CN1776329A

CN1776329A - 膨胀装置

Info

Publication number: CN1776329A
Application number: CN 200510123684
Authority: CN
Inventors: 广田久寿
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: CN100443832C

Abstract

提供了一种低成本的膨胀装置，其能够根据导入制冷剂的压力和温度来改变节流通道的通道截面积，而不用设置高压密闭空间。该膨胀装置包括：压差阀，该压差阀用于使其阀门升程根据穿过该膨胀装置的压力差而受到控制；和温度感测部分，其用于根据制冷剂温度进一步控制压差阀的阀门升程。该压差阀包括活塞，其具有大于阀元件的外径，并与阀元件一体形成。该活塞形成压力调节室，制冷剂的入口压力通过压力通道导入该压力调节室中，从而当制冷剂的入口压力变高时，使压差阀沿阀门打开方向操作。通过将具有较大体膨胀系数的蜡充入可轴向膨胀和收缩的波纹管中来形成温度感测部分，从而在制冷剂入口温度变高时，使压差阀沿阀门关闭的方向操作。

Description

膨胀装置

技术领域

本发明涉及一种在用于汽车空调的制冷循环中所使用的膨胀装置，更具体地涉及这样一种膨胀装置，其可应用于使用二氧化碳(CO₂)的制冷循环，并能够有效地操作该制冷循环。

背景技术

作为用于汽车空调的制冷循环，不仅已知这样的制冷循环，在该制冷循环中使用接收器将由冷凝器冷凝的制冷剂分离成气体和液体，并且使用恒温膨胀阀使由气/液分离得到的液体制冷剂膨胀，而且已知这样的制冷循环，在该制冷循环中使用限流管使由冷凝器冷凝的制冷剂节流并使其膨胀，并使用存储器将由蒸发器蒸发的制冷剂分离成气体和液体。限流管由小直径管形成，从而其结构简单，制造成本低，并在设计上有很高的自由度。然而，与使用恒温膨胀阀的制冷循环不同的是，使用限流管的制冷循环仅通过小直径管来使制冷剂节流并膨胀，因此不具有控制制冷剂流速的功能，并且不能在任何情况下都有效地操作制冷循环。

因此，提出了一种膨胀装置，其具体地应用于使用CO₂作为制冷剂的制冷循环中，并构造成能够根据气体冷却器出口侧上的制冷剂的压力和温度改变用于节流制冷剂的小孔的节流通道的截面积，从而使其能够有效地操作制冷循环(例如参见日本未审专利公报(特开平)No.09-264622(图4))。

在日本未审专利公报(特开平)No.09-264622中提出的膨胀装置具有阀结构，其中在阀孔的上游一侧上设有由位移件(膜片)分开的密闭空间，用于检测从气体冷却器中导入的制冷剂的压力和温度，并通过位移件从上游一侧的位移来打开和关闭阀孔。密闭空间中充满制冷剂，该制冷剂的密度处于从0℃制冷剂温度下的饱和液体密度到制冷剂临界点的饱和液体密度的范围内。因此，当导入制冷剂的压力低于与制冷剂温度相对应的密闭空间中的压力时，阀孔关闭，但是当导入制冷剂的压力比密闭空间中的压力高出预定压力时，阀孔开始打开，并且当导入制冷剂的压力和密闭空间中的压力之间的压力差大于预定压力时，阀孔以由压力差决定的阀门升程而打开。结果，可以根据最优化的控制线来控制气体冷却器出口侧上的制冷剂的压力和温度，该控制线由气体冷却器出口侧上的制冷剂温度，以及使性能系数最大化的压力所确定，这使得能够有效地操作使用CO₂的制冷循环。

另外，在制冷剂是CO₂的情况下，该制冷剂以在上述范围内的液体密度充入密闭空间中，从而使得当膨胀装置在正常温度的大气中保持不变时，密闭空间中的制冷剂压力变得非常高，导致密闭空间中的制冷剂压力与大气压力之间的压力差值变得非常大，例如为7到8MPa。因此，当膨胀装置处于未安装部件的状态下时，形成密闭空间的位移件可能由于大的压力差而变形或破裂。为了克服这个不便，已经提出了另一种膨胀装置，其具有构造坚固以防止变形或破裂的位移件(例如参见日本未审专利公报(特开平)No.11-63740(图2))。

在日本未审专利公报(特开平)No.11-63740提出的这种膨胀装置中，使用一波纹管用作位移件，并且同时利用波纹管的这种特性，即它因其结构而具有抵抗外部压力的耐久性，所述密闭空间由波纹管和设置为从外部封装波纹管的壳体组成，并且填充有制冷剂。用于将波纹管的位移传递至阀元件的轴部分被插入波纹管中，因此即使在大气压力环境下在密闭空间中充入高压制冷剂，所述轴也可防止波纹管的波状部分由于制冷剂压力与大气压力之间的压力差而向内变形。

然而，传统的膨胀装置如此构造，使得它们包括由位移件密封的密闭空间，从而感测导入制冷剂的压力和温度以改变阀门升程，并且该密闭空间在很高的压力下充入制冷剂，因此如果膨胀装置在正常温度和正常压力环境下保持不变，就存在密闭空间破裂的危险。这要求高水平的质量控制，而这会增加膨胀装置的成本。

