TWI667442B - 閥、膨脹閥及其步進控制方法 - Google Patents

Abstract

一種閥、膨脹閥及其步進控制方法，包括一閥體、一限流單元、以及一設於限流單元內部的加熱單元；閥體內具有一作動空間，並設有分別與作動空間相連通的一第一通孔與一第二通孔，作動空間內更設有位於第一、二通孔之間的一閥座；限流單元設於作動空間內，並與閥座間具有一可變間距；其中，當可變間距縮小時，加熱單元由限流單元內部加熱，以防止冰堵並藉以維持可變間距處於可流通狀態。

Description

閥、膨脹閥及其步進控制方法

本發明係與一種閥有關，尤指一種用以改善或解決冰堵問題之閥、膨脹閥及其步進控制方法。

按，在冷凍空調系統的四大循環組件(膨脹閥、蒸發器、壓縮機及冷凝器)中，膨脹閥是控制製冷量的中樞組件，一般情況下，製冷劑經壓縮機壓縮為高溫高壓液態後，會通過儲液桶乾燥，再經膨脹閥的閥門來控制製冷劑流量，當製冷劑噴流進入較大的腔體後，降溫減壓成為低溫低壓的濕蒸氣，膨脹閥在製冷循環過程中扮演重要的控制功能。

但膨脹閥在製冷控制的過程中，當室內空間溫度較低時，膨脹閥內部的閥針及閥座形成的開口度減小至近似關閉，此時開口此的流動速度達到最大值，靜態壓力達到最小值，此處的降溫效果極佳、開口極小，即使很小的水分子都很容易因低溫環境形成冰晶，造成閥針及閥座間的節流口產生冰堵的現象。

然而，由於一般膨脹閥拆修不易，且製冷劑外洩後須重新裝填，維修過程十分不便，故在不拆修膨脹閥的前題下，以往的解決方式約有：

一、噴水化冰：但裝置結構複雜，製造困難；特別是製造細節不夠時，易造成管道積水。

二、電熱化冰：在膨脹閥體外部設置的電熱裝置，透過閥體金屬導熱將整個膨脹閥加熱化冰。此方法不僅耗電，且會在加熱區域形成高溫環境，易干擾膨脹閥內的製冷循環之運作，故需暫停系統運作。

三、蒸汽化冰：此方法相當迅方便，但缺點是用戶需有產生蒸汽的鍋爐環境條件。

四、停機：發生冰堵問題時，將製冷系統暫時關閉，待自然化冰後再開機運作。

有鑑於上述傳統解決冰堵方式的不便及環境條件限制，因此本發明提出更方便及有效率的膨脹閥結構以解決製冷系統中常見的冰堵問題，同時也能適用於一般的閥上。

本發明之主要目的，在於可提供一種閥、膨脹閥及其步進控制方法，其主要係將如透過電力產生熱能的加熱裝置設置在閥件等限流單元內部，從而可精準地在限流單元位移至適當位置時，針對容易發生冰堵的部位進行小區域加熱而化冰，藉以在耗電量極少且更有效率的前題下，達到改善、甚至防止冰堵的問題。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種膨脹閥，包括一閥體、一驅動單元、一傳動單元、一限流單元、一控制單元、以及一設於限流單元內部的加熱單元；其中，閥體內呈中空狀並具有一作動空間與一容置空間，且閥體上設有分別與作動空間相連通的一第一通孔與一第二通孔，作動空間內更設有位於第一、二通孔之間的一閥座；傳動單元與驅動單元傳動連結並皆設於容置空間 內，而限流單元則設於作動空間內並受傳動單元連動，並由控制單元控制驅動單元作動而使傳動單元帶動限流單元於作動空間內朝向閥座作相對位移。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種用於上述膨脹閥的步進控制方法，其中之驅動單元係為一步進馬達，並接收控制單元之訊號而換算步進馬達所需之迴轉圈數，以調整限流單元朝向閥座之相對位移；當限流單元朝向閥座位移、位移至一預設位置或一預定距離時，控制單元啟動加熱單元進行加熱。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種閥，包括一閥體、一限流單元、以及一加熱單元；閥體內呈中空狀並具有一作動空間，且閥體上設有分別與作動空間相連通的一第一通孔與一第二通孔，作動空間內更設有位於第一、二通孔之間的一閥座；限流單元設於作動空間內，且限流單元與閥座間具有一可變間距；而加熱單元則設於限流單元內部；其中，所述可變間距係隨著限流單元於作動空間內朝向閥座作動而縮小，且加熱單元由限流單元內部加熱而維持所述可變間距處於可流通狀態。

