CN101586895B - 具有卸压功能的可变制冷剂膨胀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有卸压功能的可变制冷剂膨胀装置。公开了在车辆空调系统中使用的制冷剂膨胀组件及操作方法。孔口通道将孔口引入端口连接至孔口引出端口，并包括阀座。可变孔口组件安装在孔口通道中，并包括固定孔口通路，所述固定孔口通路轴向延伸通过具有密封凸缘的可变孔口主体，该密封凸缘可经由孔口弹簧抵靠阀座密封。孔口旁路阀包括止回球，所述止回球由旁路弹簧压靠球座，并选择性地允许制冷剂绕过可变孔口组件。制冷剂膨胀组件还可包括位于可变孔口组件下游的安全隔板。

Description

具有卸压功能的可变制冷剂膨胀装置
技术领域
本发明总体涉及车辆空调系统，且更具体地涉及用于采用高压非常规制冷剂的车辆空调系统的可变制冷剂膨胀装置。
背景技术
对车辆空调系统中使用的制冷剂的新规定要求一些车辆空调系统采用在比车辆中使用的常规制冷剂高得多的压力下工作的制冷剂。在上述高得多的压力的情况下，与常规制冷剂一起使用的典型膨胀装置就不再适用。因此，提出了改进热膨胀阀以在新的制冷剂的高压下工作，但是存在位于流入制冷剂流与流出制冷剂流之间的热膨胀阀中的隔膜以及用于温度传感器的管在组装时易于破损的缺陷。还提出了通过提供安全隔板(burst disk)来避免蒸发器过压以及与用作制冷剂旁路的孔口共轴的风箱组件来设置可用于高压制冷剂的孔口管。但是，该孔口管组件在制造及组装方面过于复杂及昂贵。因此，希望提供一种膨胀装置，其能够在新型车辆制冷剂的高压下工作，同时具有执行希望功能的相对廉价及简单的设计。
发明内容
一个实施例构思出一种用于车辆空调系统中的制冷剂膨胀组件。所述组件可包括：孔口引入端口，构造成从冷凝器接收制冷剂；孔口引出端口，构造成向蒸发器输送所述制冷剂；以及孔口通道，所述孔口通道将所述孔口引入端口连接至所述孔口引出端口，并包括阀座。该组件还可包括可变孔口组件，所述可变孔口组件安装在所述孔口通道中，包括在所述孔口通道中可轴向滑动的可变孔口主体，所述可变孔口主体包括可与所述阀座密封接合的密封凸缘、从所述密封凸缘向上游延伸的上游可变孔口通路、从所述密封凸缘向下游延伸的下游可变孔口通路、以及轴向延伸通过所述可变孔口主体的固定孔口通路，所述可变孔口组件包括孔口弹簧，所述孔口弹簧构造成将所述密封凸缘偏压成与所述阀座接合。该组件还可包括：上游旁路通道，所述上游旁路通道在所述可变孔口组件上游从所述孔口通道延伸，并包括球座；下游旁路通道，所述下游旁路通道在所述可变孔口组件下游从所述孔口通道延伸；旁路室，所述旁路室将所述上游旁路通道连接至所述下游旁路通道；止回球，所述止回球安装在所述旁路室内并可与所述球座密封接合；以及旁路弹簧，所述旁路弹簧构造成与所述止回球接合以将所述止回球偏压成与所述球座密封接合。
一个实施例构思出一种用于车辆空调系统中的制冷剂膨胀组件。所述组件可包括：孔口引入端口，构造成从冷凝器接收制冷剂；孔口引出端口，构造成向蒸发器输送所述制冷剂；以及孔口通道，所述孔口通道将所述孔口引入端口连接至所述孔口引出端口，并包括阀座。该组件还可包括可变孔口组件，所述可变孔口组件安装在所述孔口通道中，包括在所述孔口通道中可轴向滑动的可变孔口主体，所述可变孔口主体包括可与所述阀座密封接合的密封凸缘、从所述密封凸缘向上游延伸的上游可变孔口通路、从所述密封凸缘向下游延伸的下游可变孔口通路、以及轴向延伸通过所述可变孔口主体的固定孔口通路，所述可变孔口组件包括孔口弹簧，所述孔口弹簧构造成将所述密封凸缘偏压成与所述阀座接合。该组件还可包括：卸压引出通道，所述卸压引出通道连接至所述可变孔口组件与所述孔口引出端口之间的所述孔口通道；以及安全隔板，所述安全隔板包围所述卸压引出通道的端部，由此，当所述卸压引出通道附近的制冷剂压力超过预定压力阈值时，所述安全隔板将爆裂，由此允许所述制冷剂释放至大气。
