CN1119730A - 致冷剂流量控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于调节从冷凝器积液槽流向蒸发器的致冷剂液体流量的致冷剂流量控制装置，其特点是，这一控制装置能根据冷凝器积液槽内的液位和制冷系统的冷凝器与蒸发器之间的压差来调节液体流量。该流量控制装置包括止动件、偏压装置、导柱、立管、大体上为筒形的测量套筒以及浮子。

Description

致冷剂流量控制装置

本发明总地涉及制冷和空调系统，特别涉及一种用于调节制冷系统的冷凝器和蒸发器之间的致冷剂流量的流量控制装置。

一般来说，大型商用空调系统包括一由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置组成的制冷机组。通常，传热流体循环流过蒸发器内的传热管束而将传热流体的热量传送至蒸发器内的致冷剂。在蒸发器管束内受冷却的传热流体通常是水或乙二醇，其循环流动至远处以满足冷却负荷。蒸发器内的致冷剂随着其吸收传热流体的热量而蒸发，并且压缩机运转以抽取并压缩致冷剂蒸气并将压缩后的蒸气排至冷凝器。在冷凝器内，致冷剂蒸气被冷却凝成液体，并且液体致冷剂又被通过节流装置送回到蒸发器，由此制冷循环又重新开始。

空调系统中典型地包含有用于将润滑油供给至压缩机内的轴承和转子的润滑系统。通常，油随着排出的致冷剂排出压缩机而排至一典型地设在压缩机和冷凝器之间的油分离器。由分离器将油从致冷剂中分离出来之后，致冷剂被送至冷凝器而油返回压缩机。

在某些制冷系统中不用机械式油泵来提供足够的油压给压缩机。而是压缩机依靠冷凝器和蒸发器之间的系统压差将油压送至转子和轴承。由于需要一个最小油压来供给足够润滑和冷却用的油量，可能会使机器处于这样的运行状态，即系统压差不足以提供足够的油流。由于系统压差是由冷凝器水和蒸发器水之间的温差来决定的，因此当两者的温度相互接近时会出现油压不足的情况。这种情况通常发生在系统启动过程中。但是，这种情况也可能出现在其他稳态运行工况中。

此外，随着经冷凝的致冷剂流向冷凝器的积液槽部分，必须在蒸发器之前对其进行测量。故需要一种能保证只允许冷凝的致冷剂液体而不允许致冷剂蒸气流向蒸发器的流量控制装置。换言之，这种控制装置应能维持系统工作过程中的液体密封以提高系统效率。

1994年2月15日授予Steven E.Meloling等人的美国专利No.5,285,653中描述了一种解决这一问题的办法。该专利中的这种控制装置包括一自冷凝器积液槽的出口向上延伸的立管，围绕立管的圆柱形壁靠近其下端设置有许多垂向孔。一个圆柱形测量套筒设置在圆柱形立管内。

一环形浮子套在立管上并连接于圆柱形测量套筒以便在致冷剂液体的液位低于一最小值时关闭立管上的孔，随着致冷剂液位升高，浮子随之上升，使圆柱形测量套筒让孔露出来，这使得更多的致冷剂流向后面接着的阶段。但是，这种布置不能给上述压差问题提供一个令人满意的解决办法。

需要有一种这样的致冷剂控制装置，它可通过人为地在冷凝器和蒸发器之间施加一压差以及通过保证只允许冷凝的致冷剂液体流向蒸发器来提高效率。

本发明的一个目的在于提供能够响应系统低压差对冷凝器和蒸发器之间的致冷剂流量进行调节的改进型调节装置。

本发明的另一目的在于提供一种系统，在该系统中，油压是系统压差的函数，在出现不够高的油压期间会存在一个人为施加的比不采用措施之情况下的大的系统压差。

本发明的再一个目的在于提供一种改进型调整装置，该装置能通过在冷凝器和蒸发器之间产生一个人为施加的压差节流和测量冷凝器和蒸发器之间的流量来调节冷凝器和蒸发器之间的致冷剂流量，同时只允许冷凝的致冷剂液体流向蒸发器。

