專利名稱：具有變溫調節特性的二氧化碳制冷系統節流閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制冷系統節流元件，具體地說是一種具有變溫調節特性的二 氧化碳制冷系統節流閥，屬于制冷技術領域。
背景技術：
二氧化碳是一種天然制冷劑，有利于環保，同時跨臨界二氧化碳制冷循環的 性能也與傳統氟利昂制冷循環相當，因此二氧化碳制冷系統被廣泛地認為具有很 大的發展前途。
跨臨界二氧化碳制冷系統的高低壓的控制特性與常見的壓縮式制冷系統有 較大的不同。目前常用的壓縮式制冷系統采用亞臨界循環，不管是高壓側還是低 壓側，溫度與壓力均密切相關。在機組運行過程中，主要是通過調節節流元件來 控制蒸發壓力與溫度，提高系統的工作效率。對于高壓側來講，冷凝溫度主要依 賴于冷卻介質的溫度與流量，冷凝壓力與冷凝溫度一一對應，而高壓側的壓力即 為冷凝壓力，因此高壓側的壓力基本上依賴于冷卻介質的溫度與流量，在系統中 不需要專門進行控制。對于跨臨界二氧化碳制冷系統來講，其高壓側制冷劑發生 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立的變量。 因此盡管溫度受到冷卻介質的限定，但是壓力卻不直接受到限制。在跨臨界二氧 化碳制冷系統中，高壓側壓力可達70 150bar，是常用制冷裝置的7 10倍。另 外高壓側的壓力特性對于系統的工作效率有很大的影響，對于某一工況存在一個 最優壓力，使得系統能效比達到最大。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中，均不能像通常的亞臨界循環制冷系統那樣， 不設置直接對高壓側壓力進行調節的裝置。為了保證跨臨界二氧化碳制冷裝置高 壓側壓力得到控制，可以采用節流機構來控制高壓側的壓力。當高壓側壓力過高 時，增大節流機構的開度，而當壓力偏低時，則減小開度。
經對現有技術文獻的檢索發現中國專利公開號為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節流短管，提出一種可調節流量的節流短管，其核心是采用一種機械式的帶有內部旁通功能的節流 短管作為節流元件，其流量可以根據節流短管進口高壓的變化實現自動調節。該 機構內部設置了一個主節流短管和一個輔助節流短管，主節流短管始終處于打開 狀態，流量的變化靠輔助節流短管調節，通過調節流量大小來控制氣體冷卻器內 的壓力。這個方案中的節流短管對于變化的氣體冷卻器出口溫度必須用調節螺栓 改變彈簧的預緊力，以此來調節出最優壓力，不具有變溫自動調節的功能，因此 在實際應用中系統運行工況受到很大限制。
到目前為止，還沒有出現適用于跨臨界二氧化碳制冷系統的，采用新型感溫 控制元件，能針對不同的氣體冷卻器出口溫度自動調節出系統最優壓力的，不需 要另外引入驅動控制方式的可調節式節流機構。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，設計提供一種具有變溫調節特性的 二氧化碳制冷系統節流閥，能夠隨氣體冷卻器出口溫度的變化自動調節系統最優 壓力，調節靈敏度高，具有較高的可靠性。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出的具有變溫調節特性的二氧 化碳制冷系統節流閥包括閥體、閥座、閥口、閥針、傳動板、記憶彈簧、傳動 板連桿、進氣通道構件、進氣通道、中心孔、定位圈、進氣管、出氣管、進氣腔、 密封塊。