CN1296663C - 跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板 - Google Patents

跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板 Download PDF

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Abstract

一种跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板，属于制冷技术领域。本发明包括：阀体、高压气体进口、进口过滤网、高压腔进气通道、节流短管、活塞、活塞连杆、活塞连杆阀头、活塞连杆运动通道、高压腔、调节螺栓、弹簧、低压腔、低压腔进气通道、出口过滤网、低压液体出口、进气管道、出气管道和气缸，高压气体进口与进气管道的一端相连接，在高压气体进口后设有进口过滤网，进气管道的另一端与节流短管的一端相连，节流短管的另一端与出气管道的前端相连，低压液体出口与出气管道的末端相连，在低压液体出口之前设有出口过滤网。本发明采用一种机械式的带有内部旁通功能的节流短管作为节流元件，其流量可以根据节流短管进口高压的变化实现自动调节。

Description

跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板
技术领域
本发明涉及的是一种制冷技术领域的机构，具体地说，是一种跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板。
背景技术
二氧化碳(CO2)作为自然工质，具有优良的热动力学特性和传输特性，且臭氧层破坏潜能(ODP)和全球变暖潜能(GWP)都为零，被认为是理想的氟利昂制冷剂的长期替代物。二氧化碳与传统制冷剂的明显不同之处在于其临界温度相当低(31.1℃)，故在以二氧化碳作为制冷剂的蒸汽压缩系统中，在大多数情况下，循环处于“跨临界状态”，即带有超临界的高压侧和亚临界的低压侧。目前，对二氧化碳作为替代制冷剂的研究范围几乎涉及了制冷空调的所有领域。由于汽车空调本身具有颠簸剧烈，运行工况恶劣的特点，制冷剂泄漏严重，因而成为以二氧化碳为替代制冷剂的应用首选。如Lorentzen和Pettersen所述，典型的跨临界二氧化碳汽车空调系统主要由压缩机、气冷器、节流元件、蒸发器、低压贮液器、中间换热器组成。同时，在跨临界二氧化碳制冷循环中存在一个最优压力，此时系统的性能系数(COP)最大。当高压侧压力低于优化压力时，制冷能力迅速下降，而耗功基本维持不变，甚至会有所增加，从而导致系统性能的明显下降。在汽车空调系统中，环境空气温度、蒸发温度和压缩机转速都有大的变化，再加上在高温工况下对制冷能力最大化和能耗最小的要求，所有这些都导致了对系统压力进行控制的要求。就目前所建立的二氧化碳汽车空调原型系统而言，采用外控式的变排量压缩机和电子膨胀阀的组合方式，可以满足系统在怠速和行驶时的降温性能。但是，由于变排量压缩机和电子膨胀阀的制造成本都相当高，从而使得整个二氧化碳汽车空调系统的成本较现在普遍使用的以R134a为制冷剂的汽车空调系统的成本高得多。工业界正在寻求一种折衷的办法，使得二氧化碳汽车空调系统的性能既能满足使用上的要求，而成本又不至于较R134a系统升高太多。一种可行的做法就是在二氧化碳汽车空调系统中采用类似于节流短管的节流元件。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号为CN 1580672A，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，该专利自述为：“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。热力膨胀阀的开度受控于蒸发器出口的制冷剂过热度，通过开度的调节，达到调节蒸发压力和控制制冷剂过热度的作用；高压侧压力的控制是通过高压控制阀控制进入膨胀阀进口的制冷剂气体含量来实现。”