CN115183013B - 一种制冷剂调节阀 - Google Patents

Abstract

一种制冷剂调节阀，包括：阀体，阀体具有独立的第一通道，以及互相连通的第二通道和第三通道；感压包，感压包设置于第一通道内，其根据第一通道内的压力变化调整自身长度；第一阀芯，第一阀芯设置于感压包上，且第一阀芯从第一通道伸入并贯穿第二通道；第二阀芯，第二阀芯伸入并贯穿第三通道。其中，第一阀芯跟随感压包长度的变化而改变其伸入到第二通道内的长度，以此控制第二通道的开度；第二阀芯通过外部控制改变其伸入到第三通道内的长度，以此控制第三通道的开度。本发明通过机械力及电磁力的平衡实现阀芯开度变化及流量控制，具有不依赖于反馈控制进行主动流量调节的能力，能够有效降低系统复杂度。

Description

一种制冷剂调节阀

技术领域

本发明涉及一种车载调节阀，更具体地说，涉及一种制冷剂调节阀。

背景技术

电动汽车动力电池在高温情况下会发生热失控并导致自燃等严重后果。通过电池制冷液与制冷剂间接换热对冷却液降温，并流入电池包进行换热的循环冷却方式为现有电池冷却的主流方案。

现有电动汽车大部分均使用间接式冷却系统对电池进行冷却，避免由于内部高温造成的电池热失控。间接式冷却系统由压缩机制冷剂并通过室外热交换及节流，产生低温制冷剂并流入板式热交换器内与电池冷却液进行热交互。制冷系统同时也负责舱内空调系统的冷却需求。图1所示为间接式冷却系统与制冷空调系统的系统原理图。

在图1所示的结构中，低温制冷剂与电池冷却液在板式换热器中进行热交换，板式换热器内部通过不同制冷剂及电池冷却液在换热器内部不同隔层内流过并进行热交换，低温制冷剂流入并吸热蒸发，使电池冷却液降温并循环回电池包中对电池芯体进行冷却。

具体而言，如图1所示，低温制冷剂从室外换热器30流出之后，分两路分别进入两个不同的制冷剂调节阀20中，两个制冷剂调节阀20分别控制制冷剂流入板式热交换器40和乘员舱空调器50的流量。制冷剂在板式热交换器40和乘员舱空调器50内部经过换热之后，低温制冷剂吸热蒸发，两路制冷剂合并汇入气液分离器，最终进入压缩机。

由于电池冷却温度要求控制在一定范围内，需要根据电池入口温度进行低温制冷剂流量调节，实现电池冷却液的温度控制，现有制冷剂调节阀主要为电子膨胀阀。

电子膨胀阀属于主动调节，需要热管理控制器通过电池冷却液出口温度反馈信号输出控制信号，并带动阀芯开启或关闭，到达流量调节作用，其控制流程如图2所示。

参照图2，在现有的控制方法流程中，首先检测目标冷却液的温度，其次利用控制器控制电子膨胀阀的开度，以此控制制冷剂流量的变化。之后，再一次检测冷却液温度。当冷却液温度不满足预设条件时，利用控制器调整电子膨胀阀的开度，直至最终的冷却液温度满足预设条件。

如图2所示，现有的控制方式需要控制器、传感器及控制软件配合，造成应用成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的制冷剂、冷却液换热系统需要复杂的传感器和控制器控制，其结构复杂成本高的问题，本发明提供一种制冷剂调节阀，至少能够降低系统复杂度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制冷剂调节阀，包括：阀体，阀体具有独立的第一通道，以及互相连通的第二通道和第三通道；感压包，感压包设置于第一通道内，其根据第一通道内的压力变化调整自身长度；第一阀芯，第一阀芯设置于感压包上，且第一阀芯从第一通道伸入并贯穿第二通道；第二阀芯，第二阀芯伸入并贯穿第三通道。其中，第一阀芯跟随感压包长度的变化而改变其伸入到第二通道内的长度，以此控制第二通道的开度；第二阀芯通过外部控制改变其伸入到第三通道内的长度，以此控制第三通道的开度。