发明内容

鉴于上述问题做出本发明，并且本发明的目的是提供一种低成本的膨胀装置，该膨胀装置省去了高压密闭空间，并包括节流通道(restriction passage)，该节流通道能够根据导入制冷剂的压力和温度而改变其通道的截面积。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于使通过制冷循环流通的制冷剂节流并膨胀的膨胀装置，其包括：压差阀，当上游侧的压力与下游侧的压力之间的压力差变大时，该压差阀沿阀门打开的方向操作，其中制冷剂导入上游侧并从下游侧输出；温度感测部分，其具有密闭容器，该容器可沿压差阀的打开和关闭方向膨胀和收缩，该密闭容器填充有体膨胀系数较大的固体或液体物质，当上游侧的制冷剂温度变高时，该温度感测部分使得压差阀沿阀门关闭的方向操作。

本发明的上述和其它目的、特征和优点将在以下结合附图的描述中更加明显，附图以示例的形式图解说明了本发明的优选实施例。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图2是表示温度感测部分的温度特性的图表。

图3是表示根据第一实施例的膨胀装置的中央纵向剖视图，该膨胀装置处于制冷剂压力变高的工作条件下。

图4是表示根据第一实施例的膨胀装置的中央纵向剖视图，该膨胀装置处于制冷剂温度变低的工作条件下。

图5是表示穿过根据第一实施例的膨胀装置的压力差、制冷剂温度以及节流通道的通道截面积之间的关系的图表。

图6是根据本发明第二实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图7是根据本发明第三实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图8是根据本发明第四实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图9是根据本发明第五实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图10是根据本发明第六实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图11是根据本发明第七实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图12是根据本发明第八实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图13是根据本发明第九实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图14是根据本发明第十实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图15是根据本发明第十一实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。

图16是表示应用根据本发明的膨胀装置的制冷循环的系统简图。

图17是作为第一示例形式的根据本发明的膨胀装置的必需元件的剖视图，该膨胀装置安装在内部热交换器上。

图18是作为第二示例形式的根据本发明的膨胀装置的必需元件的剖视图，该膨胀装置安装在内部热交换器上。

具体实施方式

下文中将基于示例详细描述本发明的实施例，其中该示例应用于使用CO₂的制冷循环中。

图1是根据本发明第一实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图，并且图2是表示温度感测部分的温度特性的图表。

根据第一实施例的膨胀装置布置在管道1内，该管道1位于制冷循环的气体冷却器和蒸发器之间，用于使制冷剂循环。膨胀装置包括：压差阀2，其阀门升程根据穿过膨胀装置的压力差来控制；温度感测部分3，其根据制冷剂的入口温度进一步控制压差阀2的阀门升程。应该注意的是，如图1所示，管道1的上部与制冷剂的上游侧相对应，管道1的下部与下游侧相对应，其中制冷剂从气体冷却器流入上游侧，从下游侧流出至蒸发器。

压差阀2具有主体4。阀孔5轴向形成在主体4的上中央部分，呈滑阀形式的阀元件6以可轴向来回运动的方式布置在阀孔5中。当阀元件6的外径开始变小的部分位于阀孔5中时，制冷剂流经的节流通道具有最小的节流通道截面积。阀孔5的下游侧与形成在主体4中的出口7连通。阀元件6和与之同轴延伸的活塞8一体形成。活塞8具有大于阀元件6的外径，并可轴向滑动地布置在形成于主体4中的缸9中。如图1所示，缸9具有被盖10封闭的下端，从而形成压力调节室11。阀元件6和活塞8形成有轴向贯穿其中延伸的压力通道12，从而使压力调节室11通过压力通道12与压差阀2的上游侧连通，从而将制冷剂的入口压力导入压力调节室11中。另外，压力调节室11具有布置在其中的弹簧13，用于朝上游侧推动活塞8。

温度感测部分3布置在阀元件6的上端上。温度感测部分3包括：波纹管14，其可轴向膨胀和收缩；密封件15，其密封波纹管14的开口；蜡16，其充入由波纹管14和密封件15密封形成的容器中。如图2所示，蜡16具有这样的特性，即其体积随着温度的升高而膨胀。更具体地，蜡16具有这样的特性，即：当它在低温下处于固态时，或者当它在高温下处于液态时，它具有相对于温度的较小的体膨胀系数，然而当它处于在中间温度下从固态转化成液态的固熔体状态时，它具有较大的相对于温度的体膨胀系数。因此，温度感测部分3形成一致动器，该致动器通过感测某个范围内的温度而控制压差阀2，在该温度范围内蜡16处于其中蜡16具有较大的体膨胀系数的固熔体状态。应该注意的是，温度感测部分3感测的温度范围由蜡16的成分确定。

另外，温度感测部分3通过密封件15装配在阀元件6的上部，并由弹簧17沿关闭压差阀2的方向推动。弹簧17与杯形部件18相抵靠，该杯形部件18以这样的方式安装在主体4的上端上，从而使得杯形部件18的上端覆盖温度感测部分3。弹簧17的设定负载由压配进入杯形部件18开口端中的主体4的压配量调节。杯形部件18在其一部分上形成有开口，并且该开口在其上设有过滤器19。应该注意的是，密封件15在其一部分上形成有切口，在该切口处密封件15装配在阀元件6上，从而使得容纳温度感测部分3的空间与穿过阀元件6和活塞8形成的压力通道12彼此连通。