<本發明>

1‧‧‧閥體

10‧‧‧作動空間

10a‧‧‧下閥體

100‧‧‧第一通孔

100a‧‧‧支撐元件

101‧‧‧第二通孔

11‧‧‧容置空間

11a‧‧‧上閥體

110‧‧‧第一空間

110a‧‧‧卡合結構

111‧‧‧第二空間

111a‧‧‧隔板

12‧‧‧閥座

d/d’‧‧‧可變間距

2‧‧‧驅動單元

20‧‧‧驅動齒輪

21‧‧‧減速單元

210‧‧‧轉軸

211‧‧‧第一傳動輪

212‧‧‧第二傳動輪

3‧‧‧傳動單元

30‧‧‧螺桿

30a‧‧‧傳動齒輪

300‧‧‧走線孔

301‧‧‧密封塞

31‧‧‧螺套

310‧‧‧保護層

4‧‧‧限流單元

40‧‧‧凹入空間

5‧‧‧控制單元

50‧‧‧控制晶片

51‧‧‧第一電路

52‧‧‧第二電路

6‧‧‧加熱單元

60‧‧‧導線

600‧‧‧撓曲段

61‧‧‧保護管

圖1係本發明之內部構造示意圖。

圖2係本發明中控制單元之電路方塊示意圖。

圖3係本發明中加熱單元之局部放大示意圖。

圖4係本發明中限流單元之局部放大示意圖。

圖5係本發明之作動示意圖。

圖6係本發明另一實施例之內部構造示意圖。

圖7係本發明又一實施例中限流單元之局部放大示意圖。

為了使 貴審查委員能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱圖1及圖2，係分別為本發明之內部構造示意圖及本發明中控制單元之電路方塊示意圖。本發明係提供一種閥、膨脹閥及其步進控制方法，其係可適用於一般的閥上、或特別適用於如冷凍空調系統中的膨脹閥上，並用以改善或防止冰堵問題。該膨脹閥包括一閥體1、一驅動單元2、一傳動單元3、一限流單元4、一控制單元5、以及一加熱單元6；其中：

該閥體1內呈中空狀，並具有一作動空間10與一容置空間11；而在本發明所舉之實施例中，該閥體1可具有一下閥體10a與一上閥體11a，其中之作動空間10位於下閥體10a內、而容置空間11則位於上閥體11a內，且該容置空間11內更區分為一第一空間110與一第二空間111，以供上述驅動單元2設於該第一空間110內，而傳動單元3則設於該第二空間111並延伸至作動空間10內。此外，上述限流單元4可為一閥件，而在膨脹閥的實施例中係指閥針，當然也可能因閥的型式不同而為一閥球、或其它作為控制流量的閥件，總的來說該限流單元4係設於作動空間10內並受傳動單元3連動，以使限流單元4可於作動空間10內作位移。

更進一步地，在圖1所示之實施例中，上述第一、二空間110、111之間具有一卡合結構110a，所述卡合結構110a可為一環設於容置空間11內壁之凹槽，且上述驅動單元2通過一隔板111a與該卡合結構110a相互卡合，即 隔板111a之外緣嵌入所述凹槽內，以將設置於隔板111a上的驅動單元2固設於該第一空間110內。而驅動單元2可具有一驅動齒輪20，該驅動單元2通過上述隔板111a而延伸至第二空間111內，進而得以與該傳動單元3傳動連結、或更進一步通過一減速單元21而與該傳動單元3嚙合連結。

