用于膨胀阀的阀芯和膨胀阀的制作方法

1.本发明涉及用于控制进入制冷装置的制冷剂流量的膨胀阀，尤其涉及用于膨胀阀的阀芯以及包括这种阀芯的膨胀阀。


背景技术：

2.进入制冷装置的制冷剂流量对制冷装置的运行特性和制冷效果具有直接影响。制冷装置通常采用膨胀阀来控制进入制冷装置的制冷剂流量。现有的膨胀阀通常包括阀体以及安装在阀体中的球形阀芯。如图1所示，现有的膨胀阀的阀芯1通常包括球形本体3，在本体3中大体沿着本体3的直径方向设置贯穿本体的中心通道5，在本体3的直径所在平面上从中心通道5的一端在本体3上向内凹进地形成有第一槽7，在本体3的直径所在的同一平面上从中心通道5的另一端在本体3上向内凹进地形成有第二槽9，第二槽9与第一槽7沿着相反方向延伸，即，第一槽7从中心通道5的一端朝着中心通道5的一侧延伸形成，而第二槽9从中心通道5的另一端朝着中心通道5的另一侧延伸形成。第一槽7和第二槽9从本体3的表面开始深度逐渐加深地延伸通向中心通道5。图2-4示意性地显示了现有的用于膨胀阀的阀芯1在阀体11中不同工况时的状态。图2中阀芯被转动到所有中心通道、第一槽7和第二槽9被完全封闭的位置，即，膨胀阀的阀体上的第一接口和第二接口被阀芯最大范围地覆盖。图3中阀芯被转动到第一槽7和第二槽9被接通的位置，即，膨胀阀的阀体上的第一接口和第二接口至少部分地连通第一槽和第一槽。图4中阀芯被转动到中心通道被完全接通的位置，即，膨胀阀的阀体上的第一接口和第二接口被阀芯最小范围地覆盖。。图2-4中的阀芯大体上沿着图1中的线aa被截取。图3和4中的箭头表示制冷剂的流动方向和流量大小。图5示意性地显示了具有图1所示阀芯的现有膨胀阀的流量曲线，其中，横坐标表示膨胀阀的转动角度，纵坐标表示膨胀阀打开的通道面积(也称流道面积)，原点表示处于中心通道完全接通的最大开度(流道面积)位置，随着阀芯转动角度增大，开度(流道面积)变小，直至膨胀阀被完全关闭(即，流道面积为零)的位置。
3.图5中的流量曲线中左边用细线表示的一段对应于膨胀阀借助于中心通道或者中心通道的一部分被接通的区间。图5中的流量曲线中右边用粗线表示的一段对应于膨胀阀借助于槽或者槽的一部分被接通的区间。由于中心通道5呈直径较大的圆柱形，而第一槽7和第二槽9具有相对较小且大体恒定的宽度，当膨胀阀借助于中心通道或者中心通道的一部分被接通时膨胀阀的流道面积非线性地急剧变化，而当膨胀阀借助于槽或者槽的一部分被接通时膨胀阀的流道面积近似线性地缓慢变化。这意味着在膨胀阀借助于中心通道或者中心通道的一部分被接通时经过膨胀阀进入制冷装置的制冷剂的量也非线性(近似抛物线形)地急剧变化，而在膨胀阀借助于槽或者槽的一部分被接通时经过膨胀阀进入制冷装置的制冷剂的量也近似线性地缓慢变化。
4.在某些工况下需要相对较大量的制冷剂经过膨胀阀节流降压后沸腾，以尽快实现所需制冷效果。但是，在现有膨胀阀的膨胀区域进入制冷装置的制冷剂的量的缓慢地变化例如缓慢地增加不能满足实际工况的需求，导致不能及时达到所需的制冷效果。
5.因此，需要对现有的用于膨胀阀的阀芯进行改进。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是要克服上述现有技术中的缺陷，提供一种用于膨胀阀的阀芯，这种阀芯除了使在膨胀区域中流过膨胀阀的制冷剂的量近似线性地缓慢变化，还可以使在膨胀区域中流过膨胀阀的制冷剂的量相对快速地变化。
7.根据本发明的一个方面，提供一种用于膨胀阀的阀芯，包括：
8.本体，所述本体具有回转面，所述回转面具有轴线；
9.沿着与所述轴线垂直的方向贯穿所述本体的中心通道；
10.从所述回转面向所述本体内凹进但不贯穿所述本体形成的第一槽，所述第一槽一端起始于所述回转面，另一端连通所述中心通道，
11.其中，所述第一槽包括远离所述中心通道的第一部分以及连通所述第一部分和所述中心通道的第二部分，所述第二部分相对于所述第一部分具有增大的宽度，所述宽度是指在所述本体的表面上沿着与所述轴线平行的方向测量的所述第一槽的尺寸。
12.优选地，在所述平面上从所述中心通道的另一端在所述本体上向内凹进但不贯穿所述本体形成有第二槽，所述第二槽与所述第一槽具有相同结构但沿着相反方向对称地形成。
13.优选地，所述回转面包括圆柱面或球面。
14.优选地，在所述平面上所述第二部分的周向延伸范围至少是所述第一部分的周向延伸范围的四分之一。
15.优选地，所述第二部分在不同的周向位置上具有大体恒定的宽度。
