专利名称：制冷循环的制作方法
技术领域：
本发明涉及制冷循环，更具体地说，涉及使用用于汽车空气调节系统的可变排量压缩机的制冷循环。
背景技术：
通常，在汽车空气调节系统中，采用可变排量压缩机，该压缩机能够连续地改变从该压缩机排出的制冷剂的体积，即压缩机的排量，这样依据冷却负荷，可将流过制冷循环的制冷剂的流率保持在预定值，而不管相连的发动机的旋转速度如何改变。
已知的可变排量压缩机包括旋转斜盘类型，其具有一个置于密封闭合的曲轴箱内且安装在从发动机接收驱动力的旋转轴上的旋转斜盘，从而旋转斜盘的倾斜角是可变的，且通过控制曲轴箱内的压力来改变旋转斜盘的倾斜角，借此改变了连接到旋转斜盘上的活塞的冲程量，从而改变了从压缩机排出的制冷剂的体积。
通过排量控制阀来控制曲轴箱内的压力，该排量控制阀控制从压缩室引入曲轴箱内的压力。已知的排量控制阀包括Ps控制类型、Pd-Ps控制类型和流率控制类型，其中该Ps控制类型检测可变排量压缩机的吸入压力Ps并控制曲轴箱内的压力，这样吸入压力Ps被保持恒定，该Pd-Ps控制类型检测可变排量压缩机的排放压力Pd和吸入压力Ps间的压差，并控制曲轴箱内的压力，这样压差被保持恒定，该流率控制类型检测可变排量压缩机的排放流率并控制曲轴箱内的压力，这样排放流率被保持恒定。
包含上述的这种可变排量压缩机的制冷循环采用热力膨胀阀(thermostatic expansion valve)或螺线管控制的电子膨胀阀。热力膨胀阀执行高温、高压的液态制冷剂的节流，从而在制冷循环内将其改变成低温、低压的制冷剂，并控制供应到蒸发器的制冷剂的流率，这样蒸发器出口处的制冷剂蒸汽保持预定的过热水平。
图6是示出热力膨胀阀的特征的图表，图7是示出结合冷却功率的改变描绘的可变排量压缩机的功率改变的图表。作为热力膨胀阀，其有传统上已知的交叉充剂类型和正常充剂类型(normally-charged type)(或平行充剂类型)，其中在图6中用曲线A表示交叉充剂类型的特性曲线，用曲线B表示正常充剂类型的特性曲线。这样构造交叉充剂类型的热力膨胀阀，即热敏管中的温度-压力特征的梯度比用于制冷循环的制冷剂的饱和蒸汽压力曲线的梯度更平缓。当采用交叉充剂类型的热力膨胀阀时，在蒸发器出口处的制冷剂温度很低的低负荷操作过程中，热敏管内的压力比饱和蒸汽曲线高，所以膨胀阀被连续保持打开，而没有响应蒸发器出口的压力。
因此，在制冷循环的一个系统内，在两个位置，即在可变排量压缩机和在热力膨胀阀进行流率控制。例如，在Ps控制类型的可变排量压缩机的情况下，压缩机控制吸入压力Ps，该吸入压力Ps大约等于蒸发器出口处的压力，这样吸入压力Ps在可变排量区域被保持恒定。在另一方面，在系统的低负荷和低流率的操作过程中，由于不能提供基本的控制，会阻止膨胀阀敏锐地响应蒸发器出口处的压力，因而导致其与可变排量压缩机的控制发生冲突，所以能够获得没有振荡(hunting)的稳定控制。
而且，由于在低负荷操作过程中，交叉充剂类型的热力膨胀阀连续保持打开，因此蒸发器出口处的制冷剂在没有完全气化而仍含有一些液体的状态下，返回可变排量压缩机。结果，溶于液体的用于可变排量压缩机的润滑油也返回可变排量压缩机，这样即使当由于在压缩机上的负荷很小时，该压缩机的排量很小而使得制冷剂的流率很低时，也能维持充分的油循环，这就防止因缺乏润滑油而造成压缩机卡塞(seizure)。
在另一方面，正常充剂类型的热力膨胀阀控制供应到蒸发器的制冷剂的流率，这样蒸发器出口处的制冷剂的温度总是保持高于制冷循环中使用的制冷剂的饱和蒸汽压力曲线的温度，即保持过热水平SH。因此，正常充剂类型的热力膨胀阀将从蒸发器释放出的制冷剂在其全部气化状态下返回到可变排量压缩机，因此具有这样的特征，即使用该阀的制冷循环具有优异的性能系数。
