CN100549571C - 阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀 - Google Patents

Abstract

一种阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀，属于制冷技术领域。本发明包括：套管、阀座、阀口、阀针、传动板、记忆弹簧、传动板连杆、进气通道构件、进气孔道、中心孔、环形凹槽、进气腔、出气管接头、进气管、出气管、密封块。套管左端内壁面压装有阀座，阀座左端与出气管接头螺纹连接，套管右端焊接进气管，阀口位于阀座中心位置，进气腔通过设置于进气通道构件上的进气孔道与进气管导通，在进气通道构件右端的中心孔内设有记忆弹簧，记忆弹簧的左端与传动板连杆接触，传动板连杆固定在左侧带有阀针的传动板的右侧面中心。本发明可以针对不同的气体冷却器出口温度自动调节气体冷却器内的压力达到最优压力，使系统运行的能效比达到最大值。

Description

阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀

技术领域

本发明涉及一种制冷系统节流元件，具体地说是一种阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀，属于制冷技术领域。

背景技术

在制冷技术领域，二氧化碳是一种环保天然制冷剂，它作为工质的跨临界二氧化碳制冷系统的性能也与传统氟利昂制冷系统相当，因此二氧化碳制冷系统具有很大的发展前景。

跨临界二氧化碳制冷循环中，高压侧制冷剂发生的不是冷凝过程，而是超临界气体的冷却过程，其压力与温度是两个独立的变量，尽管温度受到冷却介质的限定，但是压力却不直接受到限制。在二氧化碳制冷系统中，高压侧压力存在一个最优压力值，当高压侧压力超过最优压力后，制冷量几乎不变，而此时压缩机功率却在增加，故COP会降低；而当高压侧压力低于最优压力时，制冷量将明显减小，而此时压缩机功率基本维持不变，甚至会有所增大，导致COP显著下降。因此，跨临界二氧化碳制冷系统中的高压侧压力需要专门进行控制。另外，在跨临界二氧化碳制冷系统中，高压侧压力可达70～150bar，是常用制冷装置的7～10倍。因此不管是从运行效率还是从安全性角度考虑，在跨临界二氧化碳制冷系统中，均不能像通常的亚临界循环制冷系统那样，不设置直接对高压侧压力进行调节的装置。为了保证跨临界二氧化碳制冷装置高压侧压力得到控制，可以采用节流机构来控制高压侧的压力。当高压侧压力过高时，增大节流机构的开度，而当压力偏低时，则减小开度。

经对现有技术文献的检索发现：中国专利公开号为CN1580672A，公开日为2005年2月16日，专利名称为：跨临界二氧化碳制冷系统全机械式节流控制机构，提出一种可调节高压侧压力和蒸发器出口过热度的节流控制机构，主要包括：节流阀、气液分离器、混合器、热力膨胀阀、高压控制阀。其中高压控制阀包括：高压控制阀调节流路、高压控制阀主流路、进气控制活塞、进气控制弹簧、调节螺栓、调节杆控制活塞、调节杆控制弹簧、调节杆。高压侧压力的控制是通过高压控制阀控制进入热力膨胀阀进口的制冷剂气体含量来实现。这个方案中的高压控制阀结构非常复杂，组成元件的种类较多且不是通用元件，需专门设计，制造成本较高，可靠性不好。在适用性方面，该节流控制机构在气体冷却器温度变化范围较大时，不能有效调节出相应的高压侧最优压力。

