CN105822770A - 双向热力膨胀阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双向热力膨胀阀，其包括：驱动组件、主阀体组件和调节组件。主阀体组件包括阀壳和容纳在阀壳中的阀芯。阀壳包括固定至驱动组件的第一端和固定至调节组件的相反的第二端，阀壳包括通过阀座部而分隔开的第一腔和第二腔。阀芯包括操作性地连接至驱动组件的第一端和操作性地连接至调节组件的相反的第二端，第二端位于第二腔内，阀芯包括与阀座部配合的抵接部。其中，在阀壳中还包括位于驱动组件与阀芯的第一端之间的背压腔，主阀体组件包括构造成用于使背压腔与第二腔彼此流体连通的通道。

Description

双向热力膨胀阀

技术领域

本发明涉及一种双向热力膨胀阀。

背景技术

热力膨胀阀是制冷***中控制***过热度的关键元件，一般安装于储液筒和蒸发器之间，它实现从冷凝压力至蒸发压力的压降，直接决定整个***的运行性能。

热力膨胀阀通过感温包感知蒸发器末端温度，从而调节其节流口开度大小，进而控制流进蒸发器的制冷剂的质量流量的多少并调节蒸发器末端温度，以保证气态制冷剂流进压缩机，实现在合理的蒸发效率下的压缩机安全工作。

在现有技术的热力膨胀阀中，当制冷剂正向流动(对应于制冷工况)时，热力膨胀阀的阀芯下端位于节流后的低压腔中。而当制冷剂反向流动(对应于制热工况)时，热力膨胀阀的阀芯下端位于节流前的高压腔中，此时制冷剂向阀芯施加的向上的压力比正向流动时大，导致节流口的开度趋于减小，使得同等工况下制冷剂质量流减小，***过热度变大。

由于单个热力膨胀阀不能在制冷和制热情况下提供相同的***过热度，因此需要设置两个热力膨胀阀，其分别用于制冷和制热两种情况，然而这增大了成本，并提高了发生故障的可能性。

另外，现有的热力膨胀阀零件较多，结构复杂，因此制造和组装成本较高，可靠性较低。

因此，存在对于解决现有技术的热力膨胀阀的以上缺陷的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种双向热力膨胀阀，其能够仅通过一个热力膨胀阀进行***过热度控制，在相同的感温包温度时，制热工况和制冷工况的过热度相当。

本发明的另一目的是提供一种双向热力膨胀阀，其零件数量较少，结构简单，能够降低制造和装配成本，并提高可靠性。

根据本发明的一方面，提供了一种双向热力膨胀阀，其包括：驱动组件、主阀体组件和调节组件，主阀体组件包括：阀壳，阀壳包括固定至驱动组件的第一端和固定至调节组件的相反的第二端，阀壳包括通过阀座部而分隔开的第一腔和第二腔；以及容纳在阀壳中的阀芯，阀芯包括操作性地连接至驱动组件的第一端和操作性地连接至调节组件的相反的第二端，第二端位于第二腔内，阀芯包括与阀座部配合的抵接部；其中，在阀壳中还包括位于驱动组件与阀芯的第一端之间的背压腔，主阀体组件包括构造成用于使背压腔与第二腔彼此流体连通的通道。