閥體右端連接進氣管，記憶彈簧放置在進氣通道構件的右端中心孔內， 其右端緊靠中心孔右端的臺階，左端與傳動板連桿接觸，傳動板連桿固定在傳動 板右側面中心，由制冷循環中的氣體冷卻器通過進氣管流入的制冷劑直接流入中 心孔，對傳動板連桿的右端面產生向左的作用力，記憶彈簧感受到制冷劑溫度后 也對傳動板連桿的右端面產生向左的作用力，進氣腔通過設置于進氣通道構件上 的進氣通道與進氣管導通，流入進氣腔的制冷劑對傳動板的左側面產生向右的作 用力，閥口位于閥座的中心，閥針固定在傳動板左側面中心位置，閥口與閥針構 成的最小流通截面——喉部起到節流降壓作用，傳動板連桿從中心孔的左端插 入，中心孔左端設一密封塊與傳動板連桿緊密配合，閥座與進氣通道構件之間設 置一定位圈，閥座、進氣通道構件和定位圈均采用過盈配合的方式壓裝固定在閥 體的內壁面上，閥體左端連接出氣管。
進氣通道構件的環形圓周上均布有8個進氣通道，其總的流通面積大于閥座 上的闊口的面積。進氣通道構件與傳動板和傳動板連桿構成的密閉空間為真空狀態。傳動板外周處嵌設有第一密封圈。密封塊孔內處嵌設有第二密封圈。記憶彈 簧壓縮形變產生的力與進氣腔壓力同時作用于傳動板，傳動板受力并帶動閥針左 右移動，以關閉或打開閥口。
所述的記憶彈簧是采用形狀記憶合金制成的，在運行工況范圍內均處于壓縮 狀態。形狀記憶合金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，它的應變量可高 達20%，卸載應力后，能完全恢復到原來的形狀。本發明中所選用的記憶彈簧是 依據二氧化碳制冷系統的壓力——溫度特性進行設計的，具體的是依據二氧化碳 制冷系統氣體冷卻器出口的最優壓力——溫度特性，對記憶彈簧的形變——溫度 特性進行設計，使其安裝在節流閥內在一定溫度和長度下由壓縮形變產生的作用 力能使二氧化碳制冷系統高壓側達到最優壓力。由于記憶彈簧對溫度的高精度形 狀記憶特性，以及快速的形狀恢復性能，將其用作本發明的節流閥感溫控制元件 將大大提高調節精度。
本發明的節流閥安裝在制冷系統中的氣體冷卻器與蒸發器之間，在制冷系統 運行時，由氣體冷卻器流出的過冷或超臨界流體通過進氣通道流入進氣腔，腔內 壓力P2作用于傳動板左側面，產生向右的作用力F2，同時記憶彈簧感受到由氣 體冷卻器流入中心孔的制冷劑溫度，將會根據自身的形變——溫度特性發生相應 于上游氣體冷卻器出口溫度的伸縮變化，但由于傳動板運動行程的限制，記憶彈 簧不能自由伸展，因此將發生壓縮形變，隨著記憶彈簧感受到的溫度的變化，壓 縮形變產生的對傳動板連桿左側的壓力也相應地變化。本發明的核心技術是在 一定的氣體冷卻器出口溫度下，當闊針與閥口相接觸時記憶彈簧和中心孔內氣體 壓力P2對傳動板連桿和傳動板產生的向左的合力^恰好等于最優壓力和傳動板 與閥針橫截面積之差的乘積。當在某一氣體冷卻器出口溫度和壓力下，閥口處于
關閉狀態時傳動板所受到的向左作用力Fi大于向右作用力F2，閥口保持關閉狀
態，隨著系統壓縮機的運轉，位于壓縮機吸氣口的氣液分離器內的部分制冷劑將 被抽吸到壓縮機排氣口下游的氣體冷卻器內，氣體冷卻器內部壓力將升高，與之
相通的進氣腔內的壓力P2也將逐漸升高，使得F2達到并超過F,，也即此時高壓
側壓力達到并超過最優壓力，此時傳動板帶動閥針將向右移動并打開閥口，使得
通過節流閥的流量迅速增大，P2將由較高壓力逐漸降低，當降低到高壓側最優壓
力以下時，傳動板將帶動閥針重新移動至閥口位置，關閉閥口，但隨著高壓側壓力重新升高達到并超過最優壓力，閥口很快又會重新打開，如此重復打開和關閉 閥口的過程，最終使得氣體冷卻器內的壓力總能達到相應出口溫度下的最優壓 力。因此，由節流閥開度的自動調節將使跨臨界二氧化碳制冷系統的運行效率始 終處于最佳狀態。