本发明的这些和其他目的是通过一种致冷剂流量控制系统来达到的，该系统是用于调节一制冷系统中的从冷凝器积液槽流向后一阶段的致冷剂液体的流量，其特点是，这一控制系统是根据冷凝器积液槽内的液位和制冷系统的冷凝器与蒸发器之间的系统压差来调节液体流量。这一流量控制系统包括止动件、偏压装置、导柱、立管、大体上为圆筒形的测量套筒以及浮子。

止动件设置在积液槽出口内，用来节流流体，并有形成一轴向通孔和一上凸缘的部分。偏压装置设置在积液槽出口内，用于偏压止动件。导柱连接于积液槽出口底板并插入止动件的轴向孔内，用于导引止动件在上、下轴向位置之间的运动。立管设置在冷凝器积液槽内，立管具有一筒形壁、一连接于冷凝器积液槽底板的开口下端、一封闭的上端以及至少一个穿透管壁在立管上轴向延伸的测量槽孔，此槽孔用来使流体能从冷凝器积液槽流向止动件。大致为筒形的测量套筒可滑动地装在立管内并可在其内移动一段有限的距离。浮子可滑动地套在立管上并浮在冷凝器积液槽内的致冷剂液体上。该浮子包括用来穿过立管的管壁将浮子与测量套筒结合起来的结构，以使测量套筒能随着浮子一起移动。

在正常的工作状态下，冷凝器内的致冷剂压力足够地高于蒸发器内的压力，因而能提供足够的油压。随着液体致冷剂汇集在冷凝器积液槽的底部，浮子上升，它又使测量套筒上升。随着测量套筒上升，测量槽孔露出使流体从中流过。流体流过一积液槽孔并施压于止动件。当流体施加的压力足以克服由偏压装置施加的力时，止动件向下轴向位置移动，从而使流体能流过积液槽出口流向蒸发器。由于在正常工作状态下冷凝器内有足够的压力，止动件被推向下轴向位置，致冷剂流体能连续流过积液槽出口流向蒸发器。

如果来自冷凝器的压力不够大，止动件则向上轴向位置移动，从而阻止液体流向积液槽出口。结果，致冷剂集积在冷凝器内并使浮子上升，随着冷凝器积满，冷凝器管束的传热表面的效能降低。这又导致冷凝器压力增高。与此同时，蒸发器得不到足够量的液体致冷剂，蒸发器管束的一些换热表面变成干涸。这降低了蒸发器管束的换热表面的效能，并导致蒸发器内致冷剂压力降低。同时发生的冷凝器压力升高和蒸发器压力降低使得能够恢复到足够的油压在恢复到足够的油压之后，止动件向下轴向位置移动，并且机器回复到正常工作。

从以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其他目的、特点和优点将变得更为明显。

表现本发明之特征的新颖特点由所附权利要求书具体地提出。但是，本发明的本身，它的结构和使用方法，以及其他目的和优点将很容易从以下参阅附图对较佳实施例的描述中得到最好的理解。在各附图中用同样的数字标示同样的零件，其中：

图1是含有本发明之一个实施例的流体控制装置的一制冷系统的原理图。

图2是图1的部分放大图，示出了控制装置的横截面。

图3是本发明之一较佳实施例的流体控制装置的分解视图。

图4是本发明的止动件的变型实施例。

现参看图1，其示出的螺旋压缩制冷系统10具有一将压缩的致冷剂气体供给至冷凝器20的螺杆压缩机15，在冷凝器20内致冷剂蒸气和冷凝器管束25内的水进行热交换。致冷剂在管束25上冷凝，由此下落并汇集在冷凝器积液30内。冷凝器积液槽30有一出口35，导管40从这里将冷凝的致冷剂液体送往蒸发器45，在蒸发器内致冷剂蒸发。膨胀的致冷剂蒸气从流经蒸发器管束50内的水中吸收热量，并且水经冷水出口55流出，并被从那里分送至例如一建筑物用于房间降温。

