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CN1828100A - 恒流量膨胀阀 - Google Patents

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CN1828100A CNA2006100576948A CN200610057694A CN1828100A CN 1828100 A CN1828100 A CN 1828100A CN A2006100576948 A CNA2006100576948 A CN A2006100576948A CN 200610057694 A CN200610057694 A CN 200610057694A CN 1828100 A CN1828100 A CN 1828100A
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Abstract

一种恒流量膨胀阀，以减少差压对其导阀的影响程度。该恒流量膨胀阀包括：限制通道，用于限制从制冷剂入口端口引入的制冷剂的流量；主阀，控制从所述限制通道流出的制冷剂的流量，以将制冷剂排放到制冷剂出口端口；活塞，其通过在主阀的入口端口侧的中间压力与形成在主阀相反侧的压力腔室中的压力之间的差压而沿着阀打开/关闭方向致动主阀；以及导阀，用于感测与流过限制通道的制冷剂的流量成比例的差压，从而控制压力腔室中由螺线管设定的压力。与主阀并行地沿着制冷剂的流动方向串联布置有导阀、压力腔室和固定孔。这可以仅向导阀作用与作用于活塞的相对端面的小差压相同水平的差压，从而可以减少差压对导阀的影响程度。

Description

恒流量膨胀阀
技术领域
本发明涉及一种恒流量膨胀阀，更具体地涉及一种用于自动车空气调节器的制冷循环的恒流量膨胀阀，其使高温高压制冷剂绝热膨胀以将该高温高压制冷剂变为低温低压制冷剂，从而以恒定的流量将该制冷剂传送给蒸发器。
背景技术
通常，用于自动车空气调节器的制冷循环包括压缩机、冷凝器或气体冷却器、膨胀阀、蒸发器以及蓄能器。在这些构成元件中，压缩机和膨胀阀控制制冷剂的流量。在可变排量压缩机中，为了控制制冷剂的流量，有时使用电子控制阀，其进行差压控制以使得压缩机的排放压力与吸入压力之差变为恒定而不管制冷剂的流量。在这种情况下，对于用于电子控制的膨胀阀建议采用恒流量膨胀阀，其控制制冷剂的流量以使其恒定而不管横过该膨胀阀的差压，从而避免由可变排量压缩机的电子控制阀执行的差压控制与膨胀阀的控制之间出现竞争。
例如在日本未审专利特开2001-153495号公报中描述了一种已知的恒流量膨胀阀(图1)。通过组合一螺线管和一恒差压阀而构成该膨胀阀，该螺线管能够改变在制冷剂绝热地膨胀的部分处的制冷剂通道的流动通道截面面积，该恒差压阀保持横过所述制冷剂通道(其流动通道截面面积由所述螺线管设定)的差压恒定。因此，该恒差压阀控制横过所述制冷剂通道(其流动通道截面面积由所述螺线管确定)的差压以使得该差压保持恒定，因此将流过所述制冷剂通道的制冷剂的流量控制为恒定。所述流量可由供应给螺线管的电流值自由设定。
另外，所述差压阀包括一活塞，该活塞通过其相对端感测横过制冷剂通道的差压，并根据该差压沿着阀打开或阀关闭方向操作，并且还已知一种恒流量膨胀阀，其通过活塞的滑动部分改善了由于制冷剂的小泄漏导致的特性退化(例如，参见日本未审专利特开2004-53192号公报(图1))。