可选地，阀芯是包括阀芯主体和引导部的一件式阀芯。

可选地，阀壳在第一端附近设置有径向向内凸出的支撑台，引导部延伸穿过支撑台的中央开口从而由中央开口引导。

可选地，支撑台支撑密封件，以在引导部与阀壳之间进行密封。

可选地，阀芯的第二端设置有环形的台阶面，台阶面与调节组件的弹簧抵接。

可选地，在阀芯与阀壳之间设有周向密封件以在背压腔与第一腔之间提供密封。

可选地，在阀芯上形成有构成第一腔的一部分的周向凹槽，周向凹槽的壁部形成抵接部。

可选地，通道设置在阀芯中。

可选地，阀芯包括阀芯主体和引导部，通道包括位于阀芯主体中的纵向段和位于引导部中的径向段。

可选地，纵向段包括第一段和第二段，第一段的直径大于第二段的直径。

可选地，其特征在于，在通道中设置有允许工质从第二腔向背压腔流动的单向阀，当第二腔中的压力大于预定打开压力时，单向阀打开。

可选地，预定打开压力小于进入双向热力膨胀阀的工质的压力，并且大于从双向热力膨胀阀排出的工质的压力。

可选地，通道形成在阀壳的壁中。

根据本发明的一种或几种实施例的双向热力膨胀阀的优点在于：

(1)通过将阀芯的靠近调节组件一侧的压力引入到阀芯的靠近驱动组件一侧的空间，削弱了制冷剂反向流动时由制冷剂作用在阀芯上的合力，使得在制冷和制热两种工况下阀芯的受力情况变化不大，***过热度的差异小。

(2)通过采用一件式阀芯，使得热力膨胀阀的可靠性更高，并且容易在其内部加工出通道。

(3)通过引导部与支撑台的中央开口之间的配合，能够稳定地实现阀芯的导向。

(4)通过在通道中设置仅在制热情况下打开的单向阀，能够进一步减小制冷和制热两种工况下的***过热度差异。

(5)通过在阀壳的壁中设置通道，能够避免对阀芯进行加工，保证阀芯稳定地居中运动。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本发明的一个或几个实施例的特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1是采用双向热力膨胀阀的制冷***的制冷工况的示意图。

图2是采用双向热力膨胀阀的制冷***的制热工况的示意图。

图3是根据本发明的第一实施方式的双向热力膨胀阀的立体图。

图4是根据本发明的第一实施方式的双向热力膨胀阀的分解图。

图5是根据本发明的第一实施方式的双向热力膨胀阀的剖视图。

图6是根据本发明的第一实施方式的双向热力膨胀阀的阀芯的剖视图。

图7示出了根据本发明的第一实施方式的双向热力膨胀阀的阀芯的受力情况。

图8根据本发明的第二实施方式的双向热力膨胀阀的剖视图。

图9是根据本发明的第三实施方式的双向热力膨胀阀的剖视图。

具体实施方式

下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而不是对本发明及其应用或用法的限制。

在以下描述中所提到的“上”、“下”、“顶”、“底”等方向仅是相对于附图中所示热力膨胀阀的定向而言的，并且能够随热力膨胀阀的实际方向而变化。

下面将参照图1和图2描述采用根据本发明的双向热力膨胀阀的制冷***及其工作原理。

在制冷工况下，如图1所示，压缩机100排出高温高压的液态制冷剂(工质)，制冷剂在经过四通换向阀102后进入第一换热盘管104(作为冷凝器)，成为低温高压的制冷剂。随后在经过过滤器106后，制冷剂从热力膨胀阀200(或300，400，下同)的第一接口232(入口)流进热力膨胀阀(也称为正向流动)，经过其节流口发生小孔节流后，膨胀成为低温低压的雾状的液态制冷剂并从第二接口234(出口)排出。然后制冷剂流进第二换热盘管108(作为蒸发器)，吸收热量成为高温低压的气态制冷剂。此后制冷剂经过储液桶110以分离可能存在的液体，气态制冷剂返回压缩机100，完成一个制冷循环。

在制热工况下，如图2所示，压缩机100排出高温高压的液态制冷剂，制冷剂在经过四通换向阀102后进入第二换热盘管108(作为冷凝器)，成为低温高压的制冷剂。然后制冷剂从热力膨胀阀200的第二接口234(入口)流进热力膨胀阀200(也称为反向流动)，经过其节流口发生小孔节流后，膨胀成为低温低压的雾状的液态制冷剂并从第一接口232(出口)排出。在经过过滤器106后，制冷剂流进第一换热盘管104(作为蒸发器)，吸收热量成为高温低压的气态制冷剂。此后制冷剂经过储液桶110以分离可能存在的液体，气态制冷剂返回压缩机100，完成一个制热循环。

