CN115388584B - 一种自适应供液装置及具有其的复叠制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应供液装置及具有其的复叠制冷系统，属于制冷技术领域。自适应供液装置包括阀体、限位件和活塞，所述阀体的上部设有储液腔，所述阀体的下部设有活塞腔，所述储液腔和活塞腔之间通过节流通道连通，所述活塞包括活塞本体和设置在活塞本体上的阀头，所述活塞活动的设置在所述活塞腔内，所述活塞将所述活塞腔分为上部阀头节流空间和下部活塞节流空间，所述活塞本体上设有若干节流孔，所述节流孔连通所述上部阀头节流空间和下部活塞节流空间。本发明还公开了一种复叠制冷系统，包括高温级系统和低温级系统，所述高温级系统和低温级系统通过冷凝蒸发器复叠而成，所述高温级系统包括自适应供液装置。

Description

一种自适应供液装置及具有其的复叠制冷系统

技术领域

本发明涉及一种自适应供液装置及具有其的复叠制冷系统，属于制冷技术领域。

背景技术

CO2/NH3复叠式制冷系统是由两个单级的蒸气压缩式制冷系统组合而成，其低温级是单级C02蒸气压缩制冷循环系统，高温级是单级NH3蒸气压缩制冷循环系统，高、低温级制冷回路通过冷凝蒸发器复叠而成。二氧化碳为自然工质，无毒，不可燃，也不助燃，CO2/NH3复叠制冷系统与氨制冷系统相比能明显降低氨的充注量，同时由于CO2/NH3复叠制冷系统中的低温级系统采用CO2，从而可以避免氨与食品、人群等直接接触，与氨制冷系统相比能够增加系统运行的安全性，由于具有上述优越性，CO2/NH3复叠制冷系统得到了广泛的应用。

在CO2/NH3复叠制冷系统中，当高温级冷凝器发生气环现象时，气环现象是指冷凝器对从压缩机中输出的高温高压气体冷凝不充分，气环现象会导致高温高压的氨蒸汽从冷凝器中流进制冷系统中，从而造成氨泄漏的风险及制冷系统的波动，影响制冷效果。尤其是在低氨充注量的复叠制冷系统中，由于氨制冷剂充注量较多，会存在安全隐患，而目前氨低充注量设计已经成为未来发展的主流方向，以往的随供液液位降低而增大供液阀开度从而增加供液量的供液方式，在低氨充注量系统中只会导致气环现象越来越厉害，制冷系统的制冷性能衰减严重。

另外，对于一套复叠制冷系统来说，冷凝蒸发器是其中的核心，系统能否正常、高效的工作，主要靠冷凝蒸发器能否维持较小的温差换热，减小不可逆的能量损失。通过调节高温级节流阀的开度大小，能够使冷凝蒸发器氨侧供液连续稳定进而提升换热效率，减小运行时换热温差，降低能量损失，如果节流阀节流效果不佳，会导致冷凝蒸发器氨侧蒸发不足，直接影响低温级中CO2的冷凝，会导致CO2冷凝压力升高，进而CO2压缩机大量耗功甚至高压停机，所以节流阀节流效果不佳会导致冷凝蒸发器换热过程中的能量损失，高温级节流阀的效果直接影响了低温级中CO2的制冷效果，并且低温级系统负荷的变化会造成高温级系统中节流阀的节流效果不佳，还会加重气环现象，增加氨气泄露的风险，因此保证节流阀节流效果的稳定性对于复叠制冷系统具有重要意义。

