專利名稱：跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)節(jié)流元件，具體地說是一種跨臨界二氧化碳制冷系 統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管，屬于制冷技術領域。
背景技術：
二氧化碳是一種自然制冷劑，有利于保護環(huán)境，同時跨臨界二氧化碳制冷循 環(huán)的性能也與傳統(tǒng)氟利昂制冷循環(huán)相當，因此被廣泛認為有很大的發(fā)展前途。
跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)的高低壓的控制特性與常見的壓縮式制冷系統(tǒng)有 較大的不同。目前常用的壓縮式制冷系統(tǒng)采用亞臨界循環(huán)，不管是高壓側還是低 壓側，溫度與壓力均密切相關。在機組運行過程中，主要是通過調節(jié)節(jié)流元件來 控制蒸發(fā)壓力與溫度，提高系統(tǒng)的工作效率。對于高壓側來講，冷凝溫度主要依 賴于冷卻介質的溫度與流量，冷凝壓力與冷凝溫度一一對于，而高壓側的壓力即 為冷凝壓力，因此高壓側的壓力基本上依賴于冷卻介質的溫度與流量，在系統(tǒng)中 不需要專門進行控制。對于跨臨界二氧化碳系統(tǒng)來講，其高壓側制冷劑發(fā)生的不 是冷凝過程，而是超臨界氣體的冷卻過程，其壓力與溫度是兩個獨立的變量。因 此盡管溫度受到冷卻介質的限定，但是壓力則不直接受到限制。在跨臨界二氧化 碳制冷系統(tǒng)中，高壓側壓力可達70 150bar，是常用制冷裝置的7 10倍。另 外高壓側的壓力特性對于系統(tǒng)的工作效率有很大的影響，對于某一工況存在一個 最優(yōu)壓力，使得系統(tǒng)能效比達到最大。因此不管是從安全性還是從熱效率角度考 慮，在跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)中，均不能像通常的亞臨界循環(huán)制冷系統(tǒng)那樣， 不設置直接對高壓側壓力進行調節(jié)的裝置。為了保證跨臨界二氧化碳制冷裝置高 壓側壓力得到控制，可以采用節(jié)流機構來控制高壓側的壓力。當高壓側壓力過高 時，增大節(jié)流機構的開度，而當壓力偏低時，則減小開度。
經對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)中國專利公開號為CN1737472A，
公開日為 2006年2月22日，專利名稱為跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)節(jié)流短管，提出一種 可調節(jié)流量的節(jié)流短管，其核心是采用一種機械式的帶有內部旁通功能的節(jié)流短管作為節(jié)流元件，其流量可以根據節(jié)流短管進口高壓的變化實現(xiàn)自動調節(jié)。該 機構內部設置了一個主節(jié)流短管和一個輔助節(jié)流短管，主節(jié)流短管始終處于打開 狀態(tài)，流量的變化靠輔助節(jié)流短管調節(jié)，通過調節(jié)流量大小來控制氣體冷卻器內 的壓力。這個方案中的節(jié)流短管對于變化的氣體冷卻器出口溫度必須用調節(jié)螺栓 改變彈簧的預緊力，以此來調節(jié)出最優(yōu)壓力，不具有自動調節(jié)的功能，對節(jié)流短 管的使用帶來麻煩。
