制冷剂控制装置、换热系统及该制冷剂控制装置的控制方法与流程

本发明涉及一种制冷剂控制装置、换热系统及控制方法。

背景技术：

传统能源汽车或者新能源汽车，如电动汽车的空调系统可能采用热泵型制冷剂系统来与空气换热，在不同的工作模式制冷剂的流动方式有所不同，制冷剂可能需要双向流动，形成制冷剂方向不同的制冷剂回路，通常可以在制冷剂管路上布置开关阀来选择性打开或关闭该开关阀所在的分支支路，具体地可通过采用电子膨胀阀与单向阀两个零部件相组合的方式来控制制冷剂的流动方式，比如当制冷剂正向流通时，可通过电子膨胀阀所在支路进行节流，同时并联支路上的单向阀关闭，再比如当制冷剂反向流通时，电子膨胀阀关闭，同时并联支路上的单向阀打开进行直通。如此这种布置方式分别通过电子膨胀阀控制节流、通过单向阀控制直通流路的开或关，然而，将并联设置的电子膨胀阀与单向阀整合到系统中，需要对应电子膨胀阀、单向阀的电子线路及制冷剂管路，系统线路及系统管路较为复杂，且在系统中所占空间也较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种体积较小且可相对简化系统布置的制冷剂控制装置、换热系统及该制冷剂控制装置的控制方法。

为实现上述目的，本发明制冷剂控制装置采用如下技术方案：一种制冷剂控制装置，包括阀体、阀组件与活塞，所述阀体设置有第一端口、第二端口，该第一端口与第二端口的其中一个为制冷剂出口、另一个为制冷剂入口，所述阀体形成有第一安装腔、第二安装腔，所述阀组件包括阀座、阀针与驱动部分，其中所述阀座至少部分收容于第一安装腔且与阀体相组装固定，所 述活塞位于第二安装腔且相对于阀体可动，所述制冷剂控制装置还包括与第一端口连通的第一腔、与第二端口连通的第二腔，所述第一腔自第一端口向阀体内延伸设置，所述第二腔自第二端口向阀体内延伸设置，所述阀座形成有第一阀口，所述阀体形成第二阀口，所述第一腔与第一、第二阀口一侧相通，所述第二腔与第一、第二阀口另一侧相通；所述阀针在驱动部分的作用下相对所述第一阀口可动，所述活塞相对于第二阀口可动，在制冷剂控制装置进行制冷剂节流时，所述第一端口为制冷剂入口、第二端口为制冷剂出口，所述第一端口的制冷剂压力大于第二端口的制冷剂压力，所述活塞在制冷剂压差力下关闭第二阀口，此时所述阀针相对于第一阀口动作，该阀针沿其轴向或上下方向动作以加大或减小该阀针与第一阀口之间的间隙，从而调节制冷剂的流量，此时所述第一腔与第二腔之间通过第一阀口相连通，所述第一端口与第二端口之间形成制冷剂节流流道；或者在制冷剂控制装置进行制冷剂直通时，所述第二端口为制冷剂入口、第一端口为制冷剂出口，此时所述第二端口的制冷剂压力大于第一端口的制冷剂压力，所述活塞在制冷剂压差下打开第二阀口，所述第二腔与第一腔之间通过第二阀口相连通，所述第二端口与第一端口之间形成制冷剂直通流道。

