CN1786625A - 膨胀装置 - Google Patents

Abstract

一种膨胀装置，其减少由于阀体振动而产生的异常噪音，减少阀体的吸入现象，该阀体吸入现象是由于高压制冷剂流过形成于阀座与阀体之间的可变孔而产生的。在膨胀装置中，缓冲室(23)由以下部件构成：汽缸(16)，形成于形成阀座(14)的壳体(10)内；活塞(17)，其与阀体(15)形成为一体；调整螺钉(22)，在阀体承受导入的制冷剂急剧的压力变化时，通过缓冲室的体积变化来吸收阀体的剧烈动作，由此来抑制阀体(15)的振动、从而减少异常噪音的产生。使阀体(15)的阀体直径(b)与阀孔的阀口直径(a)的比(b/a)小于等于1.5，以减少阀体的吸入现象，使制冷剂以与初级压力和次级压力之间的压力差对应的流量流过。

Description

膨胀装置

技术领域

本发明涉及一种用于车辆用空调的制冷循环的膨胀装置，特别涉及一种可适用于二氧化碳(CO₂)作为制冷剂的制冷循环的膨胀装置。

背景技术

作为车辆用空调的制冷循环，一般使用具有贮液室(receiver)和温度式膨胀阀的制冷循环，其中，所述贮液室用于对在冷凝器中凝结的制冷剂进行气液分离，所述温度式膨胀阀使分离后的液态制冷剂膨胀。相对地，还公知有使用膨胀装置(孔)和分液贮存器(accumulator)的制冷循环，其中，所述膨胀装置(孔)用于对在冷凝器中凝结的制冷剂进行节流并使之膨胀，所述分液贮存器用于对在蒸发器中蒸发过的制冷剂进行气液分离。

作为膨胀装置，使用不具有温度式膨胀阀那样的控制制冷剂流量的功能的限流管(orifice tube)、或具有控制功能的可变孔。在可变孔的膨胀装置中，具有阀体被弹簧向闭阀方向施力的差压调节阀结构，并具有如下特性：当制冷剂在入口处和在出口处的压力差较小时关闭阀，当压力差大于等于规定值时打开阀。由于差压调节阀在其前后的压力差达到规定值时打开，因此压力差降低，从而使得差压调节阀向闭阀方向移动，当差压调节阀向闭阀方向移动时，压力差上升从而使得差压调节阀向开阀方向移动，由于该差压调节阀反复执行上述动作，所以阀体在其开闭方向上振动，从而导致异常噪音的产生。特别在应用于CO₂作为制冷剂的制冷循环的膨胀装置中，由于通过非常大的压力差来控制阀体的非常小的行程，因此在压力急剧升降时，难以使阀体立即停止在其平衡位置，因而经常导致阀体在开闭方向上振动、并因而产生异常噪音。如果阀体振动，则制冷剂流量增大，并且制冷剂在蒸发器中的蒸发温度变高，从而使得通过蒸发器之后吹入车厢内的空气的吹出温度变高，另外，有时由于阀的动作不稳定，因此制冷循环出现波动，导致从蒸发器的吹出温度不稳定。

对此，提出了一种抑制阀体的振动的膨胀装置(例如，参照专利文献1)。根据该膨胀装置，在阀体上安装防振弹簧，使防振弹簧压靠在收容阀体的壳体的内壁面上，并同时使阀体执行滑动动作。由此，通过滑动阻力来限制阀体在开闭方向上的动作，从而抑制阀体振动，这样能够防止因振动而产生异常噪音。

专利文献1日本专利特开2004-218918号公报(0022～0023段，图4)

但是，在现有的膨胀装置中，作为异常噪音的防止对策，形成了将安装在阀体上的防振弹簧压靠在壳体的内壁面上的结构，因此与壁面之间的摩擦力增大，阀的流量特性产生较大的滞后，这样，阀体偏离作为最佳位置而设计的设计位置，因而存在制冷循环的效率变差的问题。

此外，在CO₂作为制冷剂的制冷循环中使用的、由差压调节阀构成的现有的膨胀装置中，由于将开闭阀孔的阀体的直径设计成大于阀孔的阀口直径，以使阀能够在压力差小的区域内完全关闭，因而阀孔和阀体的重叠量变大，所以当高压CO₂制冷剂通过由阀孔和阀体形成的孔时流速变快，因而发生阀体的吸入现象，使得阀体向闭阀方向移动，流量与设定流量相比变得不足，存在不能获得充分的冷却能力的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，目的是提供一种膨胀装置，其能够减少异常噪音的发生，并能够减少阀体的吸入现象。