根据该恒流量膨胀阀，沿着制冷剂的流动方向串联布置一主阀和与螺线管互锁的限制装置，并且与它们并行地串联布置有用于致动主阀元件并具有固定孔的活塞、压力腔室和与所述螺线管一起形成可变孔的导阀(pilot valve)。结果，由于活塞的滑动部分与压力腔室相连，因此从滑动部分泄漏的制冷剂泄漏进入压力腔室中，进而通过导阀控制已泄漏的制冷剂以及从压力腔室排放的制冷剂，从而可以基本上消除从活塞的滑动部分泄漏的制冷剂的影响。
在如上所述构成的恒流量膨胀阀中，当螺线管根据供应至其的电流值将导阀控制为阀升程时，压力腔室处于与由导阀形成的可变孔的尺寸相对应的压力下，因此活塞根据在压力腔室中的压力与入口端口中的压力之间的差压将主阀控制为阀升程，以使得制冷剂以预定的流量流过主阀和限制装置。那时，当制冷剂的流量增加时，横过与螺线管互锁的限制装置的差压增加，因此差压沿着使可变孔减小的方向控制导阀。在上游侧压力腔室中的压力与可变孔的减小成比例地增加，并且活塞通过沿着阀关闭方向控制主阀而操作以减少制冷剂的流量。相反，当制冷剂的流量减少时，沿着阀打开方向控制主阀以增加制冷剂的流量。结果，将流过恒流量膨胀阀的制冷剂的流量控制为由螺线管确定的恒流量。
在传统的恒流量膨胀阀(其构造成通过布置在出口端口侧的导阀来控制压力腔室中的压力)中，导阀的阀元件接收在出口压力和压力腔室中的压力之间沿着阀打开方向的差压。然而，压力腔室中的压力与入口压力相近，因此作用于导阀的阀元件的差压非常大。该差压起到干扰导阀(其通过感测流过限制装置的制冷剂的流量而操作)的作用，因此期望消除该差压。在这种情况下，考虑为导阀增加用于消除该差压的机构。然而，这使得恒流量膨胀阀的结构非常复杂，因此使得可变孔的压力接收面积较小从而减少差压对导阀的影响程度。然而，压力接收面积的减少是有限制的，并且逆着导阀通过感测制冷剂的流量而沿着阀关闭方向作用在其阀元件上的力，沿着阀打开方向的差压的影响程度很大，这使得差压不可忽略。这导致导阀趋于如同其是恒差压阀一样动作的问题。
发明内容
鉴于该问题作出本发明，并且本发明的目的是提供一种恒流量膨胀阀，其减少了差压对导阀的影响程度。
为了解决上述问题，本发明提供了一种恒流量膨胀阀，包括：用于控制制冷剂的流量的主阀；活塞，其通过在主阀上游侧的压力与形成在主阀相反侧的压力腔室中的压力之间的差压而沿着阀打开/关闭方向致动主阀；以及导阀，其被控制以使得压力腔室中的压力由螺线管设定，并且通过感测制冷剂流量的变化而使所述压力恒定，其中沿着制冷剂的流动方向在制冷剂入口端口和制冷剂出口端口之间串联布置一限制通道和所述主阀，该限制通道用于生成与制冷剂的流量成比例的差压以通过该差压控制所述导阀，同时与所述主阀并行地设置沿着制冷剂的流动方向串联布置的所述导阀、所述压力腔室和一固定孔。
从下面结合附图的描述中将明白本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中附图以示例的方式显示了本发明的优选实施例。
附图说明
图1是表示根据本发明第一实施例的恒流量膨胀阀处于其关闭状态的结构的纵剖视图。
图2是表示根据该第一实施例的恒流量膨胀阀处于其打开状态的结构的纵剖视图。
图3A和图3B是表示导阀中的压力的状态的解释性视图，其中图3A是传统的恒流量膨胀阀的主要部分的放大局部剖视图，而图3B是根据本发明的恒流量膨胀阀的主要部分的放大局部剖视图。