16.优选地，所述第二部分由两个平行的平坦侧壁以及在所述平坦侧壁之间的弧形底壁限定，所述第一部分形成螺旋渐开线的形状，使得所述第一部分的深度向着所述中心通道逐渐加深，并且从所述第二部分的所述底壁凹进且延伸通向所述中心通道，所述深度是指沿着所述阀芯的径向从阀芯表面到底壁所测量的所述第一槽的尺寸。
17.优选地，所述第二部分从所述第一部分向着所述中心通道具有逐渐增大的宽度。
18.优选地，所述第二部分是与所述第一部分和所述中心通道交叠的圆柱形通道的一部分，所述第二部分相对于所述中心通道倾斜地形成。
19.根据本发明的另一方面，提供一种膨胀阀，其中，所述膨胀阀包括：
20.具有第一接口和第二接口的阀体；
21.可转动地设置在所述阀体的阀腔中的阀芯，所述第一接口和所述第二接口分别连通所述阀腔，所述阀芯是如上所述的阀芯，所述阀芯的回转面与所述阀体形成滑动密封接触；以及
22.被连接到所述阀芯上的转轴，所述转轴能够被驱动以带动所述阀芯在第一位置、中间区域以及第二位置之间绕所述阀芯的轴线转动，在所述第一位置，所述第一接口和所述第二接口被所述回转面最大范围地覆盖，在所述中间区域，所述第一接口和所述第二接口至少部分地连通所述第一槽，以及在所述第二位置，所述第一接口和所述第二接口被所述回转面最小范围地覆盖。
23.优选地，在所述第一位置，所述第一接口和所述第二接口被断开连通，使得所述膨
胀阀被关闭。
24.根据本发明的用于膨胀阀的阀芯，由于所述第一槽包括远离所述中心通道的第一部分以及连通所述第一部分和所述中心通道的第二部分，所述第二部分相对于所述第一部分具有增大的宽度，在需要时可以以节流降压方式快速供给所需量的制冷剂，以尽快实现所需制冷效果。
附图说明
25.图1示意地显示了现有的用于膨胀阀的阀芯的侧视图；
26.图2以简化横截面示意图显示了现有的用于膨胀阀的阀芯在阀体中安装在位时的一种状态，其中，阀芯的中心通道和槽都被完全封闭；
27.图3以简化横截面示意图显示了现有的用于膨胀阀的阀芯在阀体中安装在位时的另一种状态，其中，阀芯的槽被接通；
28.图4以简化横截面示意图显示了现有的用于膨胀阀的阀芯在阀体中安装在位时的一种状态，其中，阀芯的中心通道被完全接通；
29.图5示意性地显示了具有图1所示阀芯的现有膨胀阀的流量曲线；
30.图6以简化示意图显示了根据本发明的膨胀阀的主体结构；
31.图7以立体示意图示意性地显示了根据本发明第一实施例的用于膨胀阀的阀芯；
32.图8以立体示意图示意性地显示了根据本发明第二实施例的用于膨胀阀的阀芯；
33.图9以立体示意图示意性地显示了根据本发明第三实施例的用于膨胀阀的阀芯；以及
34.图10示意性地显示了具有本发明的阀芯的膨胀阀的流量曲线。
具体实施方式
35.以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，但应理解的是，附图仅仅用于图示本发明，而不构成对本发明的限制。
36.图6以简化示意图显示了根据本发明的膨胀阀的主体结构。如图6所示，根据本发明的膨胀阀20包括阀体21，在阀体21中形成有阀腔23，在阀腔23中设置有阀芯25，在阀体21中阀腔23两侧分别形成有第一接口27和第二接口29。阀芯25通过阀盖31被保持在阀体21的阀腔23中。转轴33穿过阀盖31被连接到阀芯25的顶端。在阀腔23中并且在阀体21与阀芯25之间还设置有密封元件35，以防止制冷剂泄漏。转轴33可以通过电动机(未示出)经过传动装置(未示出)带动而旋转，进而驱动阀芯25转动，使得膨胀阀被完全关闭、槽被接通而与第一接口27和第二接口29贯通、或者中心通道被接通而与第一接口27和第二接口29贯通。
37.图7以立体示意图示意性地显示了根据本发明第一实施例的用于膨胀阀的阀芯。如图7所示，根据本发明第一实施例的用于膨胀阀的阀芯25通常包括大体球形的本体37。尽管本体37可以为标准球形，但优选地本体37的底端和顶端被平截以形成近似球形。本体37的顶端形成有突出部39，在突出部39中设置有细长槽41。转轴33端部的扁平延伸部43可以插入本体37上的细长槽41中，以带动阀芯25绕着其轴线oo’转动。在本体37中大体沿着与轴线oo’垂直的方向设置有贯穿本体37的中心通道45。中心通道45优选地沿着本体的直径方向设置。在与阀芯25的轴线oo’垂直且经过中心通道45的中心轴线的平面上从中心通道45