承上所述，該傳動單元3可包含一螺桿30與一螺套31，該螺套31位於作動空間10內且連接上述限流單元4，而該螺桿30則由容置空間11之第二空間111朝向該限流單元4延伸至該螺套31內而相嚙合傳動。因此，上述驅動單元2可直接透過其驅動齒輪20傳動連結該螺桿30；更進一步地，亦可於螺桿30上設有一傳動齒輪30a，並由該驅動齒輪2嚙合該傳動齒輪30a而達到傳動之目的。而在本發明所舉之實施例中，為考量傳動速率之必要，可進一步於驅動單元2與傳動單元3間增設一所述減速單元21，該減速單元21包含一轉軸210、以及設於轉軸210上的一第一傳動輪211與一第二傳動輪212，透過第一傳動輪211與第二傳動輪212的齒數比並分別與驅動齒輪20及傳動齒輪30a相嚙合，即可達到減速之效果，進而能更精準地控制限流單元4於作動空間10內的位移量。

在較具體的實施方式中，上述閥體1內係可進一步設有一支撐元件100a，更詳細地係指設置於閥體1之作動空間10內，且該支撐元件100a可為一軸承，上述螺桿30即通過該支撐元件100a而被限位於閥體1之作動空間10內部，從而可維持螺桿30受驅動單元2傳動時之旋轉所需，並可於螺套31與作動空間10內壁間增設一保護層310，以降低彼此間的磨耗。再者，螺桿30內係具有一沿其軸向延伸的走線孔300，該走線孔300連通至上述限流單元4內部，而本發明主要亦是將上述加熱單元6設於限流單元4內部，該加熱單元6可 通過導線60等電連接的方式與外部連接，導線60由限流單元4內部通過該走線孔300電性連接至上述控制單元5。

該控制單元5可為一通過電連接而設置於上述閥體1外部的電子元件，但不以此為限。其可包含一控制晶片50、以及通過一第一電路51與一第二電路52而分別與上述驅動單元2及加熱單元6作電性連接，一方面以第一電路51控制驅動單元2使傳動單元3能帶動限流單元4於作動空間10內作位移、另一方面可在限流單元4位移至適當位置時，通過第二電路52與上述導線60之電性連接而啟動該加熱單元6，以供加熱單元6由限流單元4內部提供加熱。

如圖3、圖4及圖5所示，更具體地，該限流單元4內部係設有一供加熱單元6容置的凹入空間40，而上述螺桿30之走線孔300即連通至該凹入空間40，以供導線60通過走線孔300而延伸至凹入空間40內並與加熱單元6電性連接。且如圖3所示，導線60於鄰近加熱單元6的連接處係設有一保護管61，以增加導線60與加熱單元6間的結合性；再如圖4所示，本實施例中，加熱單元6可嵌入於該凹入空間40內，並使保護管61固定於凹入空間40，以避免傳動單元3旋轉時，因扭轉該導線60而造成其與加熱單元6的連接處或近連線處容易被扭斷。同時，如圖1及5所示，傳動單元3之螺桿30於其走線孔300一端上係設有一密封塞301，且密封塞301包覆於該導線60外，可防止於作動空間10內流通之製冷劑(圖略)由走線孔300浸入而影響加熱單元6。此外，該導線60由加熱單元6連接至上述密封塞301之間係預留有一撓曲段600(即如圖1所示)，所述撓曲段600具備有從加熱單元6至密封塞301之間過剩的長度，故可在圖5所示限流單元4於作動空間10內作向下位移時，提供足夠的拉 伸長度(即圖5中的撓曲段600已被拉直)以維持控制單元5至加熱單元6間所需的電性連接關係。