图4是表示根据本发明第二实施例的恒流量膨胀阀的结构的纵剖视图。
图5是表示根据本发明第三实施例的恒流量膨胀阀的结构的纵剖视图。
图6是沿着图5的线A-A剖取的剖视图。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述本发明的实施例。
图1是表示根据第一实施例的恒流量膨胀阀处于其关闭状态的结构的纵剖视图。图2是表示根据该第一实施例的恒流量膨胀阀处于其打开状态的结构的纵剖视图。
根据第一实施例的恒流量膨胀阀具有主体1，该主体形成有在主体1的相应侧面开口的制冷剂入口端口2和制冷剂出口端口3，向该制冷剂入口端口引入高压制冷剂，从该制冷剂出口端口朝向蒸发器排放低压制冷剂。将主阀座4压配于在制冷剂入口端口2和制冷剂出口端口3之间连通的制冷剂通道的中间部分中。从下游侧以与主阀座4相对的方式设置由弹簧5沿着阀关闭方向推动的主阀元件6，并且其与主阀座4一起形成主阀。
在主阀的上游侧，沿着与主阀的轴线相同的轴线在形成于主体1中的缸孔内可运动地设置活塞7。活塞7通过延伸穿过主阀的阀孔的轴而与主阀元件6相连。如图1所示，压力腔室9形成在活塞7的下方，该压力腔室通过用压配部件8关闭主体1的开口而形成。在活塞7和压配部件8之间设置有用于沿着主阀的阀打开方向推动活塞7的弹簧10。弹簧10的负载由压配部件8的压配量来调节，并且在负载调节之后，将压配部件8的下端(如图中所示)焊接到主体1上，从而从外部气密地密封压力腔室9。
压力腔室9通过形成在主体1中的导向通道11与一腔室连通，该腔室与主阀的上游侧连通，并且导向通道11进入该腔室中的开口形成导阀座12。从上游侧以与导阀座12相对的方式设置有针形式的导阀元件13，并且其与导阀座12一起形成起可变孔作用的导阀。压力腔室9还通过形成在主体1中的制冷剂通道14与主阀的下游侧(即，与制冷剂出口端口3连通的腔室)连通。将起固定孔作用的孔成形部件15压配在制冷剂通道14中。当然，如果可以在主体1中形成具有与孔成形部件15的通孔内径相同的制冷剂通道14，则可以不用孔成形部件15。
导阀元件13设置在导阀的入口端口与制冷剂入口端口2之间的通道中，从而形成限制从制冷剂入口端口2流来的制冷剂的流量的限制通道16。限制通道16限制制冷剂的流量以在制冷剂入口端口2与导阀的入口端口之间生成差压，该差压用作用于沿着阀关闭方向推动导阀元件13的力。因此，限制通道16具有通过感测制冷剂的流量而控制导阀的功能。
在主体1的顶部设置有控制导阀的螺线管。该螺线管包括：套筒20，其下端装配在形成于主体1的上部中的孔内；柱塞21，其可轴向运动地设置在套筒20中；芯部22，其呈中空形式并装配在套筒20的上端中；轴25，其以轴向延伸穿过柱塞21的方式固定地设置在该柱塞中，其下部由压配在主体1中的轴承23支撑，而其上端由轴承24支撑，该轴承24压配进沿着芯部22的轴线贯穿该芯部形成的孔中；弹簧26，其设置在柱塞21和轴承24之间，用于通过轴25沿着阀关闭方向推动导阀元件13；线圈27，其设置在套筒20的外围周围；轭28，其形成为包围线圈27的外部；以及板29，其设置在轭28与套筒20之间，用于形成磁路。
在形成于主体1的顶部中的孔的底部设置有环形填充物30。当套筒20装配在所述孔中时，通过使套筒20的最前端形成为具有锐角而将该环形填充物30压配在所述底部中，从而从外部形成密封。芯部22的上开口端被压配部件31关闭，并且芯部22和压配部件31的上端通过焊接而气密地密封。