一个实施例构思出一种操作具有制冷剂膨胀组件的车辆空调系统的方法，所述方法包括以下步骤：在将制冷剂导入蒸发器之前，将所述制冷剂导引通过孔口引入端口、具有穿过可变孔口组件的固定孔口通路的孔口通道、以及孔口引出端口；将所述可变孔口组件上游的制冷剂压力，抵抗旁路弹簧的偏压施加给止回球，并抵抗孔口弹簧的偏压施加给所述可变孔口组件的可变孔口主体；当所述制冷剂压力超过第一预定压力阈值时，抵抗所述孔口弹簧的偏压推动所述可变孔口主体至打开位置，由此允许所述制冷剂流经所述可变孔口组件中的上游可变孔口通路及下游可变孔口通路；当所述制冷剂压力超过作为比第一预定压力阈值更高的压力的第二预定压力阈值时，抵抗所述旁路弹簧的偏压推动所述止回球至打开位置，由此允许所述制冷剂经由旁路室流过所述止回球，由此绕过所述可变孔口组件；当述制冷剂压力下降至所述第二预定压力阈值之下时，所述旁路弹簧偏压所述止回球至关闭位置，由此迫使全部制冷剂均流经所述可变孔口组件；并且当述制冷剂压力下降至所述第一预定压力阈值之下时，所述孔口弹簧偏压所述可变孔口主体至关闭位置，由此迫使全部制冷剂均流经所述固定孔口通路。
实施例的优点在于制冷剂膨胀组件在相对简单、廉价以及可靠的组件中具有用于卸放孔口上游高压的孔口旁路阀以及在压力过高将可能损坏蒸发器时将卸放制冷剂压力的卸压阀两者。在采用在比常规车辆制冷剂更高的压力下工作的制冷剂(例如，二氧化碳制冷剂系统)时，卸压是特别有效的。孔口旁路阀是用于实现希望卸压的简单、廉价且可靠的设计。
实施例的优点在于孔口组件是可变的，由此通过允许可变制冷剂流通过孔口而允许改进的制冷剂流。
实施例的优点在于制冷剂过滤器构件是可拆卸的，以便维护，由此降低了组装及维护阻塞过滤器有关的成本。
实施例的优点在于制冷剂膨胀组件包括具有四个平行端口连接件的紧凑设计，由此允许车辆中更方便的包装。
附图说明
图1是采用制冷剂膨胀组件的车辆空调系统的示意图。
图2是制冷剂膨胀组件的立体图。
图3是从不同于图2的视角观察得到的制冷剂膨胀组件的立体图。
图4是沿图2中的线4-4所取的部分剖视图。
图5是与图4类似的视图，但示出了处于打开位置的可变孔口组件及孔口旁路阀。
具体实施方式
图1示出了车辆空调系统12的一部分，与在比用在机动车中的常规制冷剂高得多的压力下工作的替代制冷剂一起使用。高压制冷剂例如可以是不同于常规机动车制冷剂(例如，R134a或氟里昂)的二氧化碳制冷剂。空调系统12包括在将制冷剂通过制冷剂管路16输送至冷凝器18(在该位置将热量从制冷剂去除)之前对制冷剂进行压缩的制冷剂压缩机14。另一制冷剂管路20将制冷剂从冷凝器18导向制冷剂膨胀组件24的孔口引入端口22。另一制冷剂管路26连接在制冷剂膨胀组件24的孔口引出端口28与蒸发器30之间。
蒸发器30有时也被称为冷却器，并包括次级回路引出管路32及次级回路引入管路34，其例如可携带诸如冷却剂的液体通过空调系统12的次级回路36(仅示出其一部分)。可替代地，蒸发器30可用作更常规的蒸发器，无需空调系统中的次级回路。在任一情况下，另一制冷剂管路38陡从蒸发器30延伸至膨胀组件24的返回引入端口40，而另一制冷剂管路42从制冷剂膨胀组件24的返回引出端口44延伸至压缩机14以完成车辆空调系统的制冷剂回路46。
图2-5更详细地示出了图1所示的制冷剂膨胀组件24。制冷剂膨胀组件24具有主体50，所述主体50界定用于安装组件24的一对安装孔48。
主体50还界定有孔口引入端口22、孔口引出端口28、返回引入端口40以及返回引出端口44。返回引入端口40与返回引出端口44彼此共轴对准，并通过延伸通过主体50的制冷剂返回通道52而连接。孔口引入端口22与孔口引出端口28彼此共轴对准，并平行于返回引入端口40及返回引出端口44延伸，但不与返回引入端口40及返回引出端口44连接或与两者有任何相互作用(热膨胀阀在孔口端口与返回端口之间具有开口时通常就是这样，开口被用于影响阀开度的隔膜覆盖)。孔口引入端口22通过延伸通过主体50的孔口通道54连接至孔口引出端口28，孔口通道54具有安装在其内的可变孔口组件56。
