CN201281487Y

CN201281487Y - 一种涡流管式热力膨胀装置

Info

Publication number: CN201281487Y
Application number: CNU2008200783707U
Authority: CN
Inventors: 论立勇; 谢英柏; 赵成
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2018-08-21

Abstract

一种涡流管式热力膨胀装置，属制冷技术领域，用于解决涡流管用于制冷系统时不利于自动控制的问题。技术方案为：它由热力膨胀部分和自动调节部分组成，热力膨胀部分为涡流管，涡流管的热端管内设有热阀，自动调节部分包括弹簧、调节头、膜片、毛细管和感温包，调节头为管状体，其一端与涡流管的热端管端壁连通、另一端依次与膜片、毛细管端口对接，毛细管连通感温包，所述调节头内设有顶杆，顶杆受弹簧力作用其两端分别连接膜片和热阀尾端。将本实用新型的设计用于制冷系统上，可以及时准确地通过自动调节热阀来控制涡流管冷气流量和温度，从而调节制冷系统的过热度，使系统稳定运行，提高系统的自动控制水平。

Description

一种涡流管式热力膨胀装置

技术领域

本实用新型涉及一种制冷系统的膨胀装置，特别是可自动调节热阀开度以得到最佳制冷效应或制热效应的涡流管式热力膨胀装置，属制冷与空调技术领域。

背景技术

涡流管、透平膨胀机以及节流阀均是通过对工质膨胀来得到冷量的装置。节流阀是具有一定流速的流体在局部阻力的作用下产生降压膨胀现象的简单装置，控制工质的进口状态可以产生制冷效应。节流时存在摩擦阻力损耗，所以节流后熵必定增加，但节流前后的焓值不变。节流阀结构简单、调节方便，在工程实际中应用较为广泛。透平膨胀机是利用工质流动时速度的变化来进行能量转换的，也称为速度型膨胀机。它既可以用于空分领域、空调设备、低温环境模拟以及氢、氦的液化制冷，还可以作为能量回收机械来使用。涡流管是一种结构简单的能量分离装置，由喷嘴、涡流室、冷端孔板、冷热两端管和热端调节阀组成。工作时高压气体由进气管进入喷嘴，经喷嘴内膨胀加速后，以很高的速度沿切线方向进入涡流室，气流在涡流室内形成高速涡旋，由于热端调节阀与冷端孔板之间的压力差，在涡流管内的中心区域形成回流气体，经过涡流变换后分离成总温不相等的两部分气流。其中，处于中心部位的回流气流由冷端孔板流出，温度降低，形成冷气流，而处于外层部位的气流从热端经热端调节阀流出，温度升高，形成热气流，这就是所谓的“涡流效应”或“兰克效应”，近年来涡流管在小型空调，移动式空气调节装置上已得到了应用。

通过热力学基本定律并结合实例对涡流管、透平膨胀机及节流阀膨胀过程进行分析，有关效率值数据参看表1：

表1 压缩空气经不同膨胀过程的各种效率值

表中结果表明：这三种通过膨胀得到冷量的装置，节流阀的不可逆损失最大，涡流管次之，透平膨胀机最小。相同条件下，涡流管的效率远高于节流阀，随着入口温度的升高，涡流管有效能损失明显减少，此时可以考虑用涡流管来代替透平膨胀机。此外，与透平膨胀机相比，涡流管结构简单，无运动部件，维护工作量很小，运行稳定，经济实用。

热端调节阀(热阀)是涡流管的主要部件之一，通过热端调节阀调节冷、热气流流率的比例，可以得到最佳制冷效应或制热效应。但目前涡流管的热端调节阀均为手动调节，其结构为在热阀端部设置一延伸到涡流管外部的调节手柄，通过转动调节手柄达到调节热阀开度目的，该结构用于制冷装置时不利于系统的自动控制，因此有待于改进。

发明内容

本实用新型用于克服已有技术的缺陷而提供一种可以根据实际负荷变化自动调节涡流管热阀开度，从而使得采用涡流管作为膨胀装置的制冷系统可以根据工况变化实现自动稳定运行的涡流管式热力膨胀装置。

本实用新型所称问题是以下述技术方案解决的：

种涡流管式热力膨胀装置，其特别之处是：它由热力膨胀部分和自动调节部分组成，所述热力膨胀部分为涡流管，涡流管的热端管内设有热阀，所述自动调节部分包括弹簧、调节头、膜片、毛细管和感温包，调节头为管状体，其一端与涡流管的热端管端壁连通、另一端依次与膜片、毛细管端口对接，毛细管连通感温包，所述调节头内设有顶杆，顶杆受弹簧力作用其两端分别连接膜片和热阀尾端。