通過上述的調節控制方式，本發明的節流閥能夠應對系統運行工況的變化自 動將高壓側壓力調至最優壓力，相比于其它節流機構，本發明的節流閥完全依靠 系統自身的壓力進行驅動，以及內置的感溫控制元件進行自動調節，在拓寬調節 范圍并提高調節精度的同時也不用任何額外的閥門驅動裝置。
圖l為本發明的結構示意圖。
圖2為本發明的節流閥內部的進氣通道構件的示意圖。 圖3為圖2所示A-A剖視圖。
圖1中閥體l，閥座2，閥口3，閥針4，傳動板5，記憶彈簧6，傳動板 連桿7，進氣通道構件8，進氣通道9，中心孔IO，定位圈ll，第一密封圈12， 臺13，進氣管14，出氣管15，進氣腔16，密封塊17，第二密封圈18。
圖2-3中進氣通道構件8，進氣通道9，中心孔IO，密封塊17，第二密封 圈18。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步描述。
如圖1所示，本發明包括閥體l、閥座2、閥口3、閥針4、傳動板5、記 憶彈簧6、傳動板連桿7、進氣通道構件8、進氣通道9、中心孔IO、定位圈ll、 進氣管14、出氣管15、進氣腔16、密封塊17。
閥體1右端連接進氣管14，記憶彈簧6放置在進氣通道構件8的右端中心 孔10內，其右端緊靠中心孔10右端的臺階13，左端與傳動板連桿7接觸，傳 動板連桿7固定在傳動板5右側面中心，由制冷循環中的氣體冷卻器通過進氣管 14流入的制冷劑直接流入中心孔10，對傳動板連桿7的右端面產生向左的作用 力，記憶彈簧6感受到制冷劑溫度后也對傳動板連桿7的右端面產生向左的作用 力，進氣腔16通過設置于進氣通道構件8上的進氣通道9與進氣管14導通，流 入進氣腔16的制冷劑對傳動板5的左側面產生向右的作用力，閥口 3位于閥座 2的中心，閥針4固定在傳動板5左側面中心位置，閥口3與閥針4構成的最小流通截面——喉部起到節流降壓作用，傳動板連桿7從中心孔10的左端插入， 中心孔10左端設一密封塊17與傳動板連桿7緊密配合，閥座2與進氣通道構件 8之間設置一定位圈11，閥座2、進氣通道構件8和定位圈11均采用過盈配合 的方式壓裝固定在闊體1的內壁面上，閥體1左端連接出氣管15。
如圖2、 3所示的進氣通道構件8的圓周上均布有8個進氣通道9，其總的 流通面積大于閥座2上的閥口 3的面積。進氣通道構件8與傳動板5和傳動板連 桿7構成的密閉空間為真空狀態。記憶彈簧6采用形狀記憶合金制成，在運行工 況范圍內均處于壓縮狀態。傳動板5外周處嵌設有第一密封圈12。密封塊17孔 內處嵌設有第二密封圈18。
在制冷系統運行時，由氣體冷卻器流出的過冷或超臨界流體通過進氣管14 流入本發明的節流闊，少量制冷劑流入中心孔10，制冷劑壓力作用于傳動板連 桿7的右側面，記憶彈簧6感受到由氣體冷卻器流入的制冷劑溫度，也對傳動板 連桿7的右側產生壓力。同時，大量制冷劑通過進氣通道9流入進氣腔16，腔 內壓力作用于傳動板5的左側。當氣體冷卻器出口在某一溫度和壓力下，傳動板 5左側受力小于右側受力，閥口3處于關閉狀態，隨著系統壓縮機的不斷運行， 氣體冷卻器內部高壓氣體壓力將升高達到并超過最優壓力，此時與高壓側壓力相 等的進氣腔16的壓力也逐漸升高，使得傳動板5左側受力達到并超過右側所受 到的作用力，此時閥針4將向右移動并打開閥口 3，使得通過節流閥的流量迅速 增大，高壓側壓力將由較高壓力逐漸降低，當進氣腔16的壓力小于最優壓力時， 傳動板5將帶動閥針4重新移動至閥口 3，使節流閥處于關閉狀態，直到進氣腔 16的壓力隨氣體冷卻器壓力再次升高到最優壓力時，閥口 3又開始打開，繼續 重復打開和關閉閥口 3的過程，使得氣體冷卻器內的壓力總能達到相應出口溫度 下的最優壓力。
