CN101586894A - 具有泄压结构的制冷剂膨胀组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有泄压结构的制冷剂膨胀组件，另外还公开了操作方法，它们都用在车辆空调系统中。该组件具有主体，该主体包括节流孔入口、节流孔出口、在节流孔出入口之间延伸并包括固定节流孔的节流孔通道、从处在节流孔入口与固定节流孔之间的节流通道以非平行角度延伸并包括球阀座的上游旁通通道、和从处在固定节流孔与节流孔出口之间的节流孔通道以非平行角度延伸的下游旁通通道。旁通阀凸缘从主体延伸并形成旁通室，该旁通室连接至上游旁通通道和下游旁通通道，球阀座邻接旁通室。止回球安装在旁通室中邻接阀座，弹簧将止回球偏压到阀座中。

Description

具有泄压结构的制冷剂膨胀组件
技术领域
[0001]本发明总地涉及车辆空调系统，更具体地涉及用于车辆空调系统的制冷剂膨胀装置，这种车辆空调系统采用较高压力的非传统制冷剂。
背景技术
[0002]对车辆空调系统中所使用的制冷剂的新规定正使一些车辆空调系统采用的制冷剂可以在比车辆中所使用的传统制冷剂高得多的压力下运转。由于这些高得多的压力，与传统制冷剂一起使用的典型膨胀装置是不能胜任的。因此，一些人调整了热力膨胀阀，使其可以在新型制冷剂的较高压力下运转，但是处在流入的制冷剂流与流出的制冷剂流之间的热力膨胀阀中的隔膜和用于温度传感器的管道存在缺陷，其在装配过程中容易破裂。另外一些人试图提供节流孔管，通过提供防止蒸发器过压的安全隔板(burst disk)和用作制冷剂旁路的与节流孔同轴的波纹管组件，节流孔管能与较高压力的制冷剂一起使用。但是，该节流孔管组件的制造和组装都很复杂和昂贵。因此，期望提供一种膨胀装置，其能够在新型车辆制冷剂的高压下运转，同时提供用于执行期望功能的相对便宜和简单的设计。
发明内容
[0003]一种实施例涉及用在车辆空调系统中的制冷剂膨胀组件。该组件可包括主体，该主体包括节流孔入口、节流孔出口、在节流孔入口与节流孔出口之间延伸并包括固定节流孔的节流孔通道、从处在节流孔入口与固定节流孔之间的节流孔通道以非平行角度延伸并包括球阀座的上游旁通通道、和从处在固定节流孔与节流孔出口之间的节流孔通道以非平行角度延伸的下游旁通通道。旁通阀凸缘可从主体延伸，并且其内形成旁通室，该旁通室连接至上游旁通通道和下游旁通通道，球阀座邻接该旁通室。止回球可安装在旁通室中与球阀座邻接，弹簧将止回球偏压到该球阀座中。
[0004]一种实施例涉及车辆空调系统，该系统包括制冷剂压缩机、构造成从制冷剂压缩机接收制冷剂的冷凝器、蒸发器、和制冷剂膨胀组件。制冷剂膨胀组件可包括从冷凝器接收制冷剂的节流孔入口、将制冷剂引导至蒸发器的节流孔出口、在节流孔入口与节流孔出口之间延伸并包括固定节流孔的节流孔通道、从处在节流孔入口与固定节流孔之间的节流孔通道以非平行角度延伸并包括球阀座的上游旁通通道、和从处在固定节流孔与节流孔出口之间的节流孔通道以非平行角度延伸的下游旁通通道。该组件还可包括旁通阀凸缘，该旁通阀凸缘从主体延伸并且其内形成旁通室，该旁通室连接至上游旁通通道和下游旁通通道，球阀座邻接该旁通室。止回球安装在旁通室中与球阀座邻接，并且弹簧操作性地接合止回球，以将止回球偏压到球阀座中，由此当上游旁通通道中的制冷剂压力超过第一预定压力阈值时，止回球逆着弹簧的偏压移离球阀座。
