跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥的製作方法

2023-04-24 23:33:11 1

專利名稱：跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製冷系統節流機構，具體地說是一種跨臨界二氧化碳汽車空 調系統機械調節式膨脹閥，屬於製冷技術領域。
背景技術：
跨臨界二氧化碳汽車空調系統在熱泵性能方面具有獨特的優越性，它的排氣 溫度高、氣體冷卻器的換熱性能好，可以解決現代汽車冬天不能向車廂提供足夠 熱量的缺陷。同時二氧化碳是存天然工質，無毒且不可燃，因此跨臨界二氧化碳 汽車空調已被國際上公認為是最有希望的下一代汽車空調。
目前，跨臨界二氧化碳汽車空調各部件還處於發展過程中，本發明所涉及的 是一種節流機構，即一種跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥，用來 調節氣體冷卻器內的高壓側氣體壓力。在二氧化碳系統中，當高壓側壓力升高的 一定值後，其對製冷量幾乎沒有影響，而此時壓縮機功率卻在增加，故COP會 降低；而當高壓側壓力降低至小於某一壓力值後，製冷量將明顯減小，而此時壓 縮機功率基本維持不變，甚至會有所增大，導致COP顯著下降。因此，二氧化
碳跨臨界循環系統中的高壓側壓力存在一個最優壓力值，在系統的調節過程中， 節流機構應具有調節高壓側壓力的能力。目前，在二氧化碳車用空調領域應用較 多的是外控式變排量壓縮機和電子膨脹閥的組合方式，它表現出的調節性能非常 優越，主要表現在高壓側壓力與蒸發器供液量調節精度高、調節範圍寬、系統響 應速度快等優點，但由於電子膨脹閥需要歩進電機驅動，使得生產成本相對於其 它節流元件過高，這極大限制了它的市場應用前景。因此，設計一種調節性能好， 並且成本低廉的節流機構成為促進跨臨界二氧化碳汽車空調系統進一歩發展的 關鍵。
經對現有技術文獻的檢索發現中國專利公開號為CN1737472A，公開曰為 2006年2月22日，專利名稱為跨臨界二氧化碳製冷系統節流短管，提出一種 可調節流量的節流短管，其核心是採用一種機械式的帶有內部旁通功能的節流短管作為節流元件，其流量可以根據節流短管進口高壓的變化實現自動調節。這 個方案中，設置了一個主節流短管和一個輔助節流短管，主節流短管始終處於打 開狀態，流量的變化靠輔助節流短管調節，調節範圍受到限制；另一方面該節流 短管的高壓氣體進口與高壓腔直接相通，氣缸活塞對製冷系統高壓側的壓力變化 響應過快，在某些運行工況下容易造成嚴重的系統振蕩，極大影響製冷系統運行 的穩定性。
到目前為止，還沒有出現適用於跨臨界二氧化碳汽車空調系統的，不需要另 外引入驅動電路，完全採用系統壓差驅動控制且調節性能穩定的膨脹閥。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種跨臨界二氧化碳汽車空調 系統機械調節式膨脹閥，用於採用定排量或變排量壓縮機的二氧化碳汽車空調系 統，能對其高壓側壓力自動調節。與同類型節流機構相比，本發明的結構簡單、 生產成本低。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出的跨臨界二氧化碳汽車空調 系統機械調節式膨脹閥包括閥體、進氣口、高壓腔進氣通道、高壓腔進氣調節 螺栓、活塞、閥杆、球形閥頭、閥彈簧、出氣口、開關閥彈簧、高壓腔、低壓腔、 預緊調節螺栓、氣缸。閥體左端設有氣缸，閥體右端固定有帶進氣管的進氣管接 頭，帶出氣管的出氣口置於閥體下部，氣缸密封螺母固定在閥體左端，氣缸密封 螺母內旋有預緊調節螺栓，活塞連杆固定於活塞左側面中心位置，閥杆固定於活 塞右側面中心位置，球形閥頭固定於閥杆的右端，氣缸被活塞分隔成左側高壓腔 與右側低壓腔，高壓腔通過高壓腔進氣通道與進氣口連通，低壓腔直接與出氣口 連通，高壓腔進氣通道內設有高壓腔進氣調節螺栓，丌閥彈簧置於預緊調節螺栓 右側的定位槽內，並與活塞左側面相接觸，活塞連杆穿過開閥彈簧的中心，位於 低壓腔中的關閥彈簧與活塞右側面相接觸。高壓腔進氣調節螺栓外周處嵌設有高 壓腔進氣調節螺栓密封圈。預緊調節螺栓外周處嵌設有預緊調節螺栓密封圈。