上述涡流管式热力膨胀装置，增设弹簧预紧力调整机构，所述弹簧预紧力调整机构位于调节头处，它由调节螺母、弹簧定位件、定位螺母和锁紧螺栓组成，弹簧定位件固定在调节螺母内孔中部，其上设有中心孔和均布的6～8个通流孔，所述调节头为两段组合结构，调节螺母两端分别与两段调节头螺纹连接，两段调节头间留有弹簧定位件移动空间，所述定位螺母分别位于调节螺母两侧，锁紧螺栓连接并锁紧两定位螺母，所述弹簧位于调节头内，顶杆位于弹簧中心，弹簧两端分别由弹簧定位件和顶杆端部的凸环限位。

上述涡流管式热力膨胀装置，增设弹簧预紧力调整机构，所述弹簧预紧力调整机构位于热端管处，它由调节螺母、整流器、定位螺母和锁紧螺栓组成，整流器由连接筋固定在调节螺母内孔中部，所述热端管为两段组合结构，调节螺母两端分别与两段热端管螺纹连接，两段热端管间留有连接筋移动空间，定位螺母分别位于调节螺母两侧，锁紧螺栓连接并锁紧两定位螺母，所述弹簧位于热端管内，其两端分别由整流器尾端和热阀顶端限位。

上述涡流管式热力膨胀装置，所述调节头与热端管之间均布4～8个均压孔。

上述涡流管式热力膨胀装置，所述调节头内设有套管，所述顶杆由套管内穿过。

上述涡流管式热力膨胀装置，所述锁紧螺栓为4～6，所述定位螺母上均布4～6个弧状锁紧螺栓孔。

本实用新型针对涡流管作为热力膨胀装置用于制冷系统时不利于自动控制的问题，设计了具有自动调节功能的涡流管式热力膨胀装置，该装置由热力膨胀部分和自动调节部分组成，其热力膨胀部分构造简单、工作稳定。其自动调节部分的感温包通过感受制冷系统蒸发器出口温度引起内部压力变化，进而由膜片、顶杆的位移驱动涡流管热阀开度变化，并根据实际负荷变化调节冷气流气量。本实用新型用于制冷系统上，可以实时通过自动调节热阀来控制涡流管冷气流量和温度，从而调节制冷系统的过热度，使系统稳定运行，提高系统的自动控制水平。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图(未按比例)；

图3是图1C部局部放大视图；

图4是本实用新型另一实施方案结构示意图；

图5是图4的B-B剖视图(未按比例)；

图6是是图1D部局部放大视图；

图7定位螺母示意图。

附图中标号表示如下：1涡流管；2.冷端出口；3.涡流室；4.进气口；5.热端管；6.热阀；7.热端出口；8.顶杆；8—1.凸环；9.调节头；10.弹簧定位件；10—1.中心孔；10—2.通流孔；11.弹簧；12.膜片；13.毛细管；13—1.毛细管端口；14.感温包；15.蒸发器；16.均压孔；17.套管；18.锁紧螺栓；19.定位螺母；19—1.锁紧螺栓孔；20.调节螺母；21.密封；22.整流器；23.连接筋。

具体实施方式

参看图1，本实用新型为用于制冷系统的热力膨胀装置，该热力膨胀装置由热力膨胀部分和自动调节部分组成，其中热力膨胀部分选用涡流管1，涡流管设有进气口4，涡流室3，冷端出口2，热端管5，热端出口7和热阀，冷端出口连接制冷系统的蒸发器15。所述自动调节部分包括弹簧11、调节头9、膜片12、毛细管13和感温包14，调节头为管状体，其一端与涡流管的热端管端壁连通，两者连通处均布4～8个均压孔16，调节头另一端依次与膜片12、毛细管端口13—1对接，毛细管连通感温包，感温包内填充工质。所述调节头内设有顶杆8，顶杆在弹簧力作用下两端分别触压热阀尾端和膜片。为保证顶杆位移准确，调节头内固定有套管17，顶杆由套管内穿过。

为使弹簧作用在顶杆上的预紧力可调，本实用新型增设弹簧预紧力调整机构，如图1～3所示，弹簧预紧力调整机构位于调节头处，它由调节螺母20、弹簧定位件10、定位螺母19和锁紧螺栓18组成，弹簧定位件固定在调节螺母内孔中部，其上设有中心孔10—1和均布的6～8个通流孔10—2，所述调节头为两段组合结构，调节螺母两端分别与两段调节头螺纹连接，两段调节头间留有弹簧定位件移动空间，该移动空间即为弹簧预紧力的调节距离。所述两定位螺母19分别位于调节螺母两侧。为保证两段调节头连接可靠，设置锁紧螺栓18，锁紧螺栓穿过并锁紧两定位螺母。所述弹簧位11于调节头内，顶杆位于弹簧中心，弹簧两端分别由弹簧定位件和顶杆端部的凸环8—1限位。

