CN101298956A - R410a制冷系统自适应调节式膨胀阀 - Google Patents

Abstract

一种R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，属于制冷技术领域。本发明中：阀体上端部设有气缸，阀体侧面设置带进液管的进液口，气缸被活塞分隔成上部低压腔与下部高压腔，高压腔通过高压腔进气通道与进液口连通，高压腔进气通道的流通面积由高压腔进气调节螺栓调节，低压腔通过低压腔进气通道与出液口连通，气缸密封螺母内旋有预紧调节螺栓，预紧弹簧置于预紧调节螺栓下部的定位槽内。该膨胀阀的开度受控于制冷系统的冷凝压力和蒸发压力，系统高低压差的变化可以使阀体内的气缸活塞连同阀针上下运动，以此来调节膨胀阀喉部的流通面积，通过对制冷剂流量的调节来改变蒸发器出口的过热度。

Description

R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀

技术领域

本发明涉及一种制冷系统节流机构，具体地说是一种R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，属于制冷技术领域。

背景技术

随着国内外环保法规的逐步推出和实施，家用空调器中所使用的传统氟利昂制冷剂R22正迅速地被新型环保制冷剂R410A逐步取代。R410A除了其环保优势外的一大特性就是压力较高，在R410A制冷系统中，高压侧运行压力最高可达4.6MPa，比其它常用制冷剂压力高2～4倍，这使得R410A制冷系统使用的膨胀阀可以采用系统自身压差驱动的方式来进行控制和调节。

膨胀阀的使用可有效控制蒸发器出口过热度，改善蒸发器的换热效率和系统性能。目前已有技术中的膨胀阀分两类，即热力膨胀阀(TXV)和电子膨胀阀(EEV)。热力膨胀阀在市场中的应用最为广泛，它用一个感温动力头组件驱动阀杆升降运动，改变阀口流通面积来调节制冷剂流量，但其缺点显著，诸如调节响应滞后、流量不稳定、系统易发生振荡、动力头组件易损坏等；电子膨胀阀作为热力膨胀阀的替代产品，性能上有非常大的改善，主要表现在流量调节精度高、调节范围宽、系统稳定性高、响应速度快、节能效果显著等方面，但由于其需要步进电机驱动，使得生产成本相对过高，极大限制了它的市场应用范围。由此可以看出，如果对现有膨胀阀的驱动控制装置进行改进，将提高膨胀阀的性价比。

经对现有技术文献的检索发现：中国专利公开号为CN1789768A，公开日为2006年6月21日，专利名称为：电子膨胀阀，提出一种步进电机驱动的电子膨胀阀，其核心是：通电线圈产生的磁场使磁转子部件转动，并将转动转换为轴向的升降运动，磁转子下端设有随之一起升降的阀杆，用以改变阀口流通面积。这个方案中，需要引入外接电源给线圈通电，并且需要用压力传感器、温度传感器以及控制器来调节蒸发器出口的过热度，这就增加了空调系统的能耗。

到目前为止，还没有出现适用于R410A系统的，完全采用系统压差驱动，不需要另外引入电源或者感温动力头驱动的膨胀阀。

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R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，适用于R410A家用空调系统，不用外加驱动控制方式，能对蒸发器出口过热度进行自动调节，并且降低同类型节流机构的生产成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出的R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀包括：阀体、气缸、活塞、活塞连杆8、高压腔、低压腔、预紧调节螺栓、预紧弹簧、阀针、高压腔进气通道、高压腔进气调节螺栓、低压腔进气通道、进液口、出液口。阀体上部设有气缸，气缸被活塞分隔成上部低压腔和下部高压腔，阀体侧面设置带进液管的进液口，高压腔通过高压腔进气通道与进液口连通，高压腔进气通道内设有高压腔进气调节螺栓，低压腔通过低压腔进气通道与出液口连通，带出液管的出液管接头固定于阀体下部，并与出液口连通，气缸密封螺母固定在阀体顶端，气缸密封螺母内旋有预紧调节螺栓，阀针固定在活塞下端面中心位置，活塞连杆固定于活塞上端面中心位置，预紧弹簧置于预紧调节螺栓下部的定位槽内，并套在活塞连杆上。