本发明还公开了一种换热系统，用于与环境空气进行热交换，所述换热系统包括通过管路连接的压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、制冷剂控制装置，所述换热系统中制冷剂流向在进行制冷和制热时不同，所述第一换热器为室外或户外换热器，所述第二换热器、第三换热器为室内换热器，所述第二换热器的制冷剂出口管路设有节流元件；当换热系统用于对环境空气降温或除湿时，压缩机提供高温高压制冷剂，自压缩机出来的制冷剂进入第一换热器，此时第一换热器作为散热器，再进入制冷剂控制装置的第二端口，此时在制冷剂压差力作用下，活塞受到制冷剂压差力作用而向上移动，打开第二阀口，制冷剂流出制冷剂控制装置后进入节流元件，节流降压后的低温低压两相态制冷剂进入第二换热器，此时第二换热器作为蒸发装置，用于冷却室内空气或者对室内空气降湿，制冷剂汽化成为低温低压气态 制冷剂返回压缩机进入下一个工作循环；当换热系统用于对环境空气升温时，压缩机提供高温高压制冷剂，自压缩机出来的制冷剂进入第三换热器，此时第三换热器作为散热器，用加热室内空气，自第三换热器流出的制冷剂再进入所述制冷剂控制装置，在制冷剂压差力作用下，该制冷剂控制装置的活塞受到制冷剂压差力作用而关闭第二阀口，该制冷剂控制装置的定子线圈产生电磁力，可控制制冷剂控制装置的阀针进行动作，通过调整阀针与第一阀口的间隙大小从而控制制冷剂流量的大小，此时制冷剂控制装置对制冷剂进行节流降压，节流降压后的低温低压两相态制冷剂，自节流元件流出的制冷剂进入第一换热器，此时第一换热器作为蒸发装置，制冷剂汽化成为低温低压气态制冷剂返回压缩机进入下一个工作循环。

本发明还公开一种制冷剂控制装置的控制方法，所述制冷剂控制装置应用于车辆空调系统中，该制冷剂控制装置能够根据预先设定的控制程序进行动作，所述控制程序存储于制冷剂控制装置的控制器或车辆空调系统的主控制器，所述控制方法包括：所述制冷剂控制装置进行节流时，所述控制器控制阀组件的定子线圈上电且使得阀针在开度较小的范围内动作，通过调整阀针与第一阀口之间的间隙，使该阀针开度处于小开度范围以进行制冷剂节流；或者所述制冷剂控制装置进行直通时，在制冷剂压力差的作用下所述活塞可打开第二阀口，制冷剂可直接通过、不进行节流降压。

与现有技术相比，本发明的制冷剂控制装置、换热系统及其控制方法通过该制冷剂控制装置同时具备节流结构及直通结构，根据换热系统应用的需要可采用节流功能或者直通功能，可通过控制阀针动作可实现节流，另一方面可通过控制阀针动作、调换制冷剂入口与出口即可切换到直通功能，体积较小且可相对简化系统布置。

附图说明

图1是本实施方式制冷剂控制装置的立体侧视示意图；

图2是图1所示制冷剂控制装置沿A-A线的部分侧面剖视示意图，并显示了与阀组件相配合的定子线圈，其中活塞位于第一位置，以实线示意出制 冷剂节流流向、以虚线示意出制冷剂直通流向；

图3是图2所示制冷剂控制装置的局部放大图，部分地示意出阀座、阀针与阀体的组装关系；

图4是图2所示制冷剂控制装置的局部放大图，部分示意出所述活塞与阀体的组装关系；

图5是图1所示制冷剂控制装置所应用的换热系统进行制冷或除湿应用的系统示意图；

图6是图5所示换热系统进行制热应用的系统示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图4所示，本实施方式揭示了一种制冷剂控制装置100，该制冷剂控制装置100包括阀体1、阀组件2，所述制冷剂控制装置的阀体1形成有与制冷剂连接管路相配接的第一端口101、第二端口102，该第一端口、第二端口其中一个为制冷剂出口，另一个为制冷剂入口，所述制冷剂装置100还形成有位于第一、第二端口之间的制冷剂通道103，该制冷剂通道103包括与第一端口连通的第一腔1031、与第二端口连通的第二腔1032，所述第一腔自第一端口向阀体内延伸设置，所述第二腔自第二端口向阀体内延伸设置。

