CN103512288B - 一种电子膨胀阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子膨胀阀，其活塞部件（4）与其阀针部件（3）处于阀芯座（2）的同一侧，以便冷媒正向流动时，所述活塞部件（4）关闭旁路通孔（212），冷媒经由该阀芯阀口（211）流向竖接管（52）一端，所述阀针部件（3）沿轴向运动调节所述阀芯阀口（211）的开度；冷媒逆向流动时，所述活塞部件（4）沿轴向上移开启所述旁路通孔（212），冷媒经由该旁路通孔（212）流向横接管（51）一端。该电子膨胀阀的结构设计一方面能够保证在冷媒正向流动高压状态下阀针部件能够易于密封阀芯阀口，避免阀针部件被高压冷媒顶开；另一方面能够减少阀座的轴向和径向尺寸，并降低逆向流动时的流阻。

Description

一种电子膨胀阀
技术领域
本发明涉及流体控制部件技术领域，特别涉及一种电子膨胀阀。
背景技术
在空调市场，由于其室内机与室外机距离较远，因此采用了两个电子膨胀阀，而两个电子膨胀阀必须分别并联单向阀才能最大限度的提高系统效率。其系统原理图如图1，工作原理简述如下：
制冷时：从压缩机7'8排气管出来的高温高压的气态制冷剂通过四通阀7'1的D接管、E接管、室外交换器7'2（冷凝放热）、第一单向阀7'4（第一电子膨胀阀7'3不起调节作用）、第二电子膨胀阀7'5（此时第二单向阀7'6关闭，第二电子膨胀阀7'5起流量调节作用），最终进入室内交换器7'7蒸发吸收热量制冷。此时由于第二电子膨胀阀7'6与室内交换器7'7较近，可以减少热量损失（如果电子膨胀阀距离蒸发器太远，那么从电子膨胀阀出来的低温低压的液态制冷剂很容易气化，不仅造成热损失，也使得蒸发器利用率大幅度下降）。同时，从室外换热器7'2出来的中温、高压的制冷剂如果从第一电子膨胀阀7'3经过，即使在膨胀阀全开的条件下，仍会出现节流效果，降低了制冷剂的压力，待传到第二电子膨胀阀7'5时制冷剂很可能会部分气化，影响电子膨胀阀的节流效果，降低系统效率。
制热时：从压缩机7'8排气管出来的高温高压的气态制冷剂通过四通阀7'1的D接管、C接管、室内交换器7'7（冷凝放热）、第二单向阀7'6（第二电子膨胀阀7'5不起调节作用）、第一电子膨胀阀7'3（此时第一单向阀7'4关闭，第一电子膨胀阀7'3起流量调节作用），最终进入室外交换器7'2蒸发吸收热量制冷。此时由于第一电子膨胀阀7'3与室外交换器7'2较近，可以减少热量损失（如果电子膨胀阀距离蒸发器太远，那么从电子膨胀阀出来的低温低压的液态制冷剂很容易气化，不仅造成热损失，也使得蒸发器利用率大幅度下降）。同时，从室内换热器7'7出来的中温、高压的制冷剂如果从第二电子膨胀阀7'5经过，即使在膨胀阀全开的条件下，仍会出现节流效果，降低了制冷剂的压力，待传到第一电子膨胀阀7'3时制冷剂很会部分气化，影响电子膨胀阀的节流效果，降低系统效率。
但是，目前市场上有客户要求将单向阀和电子膨胀阀合并，从而减少零部件，减少焊点，进而提高系统的可靠性。
鉴于此，现有技术中，专利号为“特开2010-249246”的日本专利公开了一种带单向阀功能的电子膨胀阀，具体地，请参考图2和图3，图2为现有技术中的电子膨胀阀正向进行流量调节时的结构示意图，图3为现有技术中的电子膨胀阀逆向导通时的结构示意图。
如图2和图3所示，阀座20内固定有阀芯座22，阀口22a设置在阀芯座22上，在阀口22a的周边还分布了多个小孔72，进口接管座45与阀座20螺纹连接形成主阀体，阀座20与进口接管座45之间形成副阀室，副阀室中有单向阀芯60，在冷媒正向流动时（亦即由进口接管17流向出口接管16），由于进口接管17是高压，出口接管16是低压，单向阀芯60推向阀芯座22，将小孔72关闭，这时阀针24在驱动机构带动下接近或远离阀口22a，调节阀口22a的开度，从而对系统流量的调节。当冷媒逆向流动时（亦即由出口接管16流向进口接管17），由于出口接管16是高压，进口接管17是低压，单向阀芯60推离阀芯座22，将小孔72打开，流量大部分从小孔72中流过，由于小孔72可设置多个，流通面积总和较大，因此可大大减小产品的流动阻力。