市面上常规的机械传动或电动的节流阀，普遍采用的控制方式是根据供液液位的高度进行节流阀的调节，一般是当液位降低，节流阀开度增大，当液位升高，节流阀开度降低，这种情况下，无法解决氨低充注量时供液不足出现气环并逐渐恶化的情况；另外，常规的机械传动节流阀节流阀开度需要人工调节，且反馈缓慢，误差较大，阀门的密封结构大多为动密封结构，有外泄漏危险；电动的节流阀控制精确，密封良好，但是需要控制器、控制元件和额外的电力供应，价格昂贵且故障点较多，可靠性差，维修成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的技术方案以改善或解决如上所述的现有技术中存在的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：一种自适应供液装置，包括阀体、限位件和活塞，所述阀体所述阀体的上部设有储液腔，所述阀体的下部设有活塞腔，所述储液腔的上设有入口，所述活塞腔上设有出口，所述储液腔和活塞腔之间通过节流通道连通，所述活塞包括活塞本体和设置在活塞本体上的阀头，所述活塞本体的形状与所述活塞腔的形状相适配，所述活塞活动的设置在所述活塞腔内，所述活塞将所述活塞腔分为上部阀头节流空间和下部活塞节流空间，所述活塞本体上设有若干节流孔，所述节流孔连通所述上部阀头节流空间和下部活塞节流空间。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步的，所述限位件设置在所述活塞腔内，并且所述限位件位于所述活塞的下方。

进一步的，所述限位件为限位挡圈。

进一步的，所述阀头的上端面为节流面，所述节流面为锥形、球形或平面结构。

进一步的，还包括密封件，所述密封件设置在所述活塞本体与阀体的内侧缸壁之间。

进一步的，所述活塞本体包括第一圆柱塞、第二圆柱塞、上台面和下台面，所述第一圆柱塞位于所述阀头与第二圆柱塞之间，所述上台面位于所述第一圆柱塞的上端面，所述下台面位于所述第二圆柱塞的上端面，所述第一圆柱塞的直径小于所述第二圆柱塞的直径。

进一步的，所述第一圆柱塞和第二圆柱塞同轴设置。

本发明提供的另一种技术方案如下：一种复叠制冷系统，包括高温级系统和低温级系统，所述高温级系统和低温级系统通过冷凝蒸发器复叠而成，所述高温级系统包括如上所述自适应供液装置。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步的，所述高温级系统还包括高温级压缩机和冷凝器，所述高温级压缩机、冷凝器和自适应供液装置串联连接，所述低温级系统包括串联连接的低温级压缩机、节流阀和蒸发器。

进一步的，所述低温级系统为CO2蒸汽压缩制冷循环系统，所述高温级系统为NH3蒸汽压缩制冷循环系统。

本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种自适应供液装置,能够感受液位高度，能够根据储液腔内液位高度的变化实时调节经过该自适应供液装置的制冷剂流量，并在液位不够的状态下提供存液功能，调节过程无需人工参与且结构简单可靠,制造成本低,故障点少，密封效果好，便于推广使用；

2、本发明提供的复叠制冷系统,具有上述自适应供液装置,能够解决低氨充注量的复叠制冷系统中因工况波动导致的气环现象的问题，当气环现象发生时，通过本装置可以减小供液量，即通过受力平衡短暂关闭节流通道以实现冷凝器中冷凝液的累积，能够及时对冷凝器通往冷凝蒸发器的通道形成液封，使冷凝器重新调整到正常供液状态，因此利用该装置可以实现高温级系统自动调节制冷剂流量的目的,提高复叠制冷系统的运行效率的同时还能够降低氨泄漏的风险，防止因低温级系统负荷的变化造成高温级系统节流效果不佳，进而导致气环的发生，保证系统长期稳定运行；

3、本发明通过节流通道和节流孔的设置实现两次节流效果，节流通道主要用于感受上下压力来平衡液位高度，使得液体能够正常供应，液体多时多供，液体少时少供，如无液体状态，则节流通道关闭，用于短时储液，如液体较多或压力较大时，活塞运行到限位件处，节流通道全部打开，此时节流通道已无节流效果，为保证不会过量供液导致氨压缩机回液，节流孔的设置起到限制最大供液量的作用，最大供液量也就相应的对应着最大的阀门制冷量，因此通过一次节流和二次节流配合，能够使自适应供液装置在零到最大制冷量范围内进行供液量的比例调节。

