肩42由非导磁材料构成。步进电动机32通过凸肩42固定在外壳17上，确切地说例如借助双头螺钉43与过渡件39外侧上相应的凹陷处配合。

内部磁性支架37通过球轴承44支承在过渡件39上。外部磁性支架35固定在电动机32上。

可以对阀10相当灵敏地进行控制。为此，步进电动机的转子在预先规定的角区域上旋转。发送到步进电动机32上每个脉冲的分辨率例如可以处于2°的数量级内。通过磁铁36，38的磁耦合作用，相应带动主轴29。然后，通过由螺纹连接结构30，31形成的传动比使阀元件23根据转子的每个角增量，以预先规定的量离开阀座22或者向其靠近。通过计算输送到步进电动机32上的脉冲，可以相当精确地确定阀元件23相对于阀座22的位置。

当然，除了步进电动机外也可以使用其他电动机。在这种情况下建议使用传感器，以测定阀元件23相对于阀座22的位置。

在远离阀元件23的一侧上，电动机32具有复位装置65，现借助图3详细介绍。在图2中看不到该复位装置。复位装置确保阀10在断电或者其他故障时处于一种确定的状态下。该状态例如可以是阀10完全关闭。但该状态也可以是阀完全打开。

为此，电动机32的输出轴34向上延长，并形成轴端部分46。在轴端部分46上抗扭转安装板62，也就是说，板62随同电动机的输出轴34一同旋转，并由此随同驱动阀元件23的主轴29一同旋转。

扭簧63插入板62内，也就是其一端与板62抗扭转连接。扭簧63的另一端与复位装置组件65的外壳64连接。也就是说，如果轴端部分46以及板62旋转的话，那么扭簧63张紧。

主轴29的外螺纹在这种情况下螺距相当大，例如每圈5-15mm。例如，如果外螺纹30每圈螺距10mm，最大开启尺寸，也就是阀座22和阀元件23之间的最大距离同样为10mm的话，那么步进电动机32仅一圈就足以将阀完全打开或者关闭。与此相应，如果电力供应中断时需要关闭阀的话，扭簧63也仅需将电动机32回转一圈的力。图3中示出的复位装置作为组件65构成，设置在远离外壳17的电动机32一侧上，例如设置在电动机32和带有电动机32控制电子装置的外壳61(图2)之间。组件式结构的优点是，带或者不带复位装置，其阀的结构变化不大。

图4示出另一构成，其中，相同的部件具有相同的参考符号。变化主要是安装在外部或内部磁性支架35，37上的永磁铁36，38不再是径向设置，而是轴向设置。由此可以节省附件。另一方面，可通过磁铁36，38传递的力也更小。

防止阀元件23旋转的防旋转装置59在这种情况下具有弹簧，该弹簧一端与导向部分26的槽配合，另一端与阀元件23配合。

图5示出阀10的另一结构，其中，相同的和功能相同的元件具有与图2相同的参考符号。

与图2和3的构成相反，在这里外壳17的内部具有复位装置70。复位装置70具有压簧71，它支承在阀元件23和一未详细示出固定球轴承44外圈72的弹簧圈之间。压簧71将阀元件23压向阀座22的方向。

在这种情况下，螺母31由塑料制成，与主轴29的材料无摩擦共同作用。这种塑料例如可以是聚芳基醚酮，聚醚酮醚(PEEK)或者聚甲醛(POM)。在与主轴29的相应直径和螺纹30的相应螺距的作用下，例如主轴29每圈升程约10mm，使主轴29和螺母31之间的螺纹连接结构不自锁构成，从而在压簧71的压力下，不仅可以移动阀元件23，而且也可以旋转主轴29。

这样，由此阀元件23可以借助压力补偿通道24得到压力补偿。作用于阀元件23的力所以相当小，从而压簧71不必施加过于大的力。

压簧71设置在靠近电动机阀侧上的阀外壳17的内部，从而如果电动机出现故障或者必须维修的话，可以对其进行更换。在这种情况下关闭阀10。当然要根据复位装置70的情况而定。如果该装置以其他方式构成，在没有其他力存在的情况下也可以将阀10打开。

压簧71产生的力足以克服停电状态下步进电动机32的止动力。也就是说，只要电动机32还装在外壳17上，复位装置70就可以使阀元件23与阀座22产生接触。

图5中取下了电动机32，以便可以清楚地看出，复位装置70在电动机按照其他方式构成情况下也可以工作。

Claims (21)

1.一种制冷设备，包括至少一个具有阀元件的阀和通过传动杆与阀元件连接的伺服电机，阀元件(23)和伺服电机(32)分别设置在一封闭外壳(17)的内部和外部，传动杆具有穿过外壳(17)作用的磁耦合件(36，38)，阀元件(23)得到压力补偿，外壳(17)通过环绕磁耦合件(36，38)的内部磁性支架(37)的过渡件(39)封闭，其特征在于，过渡件(39)由非导磁材料构成。

2.按权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，伺服电机(32)为步进电动机。

3.按权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，磁耦合件(36，38)通过螺纹连接结构(30，31)作用于阀元件(23)。

4.按权利要求3所述的制冷设备，其特征在于，阀元件(23)防扭转保持，螺纹连接结构(30，31)具有旋入阀元件(23)内或者旋入与其连接部件(31)内的主轴(29)。

5.按权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，过渡件(39)旋入外壳(17)内。

6.按权利要求5所述的制冷设备，其特征在于，过渡件(39)构成伺服电机(32)的支架。

7.按权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，伺服电机(32)具有环绕磁耦合件的外部磁性支架(35)的管状凸肩(42)。

8.按权利要求7所述的制冷设备，其特征在于，伺服电机(32)的转子设置在凸肩(42)的轴向加长段内。

9.按权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，磁耦合件具有径向设置的磁铁(36，38)。

10.按权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，磁耦合件具有轴向设置的磁铁(36`，38`)。

11.按权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，阀(10)具有预张紧的复位装置(65，70)。

12.按权利要求11所述的制冷设备，其特征在于，复位装置(65)通过伺服电机(32)作用于阀元件(23)。

13.按权利要求11或12所述的制冷设备，其特征在于，复位装置(65)设置在远离阀元件(23)的伺服电机(32)一侧上。

14.按权利要求11所述的制冷设备，其特征在于，复位装置(65)由可固定在阀(10)上的组件构成。

15.按权利要求14所述的制冷设备，其特征在于，远离外壳(17)的伺服电机(32)一侧上的组件可固定在伺服电机(32)上。

16.按权利要求11所述的制冷设备，其特征在于，复位装置(70)设置在其中设有阀元件(23)的封闭外壳(17)的内部。

17.按权利要求16所述的制冷设备，其特征在于，复位装置(70)设置在阀元件(23)和伺服电机之间。

18.按权利要求16或17所述的制冷设备，其特征在于，复位装置(70)具有在关闭方向上作用于阀元件(23)的压簧(7 1)。

19.按权利要求3所述的制冷设备，其特征在于，螺纹连接结构(30，31)不自锁地构成。

20.按权利要求19所述的制冷设备，其特征在于，螺纹连接结构(30，31)具有与主轴(29)的材料无摩擦共同作用的塑料构成的螺母件(31)。

21.按权利要求11所述的制冷设备，其特征在于，伺服电动机(32)的止动力矩小于复位装置(65，70)产生的反作用力矩。

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