为了解决上述问题，本发明提供一种膨胀装置，其具有阀体，该阀体在被弹簧向闭阀方向施力的状态下配置在阀座的下游侧，并且所述膨胀装置能够使制冷剂以与制冷剂入口处的初级压力和制冷剂出口处的次级压力之间的压差对应的流量流过，所述膨胀装置具有缓冲单元，该缓冲单元设置在所述阀体上，用于在所述阀体承受制冷剂急剧的压力变化时，吸收所述阀体在开闭方向上移动的动作。

根据这样的膨胀装置，通过在阀体设置缓冲单元，当导入的制冷剂的初级压力的变化较小时，缓冲单元不发挥作用，但当压力急剧变化时，缓冲单元吸收该急剧的压力变化，减弱阀体在开闭方向上移动的振动，从而减少异常噪音的产生。

此外，在本发明中，使阀体的阀体直径(b)与阀孔的阀口直径(a)之比(b/a)小于等于1.5，以减少因高压的制冷剂高速流过形成在阀座和阀体之间的可变孔而产生的阀体吸入现象，从而能够使制冷剂以与初级压力和次级压力之间的压差对应的流量流过。

本发明的膨胀装置，通过使阀体具有缓冲单元，即使承受制冷剂急剧的压力变化，也能抑制阀体在开闭方向上的振动，所以，可减少异常噪音的产生，能够防止因振动而导致的流量增大，因此具有可抑制吹出温度上升的优点。

此外，通过利用缓冲单元来抑制阀体的振动，能够减少波动的产生，并能够使吹出温度稳定。

而且，通过采用使用了缓冲单元的异常噪音对策，与采用利用滑动阻力的异常噪音对策相比，可以大幅度减小滞后，所以可得到稳定的特性，从而可以使制冷循环高效运转。

此外，通过使阀体的直径接近阀口直径，并使阀体直径与阀口直径的比小于等于1.5，可以减少阀体的吸入现象，所以可以通过仅基于阀体所受压力和弹簧负荷的平衡的计算值来在某种程度上设定特性，所以特性的调整变得容易，通过减少吸入现象，制冷剂的流量不会减少，因此可确保冷却能力。

附图说明

图1是使用本发明膨胀装置的制冷循环的示意图。

图2是表示膨胀装置结构的中央纵向剖面图。

图3是差压调节阀的主要部分放大剖面图。

图4是表示差压调节阀的阀体的吸入力变化的图。

图5是表示膨胀装置的其他结构例的中央纵向剖面图。

图6是表示膨胀装置的开阀特性的一个例子的图。

标号说明

1：压缩机；2：气体冷却器；3、3a：膨胀装置；4：蒸发器；5：分液贮存器；6：内部热交换器；7：主体；10：壳体；11：制冷剂入口；12：过滤器；13：阀孔；14：阀座；15：阀体；16：汽缸；17：活塞；18：固定孔；19：横孔；20：制冷剂出口；21：弹簧；22：调整螺钉；23：缓冲室 24：固定孔；25：O型密封圈；26：止挡件；a：阀口直径；b：阀体直径。

具体实施方式

下面，参照附图，以应用于使用CO₂作为制冷剂的车辆用空调的制冷循环的情况为例，详细说明本发明的实施方式。

图1是应用本发明膨胀装置的制冷循环的示意图。

该制冷循环包括：用于压缩制冷剂的压缩机1；用于冷却压缩后的制冷剂的气体冷却器2；用于使冷却后的制冷剂隔热膨胀的膨胀装置3；用于使隔热膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器4；分液贮存器5，其设置在该蒸发器4的下游侧，用于储存剩余的制冷剂；内部热交换器6，其利用从分液贮存器5送到压缩机1中的制冷剂来冷却在气体冷却器2中冷却后的制冷剂。

