专利名称：四通阀和使用该四通阀的制冰机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制冷剂循环系统的四通阀，尤其涉及用于四通阀的主阀。本发明还涉及一种使用该四通阀的制冰机。
背景技术：
常规的四通阀广泛地用于例如制冷系统的制冷剂循环系统，以便改变制冷剂的流动路径。图9a示出了现有技术的用于制冷剂循环系统的四通阀中的主阀。其中，滑块103a在滑座25a上在第一位置和第二位置之间滑动，在第一位置时，滑块103a滑动到左侧，第一端口93与第四端口97连通、第三端口96在与第二端口95连通；在第二位置时，滑块103a滑动到右侧，第一端口93与第二端口95、第三端口96与第四端口97连通。
然而，如果制冷系统所需的制冷量较小，则带有这种四通阀的制冷系统充入的制冷剂流体通常较少，因此作用在活塞元件26上的压力较小。这使得滑块103a在滑座25a上时滑动较慢，因此当滑块103a两种状态切换的过程可能处于这样一个位置，即，使得第二端口95、第三端口96和第四端口97同时连通，如图9a所示。在这种情况下，由于与上述端口中的一个端口相连的管路处于高压，而与上述端口中的另一端口相连的管路处于低压，所以管路中的高压制冷剂流体与低压制冷剂流体连通，并且压缩后的高压制冷剂流体泄漏到低压管路中，发生了所谓“短路”现象。这导致该滑块103a停留在如图9a所示的位置，这样该制冷系统将不能正常工作。
如果制冰机的制冷量较小，则这种制冰机不能使用四通阀来进行制冷剂流动控制。常规的制冰机通常使用两个电磁阀W1、W2来代替四通阀进行控制，如图2a和2b所示。由于引入更多的部件和管路，例如电磁阀W1、W2、储液器O等等，所以这种常规制冰机的制冷系统的可靠性和部件使用率降低了。另外，由于制冰过程结束后，制冰机需要从制冷模式切换到制热模式，以便使冰从制冰部件(即蒸发器T)上脱落下来，所以，如果部件和管路越多，则在切换过程中制冷剂流体在高压与低压之间切换所产生的功率损失和流动损失就越大，从而进一步降低了该制冷系统的效率。
发明内容
为了克服或减轻现有技术所涉及的问题和缺点，本发明提供了一种改进的四通阀和一种使用该四通阀的制冰机。该四通阀包括用于确定制冷剂流动路径的主阀，用于操纵该主阀的先导阀；和用于控制该先导阀的电磁线圈。其中，该主阀包括由阀体形成的阀腔；与该阀体成一体的滑座；在该阀体内可在第一位置和第二位置之间移动的阀芯，该阀芯包括可在该滑座上滑动的滑块，其中该滑块的面对该滑座的滑动表面上形成有一凹腔；形成在该阀体上的第一端口以及沿该滑块的滑动方向形成在该滑座上的第二端口、第三端口、和第四端口。在该四通阀中，在该第一位置，该第一端口与该第四端口经主阀腔连通，该第二端口与该第三端口经该凹腔连通；在该第二位置，该第一端口与该第二端口经主阀腔连通，该第三端口与该第四端口经该凹腔连通。在该第二、第三、第四端口中的至少一个端口中在接近该滑座的位置处设置有一径向向内突伸的突出部，该突出部构形成以便确保当该滑块在该第一和第二位置之间滑动的过程中的任一位置处，该凹腔至多使得所述端口中相邻的两个端口连通。因此，第二、第三、第四端口不可能同时连通，防止高压侧与低压侧之间的泄漏，避免了制冷剂循环系统的故障，同时还提高了该系统的效率和可靠性。
在结合附图阅读本发明的具体实施例的详细描述时，可更好地理解本发明的优选实施例和其它方面，在附图中图1示出了常规的电磁阀；图2a和2b是使用常规的电磁阀的制冷剂循环系统的示意图，其分别示出了制冷模式和制热模式；图3a和3b是本发明的四通阀的示意图，其分别示出了电磁线圈断电和通电的情况；图4a和4b是使用本发明的四通阀的制冷剂循环系统的示意图，所示的该系统分别处于制冷模式和制热模式；