附图说明

图1为本发明的自适应供液装置的结构示意图；

图2为本发明的图1的A-A向剖视图；

图3为本发明的自适应供液装置的活塞的立体图；

图4为本发明的自适应供液装置的活塞的正视图；

图5为本发明的自适应供液装置的活塞的俯视图；

图6为本发明的自适应供液装置的阀头的节流面为弧形的示意图；

图7为本发明的自适应供液装置的阀头的节流面为平面的示意图；

图8为本发明的自适应供液装置的活塞处于下止点的剖视图；

图9为本发明的自适应供液装置的活塞处于上止点的剖视图；

图10为本发明的复叠制冷系统的结构示意图；

图中，1、高温级压缩机；2、冷凝器；3、自适应供液装置；4、冷凝蒸发器；5、节流阀；6、蒸发器；7、低温级压缩机；8、阀体；9、限位件；10、活塞；101、活塞本体；1011、第一圆柱塞；1012、第二圆柱塞；1013、上台面；1014、下台面；102、阀头；1021、节流面；11、储液腔；111、入口；12、活塞腔；121、出口；122、上部阀头节流空间；123、下部活塞节流空间；13、节流通道；14、节流孔；15、密封件。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

具体实施例一：

如图1至图9所示，一种自适应供液装置3，包括阀体8、限位件9和活塞10，所述阀体8的上部设有储液腔11，所述阀体8的下部设有活塞腔12，所述储液腔11上设有入口111，所述活塞腔12上设有出口121，所述储液腔11和活塞腔12之间通过节流通道13连通，所述活塞包括活塞本体101和设置在活塞本体101上的阀头102，所述活塞本体101的形状与所述活塞腔12的形状相适配，所述活塞10活动的设置在所述活塞腔12内，所述活塞10将所述活塞腔12分为上部阀头节流空间122和下部活塞节流空间123，所述活塞本体101上设有若干节流孔14，所述节流孔14连通所述上部阀头节流空间122和下部活塞节流空间123。

节流通道13主要用于感受上下压力来平衡液位高度，使得液体能够正常供应，液体多时多供，液体少时少供。如无液体状态，则节流通道13关闭，用于短时储液，如液体较多或压力较大时，活塞运行到限位挡圈处，节流通道13全部打开，此时节流通道13已无节流效果，为保证不会过量供液导致氨压缩机回液，节流孔14的设置起到限制自适应供液装置3的最大供液量的作用，最大供液量也就相应的对应着最大的阀门制冷量。通过一次节流和二次节流配合，能够使自适应供液装置3在零到最大制冷量范围内进行供液量的比例调节。

所述活塞10能够在所述活塞腔12内沿上下方向移动，以调节所述上部阀头节流空间122和下部活塞节流空间123的大小。

更具体的，所述阀头102用于调整节流通道13开度的大小，所述阀头的上端面为节流面1021，在本实施例中，所述节流面1021为锥形，当然所述节流面1021也可以为其它形状，例如球形或平面结构。当活塞10带动所述阀头102上下移动过一定距离,连通储液腔11与活塞腔12的节流通道13的开度的大小就会发生变化,从而实现对从储液腔11流入上部阀头节流空间122内制冷剂流量大小的调节。

所述限位件9为限位挡圈，所述限位件9即限位挡圈设置在所述活塞腔12内，并且所述限位挡圈位于所述活塞的下方，所述限位挡圈为所述活塞移动的下止点。所述限位挡圈处于使所述自适应供液装置3恰好无节流状态的位置，即当所述活塞的下端面与所述限位挡圈接触时，所述活塞本体101的阀头节流面1021的顶点位置与节流通道13的底部开口位于同一高度（如图8所示），此时所述阀头对节流通道13没有节流作用，节流通道13处于全开状态，这样可以保证节流效果至少能达到活塞一次节流的效果。一次节流的效果是指当节流通道13处于全开状态，节流孔14就完全担负起节流供液的功能，此时达到阀门的最大制冷量或供液量，这种情况下只有活塞上的节流孔14这一次的节流效果。而当节流通道13也处于节流状态的时候，则阀门的节流效果是节流通道13和节流孔14两次节流叠加的效果。