所述阀体1具有收容所述阀组件的第一安装腔104、收容所述的第二安装腔105，所述第一腔1031与所述第一安装腔、第二安装腔相连通设置，所述第二腔1032与第一、第二安装腔相连通设置，从而形成两条并联设置的制冷剂流通路径，具体地本实施方式中第一腔1031与第一、第二安装腔交叉贯通，所述第二腔1032也与第一、第二安装腔交叉贯通，从而制冷剂通道形成有用于制冷剂节流的制冷剂节流流道、不进行制冷剂节流的制冷剂直通流道，使得所述制冷剂装置可兼顾节流及直通功能。所述阀组件2包括阀座20、阀针21、定子线圈22、转子23与螺纹组件24，其中阀座20下侧部分收容于第一安装腔104，该阀座20通过螺纹连接方式与阀体1相组装固定，进一步阀座20与阀体1之间可进行密封设置，防止制冷剂向外渗漏；所述阀座20 的中心部分形成安装孔200，所述阀针21可通过该安装孔200，阀座20还形成有与安装孔连通的第一阀口201，该第一阀口201作为上述节流阀口，所述阀针21相对阀座20可动，该阀针21可远离或者靠近第一阀口201，该阀组件通过调整阀针与第一阀口之间的间隙大小来调节制冷剂流量大小。所述定子线圈22与阀体1相组装固定，所述螺纹组件24包括固定部分241与可动部分242，所述固定部分241与阀座直接固定或者通过转接件与阀座间接固定，所述阀针21与转子23通过螺纹组件24的可动部分相组装固定，该转子23与螺纹组件24的可动部分242形成驱动部分以实现阀针21动作，即在所述驱动部分的作用下阀针21相对阀座20可动，该驱动部分在定子线圈22提供的电磁应力作用下运动，该转子23通过螺纹组件的可动部分带动阀针21移动，所述阀针21相对于第一阀口上下运动，可通过调整阀针与第一阀口之间的间隙大小来调节制冷剂流量大小，所述阀针21下末端形成与第一阀口相配合的缩颈部211，该缩颈部可在转子带动下远离或靠近第一阀口201，由于该第一阀口的孔径或径向尺寸较小，作为节流阀口用于对制冷剂节流降压。

所述制冷剂控制装置还包括活塞30、封盖31以及弹性元件32，所述阀体1形成有上述第二阀口106，具体地第二阀口106位于第二安装腔105下侧且与该第二安装腔相通，该第二阀口106可连通第二腔1032、第一腔1031，从而形成可流通制冷剂但是不进行节流的制冷剂直通流道。所述封盖31至少部分收容于第二安装腔105且与阀体1相组装密封固定，所述活塞30可动地安装于阀体的第二安装腔105，具体地所述活塞30设置在封盖31的下侧，该活塞30与封盖31相组装且相对于封盖或者阀体可动，从而所述活塞可沿封盖31在上下方向上动作，所述活塞30与第二阀口106相配合，通过活塞30在第二安装腔105内移动，使得该活塞相对于第二阀口106在第一位置、第二位置之间动作，以控制所述活塞30抵接或者离开第二阀口106，由于第二阀口106处通流面积为第一阀口与阀针之间间隙处的通流面积的四倍以上，制冷剂可不节流而直接通过第二阀口106，第二阀口106作为直通阀口设置 在制冷剂直通流道；在制冷剂通道103所布置延伸之处，所述第一阀口201处通流面积小于所述制冷剂入口处通流面积、所述制冷剂出口处通流面积、第二阀口106处通流面积中任意一个，从而所述第一阀口作为节流阀口。

进一步地，所述活塞30与封盖31其中一个具有安装凹部、另一个具有安装凸部，该安装凸部至少部分收容该安装凹部，通过所述安装凹部与安装凸部配合，所述活塞30与封盖相套接设置，沿上下方向，所述活塞30沿封盖31在第一位置、第二位置之间上下移动，更具体地所述活塞30为非金属活塞，比如橡胶或者弹性较好的绝缘或半绝缘材料形成的非金属活塞，所述活塞30包括凸伸设置且与弹性元件32相抵接的支撑台301，该活塞还包括套接在封盖外侧的套接部302，该套接部一侧开口而形成上述安装凹部300，相对应地所述封盖31具有与阀体相固定的固定部311、自该固定部延伸的上述安装凸部303，该固定部与阀体之间密封设置，防止制冷剂向外渗漏；相对应地所述活塞30一端对应地形成有上述安装凹部300，所述安装凸部与上述安装凹部相套装在一起，该活塞30另一端具有抵接部304，该抵接部用于与封盖对应位置处的第二阀口106相抵接，当活塞30向下移动与封盖抵接而关闭第二阀口106时，所述抵接部304与阀体之间密封配合，具体地阀体1具有位于第二阀口周侧的抵接凸部1061，当活塞30关闭第二阀口时，所述抵接凸部161与活塞的抵接部304相抵接接触，可相对提升活塞与阀体之间密封抵接的可靠性能；当然其他实施方式中，所述安装凸部也可设置在活塞上，对应地所述安装凹部设置在所述封盖。