再請一併參閱圖1及圖5所示，上述閥體1係可於其下閥體10a上設有一第一通孔100與一第二通孔101，該第一、二通孔100、101分別與作動空間10相連通，且在作動空間10內設有一位於第一、二通孔100、101之間的閥座12，該閥座12恰可位於作動空間10的末端處，並與上述限流單元4間具有一可變間距d；當上述驅動單元2、傳動單元3連動限流單元4於作動空間10位移時，限流單元4可朝向該閥座12相對位移、或遠離該閥座12相對位移，從而可改變所述可變間距d的大小，藉以調節或控制流量。如圖5所示，即限流單元4朝向閥座12位移而使可變間距d’縮小；反之，如圖1所示，限流單元4遠離閥座12位移，則使可變間距d變大。

據此，如圖5所示，本發明係可透過限流單元4朝向閥座12位移時，意即所述可變間距d’縮小之際，在適當的時機啟動上述加熱單元6，從而使該加熱單元6由限流單元4內部加熱，以避免產生冰堵並維持可變間距d’仍可處於可流通狀態。更進一步地，本發明係提供一種膨脹閥的步進控制方法，其中上述驅動單元2係為一步進馬達，控制單元5根據接收到的環境偵測之訊號(圖略)而換算步進馬達所需之迴轉圈數，進而驅動步進馬達以調整限流單元4朝向閥座12相對位移；控制單元5可例如透過步進馬達迴轉圈數計算獲得可變間距d’的距離，當限流單元4朝向閥座12位移至一預設位置或一預定距離時，或是所述可變間距d調整至一預設位置或一預定距離時，即可通過該控制單元5啟動加熱單元6，以令該加熱單元6對限流單元4進行加熱。

除此之外，在其它可行的實施方式中，該驅動單元2亦可為一壓差結構(圖略)，並接收一壓差訊號以調整所述可變間距d；或該驅動單元2亦可為一旋柄結構(圖略)，以通過人手轉動該旋柄而調整所述可變間距d。如此同樣可達到控制限流單元4的位移量而調整可變間距d，從而在所述適當時機啟動該加熱單元6。

再者，如圖6所示，在本發明所舉之其它實施例中，上述驅動單元2係直接卡合於所述卡合結構110a上而位於第一空間110內，故驅動單元2的底面直接面向第二空間111，其驅動齒輪20亦由底面延伸至第二空間111而與傳動單元3傳動連結、或更進一步與減速單元21之傳動輪211連結。又，如圖7所示，上述加熱單元6也可以透過螺紋旋入的方式組入凹入空間40內；透過螺合的方式不僅有助於加熱單元6組裝於限流單元4內部的穩固性，同時還兼具事後可調整或校對位置等功效，以便更精準地計算加熱單元6與閥座12間之距離，從而掌握啟動加熱單元6之時機。

是以，藉由上述之構造組成，即可得到本發明閥、膨脹閥及其步進控制方法。

因此，藉由本發明閥、膨脹閥及其步進控制方法，透過其將加熱單元6設於閥針或限流單元4內部的設計，至少可具有以下優點：

(1)使用者不需拆解閥或膨脹閥來進行問題排除。

(2)比傳統在閥體上加熱的方式，本發明可更精確地在冰堵位置上加熱，使用的能耗更少更有效率。

(3)傳統在閥體上加熱的方式，較易干擾液流環境，製冷液可能提早相變；而本發明只針對閥針部份位置加熱，較不易干擾液流環境。

(4)將電源等導線60併入驅動單元2控制接頭，不額外增加連接頭，不需改變膨脹閥之外觀設計。

綜上所述，本發明確可達到預期之使用目的，而解決習知之缺失，又因極具新穎性及進步性，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障發明人之權利。

惟以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即拘限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效技術、手段等變化，均同理皆包含於本發明之範圍內，合予陳明。

Claims (20)

