CN105674637A - 一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，在阀体内设有两个并联设置的制冷剂支路A和制冷剂支路B，制冷剂支路A和制冷剂支路B均由相通的进液阀腔、阀座孔及出液阀腔组成，当冷凝器出口压力与外界大气压之差增大时，制冷剂支路A阀门开度减小；当蒸发器入口压力与外界大气压之差增大时，制冷剂支路B阀门开度增大。制冷剂支路A与B的阀门开度各自基于对应压力差的变化而变化，互不影响。与现有技术相比，本发明无需电驱动，无需监测蒸发器出口过热度，制冷剂流量调节能力强，使用更为简单。

Description

一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀

技术领域

本发明涉及一种制冷剂节流元件，尤其是涉及一种适用于定频制冷或热泵系统的基于压差自调节的制冷剂膨胀阀。

背景技术

目前，制冷/热泵系统开始广泛使用变截面节流装置——膨胀阀，以克服定截面节流元件(孔板、节流短管、毛细管等)流量调节能力差，容易造成压缩机吸气带液的缺陷。

市场上常见的膨胀阀包括电子膨胀阀和热力膨胀阀两类。电子膨胀阀是利用被调节参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，以此调节阀门开度，调节系统供液量，维持系统稳定。热力膨胀阀则是依靠贴附在压缩机吸气管上的感温包来调整阀门开度。电子膨胀阀相比与热力膨胀阀调节精度高，范围宽，使用更加灵活，但是其价格贵，且属于易损元件。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，替代目前广泛使用于制冷/热泵系统的电子膨胀阀，以此降低成本、并简化制造工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，包括阀体，在阀体内设有两个并联设置的相互独立的制冷剂支路A和制冷剂支路B，

制冷剂支路A由相通的进液阀腔、阀座孔及出液阀腔组成，在阀座孔内设有阀芯，阀芯的一侧通过设在出液阀腔内的复位弹簧支撑，另一侧通过阀针与限位块及弹性金属膜片连接，所述的弹性金属膜片外侧为大气压力，内侧为进液阀腔内液体压力，

制冷剂支路B由相通的进液阀腔、阀座孔及出液阀腔组成，在阀座孔内设有阀芯，阀芯的一侧通过设在进液阀腔内的复位弹簧支撑，另一侧通过阀针与限位块及弹性金属膜片连接，所述的弹性金属膜片外侧为大气压力，内侧为出液阀腔内液体压力，

制冷剂支路A的进液阀腔与制冷剂支路B的进液阀腔同时与进液集管连通，制冷剂支路A的出液阀腔与制冷剂支路B的出液阀腔同时与出液集管连通，所述的进液集管与出液集管作为制冷剂膨胀阀的进出口。

本发明中，制冷剂支路A中：阀座孔为锥台结构，其窄口端与进液阀腔连通，其宽口端与出液阀腔连通，所述的阀芯为与阀座孔形状匹配的锥台结构；

制冷剂支路B中：阀座孔为锥台结构，其窄口端与进液阀腔连通，其宽口端与出液阀腔连通，所述的阀芯为与阀座孔形状匹配的锥台结构。

阀芯与阀座孔之间的间隙为制冷剂的流道，阀芯的上下移动改变阀芯与阀座孔之间的间隙为，即阀芯的上下移动调节阀座孔的开度，进而调节通过阀座孔的制冷剂流量。

本发明中，制冷剂支路A中：所述的进液阀腔上方设有开口，所述的限位块设在开口处，且可沿开口上下移动，所述的限位块里侧与阀针连接，所述的限位块外侧与弹性金属膜片连接；

制冷剂支路B中：所述的出液阀腔下方设有开口，所述的限位块设在开口处，且可沿开口上下移动，所述的限位块里侧与阀针连接，所述的限位块外侧与弹性金属膜片连接。

所述的限位块用于限制阀针的位移，使得阀芯处于一定的位移区间内。

本发明中，制冷剂支路A中：所述的弹性金属膜片边缘与膜盖及底盖通过螺栓连接，膜盖与底盖用于固定弹性金属膜片，在膜盖上开设有孔洞，使得弹性金属膜片外侧为大气压力，限位块承受的进液阀腔内液体压力传递给弹性金属膜片；

制冷剂支路B中：所述的弹性金属膜片边缘与膜盖及底盖通过螺栓连接，膜盖与底盖用于固定弹性金属膜片，在膜盖上开设有孔洞，使得弹性金属膜片外侧为大气压力，限位块承受的出液阀腔内液体压力传递给弹性金属膜片。