图5是使用本发明的四通阀的制冰机的主要部件的示意图；图6示出了本发明的四通阀的先导阀；图7a和7b示出了本发明的四通阀的主阀，图7c是该四通阀的侧视图；图8是四通阀的滑块底视图；图9a示出了常规的四通阀的主阀；图9b示出了本发明的四通阀的主阀；图10是本发明的制冰机的透视图；图11示出了本发明的制冰机的主要部件；图12示出了本发明的制冰机的蒸发器；图13示出了本发明的制冰机的储水盒和铲冰板；图14示出了与内壳连接的马达；图15示出了用于本发明的制冰机的光电检测装置；和图16是储水盒在两个位置之间旋转的示意图。
在附图中，相同的附图标记表示相同的或等效的部件。
具体实施例方式
如图3a、3b、7a、和7b所示，本发明的四通阀M包括先导阀X、主阀Y、和电磁线圈Z。主阀Y具有阀体20以及由该阀体20形成的阀腔。在阀腔内，滑座25与阀体20成一体地形成。滑块103可在该滑座25上可往复滑动，其中在该滑块103的面对滑座25的滑动接触表面31上设置有一凹腔30。
两个活塞元件26分别在在该滑块25的两侧与该滑块25连接。该两个活塞元件26装配在该阀腔内以与该阀腔的壁配合，并且该两个活塞元件26可与该滑块103成一体地在阀腔内往复移动，即，可以在处于阀体20左端部的第一位置与处于阀体20右端部的第二位置之间移动。该两个活塞元件26将阀腔分成三部分，即，由左侧活塞元件和阀体限定的第一阀腔94，由两个活塞元件和阀体限定的主阀腔120，以及由右侧活塞元件和阀体限定的第二阀腔98。
第一端口93形成在阀体20上，而第二端口95、第三端口96、和第四端口97形成在滑座25上，这些端口可通过管路与制冷剂循环系统连接。四个毛细管90、91、99、100将先导阀X与主阀Y连通，以便通过先导阀X来控制主阀Y。
以下将描述四通阀M的操作。如图3a和7a所示，当电磁线圈Z处于断电状态时，先导阀X的阀芯101在弹簧102的作用下向图面左侧移动，在制冷剂循环系统中高压制冷剂流体经第一端口93进入主阀Y并且经毛细管90、先导阀X、和毛细管100进入主阀Y的第二阀腔98。第二阀腔98中的高压制冷剂的压力施加到右侧活塞元件上，并使得包括两个活塞元件26和滑块103的该阀芯一体地移动到阀体的左端部的第一位置。在第一阀腔94中的制冷剂可经毛细管91、先导阀X、和毛细管99流入第三端口96。在第一位置时，第一端口93经主阀腔120与第四端口97连通；第二端口95经滑块103的凹腔30与第三端口96连通。此时，制冷剂流体在四通阀M中流动路径如图3a所示。
如图3b和7b所示，当电磁线圈Z处于通电状态时，先导阀X的阀芯101在电磁线圈Z产生的电磁力的作用下压缩该弹簧102，以便向图面右侧移动，在制冷剂循环系统中高压制冷剂流体经端口93进入主阀Y并且经毛细管90、先导阀X、和毛细管91进入主阀Y的第一阀腔94。第一阀腔94中的高压制冷剂的压力施加到左侧活塞元件上，并使得包括两个活塞元件26和滑块103的该阀芯一体地移动到阀体的右端部的第二位置。在第二阀腔98中的制冷剂可经毛细管100、先导阀X、和毛细管99流入第三端口96。在第二位置时，第一端口93经主阀腔120与第二端口95连通；第四端口97经滑块103的凹腔30与第三端口96连通。此时，制冷剂流体在四通阀M中流动路径如图3b所示。
如上所述，根据四通阀M的电磁线圈Z处于断电或通电状态，主阀Y的阀芯以及其滑块可处于第一位置或第二位置，这样，使得该四通阀M的四个端口及其管路在一种流动状态与另一种流动状态之间切换。