然而，上述现有技术中的电子膨胀阀具有如下缺陷：
第一，在上述结构中，单向阀芯60设于阀芯座22的下部，与阀针24分别设于阀芯座22的两侧，在冷媒正向流动时，由于冷媒向上的冲击力较大，这样要求阀针24内设的缓冲弹簧具有较大的弹簧力才能保证阀针24在高压条件下密封，而弹簧力增大后会带来一系列问题，会加大阀针24转动困难，会增加产品体积，一般来说，弹簧能够设计经受2.5MPa的冷媒压力保持密封已相当不错，这种结构的产品很难在3.5MPa的冷媒压力下保持密封。
第二，单向阀芯60安装在阀芯座22的下部，同时要求单向阀芯60有一定的行程，必然要求阀芯座22的下部有较大的安装空间，会增加阀体的轴向高度。
第三，由于单向阀芯60需设置旁通流路70，逆向流动时冷媒需要经过该旁通流路70，因而导致逆向流阻较大；在此基础上，为了降低逆向流阻，需要阀座20有足够大的直径，因而又会导致阀座20径向上的尺寸较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题为提供一种电子膨胀阀，该电子膨胀阀的结构设计一方面能够保证在冷媒正向流动高压状态下阀针部件能够易于密封阀芯阀口，避免阀针部件被高压冷媒顶开；另一方面能够减少阀座的轴向和径向尺寸，并降低逆向流动时的流阻。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电子膨胀阀，包括阀座，该阀座设有阀腔，该阀腔内固定有阀芯座，所述阀芯座设有阀芯阀口和旁路通孔；所述电子膨胀阀还包括沿轴向运动而与所述阀芯阀口配合的阀针部件、及沿轴向运动而开启和关闭所述旁路通孔的活塞部件；所述电子膨胀阀还包括作为进口接管的横接管和作为出口接管的竖接管；
所述活塞部件与所述阀针部件处于所述阀芯座的同一侧，以便冷媒正向流动时，所述活塞部件关闭所述旁路通孔，冷媒经由该阀芯阀口流向竖接管一端，所述阀针部件沿轴向运动调节所述阀芯阀口的开度；冷媒逆向流动时，所述活塞部件沿轴向上移开启所述旁路通孔，冷媒经由该旁路通孔流向横接管一端。
优选地，所述阀芯座与所述阀座为分体结构，所述阀芯座固定连接于所述阀座的内壁上。
优选地，所述阀芯座包括本体部及套筒导向部；所述阀芯阀口和所述旁路通孔开设于所述本体部上，所述套筒导向部的下端包围所述阀芯阀口，所述阀针部件导向伸入该套筒导向部的内孔中与所述阀芯阀口配合。
优选地，所述活塞部件设有中心孔，该活塞部件以其中心孔可沿轴向活动套于所述套筒导向部的外壁上。
优选地，所述中心孔的内壁上与所述套筒导向部的外壁上，一者设有沿其轴向延伸的定位凹槽，另一者设有可在该定位凹槽中滑动的定位凸起部。
优选地，所述活塞部件朝向所述横接管的一侧切去一块形成缺口部。
优选地，所述套筒导向部的侧壁上开设有连通其内孔与所述阀腔的侧壁通孔。
优选地，所述活塞部件包括活塞本体部和沿该活塞本体部向上凸出的活塞导向部，所述中心孔贯穿所述活塞本体部和所述活塞导向部。
优选地，所述活塞导向部的侧壁上进一步设有与所述侧壁通孔对位的活塞侧孔。
优选地，所述电子膨胀阀还包括驱动所述阀针部件沿轴向运动的驱动部件，所述驱动部件包括丝杆及与该丝杆螺纹配合的螺母；
所述螺母的下部开设有导向孔，所述套筒导向部的上部以其外壁导向配合于所述导向孔中。
优选地，所述活塞部件的顶壁与所述螺母之间设有被压缩的弹性部件。