到目前為止，還沒有出現(xiàn)適用于跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)的，采用新型感溫 元件針對不同的氣體冷卻器出口溫度自動調節(jié)出系統(tǒng)最優(yōu)壓力的，不需要另外引 入控制電路驅動的可調節(jié)式節(jié)流機構。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng) 自動調節(jié)式節(jié)流短管，能夠隨氣體冷卻器出口溫度的變化自動調節(jié)系統(tǒng)最優(yōu)壓 力，調節(jié)靈敏度高，具有較高的可靠性。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明提出的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng) 自動調節(jié)式節(jié)流短管包括閥體、閥座、閥口、閥針、進氣通道構件、進氣孔道、 進氣腔、傳動板、記憶彈簧、感溫膜片、進氣管、出氣管。閥體右端設有進氣管， 閥體左端設有出氣管，闊口位于閥座上，進氣腔通過設置于進氣通道構件上的進 氣孔道與進氣管導通，在進氣通道構件靠近進氣管一端設有一被環(huán)形圈壓裝的感 溫膜片，記憶彈簧的右端緊貼感溫膜片的一側，并與進氣管一端相隔離，記憶彈 簧的左端與一帶有闊針的傳動板接觸。閥座與進氣通道構件之間設置一定位圈，
三者均裝配固定在闊體的內壁面上。感溫膜片用于感溫的記憶彈簧與之相接觸， 記憶彈簧形變產生的力作用于傳動板，同時，通過進氣孔道與進氣管相通的進氣 腔壓力也作用于傳動板，傳動板受力并帶動閥針左右運動，以改變閥針頭部與閥 口形成的喉部的流通面積。
進氣通道構件的環(huán)形圓周上均布進氣孔道，其總的流通面積大于閥口的面 積。進氣通道構件與傳動板和感溫膜片構成的密閉空間為真空狀態(tài)。傳動板外周 處嵌設有密封圈。當傳動板運動至右止點時，闊口剛好完全打開。
所述的記憶彈簧采用形狀記憶合金制成，它是一種具有記憶特性的特殊合金 材料，在不同溫度下記憶彈簧會自動伸縮為所記憶的形狀。同時，這種材料還具有超彈性，它的應變量可高達20%，卸載應力后，能完全恢復到原來的形狀。本 發(fā)明中所選用的記憶彈簧是依據二氧化碳制冷系統(tǒng)的壓力——溫度特性進行設 計的，具體的是依據二氧化碳制冷系統(tǒng)高壓側的最優(yōu)壓力——氣體冷卻器出口溫 度特性對記憶彈簧的形變——溫度特性進行設計選型，使其在一定溫度下由形變 產生的壓力與二氧化碳制冷系統(tǒng)高壓側的最優(yōu)壓力一一對應。由于記憶彈簧對溫 度的高精度形狀記憶性能，以及快速的形狀恢復特點，將其用作自動調節(jié)式節(jié)流 短管的感溫元件將大大提高調節(jié)精度。
本發(fā)明的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管安裝在制冷系統(tǒng)中 的氣體冷卻器與蒸發(fā)器之間，在制冷系統(tǒng)運行時，由氣體冷卻器流出的過冷或超 臨界流體通過進氣孔道流入進氣腔，腔內壓力P2作用于傳動板左側面和閥針的 左端頭部，同時記憶彈簧通過感溫膜片感受到氣體冷卻器出口的制冷劑溫度，將 會根據自身的形變——溫度特性發(fā)生相應于上游氣體冷卻器出口溫度的伸縮變 化，但由于傳動板運動行程的限制，記憶彈簧不能自由伸展，因此將發(fā)生壓縮形 變，根據本發(fā)明的設計，當閥針與閥口相接觸時記憶彈簧對傳動板產生的壓力等 于最優(yōu)壓力，并且隨記憶彈簧感受到的溫度的變化，壓縮形變產生的對傳動板的 壓力P,也相應地變化。當在某一氣體冷卻器出口溫度和壓力下，Pl大于P"閥口 處于關閉狀態(tài)，隨著系統(tǒng)壓縮機的不斷運轉，氣體冷卻器內部高壓氣體壓力將升 高，進氣腔內的壓力P2也將逐漸升高達到并大于記憶彈簧施加于傳動板的壓力 Pu此時傳動板帶動閥針將向右運動并打開閥口，使得通過節(jié)流短管的流量丌始 增大。隨著流量的不斷增大，P2將由較高壓力逐漸降低，此時傳動板將帶動閥針 重新運動至閥口位置，P2降低到與Pi相等，但很快又會隨高壓側壓力重新升高， 繼續(xù)重復循環(huán)這一壓力變化過程，最終使得&始終趨向于Pi，也即氣體冷卻器 出口壓力總能達到相應出口溫度下的最優(yōu)壓力。因此，由節(jié)流短管開度的自動調 節(jié)將使跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)的工作效率始終處于最佳狀態(tài)。