在如上构造的膨胀装置中，从气体冷却器流出的高温高压制冷剂从上方通过管道1流入膨胀装置，如图1所示。然后，制冷剂流经膨胀装置，使其通过过滤器19流入杯形部件18中，并通过在压差阀2的阀元件6和阀孔5之间的节流通道从出口7流出。在经过节流通道时，制冷剂绝热膨胀以转变成处于气—液两相状态的低压低温制冷剂，并供应给蒸发器。在蒸发器中，气—液两相状态的制冷剂通过吸收来自车辆车厢内空气的热量而蒸发，并且在蒸发时，制冷剂通过吸收空气的汽化潜热而使车辆车厢内的空气冷却。

下面，将给出当导入膨胀装置中的制冷剂的温度和压力变化时，对膨胀装置执行的操作的说明。

图3是表示根据第一实施例的膨胀装置的中央纵向剖视图，该膨胀装置处于制冷剂压力变高的工作条件。图4是表示根据第一实施例的膨胀装置的中央纵向剖视图，该膨胀装置处于制冷剂温度变低的工作条件。图5是表示穿过根据第一实施例的膨胀装置的压力差，制冷剂温度以及节流通道的通道截面积之间的关系的图表。

首先，如图5所示，膨胀装置具有这样的特性，即：在穿过膨胀装置的压力差较小的区域中，节流通道具有不变的截面积，该截面积由阀孔5和阀元件6之间的间隙所确定，并且当压力差超过预定值时，压差阀2开始打开，从而相应地增加节流通道的通道截面积，并且同时当制冷剂温度变高时，压差阀2开始打开的预定压差值变高。另外，如图2所示，在蜡16处于固态或液态时，其具有相对于温度升高的较小的体膨胀系数，而在其处于固熔体状态下时，它具有很大的体膨胀系数，因此在图5中，显示出当蜡16处于固体或液体状态下时，温度梯度之间的距离较小，并且当蜡16处于固熔体的状态下时，温度梯度较大。由于上述特性，如图1所示，膨胀装置的关闭状态以示例的方式表示了这样的情况，其中当导入膨胀装置的制冷剂温度为例如60℃时，穿过节流阀的压力差不高于8MPa。这时，虽然阀元件6承受沿阀门关闭方向的制冷剂的入口压力，并且活塞8承受沿阀门打开方向的通过压力通道12导入压力调节室11中的入口压力，但是由于阀元件6和活塞8之间的压力承受面积差，在阀元件6上一直作用有沿阀门打开方向的力，这是因为活塞8的外径设置为大于阀元件6的外径。因此，阀元件6停止在这样的位置，即在该处由入口压力产生的力和沿阀门打开方向作用的力、沿阀门关闭方向作用的弹簧17的负载、以及插设在压力调节室11中的弹簧13的沿阀门打开方向作用的负载产生平衡。

之后，从图1中所示的状态，当膨胀装置入口处的制冷剂的入口压力变高而制冷剂的入口温度不变时，由于阀元件6和活塞8之间的压力承受面积差而沿阀门打开方向作用在阀元件6上的力增加，因此阀元件6沿阀门打开的方向，抵抗弹簧17沿阀门关闭方向通过温度感测部分3推动阀元件6的推动力而运动。当制冷剂入口压力增加直到穿过节流通道的压力差达到8MPa时，压差阀2开始打开，并且当压力差超过8MPa时，节流通道的通道截面积与压力差成比例地增加，从而将膨胀装置设置在图3所示的状态。这时，因为制冷剂的入口温度不变，所以蜡16的体积不变，并且因此温度感测部分3沿轴向方向不会膨胀或收缩。

另外，从图1所示的状态，当制冷剂的入口温度变低而导入膨胀装置的制冷剂入口压力不变时，蜡的体积收缩，从而使温度感测部分3轴向缩短。这时，因为制冷剂的入口压力不变，由于阀元件6和活塞8之间的压力承受面积差而沿阀门打开方向作用在阀元件6上的力不变，弹簧17沿阀门关闭方向的推动力也不变，所以阀元件6沿阀门打开方向以对应于温度感测部分3轴向收缩的距离运动。结果，节流通道的通道截面积变大，从而将膨胀装置设置在图4所示的状态。

当然，在该膨胀装置中，当制冷剂的入口压力沿减小的方向变化，或者制冷剂的入口温度沿增加的方向变化时，节流通道沿减小截面积的方向变化。

图6是根据本发明第二实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图6中与图1相同的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第二实施例的膨胀装置与根据第一实施例的膨胀装置的不同之处在于其具有较短的轴向长度。更具体地，在根据第一实施例的膨胀装置中，阀元件6，温度感测部分3和弹簧17串联设置，这就不可避免地增加了膨胀装置的轴向长度。相比之下，根据第二实施例的膨胀装置构造成使得弹簧17的推动力通过杯形弹簧接收部分20传递至温度感测部分3。杯形弹簧接收部分20具有从其开口端径向向外延伸的凸缘部分，从而使得该凸缘部分接收弹簧17的一端，由此使温度感测部分3和弹簧17彼此平行布置同时串联操作，因此缩短了该膨胀装置的轴向长度，从而使得膨胀装置的尺寸紧凑。通过该结构，弹簧17向温度感测部分3施加推动力的位置更加靠近阀元件6，因此温度感测部分3变得不受沿垂直于膨胀装置轴线方向作用的外力影响。如图6所示，这防止了温度感测部分3的上端发生摆动，因此可稳定地布置温度感测部分3。

