CN100359226C - 多通阀和带有多通阀的制冷机 - Google Patents

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Abstract

一种尤其用于制冷剂循环的多通阀包括一个外壳(1)，该外壳有多个进口和出口以及一个腔(5)，该腔有多个各自对应于一个进口或出口的阀座(14a，14b)，该多通阀还有一个可在阀座(14a，14b)之间运动的闭合件(13)和至少一个呈由形状记忆合金构成的元件形式的致动机构(15a，15b)，它能够在加热时压动闭合件(13)离开其中一个阀座。压动方向横向于阀座(14a，14b)的法线方向，并且闭合件呈球形。

Description

多通阀和带有多通阀的制冷机
技术领域
本发明涉及多通阀和在其循环中使用了这样的多通阀的制冷机。
背景技术
这样的多通阀或者制冷机例如被用在制冷装置里，该制冷装置具有多个可分别通过一个自己的蒸发器被调节到可彼此无关地调定的温度的冷却室，它们用于将制冷剂流分配给一个或多个蒸发器。目前被用在制冷机中的多通阀一般是磁阀。它具有一个外壳，该外壳有多个阀座和一个可通过磁力在当时其中一个阀座上的稳定位置之间移动的闭合件。
DE19822735A1公开了一种非磁性操作的磁阀。这种已知的多通阀的外壳包括三个腔，即一个中央腔和两个侧腔，在该中央腔中，一个闭合件可以在两个在对置侧壁上的阀座之间移动，而阀座的开口通入这些侧腔中并且各有一个由形状记忆合金制成的弹簧安装在这些侧腔里。这两个弹簧分别通过一个活塞和一个穿过各阀座开口的杆压到在中央腔里的闭合件上。通过加热这两个侧腔中的第一侧腔，位于第一侧腔中的弹簧伸长并且将闭合件压到通向第二侧腔的阀座上，其中，它压缩在第二侧腔中的弹簧。
为了使闭合件从一个阀座移向另一阀座，一个弹簧必须不仅产生使当时的另一个弹簧变形所需的力，而且还要产生一个力，这个力等于在中央腔和侧腔之间的压差与阀座开口横截面面积的乘积。因此，存在这样的危险，即如果压差过高，则多通阀无法可靠地切换。
发明内容
本发明的任务是提出一种可借助由形状记忆合金制成的元件来切换的多通阀，该多通阀的功能作用也没有受到在关闭阀座上的高压差的不利影响。
为了完成该任务，本发明提供一种多通阀，它具有一个外壳，该外壳有多个进口和出口和一个腔，该腔具有多个各自对应于一个进口或出口的阀座，该多通阀还有一个能在这些阀座之间移动的闭合件和至少一个呈由形状记忆合金构成的元件形式的致动机构，该致动机构能够在加热时压动该闭合件离开其中一个阀座，该压动方向横向于该阀座的法线方向，其特征是，该闭合件呈球形。
由于该闭合件被压离阀座的压动方向大致横向于阀座的法线方向，所以，为使闭合件离开其阀座，不一定要克服在法线方向上作用的并由压差引起的力，或者至多在小范围里克服这个力。
如果闭合件成球形，则它可以滚动离开其阀座，结果，为了压动离开，也不一定要克服相当大的摩擦阻力。此外，球形构造简化了在圆形阀座上的紧密闭合。
为了确保闭合件不会从阀座周围退开并且在静止状态下总是封闭其中一个阀座，闭合件最好保持在一个滑座里，该滑座通过致动机构来移动，以便消除封闭配合。
此外，最好闭合件可以在滑座中沿压动方向移动，其中，在滑座中的闭合件的运动自由度小于在两个阀座之间的距离。于是，一方面保证了闭合件在滑座的每个静止位置上只能封闭一个对应于该位置的阀座，另一方面，在相邻的静止位置之间的且小于两个相邻滑座之间距离的滑座运动足以使闭合件远离这两个阀座中的一个阀座，结果，闭合件不再封闭这个阀座并且闭合件能够不受滑座阻碍地处于在第二阀座上的关闭位置。
多通阀最好具有一个用于对闭合件施加反作用力的弹簧弹性阀，这个反作用力阻止闭合件被迫离开每个阀座。这样的弹簧件将闭合件固定在阀座上，即便当没有流体流经该阀并因而在中央腔和由闭合件锁闭的副腔之间的压差减弱时，确切地说是当在副腔里的压力略高于在中央腔内的压力时。
这些阀座最好位于腔室的同一侧壁上，因此，一个单独的、最好是设置在外壳的对置侧壁上的弹簧弹性件就足以当时朝向阀座地对闭合件施压。
该弹簧弹性件可以适当地是板簧。
为了在其不同的开关位置之间转换多通阀，最好每个起到致动机构作用的并由形状记忆合金制成的弹簧弹性件配有一个用于可选择地加热该元件的电加热机构。
该加热机构可以是一个在对应的致动机构周围围绕多通阀外壳地卷绕的加热电阻或者是一个围绕该元件本身卷绕的加热电阻。第一可选形式特别简单廉价，因为对加热机构的供电来说，不需要电流引线穿过外壳，第二可选形式的优点是，尤其是当加热机构可通过直接接触流经阀的流体来冷却时，它允许多通阀具有更快速的反应时间。
附图说明
从以下结合附图对实施例的说明中，得到了本发明的其它特征和优点，附图所示为：
图1是根据本发明第一实施例的多通阀的透视图；
图2表示沿图1的线A、B所规定的平面的图1所示多通阀的截面；
图3表示沿图1的线A、C所规定的平面的截面；
图4是根据第二实施例的多通阀的透视图；
图5是与图2相似的、根据第三实施例的多通阀的截面图。
具体实施方式
图1表示一个按照本发明的多通阀，它具有一个金属的外壳1，该外壳在外壳一侧上，在这里是背对观察者的上侧面，具有一个流体进口管接头2并在相反的外壳底侧3上具有两个流体出口管接头4a、4b。在底侧3上，两条电流引线18相对外壳1绝缘地伸入外壳里。一个地线接点直接在任何一个位置上与外壳相连，它在图中未画出来。