其不足之处是：由于该节流机构实际上由三个阀件部分组成，故结构复杂；特别是高压控制阀的结构庞大，制造成本相对较高，可靠性不高，并且只适用于采用定排量压缩机的二氧化碳制冷系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板，使其流量可以根据节流短管的进出口压差自动调节，用在使用定排量压缩机或变排量压缩机的二氧化碳汽车空调系统中，使得系统的总体成本降低，而系统的性能又基本上可以满足。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：阀体、高压气体进口、进口过滤网、高压腔进气通道、节流短管、活塞、活塞连杆、活塞连杆阀头、活塞连杆运动通道、高压腔、调节螺栓、弹簧、低压腔、低压腔进气通道、出口过滤网、低压液体出口、进气管道、出气管道和气缸，高压气体进口与进气管道的一端相连接，在高压气体进口后设有进口过滤网，进气管道的另一端与节流短管的一端相连，节流短管的另一端与出气管道的前端相连，低压液体出口与出气管道的末端相连，在低压液体出口之前设有出口过滤网，在节流短管的上方设有气缸，进气管道设在节流短管之前，高压腔通过高压腔进气通道与进气管道相连通，高压腔进气通道的开口端与进气管道相连，高压腔进气通道的另一端通过气缸的缸壁与高压腔相连通，高压腔设在活塞上，低压腔通过低压腔进气通道与出气管道相连，低压腔进气通道的开口端与出气管道相连，低压腔进气通道的另一端通过气缸的缸壁与低压腔相连通，低压腔设在活塞下，出气管道设在节流短管之后，活塞设在气缸中，在气缸的顶部中心位置开孔，气缸通过该孔与调节螺栓螺纹连接，调节螺栓的下部伸于高压腔内，调节螺栓的端部与活塞的上端面配合，低压腔通过活塞连杆运动通道与节流短管相连通，活塞下端面的中心位置与活塞连杆的一端相固定，活塞连杆的另一端与活塞连杆阀头相连，活塞连杆设在活塞连杆运动通道中，弹簧的一端固定在低压腔的底部，弹簧的另一端支撑在活塞的下端面上，活塞连杆贯穿于弹簧的弹簧圈中，保证活塞受到的弹簧力沿径向均匀，阀体内设有进气管道、节流短管、出气管道及活塞连杆运动通道。
所述的节流短管的管径小于进气管道的管径。
所述的出气管道的管径大于节流短管的管径。
所述的气缸为中空的凸台结构，起到调节节流短管制冷剂流通流量的作用。
本发明的另一种形式为：包括：阀体、高压气体进口、进口过滤网、高压腔进气通道、节流短管、活塞、活塞连杆、活塞连杆阀头、活塞连杆运动通道、高压腔、调节螺栓、弹簧、低压腔、低压腔进气通道、出口过滤网、低压液体出口、进气管道、出气管道和气缸，高压气体进口与进气管道的一端相连接，在高压气体进口后设有进口过滤网，进气管道的另一端与节流短管的一端相连，节流短管的另一端与出气管道的前端相连，低压液体出口与出气管道的末端相连，在低压液体出口之前设有出口过滤网，在节流短管的上方设有气缸，进气管道设在节流短管之前，高压腔通过高压腔进气通道与进气管道相连通，高压腔进气通道的开口端与进气管道相连，高压腔进气通道的另一端通过阀体的管壁与高压腔相连通，高压腔设在活塞上，低压腔通过低压腔进气通道与出气管道相连，低压腔进气通道的开口端与出气管道相连，低压腔进气通道的另一端通过阀体与低压腔相连通，低压腔设在活塞下，出气管道设在节流短管之后，活塞设在气缸中，在气缸的顶部中心位置开孔，气缸通过该孔与调节螺栓螺纹连接，调节螺栓的下部伸于高压腔内，调节螺栓的端部与活塞的上端面配合，低压腔通过活塞连杆运动通道与节流短管相连通，活塞下端面的中心位置与活塞连杆的一端相固定，活塞连杆的另一端与活塞连杆阀头相连，活塞连杆设在活塞连杆运动通道中，弹簧的一端固定在低压腔的底部，弹簧的另一端支撑在活塞的下端面上，活塞连杆贯穿于弹簧的弹簧圈中，保证活塞受到的弹簧力沿径向均匀，阀体内设有进气管道、节流短管、出气管道、活塞连杆运动通道及气缸。
所述的节流短管的管径小于进气管道的管径。
所述的出气管道的管径大于节流短管的管径。
所述的气缸为阀体上的凹槽结构，起到调节节流短管制冷剂流通流量的作用。