以下将描述本发明的制冰机的制冷剂循环系统。如图4a、4b、5、11所示，该制冷剂循环系统包括压缩机R、冷凝器S、蒸发器T、毛细管N、以及本发明的四通阀M。该系统先经抽真空，随后再充入制冷剂流体，例如R-134a。
当需要制冰时该制冷剂循环系统切换成制冷模式，即制冰模式。如图4a所示，在例如为单片机的控制单元的控制下，四通阀M的电磁线圈Z处于断电状态，如上所述，该四通阀M的阀芯处于第一位置，由此使得第一端口93与第四端口97连通；第二端口95与第三端口96连通。高压制冷剂气体从压缩机R的排气端U排出，并经管路105首先进入四通阀M的第一端口93，再经在主阀Y的主阀腔120中的处于活塞支架上的孔108流向第四端口97，随后依次经管路109、冷凝器S、毛细管N、蒸发器T、管路107、主阀Y的第二端口95和第三端口96、以及管路106，最后循环回到压缩机R的低压吸气端V，以便完成一个循环回路。进入压缩机R的低压制冷剂在该压缩机R中被压缩成高压制冷剂，并从排气端U排出，由此开始新的循环。其中，第一端口93和第四端口97分别作为四通阀M的高压制冷剂入口和高压制冷剂出口。第二端口95和第三端口96分别作为四通阀M的低压制冷剂入口和低压制冷剂出口。本领域的普通技术人员应当理解，整个制冷剂循环系统以常规的蒸气压缩方式运行。在该制冰模式中，制冷剂流体在冷凝器S的热交换表面上排出热量，并且在蒸发器T的热交换表面上吸收热量，使得在蒸发器T的热交换表面附近的水凝结成冰。
当冰在蒸发器T的热交换表面上凝结到预定程度时，该制冷剂循环系统切换成制热模式时，即脱冰模式。如图4b所示，在例如为单片机的控制单元的控制下，四通阀M的电磁线圈Z处于通电状态，如上所述，该四通阀M的阀芯处于第二位置，由此使得第一端口93与第二端口95连通；第四端口97与第三端口96连通。高压制冷剂气体从压缩机R的排气端U排出，并经管路105首先进入四通阀M的第一端口93，再经在主阀Y的主阀腔120中的处于活塞支架上的孔110流向第二端口95，随后依次经管路107、蒸发器T、毛细管N、冷凝器S、管路109、主阀Y的第四端口97和第三端口96、以及管路106，最后循环回到压缩机R的低压吸气端V，以便完成一个循环回路。进入压缩机R的低压制冷剂在该压缩机R中被压缩成高压制冷剂，并从排气端U排出，由此开始新的循环。其中，第一端口93和第二端口95分别作为四通阀M的高压制冷剂入口和高压制冷剂出口。第四端口97和第三端口96分别作为四通阀M的低压制冷剂入口和低压制冷剂出口。本领域的普通技术人员应当理解，整个制冷剂循环系统以常规的蒸气压缩方式运行。在该脱冰模式中，制冷剂流体在蒸发器T的热交换表面上排出热量，并且在冷凝器S的热交换表面上吸收热量，使得紧靠蒸发器T的热交换表面上凝结的冰融化，以便使得冰块脱落下来。
该制冷剂循环系统在制冰模式和脱冰模式的切换通过控制单元接通或切断供给到四通阀M的电磁线圈Z的电力来控制。在制冰模式和脱冰模式下的运行时间也可由该控制单元来控制。在本发明的一个优选实施例中，该控制单元包括单片机。当然，本领域的普通技术人员应当理解，还可使用其它形式的控制装置来实现以上效果。在本发明的优选实施例中，制冰时间例如设定为12、15、18分钟；脱冰时间例如设定为1.5分钟。当然，还可根据其它因素，例如环境温度和水的温度来调节制冰时间和脱冰时间。
