專利名稱：跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)節(jié)流元件，具體地說是一種跨臨界二氧化碳制冷系 統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管，屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二氧化碳是一種自然制冷劑，有利于保護(hù)環(huán)境，同時跨臨界二氧化碳制冷循 環(huán)的性能也與傳統(tǒng)氟利昂制冷循環(huán)相當(dāng)，因此被廣泛認(rèn)為有很大的發(fā)展前途。
跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)的高低壓的控制特性與常見的壓縮式制冷系統(tǒng)有 較大的不同。目前常用的壓縮式制冷系統(tǒng)采用亞臨界循環(huán)，不管是高壓側(cè)還是低 壓側(cè)，溫度與壓力均密切相關(guān)。在機(jī)組運(yùn)行過程中，主要是通過調(diào)節(jié)節(jié)流元件來 控制蒸發(fā)壓力與溫度，提高系統(tǒng)的工作效率。對于高壓側(cè)來講，冷凝溫度主要依 賴于冷卻介質(zhì)的溫度與流量，冷凝壓力與冷凝溫度一一對于，而高壓側(cè)的壓力即 為冷凝壓力，因此高壓側(cè)的壓力基本上依賴于冷卻介質(zhì)的溫度與流量，在系統(tǒng)中 不需要專門進(jìn)行控制。對于跨臨界二氧化碳系統(tǒng)來講，其高壓側(cè)制冷劑發(fā)生的不 是冷凝過程，而是超臨界氣體的冷卻過程，其壓力與溫度是兩個獨(dú)立的變量。因 此盡管溫度受到冷卻介質(zhì)的限定，但是壓力則不直接受到限制。在跨臨界二氧化 碳制冷系統(tǒng)中，高壓側(cè)壓力可達(dá)70 150bar，是常用制冷裝置的7 10倍。另 外高壓側(cè)的壓力特性對于系統(tǒng)的工作效率有很大的影響，對于某一工況存在一個 最優(yōu)壓力，使得系統(tǒng)能效比達(dá)到最大。因此不管是從安全性還是從熱效率角度考 慮，在跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)中，均不能像通常的亞臨界循環(huán)制冷系統(tǒng)那樣， 不設(shè)置直接對高壓側(cè)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。為了保證跨臨界二氧化碳制冷裝置高 壓側(cè)壓力得到控制，可以采用節(jié)流機(jī)構(gòu)來控制高壓側(cè)的壓力。當(dāng)高壓側(cè)壓力過高 時，增大節(jié)流機(jī)構(gòu)的開度，而當(dāng)壓力偏低時，則減小開度。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)中國專利公開號為CN1737472A，
公開日為 2006年2月22日，專利名稱為跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)節(jié)流短管，提出一種 可調(diào)節(jié)流量的節(jié)流短管，其核心是采用一種機(jī)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(jìn)口高壓的變化實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。該 機(jī)構(gòu)內(nèi)部設(shè)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。這個方案中的節(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(yù)緊力，以此來調(diào)節(jié)出最優(yōu)壓力，不具有自動調(diào)節(jié)的功能，對節(jié)流短 管的使用帶來麻煩。