一端在本体37上向内凹进但不贯穿本体形成有第一槽47，第一槽47是一端起始于本体37的外表面、而另一端通向中心通道45的凹槽。应理解的是，第一槽47形成在与阀芯25的轴线oo’垂直且平行于中心通道45的中心轴线的平面上也是可行的。当然，第一槽47不是形成在与阀芯25的轴线oo’垂直且经过或平行于中心通道45的中心轴线的平面上也是能够设想到的。可选地，在与本体37的竖直中心轴线垂直的平面上从中心通道45另一端在本体37上向内凹进地形成有第二槽(图7中不可见)，第二槽与第一槽沿着相反方向形成，即，第一槽47在图7中从中心通道45可见的一端朝着中心通道45的右侧延伸形成，而第二槽从中心通道45不可见的另一端朝着中心通道45左侧延伸形成。优选地，第一槽47与第二槽对称地形成。
38.由于第二槽与第一槽47对称地形成并且具有完全相同的结构，以下参照图7描述第一槽47，而省略对第二槽的描述。根据本发明，第一槽47包括远离中心通道45的第一部分47a以及连通第一部分47a和中心通道45的第二部分47b，第一部分47a是向本体37内部凹进但不贯穿本体37的凹槽，具有远远小于中心通道45的直径且大体恒定的宽度a。第二部分47b也是向本体37内部凹进的凹槽，具有大体恒定且比第一部分47a的宽度a大的宽度b。第二部分47b的宽度应选择成使得膨胀阀通过第一槽的第二部分47b和第二槽的第二部分接通时确保制冷剂能够被节流降压而沸腾。尽管第二部分47b可以形成为具有圆弧形内壁，但出于加工的便利性，呈凹槽状的第二部分47b可以形成有两个平行的平坦侧壁47c，这样，第二部分47b就由两个平行的平坦侧壁47c以及它们之间的弧形底壁47d来限定。应理解的是，两个相对的平坦侧壁47c之间的底壁47d形成平坦底壁也是可行的。图7中，第一部分47a的底壁47d形成螺旋渐开线的形状，使得第一槽的第一部分47a的深度向着中心通道45逐渐加深。因而也从第二部分47b的底壁47d凹进并延伸通向中心通道45。本技术中，第一槽的宽度是指在本体的表面上沿着大体与阀芯25的轴线oo’平行的方向测量的第一槽的尺寸。本技术中，第一槽的深度是指沿着阀芯25的径向从阀芯表面到底壁所测量的第一槽的尺寸。
39.图8以立体示意图示意性地显示了根据本发明第二实施例的用于膨胀阀的阀芯。除了第一槽47的第二部分47b之外，图8所示根据本发明第二实施例的用于膨胀阀的阀芯25与图7所示根据本发明第一实施例的用于膨胀阀的阀芯25大体相同。出于简洁考虑，省略对图8所示根据本发明第二实施例的用于膨胀阀的阀芯25与图7所示根据本发明第一实施例的用于膨胀阀的阀芯25相同部分的描述。如图8所示，在根据本发明第二实施例的用于膨胀阀的阀芯25中，连通第一部分47a和中心通道45的第二部分47b也是向本体37内部凹进的凹槽，但是第二部分47b从第一部分47a向着中心通道45具有逐渐增大的宽度b且宽度b比第一部分47a的宽度a大，因而第二部分47b看起来呈近似喇叭形。第二部分47b的宽度也应选择成使得膨胀阀通过第一槽的第二部分47b和第二槽的第二部分接通时确保制冷剂能够被节流降压而沸腾。尽管第二部分47b可以形成为具有圆弧形内壁，但出于加工的便利性，呈凹槽状的第二部分47b可以形成有两个倾斜的平坦侧壁47c，这样，第二部分47b就由两个倾斜的平坦侧壁47c以及它们之间的底壁47d来限定。应理解的是，两个倾斜的平坦侧壁47c之间的底壁47d可以为弧形底壁，但优选地形成为平坦底壁，以便于加工。呈凹槽状的第二部分47b可以从第一部分47a向着中心通道45深度逐渐增大。
40.图9以立体示意图示意性地显示了根据本发明第三实施例的用于膨胀阀的阀芯。除了第一槽47的第二部分47b之外，图9所示根据本发明第三实施例的用于膨胀阀的阀芯25与图7所示根据本发明第一实施例的用于膨胀阀的阀芯25大体相同。出于简洁考虑，省略对
图9所示根据本发明第三实施例的用于膨胀阀的阀芯25与图7所示根据本发明第一实施例的用于膨胀阀的阀芯25相同部分的描述。如图9所示，在根据本发明第三实施例的用于膨胀阀的阀芯25中，连通第一部分47a和中心通道45的第二部分47b包括与第一部分47a和中心通道45交叠的圆柱形通道的一部分。采用圆柱形通道易于加工。优选地，呈圆柱形通道的一部分的第二部分47b相对于中心通道45倾斜地形成。呈圆柱形通道的一部分的第二部分47b的直径应选择成使得膨胀阀通过第一槽的第二部分47b和第二槽的第二部分接通时确保制冷剂能够被节流降压而沸腾。