当滑块103在该第一位置和该第二位置之间移动的过程中，为了避免第二端口95、第三端口96和第四端口97同时连通，在这些端口中的至少一个端口接近滑座25的位置处设置有一径向向内突伸的凸缘121。该凸缘构形成使得滑块103在第一和第二位置之间的任一位置处，形成在滑块103面对滑座25的滑动表面31上的凹腔30至多使第二端口95、第三端口96和第四端口97中的相邻的两个端口连通，从而避免了所述同时连通的情况发生，由此防止了高压制冷剂泄漏到低压制冷剂侧。优选的是，在接近滑座25的位置处在第二端口95、第三端口96和第四端口97中均设置有凸缘121。如图9b所示，即使当滑块103处于滑座25的中央位置时，这三个端口也没有同时连通，由此防止高压制冷剂流体泄漏到低压管路中，从而避免了制冷效率的降低。
在本发明的一个优选实施例中，第二端口95、第三端口96和第四端口97是半径大致相同的圆形端口，并且等间距地且纵向成一排地布置在滑座25上。如上所述，在先导阀X的控制下，滑块103随阀芯沿该纵向在滑座25上滑动到第一位置或第二位置。在这种情况下，该形成在滑块103面对滑座25的滑动表面31上的凹腔30沿该纵向的尺寸如此确定，即，该尺寸不大于两个端口的半径和这两个端口中心之间的间距的总和。此时，即使该至少一个端口在滑座25附近没有设置凸缘121，该凹腔30的该尺寸也可避免这三个端口95、96、97的同时连通。当然，设置该凸缘是更为优选的。本领域的普通技术人员应当理解，该凸缘可以以其它等效形式来替换，例如台阶部、突台、突起、和突出部等。
在使用过程中，对于使用R-134a制冷剂的制冷剂循环系统，压缩机R的排气端U的高压侧压力达到1.5MPa，而压缩机R的吸气端V的低压侧压力只有0.1MPa。尽管这两个压力之间的压差非常大，但是实验测定，经过滑块103的滑动表面31与滑座2 5之间泄漏量不大于50ml/min。该泄漏量非常小，基本上可认为“没有泄漏”。
在另一个优选实施例中，如图7a和7b所示，在滑块103与滑块支架23之间设置有一簧片24，该簧片24的弹性力将该滑块103压靠到滑座25上，从而减小了其间的间隙，以防止高压侧到低压侧的泄漏。
在又一个优选实施例中，滑座25和滑块103面对该滑座25的滑动表面31通过精加工，从而具有较高的平面精度。这使得滑块103与滑座25更紧密相互抵靠在一起，从而进一步减小了其间的间隙，以防止高压侧到低压侧的泄漏。
本发明的另一方面是使用依据本发明的四通阀的制冰机。以上参照图4a和4b已描述了该制冰机的制冷剂循环系统。本发明的四通阀用于使得该制冷剂循环系统在制冷和制热模式之间切换，即在制冰模式和脱冰模式之间切换。由于采用了依据本发明的四通阀，本发明的制冰机在制冷和制热模式之间可快速地切换，防止高压制冷剂流体泄漏到低压管路中，从而消除了现有技术的缺陷，从而避免了制冷剂循环系统的故障；另一方面减少了使用的部件，提高了该系统的效率和可靠性。在相同条件下，经实验测定，带有本发明的四通阀的制冰机的制冰量比使用电磁阀的常规制冰机相比高大约50％。
以下将描述本发明的制冰机的其它方面。
如图11所示，本发明的四通阀M和制冷剂循环系统安装在制冰机壳体内。管路与端口93、95、96、97钎焊连接，并通过金属支架G固定在制冰机壳体。该金属支架G在其上端处将四通阀M的主阀Y紧固，并在下端处固定到制冰机的底板H上，以确保四通阀M牢固地固定在壳体内。
如图11、12和13所示，用于制冰的部件包括蒸发器T、储水盒51和铲冰板53等。图12示出了蒸发器T，其包括一U形管46、多个结冰管48、支架47、以及入口/出口管49。多个结冰管48在其下端处密封，并且在其上端处借助钎焊与U形管46连接。在每一连接处，U形管46设置有孔(未示出)，以便使得U形管46与各个结冰管48在内部连通。储水盒51通过水泵单元(未示出)来注水，以使结冰管48处于水面以下。
