專利名稱：跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)節(jié)流機(jī)構(gòu)，具體地說(shuō)是一種跨臨界二氧化碳汽車空 調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥，屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)在熱泵性能方面具有獨(dú)特的優(yōu)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(xiàn)代汽車冬天不能向車廂提供足夠 熱量的缺陷。同時(shí)二氧化碳是存天然工質(zhì)，無(wú)毒且不可燃，因此跨臨界二氧化碳 汽車空調(diào)已被國(guó)際上公認(rèn)為是最有希望的下一代汽車空調(diào)。
目前，跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)各部件還處于發(fā)展過(guò)程中，本發(fā)明所涉及的 是一種節(jié)流機(jī)構(gòu)，即一種跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥，用來(lái) 調(diào)節(jié)氣體冷卻器內(nèi)的高壓側(cè)氣體壓力。在二氧化碳系統(tǒng)中，當(dāng)高壓側(cè)壓力升高的 一定值后，其對(duì)制冷量幾乎沒(méi)有影響，而此時(shí)壓縮機(jī)功率卻在增加，故COP會(huì) 降低；而當(dāng)高壓側(cè)壓力降低至小于某一壓力值后，制冷量將明顯減小，而此時(shí)壓 縮機(jī)功率基本維持不變，甚至?xí)兴龃?，?dǎo)致COP顯著下降。因此，二氧化
碳跨臨界循環(huán)系統(tǒng)中的高壓側(cè)壓力存在一個(gè)最優(yōu)壓力值，在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程中， 節(jié)流機(jī)構(gòu)應(yīng)具有調(diào)節(jié)高壓側(cè)壓力的能力。目前，在二氧化碳車用空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用較 多的是外控式變排量壓縮機(jī)和電子膨脹閥的組合方式，它表現(xiàn)出的調(diào)節(jié)性能非常 優(yōu)越，主要表現(xiàn)在高壓側(cè)壓力與蒸發(fā)器供液量調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)范圍寬、系統(tǒng)響 應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但由于電子膨脹閥需要?dú)i進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使得生產(chǎn)成本相對(duì)于其 它節(jié)流元件過(guò)高，這極大限制了它的市場(chǎng)應(yīng)用前景。因此，設(shè)計(jì)一種調(diào)節(jié)性能好， 并且成本低廉的節(jié)流機(jī)構(gòu)成為促進(jìn)跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)一歩發(fā)展的 關(guān)鍵。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN1737472A，公開(kāi)曰為 2006年2月22日，專利名稱為跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)節(jié)流短管，提出一種 可調(diào)節(jié)流量的節(jié)流短管，其核心是采用一種機(jī)械式的帶有內(nèi)部旁通功能的節(jié)流短管作為節(jié)流元件，其流量可以根據(jù)節(jié)流短管進(jìn)口高壓的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。這 個(gè)方案中，設(shè)置了一個(gè)主節(jié)流短管和一個(gè)輔助節(jié)流短管，主節(jié)流短管始終處于打 開(kāi)狀態(tài)，流量的變化靠輔助節(jié)流短管調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍受到限制；另一方面該節(jié)流 短管的高壓氣體進(jìn)口與高壓腔直接相通，氣缸活塞對(duì)制冷系統(tǒng)高壓側(cè)的壓力變化 響應(yīng)過(guò)快，在某些運(yùn)行工況下容易造成嚴(yán)重的系統(tǒng)振蕩，極大影響制冷系統(tǒng)運(yùn)行 的穩(wěn)定性。
到目前為止，還沒(méi)有出現(xiàn)適用于跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)的，不需要另 外引入驅(qū)動(dòng)電路，完全采用系統(tǒng)壓差驅(qū)動(dòng)控制且調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定的膨脹閥。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種跨臨界二氧化碳汽車空調(diào) 系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥，用于采用定排量或變排量壓縮機(jī)的二氧化碳汽車空調(diào)系 統(tǒng)，能對(duì)其高壓側(cè)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。與同類型節(jié)流機(jī)構(gòu)相比，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 生產(chǎn)成本低。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明提出的跨臨界二氧化碳汽車空調(diào) 系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥包括閥體、進(jìn)氣口、高壓腔進(jìn)氣通道、高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié) 螺栓、活塞、閥桿、球形閥頭、閥彈簧、出氣口、開(kāi)關(guān)閥彈簧、高壓腔、低壓腔、 預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓、氣缸。