本發明在二氧化碳制冷系統中可以針對不同的氣體冷卻器出口溫度自動調 節氣體冷卻器內的壓力達到最優壓力，使系統運行的能效比達到最大值。本發明 不需要引入額外的驅動控制方式，而是運用了形狀記憶合金材料制成的記憶彈簧 作為感溫控制元件，用系統自身壓力作為驅動力，實現了完全的自動化調節。本 發明整體設計緊湊，結構簡單，調節靈敏度高，密封性好，具有較高的可靠性。
權利要求
1、一種具有變溫調節特性的二氧化碳制冷系統節流閥，包括閥體(1)、閥座(2)、閥口(3)、閥針(4)、傳動板(5)、記憶彈簧(6)、傳動板連桿(7)、進氣通道構件(8)、進氣通道(9)、中心孔(10)、定位圈(11)、進氣管(14)、出氣管(15)、進氣腔(16)、密封塊(17)，其特征在于閥體(1)右端連接進氣管(14)，記憶彈簧(6)放置在進氣通道構件(8)的右端中心孔(10)內，其右端緊靠中心孔(10)右端的臺階(13)，左端與傳動板連桿(7)接觸，傳動板連桿(7)固定在傳動板(5)右側面中心，由制冷循環中的氣體冷卻器通過進氣管(14)流入的制冷劑直接流入中心孔(10)，對傳動板連桿(7)的右端面產生向左的作用力，記憶彈簧(6)感受到制冷劑溫度后也對傳動板連桿(7)的右端面產生向左的作用力，進氣腔(16)通過設置于進氣通道構件(8)上的進氣通道(9)與進氣管(14)導通，流入進氣腔(16)的制冷劑對傳動板(5)的左側面產生向右的作用力，閥口(3)位于閥座(2)的中心，閥針(4)固定在傳動板(5)左側面中心位置，閥口(3)與閥針(4)構成的最小流通截面起到節流降壓作用，傳動板連桿(7)從中心孔(10)的左端插入，中心孔(10)左端設一密封塊(17)與傳動板連桿(7)緊密配合，閥座(2)與進氣通道構件(8)之間設置一定位圈(11)，閥座(2)、進氣通道構件(8)和定位圈(11)均采用過盈配合的方式壓裝固定在閥體(1)的內壁面上，閥體(1)左端連接出氣管(15)。
2、 根據權利要求1所述的具有變溫調節特性的二氧化碳制冷系統節流閥， 其特征在于所述記憶彈簧(6)采用形狀記憶合金制成，在運行工況范圍內均處 于壓縮狀態。
3、 根據權利要求1所述的具有變溫調節特性的二氧化碳制冷系統節流閥， 其特征在于所述進氣通道構件(8)的圓周上均布有8個進氣通道(9)，其總的 流通面積大于閥座(2)上的閥口 (3)的面積。
4、 根據權利要求1所述的具有變溫調節特性的二氧化碳制冷系統節流閥， 其特征在于所述進氣通道構件(8)與傳動板(5)和傳動板連桿(7)構成的密 閉空間為真空狀態。
5、 根據權利要求1所述的具有變溫調節特性的二氧化碳制冷系統節流閥， 其特征在于所述傳動板(5)外周處嵌設有第一密封圈(12)。
6、根據權利要求1所述的具有變溫調節特性的二氧化碳制冷系統節流闊， 其特征在于所述密封塊(17)孔內處嵌設有第二密封圈(18)。
全文摘要
一種具有變溫調節特性的二氧化碳制冷系統節流閥，屬于制冷技術領域。本發明包括閥體、閥座、閥口、閥針、進氣通道構件、進氣通道、進氣腔、記憶彈簧、傳動板、傳動板連桿、進氣管、出氣管。閥體右端連接進氣管，閥體左端連接出氣管，閥口位于閥座中心位置，進氣腔通過設置于進氣通道構件上的進氣通道與進氣管導通，在進氣通道構件右端的中心孔內設有記憶彈簧，記憶彈簧的左端與傳動板連桿接觸，傳動板連桿固定在左側帶有閥針的傳動板的右側面中心。本發明的節流閥在跨臨界二氧化碳制冷系統中可以針對不同的氣體冷卻器出口溫度自動調節制冷劑流量大小，使氣體冷卻器內的壓力達到最優壓力，使系統運行的能效比達到最大值。
文檔編號F25B41/06GK101315233SQ200810040708
公開日2008年12月3日 申請日期2008年7月17日 優先權日2008年7月17日
發明者亮 陳, 陳江平, 陳芝久 申請人:上海交通大學