感温包202布置在储液桶110的上游，以感知蒸发器(第一换热盘管104或第二换热盘管108)的末端温度并经由毛细管203向热力膨胀阀提供相应的压力。另外，平衡管204将制冷***内的制冷剂引导到双向热力膨胀阀的平衡口(未示出)。通过感温包202与平衡管204所提供的压力差来控制热力膨胀阀的节流口开度，进而控制进入蒸发器的制冷剂流量。

下面参照图3-7描述根据本发明第一实施方式的双向热力膨胀阀200。如图3、图4所示，双向热力膨胀阀200总体上包括驱动组件210、主阀体组件230和调节组件270。

如图5所示，驱动组件210包括壳体212，壳体212密封地连接至主阀体组件230的阀壳240的第一端242。在壳体212中嵌入有膜片214，膜片214将壳体212的内部空间分隔为上部腔216和下部腔218。膜片214下方设置有缓冲板215，其抵靠主阀体组件230中的阀芯250的第一端252，以将膜片214所受的力传递至阀芯250。

主阀体组件230包括阀壳240和容纳在阀壳240中的阀芯250。为了清晰起见，阀芯250在图6中放大示出。如上文所述，阀壳240的第一端242(图中为上端)固定至驱动组件210。阀壳240的第二端246(图中为下端)固定至调节组件270(以下将详细描述)。阀壳240包括用于制冷剂的流入和流出的第一接口232和第二接口234(为了图示清晰起见，仅示出第一接口232和第二接口234的一部分)。相应地，阀芯250的第一端252操作性地连接至驱动组件210，而阀芯250的第二端256操作性地连接至调节组件270，并位于第二腔259中(以下将详细描述)，由此，驱动组件210和调节组件270向阀芯250施加方向相反的力，以维持节流口的适当开度。

阀芯250可以是包括引导部251和阀芯主体254的一件式阀芯250。在阀壳第一端242的附近设置有径向突出的支撑台243。引导部251的直径小于阀芯主体254的直径，从而在阀芯主体254的顶部形成顶面253。引导部251穿过支撑台243的中央开口延伸，从而使得阀芯250能够在该中央开口的引导下上下移位。在阀芯主体254的顶面253与支撑台243的底面247之间(或者说，在驱动组件210与阀芯250的第一端252之间)形成背压腔236。在支撑台243上方支撑有唇形密封件237，唇形密封件237弹性地抵靠引导部251的外壁和阀壳240的内壁，以防止第一腔258或背压腔236(以下将描述)中的制冷剂进入到驱动组件210的下部腔218中。

阀芯主体254的直径与阀壳240的一部分的内径相匹配，使得阀芯主体254能够在阀壳240中上下移位。在阀壳240的内壁中，由于与第一接口232对应的部位和与第二接口234对应的部位的直径不同而形成台阶，在台阶处形成阀座部245。阀座部245将阀壳240的内部空间分隔为与第一接口232连通的第一腔258和与第二接口234连通的第二腔259。在阀芯主体254上、与第一接口对应的位置处形成有构成第一腔258的一部分周向凹槽257(见图6)，由周向凹槽257的壁形成抵接部255。阀芯250的抵接部255与阀壳240的阀座部245相配合，以在二者之间形成节流口235。在本实施方式中，抵接部255由阀芯主体254上的周向凹槽257的壁部(靠近调节组件210侧的倾斜底壁)形成。应当理解，抵接部255不限于这种形式，而是可以是能够与阀座部245接合或分离的其它形式。

在制冷剂正向流动时，位于第一腔258中的高压制冷剂经过该节流口235后，膨胀成第二腔259中的低压制冷剂；而在制冷剂反向流动时，位于第二腔259中的高压制冷剂经过该节流口235后，膨胀成第一腔258中的低压制冷剂。