图2表示在由图1的线A、B规定的平面里的图1所示多通阀的水平截面。一个由不导电材料如塑料构成的滑座6可在线A方向上移动地支撑在外壳1内的一个腔5中。滑座6包括一个可以在外壳1的一侧壁7上导向移动的基板8和两个支腿9a、9b，这些支腿从基板8起一直延伸到与外壳的对置侧壁10有一小段距离的地方。支腿9a、9b将腔5分成一个在这两个支腿9a、9b之间的中央腔11和两个各自在支腿9a、9b侧的侧腔12a、12b。
在中央腔11中安装着一个起到闭合件作用的球13。在如图所示的多通阀构造中，球13位于当中地安置在一个形成于腔5底面上的左侧阀座14a上并因此封闭了对应于该阀座14a的出口管接头4a(也见图3)。一个属于右侧出口管接头4b的第二阀座14b是打开的。支腿9a、9b的相互间距是如此选择的，即在所示的滑座6位置上，阀座14a的中心点距最近的支腿9a的距离略微大于球13的半径，在该滑座位置上，右侧阀座14b与离其最近的支腿9b的相应距离小于该半径。因此，即便当该滑座因颤动等原因离开其在阀座14a上的位置时，球13也不会在这个滑座6位置上封闭阀座14b。
在两个侧腔12a、12b中安装有由形状记忆合金构成的元件，它们在这里成弯杆15a、15b的形状，这些元件分别在一端与外壳1连接并在另一端与滑座6连接。在所示的多通阀构造中，滑座6位于其左侧止挡位置附近，在左侧的侧腔12a里的杆15a比在右侧的侧腔12b里的杆15b弯曲得更厉害。一根金属丝16围绕每个杆15a、15b，该金属丝构成加热电阻。每根加热丝16的靠近不导电的滑座6的第一端与电流引线18的导线17连接，加热丝16的另一端通过外壳1与大地相接。
图3表示在图1的线A、C限定的平面里的图1所示多通阀的截面。滑座6的高度小于球13的直径，一个在滑座6上方被夹紧在球13和外壳1的上表面之间的板簧对球施加一个朝下的力，这个力将球13牢牢地压在当时由球占据的阀座上，在这里是阀座14a。
通过有选择地对这两根加热丝16之一供电，其所卷绕的杆15a或15b被加热并且转变到其对应于加热状态的各自记忆形状。这样，滑座6被移动并且同时使当时另一个未被加热的杆15b或15a变形。在这里，由加热引起的变形不仅可以是被加热的杆的伸长，而且可以是被加热的杆的弯曲。在以下描述阀的工作方式时假定该变形是伸长。但在弯曲时的阀的工作方式完全相似，因此不需要单独描述。
如果杆15a借助其加热丝16被加热并因而伸长，则使滑座6朝向其右侧止挡位置移动。在这里，左侧的支腿9a压迫球13离开其在左侧阀座14a上的位置。这个为此必须作用于球13上的力很小，因为球的压动方向几乎垂直于阀座14a开口的法线方向，该法线方向平行于线C。如人们能够理解的那样，如果在法线方向和球的压动方向之间的角度越接近90度，则阀座14a的直径越小于球13的直径。阀座直径应该尽可能不大于球13直径的一半。
造成球13被迫离开阀座14a的滑座6移动同时造成了支腿9b离开右侧阀座14b，结果，在该阀座14b上留下了足以让球13下降到阀座上并封闭该阀座的空间。一旦支腿9a使球13移动超过了约大于其在两个阀座14a、14b之间的行程的一半，球13就通过板簧19的力和从进口管接头到出口管接头的流体流动(如果有的话)被压向右侧阀座14b并且下降到该阀座上。在这里，球13的行程几乎是杆15a必须驱动球经过的行程的两倍。
由于这些侧腔12a、12b通过在外壳壁和支腿9a、9b之间的间隙同中央腔11连通，所以，在侧腔12a、12b里的流体压力总是等于在中央腔11内的压力。所以，杆15a、15b不一定在球13被压动时克服腔室之间压差地做功。
由于这些侧腔12a、12b与中央腔11连通，所以，杆15a、15b的加热丝16通常被流经阀的流体包围起来并且被其冷却。但如果流体是液体，则可以在加热丝工作时使液体蒸发并且环绕待加热杆15a、15b地形成绝热的气流。在加热丝断电后，杆又可以这样被快速冷却，即围绕杆的蒸发气体被流经阀的液体冲洗并被液体取代。
图4用与图1相似的透视图表示本发明多通阀的第二实施例。在该实施例中缺少了电流引线。取而代之的是，外壳1的壁除了进口管接头和出口管接头2、4a、4b外是封闭的。加热丝绕线20a、20b分别围绕侧腔12a、12b地设置在外壳1上。因此，在这个实施例里，一个由形状记忆合金构成的杆间接地被加热，即通过加热丝绕线的穿过外壳1和在各自侧腔里的流体的热扩散。形状记忆合金元件的加热当然随着时间的延长而相应于在图1-3的实施例中那样增强，而这不一定有碍于在制冷剂循环中使用磁阀来说如有碍于家用冷冻冷藏装置，因为在那里原则上需要明显少于每分钟切换一次多通阀，并且也可以容忍数十秒的切换延迟。与反应时间的延长相比，廉价得多的制造以及多通阀的更长的预计使用寿命是有利的，因为可以放弃电流引线。
为了加速作为致动机构的杆的加热，可以想到的是，该杆与整个外壳1成一体地由形状记忆合金构成。
图5结合与图2相似的截面图表示本发明的多通阀的第三实施例。滑座6在这里成框架形状，它从四面包围球13。在滑座6的侧突起21上，各自固定着由形状记忆合金构成的杆15a、15b的第一端。为了简明起见，在该图中未示出两个围绕杆15a、15b卷绕的且分别通过一个穿过外壳1的导线17来供电的加热丝。这些杆15a、15b各自侧向绕过滑座6地一直延伸到外壳1的远离各杆15a、15b的第一端的端部。杆15a、15b的第二端分别固定在那里。因此，与外壳1长度相对照，杆15a、15b的长度要明显大于在图1-3所示实施例中的情况，因此，也可以驱动滑座6移动一段与外壳1长度相对照而更长的行程。为了线性引导滑座运动，在外壳1的底面上挖出一个沟槽22，两个形成于突起21a、21b上的板23以较小间隙可移动地安置在该沟槽22里。