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 元件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 入控制電路驅(qū)動的可調(diào)節(jié)式節(jié)流機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng) 自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管，能夠隨氣體冷卻器出口溫度的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)最優(yōu)壓 力，調(diào)節(jié)靈敏度高，具有較高的可靠性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明提出的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng) 自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管包括閥體、閥座、閥口、閥針、進(jìn)氣通道構(gòu)件、進(jìn)氣孔道、 進(jìn)氣腔、傳動板、記憶彈簧、感溫膜片、進(jìn)氣管、出氣管。閥體右端設(shè)有進(jìn)氣管， 閥體左端設(shè)有出氣管，闊口位于閥座上，進(jìn)氣腔通過設(shè)置于進(jìn)氣通道構(gòu)件上的進(jìn) 氣孔道與進(jìn)氣管導(dǎo)通，在進(jìn)氣通道構(gòu)件靠近進(jìn)氣管一端設(shè)有一被環(huán)形圈壓裝的感 溫膜片，記憶彈簧的右端緊貼感溫膜片的一側(cè)，并與進(jìn)氣管一端相隔離，記憶彈 簧的左端與一帶有闊針的傳動板接觸。閥座與進(jìn)氣通道構(gòu)件之間設(shè)置一定位圈，
三者均裝配固定在闊體的內(nèi)壁面上。感溫膜片用于感溫的記憶彈簧與之相接觸， 記憶彈簧形變產(chǎn)生的力作用于傳動板，同時，通過進(jìn)氣孔道與進(jìn)氣管相通的進(jìn)氣 腔壓力也作用于傳動板，傳動板受力并帶動閥針左右運(yùn)動，以改變閥針頭部與閥 口形成的喉部的流通面積。
進(jìn)氣通道構(gòu)件的環(huán)形圓周上均布進(jìn)氣孔道，其總的流通面積大于閥口的面 積。進(jìn)氣通道構(gòu)件與傳動板和感溫膜片構(gòu)成的密閉空間為真空狀態(tài)。傳動板外周 處嵌設(shè)有密封圈。當(dāng)傳動板運(yùn)動至右止點(diǎn)時，闊口剛好完全打開。
所述的記憶彈簧采用形狀記憶合金制成，它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(yīng)變量可高達(dá)20%，卸載應(yīng)力后，能完全恢復(fù)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(jìn)行設(shè) 計(jì)的，具體的是依據(jù)二氧化碳制冷系統(tǒng)高壓側(cè)的最優(yōu)壓力——?dú)怏w冷卻器出口溫 度特性對記憶彈簧的形變——溫度特性進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，使其在一定溫度下由形變 產(chǎn)生的壓力與二氧化碳制冷系統(tǒng)高壓側(cè)的最優(yōu)壓力一一對應(yīng)。由于記憶彈簧對溫 度的高精度形狀記憶性能，以及快速的形狀恢復(fù)特點(diǎn)，將其用作自動調(diào)節(jié)式節(jié)流 短管的感溫元件將大大提高調(diào)節(jié)精度。
本發(fā)明的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管安裝在制冷系統(tǒng)中 的氣體冷卻器與蒸發(fā)器之間，在制冷系統(tǒng)運(yùn)行時，由氣體冷卻器流出的過冷或超 臨界流體通過進(jìn)氣孔道流入進(jìn)氣腔，腔內(nèi)壓力P2作用于傳動板左側(cè)面和閥針的 左端頭部，同時記憶彈簧通過感溫膜片感受到氣體冷卻器出口的制冷劑溫度，將 會根據(jù)自身的形變——溫度特性發(fā)生相應(yīng)于上游氣體冷卻器出口溫度的伸縮變 化，但由于傳動板運(yùn)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，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，當(dāng)閥針與閥口相接觸時記憶彈簧對傳動板產(chǎn)生的壓力等 于最優(yōu)壓力，并且隨記憶彈簧感受到的溫度的變化，壓縮形變產(chǎn)生的對傳動板的 壓力P,也相應(yīng)地變化。當(dāng)在某一氣體冷卻器出口溫度和壓力下，Pl大于P"閥口 處于關(guān)閉狀態(tài)，隨著系統(tǒng)壓縮機(jī)的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，氣體冷卻器內(nèi)部高壓氣體壓力將升 高，進(jìn)氣腔內(nèi)的壓力P2也將逐漸升高達(dá)到并大于記憶彈簧施加于傳動板的壓力 Pu此時傳動板帶動閥針將向右運(yùn)動并打開閥口，使得通過節(jié)流短管的流量丌始 增大。隨著流量的不斷增大，P2將由較高壓力逐漸降低，此時傳動板將帶動閥針 重新運(yùn)動至閥口位置，P2降低到與Pi相等，但很快又會隨高壓側(cè)壓力重新升高， 繼續(xù)重復(fù)循環(huán)這一壓力變化過程，最終使得&始終趨向于Pi，也即氣體冷卻器 出口壓力總能達(dá)到相應(yīng)出口溫度下的最優(yōu)壓力。因此，由節(jié)流短管開度的自動調(diào) 節(jié)將使跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)的工作效率始終處于最佳狀態(tài)。