螺线管的轴25与导阀元件13一体形成。另外，沿着相同的轴线形成导向通道11、轴承23压配在其中的孔、以及套筒20装配在其中的孔，它们都形成在主体1中。因此，导向通道11和所述孔基本上位于相同的轴线，因此可以将与作为附加部件的轴25的最前端一体形成的导阀元件13引导至导阀座12，该导阀座基本上位于与导阀元件13的轴线相同的轴线上。
可以通过调节轴承24进入芯部22中的压配插入量而调节设置在柱塞21与轴承24之间的弹簧26的负载。另外，通过将轭28的下端型锻到形成于主体1的顶部的凸缘上，而将螺线管固定到主体1上。
接下来，将给出对如上所述构成的恒流量膨胀阀的操作的描述。首先，当在线圈27处于没有向其供应控制电流的断电状态的情况下没有将制冷剂引入到制冷剂入口端口2中时，主阀处于完全打开状态，这是因为推动活塞7的弹簧10的弹簧负载被设定为比推动主阀元件6的弹簧5的弹簧负载大。另外，由于导阀元件13被包含在螺线管中的弹簧26沿着阀关闭方向推动，并座在导阀座12上，因此导阀处于完全关闭状态。
在上述状态下，当将制冷剂引入制冷剂入口端口2中时，制冷剂通过限制通道16被引入活塞7上方的腔室中。主阀元件6的压力接收面积比活塞7的压力接收面积小，并且压力腔室9由于其通过孔成形部件15与制冷剂出口端口3连通而处于低压，从而活塞7被高制冷剂压力克服弹簧10的推动力而向下压，由此主阀被完全关闭，如图1所示。因此，恒流量膨胀阀处于完全关闭状态。
现在，当向线圈27供应合适的电流时，柱塞21被芯部22吸引，因此在柱塞21的吸引力和弹簧26的负载平衡的位置处导阀元件13静止不动，从而将导阀设定为一定的升程量。这致使高压制冷剂通过具有由螺线管设定的孔和导向通道11的导阀而供应到活塞7下方的压力腔室9，并且制冷剂以比引入压力腔室9中的制冷剂的流量小的恒定流量从孔成形部件15流到制冷剂出口端口3，从而使压力腔室9加压到一定值。结果，活塞7运动到这样的位置，在该处在活塞7上方的腔室中的压力和在活塞7下方的压力腔室9中的压力之间的差压与弹簧5和10的负载平衡，因此与活塞7相连的主阀元件6还以活塞7的运动量运动离开主阀座4，从而如图2所示，主阀打开，以允许制冷剂以根据控制电流的值的预定流量流过恒流量膨胀阀。此时，根据流过限制通道16的制冷剂的流量，通过横过限制通道16生成的差压致使在导阀元件13上作用沿着阀关闭方向的推动力。
在该状态下，当制冷剂的流量改变时，横过限制通道16生成的差压改变，因此导阀的升程量改变。结果，在导阀的下游侧的压力腔室9中的压力改变，从而改变主阀的升程量。例如，当制冷剂的流量增加时，由于横过限制通道16生成的差压增加，因而沿着阀关闭方向推动导阀元件13。因此，压力腔室9中的压力下降以使活塞7向下运动，如图2所示，从而使主阀沿着阀关闭方向运动以使流过主阀的制冷剂的流量减少。相反，当制冷剂的流量减少时，横过限制通道16的差压降低，这使得导阀的可变孔变大以使压力腔室9中的压力增加，从而使主阀沿着阀打开方向运动，以增加制冷剂的流量。因此，以根据螺线管的控制电流的值保持的恒流量从恒流量膨胀阀排放制冷剂。