压缩机15运转从蒸发器45抽吸致冷剂蒸气，压缩致冷剂蒸气，并将压缩的蒸气排出至油分离器60。油分离器60将油从致冷剂蒸气中分离出来并使油汇集在分离器60的底部。如果蒸发器45和冷凝器20之间有一足够大的系统压差，油则就被迫经回流管65回流向压缩机15，用来润滑压缩机15的转子和轴承。但是，由于为供给足够量的用于润滑和冷却的油需要有一油压最小值，系统压差不够大就会引起流回压缩机15的油量不足。随后压缩的致冷剂蒸气从油分离器60流向冷凝器20，在冷凝器20内致冷剂蒸气被冷凝并被送回至蒸发器45，制冷循环从蒸发器又重新开始。

参阅图2、图3，其示出了本发明之流量控制装置70的一较佳实施例，它包括一止动件75、一偏压装置、例如一压缩弹簧80的一导柱85、一立管90、一侧量套筒95以及一浮子100。一大致为圆柱形的滤网105围绕着立管90，用来防止不希望有的颗粒进入流量控制装置70。此外，一顶盖100设置在立管90上，用来防止液体冷凝物向下直冲浮子100。

止动件75本身是一个实心金属圆柱体，它有形成上凸缘115、下缘120和贯穿的轴向孔125的部分。止动件75设置在积液槽出口35内并可在上、下轴向位置之间轴向地移动，用于进行节流。下轴向位置定义为止动件75的底缘120抵触到积液槽出口底板130的位置。上轴向位置定义为止动件75的上凸缘115抵触于冷凝器积液槽底板135的底面136的位置。图2示出的止动件75是处于上轴向位置。

上凸缘115是止动件75的扩大的圆柱部分，其直径比止动件其他部分的直径大。上凸缘115最好为圆形的。但是，正如本技术领域中的熟练人员能公认的那样，上凸缘115也可以是任何其他形状的，只要其表面积足以有效阻止流体从冷凝器积液槽30流向后续的阶段例如蒸发器45即可。上凸缘115的表面积设计成与冷凝器积液槽底板135形成密切接触关系，以使冷凝器下槽底板135内的孔140能在止动件75处于上轴向位置时被上凸缘115有效地密封住。轴向孔125是贯穿止动件75之全长的圆柱形空腔，用来容纳导柱85于孔125是贯穿止动件75之全长的圆柱形空腔，用来容纳导柱85于其内。

导柱85设置在积液槽出口35内，用来引导止动件75在下和上轴向位置之间的垂向运动。导柱85具有一带有第一和第二端145、150的金属圆柱体，其中第一端145的延伸部分的直径比止动件75的轴孔125的直径大。导柱85的其余部分的直径比轴向孔125的直径小。第二端150上的螺纹适合旋入积液槽出口底板130内的螺纹孔155，借以将第二端150连接于积液槽出口底板130。例如，可以用一金属螺栓作为导柱85。

偏压装置80是这样地设置在积液槽出口35内，即它与积液槽出口底板130和上凸缘形成接触关系，用来将止动件75向积液孔140偏压。可以用与止动件75同轴设置的螺旋压缩弹簧作为偏压装置80。如果从积液槽孔140流出的流体对止动件75施加的力小于由偏压装置80产生的力，止动件75则保持在上轴向位置。如果由流体流动施加的力足以克服由偏压装置80产生的力，止动件75则移动而离开上轴向位置。

一立管90垂向地设置在冷凝器积液槽30内积液槽孔140的上方。立管90有一筒形壁160、一连接于冷凝器积液槽底板135的与止动件75相对的那一侧的开口下端、一封闭的上端、以及至少一个穿透管壁160在立管90上轴向延伸的测量槽孔165，其用来使流体从冷凝器积液槽30流向止动件75。一帽盖170封盖立管90的顶端。靠近立管90的下端有几个轴向延伸长的测量孔165，这些测量孔穿透立管壁并且最好是绕立管90的圆周均匀分布。

一个上、下端均为开口的圆柱管形测量套筒95，可滑动地设置在立管90内。测量套筒95在立管90内可轴向地移动一段有限的距离，并具有下缘180。测量套筒95的下缘180的位置决定着流过测量槽孔165的流体的量。