Claims (13)

1、一种多通阀，它具有一个外壳(1)，该外壳有多个进口和出口(2，4a，4b)和一个腔(5)，该腔具有多个各自对应于一个进口或出口的阀座(14a，14b)，该多通阀还有一个能在这些阀座(14a，14b)之间移动的闭合件(13)和至少一个呈由形状记忆合金构成的元件形式的致动机构(15a，15b)，该致动机构能够在加热时压动该闭合件(13)离开其中一个阀座(14a，14b)，该压动方向横向于该阀座的法线方向，其特征在于，该闭合件(13)呈球形。
2、如权利要求1所述的多通阀，其特征在于，该闭合件(13)保持在一个滑座(6)里，该滑座通过该致动机构(15a，15b)移动以便将该闭合件(13)压迫离开。
3、如权利要求2所述的多通阀，其特征在于，该闭合件(13)在该滑座(6)里被引导地保持在一个容纳腔(11)中。
4、如权利要求2所述的多通阀，其特征在于，该闭合件(13)在该滑座(6)里可在压动方向上移动，在该滑座(6)里的该闭合件(13)的运动自由度小于在其中两个阀座(14a，14b)之间的距离。
5、如权利要求1所述的多通阀，其特征在于，设有一个用于对该闭合件施加反作用力的弹簧弹性件(19)，这个反作用力阻止将该闭合件(13)压迫离开每个阀座(14a，14b)。
6、如权利要求5所述的多通阀，其特征在于，这些阀座(14a，14b)被安置在该腔(5)的第一侧壁(3)上，该弹簧弹性件(19)朝向第一侧壁(3)地对该闭合件(13)施力。
7、如权利要求5所述的多通阀，其特征在于，该弹簧弹性件(19)是板簧。
8、如权利要求1所述的多通阀，其特征在于，每个致动机构(15a，15b)配有一个电加热机构(16，20a，20b)，所述电加热机构有选择地加热所述致动机构(15a，15b)。
9、如权利要求8所述的多通阀，其特征在于，所述电加热机构是一个围绕该致动机构(15a，15b)进行卷绕的加热电阻。
10、如权利要求9所述的多通阀，其特征在于，该电加热机构(16)能以直接接触方式通过流经阀的流体来冷却。
11、如权利要求8所述的多通阀，其特征在于，该电加热机构(20a，20b)设置在该外壳(1)之外。
12、如权利要求1所述的多通阀，其特征在于，该外壳(1)和该致动机构(15a，15b)由形状记忆合金整体制成。
13、一种制冷机，它具有一个有多个蒸发器的制冷剂循环，其特征在于，在该制冷剂循环中设有一个如权利要求1至12之一所述的多通阀。
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