專利名稱：二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制冷系統(tǒng)中的節(jié)流元件，具體說是一種二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)膨脹 閥，
背景技術：
跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)在熱泵性能方面具有獨特的優(yōu)越性，它的排氣溫度 高、氣體冷卻器的換熱性能好，可以解決汽車冬天不能向車廂提供足夠熱量的缺陷。同時二 氧化碳無毒且不可燃，因此跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)已被認為是最有希望的下一代汽車空 調(diào)。目前，跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)還處于發(fā)展過程中，其中有一種節(jié)流裝置，即機械 調(diào)節(jié)式膨脹閥，用來調(diào)節(jié)氣體冷卻器內(nèi)的高壓側氣體壓力。在二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)中， 當高壓側壓力升高的一定值后，其對制冷量幾乎沒有影響，而此時壓縮機功率卻在增加，故 COP會降低；而當高壓側壓力降低至小于某一壓力值后，制冷量將明顯減小，而此時壓縮機 功率基本維持不變，甚至會有所增大，導致COP顯著下降。因此，二氧化碳跨臨界循環(huán)系統(tǒng) 中的高壓側壓力存在一個最優(yōu)壓力值，在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程中，節(jié)流裝置應具有調(diào)節(jié)高壓側 壓力的能力。目前，在二氧化碳車用空調(diào)領域應用較多的是外控式變排量壓縮機和電子膨 脹閥的組合方式，它表現(xiàn)出的調(diào)節(jié)性能非常優(yōu)越，主要表現(xiàn)在高壓側壓力與蒸發(fā)器供液量 調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)范圍寬、系統(tǒng)響應速度快等，但由于電子膨脹閥需要步進電機驅(qū)動，故使 得生產(chǎn)成本相對于其它節(jié)流元件高，這極大限制了它的市場應用前景。因此，設計一種調(diào)節(jié) 性能好，并且成本低廉的節(jié)流裝置成為促進跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)進一步發(fā)展的關 鍵。公開號為CN1737472A，
公開日為2006年2月22日，名稱為跨臨界二氧化碳制冷 系統(tǒng)節(jié)流短管的專利申請，提出了一種可調(diào)節(jié)流量的節(jié)流短管，其核心是采用一種機械式 的帶有內(nèi)部旁通功能的節(jié)流短管作為節(jié)流元件，其流量可以根據(jù)節(jié)流短管進口高壓的變化 實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。該裝置內(nèi)部設置了一個主節(jié)流短管和一個輔助節(jié)流短管，主節(jié)流短管始終 處于打開狀態(tài)，流量的變化靠輔助節(jié)流短管調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)流量大小來控制氣體冷卻器內(nèi) 的壓力。該技術方案中的節(jié)流短管對于變化的氣體冷卻器出口溫度必須用調(diào)節(jié)螺栓改變彈 簧的預緊力，以此來調(diào)節(jié)出最優(yōu)壓力，不具有變溫自動調(diào)節(jié)的功能，因此在實際應用中系統(tǒng) 運行工況受到很大限制。到目前為止，還沒有出現(xiàn)適用于跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)的，采用新型感溫控制 元件，能針對不同的氣體冷卻器出口溫度自動調(diào)節(jié)出系統(tǒng)最優(yōu)壓力的，不需要另外引入驅(qū) 動控制方式的可調(diào)節(jié)式節(jié)流裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥，能夠隨氣體冷卻器出口 溫度的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最優(yōu)壓力。