图4～图6为本实用新型的另一实施方案，该方案热端管5内设有整流器22，整流器兼作弹簧定位件用，整流器由连接筋23固定在调节螺母内孔中部，弹簧预紧力调整机构位于热端管处，热端管为两段组合结构，调节螺母20两端分别与两段热端管螺纹连接，两段热端管间留有连接筋移动空间，该移动空间即为弹簧预紧力的调节距离。定位螺母19分别位于调节螺母两侧，为保证两段热端管连接可靠，设置锁紧螺栓18，锁紧螺栓连接并锁紧两定位螺母。所述弹簧11位于热端管内，其两端分别由整流器尾端和热阀顶端限位。

锁紧螺栓酌情设置4～6个，为便于锁紧螺栓穿过定位螺母，由图7可见，定位螺母上均布4～6个弧状锁紧螺栓孔19—1。

上述两种方案的弹簧预紧力调整机构，在调节螺母、定位螺母与调节头或热端管之间设置密封21。装置正常工作时调节螺母的位置由定位螺母、锁紧螺栓固定，当需要调整弹簧预紧力时松开锁紧螺栓，调整定位螺母和调节螺母位置，设定弹簧合适的预紧力，调整完毕定位螺母和锁紧螺栓均需锁紧。

本实用新型工作原理如下：紧贴在制冷系统蒸发器的感温包感受蒸发器出口的温度，感温包内工质呈饱和状态，随蒸发器出口温度升高，压力按一定关系增加，膜片右端压力增加，推动膜片左移，膜片推动顶杆左移，顶杆推动热阀克服弹簧力左移，则热端开度减小，热流比率变小，冷流比率变大，进入蒸发器的工质增多。反之，当蒸发器出口温度降低时，膜片右端压力减小，在弹簧力作用下热阀右移，热端开度增大，热流比率变大，冷流比率变小，进入蒸发器的工质减少。通过调节螺母调节弹簧预紧力可以改变蒸发器出口过热度控制目标，弹簧预紧力增大，出口过热度增大，弹簧预紧力减小，出口过热度减小。

Claims

1.一种涡流管式热力膨胀装置，其特征在于：它由热力膨胀部分和自动调节部分组成，所述热力膨胀部分为涡流管(1)，涡流管的热端管(5)内设有热阀(6)，所述自动调节部分包括调节头(9)、弹簧(11)、膜片(12)、毛细管(13)和感温包(14)，调节头为管状体，其一端与涡流管的热端管端壁连通、另一端依次与膜片、毛细管端口(13—1)对接，毛细管连通感温包，所述调节头内设有顶杆(8)，顶杆受弹簧力作用其两端分别连接膜片和热阀尾端。

2.根据权利要求1所述的涡流管式热力膨胀装置，其特征在于，增设弹簧预紧力调整机构，所述弹簧预紧力调整机构位于调节头处，它由调节螺母(20)、弹簧定位件(10)、定位螺母(19)和锁紧螺栓(18)组成，弹簧定位件固定在调节螺母内孔中部，其上设有中心孔(10—1)和均布的6～8个通流孔(10—2)，所述调节头为两段组合结构，调节螺母两端分别与两段调节头螺纹连接，两段调节头间留有弹簧定位件移动空间，所述定位螺母分别位于调节螺母两侧，锁紧螺栓连接并锁紧两定位螺母，所述弹簧(11)位于调节头内，顶杆位于弹簧中心，弹簧两端分别由弹簧定位件和顶杆端部的凸环(8—1)限位。

3.根据权利要求2所述的涡流管式热力膨胀装置，其特征在于，增设弹簧预紧力调整机构，所述弹簧预紧力调整机构位于热端管处，它由调节螺母(20)、整流器(22)、定位螺母(19)和锁紧螺栓(18)组成，整流器由连接筋(23)固定在调节螺母内孔中部，所述热端管为两段组合结构，调节螺母两端分别与两段热端管螺纹连接，两段热端管间留有连接筋移动空间，定位螺母分别位于调节螺母两侧，锁紧螺栓连接并锁紧两定位螺母，所述弹簧位于热端管内，其两端分别由整流器尾端和热阀顶端限位。

4.根据权利要求1或2或3所述的涡流管式热力膨胀装置，其特征在于，所述调节头与热端管之间均布4～8个均压孔(16)。

5.根据权利要求4所述的涡流管式热力膨胀装置，其特征在于，所述调节头内设有套管(17)，所述顶杆由套管内穿过。

6.根据权利要求5所述的涡流管式热力膨胀装置，其特征在于，所述锁紧螺栓为4～6个，所述定位螺母上均布4～6个弧状锁紧螺栓孔(19—1)。