图7是根据本发明第三实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图7中所表示的具有与图1所示的组成元件相同或相当功能的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第三实施例的膨胀装置与根据第一和第二实施例的膨胀装置的不同之处在于，修改了温度感测部分3的结构，并且提高了对弹簧17调节的自由度。更具体地，在该膨胀装置中，波纹管14布置在杯形部件21中，并且波纹管14和杯形部件21的开口端彼此密封。蜡16填充在波纹管14和杯形部件21之间。在膨胀装置中，杯形部件21的底部装配在保持件23中，该保持件23刚性地固定在杯形部件21外侧的中空柱形壳体22的上游侧开口上，并且弹簧17插设在温度感测部分3和阀元件6之间。弹簧17布置在盘24和弹簧接收部件25之间，其中盘24布置在与其接触的波纹管14的底部上，弹簧接收部件25具有下端面，阀元件6抵靠在该下端面上，如图7所示。保持件23设有用于导入制冷剂的入口26。弹簧接收部件25具有形成在其一部分中的切口，在该部分处弹簧接收部件25与阀元件6相抵靠，使得容纳温度感测部分3的空间通过压力通道12与压力调节室11连通，该压力通道12穿过阀元件6和活塞8形成。

另外，该膨胀装置具有插设在形成于中空柱形壳体22上的台阶部分以及弹簧接收部件25之间的偏压弹簧27。偏压弹簧27构造成与温度感测部分3和弹簧17平行且彼此串联布置。如上所述，偏压弹簧27与弹簧17平行布置，其中偏压弹簧27不经受温度造成的变化，而弹簧27经受温度造成的变化。这使得能够设定弹簧27和17的弹簧常数的结合，从而调节由温度引起的压力变化。应该注意的是，弹簧17和偏压弹簧27的设定负载通过压配在中空柱形壳体22下开口端中的主体4的压配量来进行调节，如图7所示。

图8是根据本发明第四实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图8中所表示的具有与图1所示的组成元件相同或相当功能的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第四实施例的膨胀装置与根据第一至第三实施例的膨胀装置的不同之处在于，修改了温度感测部分3的结构。更具体地，该膨胀装置的温度感测部分3包括：杯形件28；膜片29，其刚性固定在杯形件28的开口凸缘部分上；蜡16，其充入由杯形件28和膜片29气密密封的容器中。装配在阀元件6上的位移传递件30的上表面与膜片29的中央部分相抵靠。用于沿阀门关闭方向推动温度感测部分3的弹簧17布置在杯形件28的开口凸缘部分和以覆盖温度感测部分3的方式布置的杯形件18之间。

在如上构造的膨胀装置中，响应制冷剂入口压力变化的压差阀2的操作与根据第一至第三实施例的膨胀装置的压差阀2的操作相同。温度感测部分3的蜡16根据制冷剂入口温度变化而膨胀或收缩，从而使膜片29的中央部分轴向移动。该位移通过位移传递件30传递至阀元件6，从而控制压差阀2的阀门升程。例如，如果制冷剂的温度变高，则杯形件28的蜡16膨胀以朝着可轴向移动的膜片29隆起，这使得膜片29沿阀门关闭的方向移动。相反地，如果制冷剂温度降低，则膜片29沿阀门打开的方向移动。

图9是根据本发明第五实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图9中所表示的具有与图8所示的组成元件相同或相当功能的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第五实施例的膨胀装置与根据第四实施例的膨胀装置的不同之处在于，修改了温度感测部分3的结构。即，该膨胀装置的温度感测部分3使用了杯形件28，该杯形件28具有形成在其底部中的孔，并且该杯形件28最终由球体31密封。更具体地，膜片29例如通过在大气中的激光焊接而刚性固定在杯形件28的开口边缘部分上，并且杯形件28放置在较大的容器内并抽空，且形成有孔的底部向上定位。然后，使得由加热液化的蜡16通过该孔流入杯形件28中。另外，球体31以使孔封闭的方式放置在底部的孔上，并例如通过电阻焊接刚性固定在杯形件28上，从而气密密封杯形件28。这样，将蜡16填充在密闭容器的杯形件28中。

在如上构造的膨胀装置中，响应制冷剂入口压力变化的压差阀2的操作与根据第一至第四实施例的膨胀装置的压差阀2的操作相同。温度感测部分3的蜡16根据导入制冷剂的入口温度的变化而膨胀或收缩，从而使得膜片29的中央部分轴向移动。该位移通过位移传递件30传递至阀元件6，从而控制压差阀2的阀门升程。