[0005]一种实施例涉及使具有制冷剂膨胀组件的车辆空调系统运转的方法，该方法包括步骤：在将制冷剂引导到蒸发器中之前，引导该制冷剂通过节流孔入口、具有固定节流孔的节流孔通道和节流孔出口；在固定节流孔上游逆着弹簧的偏压向止回球施加制冷剂压力；当制冷剂压力超过第一预定压力阈值时，逆着弹簧的偏压将止回球推入打开位置中，以允许制冷剂越过止回球从旁通室中流过，从而绕过固定节流孔；当制冷剂压力下降到低于第一预定压力阈值时，弹簧将止回球偏压到关闭位置中，从而迫使所有的制冷剂都从固定节流孔中流过。
[0006]一种实施例的优点是制冷剂膨胀组件(总的来说是相对简单、便宜且可靠的组件)具有减轻节流孔上游高压的节流孔旁通阀和泄压阀，当压力高到足以可能损坏蒸发器时，该泄压阀将释放制冷剂压力。当采用以比传统车辆制冷剂高的压力运转的制冷剂(诸如二氧化碳制冷剂系统)时，该泄压结构尤其有用。该节流孔旁通阀是实现期望的泄压的简单、便宜并且可靠的设计。
[0007]一种实施例的优点是制冷剂过滤部件是可拆卸的，用于维修，从而减少与堵塞的过滤器的装配和维修相关的成本。
[0008]一种实施例的优点是制冷剂膨胀组件包括具有四个并行端口连接的紧凑设计，从而允许较容易地包装在车辆中。
附图说明
[0009]图1是采用根据第一实施例的制冷剂膨胀组件的空调系统的示意图；
[0010]图2是根据第一实施例的制冷剂膨胀组件的立体图；
[0011]图3是沿图2中的线3-3的局部剖视图；
[0012]图4是根据第二实施例的制冷剂膨胀组件的立体图；
[0013]图5是沿图4中的线5-5的局部剖视图；
[0014]图6是用在第二实施例的制冷剂膨胀组件中的板簧的立体图。
具体实施方式
[0015]图1图示了车辆空调系统12的一部分，该系统可以使用替代性的制冷剂，这些替代制冷剂的工作压力比机动车辆中所使用的传统制冷剂高得多。高压制冷剂例如可以是二氧化碳制冷剂，而非诸如R134a或氟里昂(Freon)的传统汽车用制冷剂。空调系统12包括制冷剂压缩机14，该压缩机在将制冷剂通过制冷剂管路16送至冷凝器18之前先压缩该制冷剂，冷凝器18将制冷剂中的热量移走。另一条制冷剂管路20将制冷剂从冷凝器18引导至制冷剂膨胀组件24的节流孔入口22。又一条制冷剂管路26连接在膨胀组件24的节流孔出口28与蒸发器30之间。
[0016]蒸发器30有时也称为冷却器，其包括次级回路输出管路32和次级回路输入管路34，其可输送例如冷却剂的液体通过空调系统12的次级回路36(只示出一部分)。替代地，在空调系统中无次级回路的情况下，蒸发器30可用作较传统的蒸发器。在任一情形下，另一条制冷剂管路38从蒸发器30延伸至制冷剂膨胀组件34的返回入口40，并且另一条制冷剂管路42从膨胀组件24的返回出口44延伸至压缩机14，以完成车辆空调系统的制冷剂回路46。
[0017]图2和3更详细地图示了图1所示的制冷剂膨胀组件24的第一实施例。制冷剂膨胀组件24具有主体50，主体50限定用于安装该组件24的一对安装孔48。
[0018]主体50还限定节流孔入口22、节流孔出口28、返回入口40和返回出口44。返回入口40和返回出口44彼此同轴地对齐并且由延伸通过主体50的制冷剂返回通道52连接。节流孔入口22和节流孔出口28彼此同轴地对齐并且平行于返回入口40和返回出口44延伸，但与返回入口40和返回出口44没有连接，也没有任何相互作用(这是热力膨胀阀的情况，热力膨胀阀在节流孔端口与返回端口之间具有用隔膜覆盖的开口，该隔膜用于影响阀的开度)。节流孔入口22由延伸通过主体50的节流孔通道54连接至节流孔出口28，节流孔通道54包括固定节流孔56。