膨胀装置3内设于筒状的主体7中。该主体7的上游侧端部通过接头与从内部热交换器6伸出的管连接，下游侧端部通过接头与朝向蒸发器4的管连接。

在原理上，使用CO₂作为制冷剂的制冷循环的操作，与使用氯氟碳化合物的制冷循环的操作大致相同。即，压缩机1吸入并压缩在分液贮存器5中气液分离后的气态制冷剂，在使其变成高温、高压的气态或超临界状态的制冷剂后吐出。从压缩机1吐出的制冷剂由气体冷却器2冷却，然后通过内部热交换器6送入膨胀装置3。在膨胀装置3中，所导入的高温高压的超临界状态或液态状态的制冷剂隔热膨胀，从而变成低温低压的气液两相状态，并被输送至蒸发器4。在蒸发器4中，气液两相状态的制冷剂被车厢内的空气蒸发。在该气液两相状态的制冷剂蒸发时，所述制冷剂从车厢内的空气吸收蒸发潜热，从而冷却车厢内的空气。在蒸发器4中蒸发的制冷剂被送入分液贮存器5，并暂时储存于此。储存于分液贮存器5的制冷剂中的气态制冷剂通过内部热交换器6返回到压缩机1中。并且，在使用CO₂作为制冷剂的制冷循环的情况下，通过内部热交换器6，利用从分液贮存器5送入压缩机1的低温制冷剂进一步冷却在气体冷却器2内已冷却了的高温制冷剂，或者利用从气体冷却器2出来的高温制冷剂进一步加热从分液贮存器5送入压缩机1的低温制冷剂。

图2是表示膨胀装置的结构的中央纵向剖面图。

该膨胀装置3具有筒状的壳体10。该壳体10的图中上方的开口端构成用于导入高压制冷剂的初级侧的制冷剂入口11，在该制冷剂入口11中嵌入有过滤器12。在壳体10的轴线方向中央部形成有阀孔13，该阀孔13的图中下方的周缘部构成阀座14。在图中的下方，与阀座14对置地配置有阀体15。该阀体15与活塞17形成为一体，该活塞17以可以沿轴线方向自由滑动的方式配置在汽缸16内，该汽缸16形成于壳体10内，壳体10沿与阀体15相同的轴线方向延伸。阀体15在轴线方向设有固定孔18，并且该固定孔18与横孔19连通，该横孔19在相对轴线成直角的方向上贯穿形成。在阀体15落座在阀座14上的闭阀情况下，该固定孔18可通过微量的制冷剂，所以该固定孔18用于使溶于制冷剂的、压缩机1所需的最少量的润滑油可以循环。

配置有阀体15的次级侧的腔室，通过形成在壳体10上的制冷剂出口20与外部连通。活塞17被弹簧21向闭阀方向施力。这样，由阀座14和阀体15组成的阀构成了差压调节阀，该差压调节阀通过压力差与弹簧21的负荷之间的平衡而动作，上述压力差是阀孔13上游侧的初级压力和下游侧的次级压力之间的压力差。弹簧21由调整螺钉22支承，该调整螺钉22旋合在壳体10在图中的下方的开口部中，通过调整该调整螺钉22的旋入量可调整弹簧21的负荷。

由壳体10、活塞17和调整螺钉22围成的腔室构成缓冲室23。该缓冲室23通过设置在调整螺钉22上的固定孔24与该膨胀装置的次级侧连通。由此，缓冲室23可使制冷剂通过壳体10与活塞17之间的间隙以及设置在调整螺钉22上的固定孔24，而在缓冲室23和该膨胀装置的次级侧之间出入。另外，在壳体10的外周上在整个圆周设置有O型密封圈25，该O型密封圈25用于在膨胀装置3插入在主体7中时，在初级侧和次级侧之间进行流体密封。

在这种结构的膨胀装置中，当导入制冷剂入口11的制冷剂的初级压力和制冷剂出口20处的制冷剂的次级压力的压力差小于由弹簧21的负荷确定的规定值时，阀体15落座在阀座14上，使膨胀装置闭阀。因此，导入制冷剂出口20的制冷剂以需要的最小流量流过形成在阀体15上的固定孔24。

这里，当阀体15承受的制冷剂的初级压力克服弹簧21的负荷而变大时，阀体15离开阀座14，使膨胀装置打开。由此，初级侧的制冷剂通过阀座14和阀体15之间的孔流向次级侧，此时，高温高压的气态制冷剂隔热膨胀而变成低温低压的气液混合制冷剂，并从制冷剂出口20流出。之后，阀体15移动直到停止在初级压力和次级压力的压力差与弹簧21的负荷平衡的位置，因此膨胀装置可以流过这样多的制冷剂，即，该制冷剂的流量与初级压力和次级压力之间的压力差对应。在初级压力缓慢变化时，由于阀体15在不会伴随有大的滑动阻力的情况下跟随初级压力的变化而移动，所以可减小流量特性的滞后。