通過上述的調(diào)節(jié)控制方式，本發(fā)明的節(jié)流短管能夠應(yīng)對系統(tǒng)狀態(tài)的變化自動 將高壓側(cè)壓力調(diào)至最優(yōu)壓力，相比于同類型其它節(jié)流機(jī)構(gòu)，本發(fā)明完全依靠自身 的壓力傳導(dǎo)與感溫元件進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，在拓寬調(diào)節(jié)范圍并提高調(diào)節(jié)精度的同時也 不用任何額外的閥門驅(qū)動裝置。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中閥體l，閥座2，閥口3，閥針4，傳動板5，記憶彈簧6，感溫膜片 7，進(jìn)氣通道構(gòu)件8，進(jìn)氣孔道9，環(huán)形圈10，定位圈11，密封圈12，右止點(diǎn)13， 進(jìn)氣管14，出氣管15，進(jìn)氣腔16。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施做進(jìn)一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括閥體l、閥座2、閥口3、閥針4、傳動板5、記 憶彈簧6、感溫膜片7、進(jìn)氣通道構(gòu)件8、進(jìn)氣孔道9、進(jìn)氣管14、出氣管15、 進(jìn)氣腔16。
閥體1右端設(shè)有進(jìn)氣管14，閥體1左端設(shè)有出氣管15，閥口3位于閥座2 上，進(jìn)氣腔16通過設(shè)置于進(jìn)氣通道構(gòu)件8上的進(jìn)氣孔道9與進(jìn)氣管14導(dǎo)通，在 進(jìn)氣通道構(gòu)件8靠近進(jìn)氣管14 一端設(shè)有一被環(huán)形圈10壓裝的感溫膜片7，記憶 彈簧6的右端緊貼感溫膜片7的一側(cè)，并與進(jìn)氣管14 一端相隔離，記憶彈簧6 的左端與一帶有闊針4的傳動板5接觸。閥座2與進(jìn)氣通道構(gòu)件8之間設(shè)置一定 位圈11，三者均裝配固定在閥體1的內(nèi)壁面上。
記憶彈簧6采用形狀記憶合金制成，在運(yùn)行工況范圍內(nèi)均處于壓縮狀態(tài)。進(jìn) 氣通道構(gòu)件8的環(huán)形圓周上均布有4個進(jìn)氣孔道9，其總的流通面積大于閥口 3 的面積。進(jìn)氣通道構(gòu)件8與傳動板5和感溫膜片7構(gòu)成的密閉空間為真空狀態(tài)。 傳動板5外周處嵌設(shè)有密封圈12。當(dāng)傳動板5運(yùn)動至右止點(diǎn)13時，閥口3剛好 完全打開。
在制冷系統(tǒng)運(yùn)行時，由氣體冷卻器流出的過冷或超臨界流體通過進(jìn)氣管14 流入本發(fā)明的節(jié)流短管，記憶彈簧6通過感溫膜片7感受到氣體冷卻器出口的制 冷劑溫度，將對傳動板5的右側(cè)產(chǎn)生一定壓力。同時，通過進(jìn)氣孔道9與進(jìn)氣管 14導(dǎo)通的進(jìn)氣腔16的壓力作用于傳動板5的左側(cè)和閥針4的左端頭部。當(dāng)氣體 冷卻器出口在某一溫度和壓力下，進(jìn)氣腔16的壓力小于記憶彈簧對傳動板5的 壓力，閥口3處于關(guān)閉狀態(tài)，隨著系統(tǒng)壓縮機(jī)的不斷運(yùn)行，氣體冷卻器內(nèi)部高壓 氣體壓力將升高，進(jìn)氣腔16的壓力也將逐漸升高達(dá)到并大于記憶彈簧6施加于 傳動板5的壓力，此時閥針4將向右運(yùn)動并打開閥口 3，使得通過節(jié)流短管的總 流量增大。隨著流量的不斷增大，高壓側(cè)壓力將由較高壓力逐漸降低，此時傳動板5將帶動閥針4重新運(yùn)動至閥口 3，進(jìn)氣腔16的壓力降低到與記憶彈簧6產(chǎn) 生的壓力相等，但很快又會隨著氣體冷卻器壓力的升高而升高，繼續(xù)重復(fù)循環(huán)這 一壓力變化過程，最終使得進(jìn)氣腔16的壓力始終趨向于記憶彈簧6產(chǎn)生的壓力， 也即氣體冷卻器出口壓力總能達(dá)到相應(yīng)出口溫度下的最優(yōu)壓力。