閥體左端設(shè)有氣缸，閥體右端固定有帶進(jìn)氣管的進(jìn)氣管接 頭，帶出氣管的出氣口置于閥體下部，氣缸密封螺母固定在閥體左端，氣缸密封 螺母內(nèi)旋有預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓，活塞連桿固定于活塞左側(cè)面中心位置，閥桿固定于活 塞右側(cè)面中心位置，球形閥頭固定于閥桿的右端，氣缸被活塞分隔成左側(cè)高壓腔 與右側(cè)低壓腔，高壓腔通過(guò)高壓腔進(jìn)氣通道與進(jìn)氣口連通，低壓腔直接與出氣口 連通，高壓腔進(jìn)氣通道內(nèi)設(shè)有高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓，丌閥彈簧置于預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓 右側(cè)的定位槽內(nèi)，并與活塞左側(cè)面相接觸，活塞連桿穿過(guò)開(kāi)閥彈簧的中心，位于 低壓腔中的關(guān)閥彈簧與活塞右側(cè)面相接觸。高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓外周處嵌設(shè)有高 壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓密封圈。預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓外周處嵌設(shè)有預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓密封圈。
本發(fā)明的跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥安裝在制冷系統(tǒng) 中的氣體冷卻器與蒸發(fā)器之間，當(dāng)由系統(tǒng)運(yùn)行工況變化導(dǎo)致高壓側(cè)壓力升高，此 時(shí)高壓氣體流過(guò)高壓腔進(jìn)氣通道，使氣缸的高壓腔的壓力P3也升高，繼而將推 動(dòng)氣缸活塞向右側(cè)運(yùn)動(dòng)，活塞右側(cè)面所連接的閥桿和球形閥頭也同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，使得球形閥頭與閥口構(gòu)成的喉部流通面積增加，膨脹閥的開(kāi)度增大，導(dǎo)致二氧化 碳制冷劑的流量增加。此時(shí)，與出氣口連通的低壓腔壓力Pi以及膨脹閥下游的 蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度也將有所升高，并且由于開(kāi)閥彈簧壓縮形變減小及關(guān)閥彈簧 壓縮形變?cè)黾訉?dǎo)致活塞所受彈簧的向上壓力P2增大，同時(shí)由于此時(shí)通過(guò)閥口的 制冷劑流量增大，使得高壓側(cè)壓力降低，導(dǎo)致氣缸的高壓腔壓力P3也降低。于 是在P卜P2、 P3三個(gè)力作用下，氣缸中的活塞將連同閥桿和球形閥頭一起先向右 運(yùn)動(dòng)，并逐漸減緩?fù)Ｖ乖谀骋黄胶馕恢?，使膨脹閥開(kāi)度在某一穩(wěn)定運(yùn)行工況下達(dá) 到穩(wěn)定。另一方面，如果制冷劑流量逐漸偏大，此時(shí)的蒸發(fā)壓力將增大，而高壓 側(cè)壓力將減小，這使氣缸高低壓腔內(nèi)的壓力發(fā)生變化，活塞將連同閥桿和球形閥 頭一起向左運(yùn)動(dòng)，膨脹閥閥口的開(kāi)度減小，流量將逐漸減小并達(dá)到適量狀態(tài)，不 會(huì)出現(xiàn)流量過(guò)大導(dǎo)致蒸發(fā)器結(jié)霜的現(xiàn)象。在關(guān)閥過(guò)程中，由于活塞連桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng) 度能使得活塞達(dá)到左側(cè)最大行程時(shí)與闊桿相連的球形閥頭與閥口仍有一定間隙， 所以制冷系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況下不會(huì)有管路閉塞的危險(xiǎn)情況發(fā)生。同時(shí)，由于高 壓腔進(jìn)氣通道在氣缸內(nèi)壁面出口右邊緣至開(kāi)閥彈簧定位槽底部的距離不大于活 塞連桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，保證了在最小開(kāi)度狀態(tài)下高壓腔仍然與進(jìn)氣口相連通。
上述的調(diào)節(jié)過(guò)程對(duì)系統(tǒng)壓力變化的響應(yīng)快慢可以通過(guò)高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓 來(lái)調(diào)節(jié)，以確保制冷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)頻繁的系統(tǒng)振蕩。當(dāng)響應(yīng)過(guò)快時(shí)， 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓關(guān)小通道的開(kāi)度；當(dāng)響應(yīng)過(guò)慢時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)高 壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓開(kāi)大通道的開(kāi)度。在系統(tǒng)高壓側(cè)壓力調(diào)節(jié)方面，用預(yù)緊調(diào)節(jié)螺 栓將開(kāi)閥彈簧與關(guān)閥彈簧調(diào)整至合適的預(yù)緊力，使膨脹閥在設(shè)計(jì)工況范圍內(nèi)能保 持高壓側(cè)壓力為最優(yōu)壓力。