弹性金属膜片内外压差使其发生弹性形变。

本发明中，制冷剂支路A中，所述的阀芯内开设有轴向通孔，在正常状态下，所述的阀针插接在轴向通孔内，使轴向通孔封闭，当弹性金属膜片通过限位块带动阀针向上移动脱离阀芯时，阀芯轴向通孔成为连通进液阀腔与出液阀腔的节流通道，使得膨胀阀能够继续供液，保证系统正常工作。

优选地，本发明中，所述的阀芯下方设有限制阀芯向阀座孔内深入过深的起到限位作用的凸台。

优选地，本发明中，制冷剂支路A中，所述的限位块上设有防止限位块进入到进液阀腔内的起限位作用的凸台，制冷剂支路B中，所述的限位块上设有防止限位块进入到出液阀腔内的起限位作用的凸台。

优选地，两个制冷剂支路中的膜盖分别位于阀体相对的两侧面。也可以将两个制冷剂支路中的膜盖位于阀体同一侧面。

本发明中，所述的复位弹簧与阀芯通过螺栓相连，当系统停止工作时使阀芯复位。

本发明中，所述的进液集管与出液集管可由开设在阀体内的进液通道与出液通道代替。

本发明的制冷剂膨胀阀使用时连接在冷凝器与蒸发器之间，具体为：制冷剂膨胀阀的进液集管与冷凝器出口通过制冷剂管路连接，制冷剂膨胀阀的出液集管与蒸发器进口通过制冷剂管路连接，在蒸发器出口与冷凝器进口之间通过制冷剂管路连接有压缩机。

本发明的制冷剂膨胀阀使用时，制冷剂支路A用于调节冷凝压力(冷凝温度)变化带来的系统流量的变化特性；制冷剂支路B用于调节蒸发压力(蒸发温度)变化带来的系统流量的变化特性。两条支路分别作用，互不影响，共同作用于系统流量的整体变化。

本发明中，通过制冷剂支路A与制冷剂支路B的流量完全基于压力差的变化而变化，是一种单纯基于压差自调节流量的阀门。

本发明的制冷剂膨胀阀的功能为：根据热泵系统在不同工况下，蒸发器和冷凝器内与外界大气压的压力差变化来调整阀门开度，进而调整系统流量，维持热泵系统的稳定，避免因为冷凝温度或环境温度(蒸发温度)变化对系统流量的影响带来的压缩机吸气带液现象。

基于压差自调节的制冷剂膨胀阀工作原理为：

制冷剂支路A中的流量由冷凝器出口压力与外界大气压之差控制。该压力差使得弹性金属膜片发生形变，带动阀针上下移动，进而调节阀座孔的开度。压差增大时，弹性金属膜片向大气侧形变，带动阀针向大气侧移动，制冷剂支路A中阀座孔开度减小，制冷剂支路A制冷剂流量下降；压差减小时，弹性金属膜片向液体侧形变，带动阀针向阀内液体侧移动，制冷剂支路A中阀座孔开度增大，制冷剂支路A制冷剂流量上升。当冷凝器压力过大超过设定范围时，阀座孔与阀芯间的节流关闭，由于冷凝器出口压力和外界大气压的作用，弹性金属膜片仍然向大气侧形变，带动阀针向大气侧移动，使阀芯内的轴向通孔开启，成为节流通道，继续供液，保证系统正常工作。

制冷剂支路B中的制冷剂流量由蒸发器进口压力与外界大气压之差控制。压差增大时，制冷剂支路B中阀座孔开度增大，制冷剂支路B中制冷剂流量增大；压差减小，制冷剂支路B中阀座孔开度减小，制冷剂支路B制冷剂流量减小。其控制原理与制冷剂支路A相同。

本发明与传统电子膨胀阀和热力膨胀阀的主要区别在于：

(1)本发明由并联的两条制冷剂支路组合而成，传统的膨胀阀仅有唯一的制冷剂流道。

(2)本发明两个自平衡式调压阀门的开度由冷凝压力和蒸发压力分别调节，而传统膨胀阀的开度通常取决于吸气过热度。

(3)本发明使用蒸发、冷凝压力与外界大气压的压力差作为开度调节的控制信号，电子膨胀阀使用电信号进行调节，热力膨胀阀使用感温包反馈的压力信号进行调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明可以快速响应高低温环境温度(或者冷凝温度和蒸发温度)的变化，控制更高效，流量调节能力强。