在现有技术的基础上，本发明所提供的电子膨胀阀的活塞部件与所述阀针部件处于所述阀芯座的同一侧，以便冷媒正向流动时，所述活塞部件关闭所述旁路通孔，冷媒经由该阀芯阀口流向竖接管一端，所述阀针部件沿轴向运动调节所述阀芯阀口的开度；冷媒逆向流动时，所述活塞部件沿轴向上移开启所述旁路通孔，冷媒经由该旁路通孔流向横接管一端。
当冷媒正向流动时，冷媒由横接管进入，由竖接管流出，因而横接管一端是高压区，竖接管一端是低压区，在系统压差力的作用下，活塞部件向下运动，从而关闭旁路通孔；然后，电子膨胀阀的驱动部件的驱动下，阀针部件沿轴向上下运动，从而调节阀芯阀口的开度，实现对冷媒流量进行调节的目的。
当冷媒逆向流动时，冷媒由竖接管进入，由横接管流出，因而竖接管一端是高压区，横接管一端是低压区，在系统压差力的作用下，活塞部件向上运动开启旁路通孔，冷媒经由该旁路通孔流向横接管一端，从而实现逆向导通的目的。
在上述结构中，由于活塞部件与所述阀针部件处于所述阀芯座的同一侧，亦即活塞部件和阀针部件均处于阀芯座的上侧，不是分别设于两侧，因而当冷媒正向流动时，阀针部件不会受到横接管一端高压力冷媒的冲击力，因而该阀针部件内设的缓冲弹簧的弹簧力可以设置较小，在冷媒高压状态下阀针部件易于密封阀芯阀口而不被顶开，在3.5MPa的冷媒压力下也能保持密封。
此外，在上述结构中，由于活塞部件处于阀芯座的上侧，亦即活塞部件设于阀腔中，活塞部件的行程充分利用阀芯座上方的阀腔，因而省却了背景技术中进口接管座和副阀室的结构设计，因而使得阀座的轴向尺寸得以减小。此外，在本发明中，活塞部件被顶开后，冷媒便可直接进入横接管一端，省却了现有技术中旁通流路的设计，因而可以减少流阻，同时，由于不需要设计旁通流路，因而阀座的径向尺寸也得以减小。
综上所述，本发明所提供的电子膨胀阀一方面能够保证在冷媒正向流动高压状态下阀针部件能够易于密封阀芯阀口，避免阀针部件被高压冷媒顶开；另一方面能够减少阀座的轴向和径向尺寸，并降低逆向流动时的流阻。
附图说明
图1为现有技术中空调制冷系统的工作原理示意图；
图2为现有技术中的电子膨胀阀正向进行流量调节时的结构示意图；
图3为现有技术中的电子膨胀阀逆向导通时的结构示意图；
图4为本发明第一种实施例中电子膨胀阀在冷媒正向流动时的结构示意图；
图5为本发明第一种实施例中电子膨胀阀在冷媒逆向流动时的结构示意图；
图6为图4和图5中电子膨胀阀的阀芯座的结构示意图；
图7为图6中阀芯座的剖视图；
图8为图4和图5中电子膨胀阀的活塞部件的结构示意图；
图9为本发明第二种实施例中电子膨胀阀在冷媒正向流动时的结构示意图；
图10为本发明第二种实施例中电子膨胀阀在冷媒逆向流动时的结构示意图；
图11为图9和图10中电子膨胀阀的活塞部件的结构示意图；
图12为图11中活塞部件的俯视图。
其中，图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
7'1四通阀；7'2室外换热器；7'3第一电子膨胀阀；7'4第一单向阀；7'5第二电子膨胀阀；7'6第二单向阀；7'7室内换热器；7'8压缩机；
20阀座；22阀芯座；22a阀口；72小孔；45进口接管座；60单向阀芯；17进口接管；16出口接管；24阀针；70旁通流路。
其中，图4至图12中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1阀座；11阀腔；
2阀芯座；21本体部；211阀芯阀口；212旁路通孔；22套筒导向部；221定位凹槽；222侧壁通孔；
3阀针部件；
4活塞部件；41中心孔；411定位凸起部；42缺口部；43活塞本体部；44活塞导向部；441活塞侧孔；
51横接管；52竖接管；
61丝杆；62螺母；
7弹性部件。
具体实施方式