本发明的R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀安装在制冷系统中的冷凝器与蒸发器之间，当制冷负荷增加导致出口连接管所连接的蒸发器出口(压缩机吸气口)过热度增大，压缩机排气口的过热度也会增大，最终将导致冷凝压力升高，此时流过膨胀阀进液口的制冷剂经过高压腔进气通道流入气缸的高压腔，使高压腔的压力P₃升高，继而将推动气缸活塞向上运动，活塞下表面所连接的阀针也同时向上运动，使得阀口流通面积增加，膨胀阀的开度增大，导致制冷剂的流量增大，此时膨胀阀下游的蒸发压力和蒸发温度也将升高，过热度将减小。同时通过低压腔进气通道与低压制冷剂出口连通的低压腔压力P₁也将升高，并且由于预紧弹簧压缩形变增加导致其对活塞的向下压力P₂增大，而此时冷凝压力会因为流过膨胀阀的制冷剂流量增大而有所降低，气缸高压腔感受到的压力P₃也降低，于是在P₁、P₂、P₃三个力的作用下，气缸中的活塞将连同阀针一起先向上运动，并逐渐减缓停止在某一平衡位置，使膨胀阀开度在某一稳定运行工况下不再变化。在阀针向上运动的开阀过程中，由于活塞连杆的设计高度大于低压腔进气通道在气缸内壁面出口下边缘至预紧弹簧定位槽底部的距离，因此在最大开度状态下低压腔仍然与出液口相连通。另一方面，如果制冷剂流量逐渐偏大，此时的蒸发压力将增大，压缩机吸气过热度将减小，在制冷负荷不变的情况下冷凝压力将减小，即此时在气缸中P₁升高，P₃降低，使得活塞连同阀针一起向下运动，膨胀阀的开度减小，流量将逐渐达到适量状态，不会导致流量过大，过热度始终偏低，甚至出现蒸发器结霜的现象。在关阀过程中，由于活塞向下止动的设计位置使得阀针在最低位置时阀口仍有一定开度，所以制冷系统在不同运行工况下不会出现管路闭塞的危险。

上述的调节过程中膨胀阀对系统压差变化的响应快慢可以通过高压腔进气调节螺栓来调节，以确保制冷系统稳定运行，不会出现频繁的系统振荡。当响应过快时，顺时针旋转高压腔进气调节螺栓关小通道的流通面积；当响应过慢时，逆时针旋转高压腔进气调节螺栓开大通道的流通面积。在过热度的调节方面，用预紧调节螺栓将预紧弹簧调至某一合适的预紧力，使膨胀阀在设计工况范围内能保持蒸发器的出口过热度在预定范围内。

通过上述的响应系统工况变化的自适应调节控制方式，可以使蒸发器出口过热度始终保持在预设范围内，相比于同类节流机构，如热力膨胀阀和电子膨胀阀，本发明节省了额外的驱动装置，简化了阀体的设计结构，使控制调节方式更加简捷有效。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：阀体1，进液口2，进液管3，高压腔进气通道4，高压腔进气调节螺栓5，活塞6，阀针7，活塞连杆8，预紧弹簧9，出液口10，出液管11，阀口12，低压腔进气通道13，高压腔14，低压腔15，预紧调节螺栓16，气缸密封螺母17，出液管接头18，气缸19，预紧调节螺栓密封圈20，高压腔进气调节螺栓密封圈21。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

如图1所示，本发明包括：阀体1、进液口2、高压腔进气通道4、高压腔进气调节螺栓5、活塞6、阀针7、活塞连杆8、预紧弹簧9、出液口10、低压腔进气通道13、高压腔14、低压腔15、预紧调节螺栓16、气缸19。

阀体1上部设有气缸19，气缸19被活塞6分隔成上部低压腔15和下部高压腔14，阀体1侧面设置带进液管3的进液口2，高压腔14通过高压腔进气通道4与进液口2连通，高压腔进气通道4内设有高压腔进气调节螺栓5，低压腔15通过低压腔进气通道13与出液口10连通，带出液管11的出液管接头18固定于阀体1下部，并与出液口10连通，气缸密封螺母17固定在阀体1顶端，气缸密封螺母17内旋有预紧调节螺栓16，阀针7固定在活塞6下端面中心位置，活塞连杆8固定于活塞6上端面中心位置，预紧弹簧9置于预紧调节螺栓16下部的定位槽内，并套在活塞连杆8上。