(2)本发明无需监测蒸发器出口过热度，省去了温度传感器，成本低且安装更为简单。

(3)本发明无需电驱动即可实现流量调节。

附图说明

图1为基于压差自调节的膨胀阀的结构图；

图2为基于压差自调节的膨胀阀的系统装配实例图。

图中：1、27为膜盖，2、26为弹性金属膜片，3、24为限位块，4、25为底盖，5、13、19为阀体，6、17为进液阀腔，12、22为出液阀腔，7、23为阀针，8、20为阀芯，9为进液集管，29为出液集管，10、15、16、28为连接管，11、18为阀座孔，14、21为复位弹簧，30为螺栓，31为蒸发器，32为压缩机，33为冷凝器，34为制冷剂膨胀阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，如图1所示，包括阀体，图中5、13、19均为阀体的一部分，本实施例中阀门为整体结构，根据需要也可以采用分体连接结构，在阀体内设有两个并联设置的制冷剂支路A和制冷剂支路B，

制冷剂支路A由相通的进液阀腔6、阀座孔11及出液阀腔12组成，在阀座孔11内设有阀芯8，阀芯8的一侧通过设在出液阀腔12内的复位弹簧14支撑，另一侧通过阀针7与限位块3及弹性金属膜片2连接。具体而言，制冷剂支路A中，阀座孔11为锥台结构，其窄口端与进液阀腔6连通，其宽口端与出液阀腔12连通，阀芯8为与阀座孔11形状匹配的锥台结构；进液阀腔6上方设有开口，限位块3设在开口处，且可沿开口上下移动，限位块3里侧与阀针7连接，限位块3外侧与弹性金属膜片2连接；弹性金属膜片2边缘与膜盖1及底盖4通过螺栓连接，膜盖1与底盖4用于固定弹性金属膜片2，在膜盖1上开设有孔洞，使得弹性金属膜片2外侧为大气压力，限位块3承受的进液阀腔6内液体压力传递给弹性金属膜片2；

制冷剂支路A中，阀芯8内开设有轴向通孔，在正常状态下，阀针7插接在轴向通孔内，使轴向通孔封闭，当弹性金属膜片2通过限位块3带动阀针7向上移动脱离阀芯8时，阀芯8轴向通孔成为连通进液阀腔6与出液阀腔12的节流通道，使得膨胀阀能够继续供液，保证系统正常工作。

制冷剂支路B由相通的进液阀腔17、阀座孔18及出液阀腔22组成，在阀座孔18内设有阀芯20，阀芯20的一侧通过设在进液阀腔17内的复位弹簧21支撑，另一侧通过阀针23与限位块24及弹性金属膜片26连接。具体而言，制冷剂支路B中，阀座孔18为锥台结构，其窄口端与进液阀腔17连通，其宽口端与出液阀腔22连通，阀芯20为与阀座孔18形状匹配的锥台结构，出液阀腔22下方设有开口，限位块24设在开口处，且可沿开口上下移动，限位块24里侧与阀针23连接，限位块24外侧与弹性金属膜片26连接，弹性金属膜片26边缘与膜盖27及底盖25通过螺栓连接，膜盖27与底盖25用于固定弹性金属膜片26，在膜盖27上开设有孔洞，使得弹性金属膜片26外侧为大气压力，限位块24承受的出液阀腔22内液体压力传递给弹性金属膜片26。

制冷剂支路A的进液阀腔6与制冷剂支路B的进液阀腔17同时通过连接管10、连接管16与进液集管9连通，制冷剂支路A的出液阀腔12与制冷剂支路B的出液阀腔22同时通过连接管15、连接管28与出液集管29连通，进液集管9与出液集管29作为制冷剂膨胀阀的进出口。连接管10、15、16、28也可以由设置在阀体内部的通道代替。进液集管9与出液集管29可由开设在阀体内的进液通道与出液通道代替。

对于制冷剂支路A和制冷剂支路B而言，阀芯与阀座孔之间的间隙为制冷剂的流道，阀芯的上下移动改变阀芯与阀座孔之间的间隙为，即阀芯的上下移动调节阀座孔的开度，进而调节通过阀座孔的制冷剂流量。

其中，限位块3与限位块24用于限制阀针7或阀针23的位移，使得阀芯8或阀芯20处于一定的位移区间内。弹性金属膜片26内外压差使其发生弹性形变。阀芯下方设有限制阀芯向阀座孔内深入过深的起到限位作用的凸台。制冷剂支路A中，限位块3上设有防止限位块进入到进液阀腔6内的起限位作用的凸台，制冷剂支路B中，限位块24上设有防止限位块24进入到出液阀腔24内的起限位作用的凸台。