[0019]上游旁通通道58从节流孔通道54(正好在固定节流孔56的上游)垂直延伸至阀座60，该阀座60通向由从主体50延伸的旁通阀凸缘64限定的旁通室62。下游旁通通道66从旁通室62延伸并正好处在固定节流孔56的下游。节流孔旁通阀68包括止回球70、旁通活塞72和盘簧74，它们都位于旁通室62中。在压在旁通活塞72上的盘簧74的作用下，朝阀座60偏压止回球70。盘簧74的相对端由弹簧保持螺母76保持，该弹簧保持螺母76拧在旁通阀凸缘64上。
[0020]泄压阀82包括从处在固定节流孔56与节流孔出口28之间的节流孔通道54延伸的泄压输出通道78。泄压输出通道78延伸通过泄压凸缘80至位于泄压凸缘80的端部处的泄压阀82的安全隔板部84。
[0021]可拆卸的过滤器86安装在节流孔通道54中邻接节流孔入口22。该可拆卸的过滤器86延伸横跨节流孔通道54，使得流动通过通道54的所有制冷剂都将经过该过滤器86。与较大直径的节流孔入口22邻接的可拆卸过滤器86很容易拆卸，用于维修或更换。
[0022]现在将讨论图1-3的车辆空调系统12和制冷剂膨胀组件24的运转。启动压缩机14，压缩制冷剂并推动该制冷剂通过系统12。在制冷剂流入膨胀组件24之前，流过冷凝器18的空气吸收了该制冷剂的热量。当该制冷剂流入节流孔入口22时，其流过俘获杂质的可拆卸过滤器86。然后，该制冷剂流过带有固定节流孔56的节流孔通道54，固定节流孔56调节制冷剂流量并使制冷剂压力下降。该制冷剂然后流出在其去蒸发器30的途中流过节流孔出口28，制冷剂在该蒸发器30中吸收热量。然后，制冷剂从蒸发器30开始在其返回压缩机14的途中通过返回入口40、制冷剂返回通道52和返回出口44，以完成该循环。
[0023]当运行使用高压制冷剂(如二氧化碳)的车辆空调系统12时，制冷剂压力有时可能会高于所希望的。节流孔旁通阀68和泄压阀82通过释放过压来提供系统保护。
[0024]当制冷剂压力超过第一预定阈值时，通过上游旁通通道58向上推止回球70的压力将会克服盘簧74的偏压，向上推动旁通活塞72并将止回球70提升离开阀座60。旁通活塞72上的向上延伸的杆73能接触弹簧保持螺母76，以限制旁通活塞72向上的行程。在止回球70被提离阀座60的情况下，制冷剂将从上游旁通通道58、旁通室62和下游旁通通道66中流过，以绕过固定节流孔56，从而减低一些压力。当制冷剂压力下降到低于第一预定阈值时，盘簧74的偏压将使旁通活塞72挤压止回球70使之与阀座60密封接合，从而迫使所有的制冷剂再次从固定节流孔56中流过，而不是从节流孔旁通阀68中流过。
[0025]当制冷剂压力超过第二、更高的预定阈值时，这意味着，即使节流孔旁通阀68允许降低一些压力，制冷剂压力仍然太高并且处于可能对蒸发器30造成损坏的水平。安全隔板84具有的尺寸和形状使得，当压力超过该第二预定阈值时，安全隔板84破裂，以允许过压的制冷剂通过泄压阀逃往大气。
[0026]图4-6图示了第二种实施例。由于该实施例类似于第一实施例，所以相似的附图标记用于相似的元件，并且将省略它们的详细描述。在该实施例中，修改了节流孔旁通阀68，以提供将止回球70偏压在阀座60上的不同装置。
[0027]板簧90安装在旁通阀凸缘98中并通过将弹簧保持螺母96拧入旁通阀凸缘98被固定就位。板簧90包括与止回球70对齐并接触的球接触片94和以悬臂方式支撑球接触片94的挠性件。板簧90比盘簧更紧凑，并且通过改变挠性件92的厚度和/或宽度能使其弹簧应变率相对容易地改变。此外，更紧凑的板簧90允许弹簧保持螺母96拧在旁通阀凸缘98的内部，从而提供总体更紧凑的制冷剂膨胀组件24。