本發(fā)明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(dá)到最優(yōu)壓力，使系統(tǒng)運(yùn)行的能效比達(dá)到最大值。本發(fā)明 的控制機(jī)構(gòu)不需要引入控制電路，而是運(yùn)用了新型感溫元件，即形狀記憶合金材 料制成的記憶彈簧，實(shí)現(xiàn)了完全的自動化調(diào)節(jié)，整體設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié) 靈敏度高，具有較高的可靠性。
權(quán)利要求
1、一種跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管，包括閥體(1)、閥座(2)、閥口(3)、閥針(4)、傳動板(5)、記憶彈簧(6)、感溫膜片(7)、進(jìn)氣通道構(gòu)件(8)、進(jìn)氣孔道(9)、進(jìn)氣管(14)、出氣管(15)、進(jìn)氣腔(16)，其特征在于閥體(1)右端設(shè)有進(jìn)氣管(14)，閥體(1)左端設(shè)有出氣管(15)，閥口(3)位于閥座(2)上，進(jìn)氣腔(16)通過設(shè)置于進(jìn)氣通道構(gòu)件(8)上的進(jìn)氣孔道(9)與進(jìn)氣管(14)導(dǎo)通，在進(jìn)氣通道構(gòu)件(8)靠近進(jìn)氣管(14)一端設(shè)有一被環(huán)形圈(10)壓裝的感溫膜片(7)，記憶彈簧(6)的右端緊貼感溫膜片(7)的一側(cè)，并與進(jìn)氣管(14)一端相隔離，記憶彈簧(6)的左端與一帶有閥針(4)的傳動板(5)接觸，閥座(2)與進(jìn)氣通道構(gòu)件(8)之間設(shè)置一定位圈(11)，閥座(2)、進(jìn)氣通道構(gòu)件(8)和定位圈(11)均裝配固定在閥體(1)的內(nèi)壁面上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述記憶彈簧(6)采用形狀記憶合金制成，在運(yùn)行工況范圍內(nèi)均處 于壓縮狀態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述進(jìn)氣通道構(gòu)件(8)的環(huán)形圓周上均布有4個進(jìn)氣孔道(9)，其 總的流通面積大于閥座(2)上的閥口 (3)的面積。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述進(jìn)氣通道構(gòu)件(8)與傳動板(5)和感溫膜片(7)構(gòu)成的密閉 空間為真空狀態(tài)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述傳動板(5)外周處嵌設(shè)有密封圈(12)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述傳動板(5)運(yùn)動至右止點(diǎn)(13)時，閥口 (3)剛好完全打開。
全文摘要
一種跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)式節(jié)流短管，屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括閥體、閥座、閥口、閥針、進(jìn)氣通道構(gòu)件、進(jìn)氣孔道、進(jìn)氣腔、傳動板、記憶彈簧、感溫膜片、進(jìn)氣管、出氣管。閥體右端設(shè)有進(jìn)氣管，閥體左端設(shè)有出氣管，閥口位于閥座上，進(jìn)氣腔通過設(shè)置于進(jìn)氣通道構(gòu)件上的進(jìn)氣孔道與進(jìn)氣管導(dǎo)通，在進(jìn)氣通道構(gòu)件靠近進(jìn)氣管一端設(shè)有一被環(huán)形圈壓裝的感溫膜片，記憶彈簧的右端緊貼感溫膜片的一側(cè)，并與進(jìn)氣管一端相隔離，記憶彈簧的左端與一帶有閥針的傳動板接觸。本發(fā)明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(dá)到最優(yōu)壓力，使系統(tǒng)運(yùn)行的能效比達(dá)到最大值。
文檔編號F25B41/06GK101298957SQ20081003957
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者亮 陳, 陳江平, 陳芝久 申請人:上海交通大學(xué)