尽管已知上述的两种类型的膨胀阀，但实际上，在使用可变排量压缩机的制冷循环中采用交叉充剂类型的热力膨胀阀。这里有两个原因。其中一个原因是交叉充剂类型的热力膨胀阀在可变排量压缩机执行小排量操作时对制冷剂的流率改变不敏感，这就使得能够防止在制冷循环的系统中发生振荡。另一个原因是通过当其执行小排量操作时液体返回到压缩机而维持充分的油循环，这就使得能够避免由于缺乏润滑油而造成的压缩机卡塞。
图7示出在结合压缩机使用交叉充剂类型的热力膨胀阀的情况下和在结合压缩机使用正常充剂类型的热力膨胀阀的情况下，相对制冷循环的冷却功率实际测量的可变排量压缩机的功率改变。在图7中，各个实线示出当结合压缩机使用交叉充剂类型的热力膨胀阀时压缩机的功率变化，各虚线示出当结合压缩机使用正常充剂类型的热力膨胀阀时压缩机的功率变化。而且，图7示出与冷却功率变化相联系的压缩机的功率变化，而不管压缩机是在800rpm、1800rpm还是2500rpm的旋转速度下操作，其中通过改变吹到蒸发器上以产生从低负荷状态到高负荷状态的各种制冷循环状态的空气的流率、温度和湿度来使该冷却功率发生变化。
从图7中可知，当可变排量压缩机的旋转速度很高时，在交叉充剂类型和正常充剂类型中，功率消耗的变化基本与冷却功率的变化成比例。在另一方面，即使冷却功率发生变化，如果压缩机在其旋转速度很低如在发动机怠速过程中时进入可变排量区域，结合交叉充剂类型的热力膨胀阀使用的压缩机的功率消耗几乎保持不变，而结合正常充剂类型的热动式膨胀阀使用的压缩机的功率消耗与冷却功率的变化基本成比例。而且，在冷却负荷较低的区域，交叉充剂类型的热力膨胀阀不管旋转速度如何，都会停止限制制冷剂的流动，致使含有润滑油的液体制冷剂返回到压缩机中，这就抑制了冷却功率的降低。在另一方面，正常充剂类型的热力膨胀阀在冷却负荷低的区域限制制冷剂的流动，因此与冷却功率的降低成比例地降低功率消耗。然而，当制冷剂的流率很小时，正常充剂类型的热力膨胀阀存在着不可避免地导致制冷循环系统的振荡的问题。
如上所述，交叉充剂类型的热力膨胀阀具有如下特征，在冷却负荷较低的区域，其中途停止对制冷剂流率的限制，以继续保持打开。因此，这种类型的膨胀阀同时满足了保障用于防止振荡的最小流率以及用于油循环的最小流率的要求。鉴于这一点，这种交叉充剂类型的热力膨胀阀与可变排量压缩机结合使用。
应该指出，由于本发明是基于已知的且公开使用的技术，这里不详细披露现有技术的文献。
然而，在结合可变排量压缩机使用交叉充剂类型的热力膨胀阀的情况下，特别是当压缩机的旋转速度很低时，即使冷却功率降低，功率消耗也几乎不变。在另一方面，在结合压缩机使用正常充剂类型的热力膨胀阀的情况下，在任何旋转速度下，对应于同一水平的冷却功率的功率消耗都大大地低于结合压缩机使用的交叉充剂类型的热力膨胀阀的情况，但是，由于振荡和油循环的问题，不能采用可变排量压缩机和正常充剂类型的热力膨胀阀的结合。
发明内容
本发明针对上述问题而作出，且本发明的目的是提供一种制冷循环，该制冷循环能够在解决振荡和油循环的问题的同时降低功率消耗。
为解决上述问题，本发明提供一种制冷循环，该制冷循环包括可变排量压缩机和蒸发器，还包含膨胀阀，该膨胀阀能够控制供应到蒸发器的制冷剂的流率，这样在蒸发器出口处的制冷剂在正常时间内维持在预定的过热水平，且在流率受到最大程度地限制时容许制冷剂以预定的最小流率流动。
从下面结合附图的叙述中，本发明的上述和其他目的、特点和优点将变得更加清楚，其中该附图以示例方式说明了本发明的优选实施例。
图1是示出本发明的制冷循环的系统图表。
图2是示出设有旁路通道的正常充剂类型的热力膨胀阀的示例的中心径向截面图。
图3是示出当可变排量压缩机以800rpm的速度旋转时，可变排量压缩机的功率如何根据冷却功率而变化的图表。
图4是示出当可变排量压缩机以1800rpm的速度旋转时，可变排量压缩机的功率如何根据冷却功率而改变的图表。
图5是示出当可变排量压缩机以2500rpm的速度旋转时，可变排量压缩机的功率如何根据冷却功率而改变的图表。
图6是示出热力膨胀阀的特性曲线的图表。
图7是示出可变排量压缩机的功率如何根据冷却功率而改变的图表。