节流孔板中的活塞的初始位置由调节螺栓确定。调节螺栓向下旋紧，则活塞向下移动，弹簧压缩量增大，预紧力增大；反之，调节螺栓向上旋松，则活塞向上移动，弹簧压缩量变小，预紧力减小。为使活塞上部高压腔中的压力与节流短管的入口压力相同，高压腔进气通道在高压腔壁面上的开口位置应保证在弹簧初始预紧力最小情况下活塞也不会将该开口遮盖；同理，为使活塞下部低压腔中的压力与节流短管的出口压力相同，低压腔进气通道在低压腔壁面上的开口位置也应该保证在弹簧完全压缩的情况下活塞也不会将该开口遮盖。
在使用本发明作为节流元件的跨临界二氧化碳汽车空调系统中，假设系统中的压缩机为定排量压缩机。当系统刚刚启动，压缩机的吸排气压力差尚未完全建立，压缩机的排气压力和温度逐渐升高，而吸气压力和温度逐渐降低。为避免压缩机的排气压力和温度保护开关发生作用，使得系统出现频繁停/开机现象，则压缩机的排气压力和温度不能上升过快，节流阀应尽量开大以增大制冷剂流量。采用本发明中的节流孔板，通过对调节螺栓的调整，应使活塞在气缸中的初始位置为活塞连杆阀头恰好在活塞连杆运动通道中，而不堵塞节流短管的任何流通截面。由于高压腔和低压腔间的压差不足以克服弹簧的预紧力，活塞不会发生运动，则系统就在节流阀为最大开度下运行，此时系统的制冷剂流量最大。其中节流短管的管径应由该汽车空调系统在使用电子膨胀阀时，在大多数工况下的通用制冷剂流量确定。当系统在运行一段时间后，如果继续保持启动之初的节流短管开度，由于通过蒸发器中的制冷剂流量太大，会引起蒸发器结霜，从而导致结霜保护开关动作，系统再次出现频繁停/开机现象。但由于这时系统的压差完全建立起来，高压腔与低压腔中的压差就会超过弹簧的初始预紧力，活塞向下运动，推动活塞连杆向下移动，活塞连杆阀头将会堵住节流短管的部分流通横截面积，从而使得节流短管的流通横截面积变小，导致系统中制冷剂流量的减小，这样蒸发器中就不会由于制冷剂流量的过大而出现结霜保护，避免了系统频繁停/开机现象。活塞连杆阀头的不同线型设计可以改变制冷剂流量的变化规律，可设计为直线、圆弧形或抛物线等多种形式。当系统停机时，由于系统高低压间的逐渐平衡，使得高低压腔间的压力差渐趋为零，活塞恢复至初始位置。
制冷系统中的制冷剂流量主要由本发明装置中的节流短管调节，在节流短管中设置有可以上下移动的活塞连杆阀头，因而可以改变节流短管的流通横截面积，达到进一步调节节流短管中制冷剂流量的目的。活塞连杆阀头的运动由本发明中的节流孔板装置所感知的进出口压差自动调节。与采用电子膨胀阀相比，本发明不含电控元件，完全依靠系统本身的压差实现机械自动调节，因而成本大为降低，且性能更为可靠。本发明中的节流孔板具有结构简单、尺寸紧凑、成本低廉的特点。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明包括：阀体1、高压气体进口2、进口过滤网3、高压腔进气通道4、节流短管5、活塞6、活塞连杆7、活塞连杆阀头8、活塞连杆运动通道9、高压腔10、调节螺栓11、弹簧12、低压腔13、低压腔进气通道14、出口过滤网15、低压液体出口16、进气管道17、出气管道18和气缸19，高压气体进口2与进气管道17的一端相连接，在高压气体进口2后设有进口过滤网3，进气管道17的另一端与节流短管5的一端相连，节流短管5的另一端与出气管道18的前端相连，低压液体出口16与出气管道18的末端相连，在低压液体出口16之前设有出口过滤网15，在节流短管5的上方设有气缸19，进气管道17设在节流短管5之前，高压腔10通过高压腔进气通道4与进气管道17相连通，高压腔进气通道4的开口端与进气管道17相连，高压腔进气通道4的另一端通过气缸19的缸壁与高压腔10相连通，高压腔10设在活塞6上，低压腔13通过低压腔进气通道14与出气管道18相连，低压腔进气通道14的开口端与出气管道18相连，低压腔进气通道14的另一端通过气缸19的缸壁与低压腔13相连通，低压腔13设在活塞6下，出气管道18设在节流短管5之后，活塞6设在气缸19中，在气缸19的顶部中心位置开孔，气缸19通过该孔与调节螺栓11螺纹连接，调节螺栓11的下部伸于高压腔10内，调节螺栓11的端部与活塞6的上端面配合，低压腔13通过活塞连杆运动通道9与节流短管5相连通，活塞6下端面的中心位置与活塞连杆7的一端相固定，活塞连杆7的另一端与活塞连杆阀头8相连，活塞连杆7设在活塞连杆运动通道9中，弹簧12的一端固定在低压腔13的底部，弹簧12的另一端支撑在活塞6的下端面上，活塞连杆7贯穿于弹簧12的弹簧圈中，保证活塞6受到的弹簧力沿径向均匀，阀体1内设有进气管道17、节流短管5、出气管道18及活塞连杆运动通道9。