本发明的核心为提供一种电子膨胀阀，该电子膨胀阀的结构设计一方面能够保证在冷媒正向流动高压状态下阀针部件能够易于密封阀芯阀口，避免阀针部件被高压冷媒顶开；另一方面能够减少阀座的轴向和径向尺寸，并降低逆向流动时的流阻。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图4和图5，图4为本发明第一种实施例中电子膨胀阀在冷媒正向流动时的结构示意图；图5为本发明第一种实施例中电子膨胀阀在冷媒逆向流动时的结构示意图。
在本发明第一种实施例中，如图4和图5所示，本发明所提供的电子膨胀阀包括阀座1，该阀座1设有阀腔11，该阀腔11内固定有阀芯座2，阀芯座2设有阀芯阀口211和旁路通孔212；电子膨胀阀还包括沿轴向运动而与阀芯阀口211配合的阀针部件3、及沿轴向运动而开启和关闭旁路通孔212的活塞部件4；电子膨胀阀还包括作为进口接管的横接管51和作为出口接管的竖接管52。
在上述结构的基础上，如图4和图5所示，活塞部件4与阀针部件3处于阀芯座2的同一侧，以便冷媒正向流动时，活塞部件4关闭旁路通孔212，冷媒经由该阀芯阀口211流向竖接管52一端，阀针部件3沿轴向运动调节阀芯阀口211的开度；冷媒逆向流动时，活塞部件4沿轴向上移开启旁路通孔212，冷媒经由该旁路通孔212流向横接管51一端。
当冷媒正向流动时，冷媒由横接管51进入，由竖接管52流出，因而横接管51一端是高压区，竖接管52一端是低压区，在系统压差力的作用下，活塞部件4向下运动，从而关闭旁路通孔212；然后，电子膨胀阀的驱动部件的驱动下，阀针部件3沿轴向上下运动，从而调节阀芯阀口211的开度，实现对冷媒流量进行调节的目的。
当冷媒逆向流动时，冷媒由竖接管52进入，由横接管51流出，因而竖接管52一端是高压区，横接管51一端是低压区，在系统压差力的作用下，活塞部件4向上运动开启旁路通孔212，冷媒经由该旁路通孔212流向横接管51一端，从而实现逆向导通的目的。
在上述结构中，由于活塞部件4与阀针部件3处于阀芯座2的同一侧，亦即活塞部件4和阀针部件3均处于阀芯座2的上侧，不是分别设于两侧，因而当冷媒正向流动时，阀针部件3不会受到横接管51一端高压力冷媒的冲击力，因而该阀针部件3内设的缓冲弹簧的弹簧力可以设置较小，在冷媒高压状态下阀针部件3易于密封阀芯阀口211而不被顶开，在3.5MPa的冷媒压力下也能保持密封。
此外，在上述结构中，由于活塞部件4处于阀芯座2的上侧，亦即活塞部件4设于阀腔11中，活塞部件4的行程充分利用阀芯座2上方的阀腔11，因而省却了背景技术中进口接管座和副阀室的结构设计，因而使得阀座1的轴向尺寸得以减小。此外，在本发明中，活塞部件4被顶开后，冷媒便可直接进入横接管51一端，省却了现有技术中旁通流路的设计，因而可以减少流阻，同时，由于不需要设计旁通流路，因而阀座1的径向尺寸也得以减小。
综上，本发明所提供的电子膨胀阀一方面能够保证在冷媒正向流动高压状态下阀针部件3能够易于密封阀芯阀口211，避免阀针部件3被高压冷媒顶开；另一方面能够减少阀座1的轴向和径向尺寸，并降低逆向流动时的流阻。
需要说明的是，在本发明中，如同于背景技术中的阀芯座2结构，阀芯座2可以与阀座1为一体结构，亦即在阀座1的内部通过车加工形成阀芯座2；当然，如图4和图5所示，阀芯座2与阀座1也可以为分体结构，阀芯座2固定连接于阀座1的内壁上，具体地，该阀芯座2通过其外周壁焊接于阀座1的内壁上。
在上述结构的基础上，可以对阀芯座2和活塞部件4的具体结构作出设计。比如，请参考图6、图7和图8，图6为图4和图5中电子膨胀阀的阀芯座的结构示意图；图7为图6中阀芯座的剖视图；图8为图4和图5中电子膨胀阀的活塞部件的结构示意图。