参见图6，在阀芯250中形成有通道260以使阀芯250纵向两侧的空间彼此流体连通，即，使背压腔236与阀芯250的第二端256所在的第二腔259连通。该通道260包括位于阀芯主体254内的同轴地设置的纵向段262、和位于引导部251内的径向段263。可选地，该纵向段262包括位于下部的第一段262a和位于上部的第二段262b，第一段262a的直径大于第二段262b的直径。应当理解，通道260也可以仅设置在阀芯主体254中，并在顶面253上开口。例如，通道260可以包括纵向段和斜向段。

优选地，在背压腔236与第一腔258之间，在阀芯250上形成有周向槽264，槽内设置有O形密封圈266，从而实现阀芯250与阀壳240之间的密封。应当理解，周向槽也可以设置在阀壳240上。

调节组件270设置在主阀体组件230的下方。调节组件270包括：底座272，底座272密封地固定至阀壳240的第二端246；穿过底座272延伸的调节螺母274，调节螺母274密封地、可旋转地固定至底座272，从而能够从底座272外部手动地进行调节；由调节螺母274支撑的弹簧276，弹簧276的上端抵接阀芯250的第二端256的环形台阶面；以及盖子278，盖子278旋拧至底座272，以保护调节螺母274不会被误触。

下面描述根据本发明第一实施方式的双向热力膨胀阀200的工作原理。

图1-7中示意性示出的热力膨胀阀200是外平衡式膨胀阀。参见图1，在蒸发器的下游、储液桶110的上游处的管路外设置有感温包202。感温包202内充注的是处于气液平衡饱和状态的制冷剂，这部分制冷剂与***内的制冷剂是不相通的。感温包202与制冷剂管路紧密接触以感受蒸发器出口的过热蒸气温度，由于它内部的制冷剂是饱和的，所以将传递该温度下的饱和压力传递至热力膨胀阀200中的膜片214上方的上部腔216，向膜片214施加向下的压力Fc(参见图7)。另外，较细的平衡管204从与感温包202所处的位置相对应的制冷剂管路延伸到膜片214下方的下部腔218，以向膜片214施加向上的蒸发器压力Fe。

压力Fc与Fe通过缓冲板215传递至阀芯250。另外，阀芯250还受到来自调节组件270的弹簧276的向上的弹簧力Fs、以及由阀芯250上下两侧的流体压力差产生的流体力F₄。阀芯250在这些力的作用下处于平衡状态，即，Fc-Fe-Fs-F₄＝0，从而使节流口235保持适当的开度。

在制热工况下(制冷剂反向流动)，高压制冷剂从第二接口234流入第二腔259中，该高压制冷剂能够经由通道260流到背压腔236中，即，将阀芯250下方的压力引入到阀芯250上方。由此，阀芯250的底面所受到的制冷剂压力至少部分地被背压腔236中的制冷剂压力抵消。与阀芯中不设置通道的情况相比，削弱了作用在阀芯250上的向上的流体力F₄，以使得在制冷和制热两种工况下阀芯250的受力情况变化不大，从而使得***过热度的差异小，以满足同一***同一热力膨胀阀同一过热度设定下的双向流功能。

通过在阀芯主体254上设置O形密封圈266而确保了实现以上功能。具体而言，密封圈266保证了当反向流动时，从第二接口234进入的高压制冷剂在经过通道260进入背压腔236后，不会从背压腔236中经由阀芯250与阀壳240之间的间隙流到第一腔258，导致背压腔236中的压力泄漏。如果没有设置单独的密封件，则由于背压腔236中的压力高于第一接口232(进口)处的压力，背压腔236中的压力很容易经由该间隙(由于阀芯250与阀壳240这间的相对移位，该间隙必然存在)而泄漏，从而起不到充分削弱流体力F₄的作用。另外，该密封圈266还保证了在制冷或制热工况下，从第一接口232或第二接口234流入的高压制冷剂不会经由通道260和该间隙泄露到另一接口，从而避免了未经节流的流体进入到低压腔中并进入蒸发器，这种流体泄漏会对膨胀阀的过热度产生不良影响。