所述活塞本体101包括第一圆柱塞1011、第二圆柱塞1012、上台面1013和下台面1014，所述第一圆柱塞1011位于所述阀头102与第二圆柱塞1012之间，所述上台面1013位于所述第一圆柱塞1011的上端面，所述下台面1014位于所述第二圆柱塞1012的上端面，所述第一圆柱塞1011的直径小于所述第二圆柱塞1012的直径，所述第一圆柱塞1011和第二圆柱塞1012同轴设置。所述活塞腔12包括上缸壁和下缸壁，所述上台面1013与所述活塞腔12的上缸壁之间形成上部阀头节流空间122，所述下缸壁为所述活塞10移动的上止点，当所述下台面1014与所述下缸壁接触时，所述阀头102的节流面1021恰好将所述节流通道13关闭（如图9所示），这样可以保证当气环现象发生时，可以通过受力平衡短暂关闭节流通道13，以实现储液腔11内冷凝液的累积，及时将冷凝器2通往冷凝蒸发器4的节流通道13关闭。

所述自适应供液装置3还包括密封件15，所述密封件15设置在所述活塞本体101与阀体8的内侧缸壁之间，所述密封件15为O型密封圈、组合密封圈或填料密封。

所述节流孔14在所述活塞本体101上的分布方式可随意变化，在本实施例中，节流孔14的分布形状为十字型（如图4所示），节流孔14的分布形状也可以是其它形状，如圆形、星型、三角形、椭圆形和正多边形等多种形式，只要能够满足一次节流的要求即可。

所述上部阀头节流空间122和下部活塞节流空间123的大小与节流前后系统的压力有关，因此，在使用时，为了消除压力对节流通道13开度的影响，增强储液腔11内也为高度对节流通道13开度影响的比重，在额定工况下，活塞上侧的压力加活塞10重力之和与活塞10下侧压力相等或基本相等，因此在额定工况下运行时，储液腔11内液位高度将直接的影响节流通道13的供液开度。

本发明的自适应供液装置3的工作过程如下：制冷剂从所述储液腔11的入口111进后到达储液腔11内，然后通过节流通道13进入上部阀头节流空间122，然后再通过活塞本体101上的节流孔14流入下部活塞节流空间123内，最终从所述活塞腔12的出口121流走。高压液态的制冷剂进入储液腔11内后,在液体重力作用下，制冷剂对活塞10产生向下的推力,活塞10向下移动,所述节流通道13的开度增大，制冷剂流入上部阀头节流空间122，由于节流孔14数量有限，上部阀头节流空间122的压力要高于下部活塞节流空间123的压力，从而进一步推动活塞10下行，节流通道13的开度进一步增大，上部阀头节流空间122内的压力增大，从而进入下部活塞节流空间123的制冷剂流量增大；

当上部阀头节流空间122内制冷剂的高度降低时,节流通道13的开度减小，单位时间进入上部阀头节流空间122内的制冷剂流量减少，上部阀头节流空间122内压力降低，活塞10受下部活塞节流空间123侧压力作用下向上移动，进一步控制进入上部阀头节流空间122的制冷剂流量，因此能够实现根据储液腔11内液位高度的变化实时调节经过该自适应供液装置3的制冷剂的流量的功能，调节过程无需人工参与。

本发明能够通过储液腔11的液位高度变化自动调节进入下部活塞节流空间123的制冷剂的量,这种自适应供液装置3应用于低氨充注量的复叠式制冷系统中，能够防止气环现象产生，降低氨泄漏风险的风险，运行稳定高效。

具体实施例二：

具体实施例二公开了一种复叠制冷系统，包括高温级系统和低温级系统，所述高温级系统和低温级系统通过冷凝蒸发器4复叠而成，所述高温级系统包括具体实施例一中的自适应供液装置3。

所述高温级系统还包括高温级压缩机1和冷凝器2，所述高温级压缩机1、冷凝器2和自适应供液装置3串联连接，所述低温级系统包括串联连接的低温级压缩机7、节流阀5和蒸发器6。

所述低温级系统为CO2蒸汽压缩制冷循环系统，所述高温级系统为NH3蒸汽压缩制冷循环系统。

本发明的复叠制冷系统的工作过程如下：在高温级系统中，高温的NH3蒸汽被高温级压缩机1吸入并压缩成高温高压的NH3蒸汽，排出的高温高压的NH3蒸气在高温级冷凝器2中冷却、冷凝成NH3液体，氨液体再经过自适应供液装置3经过降压节流后进入冷凝蒸发器4中，在冷凝蒸发器4中与高温高压CO2气体进行热交换，氨液体在冷凝蒸发器4内吸收了CO2气体的热量后汽化并再次进入高温级压缩机1，在低温级系统中，气态CO2制冷剂经冷凝蒸发器4放热，经节流阀5节流，并在蒸发器6蒸发后;进入低温级压缩机7压缩完成系统循环。