本实施例中，膜盖1与膜盖27位于阀体相对的两侧面。也可以将膜盖1与膜盖27位于阀体同一侧面。复位弹簧与阀芯通过螺栓相连，复位弹簧另一端通过螺栓30与阀体连接，当系统停止工作时使阀芯复位。

本发明的制冷剂膨胀阀使用时连接在冷凝器33与蒸发器31之间，具体为：制冷剂膨胀阀34的进液集管9与冷凝器33出口通过制冷剂管路连接，制冷剂膨胀阀的出液集管29与蒸发器31进口通过制冷剂管路连接，在蒸发器31出口与冷凝器33进口之间通过制冷剂管路连接有压缩机32。

本发明的制冷剂膨胀阀使用时，制冷剂支路A用于调节冷凝压力(冷凝温度)变化带来的系统流量的变化特性；制冷剂支路B用于调节蒸发压力(蒸发温度)变化带来的系统流量的变化特性。两条支路分别作用，互不影响，共同作用于系统流量的整体变化。

基于压差自调节的膨胀阀的工作流程为，从冷凝器33流出的制冷剂经进液集管9，分流到连接管10、16，经基于压差自调节的制冷剂膨胀阀的作用，经制冷剂支路A的制冷剂经连接管15，经制冷剂支路B的制冷剂经连接管28，汇入出液集管29后，流入蒸发器31，后经压缩机32作用，流回冷凝器33，完成整个循环。

其中，制冷剂支路A，从冷凝器33流出的制冷剂经进液集管9分流到连接管10进入进液阀腔6，经可调开度的阀座孔11，进入出液阀腔12，经连接管15，汇入出液集管29，进入蒸发器31。其中阀座孔11的开度受阀门上部弹性金属膜片2上下压力差的控制。当冷凝器出口的压力发生变化时，进液阀腔6内的压力随之发生变化，假定弹性金属膜片上部的大气压力恒定，膜片上下两端的压力差也发生变化。当冷凝器出口压力增大时，进液阀腔6内压力增大，推动限位块3向大气侧移动，膜片向上弹性形变，拉动阀针7上移，阀芯8随之上移，阀座孔11的开度减小，经阀座孔11的制冷剂流量减小，即经过制冷剂支路A的流量减小。同理，当制冷剂出口的压力减小时，进液阀腔6内压力减小，膜片弹性形变减弱，阀针7上移位移减小，阀座孔11的开度增大，经阀座孔11的制冷剂流量增加，即经过制冷剂支路A的流量增大。当冷凝器压力过大超过设定范围时，阀座孔11与阀芯8间的节流关闭，由于冷凝器出口压力和外界大气压的作用，弹性金属膜片2仍然向大气侧形变，带动阀针7向大气侧移动，使阀芯8内的轴向通孔开启，成为节流通道，继续供液，保证系统正常工作。

其中，制冷剂支路B，从冷凝器33流出的制冷剂经进液集管9分流到连接管16进入进液阀腔17，经可调开度的阀座孔18，进入出液阀腔22，经连接管28，汇入出液集管29，进入蒸发器31。其中阀座孔18的开度受阀门上部弹性金属膜片26上下压力差的控制。当蒸发器进口的压力发生变化时，即连接管28内压力发生变化时，出液阀腔22内的压力随之发生变化，假定弹性金属膜片上部的大气压力恒定，膜片上下两端的压力差也发生变化。当蒸发器进口压力增大时，出液阀腔22内压力增大，膜片向上弹性形变，拉动阀针23向空气侧移动，阀芯20随之上移，阀座孔18的开度增大，经阀座孔18的制冷剂流量增加，即经过支路B的制冷剂流量增加。同理，当制冷剂出口的压力减小时，出液阀腔22内压力减小，膜片弹性形变减弱，阀针23向空气侧位移减小，阀座孔18的开度减小，经阀座孔18的制冷剂流量减小，即经过制冷剂支路B的流量减小。当系统停止工作时，复位弹簧21作用于阀芯20，使其复位。

本文中使用“A”、“B”等词语来限定部件，本领域技术人员应该知晓：“A”、“B”等词语的使用仅仅是为了便于描述上对部件进行区别。如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，包括阀体，其特征在于，在阀体内设有两个并联设置的相互独立的制冷剂支路A和制冷剂支路B，

制冷剂支路A由相通的进液阀腔(6)、阀座孔(11)及出液阀腔(12)组成，在阀座孔(11)内设有阀芯(8)，阀芯(8)的一侧通过设在出液阀腔(12)内的复位弹簧(14)支撑，另一侧通过阀针(7)与限位块(3)及弹性金属膜片(2)连接，所述的弹性金属膜片(2)外侧为大气压力，内侧为进液阀腔(6)内液体压力，