如图6和图7所示，阀芯座2包括本体部21及套筒导向部22；阀芯阀口211和旁路通孔212开设于本体部21上，套筒导向部22的下端包围阀芯阀口211，阀针部件3导向伸入该套筒导向部22的内孔中与阀芯阀口211配合。在该种结构设计中，套筒导向部22的内孔与阀芯阀口211可以一体加工形成，因而二者之间能够保持较好的同轴度，阀针部件3导向伸入套筒导向部22的内孔中，因而阀针部件3可以与阀芯阀口211保持较好的同轴度，进而具有优良的密封性能。此外，套筒导向部22还可以阻挡高压冷媒对阀针部件3的冲击，防止其发生偏心和径向颤动，保证密封性能的发挥。
进一步地，如图8所示，活塞部件4设有中心孔41，该活塞部件4以其中心孔41可沿轴向活动套于套筒导向部22的外壁上。该种结构设计可以对活塞部件4的轴向运动进行导向，防止其发生偏斜，从而保证密封性能的发挥。
此外，如图6和图8所示，中心孔41的内壁上与套筒导向部22的外壁上，一者设有沿其轴向延伸的定位凹槽221，另一者设有可在该定位凹槽221中滑动的定位凸起部411。并且，活塞部件4朝向横接管51的一侧切去一块形成缺口部42。
在上述结构中，该缺口部42的设计可以防止活塞部件4与横接管51发生干涉。此外，定位凹槽221和定位凸起部411的结构设计，可以防止活塞部件4沿周向发生转动，因而可以防止活塞部件4除去缺口部42之外的其他部位转到横接管51一端，从而与横接管51发生干涉。
进一步地，如图6和图7所示，套筒导向部22的侧壁上开设有连通其内孔与阀腔11的侧壁通孔222。在该种结构中，当冷媒逆向流动时，冷媒经过阀芯阀口211，经过套筒导向部22的内孔，再经过侧壁通孔222，进入阀腔11中，最后流入横接管51一端。
此外，如图4和图5所示，电子膨胀阀还包括驱动阀针部件3沿轴向运动的驱动部件，驱动部件包括丝杆61及与该丝杆61螺纹配合的螺母62；螺母62的下部开设有导向孔，套筒导向部22的上部以其外壁导向配合于导向孔中。在该种结构设计中，阀芯座2进一步由螺母62导向支撑，因而能够进一步提高阀针部件3与阀芯阀口211的同轴度，保证二者之间的密封性能。
进一步地，如图4和图5所示，活塞部件4的顶壁与螺母62之间设有被压缩的弹性部件7。具体地，螺母62的周向设有凸起部，该被压缩的弹性部件7的上端抵接于该凸起部上。当冷媒由逆向流动转为正向流动时，该弹性部件7的设计可以使得活塞部件4复位，关闭旁路通孔212。
此外，本发明还提供第二种实施例。具体地，请参考图9、图10、图11和图12，图9为本发明第二种实施例中电子膨胀阀在冷媒正向流动时的结构示意图；图10为本发明第二种实施例中电子膨胀阀在冷媒逆向流动时的结构示意图；图11为图9和图10中电子膨胀阀的活塞部件的结构示意图；图12为图11中活塞部件的俯视图。
在该第二种实施例中，电子膨胀阀的结构与上文介绍的第一种实施例中的电子膨胀阀的结构相同，因而在此不再赘述；所不同的是，在该第二种实施例中，如图11所示，活塞部件4包括活塞本体部43和沿该活塞本体部43向上凸出的活塞导向部44，中心孔41贯穿活塞本体部43和活塞导向部44。活塞导向部44的侧壁上进一步设有与侧壁通孔222对位的活塞侧孔441。
在上述结构中，活塞导向部44的设计可以对活塞部件4在轴向上的运动进行导向，使其沿轴向的运动更加平稳可靠，进而能够更加可靠地开启和关闭旁路通孔212。
以上对本发明所提供的一种电子膨胀阀进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种电子膨胀阀，包括阀座(1)，该阀座(1)设有阀腔(11)，该阀腔(11)内固定有阀芯座(2)，所述阀芯座(2)设有阀芯阀口(211)和旁路通孔(212)；所述电子膨胀阀还包括沿轴向运动而与所述阀芯阀口(211)配合的阀针部件(3)、及沿轴向运动而开启和关闭所述旁路通孔(212)的活塞部件(4)；所述电子膨胀阀还包括作为进口接管的横接管(51)和作为出口接管的竖接管(52)；其特征在于，