根据本发明的一种实施方式，感压包的外壁为波纹管结构，其内部包括第一弹性部件，第一弹性部件根据第一通道内的压力伸长或缩短。

根据本发明的一种实施方式，还包括：壳体，壳体连接至阀体，且壳体内部包括衔铁芯、动铁芯、第二弹性部件；衔铁芯设置于壳体顶部，动铁芯设置于壳体底部，衔铁芯和动铁芯之间设置第二弹性部件。其中，第二阀芯固定连接至动铁芯，且可以跟随动铁芯在第二弹性部件的作用下往复运动。

根据本发明的一种实施方式，还包括电磁线圈，电磁线圈设置于壳体外侧，且电磁线圈上可施加PWM电压，使得电磁线圈驱动动铁芯按照一定的占空比时间做往复运动。

根据本发明的一种实施方式，还包括调节底座，调节底座设置于感压包底部，且位于阀体的外壁上，调节底座调节感压包的开度。

根据本发明的一种实施方式，第一通道内流经气态低压制冷剂，第二通道流入高温高压液态制冷剂，第三通道流出低温低压混合态制冷剂。

根据本发明的一种实施方式，第一通道连接电池制冷剂出口至压缩机吸气口，所述第二通道连接车辆的室外换热器出口，所述第三通道连接电池热交换器。

根据本发明的一种实施方式，第一通道、第二通道和第三通道互相平行，第二通道与第一垂直通道互相垂直连接，第二通道和第三通道通过第二垂直通道互相连接。第一阀芯设置于第一垂直通道内，第二阀芯设置于第二垂直通道内。

根据本发明的一种实施方式，第二通道的入口设置于阀体边缘，第三通道的出口设置于阀体边缘，第二通道的出口连通第三通道的入口。

根据本发明的一种实施方式，第二通道的直径小于第二通道入口的直径，第三通道的直径小于第三通道出口的直径。

在上述技术方案中，本发明通过在制冷剂调节阀集成压力应变部件及电磁力驱动部件，通过机械力及电磁力的平衡实现阀芯开度变化及流量控制，具有不依赖于反馈控制进行主动流量调节的能力，能够有效降低系统复杂度。

附图说明

图1是现有的制冷剂、冷却液换热的结构示意图；

图2是现有的换热控制方法；

图3是本发明制冷剂调节阀的结构示意图；

图4是本发明制冷剂调节阀的制冷剂流动示意图。

图中：

1-壳体，2-衔铁芯，3-电磁线圈，4-第二弹性部件，5-阀体，6-动铁芯，7-第二阀芯（电磁阀芯），8-第一阀芯（压力调节阀芯），9-感压包，10-调节底座，11-第一弹性部件；

T1-第一通道，T2-第二通道，T3-第三通道；

20-制冷剂调节阀，30-室外换热器，40-板式热交换器，50-乘员舱空调器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进一步作清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例用来作为解释本发明技术方案之用，并非意味着已经穷举了本发明所有的实施方式。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的核心目的是设计一款能够结合在现有车辆制冷系统中的制冷剂流量阀来替代电子膨胀阀，以此降低系统成本及应用难度。

参照图3和图4，本发明首先公开一种制冷剂调节阀，该调节阀应用于车辆的热管理系统中，其主要包括：阀体5、感压包9、第一阀芯8、第二阀芯7、壳体1、电磁线圈3、调节底座10等部件。其中，壳体1内部又进一步包括衔铁芯2、动铁芯6、第二弹性部件4等。

如图3和图4所示，阀体5是本发明制冷剂调节阀的主体结构，其与一般的阀基座类似，是一个带有开口的封闭式结构。作为本发明的一种优选实施方式，阀体5通常采用圆柱体、长方体等规则形状。

阀体5内部具有三个供制冷剂流动的通道，分别是第一通道T1、第二通道T2和第三通道T3。其中，第一通道T1是阀体5内部的一个独立通道，其与第二通道T2、第三通道T3互相隔离，即第一通道T1和第二通道T2之间、第一通道T1和第三通道T3之间并不互通。第二通道T2和第三通道T3互相连通。

如图4所示，作为本发明的一种优选实施方式，第一通道T1在结构上为设置于阀体5底部的一个贯穿性通道，第一通道T1的入口和出口分别位于阀体5的边缘，使得第一通道T1形成在阀体5内部下方的一个直通道。

继续参照图3和图4，第二通道T2和第三通道T3是互相连通的，第二通道T2的入口设置于阀体5的边缘，其出口连接第三通道T3的入口，而第三通道T3的出口设置于阀体5的边缘。