本發(fā)明所述二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥，包括閥體、開設于閥體上的進氣口和 出氣口，在閥體內(nèi)開設有型腔，型腔的下端與出氣口連通，型腔的上端旋接有調(diào)節(jié)螺塞將型 腔上端密封，型腔內(nèi)設置有隔板，將型腔分隔成進氣腔和活塞腔，進氣腔位于隔板與調(diào)節(jié)螺 塞之間；在活塞腔內(nèi)設置有活塞桿，其上端位于隔板中與隔板滑動配合，下端位于出氣口 處，可將出氣口的上端口封閉，活塞桿上固定有活塞，活塞位于活塞腔內(nèi)與活塞腔滑動配 合，進氣口位于活塞下方，與活塞腔連通；閥體內(nèi)開設有進氣通道將進氣口與進氣腔連通， 進氣腔內(nèi)安裝有記憶彈簧，記憶彈簧是由形狀記憶合金制成的壓縮彈簧，其位于活塞桿與 調(diào)節(jié)螺塞之間。
所述的記憶彈簧是采用形狀記憶合金制成，其在運行工況范圍內(nèi)均處于壓縮狀 態(tài)。形狀記憶合金是一種具有記憶特性的特殊合金材料，在不同溫度下記憶彈簧會自動伸 縮為所記憶的形狀，同時，這種材料還具有超彈性，它的應變量可高達20%，卸載應力后，能 完全恢復到原來的形狀。本發(fā)明中所選用的記憶彈簧是依據(jù)二氧化碳制冷系統(tǒng)的壓力—— 溫度特性進行設計的，具體的是依據(jù)二氧化碳制冷系統(tǒng)氣體冷卻器出口的最優(yōu)壓力——溫 度特性，對記憶彈簧的形變——溫度特性進行設計，使其安裝在膨脹閥內(nèi)，在一定溫度和 長度下由壓縮形變產(chǎn)生的作用力能使二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)高壓側達到最優(yōu)壓力。由于 記憶彈簧對溫度的高精度形狀記憶特性，以及快速的形狀恢復性能，將其用作本發(fā)明的膨 脹閥感溫控制元件將大大提高調(diào)節(jié)精度。出氣口上端口與活塞桿下端構成的最小流通截 面一喉部起到節(jié)流作用。本發(fā)明所述膨脹閥安裝在汽車空調(diào)氣體冷卻器與蒸發(fā)器之間，在空調(diào)運行時，由 氣體冷卻器流出的過冷或超臨界流體經(jīng)進氣口流入活塞腔，腔內(nèi)壓力作用于活塞下端面， 產(chǎn)生向上的作用力，同時記憶彈簧感受到由進氣通道流入進氣腔的制冷劑溫度，將會根據(jù) 自身的形變一溫度特性發(fā)生相應于上游氣體冷卻器出口溫度的伸縮變化，但由于活塞運 動行程的限制，記憶彈簧不能自由伸展，因此將發(fā)生壓縮形變，隨著記憶彈簧感受到的溫度 的變化，壓縮形變產(chǎn)生的對活塞桿上端的壓力也相應地變化。當作用于活塞下端面的作用 力恰好等于活塞桿下端與出氣口上端口相接觸時，記憶彈簧和進氣腔內(nèi)氣體壓力對活塞桿 產(chǎn)生的向下的合力時，膨脹閥開始開啟。比如，當在某一氣體冷卻器出口溫度和壓力下，出 氣口處于關閉狀態(tài)時，活塞所受到的向下作用力大于向上的作用力時，出氣口保持關閉狀 態(tài)；隨著系統(tǒng)壓縮機的運轉(zhuǎn)，位于壓縮機吸氣口的氣液分離器內(nèi)的部分制冷劑將被抽吸到 壓縮機排氣口下游的氣體冷卻器內(nèi)，氣體冷卻器內(nèi)部壓力將升高，與之相通的活塞腔內(nèi)的 壓力也將逐漸升高，當達到并超過最優(yōu)壓力時，活塞將帶動活塞桿向上移動并使出氣口開 啟，使得通過膨脹閥的流量迅速增大，活塞腔內(nèi)的壓力將逐漸降低，當降低到高壓側最優(yōu)壓 力以下時，活塞桿下端將重新移動至出氣口端口將出氣口關閉；但隨著活塞腔內(nèi)壓力重新 升高并超過最優(yōu)壓力時，出氣口又會重新開啟，如此重復打開和關閉出氣口的過程，最終使 得氣體冷卻器內(nèi)的壓力總能達到相應出口溫度下的最優(yōu)壓力，因此，在膨脹閥開度的自動 調(diào)節(jié)下，二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)的運行效率將始終處于最優(yōu)狀態(tài)。本發(fā)明所述膨脹閥在二氧化碳制冷系統(tǒng)中可以針對不同的氣體冷卻器出口溫度 自動調(diào)節(jié)氣體冷卻器內(nèi)的壓力達到最優(yōu)壓力，使系統(tǒng)運行的能效比達到最大值。并且不需 要引入額外的驅(qū)動控制方式，而是運用了形狀記憶合金材料制成的記憶彈簧作為感溫控制 元件，用系統(tǒng)自身壓力作為驅(qū)動力，實現(xiàn)了完全的自動化調(diào)節(jié)。該膨脹閥整體設計緊湊，結構簡單，調(diào)節(jié)靈敏度高，密封性好，具有較高的可靠性。