所述的节流短管5的管径小于进气管道17的管径。
所述的出气管道18的管径大于节流短管5的管径。
所述的气缸19为中空的凸台结构，起到调节节流短管5制冷剂流通流量的作用。
实施例2
如图2所示，本发明包括：阀体1、高压气体进口2、进口过滤网3、高压腔进气通道4、节流短管5、活塞6、活塞连杆7、活塞连杆阀头8、活塞连杆运动通道9、高压腔10、调节螺栓11、弹簧12、低压腔13、低压腔进气通道14、出口过滤网15、低压液体出口16、进气管道17、出气管道18和气缸19，高压气体进口2与进气管道17的一端相连接，在高压气体进口2后设有进口过滤网3，进气管道17的另一端与节流短管5的一端相连，节流短管5的另一端与出气管道18的前端相连，低压液体出口16与出气管道18的末端相连，在低压液体出口16之前设有出口过滤网15，在节流短管5的上方设有气缸19，进气管道17设在节流短管5之前，高压腔10通过高压腔进气通道4与进气管道17相连通，高压腔进气通道4的开口端与进气管道17相连，高压腔进气通道4的另一端通过阀体1的管壁与高压腔10相连通，高压腔10设在活塞6上，低压腔13通过低压腔进气通道14与出气管道18相连，低压腔进气通道14的开口端与出气管道18相连，低压腔进气通道14的另一端通过阀体1与低压腔13相连通，低压腔13设在活塞6下，出气管道18设在节流短管5之后，活塞6设在气缸19中，在气缸19的顶部中心位置开孔，气缸19通过该孔与调节螺栓11螺纹连接，调节螺栓11的下部伸于高压腔10内，调节螺栓11的端部与活塞6的上端面配合，低压腔13通过活塞连杆运动通道9与节流短管5相连通，活塞6下端面的中心位置与活塞连杆7的一端相固定，活塞连杆7的另一端与活塞连杆阀头8相连，活塞连杆7设在活塞连杆运动通道9中，弹簧12的一端固定在低压腔13的底部，弹簧12的另一端支撑在活塞6的下端面上，活塞连杆7贯穿于弹簧12的弹簧圈中，保证活塞6受到的弹簧力沿径向均匀，阀体1内设有进气管道17、节流短管5、出气管道18、活塞连杆运动通道9及气缸19。
所述的节流短管5的管径小于进气管道17的管径。
所述的出气管道18的管径大于节流短管5的管径。
所述的气缸19为阀体1上的凹槽结构，起到调节节流短管5制冷剂流通流量的作用。

Claims (6)

1.一种跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板，包括：阀体(1)、高压气体进口(2)、活塞(6)、活塞连杆(7)、调节螺栓(11)、弹簧(12)、低压液体出口(16)、进气管道(17)、出气管道(18)，其特征在于，还包括：进口过滤网(3)、高压腔进气通道(4)、节流短管(5)、活塞连杆阀头(8)、活塞连杆运动通道(9)、高压腔(10)、低压腔(13)、低压腔进气通道(14)、出口过滤网(15)、气缸(19)，高压气体进口(2)与进气管道(17)的一端相连接，在高压气体进口(2)后设有进口过滤网(3)，进气管道(17)的另一端与节流短管(5)的一端相连，节流短管(5)的另一端与出气管道(18)的前端相连，低压液体出口(16)与出气管道(18)的末端相连，在低压液体出口(16)之前设有出口过滤网(15)，在节流短管(5)的上方设有气缸(19)，进气管道(17)设在节流短管(5)之前，高压腔(10)通过高压腔进气通道(4)与进气管道(17)相连通，高压腔进气通道(4)的开口端与进气管道(17)相连，高压腔进气通道(4)的另一端通过气缸(19)的缸壁与高压腔(10)相连通，高压腔(10)设在活塞(6)上，低压腔(13)通过低压腔进气通道(14)与出气管道(18)相连，低压腔进气通道(14)的开口端与出气管道(18)相连，低压腔进气通道(14)的另一端通过气缸(19)的缸壁与低压腔(13)相连通，低压腔(13)设在活塞(6)下，出气管道(18)设在节流短管(5)之后，活塞(6)设在气缸(19)中，在气缸(19)的顶部中心位置开孔，气缸(19)通过该孔与调节螺栓(11)螺纹连接，调节螺栓(11)的下部伸于高压腔(10)内，调节螺栓(11)的端部与活塞(6)的上端面配合，低压腔(13)通过活塞连杆运动通道(9)与节流短管(5)相连通，活塞(6)下端面的中心位置与活塞连杆(7)的一端相固定，活塞连杆(7)的另一端与活塞连杆阀头(8)相连，活塞连杆(7)设在活塞连杆运动通道(9)中，弹簧(12)的一端固定在低压腔(13)的底部，弹簧(12)的另一端支撑在活塞(6)的下端面上，活塞连杆(7)贯穿于弹簧(12)的弹簧圈中，阀体(1)内设有进气管道(17)、节流短管(5)、出气管道(18)及活塞连杆运动通道(9)。