作为本发明的一种优选实施方式，第二通道T2的直径小于第二通道T2入口的直径，第三通道T3的直径小于第三通道T3出口的直径，以此形成两端开口大，中间管径小的通道结构。

继续如图3和图4所示，根据本发明的一种实施方式，第一通道T1、第二通道T2和第三通道T3互相平行，第二通道T2位于第一通道T1的上方，而第三通道T3又位于第二通道T2的上方。此外，第二通道T2与第一垂直通道互相垂直连接，第二通道T2和第三通道T3通过第二垂直通道互相连接。

继续如图3和图4所示，第一阀芯8设置于第一垂直通道内，第二阀芯7设置于第二垂直通道内。第一阀芯8可以在第一垂直通道内上下运动，但第一垂直通道并不使得第一通道T1和第二通道T2互相连通，两者之间仍保持隔离的状态。另一方面，第二阀芯7可以在第二垂直通道内上下运动，但该运动可以选择性地使第二通道T2和第三通道T3互相连通，即第二阀芯7向上运动到一定位置时，第二通道T2和第三通道T3互相连通，但第二阀芯7向下运动到一定位置时，第二通道T2和第三通道T3被第二阀芯7阻隔。

作为本发明的一种优选实施方式，第一阀芯8的顶部为尖端，与第一阀芯8的顶部相配合，第一垂直通道的顶部也形成带有尖端的形状。同样的，第二阀芯7的底部为尖端，与第二阀芯7的底部相配合，第二垂直通道的底部也形成带有尖端的形状。此外，第一阀芯8可以是压力调节阀芯，其通过第一通道T1内的压力变化来控制第二通道T2的开启/关闭。

如图3和图4所示，感压包9设置于第一通道T1内，其可以根据第一通道T1内的压力变化调整自身长度。感压包9的顶部为平坦结构，第一阀芯8设置于感压包9顶部的平坦位置处，且第一阀芯8从第一通道T1伸入并贯穿第二通道T2。

作为本发明的一种优选实施方式，如图3所示，感压包9的外壁为波纹管结构，其内部包括第一弹性部件11，第一弹性部件11根据第一通道T1内的压力伸长或缩短。感压包9外壁的波纹管结构使得感压包9长度可变，即能够处于伸展或被压缩的状态，如此，第一阀芯8能够相应跟随感压包9长度的变化而改变其伸入到第二通道T2内的长度，从而控制第二通道T2的开度。在本发明中，第一弹性部件11优选为弹簧，但本发明并不以此为限。

与现有技术不同的是，本发明的感压包9是一个机械结构，其不需要过多复杂的信号传输与闭环控制。相比之下，现有技术通常采用电子膨胀阀进行制冷剂流量控制，实现制冷回路通断及水温控制的功能，其基本思路均是当水温较高情况下，加大膨胀阀开度实现制冷剂流量升高并提高换热能力。因此，本发明的感压包9在实现相同功能的前提下，其结构简化上显然优于电子膨胀阀，并且鲁棒性（Robustness，表示当一个控制系统中的参数或外部环境发生变化(摄动) 时,系统能否保持正常工作的一种特性或属性）高，不易出错。

例如，当第一通道T1内的流体压力增大时，感压包9受到的下压力相应变大，相当于第一弹性部件11被下压。此时，感压包9整体被“压缩”，从而导致连接在感压包9顶部的第一阀芯8相应地向下运动。当第一通道T1内的流体压力增大到一定阈值时，即当感压包9被“压缩”到一定程度时，第一阀芯8同样下移到相应程度，使得第二通道T2处在导通的状态。

同理，当第一通道T1内的流体压力减小时，感压包9受到的下压力相应变小，相当于第一弹性部件11回弹。此时，感压包9整体“伸展”，从而导致连接在感压包9顶部的第一阀芯8相应地向上运动。当第一通道T1内的流体压力减小到一定阈值时，即当感压包9“伸展”到一定程度时，第一阀芯8同样上移到相应程度，使得第二通道T2处在被第一阀芯8截断（关闭）的状态。