本发明提供的复叠制冷系统,具有上述自适应供液装置3,能够解决低氨充注量的复叠制冷系统中因工况波动导致的气环现象的问题，当气环现象发生时，通过本装置可以减小供液量，即通过受力平衡短暂关闭节流通道13以实现冷凝器2中冷凝液的累积，能够及时对冷凝器2通往冷凝蒸发器4的通道形成液封，使冷凝器2重新调整到正常供液状态，因此利用该装置可以实现高温级系统自动调节制冷剂流量的目的,提高复叠制冷系统的运行效率的同时还能够降低氨泄漏的风险，防止因低温级系统负荷的变化造成高温级系统节流效果不佳，进而导致气环的发生，保证系统长期稳定运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自适应供液装置，其特征在于，包括阀体（8）、限位件（9）和活塞（10），所述阀体（8）的上部设有储液腔（11），所述阀体（8）的下部设有活塞腔（12），所述储液腔（11）上设有入口（111），所述活塞腔（12）上设有出口（121），所述储液腔（11）和活塞腔（12）之间通过节流通道（13）连通，所述活塞（10）包括活塞本体（101）和设置在活塞本体（101）上的阀头（102），所述活塞本体（101）的形状与所述活塞腔（12）的形状相适配，所述活塞（10）活动的设置在所述活塞腔（12）内，所述活塞（10）将所述活塞腔（12）分为上部阀头节流空间（122）和下部活塞节流空间（123），所述活塞本体（101）上设有若干节流孔（14），所述节流孔（14）连通所述上部阀头节流空间（122）和下部活塞节流空间（123）。

2.根据权利要求1所述的自适应供液装置，其特征在于，所述限位件（9）设置在所述活塞腔（12）内，并且所述限位件（9）位于所述活塞（10）的下方。

3.根据权利要求2所述的自适应供液装置，其特征在于，所述限位件（9）为限位挡圈。

4.根据权利要求1所述的自适应供液装置，其特征在于，所述阀头（102）的上端面为节流面（1021），所述节流面（1021）为锥形、球形或平面结构。

5.根据权利要求1或2所述的自适应供液装置，其特征在于，还包括密封件（15），所述密封件（15）设置在所述活塞本体（101）与阀体（8）的内侧缸壁之间。

6.根据权利要求1所述的自适应供液装置，其特征在于，所述活塞本体（101）包括第一圆柱塞（1011）、第二圆柱塞（1012）、上台面（1013）和下台面（1014），所述第一圆柱塞（1011）位于所述阀头（102）与第二圆柱塞（1012）之间，所述上台面（1013）位于所述第一圆柱塞（1011）的上端面，所述下台面（1014）位于所述第二圆柱塞（1012）的上端面，所述第一圆柱塞（1011）的直径小于所述第二圆柱塞（1012）的直径。

7.根据权利要求6所述的自适应供液装置，其特征在于，所述第一圆柱塞（1011）和第二圆柱塞（1012）同轴设置。

8.一种复叠制冷系统，包括高温级系统和低温级系统，所述高温级系统和低温级系统通过冷凝蒸发器（4）复叠而成，其特征在于，所述高温级系统包括如权利要求1～7任一项所述的自适应供液装置（3）。

9.根据权利要求8所述的复叠制冷系统，其特征在于，所述高温级系统还包括高温级压缩机（1）和冷凝器（2），所述高温级压缩机（1）、冷凝器（2）和自适应供液装置串联连接，所述低温级系统包括串联连接的低温级压缩机（7）、节流阀（5）和蒸发器（6）。

10.根据权利要求8所述的复叠制冷系统，其特征在于，所述低温级系统为CO2蒸汽压缩制冷循环系统，所述高温级系统为NH3蒸汽压缩制冷循环系统。

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