图10是根据本发明第六实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图10中所表示的具有与图9所示的组成元件相同或相当功能的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第六实施例的膨胀装置与根据第五实施例的图9中的膨胀装置的不同之处在于，温度感测部分3和弹簧17颠倒设置。更具体地，在该膨胀装置中，温度感测部分3的杯形件28装配在形成于杯形件18底部的孔中，杯形件18具有压配在其开口下端中的主体4，如图9所示，并且弹簧17布置在膜片29和阀元件6之间。结果，该膨胀装置的构造与根据第三实施例的图7的膨胀装置相似，使得阀元件6相对于温度感测部分3沿阀门关闭的方向被推动，其中阀元件6与主体4的位置关系固定。

在如上构造的膨胀装置中，当制冷剂入口压力与出口压力之间的压力差变高时，压差阀2沿阀门打开的方向操作，并且当导入膨胀装置中的制冷剂的入口温度变高时，压差阀2沿阀门关闭的方向操作，因此压差阀2的操作与根据第一至第五实施例的膨胀装置的压差阀2相似。

图11是根据本发明第七实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图11中所表示的具有与图10所示的组成元件相同或相当功能的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第七实施例的膨胀装置与根据第六实施例的图10中的膨胀装置的不同之处在于，修改了压差阀2的结构。更具体地，压差阀2包括：活动阀座32，其轴向位置根据制冷剂的入口温度而发生变化；中空柱形阀元件33，其相对于活动阀座32的阀门升程通过制冷剂的入口压力和出口压力之间的压力差而改变。

在温度感测部分3中，将杯形件28和膜片29彼此固定紧固的凸缘部分通过模锻固定在主体4的开口上端上，并且活动阀座32通过具有较大弹力的弹簧34压靠在膜片29的下表面上。因此，活动阀座32形成这样的阀座，其以与根据导入制冷剂的入口温度而轴向运动的膜片29互锁的方式轴向移动。中空柱形阀元件33由主体4以可轴向来回运动的方式保持，并且通过弹簧35而沿着座靠在活动阀座32的方向推动。中空柱形阀元件33构造成这样，即使得较高的入口压力沿远离活动阀座32的方向，即沿阀门打开的方向作用在与活动阀座32相对的端面上，而较低的入口压力沿阀门关闭的方向作用在与活动阀座32相对一侧的端面上。因此，压差阀2通过作用在中空柱形阀元件33的相对端面上的入口压力和出口压力之间的压力差，以及弹簧35的推力而打开和关闭。

在如上构造的膨胀装置中，当制冷剂入口压力与出口压力之间的压力差较低，并且中空柱形阀元件33座靠在活动阀座32上，从而关闭压差阀2时，制冷剂的最小流速由中空柱形阀元件33和保持阀元件33的主体4之间的间隙确定。如图11所示，从上方导入的制冷剂通过该间隙节流，并在流出至下游侧的空间内时进行绝热膨胀，从而向下传输，如图11所示，其中弹簧35布置在下游侧空间内。这时，温度感测部分3根据制冷剂入口温度轴向膨胀或收缩，从而轴向移动活动阀座32，同时关闭压差阀2。

当制冷剂的入口压力和出口压力之间的压力差大于弹簧35的推力时，压差阀2打开。这时，压差阀2的阀门打开位置根据由温度感测部分3检测到的制冷剂入口温度而改变。更具体地，当入口温度较低时，活动阀座32位于上部位置，如图11所示，当入口温度较高时，活动阀座32位于下部位置，如图11所示。因此，随着温度升高，活动阀座32向下运动，如图11所示，从而通过中空柱形阀元件33使弹簧35沿收缩的方向运动，从而使得弹簧35的弹力加强。结果，压差阀2的阀门打开位置朝着更高的压力差一侧移动，因此压差阀2朝着更难打开阀2的一侧变化。

图12是根据本发明第八实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图12中所表示的具有与图11所示的组成元件相同或相当功能的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第八实施例的膨胀装置与根据第七实施例的图11中的膨胀装置的不同之处在于，压差阀2的中空柱形阀元件33设有阻尼机构，从而防止压差阀2对导入制冷剂压力的突变做出灵敏的反应，从而防止制冷循环的振荡。

活动阀座32设有用于调节制冷剂最小流速的孔36，从而使导入制冷剂能够直接流入中空柱形阀元件33的内部，该内部作为中空柱形阀元件33下游侧的空间。中空柱形阀元件33具有凹槽37，其周向形成在阀元件33的外周边上主体4保持阀元件33的部分中。凹槽37通过连通孔38与阀元件33的内部空间连通。因此，活动阀座32的孔36与阀元件33和保持阀元件33的主体4之间的间隙一起，确定了在压差阀2关闭状态下能够流动的制冷剂的最小流速。

环形活塞40固定在中空柱形阀元件33上，其可轴向滑动地布置在缸39内，该缸39形成在压差阀2下游侧上的主体4中，并且阀元件33被弹簧35通过活塞40沿阀门关闭的方向推动。活塞40限定了缸39内的阻尼室41，该阻尼室41通过活塞40和主体4之间的间隙，以及阀元件33、主体4和连通孔38之间的间隙，与阀元件33下游侧上的空间连通。制冷剂通过间隙的节流通道流入和流出阻尼室41，这样用作抵抗活塞40轴向运动的阻力，并形成阀元件33的阻尼机构。应该注意的是，形成在阀元件33中的凹槽37和连通孔38用于使高压制冷剂通过阀元件33和主体4之间的间隙的中间部分流入低压的下游侧，从而防止高压制冷剂通过间隙流入阻尼室41中。