另外，普通常用节流装置均是分不同的产品系列、不同系列中又分不同的规格，以匹配不同容量需求的制冷系统，即制冷系统容量需要改变时，必须更换整个节流装置。

到目前为止，还没有出现适用于跨临界二氧化碳制冷系统的，采用新型感温元件针对不同的气体冷却器出口温度自动调节出系统最优压力的，结构简单，拆装方便、可根据系统容量需求更换部分阀芯组件的可调节式节流机构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀，阀芯组件可根据系统容量需求更换，并且能够随气体冷却器出口温度的变化自动调节系统高压侧最优压力。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出的阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀包括：套管、阀座、阀口、阀针、传动板、记忆弹簧、传动板连杆、进气通道构件、进气孔道、中心孔、环形凹槽、进气腔、出气管接头、进气管、出气管、密封块。套管左端点附近处通过挤压加工，在外周处形成一环形凹槽，用来将环形凹槽两端的阀座和进气通道构件定位，整个节流阀采用可拆卸式装配，具体方式是：在阀座外周处嵌设有第三密封圈，阀座压装在套管左端内壁面上，阀口位于阀座的中心，阀座与环形凹槽之间设有第四密封圈，阀座左端与带有出气管的出气管接头螺纹连接，出气管接头与套管之间设有第六密封圈，记忆弹簧放置在进气通道构件的右端中心孔内，其右端紧靠中心孔右端的台阶，左端与传动板连杆接触，传动板外周处嵌设有第一密封圈，密封块孔内处嵌设有第五密封圈，传动板与进气通道构件内腔壁面紧密配合，传动板连杆与中心孔以及密封块紧密配合，以上所述的带阀口的阀座、阀针、传动板、记忆弹簧和传动板连杆构成了节流阀的阀芯组件，该组件可拆卸更换，具体可将阀座从套管中拆卸下来后，根据不同系统容量需求，分别更换不同直径的阀口和阀针、不同规格的记忆弹簧。阀针固定在传动板左侧面中心位置，传动板连杆固定在传动板右侧面中心，进气腔通过设置于进气通道构件上的进气孔道与进气管导通，在套管的右侧进气端和左侧出气管内壁面上分别装配进气端滤网和出气端滤网，套管右端与进气管焊接。

进气通道构件的圆周上均布有个进气孔道，其总的流通面积大于阀座上的阀口的面积，进气通道构件外周处嵌设有第二密封圈，进气通道构件压装在套管的内壁面上，进气通道构件与传动板和传动板连杆构成的密闭空间为真空状态，该密闭空间左侧由置于进气通道构件内腔中、且与内腔壁面紧密配合的传动板进行密封，右侧由置于进气通道构件与传动板连杆之间的轴向放置的密封块进行密封。记忆弹簧压缩形变产生的力与进气腔压力同时作用于传动板，传动板受力并带动阀针左右移动，以关闭或打开阀口。

所述的记忆弹簧是采用形状记忆合金制成的，在运行工况范围内均处于压缩状态。形状记忆合金是一种具有记忆特性的特殊合金材料，在不同温度下记忆弹簧会自动伸缩为所记忆的形状。本发明中所选用的记忆弹簧是依据二氧化碳制冷系统气体冷却器出口的最优压力——温度特性，对记忆弹簧的形变——温度特性进行设计，使其安装在节流阀内在一定温度和长度下由压缩形变产生的作用力能使二氧化碳制冷系统高压侧达到最优压力。

由于应用了记忆弹簧作为感温控制元件，本发明的节流阀能够应对制冷循环中气体冷却器出口温度的变化自动将高压侧压力调至最优压力，相比于其它节流机构，本发明的节流阀完全依靠系统自身的压力进行驱动，以及内置的感温控制元件进行自动调节。当本发明的节流阀调节能力不能满足系统容量需求时，不需要将节流阀整体更换，只要从出气管一端将阀座拆卸下来，更换不同直径的阀口和阀针，以及不同规格的记忆弹簧，以满足制冷系统的匹配要求。这样，通过简单拆卸及更换相应的阀芯组件，使得本发明节流阀的绝大部分部件都可重复使用，这种绿色环保设计形式节省了该节流阀的使用成本，拓宽了其应用范围。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的节流阀内部的进气通道构件8的示意图。