活塞6到达向下最大行程时，阀针7与阀口12所形成的流道喉部截面积略大于0。

预紧弹簧9在活塞6的行程中始终处于压缩形变状态。

在预紧调节螺栓16外周处嵌设有预紧调节螺栓密封圈20，高压腔进气调节螺栓5外周处嵌设有高压腔进气调节螺栓密封圈21。

预紧调节螺栓16旋动至最下端时，预紧调节螺栓16的底部距离低压腔进气通道13位于低压腔15壁面的出口仍有距离。

低压腔进气通道13位于低压腔15壁面的出口下边缘至预紧调节螺栓16下部弹簧定位槽底部的距离不大于活塞连杆8的高度。

在制冷系统运行时，由冷凝器流出的过冷状态制冷剂通过进液管3流经阀口12后成为两相制冷剂，通过出液管11流向蒸发器，完成对工作流体的节流降压过程。同时，流入进液口2的少量制冷剂将通过高压腔进气通道4流入高压腔14，通道内的流动阻力由高压腔进气调节螺栓5旋转调节，从阀口12流出的少量两相制冷剂将通过低压腔进气通道13流入低压腔15。通过气缸19内部高低压腔压力及预紧弹簧9的弹力的相互平衡，活塞6将稳定在对应某一工况下的平衡位置，此时阀针7与阀口12构成的喉部流通面积不再变化，流经膨胀阀的制冷剂流量以及蒸发器出口过热度保持稳定。

本发明膨胀阀的开度受控于制冷系统的冷凝压力和蒸发压力，系统高低压差的变化可以使阀体内的气缸活塞连同阀针上下运动，以此来调节膨胀阀喉部的流通面积，通过对制冷剂流量的调节来改变蒸发器出口的过热度。本发明的控制机构不需要引入阀体以外的任何驱动控制方式，整体设计合理，结构简单，调节灵敏度高，具有较好的经济性和可靠性。

Claims (7)

1、一种R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，包括：阀体(1)、进液口(2)、高压腔进气通道(4)、高压腔进气调节螺栓(5)、活塞(6)、阀针(7)、活塞连杆(8)、预紧弹簧(9)、出液口(10)、低压腔进气通道(13)、高压腔(14)、低压腔(15)、预紧调节螺栓(16)、气缸(19)，其特征在于：阀体(1)上部设有气缸(19)，气缸(19)被活塞(6)分隔成上部低压腔(15)和下部高压腔(14)，高压腔(14)通过高压腔进气通道(4)与进液口(2)连通，高压腔进气通道(4)内设有高压腔进气调节螺栓(5)，低压腔(15)通过低压腔进气通道(13)与出液口(10)连通，阀体(1)侧面设置带进液管(3)的进液口(2)，带出液管(11)的出液管接头(18)固定于阀体(1)下部，并与出液口(10)连通，气缸密封螺母(17)固定在阀体(1)顶端，气缸密封螺母(17)内旋有预紧调节螺栓(16)，阀针(7)固定在活塞(6)下端面中心位置，活塞连杆(8)固定于活塞(6)上端面中心位置，预紧弹簧(9)置于预紧调节螺栓(16)下部的定位槽内，并套在活塞连杆(8)上。

2、根据权利要求1所述的R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，其特征在于所述活塞(6)到达向下最大行程时，阀针(7)的下端头部与阀口(12)所形成的流道喉部截面积略大于0。

3、根据权利要求1所述的R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，其特征在于所述高压腔进气调节螺栓(5)外周处嵌设有高压腔进气调节螺栓密封圈(21)。

4、根据权利要求1所述的R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，其特征在于所述预紧调节螺栓(16)外周处嵌设有预紧调节螺栓密封圈(20)。

5、根据权利要求1所述的R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，其特征在于所述预紧调节螺栓(16)旋动至最下端时，螺栓的底部距离低压腔进气通道(13)位于低压腔(15)壁面的出口仍有距离。

6、根据权利要求1所述的R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，其特征在于所述低压腔进气通道(13)位于低压腔(15)壁面的出口下边缘至预紧调节螺栓(16)下部弹簧定位槽底部的距离不大于活塞连杆(8)的高度。

7、根据权利要求1所述的R410A制冷系统自适应调节式膨胀阀，其特征在于所述预紧弹簧(9)在活塞(6)的行程中始终处于压缩形变状态。

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