另外，根据该实施方式的阀芯250是包括引导部251和阀芯主体254的一件式阀芯，与多个零件组成的阀芯相比，一件式阀芯的可靠性更高，更易于制造，且内部通道不存在任何泄漏点。另外，通过引导部251由支撑台243引导，能够稳定地实现阀芯的导向，即，阀芯的运动方向始终与阀芯内壁平行，以避免阀芯在运动过程中可能出现的倾斜。并且，由于阀芯250是一件式的，所以容易在其内部加工出通道。具体地，能够将其中的通道260的纵向段262设置成包括位于下方的直径较大的第一段262a和位于上方的直径较小的第二段262b，这些设计特别方便进行机加工。

虽然以上所述的阀芯250是包括引导部251和阀芯主体254的一体式构件，但引导部251也可以是独立于阀芯主体254的单独部件。另外，虽然以上所述的阀芯250的第二端256由弹簧276直接支撑，但也可以设置有由弹簧支撑的支座，该支座以精确对中的方式支撑阀芯。

下面将参照图6介绍根据本发明的第二实施方式的双向热力膨胀阀300，将不再对与第一实施方式中相同的部件进行详细描述。

如图6所示，在热力膨胀阀300的阀芯350中同样设置有通道260，通道260包括位于下部的纵向段262和位于上部的径向段264，径向段264通向背压腔236。在纵向段262与径向段264的交点处设置有允许冷凝器(工质)从第二腔259向背压腔236流动的单向阀366(在图中示意性地示出)。该单向阀366设置成具有预定的打开压力，使得只有当通道260内部的压力(第二腔259中的压力)高于预定打开压力时打开，以允许第二腔259中的压力与背压腔236中的压力贯通。而当通道260内的压力小于预定打开压力时，单向阀366关闭。另外，即使背压腔236中的压力高于预定打开压力，单向阀366也保持关闭。

预定打开压力设定成小于进入热力膨胀阀300的高压制冷剂压力而大于离开热力膨胀阀300的低压制冷剂压力。在制冷工况下，与通道260连通的第二腔259中的压力为低压制冷剂压力，此时单向阀366关闭，热力膨胀阀300的工作状态类似于未设置通道260的普通热力膨胀阀的工作状态。而在制热工况下，制冷剂反向流动，与通道260连通的第二腔259中的压力为高压制冷剂压力，此时单向阀366打开，使得背压腔236与第二腔259中的压力贯通，以削弱制冷剂反向流动时作用在阀芯250上的向上的流体力F₄，实现与以上第一实施方式的热力膨胀阀200相同的效果。

根据该实施方式的热力膨胀阀300，在制冷工况下允许低压制冷剂的压力作用在阀芯260上，而在制热工况下至少部分地削弱高压制冷剂作用在阀芯260上的流体力，由此，能够进一步地减少在两种工况下阀芯所受的流体力的差异，从而进一步减小两种工况下的***过热度的差异。

下面将参照图7介绍根据本发明的第三实施方式的双向热力膨胀阀400，将不再对与第一实施方式中相同的部件进行详细描述。

双向热力膨胀阀400与以上第一实施方式的区别在于，通道460并未设置在阀芯450中，而是设置在阀壳440的壁中，并且从第二接口234附近延伸至背压腔236，从而使第二腔259与背压腔236流体连通。由此，能够实现与第一实施方式同样的作用，即，削弱制冷剂反向流动时作用在阀芯450上的向上的流体力F₄，以保证热力膨胀阀在正向和反向流动时***过热度差异小。双向热力膨胀阀400的加工非常简单，并且，由于无需在阀芯中设置通道，所以避免了在阀芯中加工出通道的过程对阀芯450的平衡性产生影响，即，阀芯450能够稳定地在阀壳440中居中运动。