就在可变孔口组件56的上游，上游旁路通道58从孔口通道54垂直延伸至阀座60，阀座60通向旁路室62，旁路室62由从主体50延伸的旁路阀凸缘64界定。下游旁路通道66在可变孔口组件56的下游从旁路室62延伸。孔口旁路阀68包括止回球70、旁路活塞72(具有杆73)以及盘簧74，这些部件全部位于旁路室62中。止回球70因压靠旁路活塞72的盘簧74的作用而向阀座60偏压。盘簧74的相对端部被拧在旁路阀凸缘64上的弹簧保持螺母76保持。可替代地，可通过其他一些弹性装置来代替盘簧74及旁路活塞72，只要该弹性装置将止回球70偏压入阀座60即可。
卸压阀82包括从可变孔口组件56与孔口引出端口28之间的孔口通道54延伸的卸压引出通道78。卸压引出通道78延伸通过卸压凸缘80在卸压凸缘80的端部到达卸压阀82的安全隔板部分84。
可拆卸过滤器86在孔口引入端口22附近安装在孔口通道54中。可拆卸过滤器86延伸跨越孔口通道54，使得流经通道54的全部制冷剂都将流经过滤器86。在维护或更换时，可方便地拆卸大直径孔口引入端口22附近的可拆卸过滤器86。
可变孔口组件56包括拧入孔口通道54并具有孔90的可变孔口螺母88。可变孔口组件56还包括可变孔口主体92及可变孔口弹簧94。可变孔口主体92可伸缩式地滑入孔90，并包括轴向延伸通过可变孔口主体92的固定孔口通路95，所述固定孔口通路95保持孔口引入端口22与孔口引出端口28之间的持续流体连通。可变孔口主体92还包括密封凸缘96，所述密封凸缘96在可变孔口螺母88与密封凸缘96之间捕获可变孔口弹簧94，使得弹簧94将可变孔口主体92向上游偏压成与孔口通道54中的阀座98接合。可变孔口主体92还包括从密封凸缘96向上游轴向延伸的上游可变孔口通路100以及从密封凸缘96向下游轴向延伸的下游可变孔口通路102。
现将描述图1-5的车辆空调系统12及制冷剂膨胀组件24的工作。致动压缩机14，由此压缩并推动制冷剂通过系统12。流经冷凝器18的空气在其流入膨胀组件24之前从制冷剂吸收热量。在制冷剂流入孔口引入端口22时，制冷剂流经捕获杂质的可拆卸过滤器86。制冷剂然后流经孔口通道54，使得可变孔口组件56调节制冷剂流并使得制冷剂压力下降。制冷剂然后在其前往蒸发器30(在该位置制冷剂吸收热量)的途中通过孔口引出端口28流出。制冷剂然后从蒸发器30行进，在其返回制冷剂压缩机14的途中通过返回引入端口40、制冷剂返回通道52、以及返回引出端口44以完成循环。
在可变孔口组件上游的制冷剂在低于第一预定阈值的压力下工作的工作条件下，可变孔口弹簧94产生足够的力以使可变孔口主体92的密封凸缘96抵靠阀座98保持密封，并且盘簧74提供足够的力以保持止回球70抵靠阀座60而密封(图4所示的关闭位置)。然后将全部制冷剂仅导引通过固定孔口开口95。
但是，在上述制冷剂压力超过第一预定阈值的情况下，可变孔口主体92将抵抗可变孔口弹簧94的偏压而开始向下游轴向滑动，由此使密封凸缘96运动远离阀座98。由此向下游可变孔口通路102打开了上游可变孔口通路100，由此允许制冷剂流经固定孔口通路95以及可变孔口通路100，102。流量变化取决于密封凸缘96离开阀座98的抬升量(直到最大抬升量)。由此，制冷剂流的变化允许在正常空调系统工作条件下改进的制冷剂流可知。
当利用高压制冷剂(例如二氧化碳)来使车辆空调系统12工作时，偶尔会出现制冷剂压力高于希望压力的情况。孔口旁路阀68及卸压阀82通过卸放过压来提供系统保护。
当可变孔口组件56紧邻上游的制冷剂压力超过第二预定阈值时(高于第一阈值)，将止回球70向上推动通过上游旁路通道58的压力将克服盘簧74的偏压，由此向上推动旁路活塞72并抬升止回球70离开阀座60至打开位置(图5所示)。在旁路活塞72上向上延伸的杆73可接触弹簧保持螺母76以限制旁路活塞72的向上行程。在止回球70从阀座60抬升的情况下，制冷剂将流经上游旁路通道58、旁路室62及下游旁路通道66，从而绕过可变孔口组件56并由此卸放一些压力。当然，因为可变孔口组件56会基于比孔口旁路阀68小得多的压差而变化，故当制冷剂压力处于上述第二预定阈值时，可变孔口组件56将完全打开(如图5所示)。