所述弹性元件32与封盖31和/或活塞30相套接设置，比如弹性元件32可设置在活塞与封盖以内位置或外侧，如图2、图4所示所述弹性元件32套设在封盖与活塞两者组合后整体外侧，在上下方向上，所述弹性元件32位于封盖与活塞之间，所述弹性元件一端抵接所述封盖31、另一端抵接所述活塞30，具体地该弹性元件32一端抵接封盖31下侧、另一端抵接所述活塞30上侧，所述活塞30可上下移动，同时弹性元件32进行伸缩变形，该弹性元件可提高所述活塞在阀体内运动时的稳定性，具体地该弹性元件32可选用弹 簧或者其他可实现直线型伸缩变形的其他类型弹性元件；具体地在弹性元件的弹性压力和制冷剂压力作用下，所述活塞30可关闭阀体的第二阀口106而位于第一位置时，通过阀组件2调节阀针动作，可加大或减小阀针的缩颈部211与第一阀口201之间的间隙，从而调节制冷剂的流量；在外力作用下所述活塞30可压缩弹性元件32，且克服弹性元件的弹性压力而向上移动到第二位置，从而打开第二阀口，所述活塞30相对远离第二阀口106，所述第二腔1032与第一腔1031之间通过第二阀口106相连通，由于所述第二阀口106的孔径或径向尺寸远大于第一阀口201的孔径或径向尺寸，使得制冷剂可不节流而直接通过流通面积相对较大的第二阀口。

如图2所示实施方式所述阀座20与封盖31相对并排设置，此时两者可设置在阀体1的同侧，该阀座20与封盖31的中心轴线相平行设置，或者其他实施方式中所述阀座20与封盖31的中心轴线也可相交设置，比如垂直布置或者以其他角度进行布置，满足制冷剂流通需求同时可进一步紧凑化、可相对减小装置体积；具体地所述第一腔1031自第一端口101向阀体内延伸于第一阀口201、第二阀口106上侧，所述第二腔1032自第二端口102向内延伸于第一阀口201、第二阀口106下侧，相对应地本实施方式中所述第一安装腔105与第二安装腔106的中心轴线相平行设置，或者第一安装腔与第二安装腔的中心轴线相交设置，可根据具体需要调整两者之间布置方式。

当制冷剂控制装置100进行制冷剂节流时，如图2实线所示意制冷剂流向，所述第一端口101为制冷剂入口、第二端口102为制冷剂出口，所述第一端口的制冷剂压力大于第二端口的制冷剂压力，在该制冷剂压差力下所述阀组件活塞30与第二阀口106相抵接而关闭第二阀口106，此时所述活塞30位于第一位置，通过活塞关闭第二阀口，所述定子线圈22产生电磁力而控制阀针21相对于第一阀口201动作，所述阀针21沿其轴向或上下方向动作以加大或减小该阀针的缩颈部211与第一阀口201之间的间隙，所述第一腔1031与第二腔1032之间仅可通过第一阀口201相连通，所述第一端口101与第二端口102之间形成制冷剂节流流道，从而调节制冷剂的流量；具体地 节流过程中制冷剂从第一端口101流入第一腔，流经第一阀口201进入第二腔1032，再沿第二端口102流出，进行节流减压。