所述活塞部件(4)与所述阀针部件(3)处于所述阀芯座(2)的同一侧，以便冷媒正向流动时，所述活塞部件(4)关闭所述旁路通孔(212)，冷媒经由该阀芯阀口(211)流向竖接管(52)一端，所述阀针部件(3)沿轴向运动调节所述阀芯阀口(211)的开度；冷媒逆向流动时，所述活塞部件(4)沿轴向上移开启所述旁路通孔(212)，冷媒经由该旁路通孔(212)流向横接管(51)一端。
2.如权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀芯座(2)与所述阀座(1)为分体结构，所述阀芯座(2)固定连接于所述阀座(1)的内壁上。
3.如权利要求2所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀芯座(2)包括本体部(21)及套筒导向部(22)；所述阀芯阀口(211)和所述旁路通孔(212)开设于所述本体部(21)上，所述套筒导向部(22)的下端包围所述阀芯阀口(211)，所述阀针部件(3)导向伸入该套筒导向部(22)的内孔中与所述阀芯阀口(211)配合。
4.如权利要求3所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述活塞部件(4)设有中心孔(41)，该活塞部件(4)以其中心孔(41)可沿轴向活动套于所述套筒导向部(22)的外壁上。
5.如权利要求4所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述中心孔(41)的内壁上与所述套筒导向部(22)的外壁上，一者设有沿其轴向延伸的定位凹槽(221)，另一者设有可在该定位凹槽(221)中滑动的定位凸起部(411)。
6.如权利要求5所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述活塞部件(4)朝向所述横接管(51)的一侧切去一块形成缺口部(42)。
7.如权利要求3所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述套筒导向部(22)的侧壁上开设有连通其内孔与所述阀腔(11)的侧壁通孔(222)。
8.如权利要求7所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述活塞部件(4)包括活塞本体部(43)和沿该活塞本体部(43)向上凸出的活塞导向部(44)，所述活塞部件(4)的中心孔(41)贯穿所述活塞本体部(43)和所述活塞导向部(44)。
9.如权利要求8所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述活塞导向部(44)的侧壁上进一步设有与所述侧壁通孔(222)对位的活塞侧孔(441)。
10.如权利要求3至9任一项所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述电子膨胀阀还包括驱动所述阀针部件(3)沿轴向运动的驱动部件，所述驱动部件包括丝杆(61)及与该丝杆(61)螺纹配合的螺母(62)；
所述螺母(62)的下部开设有导向孔，所述套筒导向部(22)的上部以其外壁导向配合于所述导向孔中。
11.如权利要求10所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述活塞部件(4)的顶壁与所述螺母(62)之间设有被压缩的弹性部件(7)。
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