当供应给线圈27的控制电流的值从上述状态(其中从恒流量膨胀阀排放的制冷剂的流量保持不变)改变时，导阀的可变孔改变以改变在导阀的下游侧的压力腔室9中的压力，从而改变主阀的升程量。例如，当控制电流的值增加时，使可变孔较大，从而使压力腔室9中的压力增加以减少作用在活塞7的相对端面上的差压，由此使活塞7向上运动，如图2所示，从而将主阀设定为允许制冷剂以较大的流量流动的升程位置。相反，当控制电流的值减少时，使可变孔较小，从而使压力腔室9中的压力减少以增加作用在活塞7的相对端面上的差压，由此使活塞7向下运动，如图2所示，从而将主阀设定为允许制冷剂以较小的流量流动的升程位置。
接下来，将与在上述日本未审专利特开2004-53192号公报中公开的传统的恒流量膨胀阀进行比较，来描述根据本发明的恒流量膨胀阀的结构特性。
图3A和图3B是表示导阀中的压力的状态的解释性视图，其中图3A是传统的恒流量膨胀阀的主要部分的放大局部剖视图，而图3B是根据本发明的恒流量膨胀阀的主要部分的放大局部剖视图。
如图3A所示，传统的恒流量膨胀阀构造成沿着制冷剂的流动方向串联布置主阀101和与螺线管互锁的限制装置102，并且与它们并行地沿着制冷剂的流动方向串联地布置用于致动主阀元件并具有固定孔103的活塞104、压力腔室105以及通过螺线管形成可变孔的导阀106。相反，如图3B所示，根据本发明的恒流量膨胀阀构造成沿着制冷剂的流动方向在制冷剂入口端口2与制冷剂出口端口3之间串联布置限制通道16和主阀32，并且与主阀32并行地沿着制冷剂的流动方向串联布置导阀33、压力腔室9和固定孔34。
在图3A和图3B中，对于主要部分的压力，入口压力用P1表示，中间压力用P2表示，出口压力用P3表示，而压力腔室105和9中的压力用Px表示。现在，以示例的方式，假设入口压力P1和出口压力P3分别为12MPa和3MPa，并且横过主阀101和32的差压为8.5MPa，作用于活塞104和7的相对端的差压为1MPa，并且横过限制装置102和限制通道16的差压为0.5MPa。
这里，当注意作用于导阀106和33的压力时，应理解在传统的恒流量膨胀阀中，由于压力腔室105中的压力为11MPa，因此差压(Px-P3)为8MPa，而在根据本发明的恒流量膨胀阀中，由于压力腔室9中的压力为10.5MPa，因此差压(P2-Px)仅为1MPa。这意味着如果其它压力条件相同，则可以大大减少差压对导阀33的影响程度。如上所述，差压起到干扰导阀(其通过由限制装置102或限制通道16感测制冷剂的流量而进行操作)的作用，因此希望使差压最小。根据本发明的恒流量膨胀阀可以充分降低差压，而不提供用于消除差压的具体机构。
图4是表示根据本发明第二实施例的恒流量膨胀阀的结构的纵剖视图。在图4中，具有与图1和图2中出现的构成元件相同或等价功能的构成元件用相同的附图标记表示，并省略对其的详细描述。
根据该第二实施例的恒流量膨胀阀与根据第一实施例的恒流量膨胀阀在结构方面的不同之处在于，其具有用于消除作用于导阀的差压的附加装置。更具体地，在该恒流量膨胀阀中，将沿轴向可运动地支撑螺线管的轴25的轴承23的间隙设定为足够小，从而使螺线管的内部充分地气密密封。另外，在轴25和导阀元件13的中央设置有均压孔35，从而使与压力腔室9连通的导向通道11与螺线管的气密闭合内部彼此连通。
通过该结构，螺线管内部的压力与压力腔室9中的压力基本相等，从而将来自压力腔室9的压力沿着阀打开方向作用于导阀元件13上，并且将相同压力沿着阀关闭方向作用于与导阀元件13一体形成的轴25的端面上，由此消除了差压，从而仅通过横过限制通道16与制冷剂的流量成比例生成的差压使导阀操作。根据该第二实施例的恒流量膨胀阀的结构和操作的其它特征与根据第一实施例的恒流量膨胀阀的相同。