具体实施例方式
下面参考附图叙述本发明的实施例。
图1是示出本发明的制冷循环的系统图表。
制冷循环包括压缩制冷剂的可变排量压缩机1、使被压缩制冷剂冷凝的冷凝器2、将被冷凝制冷剂分成气体和液体的接收器3、对分离的液体制冷剂进行节流的膨胀阀4、和使节流的制冷剂蒸发的蒸发器5。可变排量压缩机1设有排量控制阀6，该排量控制阀6控制排放的制冷剂的体积，即压缩机的排量，膨胀阀4设有最小流率保障装置7，该最小流率保障装置7用于即使当最大程度地限制流率时仍能使制冷剂以预定的最小流率流动。
排量控制阀6以内部控制类型或者是外部控制类型实现对于可变排量压缩机1的制冷剂排量的控制，该内部控制类型的设置值不能被改变，该外部控制类型的设置值通过外部电子信号可自由地被改变。内部控制类型的排量控制阀6可以是机械的Ps控制类型，其检测可变排量压缩机1的吸入压力Ps，并控制曲轴箱内响应于吸入压力的压力，这样吸入压力Ps被保持恒定。另一方面，外部控制类型的排量控制阀6可以是Ps控制类型、Pd-Ps控制类型或者流率控制类型，其中该Ps控制类型能够通过供应到其螺线管的电流值来自由地设置可变排量压缩机的吸入压力Ps，该吸入压力Ps控制为一恒定值，该Pd-Ps控制类型能够通过供应到螺线管的电流值来自由地设置可变排量压缩机的排出压力Pd和吸入压力Ps之间的压差，该压差控制为一恒定值，该流率控制类型能够自由地设置从可变排量压缩机排出的制冷剂的流率，该流率控制为一恒定值。
膨胀阀4用于与每一个上述的各种控制类型的可变排量压缩机1结合，该膨胀阀4可以是包括最小流率保障装置7的正常充剂类型的热力膨胀阀，或者是设有最小流率保障装置7功能的螺线管驱动的电子膨胀阀。例如，在热力膨胀阀的情况下，能够利用形成在阀截面上的旁路通道来实现最小流率保障装置7，以便即使当阀元件置于相联系的阀座上时，仍容许制冷剂经由旁路通道以预定流率继续流动。在电子膨胀阀的情况下，通过防止阀元件被完全封闭，例如通过在阀元件与制动器接触后使得阀元件立即置于阀座上而能够实现最小流率保障装置7的功能。
图2是示出在其内具有旁路通道的正常充剂类型的热力膨胀阀的示例的中心纵向截面图。
热力膨胀阀具有本体11，该本体11具有形成有端口12、端口13、端口14和端口15的侧壁，其中经由端口12接收高温、高压的液态制冷剂，由热力膨胀阀节流的低温、低压的制冷剂经由端口13供应到蒸发器5，经由该端口14从蒸发器5接收蒸发的制冷剂，已通过热力膨胀阀的制冷剂经由该端口15返回到可变排量压缩机1。
阀座16在连通端口12和端口13之间的流体通道内与本体11整体成形，且将球形的阀元件17设在阀座16的上游位置。在容纳阀元件17的空间内，设有一个压缩螺旋弹簧18，该压缩螺旋弹簧18用于在将阀元件17坐到阀座16上的方向上推动该阀元件17。弹簧接收器19接收压缩螺旋弹簧18。弹簧接收器19被安装在旋入本体11的下端的调节螺钉20内，这样能够通过调节该调节螺钉20旋入本体11内的量来调节压缩螺旋弹簧18的负荷。
而且，如图2所示，在热力膨胀阀的本体11的顶端，设有一个执行元件(power element)，该执行元件包括上部壳体21、下部壳体22、以分隔由壳体21和22围起的空间的方式设置的隔板23和置于隔板23下面的圆盘24。由上部壳体21和隔板23密封闭合的热敏管被充满与使用在制冷循环中的相同的制冷剂，借此热力膨胀阀被构造为正常充剂类型。
在圆盘24下面，设置一个轴25，该轴25用于将隔板23的位移传递到阀元件17。轴25的上端被夹具26保持，其中，以延伸穿过连通端口14和15间的流体通道的方式设置该夹具26。夹具26具有设在其内的压缩螺旋弹簧27，以将横向负荷施加到轴25的上端，这样压缩螺旋弹簧27抑制了轴25的纵向振动，该轴25的纵向振动响应于高压制冷剂的压力波动而产生。