在如上构造的膨胀装置中，其正常操作与图11所示的根据第七实施例的膨胀装置的操作相同。现在，当导入制冷剂的入口压力经历迅速的变化时，尽管压差阀2将对其响应执行迅速的打开或关闭操作，但是阻尼机构阻止中空柱形阀元件33以跟随压差阀2待执行的迅速打开或关闭操作的方式来执行迅速的打开或关闭操作。结果，当制冷循环在制冷剂压力出现迅速变化时，防止了制冷循环对制冷剂压力的迅速变化做出灵敏的反应而导致其振荡。

图13是根据本发明第九实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图13中所表示的具有与图12所示的组成元件相同或相当功能的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第九实施例的膨胀装置与根据第八实施例的图12中的膨胀装置的不同之处在于，修改了设置用于压差阀2的中空柱形阀元件33的阻尼机构的结构。更具体地，在根据第九实施例的膨胀装置中，阻尼室41由固定在阀元件33上的活塞40和固定在缸39上的关闭部分46形成。关闭部分46形成有孔47。在阻尼室41中，设有弹簧35，其用于通过活塞40沿阀门关闭的方向推动阀元件33，并且弹簧35的负载通过关闭部分46压配在缸39的压配量来调节。如图13所示，活塞40上方的空间通过形成在阀元件33中的连通孔38与阀元件33的下游侧上的空间连通，并一直保持在低压下。

在如上构造的膨胀装置中，其正常操作与图12所示的根据第八实施例的膨胀装置的操作相同。另外，当导入制冷剂的入口压力发生迅速变化时，因为阻尼机构抑制中空柱形阀元件33的迅速打开或关闭操作，所以压差阀2对制冷剂压力的迅速变化不灵敏。这使得能够防止压差阀2对制冷剂压力的迅速变化做出灵敏的反应而导致制冷循环的振荡。

图14是根据本发明第十实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图14中所表示的具有与图11所示的组成元件相同或相当功能的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第十实施例的膨胀装置与根据第七实施例的图11中的膨胀装置的不同之处在于，修改了压差阀2的部分结构，其中温度感测部分3根据制冷剂入口温度的变化改变阀座的位置。更具体地，在根据第七实施例的膨胀装置中，活动阀座32在与中空柱形阀元件33内径相对应的区域上承受低压，因此较大的力沿关闭压差阀2的方向作用在活动阀座32上，该力由承受的低压和制冷剂入口压力之间的压力差产生，并且该较大的力由具有较大弹力的弹簧34承受。相反，在根据第十实施例的膨胀装置中，可通过温度感测部分3运动的阀座构造成几乎不受高的入口压力的影响，由此弹簧34可由一个具有较小弹力的弹簧实现。

该压差阀2包括：中空柱形活动阀座42，其由主体4以可轴向来回移动的方式保持；阀元件43，其布置在活动阀座42的下游侧上。如图14所示，中空柱形活动阀座42的上端装配在位移传递件30上。另外，活动阀座42具有朝着位移传递件30穿过其一部分的连通孔44，并且由弹簧34朝着温度感测部分3推动。阀元件43通过多个引导件45而在缸39内定心，缸39形成在下游侧上的主体4中，引导件45从阀元件43径向向外延伸，并且阀元件43在通过弹簧35沿着座靠在活动阀座42的方向推动的状态下，同时可轴向滑动地布置在缸39中。

阀元件43具有与活动阀座42相对的端面，该端面以盘形向内凹进，从而使得凹进端面的倾斜部分座靠在活动阀座42的相对端面的外周边上。这使得高压制冷剂能够通过连通孔44流入活动阀座42中。当高压制冷剂流入活动阀座42中时，如图14所示，沿向下方向作用在活动阀座42上的力被沿向上方向作用在活动阀座42上的力抵消，如图所示，这是因为与活动阀座42的截面径向厚度相对应的具有环形形状的区域形成了压力承受区域，高压沿着向下的方向作用在该区域上，并且如图14所示，除了阀元件43座靠的外周边以外，几乎所有的下端面都形成了压力承受区域，高压沿着向上的方向作用在该区域上。因此，中空柱形活动阀座42形成了不受高的入口压力影响的活动阀座。

在如上构造的膨胀装置中，压差阀2响应制冷剂的入口压力和出口压力之间的压力差，执行打开和关闭操作，并且温度感测部分3根据制冷剂入口温度改变压差阀2的阀座位置，这样的结构与根据第七和第八实施例的膨胀装置的结构相同。然而，该活动阀座42构造为具有用于抵消高压的结构，因此可以减小弹簧34朝着温度感测部分3的膜片29推动活动阀座42的力。

图15是根据本发明第十一实施例的膨胀装置结构的中央纵向剖视图。应该注意的是，图15中所表示的具有与图14和图13所示的组成元件相同或相当功能的组成元件由相同的附图标记表示，并省略对其的详细说明。