继续如图3所示，调节底座10设置于感压包9底部，且位于阀体5的外壁上，调节底座10能够调节感压包9的开度。作为本发明的一种优选实施方式，调节底座10为调节螺钉。通过调节底座10，用户可以在阀体5的外壁上利用调节螺钉来调节第一弹性部件11的可伸缩程度，即能够调节上述第一通道T1内流体压力的阈值。

现有技术采用电子膨胀阀，但电子膨胀阀方案需要配合传感器、控制电路及控制算法实现主动调节，需要大量调试标定，应用成本较高。相比之下，本发明只需要通过调节底座10就可以对感压包9的开度进行调整，而且该调整可以直接在阀体5的外壁上开展，不需要信号调试和标定，也不需要打开阀体。因此，本发明在阀的开度调节上也比电子膨胀阀更简单。

继续参照图3和图4，阀体5的上方位置还连接有壳体1。作为本发明的一种优选实施方式，壳体1为一个中空的圆柱体部件，其内部设置衔铁芯2、动铁芯6和第二弹性部件4，其外侧环绕有电磁线圈3。在本发明中，第二弹性部件4优选为弹簧，但本发明并不以此为限。

在壳体1内部，衔铁芯2设置于壳体1顶部，动铁芯6设置于壳体1底部，衔铁芯2和动铁芯6之间设置第二弹性部件4。第二阀芯7的顶端伸入到壳体1内部并固定连接至动铁芯6，且第二阀芯7可以跟随动铁芯6在第二弹性部件4的作用下往复运动。

在壳体1外侧，电磁线圈3上可施加PWM电压，使得电磁线圈3驱动动铁芯6按照一定的占空比时间做往复运动。电磁线圈3施加PWM电压时，电磁线圈3使得衔铁芯2产生/改变磁力，从而使得衔铁芯2对动铁芯6按照一定周期的时间间隔产生吸力/斥力。通过PWM电压，动铁芯6能够产生一个周期性、上下方向的往复运动，以此带动第二阀芯7也相应产生周期性、上下方向的往复运动。第二阀芯7伸入并贯穿第三通道T3，并且第二阀芯7通过上述的外部控制改变其伸入到第三通道T3内的长度，以此控制第三通道T3的开度及其时间。

参照图3和图4，第一通道T1连接电池制冷剂口至压缩机吸气回路，第二通道T2连接车辆的室外换热器出口，第三通道T3连接车辆的电池冷却器。在各个通道内部，第一通道T1内流经气态低压制冷剂，第二通道T2流入高温高压液态制冷剂，第三通道T3流出低温低压混合态制冷剂。

作为本发明的一种优选实施方式，如图4所示，气态低压制冷剂沿着箭头所示方向进入第一通道T1，高温高压液态制冷剂沿着箭头所述方向进入第二通道T2，低温低压混合态制冷剂沿着箭头方向流出第三通道T3。

本发明通过将阀体5的三个通道分别连接不同的车载回路，使得第一通道T1、第二通道T2、第三通道T3中分别流入/流出不同温度、压力状态的制冷剂。其中，第一通道T1内的制冷剂压力通过机械结构构成了第二通道T2、第三通道T3开启与否的“开关”，其控制第一阀芯8起到了整个制冷剂调节阀“总开关”的作用。在第一通道T1内的制冷剂压力控制第一阀芯8打开的前提下，PWM电压的占空比起到了第二通道T2、第三通道T3开度/时间的“开关”，其控制第二阀芯7起到了整个制冷剂调节阀“开关截流”的控制。

结合图3、图4所示，本发明所公开的制冷剂调节阀的工作状态如下所示：

通过在阀体5内第一通道T1靠近出口位置安装机械感压包9，带动第一阀芯8并实现阀芯开度调整。当冷却液出口水温过低情况下，制冷剂温度压力较低，感压包9伸展并推动第一阀芯8关闭第二通道T2。反之，当水温过高情况下，制冷剂温度压力较高，机械感压包9被压缩并带动第一阀芯8开启第二通道T2。