[0028]尽管已详细说明了本发明的一些实施例，但本发明所涉及领域的技术人员将会认识到用于实践如所附权利要求所限定的本发明的各种替代的设计和实施例。

Claims (20)

1.一种用在车辆空调系统中的制冷剂膨胀组件，包括：
主体，该主体包括节流孔入口、节流孔出口、节流孔通道、上游旁通通道和下游旁通通道，所述节流孔通道在所述节流孔入口和所述节流孔出口之间延伸并包括固定节流孔，所述上游旁通通道从处在所述节流孔入口和所述固定节流孔之间的节流孔通道以非平行角度延伸并包括球阀座，所述下游旁通通道从处在所述固定节流孔和所述节流孔出口之间的节流孔通道以非平行角度延伸；
旁通阀凸缘，该旁通阀凸缘从所述主体延伸并且其内形成旁通室，所述旁通室连接至所述上游旁通通道和所述下游旁通通道，所述球阀座邻接所述旁通室；
止回球，该止回球安装在所述旁通室中邻接所述球阀座；和
弹簧，该弹簧操作性地接合所述止回球，以将该止回球偏压进所述球阀座中，由此当所述上游旁通通道中的制冷剂压力超过第一预定压力阈值时，所述止回球逆着该弹簧的偏压移离所述球阀座。
2.根据权利要求1所述的制冷剂膨胀组件，其特征在于：该制冷剂膨胀组件包括旁通活塞，所述弹簧是盘簧，该盘簧操作性地接合所述旁通活塞使所述旁通活塞接触所述止回球。
3.根据权利要求2所述的制冷剂膨胀组件，其特征在于：该制冷剂膨胀组件包括弹簧保持螺母，所述弹簧保持螺母可螺纹连接地装在所述旁通阀凸缘上，从而将所述盘簧固定在所述旁通室中。
4.根据权利要求1所述的制冷剂膨胀组件，其特征在于：所述弹簧是板簧，其具有与所述止回球成表面接触的球接触片和支撑与所述止回球成偏压接合的所述球接触片的挠性件。
5.根据权利要求4所述的制冷剂膨胀组件，其特征在于：该制冷剂膨胀组件包括弹簧保持螺母，该弹簧保持螺母可螺纹连接地装在所述旁通阀凸缘内并将所述板簧固定在所述旁通室中。
6.根据权利要求1所述的制冷剂膨胀组件，其特征在于：该主体包括返回入口和返回出口，所述返回入口和返回出口由平行于所述节流孔通道延伸的制冷剂返回通道连接。
7.根据权利要求6所述的制冷剂膨胀组件，其特征在于：所述主体包括一对安装孔，该对安装孔构造成固定所述主体与车辆的固定关系。
8.根据权利要求1所述的制冷剂膨胀组件，其特征在于：该制冷剂膨胀组件包括泄压输出通道和封住该泄压输出通道的端部的安全隔板，所述泄压输出通道连接至处在所述固定节流孔和所述节流孔出口之间的节流孔通道，由此当邻接所述泄压输出通道的制冷剂压力超过高于所述第一预定压力阈值的第二预定压力阈值时，所述安全隔板将爆裂，从而允许制冷剂逃往大气。
9.根据权利要求1所述的制冷剂膨胀组件，其特征在于：该制冷剂膨胀组件包括制冷剂过滤器，该制冷剂过滤器可拆卸地安装在节流孔通道中邻接所述节流孔入口，并构造成可通过所述节流孔入口拆卸。
10.一种车辆空调系统，包括：
制冷剂压缩机；
冷凝器，该冷凝器构造成从所述制冷剂压缩机接收制冷剂；
蒸发器；和
制冷剂膨胀组件，该制冷剂膨胀组件包括：从所述冷凝器接收制冷剂的节流孔入口、将制冷剂导向所述蒸发器的节流孔出口、处在所述节流孔入口和所述节流孔出口之间并包括固定节流孔的节流孔通道、从处在所述节流孔入口与所述固定节流孔之间的所述节流孔通道以非平行角度延伸并包括球阀座的上游旁通通道、和从处在所述固定节流孔与所述节流孔出口之间的所述节流孔通道以非平行角度延伸的下游旁通通道；旁通阀凸缘，该旁通阀凸缘从所述主体延伸并且其内形成旁通室，所述旁通室连接至所述上游旁通通道和所述下游旁通通道，所述球阀座邻接所述旁通室；止回球，该止回球安装在所述旁通室中邻接所述球阀座；和弹簧，该弹簧操作性地接合所述止回球，以将所述止回球偏压到所述球阀座中，由此当所述上游旁通通道中的制冷剂压力超过第一预定压力阈值时，所述止回球逆着弹簧的偏压移离所述球阀座。