图3为图2所示A-A剖视图。

图1中：阀体1，阀座2，阀口3，阀针4，传动板5，记忆弹簧6，传动板连杆7，进气通道构件8，进气孔道9，中心孔10，环形凹槽11，第一密封圈12，台阶13，进气端滤网14a，出气端滤网14b，第二密封圈15a，第三密封圈15b，第四密封圈15c，进气腔16，出气管接头17，进气管18，出气管19，密封块20，第五密封圈21，第六密封圈22。

图2-3中：进气通道构件8，进气孔道9，中心孔10，第二密封圈15a，密封块20，第五密封圈21。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。

如图1所示，本发明包括：套管1、阀座2、阀口3、阀针4、传动板5、记忆弹簧6、传动板连杆7、进气通道构件8、进气孔道9、中心孔10、环形凹槽11、进气腔16，出气管接头17，进气管18，出气管19，密封块20。

套管1左端点附近处通过挤压加工，在外周处形成一环形凹槽11，用来将环形凹槽11两端的阀座2和进气通道构件8定位，整个节流阀采用可拆卸式装配，具体方式是：在阀座2外周处嵌设有第三密封圈15b，阀座2压装在套管1左端内壁面上，阀口3位于阀座2的中心，阀座2与环形凹槽11之间设有第四密封圈15c，阀座2左端与带有出气管19的出气管接头17螺纹连接，出气管接头17与套管1之间设有第六密封圈22，记忆弹簧6放置在进气通道构件8的右端中心孔10内，其右端紧靠中心孔10右端的台阶13，左端与传动板连杆7接触，传动板5外周处嵌设有第一密封圈12，密封块20孔内处嵌设有第五密封圈21，传动板5与进气通道构件8内腔壁面紧密配合，传动板连杆7与中心孔10以及密封块20紧密配合，以上所述的带阀口3的阀座2、阀针4、传动板5、记忆弹簧6和传动板连杆7构成了节流阀的阀芯组件，该组件可拆卸更换，具体可将阀座2从套管1中拆卸下来后，根据不同系统容量需求，分别更换不同直径的阀口3和阀针4、不同规格的记忆弹簧6。阀针4固定在传动板5左侧面中心位置，传动板连杆7固定在传动板5右侧面中心，进气腔16通过设置于进气通道构件8上的进气孔道9与进气管18导通，记忆弹簧6采用形状记忆合金制成，在运行工况范围内均处于压缩状态，进气端滤网14a和出气端滤网14b分别装配在套管1的右侧进气端和左侧出气管19内壁面上，套管1右端与进气管18焊接。

如图2、3所示的进气通道构件8的圆周上均布有12个进气孔道9，其总的流通面积大于阀座2上的阀口3的面积，进气通道构件8外周处嵌设有第二密封圈15a，进气通道构件8压装在套管1的内壁面上。进气通道构件8与传动板5和传动板连杆7构成的密闭空间为真空状态，该密闭空间左侧由置于进气通道构件8内腔中、且与内腔壁面紧密配合的传动板5进行密封，右侧由置于进气通道构件8与传动板连杆7之间的轴向放置的密封块20进行密封。

在制冷系统运行时，由气体冷却器流出的过冷或超临界流体通过进气管18流入本发明的节流阀，少量制冷剂流入中心孔10，制冷剂压力作用于传动板连杆7的右侧面，记忆弹簧6感受到由气体冷却器流入的制冷剂温度，也对传动板连杆7的右侧产生压力。同时，大量制冷剂通过进气孔道9流入进气腔16，腔内压力作用于传动板5的左侧。当气体冷却器出口在某一温度和压力下，传动板5左侧受力小于右侧受力，阀口3处于关闭状态，随着系统压缩机的不断运行，气体冷却器内部高压气体压力将升高达到并超过最优压力，此时与高压侧压力相等的进气腔16的压力也逐渐升高，使得传动板5左侧受力达到并超过右侧所受到的作用力，此时阀针4将向右移动并打开阀口3，使得通过节流阀的流量迅速增大，高压侧压力将由较高压力逐渐降低，当进气腔16的压力小于最优压力时，传动板5将带动阀针4重新移动至阀口3，使节流阀处于关闭状态，直到进气腔16的压力随气体冷却器压力再次升高到最优压力时，阀口3又开始打开，继续重复打开和关闭阀口3的过程，使得气体冷却器内的压力总能达到相应出口温度下的最优压力。当本发明的节流阀调节能力不能满足系统容量需求时，可从出气管19一端先将出气管接头17从阀座2上旋下，再将阀座2拔出，更换不同直径的阀口3和阀针4，以及不同规格的记忆弹簧6，以满足制冷系统的匹配要求。