当制冷剂控制装置100进行制冷剂直通时，如图2虚线所示意制冷剂流向，所述第二端口102为制冷剂入口、第一端口101为制冷剂出口，制冷剂流动路径切换，所述第二端口的制冷剂压力大于第一端口的制冷剂压力，在该制冷剂压差下，所述活塞30打开第二阀口106，所述第二腔1032与第一腔1031之间通过第二阀口106相连通，所述第二端口102与第一端口101之间形成制冷剂直通流道；具体地活塞打开第二阀口106的过程中，随着制冷剂的压力增大，在该制冷剂压差下所述活塞30被抬升、打开第二阀口106，制冷剂压差力向上顶推活塞30，该活塞30压缩弹性元件32，且顶推活塞克服弹性元件的弹性压力而向上移动，直至活塞30从关闭状态的第一位置向上移动到打开状态的第二位置，以打开第二阀口106，需要说明的是所述活塞30打开第二阀口时，所述阀针21可关闭第一阀口，或者该阀针也可不关闭第一阀口，由于该第一阀口与阀针之间间隙相对远小于第二阀口孔径，第一阀口是否打开基本不影响第二阀口处制冷剂流通量。当所述活塞到达第二位置，该活塞通过打开第二阀口，具体地制冷剂从第二端口102流入第二腔1032，流经阀体处设置的第二阀口106进入第一腔1033，再沿第一端口101流出；所述第二阀口106的孔径或者径向尺寸或者当量直径远大于第一阀口201的孔径或者径向尺寸或者当量直径，使得所述活塞30位于第二位置时，第二阀口打开时允许制冷剂快速通过，所述第二阀口处的通流面积为第一阀口与阀针之间间隙处的通流面积的四倍以上，即制冷剂控制装置的制冷剂流通量大于活塞位于第一位置时制冷剂控制装置的制冷剂流通量，制冷剂可直接通过第二阀口而流出制冷剂出口、不进行节流降压。

结合图5、图6所示，所述制冷剂控制装置可应用在制冷系统或制热系统或除湿系统等换热系统，通过制冷剂与环境空气进行热交换，所述换热系统具备冷却、加热及除湿功能，也可应用于较高制冷剂压力差的车用空调系统。所述换热系统主要包括通过制冷剂连接管路相连接的压缩机200、第一 换热器300、第二换热器400、第三换热器500以及上述制冷剂控制装置100，具体地所述第一换热器300为室外或户外换热器，所述第二换热器400、第三换热器500为室内换热器，所述第二换热器400为蒸发装置、所述第三换热器500为用于散热的散热器，所述第一换热器同时具有蒸发装置与散热器的功能，其中所述换热系统的制冷剂流向在进行制冷、制热或除湿时不同，以下进行进一步说明。

本实施方式中第二换热器400、第三换热器500两者为并联设置，在所述换热系统中择一使用，具体地所述第一换热器300进口与压缩机出口之间的连接管路上设置第一电磁阀601、与该电磁阀串联设置的单向开关阀602，用于截断或导通压缩机出口与第一换热器之间的制冷剂流动。所述第二换热器进口管路通过设置热力膨胀阀603，该热力膨胀阀包括连接到蒸发器出口管路的感温部件，可根据蒸发器出口温度来调节开度，而调节制冷剂流量大小，以提升换热效率。所述第三换热器进口与压缩机出口之间的管路上设置第二电磁阀604，用于截断或导通压缩机出口与第三换热器500进口之间的制冷剂流动。所述压缩机的进口管路还设置第三电磁阀605，该第三电磁阀605与所述第一电磁阀601、单向开关阀602所在的连接管路相并联设置，所述第三电磁阀用于截断或导通这一路与压缩机进口之间的连接管路。当换热系统用于对环境空气降温或除湿时，第一换热器300与户外或室外空气进行换热，所述第二换热器400与待降温的室内空气进行换热，所述第一电磁阀601、单向开关阀602均打开，单向开关阀602为正向导通，第二电磁阀604、第三电磁阀605均关闭，自压缩机出来的制冷剂依次流经第一换热器300、非节流状态的流量控制装置100、热力膨胀阀、第二换热器，再回到压缩机，压缩机200提供高温高压制冷剂，具体地制冷剂流向如图2中实线所示流向，自压缩机出来的制冷剂进入第一换热器300，此时第一换热器作为散热器，再进入制冷剂控制装置100的第二端口102，该制冷剂控制装置的第一端口102为制冷剂入口，第二端口101为制冷剂出口，在制冷剂压差力作用下，活塞受制冷剂背压而向上移动，打开第二阀口，制冷剂流出制冷剂控制装置 100后进入节流元件，如热力膨胀阀603，可根据蒸发器出口温度来调节开度，而调节制冷剂流量大小，以提升换热效率。节流降压后的低温低压两相态制冷剂进入第二换热器400，此时第二换热器400作为蒸发装置，制冷剂与室内空气进行换热、以降低该室内空气温度或者除去该室内空气的水份，制冷剂汽化成为低温低压气态制冷剂返回压缩机200进入下一个工作循环。