11.根据权利要求10所述的车辆空调系统，其特征在于：该车辆空调系统包括安装在所述旁通室中的旁通活塞，所述弹簧是盘簧，该盘簧操作性地接合所述旁通活塞使所述旁通活塞接触所述止回球。
12.根据权利要求10所述的车辆空调系统，其特征在于：所述弹簧是板簧，该板簧具有与所述止回球成表面接触的球接触片和支撑该球接触片使之与所述止回球偏压接合的挠性件。
13.根据权利要求10所述的车辆空调系统，其特征在于：所述主体包括从所述蒸发器接收制冷剂的返回入口和由平行于所述节流孔通道延伸的制冷剂返回通道连接的返回出口，所述返回出口将制冷剂导向所述制冷剂压缩机。
14.根据权利要求10所述的车辆空调系统，其特征在于：该车辆空调系统包括泄压输出通道和封住该泄压输出通道的端部的安全隔板，所述泄压输出通道连接至处在所述固定节流孔和所述节流孔出口之间的节流孔通道，由此当邻接所述泄压输出通道的制冷剂压力超过高于所述第一预定压力阈值的第二预定压力阈值时，所述安全隔板将爆裂，从而允许制冷剂逃往大气。
15.根据权利要求10所述的车辆空调系统，其特征在于：该车辆空调系统包括制冷剂过滤器，所述制冷剂过滤器可拆卸地安装在节流孔通道中邻接所述节流孔入口，并构造成可通过所述节流孔入口拆卸。
16.一种使具有制冷剂膨胀组件的车辆空调系统运转的方法，该方法包括步骤：
(a)在引导制冷剂进入蒸发器之前，引导该制冷剂通过节流孔入口、具有固定节流孔的节流孔通道和节流孔出口；
(b)在所述固定节流孔上游逆着弹簧的偏压向止回球施加制冷剂压力；
(c)当制冷剂压力超过第一预定压力阈值时，逆着所述弹簧的偏压推动所述止回球进入打开位置，以允许制冷剂越过所述止回球从所述旁通室中流过，从而绕过所述固定节流孔；和
(d)当制冷剂压力下降到低于所述第一预定压力阈值时，所述弹簧将所述止回球偏压到关闭位置中，从而迫使所有的制冷剂从所述固定节流孔中流过。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括步骤：
(e)提供邻接所述节流孔入口的可拆卸的过滤器；
(f)引导从所述节流孔通道流过的所有制冷剂通过所述可拆卸的过滤器；
(g)检测所述过滤器堵塞的时间；和
(h)当检测到所述过滤器被堵塞时，拆除并更换所述过滤器。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括步骤：
(e)在所述固定节流孔下游对安全隔板施加制冷剂压力；和
(f)当对所述安全隔板作用的制冷剂压力超过高于所述第一预定压力阈值的第二预定压力阈值时，使所述安全隔板爆裂，以允许制冷剂流向大气。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤(c)得到进一步限定：将所述止回球压向所述旁通活塞，从而逆着所述弹簧的偏压移动所述旁通活塞，所述弹簧是盘簧。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述弹簧是板簧，并且步骤(c)得到进一步限定：将所述止回球压向所述板簧上的球接触片，以由此使悬臂样伸出的挠性件弯曲以接合所述球接触片。
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