本發明的跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥安裝在製冷系統 中的氣體冷卻器與蒸發器之間，當由系統運行工況變化導致高壓側壓力升高，此 時高壓氣體流過高壓腔進氣通道，使氣缸的高壓腔的壓力P3也升高，繼而將推 動氣缸活塞向右側運動，活塞右側面所連接的閥杆和球形閥頭也同時向右運動，使得球形閥頭與閥口構成的喉部流通面積增加，膨脹閥的開度增大，導致二氧化 碳製冷劑的流量增加。此時，與出氣口連通的低壓腔壓力Pi以及膨脹閥下遊的 蒸發壓力和蒸發溫度也將有所升高，並且由於開閥彈簧壓縮形變減小及關閥彈簧 壓縮形變增加導致活塞所受彈簧的向上壓力P2增大，同時由於此時通過閥口的 製冷劑流量增大，使得高壓側壓力降低，導致氣缸的高壓腔壓力P3也降低。於 是在P卜P2、 P3三個力作用下，氣缸中的活塞將連同閥杆和球形閥頭一起先向右 運動，並逐漸減緩停止在某一平衡位置，使膨脹閥開度在某一穩定運行工況下達 到穩定。另一方面，如果製冷劑流量逐漸偏大，此時的蒸發壓力將增大，而高壓 側壓力將減小，這使氣缸高低壓腔內的壓力發生變化，活塞將連同閥杆和球形閥 頭一起向左運動，膨脹閥閥口的開度減小，流量將逐漸減小並達到適量狀態，不 會出現流量過大導致蒸發器結霜的現象。在關閥過程中，由於活塞連杆的設計長 度能使得活塞達到左側最大行程時與闊杆相連的球形閥頭與閥口仍有一定間隙， 所以製冷系統在不同運行工況下不會有管路閉塞的危險情況發生。同時，由於高 壓腔進氣通道在氣缸內壁面出口右邊緣至開閥彈簧定位槽底部的距離不大於活 塞連杆的設計長度，保證了在最小開度狀態下高壓腔仍然與進氣口相連通。
上述的調節過程對系統壓力變化的響應快慢可以通過高壓腔進氣調節螺栓 來調節，以確保製冷系統穩定運行，不會出現頻繁的系統振蕩。當響應過快時， 順時針旋轉高壓腔進氣調節螺栓關小通道的開度；當響應過慢時，逆時針旋轉高 壓腔進氣調節螺栓開大通道的開度。在系統高壓側壓力調節方面，用預緊調節螺 栓將開閥彈簧與關閥彈簧調整至合適的預緊力，使膨脹閥在設計工況範圍內能保 持高壓側壓力為最優壓力。
通過上述的調節控制方式，可以完全依靠系統本身的高低壓差實現對流量的 機械式自動調節，同時使系統高壓側壓力達到最優壓力，相比於同類節流機構， 如節流短管和電子膨脹閥，本發明在拓寬調節範圍並提高調節精度的同時也節省 了額外的電源驅動裝置。


圖1為本發明的結構示意圖。
圖中閥體l，進氣口2，進氣管3，高壓腔進氣通道4，高壓腔進氣調節螺 栓5，活塞6，閥杆7，活塞連杆8，開閥彈簧9，出氣口 10，出氣管ll，閥口12，關閥彈簧13，高壓腔14，低壓腔15，預緊調節螺栓16，氣缸密封螺母17， 進氣管接頭18，氣缸19，預緊調節螺栓密封圈20，高壓腔進氣調節螺栓密封圈 21，球形閥頭22。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的具體實施做進一步描述。
如圖1所示，本發明包括閥體l、進氣口2、高壓腔進氣通道4、高壓腔
進氣調節螺栓5、活塞6、閥杆7、閥彈簧9、出氣口IO、開關閥彈簧13、高壓 腔14、低壓腔15、預緊調節螺栓16、氣缸19、球形閥頭22。閥體1左端設有 氣缸19，閥體1右端固定有帶進氣管3的進氣管接頭18，帶出氣管11的出氣口 10置於閥體1下部，氣缸密封螺母17固定在閥體1左端，氣缸密封螺母17內 旋有預緊調節螺栓16，活塞連杆8固定於活塞6左側面中心位置，閥杆7固定 於活塞6右側面中心位置，球形閥頭22固定於閥杆7的右端，氣缸19被活塞6 分隔成左側高壓腔14與右側低壓腔15，高壓腔14通過高壓腔進氣通道4與進 氣口 2連通，低壓腔15直接與出氣口 IO連通，高壓腔進氣通道4內設有高壓腔 進氣調節螺栓5，開閥彈簧9置於預緊調節螺栓16右側的定位槽內，並與活塞6 左側面相接觸，活塞連杆8穿過開閥彈簧9的中心，位於低壓腔15中的關閥彈 簧13與活塞6右側面相接觸。
開閥彈簧9與關閥彈簧13在活塞6的行程中始終處於壓縮形變狀態，
活塞6達到向左最大行程時，閥杆7右端的球形閥頭22與閥口 12所形成的 流道喉部截面積略大於0。
高壓腔進氣調節螺栓5外周處嵌設有高壓腔進氣調節螺栓密封圈21。預緊 調節螺栓16外周處嵌設有預緊調節螺栓密封圈20。
預緊調節螺栓16旋動至最右端時，其右側端面距離高壓腔進氣通道4位於 高壓腔14壁面的出口仍有距離。
高壓腔進氣通道4位於高壓腔14壁面的出口右邊緣至預緊調節螺栓16右側 彈簧定位槽底部的距離不大於活塞連杆8的長度。
在製冷系統運行時，由氣體冷卻器流出的過冷或超臨界流體通過進氣管3 流經閥口 12後成為兩相流體，通過出氣管11流向蒸發器，完成對工作流體的節 流降壓過程。同時，流進進氣口2的少量製冷劑將通過高壓腔進氣通道4流入高壓腔14，通道內的流動阻力由高壓腔進氣調節螺栓5旋轉調節，從閥口12流出 的兩相製冷劑流出出氣口 10的同時也將充滿低壓腔15。通過氣缸19內部高低 壓腔壓力及開閥彈簧9與關閥彈簧13對活塞6壓力的相互平衡，活塞6將穩定 在對應某一工況下的平衡位置，此時閥杆7右端的球形閥頭22與閥口 12構成的 喉部流通面積不再變化，流經膨脹閥的製冷劑流量保持穩定，同時系統高壓側壓 力也達到最優壓力。