圖1為本發(fā)明所述二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥的主視剖面示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，該二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥包括閥體1、開設于閥體1上的進氣 口 12和出氣口 13，在閥體1內(nèi)開設有型腔，型腔的下端與出氣口 13連通，該出氣口 13為圓 錐形孔，型腔的上端旋接有調(diào)節(jié)螺塞7將型腔上端密封，為了使密封可靠，在調(diào)節(jié)螺塞7上 套裝有密封圈8。型腔內(nèi)設置有隔板5，將型腔分隔成進氣腔9和活塞腔11，進氣腔9位于 隔板5與調(diào)節(jié)螺塞7之間。在活塞腔11內(nèi)設置有活塞桿2，其上端位于隔板5中與隔板5 滑動配合，隔板5在與活塞桿2配合的孔壁內(nèi)嵌有密封圈4，使活塞桿2與隔板5之間能夠 得以可靠密封?；钊麠U2下端為圓錐體，位于出氣口 13處，可將出氣口 13的上端口封閉，當 活塞桿2將出氣口 13封閉時，該圓錐體的圓錐面與出氣口 13的上端口接觸。活塞桿2上 固定有活塞3，活塞3位于活塞腔11內(nèi)與活塞腔11滑動配合，進氣口 12位于活塞3下方， 與活塞腔11連通。閥體1內(nèi)開設有進氣通道10將進氣口 12與進氣腔9連通，進氣腔9內(nèi) 安裝有記憶彈簧6，記憶彈簧6是由形狀記憶合金制成的壓縮彈簧，其位于活塞桿2與調(diào)節(jié) 螺塞7之間。在汽車空調(diào)系統(tǒng)運行時，由氣體冷卻器流出的過冷或超臨界流體通過進氣口 12 流入 膨脹閥，其中少量流體通過進氣通道10流入進氣腔9，此時位于進氣腔9內(nèi)的記憶彈 簧6感受到由氣體冷卻器流入的流體溫度，發(fā)生相應的形變并對活塞桿2產(chǎn)生向下的壓力， 該壓力通過活塞桿作用于活塞3上。同時，大量流體進入活塞腔11，腔內(nèi)壓力作用于活塞3 的下端面。當氣體冷卻器出口在某一溫度和壓力下，活塞3下端面受力小于活塞桿2對活 塞3的作用力時，活塞桿2下端向下壓緊出氣口 13，使膨脹閥處于關閉狀態(tài)。隨著系統(tǒng)的不 斷運行，當氣體冷卻器內(nèi)部高壓氣體壓力逐漸升高達到并超過最優(yōu)壓力時，與高壓側壓力 相等的活塞腔11的壓力也逐漸升高，使得活塞3下端面受力達到并超過活塞桿2對活塞3 的作用力，此時活塞桿2將向上移動并打開出氣口 13，使得通過膨脹閥的流量隨即增大，高 壓側壓力將逐漸降低，當活塞腔11的壓力小于最優(yōu)壓力時，活塞3將帶動活塞桿2重新移 動至出氣口 13上端口處，使膨脹閥處于暫時關閉狀態(tài)，直到活塞腔11的壓力隨氣體冷卻器 壓力再次升高到最優(yōu)壓力時，出氣口 13又開始打開，打開和關閉出氣口的動作如此反復進 行，便使氣體冷卻器內(nèi)的壓力總能達到相應出口溫度下的最優(yōu)壓力。
權利要求
二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥，包括閥體(1)、開設于閥體上的進氣口(12)和出氣口(13)，其特征在于在閥體內(nèi)開設有型腔，型腔的下端與出氣口連通，型腔的上端旋接有調(diào)節(jié)螺塞(7)將型腔上端密封，型腔內(nèi)設置有隔板(5)，將型腔分隔成進氣腔(9)和活塞腔(11)，進氣腔位于隔板與調(diào)節(jié)螺塞之間；在活塞腔內(nèi)設置有活塞桿(2)，其上端位于隔板中與隔板滑動配合，下端位于出氣口處，可將出氣口的上端口封閉，活塞桿上固定有活塞(3)，活塞位于活塞腔內(nèi)與活塞腔滑動配合，進氣口位于活塞下方，與活塞腔連通；閥體內(nèi)開設有進氣通道(10)將進氣口與進氣腔連通，進氣腔內(nèi)安裝有記憶彈簧(6)，記憶彈簧是由形狀記憶合金制成的壓縮彈簧，其位于活塞桿與調(diào)節(jié)螺塞之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥，其特征在于活塞桿(2)的 下端為圓錐體，當活塞桿將出氣口(13)封閉時，該圓錐體的圓錐面與出氣口的上端口接 觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥，包括閥體、開設于閥體上的進氣口和出氣口，在閥體內(nèi)開設有進氣腔和活塞腔，在活塞腔內(nèi)設置有活塞及活塞桿，活塞桿上端位于隔板中，下端位于出氣口處，可將出氣口的上端口封閉，進氣口位于活塞下方，與活塞腔連通，閥體內(nèi)開設有進氣通道將進氣口與進氣腔連通，進氣腔內(nèi)安裝有記憶彈簧，其位于活塞桿與調(diào)節(jié)螺塞之間。該脹閥整體結構簡單、緊湊，調(diào)節(jié)靈敏度高，密封性好，具有較高的可靠性，能夠隨氣體冷卻器出口溫度的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最優(yōu)壓力。
文檔編號F16K31/70GK101846201SQ201010179769
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權日2010年5月21日
發(fā)明者周奕, 周春宇, 施駿業(yè), 游典, 申俊嶺, 趙宇, 陳江平 申請人:重慶長安汽車股份有限公司