当制冷剂压力下降至第二预定阈值之下时，盘簧74的偏压将使得旁路活塞72将止回球70施压成与阀座60密封接合，由此迫使全部制冷剂再次流经可变孔口组件56而非流经孔口旁路阀68。
当制冷剂压力超过更高的第三预定阈值时，这表明即使孔口旁路阀68允许卸放一些压力，但制冷剂压力还是过高，并且处于会损坏蒸发器30的水平。安全隔板84具有一定尺寸及形状，使得当压力超过该第三预定阈值时，安全隔板84裂开，由此允许过压制冷剂通过卸压阀释放至大气。
虽然已经详细描述了本发明的特定实施例，但本发明相关领域的技术人员将构思出各种替代设计及实施例以实施所附权利要求界定的本发明。

Claims (14)

1.一种用于车辆空调系统中的制冷剂膨胀组件，包括：
孔口引入端口，构造成从冷凝器接收制冷剂；
孔口引出端口，构造成向蒸发器输送所述制冷剂；
孔口通道，所述孔口通道将所述孔口引入端口连接至所述孔口引出端口，并包括阀座；
可变孔口组件，所述可变孔口组件安装在所述孔口通道中，包括在所述孔口通道中可轴向滑动的可变孔口主体，所述可变孔口主体包括与所述阀座可密封接合的密封凸缘、从所述密封凸缘向上游延伸的上游可变孔口通路、从所述密封凸缘向下游延伸的下游可变孔口通路、以及轴向延伸通过所述可变孔口主体的固定孔口通路，所述可变孔口组件包括孔口弹簧，所述孔口弹簧构造成将所述密封凸缘偏压成与所述阀座接合；
上游旁路通道，所述上游旁路通道在所述可变孔口组件上游从所述孔口通道延伸，并包括球座；
下游旁路通道，所述下游旁路通道在所述可变孔口组件下游从所述孔口通道延伸；
旁路室，所述旁路室将所述上游旁路通道连接至所述下游旁路通道；
止回球，所述止回球安装在所述旁路室内并与所述球座可密封接合；
旁路弹簧，所述旁路弹簧与所述止回球可操作地接合以将所述止回球偏压成与所述球座密封接合；
卸压引出通道，所述卸压引出通道在所述可变孔口组件与所述孔口引出端口之间连接至所述孔口通道；以及
安全隔板，所述安全隔板包围所述卸压引出通道的端部，由此，当所述卸压引出通道附近的制冷剂压力超过预定压力阈值时，所述安全隔板将爆裂，由此允许所述制冷剂逸出至大气。
2.根据权利要求1所述的组件，包括旁路活塞，并且所述旁路弹簧是盘簧，所述盘簧可操作地接合所述旁路活塞以与所述止回球接触。
3.根据权利要求1所述的组件，包括：返回引入端口，所述返回引入端口构造成从所述蒸发器接收所述制冷剂；返回引出端口，所述返回引出端口构造成向制冷剂压缩机输送所述制冷剂；以及制冷剂返回通道，所述制冷剂返回通道平行于所述孔口通道延伸并将所述返回引入端口连接至所述返回引出端口。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述可变孔口组件包括弹簧保持螺母，所述弹簧保持螺母相对于所述孔口通道固定并包括孔，所述可变孔口主体在该孔内可滑动，并且其中所述孔口弹簧在所述弹簧保持螺母与所述密封凸缘之间被压缩。
5.一种用于车辆空调系统中的制冷剂膨胀组件，包括：
孔口引入端口，构造成从冷凝器接收制冷剂；
孔口引出端口，构造成向蒸发器输送所述制冷剂；
孔口通道，所述孔口通道将所述孔口引入端口连接至所述孔口引出端口，并包括阀座；
可变孔口组件，所述可变孔口组件安装在所述孔口通道中，包括在所述孔口通道中可轴向滑动的可变孔口主体，所述可变孔口主体包括与所述阀座可密封接合的密封凸缘、从所述密封凸缘向上游延伸的上游可变孔口通路、从所述密封凸缘向下游延伸的下游可变孔口通路、以及轴向延伸通过所述可变孔口主体的固定孔口通路，所述可变孔口组件包括孔口弹簧，所述孔口弹簧构造成将所述密封凸缘偏压成与所述阀座接合；以及