此外，当导入制冷剂入口11的制冷剂的压力急剧上升时，阀体15承受该压力并迅速向开阀方向移动。但是，与阀体15一体的活塞17也向开阀方向动作，由于是向使缓冲室23的体积减小的方向动作，所以缓冲室23内的压力上升，从而将活塞17按压回闭阀方向。由此，阀体15向开阀方向的剧烈动作被吸收，使得阀体15不能进行跟随初级压力的急剧上升的向开阀方向的动作。之后，通过汽缸16和活塞17之间的间隙以及设在调整螺钉22上的固定孔24，上升后的缓冲室23内的压力泄掉，将活塞17压回闭阀方向的力消失。相反，导入制冷剂入口11的制冷剂的压力急剧下降时，阀体15和与阀体15一体的活塞17执行相反的动作，同样，阀体15不能进行跟随初级压力的急剧下降的向闭阀方向的动作。这样，即使在初级压力急剧升降的情况下，也能够抑制阀体15的剧烈动作，所以能抑制阀体15的振动，因此能够大幅度减少异常噪音。

图3是差压调节阀的主要部分的放大剖面图，图4是表示差压调节阀的阀体吸入力的变化的图。

如图3所示，在该膨胀装置中，由壳体10形成的阀座14和阀体15构成可变孔，该阀体15配制成相对该阀座14可自由接触和分离，且阀体15具有大于阀孔的阀口直径a的阀体直径b，以便能够使该膨胀装置完全关闭，在可变孔的次级侧具有(b-a)的重叠量。

因此，当高压的CO₂制冷剂高速通过该可变孔时，在次级侧产生涡流，并发生将阀体15拉向阀座14的方向的吸入现象。当发生该吸入现象时，由于阀体15向闭阀方向移动，因此在通过压力差来确定阀升程的差压调节阀中，流量相对于与压力差对应的流量而变得不足。

可知吸入现象与阀体直径b和阀口直径a的比(b/a)有很大的关系。即，根据横轴表示阀体直径b与阀口直径a的比(b/a)、纵轴表示吸入力的图4可知，在比(b/a)很小的较小区域内，吸入力也很小，随着比(b/a)的变大，吸入力也变大。这是因为在比(b/a)很小的较小区域内重叠量小，所以阀体15受到的涡流的影响也变小。从该图4所示的关系可以知道，在阀体直径b与阀口直径a的比(b/a)小于等于1.5时，吸入力很小，给阀体15带来的吸入现象的影响也很小。在该优选实施方式中，通过使阀体直径b接近开口直径a以减小重叠量，使阀体直径b与阀口直径a的比(b/a)为1.16左右。

通过减少由制冷剂的流动引起的阀体15的吸入现象，可以通过只计算阀体15承受的压力和弹簧21的负荷的平衡，来在某种程度上设定该膨胀装置的特性。并且，在动作时，阀体15由于不进行因吸入现象导致的向闭阀方向的动作，所以可以使制冷剂以规定的流量流过，而不会发生冷却能力不足。

上述的膨胀装置3具有如下特性：闭阀时，制冷剂通过设置在阀体15的固定孔18流动；打开阀后，阀体15根据压力差而移动，并且上述的膨胀装置3是特性变化点为一点的可变孔，接下来对如下的膨胀装置进行说明：其特性变化点为两点，并且具有三个阶段的特性，这样能够提高应用于制冷循环时的设定的自由度。

图5是表示膨胀装置的其他结构例的中央纵向剖面图，图6是表示膨胀装置的开阀特性的一个例子的图。而且，在图5中，对于具有与图2所示膨胀装置的结构要素相同或等同功能的结构要素，赋予相同的标号，并省略对它们的详细说明。

如图5所示，该膨胀装置3a具有止挡件26，该止挡件26旋合在调整弹簧21的负荷的调整螺钉22上，并可以沿其轴线方向前进和后退。该止挡件26用于限制活塞17向开阀方向的行程，由此，可限制与活塞17形成为一体的阀体15的最大移动量。在通过调整螺钉22调整弹簧21的负荷后，可以通过调整止挡件26的旋入来形成该最大移动量。