而且，在靠近阀座16的位置处，本体11形成有旁路通道28，该旁路通道28迂回过阀截面。设置旁路通道28，以便为保障油循环，容许制冷剂以充分的流率流动，从而即使当阀截面被完全封闭时也不会造成膨胀阀的控制和可变排量压缩机1的控制之间的振荡。
在如上构造的热力膨胀阀中，执行元件检测从蒸发器5返回到端口14的制冷剂的压力和温度，并在制冷剂温度较高或制冷剂压力较低时通过在阀开启方向上推动阀元件17、以及在制冷剂温度较低或制冷剂压力较高时通过在阀闭合方向上移动阀元件17来控制热力膨胀阀的阀升程。另一方面，从接收器3供应的液态制冷剂通过端口12流入容纳阀元件17的空间内，且在通过阀截面时通过具有受控的阀升程的阀通道节流，借此变成低温、低压的制冷剂。制冷剂从端口13流出，并被供应到蒸发器5，在该蒸发器5内，制冷剂与车辆车厢内的空气发生热交换，然后返回到端口14。这时，热力膨胀阀控制供应到蒸发器5的制冷剂的流率，这样蒸发器5的出口处的制冷剂维持预定的过热水平，从而制冷剂以完全蒸发的状态从蒸发器5返回到可变排量压缩机1。而且，当热力膨胀阀由于冷却负荷的降低而逐渐限制制冷剂流率，直到阀元件17坐到阀座16上为止时，阀截面被置于完全闭合状态，但是由于设置了旁路通道28，容许制冷剂以防止振荡和维持油循环所需的预定最小流率流动通过旁路通道28。
应该指出，尽管在本示例的热力膨胀阀中，通过形成在靠近阀座16的位置处的本体11内的小孔来实现旁路通道28，这样小孔迂回过阀截面，但是这并不是限制性的，其可以例如是形成在阀座16的座表面上的凹槽形式，这样凹槽在制冷剂流动方向上延伸，从而即使在阀元件17坐到阀座16上之后也允许制冷剂沿着凹槽以最小流率流动，或者其可以是形成在阀元件17上的小孔或狭槽的形式，从而当阀处于完全闭合状态时，容许制冷剂以最小流率流过小孔或狭槽。
接下来，将给出可变排量压缩机1的类型和热力膨胀阀4的类型之间的结合的优选示例的叙述。如上所述，可变排量压缩机1包括基于内部控制的Ps控制类型、基于外部控制的Ps控制类型、基于外部控制的Pd-Ps控制类型和基于外部控制的流率控制类型，膨胀阀4包括其内具有旁路通道28的正常充剂类型的热力膨胀阀或者基于外部控制的电子膨胀阀。
示例1基于内部控制的或基于外部控制的Ps控制类型的可变排量压缩机1和具有旁路通道28的正常充剂类型的热力膨胀阀的结合在这个结合中，当冷却功率较低时，制冷剂的流率可以比采用交叉充剂类型的热力膨胀阀的情况降低得更多，因此本结合的优点在于可以降低可变排量压缩机1的功率消耗。然而，当旁通量过度降低时，倾向于在Ps控制类型的可变排量压缩机1的控制和膨胀阀4的控制之间发生振荡。通常，如果制冷剂被容许以大约80kg/h的流率流动，就能够防止发生振荡，所以应该由直径大约为0.7mm-1.2mm的小孔，更优选由直径大约为1.0mm的小孔形成该旁路通道28。
示例2基于外部控制的Pd-Ps控制类型的可变排量压缩机1和具有旁路通道28的正常充剂类型的热力膨胀阀的结合在这个结合中，当冷却负荷较低时，制冷剂的流率可比在采用交叉充剂类型的热力膨胀阀的情况降低更多，且因此本结合的优点在于可以降低可变排量压缩机1的功率消耗。在这种情况下，与Ps控制类型不同，即使当旁通量减小时，Pd-Ps控制类型的可变排量压缩机1也不在其控制和膨胀阀4的控制之间造成振荡，从而第一旁路通道28可由具有油循环所需的最小尺寸的通道形成，这就使得能够进一步降低可变排量压缩机1的功率消耗。通常，油循环所需的最小流率是大约50kg/h，因此优选是旁路通道28由直径大约是0.5mm的小孔形成。应该指出，同样在可变排量压缩机1为基于外部控制的流率控制类型时，优选是旁路通道28类似地由直径大约是0.5mm的小孔形成。
示例3基于内部控制或基于外部控制的Ps控制类型的可变排量压缩机1和基于外部控制的电子膨胀阀的结合，其中该电子膨胀阀可被控制为不闭合与由具有旁路通道28的正常充剂类型的热力膨胀阀实现的膨胀阀4的情况不同，该情况趋于在制冷剂流率较小时产生振荡，在本结合中，例如可以通过流率控制类型的螺线管阀来形成该电子膨胀阀，其中该螺线管阀能够利用外部信号来控制制冷剂的流率，从而能够控制电子膨胀阀，这样当制冷剂流率较小时，可以阻止振荡的发生，这就使得能够减小可变排量压缩机1的功率消耗。