卸压引出通道，所述卸压引出通道在所述可变孔口组件与所述孔口引出端口之间连接至所述孔口通道；以及安全隔板，所述安全隔板包围所述卸压引出通道的端部，由此，当所述卸压引出通道附近的制冷剂压力超过预定压力阈值时，所述安全隔板将爆裂，由此允许所述制冷剂逸出至大气。
6.根据权利要求5所述的组件，包括制冷剂过滤器，所述制冷剂过滤器在所述孔口引入端口附近可拆卸地安装在所述孔口通道内，并构造成能通过所述孔口引入端口被拆卸。
7.根据权利要求6所述的组件，还包括：
上游旁路通道，所述上游旁路通道在所述可变孔口组件上游从所述孔口通道延伸，并包括球座；
下游旁路通道，所述下游旁路通道在所述可变孔口组件下游从所述孔口通道延伸；
旁路室，所述旁路室将所述上游旁路通道连接至所述下游旁路通道；
止回球，所述止回球安装在所述旁路室内并与所述球座可密封接合；以及
旁路弹簧，所述旁路弹簧与所述止回球可操作地接合以将所述止回球偏压成与所述球座密封接合。
8.根据权利要求7所述的组件，包括旁路活塞，并且，所述旁路弹簧是盘簧，所述盘簧可操作地接合所述旁路活塞以与所述止回球接触。
9.根据权利要求5所述的组件，包括：返回引入端口，构造成从所述蒸发器接收所述制冷剂；返回引出端口，构造成向制冷剂压缩机输送所述制冷剂；以及制冷剂返回通道，所述制冷剂返回通道平行于所述孔口通道延伸并将所述返回引入端口连接至所述返回引出端口。
10.根据权利要求5所述的组件，其中所述可变孔口组件包括弹簧保持螺母，所述弹簧保持螺母相对于所述孔口通道固定并包括孔，所述可变孔口主体在该孔内可滑动，并且其中，所述孔口弹簧在所述弹簧保持螺母与所述密封凸缘之间被压缩。
11.一种操作具有制冷剂膨胀组件的车辆空调系统的方法，包括以下步骤：
(a)在将制冷剂导入蒸发器之前，将所述制冷剂导引通过孔口引入端口、具有穿过可变孔口组件的固定孔口通路的孔口通道、以及孔口引出端口；
(b)将所述可变孔口组件上游的制冷剂压力抵抗旁路弹簧的偏压施加给止回球，并抵抗孔口弹簧的偏压施加给所述可变孔口组件的可变孔口主体；
(c)当所述制冷剂压力超过第一预定压力阈值时，抵抗所述孔口弹簧的偏压推动所述可变孔口主体至打开位置，由此允许所述制冷剂流经所述可变孔口组件中的上游可变孔口通路及下游可变孔口通路；
(d)当所述制冷剂压力超过作为比第一预定压力阈值更高的压力的第二预定压力阈值时，抵抗所述旁路弹簧的偏压推动所述止回球至打开位置，由此允许所述制冷剂绕开所述止回球流过旁路室，由此绕过所述可变孔口组件；
(e)当述制冷剂压力下降至所述第二预定压力阈值之下时，所述旁路弹簧偏压所述止回球至关闭位置，由此迫使全部制冷剂均流经所述可变孔口组件；并且
(f)当述制冷剂压力下降至所述第一预定压力阈值之下时，所述孔口弹簧偏压所述可变孔口主体至关闭位置，由此迫使全部制冷剂均流经所述固定孔口通路。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
(g)在所述孔口引入端口附近设置可拆卸过滤器；
(h)将流经所述孔口通道的全部制冷剂均导引通过所述可拆卸过滤器；
(i)对所述过滤器何时阻塞进行检测；并且
(j)当检测到所述过滤器阻塞时拆卸并更换所述过滤器。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
(g)在所述可变孔口组件下游向安全隔板施加所述制冷剂压力；并且
(h)当作用于所述安全隔板上的所述制冷剂压力超过大于所述第二预定压力阈值的第三预定压力阈值时，使所述安全隔板爆裂，由此允许所述制冷剂流至大气。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(d)进一步由以下步骤限定：使所述止回球压靠旁路活塞，由此抵抗所述旁路弹簧的偏压而移动所述旁路活塞，其中所述旁路弹簧是盘簧。
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