止挡件26具有中空部，该中空部朝与制冷剂出口20相同的次级侧开放，在与活塞17相对的端面上设置有缓冲室23的固定孔24。当然，为了使在活塞17抵接于止挡件26时不堵塞固定孔24，例如在活塞17或止挡件26的相对端面上形成通过固定孔24的轴线的槽。

这样，打开差压调节阀后，当与阀体15一体的活塞17到达根据止挡件26的旋入位置确定的开阀行程时，活塞17抵接于止挡件26，因而不能完成过大的行程，通过这样的结构，如图6所示，能够使开阀特性的变化点为两个点。

在示出该开阀特性的图6的横轴表示阀体15的前后压力差，纵轴表示开口直径，该开口直径是面积与阀体15上升时的开口面积相同的圆的直径。这里，在压力差较小并且为闭阀时，特性为，尽管压力差变化，但是只是通过固定孔18来维持恒定的开口直径。当压力差上升并达到由调整螺钉22对弹簧21的调整所确定的开阀点(在图示例子中为3MPa)时，特性为，差压调节阀开始打开，之后，开口直径根据压力差而变化。并且，当压力差进一步上升并且阀体15移动时，与阀体15一体的活塞17很快抵接于止挡件26(在图示例子中为6Mpa的点)。由此，由于即使压力差进一步上升，阀体15也不能再向开阀方向有行程，所以特性为，即使压力差上升，开口直径也不变化。通过调整止挡件26能改变在高压力差侧的变化点。

因此，该膨胀装置3a可通过调整螺钉22和止挡件26分别调整开阀特性的两个变化点。这样，在应用于制冷循环、并想要使膨胀装置3a的特性与系统的高效率点一致时，由于可调整2个变化点，所以可提高设定膨胀装置3a的特性时的自由度。并且，压力差大于等于规定值时，即使压力差增加，开口直径也不增加，由于在压力差大的区域制冷剂也不会流动过量，所以可调整到高效率的区域。

另外，在图2所示的膨胀装置3和图5所示的膨胀装置3a的结构例中，作为调整弹簧21的负荷的调整部件具有调整螺钉22，但也可以用压配合在汽缸16的开口端中的压配合部件来构成所述调整部件，并通过其压配合量来调整弹簧21的负荷。同样，关于旋合在膨胀装置3a的调整螺钉22上的止挡件26，也可以使其为压配合在调整螺钉22中的结构，并通过其压配合量来调整活塞17在开阀方向上的最大行程位置。

Claims (8)

1.一种膨胀装置，其具有阀体，该阀体在被弹簧向闭阀方向施力的状态下配置在阀座的下游侧，并且该膨胀装置能够使制冷剂以与制冷剂入口处的初级压力和制冷剂出口处的次级压力之间的压力差对应的流量流过，该膨胀装置的特征在于，

具有缓冲单元，其设置在所述阀体上，用于在所述阀体承受制冷剂的急剧压力变化时，吸收所述阀体在开闭方向上移动的动作。

2.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，所述缓冲单元具有：汽缸，其形成于形成所述阀座的一壳体内，并沿与所述阀体相同的轴线方向延伸；活塞，其配置在所述汽缸内，并与所述阀体形成为一体；缓冲室，其体积可以通过所述活塞而改变。

3.根据权利要求2所述的膨胀装置，其特征在于，通过旋合或者压配合在所述汽缸的开口端中的调整部件来关闭所述缓冲室，在所述活塞和所述调整部件之间插入有所述弹簧。

4.根据权利要求3所述的膨胀装置，其特征在于，所述调整部件设置有与所述缓冲室内连通的固定孔。

5.根据权利要求3所述的膨胀装置，其特征在于，具有止挡件，该止挡件旋合在所述调整部件上，并可沿所述其轴线方向自由进退，或者沿所述轴线方向压配合在所述调整部件上，该止挡件用于限制所述活塞在开闭方向上的行程。

6.根据权利要求5所述的膨胀装置，其特征在于，所述止挡件设置有与所述缓冲室连通的固定孔。

7.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，所述阀体的阀体直径(b)与阀孔的阀口直径(a)的比(b/a)小于等于1.5。

8.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，该膨胀装置适用于二氧化碳作为所述制冷剂的制冷循环。

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