根据第十一实施例的膨胀装置与根据第十实施例的图14中的膨胀装置的不同之处在于，其具有根据第九实施例的图13中的膨胀装置所包括的阻尼机构。更具体地，该膨胀装置包括：活塞40，其可轴向滑动地布置在形成在下游侧上的主体4中的缸39内；和关闭部分46，其用于关闭缸39下端，如图15所示，从而形成其间的阻尼室41。活塞40与阀元件43一体形成并由布置在活塞40和关闭部分46之间的弹簧35向上推动，如图15所示。关闭部分46形成有孔47，用于和活塞40与缸39之间的间隙配合以调节阻尼机构的效力。

如上构造的膨胀装置具有构造用于抵消高压的活动阀座42，并且阀元件43包括阻尼机构，该阻尼机构对于制冷剂压力的迅速变化反应不灵敏。这使得可减少弹簧34朝着温度感测部分3的膜片29推动中空柱形阀座42的力，从而防止制冷循环的振荡。

附带地，虽然在上述实施例中，所述膨胀装置以示例的方式布置在设置于制冷循环的气体冷却器和蒸发器之间的管道中，用于使制冷剂循环，但是这并不是限定性的，而是在使用CO₂作为制冷剂的制冷循环中可以使用内部热交换器来提高其效率，因此实际上每个膨胀装置都布置在设置于内部热交换器和蒸发器之间的管道中，用于使制冷剂循环。这使得膨胀装置能够感测内部热交换器的出口处的制冷剂的温度，以用于控制高压。

另外，已知的是如上所述的膨胀装置在内部热交换器的入口感测制冷剂温度，并控制高压，从而可以进一步提高制冷循环的效率。下面将给出在根据本发明的膨胀装置应用于如上构造的制冷循环中的情况的描述。

该制冷循环包括：用于压缩制冷剂的压缩机51；气体冷却器52，其用于冷却压缩后的制冷剂；膨胀装置53，用于使冷却的制冷剂节流并膨胀；蒸发器54，用于蒸发膨胀后的制冷剂；存储器55，用于储存制冷循环中多余的制冷剂并从蒸发的制冷剂中分离气相制冷剂，以将分离出的制冷剂输送至压缩机51。另外，该制冷循环包括内部热交换器56，用于在从气体冷却器52流至膨胀装置53的制冷剂与从存储器55流至压缩机51的制冷剂之间进行热交换。

膨胀装置53安装在内部热交换器56中。这样，膨胀装置53的温度感测部分布置成使其感测从气体冷却器52导入内部热交换器56中的制冷剂温度，并且压差阀布置成使得已通过内部热交换器56的高压制冷剂节流并膨胀，从而输送至蒸发器54。

图17是作为第一示例形式的根据本发明的膨胀装置的主要元件的剖视图，该膨胀装置安装在内部热交换器上。图18是作为第二示例形式的根据本发明的膨胀装置的主要元件的剖视图，该膨胀装置安装在内部热交换器上。应该注意的是，在这些示例中所使用的膨胀装置具有根据图12所示的第八实施例的膨胀装置的结构。

首先，在如图17所示的第一示例中，内部热交换器56具有主体57，其形成有制冷剂入口通道58，高压制冷剂从气体冷却器52导入该制冷剂入口通道58内。制冷剂入口通道58与回流通道59连通，该回流通道59形成为穿过内部热交换器56并平行于制冷剂入口通道58延伸。回流通道59具有末端，该末端形成有安装孔60，膨胀装置53安装在该安装孔60中。安装孔60形成为从主体57外部延伸穿过主体57和回流通道59，直至制冷剂入口通道58，并且膨胀装置53安装在安装孔60内，从而使其温度感测部分位于制冷剂入口通道58中。在膨胀装置53安装在安装孔60内的状态下，通向蒸发器54的管道61在安装孔60的开口端处，以覆盖膨胀装置53的压差阀出口的方式安装在主体57上。

当膨胀装置53安装在安装孔60内时，压差阀的上游侧构成为与回流通道59连通，并且压差阀主体位于压差阀高压上游侧和低压下游侧之间的外周边由O形环密封。压差阀主体位于制冷剂入口通道58和回流通道59之间的外周边上也设有用于密封的O形环。

如上所述安装在内部热交换器中的膨胀装置53直接感测从气体冷却器52导出的制冷剂温度，因为其温度感测部分位于制冷剂入口通道58内。因此，膨胀装置53根据高压制冷剂的入口温度控制压差阀的活动阀座，同时压差控制阀实行对高压制冷剂的压差控制。这使得膨胀装置53能够控制高压，从而总是获得相对于制冷剂入口温度的最高效率。

另外，根据如图18所示的第二示例，所述膨胀装置53安装成使其利用内部热交换器56的主体57通过隔壁62来感测制冷剂的温度，该热交换器56由具有良好导热性的材料制成。更具体地，容纳膨胀装置53的温度感测部分的腔室的隔壁62以伸进制冷剂入口通道58内的方式与主体57一体形成，并且同时使其具有适于使插入的温度感测部分与隔壁62紧密接触的尺寸。这使得能够将流经制冷剂入口通道58的制冷剂的温度传递至隔壁62，并且进一步将该温度从隔壁62传递至膨胀装置53的温度感测部分。在这种情况下，膨胀装置53可省去用于在制冷剂入口通道58和回流通道59之间密封的O型环。