2.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板，其特征是，所述的气缸(19)为中空的凸台结构。
3.一种跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板，包括：阀体(1)、高压气体进口(2)、活塞(6)、活塞连杆(7)、调节螺栓(11)、弹簧(12)、低压液体出口(16)、进气管道(17)、出气管道(18)，其特征在于，还包括：进口过滤网(3)、高压腔进气通道(4)、节流短管(5)、活塞连杆阀头(8)、活塞连杆运动通道(9)、高压腔(10)、低压腔(13)、低压腔进气通道(14)、出口过滤网(15)、气缸(19)，高压气体进口(2)与进气管道(17)的一端相连接，在高压气体进口(2)后设有进口过滤网(3)，进气管道(17)的另一端与节流短管(5)的一端相连，节流短管(5)的另一端与出气管道(18)的前端相连，低压液体出口(16)与出气管道(18)的末端相连，在低压液体出口(16)之前设有出口过滤网(15)，在节流短管(5)的上方设有气缸(19)，进气管道(17)设在节流短管(5)之前，高压腔(10)通过高压腔进气通道(4)与进气管道(17)相连通，高压腔进气通道(4)的开口端与进气管道(17)相连，高压腔进气通道(4)的另一端通过阀体(1)的管壁与高压腔(10)相连通。高压腔(10)设在活塞(6)上，低压腔(13)通过低压腔进气通道(14)与出气管道(18)相连，低压腔进气通道(14)的开口端与出气管道(18)相连，低压腔进气通道(14)的另一端通过阀体(1)与低压腔(13)相连通，低压腔(13)设在活塞(6)下，出气管道(18)设在节流短管(5)之后，活塞(6)设在气缸(19)中，在气缸(19)的顶部中心位置开孔，气缸(19)通过该孔与调节螺栓(11)螺纹连接，调节螺栓(11)的下部伸于高压腔(10)内，调节螺栓(11)的端部与活塞(6)的上端面配合，低压腔(13)通过活塞连杆运动通道(9)与节流短管(5)相连通，活塞(6)下端面的中心位置与活塞连杆(7)的一端相固定，活塞连杆(7)的另一端与活塞连杆阀头(8)相连，活塞连杆(7)设在活塞连杆运动通道(9)中，弹簧(12)的一端固定在低压腔(13)的底部，弹簧(12)的另一端支撑在活塞(6)的下端面上，活塞连杆(7)贯穿于弹簧(12)的弹簧圈中，阀体(1)内设有进气管道(17)、节流短管(5)、出气管道(18)、活塞连杆运动通道(9)及气缸(19)。
4.根据权利要求3所述的跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板，其特征是，所述的气缸(19)为阀体(1)上的凹槽结构。
5.根据权利要求1或3所述的跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板，其特征是，所述的节流短管(5)的管径小于进气管道(17)的管径。
6.根据权利要求1或3所述的跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板，其特征是，所述的出气管道(18)的管径大于节流短管(5)的管径。
CNB2005100296497A 2005-09-15 2005-09-15 跨临界二氧化碳制冷系统节流孔板 Expired - Fee Related CN1296663C (zh)

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