制冷剂支路B由相通的进液阀腔(17)、阀座孔(18)及出液阀腔(22)组成，在阀座孔(18)内设有阀芯(20)，阀芯(20)的一侧通过设在进液阀腔(17)内的复位弹簧(21)支撑，另一侧通过阀针(23)与限位块(24)及弹性金属膜片(26)连接，所述的弹性金属膜片(26)外侧为大气压力，内侧为出液阀腔(22)内液体压力，

制冷剂支路A的进液阀腔(6)与制冷剂支路B的进液阀腔(17)同时与进液集管(9)连通，制冷剂支路A的出液阀腔(12)与制冷剂支路B的出液阀腔(22)同时与出液集管(29)连通，所述的进液集管(9)与出液集管(29)作为制冷剂膨胀阀的进出口。

2.根据权利要求1所述的一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，其特征在于，

制冷剂支路A中：阀座孔(11)为锥台结构，其窄口端与进液阀腔(6)连通，其宽口端与出液阀腔(12)连通，所述的阀芯(8)为与阀座孔(11)形状匹配的锥台结构；

制冷剂支路B中：阀座孔(18)为锥台结构，其窄口端与进液阀腔(17)连通，其宽口端与出液阀腔(22)连通，所述的阀芯(20)为与阀座孔(18)形状匹配的锥台结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，其特征在于，

制冷剂支路A中：所述的进液阀腔(6)上方设有开口，所述的限位块(3)设在开口处，且可沿开口上下移动，所述的限位块(3)里侧与阀针(7)连接，所述的限位块(3)外侧与弹性金属膜片(2)连接；

制冷剂支路B中：所述的出液阀腔(22)下方设有开口，所述的限位块(24)设在开口处，且可沿开口上下移动，所述的限位块(24)里侧与阀针(23)连接，所述的限位块(24)外侧与弹性金属膜片(26)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，其特征在于，

制冷剂支路A中：所述的弹性金属膜片(2)边缘与膜盖(1)及底盖(4)连接，膜盖(1)与底盖(4)用于固定弹性金属膜片(2)，在膜盖(1)上开设有孔洞，使得弹性金属膜片(2)外侧为大气压力，限位块(3)承受的进液阀腔(6)内液体压力传递给弹性金属膜片(2)；

制冷剂支路B中：所述的弹性金属膜片(26)边缘与膜盖(27)及底盖(25)连接，膜盖(27)与底盖(25)用于固定弹性金属膜片(26)，在膜盖(27)上开设有孔洞，使得弹性金属膜片(26)外侧为大气压力，限位块(24)承受的出液阀腔(22)内液体压力传递给弹性金属膜片(26)。

5.根据权利要求4所述的一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，其特征在于，所述的膜盖(1)与膜盖(27)位于阀体相对的两侧面。

6.根据权利要求1所述的一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，其特征在于，制冷剂支路A中，所述的阀芯(8)内开设有轴向通孔，在正常状态下，所述的阀针(7)插接在轴向通孔内，使轴向通孔封闭，当弹性金属膜片(2)通过限位块(3)带动阀针(7)向上移动脱离阀芯(8)时，阀芯(8)轴向通孔成为连通进液阀腔(6)与出液阀腔(12)的节流通道，使得膨胀阀能够继续供液，保证系统正常工作。

7.根据权利要求1所述的一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，其特征在于，所述的进液集管(9)与出液集管(29)可由进液通道与出液通道代替。

8.根据权利要求1所述的一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，其特征在于，所述的制冷剂膨胀阀连接在冷凝器(33)与蒸发器(31)之间，

制冷剂膨胀阀的进液集管(9)与冷凝器(33)通过制冷剂管路连接，制冷剂膨胀阀的出液集管(29)与蒸发器(31)通过制冷剂管路连接，在蒸发器(31)与冷凝器(33)之间通过制冷剂管路连接有压缩机(32)。

9.根据权利要求8所述的一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，其特征在于，制冷剂支路A用于调节冷凝压力或冷凝温度变化带来的系统流量的变化特性；制冷剂支路B用于调节蒸发压力或蒸发温度变化带来的系统流量的变化特性，两条支路分别作用，互不影响，共同作用于系统流量的整体变化。

10.根据权利要求9所述的一种基于压差自调节的制冷剂膨胀阀，其特征在于，当冷凝器出口压力与外界大气压之差增大时，制冷剂支路A阀门开度减小；当蒸发器入口压力与外界大气压之差增大时，制冷剂支路B阀门开度增大。