虽然在至此描述的本发明的优选实施例中，温度感测部分3通过利用由温度造成的蜡16的体膨胀系数变化来控制压差阀2的阀门升程，但是这并不是限定性的，而是温度感测部分3可构造成利用具有较大体膨胀系数的液体，例如酒精来代替蜡16。在这种情况下，相对于液体温度变化的体膨胀系数的变化在温度变化的一个较宽的范围内呈线性，因此图5中示出的温度梯度之间的间距显示为一致。

根据本发明的膨胀装置构造成使得压差阀的阀门升程响应于导入制冷剂的压力而受到控制，并且容纳在温度感测部分中并具有较大体膨胀系数的固体或液体物质响应于导入制冷剂的温度而进一步控制压差阀的阀门升程，而不用设置任何填充有高压气体的密闭容器。这使得能够在制造、储存、运输和在制冷循环中安装膨胀装置时，提高在处理膨胀装置中的安全性。

另外，根据本阀门的膨胀装置构造成使得压差阀感测制冷剂压力，并且温度感测部分感测制冷剂的温度，从而改变节流通道的截面积，因此可以实现类似于传统膨胀装置的控制操作，传统膨胀装置包括填充有高压气体的密闭空间，以使得它们同时对于制冷剂的压力和温度较灵敏。这使得可以有效地操作制冷循环。

前述仅看作是对本发明原理的说明。另外，因为对于本领域的技术人员来说很容易进行大量的修改和变更，所以不希望将本发明限定在所示和所述的确切结构和应用中，因此，所有适当的修改及等价物都被认为是落在所附权利要求和其等价物中的本发明的范围内。

Claims

1.一种膨胀装置，其用于使通过制冷循环流通的制冷剂节流并膨胀，包括：

压差阀，当上游侧的压力与下游侧的压力之间的压力差变大时，该压差阀沿阀门打开的方向操作，其中制冷剂导入上游侧，并从下游侧输出；以及

温度感测部分，其具有密闭容器，该容器可沿压差阀的打开和关闭方向膨胀和收缩，该密闭容器填充有具有较大体膨胀系数的固体或液体物质，当上游侧的制冷剂温度变高时，该温度感测部分使得压差阀沿阀门关闭的方向操作。

2.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，所述密闭容器包括其一端封闭的波纹管，和用于在波纹管的另一端气密密封开口的密封件。

3.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，所述密闭容器包括杯形件，和用于气密密封该杯形件开口的膜片。

4.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，充入所述密闭容器中的物质为蜡。

5.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，所述压差阀包括：阀元件，其布置在阀孔的上游侧，从而使得该阀元件可向前移动进入阀孔或从阀孔向后移动；活塞，其具有大于阀元件的外径，并且同时与阀孔下游侧上的阀元件一体形成；以及压力调节室，其通过穿过阀元件和活塞形成的压力通道与阀孔的上游侧连通，用于使导入制冷剂的压力沿阀门打开的方向作用在该活塞上。

6.根据权利要求5所述的膨胀装置，其特征在于，所述压差阀的阀元件呈滑阀形式，并形成节流通道，当该压差阀完全关闭时，该节流通道具有与阀元件和阀孔之间的间隙相对应的通道截面积。

7.根据权利要求5所述的膨胀装置，其特征在于，所述温度感测部分相对于压差阀主体具有固定的位置关系，并且通过弹簧将压差阀沿其打开和关闭方向的膨胀和收缩传递至阀元件。

8.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，所述温度感测部分相对于压差阀主体具有固定的位置关系，该压差阀包括：活动阀座，其根据由温度感测部分感测的温度变化导致的轴向移动而在轴向位置上发生变化；以及中空柱形阀元件，其由主体以可轴向运动至活动阀座或从活动阀座轴向运动的方式保持，并同时处于沿着座靠在活动阀座上的方向被推动的状态。

9.根据权利要求8所述的膨胀装置，其特征在于，包括阻尼装置，其用于抑制中空柱形阀元件沿其打开和关闭方向的快速运动。

10.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，所述温度感测部分相对于压差阀主体具有固定的位置关系，该压差阀包括：中空柱形活动阀座，其由主体以可来回轴向移动的方式保持，从而使得中空柱形活动阀座根据由温度感测部分感测的温度变化导致的温度感测部分的轴向移动而在轴向位置上发生变化，并且该中空柱形活动阀座构造成使得上游侧的制冷剂导入其中；阀元件，其相对于在其轴向下游侧上的中空柱形活动阀座以可朝向该阀座运动和远离该阀座运动的方式布置，并同时处于沿着座靠在中空柱形活动阀座上的方向被推动的状态。

11.根据权利要求10所述的膨胀装置，其特征在于，所述阀元件具有与中空柱形活动阀座相对的端面，该端面以盘状形式凹进，从而使得阀元件座靠在中空柱形活动阀座的相对端面的外周边上。

12.根据权利要求10所述的膨胀装置，其特征在于，包括阻尼装置，用于抑制所述阀元件沿该阀元件打开和关闭方向的快速运动。