本发明运用了形状记忆合金材料制成的记忆弹簧作为感温控制元件，用系统自身压力作为驱动力，在二氧化碳制冷系统中可以针对不同的气体冷却器出口温度自动调节气体冷却器内的压力达到最优压力，使系统运行的能效比达到最大值。本发明整体设计灵活，结构简单，可根据用户需求更换阀芯组件，阀体密封性好，具有较高的可靠性和经济性。

Claims (4)

1、一种阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀，包括：套管(1)、阀座(2)、阀口(3)、阀针(4)、传动板(5)、记忆弹簧(6)、传动板连杆(7)、进气通道构件(8)、进气孔道(9)、中心孔(10)、环形凹槽(11)、进气腔(16)、出气管接头(17)、进气管(18)、出气管(19)、密封块(20)，其特征在于：所述记忆弹簧(6)采用形状记忆合金制成，在运行工况范围内均处于压缩状态；套管(1)左端外周处有一环形凹槽(11)，用来将该环形凹槽(11)两端的阀座(2)和进气通道构件(8)定位；阀座(2)压装在套管(1)左端内壁面上，在阀座(2)外周处嵌设有第三密封圈(15b)，阀座(2)与环形凹槽(11)之间设有第四密封圈(15c)；阀口(3)位于阀座(2)的中心，阀座(2)左端与带有出气管(19)的出气管接头(17)螺纹连接，出气管接头(17)与套管(1)之间设有第六密封圈(22)；阀针(4)固定在传动板(5)左侧面中心位置，传动板连杆(7)固定在传动板(5)右侧面中心；记忆弹簧(6)放置在进气通道构件(8)的右端设置的中心孔(10)内，记忆弹簧(6)的右端紧靠中心孔(10)右端的台阶(13)，记忆弹簧(6)的左端与传动板连杆(7)接触；进气腔(16)通过设置于进气通道构件(8)上的进气孔道(9)与进气管(18)导通；传动板(5)外周处嵌设有第一密封圈(12)，密封块(20)孔内处嵌设有第五密封圈(21)，进气通道构件(8)外周处嵌设有第二密封圈(15a)，进气通道构件(8)压装在套管(1)的内壁面上；以上所述的带阀口(3)的阀座(2)、阀针(4)、传动板(5)、记忆弹簧(6)和传动板连杆(7)构成了节流阀的阀芯组件，该阀芯组件可拆卸更换；

所述进气通道构件(8)与传动板(5)和传动板连杆(7)构成的密闭空间为真空状态，该密闭空间左侧由置于进气通道构件(8)内腔中、且与内腔壁面紧密配合的传动板(5)进行密封，右侧由置于进气通道构件(8)与传动板连杆(7)之间的轴向放置的密封块(20)进行密封。

2、根据权利要求1所述的阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀，其特征在于所述套管(1)右端与进气管(18)焊接。

3、根据权利要求1或2所述的阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀，其特征在于所述进气通道构件(8)的圆周上均布有12个进气孔道(9)，其总的流通面积大于阀座(2)上的阀口(3)的面积。

4、根据权利要求1所述的阀芯可更换的二氧化碳制冷系统节流阀，其特征在于所述套管(1)的右侧进气端和左侧出气管(19)内壁面上分别设有进气端滤网(14a)和出气端滤网(14b)。

Images