41.为了确保第一槽的第二部分47b实现制冷剂的流量变化，在与阀芯25的轴线oo’垂直且经过中心通道45的中心轴线的平面上第二部分47b的周向延伸范围至少是第一部分47a的周向延伸范围的四分之一，优选地至少是第一部分47a的周向延伸范围的三分之一，更优选地是第一部分47a的周向延伸范围的二分之一。
42.尽管在以上优选实施例中以阀芯具有大体球形的本体为例描述了本发明，但本领域技术人员应理解的是，阀芯的本体不局限于球形，诸如圆柱体或者圆锥体的其它具有回转面的本体也是可行的，只要阀芯的本体能够与阀体能够形成滑动密封接触。
43.图10示意性地显示了具有图7、图8或者图9所示本发明阀芯的膨胀阀的流量曲线。尽管根据膨胀阀的不同使用要求，图7、图8或者图9所示阀芯的中心通道、槽的第一部分和第二部分的具体参数会不同，而且使用图7、图8或者图9所示三种不同阀芯的膨胀阀的流量曲线也会略微不同，但是使用图7、图8或者图9所示三种不同阀芯的膨胀阀的流量曲线的整体趋势是基本相同的。图10的横坐标表示膨胀阀的转动角度，纵坐标表示膨胀阀打开的通道面积(也称流道面积(mm2)，原点表示处于中心通道完全接通的最大开度(流道面积)位置，随着阀芯转动角度增大，开度(流道面积)变小，直至膨胀阀被完全关闭(即，流道面积为零)的位置。图10中的流量曲线中左边用细线表示的一段对应于膨胀阀主要借助于中心通道被接通的区域。图10中的流量曲线中右边用粗线表示的两段对应于膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽被接通的区域，其中，这两段中左侧的一段对应于膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第二部分被接通的区间，这两段中右侧的一段对应于膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第一部分被接通的区间。可以看到，膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第二部分被接通的流量曲线和膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第一部分被接通的流量曲线都近似呈线性，但膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第二部分被接通的流量曲线相对于膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第一部分被接通的流量曲线具有更陡峭的斜率。这意味着，在膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第二部分被接通时膨胀阀的流道面积近似线性地快速变化，而在膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第一部分被接通时膨胀阀的流道面积近似线性地缓慢变化。因此，在膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第二部分被接通时经过膨胀阀进入制冷装置的制冷剂的量近似线性地快速变化，而在膨胀阀主要借助于第一槽和/或第二槽的第一部分被接通时经过膨胀阀进入制冷装置的制冷剂的量近似线性地缓慢变化。
44.尽管以上优选实施例描述了三种不同形式的槽的第二部分，但应理解的是，槽的第二部分不局限于以上三种形式，相对于槽的第一部分具有增大的宽度且膨胀阀通过其被接通时能够使流过膨胀阀的制冷剂经过节流降压而沸腾的任何形式的第二部分都可以。
45.这样，在某些工况下当需要相对较大量的制冷剂经过膨胀阀节流降压后沸腾时可
以控制根据本发明的膨胀阀通过槽的第二部分被接通，以快速供给所需量的制冷剂，以尽快实现所需制冷效果。
46.根据本发明的阀芯相对于现有阀芯的设计而言不需要进行太大的改动，而且特别易于加工。根据本发明的阀芯可以例如通过圆盘铣削、指状铣削、蚀刻或者3d打印等工艺制造。当采用圆盘铣削、指状铣削或蚀刻等工艺制造阀芯时，相对于现有的膨胀阀的加工步骤而言仅需要增加一个形成槽的第二部分的加工步骤就可以了。而且，很容易从一个机加工方向来加工槽的第二部分。
47.尽管已经结合本发明优选实施例对本发明进行了详细描述，但应当理解的是，这种详细描述仅是用于解释本发明而不构成对本发明的限制。本发明的范围由权利要求限定的技术方案来确定。