在本发明中，第一阀芯8和第二阀芯7的控制是互相独立的，分别通过感压包9和电磁线圈3来控制，两者之间互不影响。本发明这样设计的目的在于第一通道T1内制冷剂的温度/压力与第二通道T2、第三通道T3内制冷剂的温度/压力具有相关性，这是由具体的车辆制冷剂回路的特性所决定的，所以仅凭一个阀芯无法做到同时控制相应制冷剂的温度/压力的变化，或者至少无法达到与现有的电子膨胀阀相同的控制功能。正因如此，本发明通过设计动铁芯6带动第二阀芯7，并通过电磁线圈3通电实现衔铁芯2磁化并吸引动铁芯6，实现第二阀芯7独立于第一阀芯8、单独开启/关闭第二通道T2和第三通道T3的动作。在第二阀芯7的控制上，本发明通过控制器输出PWM电压给电磁线圈3，形成磁场带动第二阀芯7，通过PWM电压的占空比变化实现流量控制。

电池冷却过程中，高温高压液态制冷剂从第二通道T2进入阀体5，在阀体5中被节流成为混合态低温制冷剂，低温制冷剂从第三通道T3流出阀体5，并进一步流入冷却液-制冷剂换热器中，对电池循环冷却液进行降温。同时，制冷剂吸热汽化并伴有压力上升，并通过第一通道T1回流到压缩机进行循环。

综上所述，本发明的制冷剂调节阀通过第一通道T1内的压力温度感知开启流量，并通过电磁线圈3控制流量，实现系统中不同换热器的流量分配。由此可见，与现有技术不同的是，本发明上述各个控制无需反馈信号进行闭环控制，可简化控制系统并降低成本。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种制冷剂调节阀，其特征在于，包括：

阀体，所述阀体具有独立的第一通道，以及互相连通的第二通道和第三通道；

感压包，所述感压包设置于第一通道内，其根据第一通道内的压力变化调整自身长度；

第一阀芯，所述第一阀芯设置于所述感压包上，且所述第一阀芯从所述第一通道伸入并贯穿所述第二通道；

第二阀芯，所述第二阀芯伸入并贯穿所述第三通道；

其中：

所述第一阀芯跟随所述感压包长度的变化而改变其伸入到第二通道内的长度，以此控制第二通道的开度；

所述第二阀芯通过外部控制改变其伸入到所述第三通道内的长度，以此控制第三通道的开度；

所述感压包的外壁为波纹管结构，其内部包括第一弹性部件，所述第一弹性部件根据第一通道内的压力伸长或缩短；

调节底座，所述调节底座设置于所述感压包底部，且位于所述阀体的外壁上，所述调节底座调节所述感压包的开度。

2.如权利要求1所述的制冷剂调节阀，其特征在于，还包括：

壳体，所述壳体连接至所述阀体，且所述壳体内部包括衔铁芯、动铁芯、第二弹性部件；

所述衔铁芯设置于壳体顶部，所述动铁芯设置于壳体底部，所述衔铁芯和动铁芯之间设置所述第二弹性部件；

其中，所述第二阀芯固定连接至所述动铁芯，且可以跟随所述动铁芯在第二弹性部件的作用下往复运动。

3.如权利要求2所述的制冷剂调节阀，其特征在于，还包括：

电磁线圈，所述电磁线圈设置于壳体外侧，且所述电磁线圈上可施加PWM电压，使得电磁线圈驱动动铁芯按照一定的占空比时间做往复运动。

4.如权利要求1所述的制冷剂调节阀，其特征在于：

所述第一通道内流经气态低压制冷剂，所述第二通道流入高温高压液态制冷剂，所述第三通道流出低温低压混合态制冷剂。

5.如权利要求1所述的制冷剂调节阀，其特征在于：

所述第一通道连接电池制冷剂出口至压缩机吸气口，所述第二通道连接车辆的室外换热器出口，所述第三通道连接电池热交换器。

6.如权利要求1所述的制冷剂调节阀，其特征在于：

所述第一通道、第二通道和第三通道互相平行，所述第二通道与第一垂直通道互相垂直连接，所述第二通道和第三通道通过第二垂直通道互相连接；

所述第一阀芯设置于所述第一垂直通道内，所述第二阀芯设置于所述第二垂直通道内。

7.如权利要求1所述的制冷剂调节阀，其特征在于：

所述第二通道的入口设置于阀体边缘，第三通道的出口设置于阀体边缘，第二通道的出口连通第三通道的入口。

8.如权利要求7所述的制冷剂调节阀，其特征在于：

所述第二通道的直径小于第二通道入口的直径，所述第三通道的直径小于第三通道出口的直径。