图5是表示根据本发明第三实施例的恒流量膨胀阀的结构的纵剖视图。图6是沿着图5的线A-A剖取的剖视图。在图5和图6中，具有与图4中出现的构成元件相同或等价的功能的构成元件用相同的附图标记表示，并省略对其的详细描述。应注意，在图6中，为了清楚显示，省略了推动活塞7的弹簧10。
根据该第三实施例的恒流量膨胀阀与根据第二实施例的恒流量膨胀阀的不同之处在于，改变了均压孔35的位置。更具体地，尽管该恒流量膨胀阀在使轴25和轴承23紧密地彼此装配，从而使螺线管的内部充分地气密闭合方面构造类似，但是均压孔35形成在主体1中。如图6所示，如沿着螺线管的轴向看时，活塞7设置在其中的缸壁36与形成于主体1的顶部中的孔(套筒20装配在其中)的内部局部重叠，因此以这样的方式形成均压孔35，即，使其在避开轴承23压配于其中的轴承安装孔37的位置处在所述重叠区域中延伸穿过缸壁36。
结果，通过均压孔35使得螺线管内的压力与压力腔室9中的压力近似相等，因此消除了作用于导阀元件13的差压，从而使导阀仅可以感测到流过限制通道16的制冷剂的流量，以可变地控制可变孔。根据该第三实施例的恒流量膨胀阀的结构和操作的其它特征与根据第一和第二实施例的恒流量膨胀阀的相同。
根据本发明的恒流量膨胀阀能够将作用于导阀的差压减少至与作用于活塞的相对端面的小差压相同的水平。这基本上可以不用用于消除差压的机构，从而可以提高控制的准确性。
上述仅认为是说明本发明的原理。另外，由于各种修改和变动对于本领域技术人员是显而易见的，因此并不希望将本发明限制为所示和所述的结构和应用，因此可以将所有合适的修改和等价物视为落在所附权利要求及其等价物中的本发明的范围内。

Claims (5)

1、一种恒流量膨胀阀，包括：用于控制制冷剂的流量的主阀；活塞，其通过在主阀上游侧的压力与形成在主阀相反侧的压力腔室中的压力之间的差压而沿着阀打开/关闭方向致动主阀；以及导阀，其被控制以使得压力腔室中的压力由螺线管设定，并且通过感测制冷剂流量的变化而使所述压力恒定，
其中，沿着制冷剂的流动方向在制冷剂入口端口和制冷剂出口端口之间串联布置一限制通道和所述主阀，该限制通道用于生成与制冷剂的流量成比例的差压以通过该差压控制所述导阀，同时与所述主阀并行地设置沿着制冷剂的流动方向串联布置的所述导阀、所述压力腔室和一固定孔。
2、根据权利要求1所述的恒流量膨胀阀，其特征在于，所述主阀具有设置在主阀座的制冷剂输出端口侧的主阀元件，并且所述活塞沿着所述主阀的轴向可滑动地设置在所述主阀的入口与所述压力腔室之间，所述活塞与一轴相连，该轴一体连接至所述主阀元件并延伸穿过所述主阀的阀孔，并且所述活塞被沿着所述主阀的阀打开方向推动。
3、根据权利要求1所述的恒流量膨胀阀，其特征在于，包括差压消除装置，用于消除在所述制冷剂入口端口中作用于所述导阀的压力与所述压力腔室中的压力之间的差压。
4、根据权利要求3所述的恒流量膨胀阀，其特征在于，所述差压消除装置是形成在所述导阀的阀元件中的均压孔，所述阀元件与所述螺线管的轴一体形成，所述均压孔的一端在与所述压力腔室连通的导向通道中开口，而另一端在所述螺线管的气密闭合内部开口。
5、根据权利要求3所述的恒流量膨胀阀，其特征在于，所述差压消除装置是一均压孔，该均压孔在所述螺线管的气密闭合内部与所述压力腔室之间连通。
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