1. 一種膨脹閥，包括：一閥體，其內呈中空狀並具有一作動空間與一容置空間，且該閥體上設有分別與該作動空間相連通的一第一通孔與一第二通孔，該作動空間內更設有位於該第一、二通孔之間的一閥座；一驅動單元，設於該容置空間內；一傳動單元，設於該容置空間內並與該驅動單元傳動連結；一限流單元，設於該作動空間內並受該傳動單元連動；一控制單元，控制該驅動單元作動而使該傳動單元帶動該限流單元於該作動空間內朝向該閥座作相對位移；以及一加熱單元，設於該限流單元內部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之膨脹閥，其中該容置空間內更區分為一第一空間與一第二空間，該驅動單元位於該第一空間內，而該傳動單元則位於該第二空間內。
3. 如申請專利範圍第2項所述之膨脹閥，其中該第一、二空間之間具有一卡合結構，且該驅動單元通過一隔板與該卡合結構相互卡合而固設於該第一空間內。
4. 如申請專利範圍第1項所述之膨脹閥，其中該驅動單元具有一驅動齒輪，該驅動齒輪與該傳動單元嚙合連結。
5. 如申請專利範圍第4項所述之膨脹閥，其中該驅動單元與該傳動單元之間更具有一減速單元。
6. 如申請專利範圍第5項所述之膨脹閥，其中該傳動單元係包含一螺桿與一螺套，該螺套位於該作動空間內且連接該限流單元，而該螺桿則由該容置空間朝向該限流單元延伸至該螺套內而相嚙合傳動。
7. 如申請專利範圍第6項所述之膨脹閥，其中該閥體內設有一支撐元件，且該螺桿通過該支撐元件被限位於該閥體內部。
8. 如申請專利範圍第7項所述之膨脹閥，其中該支撐元件係為一軸承。
9. 如申請專利範圍第6項所述之膨脹閥，其中該螺套與該作動空間內壁間係設有一保護層。
10. 如申請專利範圍第6項所述之膨脹閥，其中該螺桿具有一沿其軸向延伸的走線孔，且該加熱單元電性連接一導線，該導線通過該走線孔電性連接至該控制單元。
11. 如申請專利範圍第10項所述之膨脹閥，其中該導線由該加熱單元連接至該控制單元之間係預留有一撓曲段。
12. 如申請專利範圍第10項所述之膨脹閥，其中該螺桿於其走線孔一端上設有一密封塞，且該密封塞包覆於該導線外。
13. 如申請專利範圍第1項所述之膨脹閥，其中該限流單元與該閥座間具有一受該傳動單元連動而調整的可變間距，且該加熱單元由該限流單元內部加熱而維持所述可變間距處於可流通狀態。
14. 一種用於如申請專利範圍第1項所述之膨脹閥的步進控制方法，其中該驅動單元係為一步進馬達，並接收該控制單元之訊號而換算該步進馬達所需之迴轉圈數，以調整該限流單元朝向該閥座之相對位移；當該限流單元朝向該閥座位移、位移至一預設位置或一預定距離時，該控制單元啟動該加熱單元進行加熱。
15. 一種閥，包括：一閥體，其內呈中空狀並具有一作動空間，且該閥體上設有分別與該作動空間相連通的一第一通孔與一第二通孔，該作動空間內更設有位於該第一、二通孔之間的一閥座；一限流單元，設於該作動空間內，且該限流單元與該閥座間具有一可變間距；以及一加熱單元，設於該限流單元內部；其中，所述可變間距係隨著該限流單元於該作動空間內朝向該閥座作動而縮小，且該加熱單元由該限流單元內部加熱而維持所述可變間距處於可流通狀態。
16. 如申請專利範圍第15項所述之閥，其中當所述可變間距縮小至一預設位置或一預定距離時，通過一控制單元啟動該加熱單元進行加熱。
17. 如申請專利範圍第15項所述之閥，其更包括一驅動單元，以連動該限流單元於該作動空間內位移而調整所述可變間距。
18. 如申請專利範圍第17項所述之閥，其中該驅動單元係為一步進馬達，並接收一控制訊號以調整所述可變間距。
19. 如申請專利範圍第17項所述之閥，其中該驅動單元係為一壓差結構，並接收一壓差訊號以調整所述可變間距。
20. 如申請專利範圍第17項所述之閥，其中該驅動單元係為一旋柄結構，以通過人手轉動該旋柄而調整所述可變間距。