图3是示出当可变排量压缩机以800rpm的速度旋转时，可变排量压缩机1的功率如何随着冷却功率而改变的图表，图4是示出当可变排量压缩机以1800rpm的速度旋转时，可变排量压缩机1的功率如何随着冷却功率而改变的图表，图5是示出当可变排量压缩机以2500rpm的速度旋转时，可变排量压缩机1的功率如何随着冷却功率而改变的图表。
如从图3到5中所清楚看出的，即使在流率受到最大程度限制的情况下，装有可变排量压缩机1和膨胀阀4的制冷循环也能够容许制冷剂以预定的最小流率流动，在所有800rpm、1800rpm和2500rpm的旋转速度中，当可变排量压缩机1由于冷却负荷下降而处于可变排量区域时，与同一冷却功率水平相应的功率消耗比采用可变排量压缩机和交叉充剂类型的热力膨胀阀结合的情况下的功率消耗提高了大约30％。应该指出，在正常充剂类型的热力膨胀阀的特性曲线中，由于使用正常充剂类型的热力膨胀阀，功率消耗也与冷却功率成比例地降低，且由于在膨胀阀4中设有旁路通道28，冷却功率的下限值类似于交叉充剂类型的热力膨胀阀的特性曲线中的下限值。
前面所述被认为仅仅是对本发明原理的说明。而且，由于对于本领域普通技术人员来说容易作出各种变化和改变，因此不希望将本发明限制在已示出并叙述的精确结构和应用中，从而所有的适当的变化和等价物都可视为落在所附权利要求及其等同物的本发明的范围内。
权利要求
1.一种制冷循环，包括可变排量压缩机和蒸发器，该制冷循环包括膨胀阀，其能够控制供应到所述蒸发器的制冷剂的流率，这样在正常时间内，在所述蒸发器出口处的制冷剂就保持在预定的过热水平，且能够在流率受到最大程度地限制时容许制冷剂以预定的最小流率流动。
2.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述可变排量压缩机检测吸入压力，并响应于检测到的吸入压力来控制曲轴箱内的压力，这样吸入压力被保持恒定，以及所述膨胀阀是正常充剂类型的热力膨胀阀，其具有形成有旁路通道的阀截面。
3.如权利要求2所述的制冷循环，其特征在于，所述旁路通道具有足够大的尺寸，以容许制冷剂以至少用于阻止振荡所需的流率流动。
4.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述可变排量压缩机检测排放压力和吸入压力之间的压差，并响应于检测到的压差来控制曲轴箱内的压力，这样该压差被保持恒定，以及所述膨胀阀是正常充剂类型的热力膨胀阀，其具有形成有旁路通道的阀截面。
5.如权利要求4所述的制冷循环，其特征在于，所述旁路通道具有足够大的尺寸，以容许制冷剂以至少用于油循环所需的最小流率流动。
6.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述可变排量压缩机检测吸入压力，并响应于检测到的吸入压力来控制曲轴箱内的压力，从而该吸入压力被保持恒定，以及所述膨胀阀是螺线管驱动的电子膨胀阀，该电子膨胀阀能控制成这样，即，该螺线管驱动的电子膨胀阀不闭合。
全文摘要
本发明提供了一种制冷循环，该制冷循环能够在解决振荡和油循环的问题的同时降低功率消耗。通过将膨胀阀和可变排量压缩机结合来形成制冷循环，其中膨胀阀控制供应到蒸发器的制冷剂的流率，这样在正常时间内，在蒸发器出口处的制冷剂就总是保持在预定的过热水平，且该膨胀阀装有最小流率保障装置，其能够在流率受到最大程度地限制时容许制冷剂以预定的最小流率流动。
文档编号F25B1/00GK1601203SQ200410080140
公开日2005年3月30日 申请日期2004年9月23日 优先权日2003年9月25日
发明者广田久寿, 佐伯真司, 西山武泰 申请人:株式会社Tgk