跨臨界二氧化碳汽車空調系統高低壓側壓差的變化可以使本發明的膨脹閥 內的氣缸活塞連同閥杆和球形閥頭左右運動，以此來調節膨脹閥喉部的流通面 積，通過對製冷劑流量的調節來調節系統的高壓側壓力。本發明的控制機構不需 要引入控制電路，整體設計合理，調節範圍寬，調節靈敏度高，具有較高的可靠 性和經濟性。
權利要求
1、一種跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥，包括閥體(1)、進氣口(2)、高壓腔進氣通道(4)、高壓腔進氣調節螺栓(5)、活塞(6)、閥杆(7)、閥彈簧(9)、出氣口(10)、開關閥彈簧(13)、高壓腔(14)、低壓腔(15)、預緊調節螺栓(16)、氣缸(19)、球形閥頭(22)，其特徵在於閥體(1)左端設有氣缸(19)，閥體(1)右端固定有帶進氣管(3)的進氣管接頭(18)，帶出氣管(11)的出氣口(10)置於閥體(1)下部，氣缸密封螺母(17)固定在閥體(1)左端，氣缸密封螺母(17)內旋有預緊調節螺栓(16)，活塞連杆(8)固定於活塞(6)左側面中心位置，閥杆(7)固定於活塞(6)右側面中心位置，球形閥頭(22)固定於閥杆(7)的右端，氣缸(19)被活塞(6)分隔成左側高壓腔(14)與右側低壓腔(15)，高壓腔(14)通過高壓腔進氣通道(4)與進氣口(2)連通，低壓腔(15)直接與出氣口(10)連通，高壓腔進氣通道(4)內設有高壓腔進氣調節螺栓(5)，開閥彈簧(9)置於預緊調節螺栓(16)右側的定位槽內，並與活塞(6)左側面相接觸，活塞連杆(8)穿過開閥彈簧(9)的中心，位於低壓腔(15)中的關閥彈簧(13)與活塞(6)右側面相接觸。
2、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥， 其特徵在於所述活塞(6)到達左側最大行程時，閥杆(7)的右端球形閥頭(22) 與閥口 (12)所形成的流道喉部截面積略大於O。
3、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥， 其特徵在於所述高壓腔進氣調節螺栓(5)外周處嵌設有高壓腔進氣調節螺栓密 封圈(21)。
4、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥， 其特徵在於所述預緊調節螺栓(16)外周處嵌設有預緊調節螺栓密封圈(20)。
5、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥， 其特徵在於所述預緊調節螺栓(16)旋動至最右端時，其右側端面距離高壓腔進 氣通道(4)位於高壓腔(14)壁面的出口仍有距離。
6、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥， 其特徵在於所述高壓腔進氣通道(4)位於高壓腔(14)壁面的出口右邊緣至預 緊調節螺栓(16)右側彈簧定位槽底部的距離不大於活塞連杆(8)的長度。
7、根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥， 其特徵在於所述開閥彈簧(9)與關閥彈簧(13)在活塞(6)的行程中始終處於 壓縮形變狀態。
全文摘要
一種跨臨界二氧化碳汽車空調系統機械調節式膨脹閥，屬於製冷技術領域。本發明中，閥體左端設有氣缸，閥體右端固定有進氣管接頭，氣缸被活塞分隔成左側高壓腔與右側低壓腔，高壓腔通過高壓腔進氣通道與進氣口連通，低壓腔直接與出氣口連通，高壓腔進氣通道內設有高壓腔進氣調節螺栓，氣缸密封螺母內旋有預緊調節螺栓，開閥彈簧置於預緊調節螺栓右側，閥杆固定於活塞右側面中心位置，球形閥頭固定於閥杆的右端，活塞連杆穿過開閥彈簧的中心，關閥彈簧與活塞右側面相接觸。在應用中，高低壓側壓差的變化可使閥體內的氣缸活塞連同閥杆和球形閥頭左右運動，以此來調節膨脹閥喉部的流通面積，通過對製冷劑流量的調節來調節系統的高壓側壓力。
文檔編號F25B41/04GK101298955SQ20081003957
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月26日 優先權日2008年6月26日
發明者亮 陳, 陳江平, 陳芝久 申請人:上海交通大學