通過(guò)上述的調(diào)節(jié)控制方式，可以完全依靠系統(tǒng)本身的高低壓差實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的 機(jī)械式自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)使系統(tǒng)高壓側(cè)壓力達(dá)到最優(yōu)壓力，相比于同類節(jié)流機(jī)構(gòu)， 如節(jié)流短管和電子膨脹閥，本發(fā)明在拓寬調(diào)節(jié)范圍并提高調(diào)節(jié)精度的同時(shí)也節(jié)省 了額外的電源驅(qū)動(dòng)裝置。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中閥體l，進(jìn)氣口2，進(jìn)氣管3，高壓腔進(jìn)氣通道4，高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺 栓5，活塞6，閥桿7，活塞連桿8，開(kāi)閥彈簧9，出氣口 10，出氣管ll，閥口12，關(guān)閥彈簧13，高壓腔14，低壓腔15，預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓16，氣缸密封螺母17， 進(jìn)氣管接頭18，氣缸19，預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓密封圈20，高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓密封圈 21，球形閥頭22。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施做進(jìn)一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括閥體l、進(jìn)氣口2、高壓腔進(jìn)氣通道4、高壓腔
進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓5、活塞6、閥桿7、閥彈簧9、出氣口IO、開(kāi)關(guān)閥彈簧13、高壓 腔14、低壓腔15、預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓16、氣缸19、球形閥頭22。閥體1左端設(shè)有 氣缸19，閥體1右端固定有帶進(jìn)氣管3的進(jìn)氣管接頭18，帶出氣管11的出氣口 10置于閥體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(nèi) 旋有預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓16，活塞連桿8固定于活塞6左側(cè)面中心位置，閥桿7固定 于活塞6右側(cè)面中心位置，球形閥頭22固定于閥桿7的右端，氣缸19被活塞6 分隔成左側(cè)高壓腔14與右側(cè)低壓腔15，高壓腔14通過(guò)高壓腔進(jìn)氣通道4與進(jìn) 氣口 2連通，低壓腔15直接與出氣口 IO連通，高壓腔進(jìn)氣通道4內(nèi)設(shè)有高壓腔 進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓5，開(kāi)閥彈簧9置于預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓16右側(cè)的定位槽內(nèi)，并與活塞6 左側(cè)面相接觸，活塞連桿8穿過(guò)開(kāi)閥彈簧9的中心，位于低壓腔15中的關(guān)閥彈 簧13與活塞6右側(cè)面相接觸。
開(kāi)閥彈簧9與關(guān)閥彈簧13在活塞6的行程中始終處于壓縮形變狀態(tài)，
活塞6達(dá)到向左最大行程時(shí)，閥桿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于0。
高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓5外周處嵌設(shè)有高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓密封圈21。預(yù)緊 調(diào)節(jié)螺栓16外周處嵌設(shè)有預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓密封圈20。
預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓16旋動(dòng)至最右端時(shí)，其右側(cè)端面距離高壓腔進(jìn)氣通道4位于 高壓腔14壁面的出口仍有距離。
高壓腔進(jìn)氣通道4位于高壓腔14壁面的出口右邊緣至預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓16右側(cè) 彈簧定位槽底部的距離不大于活塞連桿8的長(zhǎng)度。
在制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由氣體冷卻器流出的過(guò)冷或超臨界流體通過(guò)進(jìn)氣管3 流經(jīng)閥口 12后成為兩相流體，通過(guò)出氣管11流向蒸發(fā)器，完成對(duì)工作流體的節(jié) 流降壓過(guò)程。同時(shí)，流進(jìn)進(jìn)氣口2的少量制冷劑將通過(guò)高壓腔進(jìn)氣通道4流入高壓腔14，通道內(nèi)的流動(dòng)阻力由高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓5旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，從閥口12流出 的兩相制冷劑流出出氣口 10的同時(shí)也將充滿低壓腔15。通過(guò)氣缸19內(nèi)部高低 壓腔壓力及開(kāi)閥彈簧9與關(guān)閥彈簧13對(duì)活塞6壓力的相互平衡，活塞6將穩(wěn)定 在對(duì)應(yīng)某一工況下的平衡位置，此時(shí)閥桿7右端的球形閥頭22與閥口 12構(gòu)成的 喉部流通面積不再變化，流經(jīng)膨脹閥的制冷劑流量保持穩(wěn)定，同時(shí)系統(tǒng)高壓側(cè)壓 力也達(dá)到最優(yōu)壓力。
跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)高低壓側(cè)壓差的變化可以使本發(fā)明的膨脹閥 內(nèi)的氣缸活塞連同閥桿和球形閥頭左右運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)調(diào)節(jié)膨脹閥喉部的流通面 積，通過(guò)對(duì)制冷劑流量的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高壓側(cè)壓力。本發(fā)明的控制機(jī)構(gòu)不需 要引入控制電路，整體設(shè)計(jì)合理，調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)靈敏度高，具有較高的可靠 性和經(jīng)濟(jì)性。