如图14、15所示，储水盒51位于内壳I的内部。该内壳I固定到底板H上。从储水盒51的一侧向外延伸的轴54穿过内壳I，该轴54与储水盒51成一体。检测器支架37固定到该内壳I的一侧上。遮光片36设置在从储水盒51向外延伸的轴54上。光电检测器35、38设置在检测器支架37的两端上。该光电检测装置由遮光片36、检测器支架37、以及光电检测器35、38形成。另外，一马达J固定在内壳I的另一侧上。该马达J的轴与一体地设置在储水盒51的另一侧上的适配器55配合，以便使马达J驱动该储水盒51旋转。
在制冰模式时，储水盒51位于如图16中的双点划线K所示的位置。此时由于结冰管48中存在低温制冷剂，所以结冰管48周围的水被冷冻成冰，以形成冰柱。当冰柱达到预定程度时，制冰机的控制单元提供一信号，使得马达J驱动储水盒51与遮光片36围绕轴54和适配器55一起逆时针旋转。当旋转到图16中虚线L所示位置时，遮光片36被光电检测器38检测到，此时控制单元提供一信号，使得马达J停止，并使四通阀M的电磁线圈Z通电，从而切换到脱冰模式。在脱冰模式中，由于结冰管48中存在高温制冷剂，所以结冰管48周围的冰融化，中空管状的冰从结冰管48上脱落下来。当脱冰结束时，控制单元提供一信号，使得马达J驱动储水盒51与遮光片36围绕轴54和适配器55一起顺时针旋转。当旋转到图16中双点划线K所示位置时，遮光片36被光电检测器35检测到，此时控制单元提供一信号，使得马达J停止，并使四通阀M的电磁线圈Z断电，以便再次切换到制冰模式。水泵单元再次向储冰盒51中注水，以便开始下一个制冰过程。在马达J驱动储水盒51顺时针旋转过程中，与储水盒51铰接的铲冰板53将冰块沿图16中的箭头所示方向铲入储冰盒B内。
本发明的制冰机可方便且快速地制成可供食用或冷藏食品的冰块。该制冰机可家用或商用，例如酒吧和餐厅等。
虽然已结合优选实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员可在不脱离本发明的范围的情况下进行变型和替换。因此，本发明包含随后的权利要求和其等效形式的保护范围内的全部的变型和替换。
权利要求
1.一种用于制冷剂循环系统的四通阀(M)，其包括用于确定制冷剂流动路径的主阀(Y)，用于操纵该主阀的先导阀(X)；和用于控制该先导阀的电磁线圈(Z)，该主阀(Y)包括由阀体(20)形成的阀腔；与该阀体(20)成一体的滑座(25)；在该阀体(20)内可在第一位置和第二位置之间移动的阀芯，该阀芯包括可在该滑座(25)上滑动的滑块(103)，其中该滑块(103)的面对该滑座(25)的滑动表面(31)上形成有一凹腔(30)；形成在该阀体(20)上的第一端口(93)以及沿该滑块(103)的滑动方向形成在该滑座(25)上的第二端口(95)、第三端口(96)、和第四端口(97)，在该第一位置，该第一端口(93)与该第四端口(97)经主阀腔(120)连通，该第二端口(95)与该第三端口(96)经该凹腔(30)连通；在该第二位置，该第一端口(93)与该第二端口(95)经主阀腔(120)连通，该第三端口(96)与该第四端口(97)经该凹腔(30)连通，其特征在于，在该第二、第三、第四端口(95、96、97)中的至少一个端口中在接近该滑座的位置处设置有一径向向内突伸的突出部，该突出部构形成以便确保当该滑块(103)在该第一和第二位置之间滑动的过程中的任一位置处，该凹腔(30)至多使得所述端口中相邻的两个端口连通。
2.如权利要求1所述的四通阀，其特征在于，在该第二、第三、第四端口(95、96、97)中均设置有该突出部，并且该突出部是至少一个凸缘(121)。