一个浮在冷凝器积液槽30内的致冷剂液体上的浮子100可滑动地套在立管90上。在一较佳实施例中，浮子100是一个除底部之外各面均封闭的中空环形壳体。浮子100本身最好是铝质金属壳体，以一平的环形盘190作为顶板，内筒195和外筒200同轴，且两筒体195、200在其上缘以铜焊、焊接或成形加工密封地连接于顶盘190。壳体具有一开口的底部，饱和的致冷剂液体冷凝物的表面封住壳体的开口，从而形成一个位于壳体内的内空间。内筒195形成一可滑动地容纳立管90之管壁160的圆柱形通道或孔210。这两个圆柱形表面以紧公差成形。这种形式的浮子揭示于1994年2月15日授予Steven E.Meloling等人、转让予本发明的受让人的美国专利No.5,285,653中。如那一专利中所述，浮子100内可能保持充满致冷剂蒸气。本技术领域的熟练人员很容易认识到，其他的浮子设计结构也可以用在本发明中来达到实质上相同的效果。

一根浮子轴215横向地穿过浮子100的内壁上的孔，也穿过测量套筒95上的孔220，因此浮子100和测量套筒95可一同相对立管90上下运动。两个轴向加长的槽孔225设置在立管90的管壁160的径向相对的两侧上。浮子轴215穿过两槽孔225。浮子100、轴215和套筒95能一起相对于立管90上下移动一有限的距离。由于套筒95的两端是相对于孔220对称的(图中画的并非如此，译注。)套筒95可以以任一端朝上装入立管90，所以这种结构的装配很方便。一个弹簧挡圈230装在轴215的中央，一对套管235套在轴215上。另有两个弹簧挡圈230装在轴215的两端，在浮子内筒195的外侧。这种结构将测量套筒95保持在立管90内的对中位置。由于套管235、档圈230和轴215在浮子孔210和立管90之间以及在套筒95和立管90之间保持一个小的间隙，所以套筒95的外表面和浮子100的孔210的壁面都不与立管90的管壁接触。

止动件75、偏压装置80、导柱85、立管90、浮子100和测量套筒95都是由相对价廉的坚固材料制成的，这既降低了制造成本又增加了可靠性。

本发明按下述方式调节从冷凝器积液槽30至后续的阶段例如蒸发器45的流体流量。在正常工作状态下，冷凝器20内的致冷剂压力足够地高于蒸发器45内的压力，从而能提供足够的油压。随着流体致冷剂汇集在冷凝器积液槽30的底部，浮子100上升，它又使测量套筒95上升。随着测量套筒95上升，测量槽孔165露出来使流体从中流过。流体流过积液槽孔140并施加压力于止动件75。当流体施加的压力足以克服由偏压装置80施加的力时，止动件75向下轴向位置移动，由此便于流体流过积液槽出口35流向蒸发器45。由于在正常工作状态下冷却器20内总是有足够的压力，止动件75被推向下轴向位置，所以致冷剂流体不断地流过积液槽出口35流向蒸发器45。

如果从冷凝器20来的压力不足，止动件75则向上轴向位置移动，从而阻止流体流向积液槽出口35。结果，致冷剂累积在冷凝器20内并使浮子100上升，但是，由于止动件75阻止流体流过孔140，所以没有致冷剂流过槽孔165。随着冷凝器20内致冷剂液体积满，冷凝器管束25的表面传热效能降低。这又导致了冷却器内压力的增高。与此同时，蒸发器45得不到足够的液体致冷剂，蒸发器管束50的一些传热表面干涸。这降低了蒸发器管束50的热交换表面的效能，并导致了蒸发器内致冷剂压力的降低。同时发生的冷凝器压力升高和蒸发器压力降低使得能够恢复到足够的油压。在恢复到足够的油压之后，止动件75向下轴向位置移动，并且制冷系统10回复到正常工作状态。

这样，通过与止动件75协调动作，浮子100使流量控制装置70能提供一种液体密封。例如，随着止动件75从关闭位置即上轴向位置移向开启位置即下轴向位置，冷凝器积液槽30内的液位下降，这又使浮子100下降。如果液位降至一规定液位以下，浮子100会使测量套筒95盖住测量槽孔165。结果，浮子100通过只允许冷凝的致冷剂液体流向蒸发器45而提供了一种液体密封，同时止动件75为制冷系统10提供了恰当的压力调节。当止动件75向上轴向位置移动时，这种液体密封也保持着。