權(quán)利要求
1、一種跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥，包括閥體(1)、進(jìn)氣口(2)、高壓腔進(jìn)氣通道(4)、高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓(5)、活塞(6)、閥桿(7)、閥彈簧(9)、出氣口(10)、開(kāi)關(guān)閥彈簧(13)、高壓腔(14)、低壓腔(15)、預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓(16)、氣缸(19)、球形閥頭(22)，其特征在于閥體(1)左端設(shè)有氣缸(19)，閥體(1)右端固定有帶進(jìn)氣管(3)的進(jìn)氣管接頭(18)，帶出氣管(11)的出氣口(10)置于閥體(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(nèi)旋有預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓(16)，活塞連桿(8)固定于活塞(6)左側(cè)面中心位置，閥桿(7)固定于活塞(6)右側(cè)面中心位置，球形閥頭(22)固定于閥桿(7)的右端，氣缸(19)被活塞(6)分隔成左側(cè)高壓腔(14)與右側(cè)低壓腔(15)，高壓腔(14)通過(guò)高壓腔進(jìn)氣通道(4)與進(jìn)氣口(2)連通，低壓腔(15)直接與出氣口(10)連通，高壓腔進(jìn)氣通道(4)內(nèi)設(shè)有高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓(5)，開(kāi)閥彈簧(9)置于預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓(16)右側(cè)的定位槽內(nèi)，并與活塞(6)左側(cè)面相接觸，活塞連桿(8)穿過(guò)開(kāi)閥彈簧(9)的中心，位于低壓腔(15)中的關(guān)閥彈簧(13)與活塞(6)右側(cè)面相接觸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥， 其特征在于所述活塞(6)到達(dá)左側(cè)最大行程時(shí)，閥桿(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于O。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥， 其特征在于所述高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓(5)外周處嵌設(shè)有高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓密 封圈(21)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥， 其特征在于所述預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓(16)外周處嵌設(shè)有預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓密封圈(20)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥， 其特征在于所述預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓(16)旋動(dòng)至最右端時(shí)，其右側(cè)端面距離高壓腔進(jìn) 氣通道(4)位于高壓腔(14)壁面的出口仍有距離。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥， 其特征在于所述高壓腔進(jìn)氣通道(4)位于高壓腔(14)壁面的出口右邊緣至預(yù) 緊調(diào)節(jié)螺栓(16)右側(cè)彈簧定位槽底部的距離不大于活塞連桿(8)的長(zhǎng)度。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥， 其特征在于所述開(kāi)閥彈簧(9)與關(guān)閥彈簧(13)在活塞(6)的行程中始終處于 壓縮形變狀態(tài)。
全文摘要
一種跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)式膨脹閥，屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中，閥體左端設(shè)有氣缸，閥體右端固定有進(jìn)氣管接頭，氣缸被活塞分隔成左側(cè)高壓腔與右側(cè)低壓腔，高壓腔通過(guò)高壓腔進(jìn)氣通道與進(jìn)氣口連通，低壓腔直接與出氣口連通，高壓腔進(jìn)氣通道內(nèi)設(shè)有高壓腔進(jìn)氣調(diào)節(jié)螺栓，氣缸密封螺母內(nèi)旋有預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓，開(kāi)閥彈簧置于預(yù)緊調(diào)節(jié)螺栓右側(cè)，閥桿固定于活塞右側(cè)面中心位置，球形閥頭固定于閥桿的右端，活塞連桿穿過(guò)開(kāi)閥彈簧的中心，關(guān)閥彈簧與活塞右側(cè)面相接觸。在應(yīng)用中，高低壓側(cè)壓差的變化可使閥體內(nèi)的氣缸活塞連同閥桿和球形閥頭左右運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)調(diào)節(jié)膨脹閥喉部的流通面積，通過(guò)對(duì)制冷劑流量的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高壓側(cè)壓力。
文檔編號(hào)F25B41/04GK101298955SQ20081003957
公開(kāi)日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者亮 陳, 陳江平, 陳芝久 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)