当换热系统用于对环境空气升温时，所述第三换热器与待升温的室内空气进行换热，第一换热器与户外或室外空气进行换热，所述单向开关阀602反向截止，此时第一电磁阀601也可关闭，热力膨胀阀603关闭，所述第二电磁阀604打开、第三电磁阀605均打开，自压缩机出来的制冷剂依次流经第三换热器500、节流状态的流量控制装置100、第一换热器300、第三电磁阀605再回到压缩机200，压缩机200提供高温高压制冷剂，具体地制冷剂流向如图2中实线所示流向，压缩机200提供高温高压制冷剂，自压缩机出来的制冷剂进入第三换热器500，此时第三换热器作为散热器，用以加热室内空气，自第三换热器流出的制冷剂再进入制冷剂控制装置100，该制冷剂控制装置的定子线圈产生电磁力，可控制制冷剂控制装置的阀针进行动作，通过调整阀针与第一阀口的间隙大小从而控制制冷剂流量的大小，此时制冷剂控制装置对制冷剂进行节流降压，自制冷剂控制装置100流出的制冷剂进入第一换热器300，此时第一换热器300作为蒸发装置，制冷剂汽化成为低温低压气态制冷剂返回压缩机200进入下一个工作循环。

采用上述制冷剂控制装置，该单个部件即可实现节流又可反向打开而使得制冷剂通过而不进行节流，可提升制冷剂控制装置的流量调节控制；并且制冷剂节流与直通时共用部分制冷剂通道，不同于两种或多种阀体的简单叠加，制冷剂通道部分共用，可简化结构，产品体积较小、节省在系统中的占用空间，且结构相对简单、易于制造。

关于所述制冷剂控制装置的控制方法的说明如下，所述制冷剂控制装置可应用于车辆空调系统中，该制冷剂控制装置能够根据预先设定的控制程序进行动作，所述控制程序存储于制冷剂控制装置的控制器或车辆空调系统的 主控制器，所述控制方法包括：

所述制冷剂控制装置100进行节流时，所述控制器控制阀组件的定子线圈22上电、驱动阀针21在一定的范围内动作，具体地通过调整阀针21与第一阀口201之间的间隙，使该阀针开度处于适宜的开度范围以进行制冷剂节流；一般在节流时阀针是在小开度的范围内调节，具体阀针的开度大小可根据压缩机的功率、环境温度、设置温度、蒸发器过热度等其中一个或多个参数变化，具体可在控制程序中预设以实现相应的控制。

另一方面，所述制冷剂控制装置100进行直通时，在制冷剂压力差的作用下所述活塞30向上动作打开第二阀口，使得制冷剂可直接通过，此时第一阀口可打开或关闭，且并不影响所述活塞打开第二阀口。

所述制冷剂控制装置100通过阀体设置第一阀口201用于与阀针21配合进行节流，且通过所述活塞30打开或关闭第二阀口106，使得制冷剂控制装置100同时具备节流结构及直通结构，可在系统应用中实现节流降压或者反向直通，根据系统应用的需要可选择其中一种功能，在系统运行中制冷剂控制装置需要节流时，一般在小开度范围内调整阀针开度，进行制冷剂节流；或者通过活塞受到向上制冷剂背压而上移，第二阀口106打开，制冷剂可反向直接通过，不进行节流；另外，所述制冷剂装置以上状态切换与该制冷剂装置在系统应用中的制冷剂方向相关联，具体地在制冷剂装置100用于正向节流时，通过控制阀针21动作可控制制冷剂的流量大小，或者制冷剂装置100用于反向直通时，制冷剂入口与出口切换的前提下，活塞受压上移，即可打开制冷剂直通流道，产品适用性较高；再者不需要采用多种阀组合使用，可节省部件数量，有利于降低成本，且整体体积较小且可简化系统管路布置。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围。