现参看图4，其示出了止动件75的一变型实施例。不同于图2和图3中示出的一单个整体件，这里的止动件75包括一固定的柱240和一可动的盘245。固定柱240的一端固定地连接于积液槽出口的底板130，并具有一从其另一端整体延伸的导柱250，该导柱向上延伸入下槽孔140内。可动盘245有一中心孔，用来可滑动地套在导柱250上。套在导柱240上的弹簧80设置在积液槽出口底板130和可动盘245之间。当系统内设有压差时，弹簧80向上偏压可动盘245，使之接触积液槽底板135的下表面，从而封闭任何流动。随着压差增加，弹簧80的弹力被克服，可动盘245由导柱250引导向下移动。当压差增加到足以使可动盘向下抵靠固定柱240时，积液槽孔140如图4所示那样完全打开。

Claims (11)

1.一种用于调节从冷凝器积液槽至蒸发器的致冷剂液体流量的致冷剂流量控制装置，其特征在于它包括：

一个垂向地设置在冷凝器积液槽内并具有一管形壁的立管，管壁上有至少一个穿透管壁的轴向延伸的测量槽孔，其用来便于流体从冷凝器积液槽流至积液槽出口；

一个大体上为管状的测量套筒，其可滑动地设置在所述立管内并可在两极端轴向位置之间移动，在所述两极端位置上所述套筒分别盖住和放开所述的至少一个测量槽孔；

一个浮子，其可滑动地套在所述立管上并适于浮在冷凝器积液槽内的致冷剂液体上，所述浮子包括用来将所述浮子通过所述立管的管壁结合于所述测量套筒的结构，以使所述测量套筒能随浮子沿着所述立管上升或下降，其中所述测量套筒测量和控制流过所述至少一个测量槽孔的液体流量；

一个止动件，其设置在所述积液槽出口内，用于节流流过积液槽孔的流体流量，冷凝器和蒸发器之间的压差作用在所述止动件上，所述止动件可在这一压差作用下在轴向关闭位置和轴向开启位置之间轴向地移动，以分别关闭或开启所述积液槽出口孔；以及

设置在积液槽出口内的偏压装置，其用于将所述止动件偏压向轴向关闭位置，但允许所述止动件在所述压差增大时向开启位置移动；

由此，这一控制系统随着冷凝器积液槽内的液位和冷凝器与蒸发器之间的系统压差而调节液体流量。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述止动件的顶面面积大于所述积液槽孔口，因此在所述止动件移向其轴向关闭位置时其能有效地阻止任何液体从积液槽孔流出。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述止动件还包括一下缘，且所述积液槽出口包括一底板，且特征还在于，当所述止动件处于其轴向开启位置时所述下缘与所述积液槽出口底板形成接触关系。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏压装置包括一压缩弹簧。

5.如权利要求1所述的装置，还包括一连接于积液槽出口底板并设置在所述止动件的轴孔内用于引导所述止动件在轴向关闭位置和轴向开启位置之间的运动的导柱，其中，当止动件处于轴向关闭位置时所述止动件与所述积液槽出口孔端面形成接触关系，借以基本上阻止流体从冷凝器积液槽流向蒸发器。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述导柱包括一只螺栓。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述立管的管壁圆周上均匀地设置有多个所述测量槽孔。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮子包括一可滑动地套在所述立管上的内筒、一与内筒同轴的外筒、以及将内筒和外筒的上边缘连接起来的环形顶板。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于一个浮子轴横向地穿过所述测量套筒上径向对置的孔，也穿过所述立管壁上的对应的槽孔，还穿过所述浮子的内筒壁上的径向对置的孔。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述测量套筒具有敞开的顶端和底端，且其上供所述浮子轴穿过的孔位于顶端和底端之间的中间位置。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述止动件包括一可滑动地套在一导柱上并被偏压向关闭位置的圆盘。

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