3.如权利要求1所述的四通阀，其特征在于，所述第二端口(95)、第三端口(96)和第四端口(97)是半径大致相同的圆形端口，并且等间距地且纵向成一排地布置在该滑座(25)上，形成在该滑块(103)的该滑动表面(31)上的所述凹腔(30)沿该纵向的尺寸确定成不大于两个端口的半径和这两个端口之间的间距的总和。
4.如权利要求1、2或3所述的四通阀，其特征在于，在该滑块(103)与该滑块支架(23)之间设置有一簧片(24)，该簧片(24)的弹性力使该滑块(103)压靠到该滑座(25)上，从而减小了其间的间隙，以防止高压侧到低压侧的泄漏。
5.如权利要求4所述的四通阀，其特征在于，在该四通阀(M)的使用过程中，对于使用R-134a制冷剂，经该滑块(103)的该滑动表面(31)与该滑座(25)之间的泄漏量不大于50ml/min。
6.一种具有制冷剂循环系统的制冰机，该制冷剂循环系统包括用于压缩制冷剂的压缩机(R)；用于使该经压缩的制冷剂冷凝并向外界排散热量的冷凝器(S)；毛细管(N)；和制冷剂其中蒸发并吸收热量的蒸发器(T)，该蒸发器作为该制冷剂的制冰部件，其特征在于，该制冷剂循环系统包括如权利要求1-5中的任一项所述的四通阀(M)，以便在制冰模式和脱冰模式之间切换。
7.如权利要求6所述的制冰机，其特征在于，该蒸发器(T)包括一U形管(46)、多个结冰管(48)、支架(47)、以及入口管和出口管，并且多个结冰管(48)在其下端处密封并且在其上端处借助与U形管(46)连接，在每一连接处，U形管(46)与各个结冰管(48)连通。
8.如权利要求6所述的制冰机，其特征在于，该制冰机包括储水盒(51)，多个结冰管(48)在该储水盒(51)中处于水面之下，并且该制冰机还包括一马达(J)，当制冰过程结束之后，该马达(J)驱动该储水盒(51)从初始位置旋转离开，并且该制冰机进入脱冰模式，以使冰块脱落；当脱冰过程结束之后，该马达(J)驱动该储水盒(51)旋转返回到该初始位置。
9.如权利要求8所述的制冰机，其特征在于，其还包括光电检测装置，该光电检测装置包括遮光片(36)、检测器支架(37)、以及光电检测器(35、38)，其中遮光片(36)与该储水盒(51)通过该马达(J)的驱动从而一起转动，该光电检测器(35、38)可感测到该遮光片(36)的转动，由此借助控制单元来控制该马达(J)。
10.如权利要求8或9所述的制冰机，其特征在于，在马达(J)驱动该储水盒(51)旋转返回到该初始位置过程中，与该储水盒(51)铰接的铲冰板(53)将脱落的冰块铲入储冰盒(B)内。
全文摘要
本发明涉及一种四通阀和一种使用该四通阀的制冰机。该四通阀的主阀包括与该阀体成一体的滑座。四通阀的阀芯可在第一位置和第二位置之间移动。该阀芯包括可在该滑座上滑动的滑块，其中该滑块的面对该滑座的滑动表面上形成有一凹腔。第一端口形成在该阀体上，第二、第三、和第四端口沿该滑块的滑动方向形成在该滑座上。在这些端口中在接近该滑座的位置处设置有径向向内突伸的凸缘，以便确保当该滑块在第一和第二位置之间滑动的过程中，该凹腔至多使得第二、第三、和第四端口中的相邻的两个端口连通，由此避免了第二、第三、和第四端口同时连通，防止了高压侧和低压侧之间的泄漏。
文档编号F25C5/10GK1540268SQ20031010449
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月30日 优先权日2003年10月30日
发明者朱迪生, 蒋增淳, 朱迪华 申请人:博罗耀峰电子有限公司