尽管在此已详细描述本发明的各种实施方式，但是应该理解本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。

Claims (13)

1.一种双向热力膨胀阀(200，300，400)，其特征在于包括：驱动组件(210)、主阀体组件(230)和调节组件(270)，所述主阀体组件(230)包括：

阀壳(240)，所述阀壳(240)包括固定至驱动组件(210)的第一端(242)和固定至调节组件(270)的相反的第二端(246)，所述阀壳(240)包括通过阀座部(245)而分隔开的第一腔(258)和第二腔(259)；以及

容纳在所述阀壳(240)中的阀芯(250)，所述阀芯(250)包括操作性地连接至所述驱动组件(210)的第一端(252)和操作性地连接至所述调节组件(270)的相反的第二端(256)，所述第二端(256)位于所述第二腔(259)内，所述阀芯(250)包括与所述阀座部(245)配合的抵接部(255)；

其中，在所述阀壳(240)中还包括位于所述驱动组件(210)与所述阀芯(250)的第一端(252)之间的背压腔(236)，所述主阀体组件(230)包括构造成用于使所述背压腔(236)与所述第二腔(259)彼此流体连通的通道(260，460)。

2.根据权利要求1所述的双向热力膨胀阀(200，300，400)，其特征在于，所述阀芯(250)是包括阀芯主体(254)和引导部(251)的一件式阀芯。

3.根据权利要求2所述的双向热力膨胀阀(200，300，400)，其特征在于，所述阀壳(240)在第一端(242)附近设置有径向向内凸出的支撑台(243)，所述引导部(251)延伸穿过所述支撑台(243)的中央开口从而由所述中央开口引导。

4.根据权利要求3所述的双向热力膨胀阀(200，300，400)，其特征在于，所述支撑台(243)支撑密封件(237)，以在所述引导部(251)与所述阀壳(240)之间进行密封。

5.根据权利要求1所述的双向热力膨胀阀(200，300，400)，其特征在于，所述阀芯(250)的第二端(256)设置有环形的台阶面，所述台阶面与所述调节组件(270)的弹簧(276)抵接。

6.根据权利要求1所述的双向热力膨胀阀(200，300，400)，其特征在于，在所述阀芯(250)与所述阀壳(240)之间设有周向密封件(266)以在所述背压腔(236)与所述第一腔(258)之间提供密封。

7.根据权利要求1所述的双向热力膨胀阀(200，300，400)，其特征在于，在所述阀芯(250)上形成有构成所述第一腔(258)的一部分的周向凹槽(257)，所述周向凹槽(257)的壁部形成所述抵接部(255)。

8.根据权利要求1所述的双向热力膨胀阀(200)，其特征在于，所述通道(260)设置在所述阀芯(250)中。

9.根据权利要求8所述的双向热力膨胀阀(200)，其特征在于，所述阀芯(250)包括阀芯主体(254)和引导部(251)，所述通道(260)包括位于所述阀芯主体(254)中的纵向段(262)和位于所述引导部(251)中的径向段(263)。

10.根据权利要求9所述的双向热力膨胀阀(200)，其特征在于，所述纵向段(262)包括第一段(262a)和第二段(262a)，所述第一段(262a)的直径大于所述第二段(262a)的直径。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的双向热力膨胀阀(300)，其特征在于，在所述通道(260)中设置有允许工质从所述第二腔(259)向所述背压腔(236)流动的单向阀(366)，当所述第二腔(259)中的压力大于预定打开压力时，所述单向阀(366)打开。

12.根据权利要求11所述的双向热力膨胀阀(300)，其特征在于，所述预定打开压力小于进入所述双向热力膨胀阀(300)的工质的压力，并且大于从所述双向热力膨胀阀(300)排出的工质的压力。

13.根据权利要求1至7中的任一项所述的双向热力膨胀阀(400)，其特征在于，所述通道(460)形成在所述阀壳(240)的壁中。