通過上述的調節(jié)控制方式，本發(fā)明的節(jié)流短管能夠應對系統(tǒng)狀態(tài)的變化自動 將高壓側壓力調至最優(yōu)壓力，相比于同類型其它節(jié)流機構，本發(fā)明完全依靠自身 的壓力傳導與感溫元件進行調節(jié)控制，在拓寬調節(jié)范圍并提高調節(jié)精度的同時也 不用任何額外的閥門驅動裝置。


圖l為本發(fā)明的結構示意圖。
圖中閥體l，閥座2，閥口3，閥針4，傳動板5，記憶彈簧6，感溫膜片 7，進氣通道構件8，進氣孔道9，環(huán)形圈10，定位圈11，密封圈12，右止點13， 進氣管14，出氣管15，進氣腔16。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施做進一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括閥體l、閥座2、閥口3、閥針4、傳動板5、記 憶彈簧6、感溫膜片7、進氣通道構件8、進氣孔道9、進氣管14、出氣管15、 進氣腔16。
閥體1右端設有進氣管14，閥體1左端設有出氣管15，閥口3位于閥座2 上，進氣腔16通過設置于進氣通道構件8上的進氣孔道9與進氣管14導通，在 進氣通道構件8靠近進氣管14 一端設有一被環(huán)形圈10壓裝的感溫膜片7，記憶 彈簧6的右端緊貼感溫膜片7的一側，并與進氣管14 一端相隔離，記憶彈簧6 的左端與一帶有闊針4的傳動板5接觸。閥座2與進氣通道構件8之間設置一定 位圈11，三者均裝配固定在閥體1的內壁面上。
記憶彈簧6采用形狀記憶合金制成，在運行工況范圍內均處于壓縮狀態(tài)。進 氣通道構件8的環(huán)形圓周上均布有4個進氣孔道9，其總的流通面積大于閥口 3 的面積。進氣通道構件8與傳動板5和感溫膜片7構成的密閉空間為真空狀態(tài)。 傳動板5外周處嵌設有密封圈12。當傳動板5運動至右止點13時，閥口3剛好 完全打開。
在制冷系統(tǒng)運行時，由氣體冷卻器流出的過冷或超臨界流體通過進氣管14 流入本發(fā)明的節(jié)流短管，記憶彈簧6通過感溫膜片7感受到氣體冷卻器出口的制 冷劑溫度，將對傳動板5的右側產生一定壓力。同時，通過進氣孔道9與進氣管 14導通的進氣腔16的壓力作用于傳動板5的左側和閥針4的左端頭部。當氣體 冷卻器出口在某一溫度和壓力下，進氣腔16的壓力小于記憶彈簧對傳動板5的 壓力，閥口3處于關閉狀態(tài)，隨著系統(tǒng)壓縮機的不斷運行，氣體冷卻器內部高壓 氣體壓力將升高，進氣腔16的壓力也將逐漸升高達到并大于記憶彈簧6施加于 傳動板5的壓力，此時閥針4將向右運動并打開閥口 3，使得通過節(jié)流短管的總 流量增大。隨著流量的不斷增大，高壓側壓力將由較高壓力逐漸降低，此時傳動板5將帶動閥針4重新運動至閥口 3，進氣腔16的壓力降低到與記憶彈簧6產 生的壓力相等，但很快又會隨著氣體冷卻器壓力的升高而升高，繼續(xù)重復循環(huán)這 一壓力變化過程，最終使得進氣腔16的壓力始終趨向于記憶彈簧6產生的壓力， 也即氣體冷卻器出口壓力總能達到相應出口溫度下的最優(yōu)壓力。
本發(fā)明在二氧化碳制冷系統(tǒng)中可以針對不同的氣體冷卻器出口溫度自動調 節(jié)氣體冷卻器內的壓力達到最優(yōu)壓力，使系統(tǒng)運行的能效比達到最大值。本發(fā)明 的控制機構不需要引入控制電路，而是運用了新型感溫元件，即形狀記憶合金材 料制成的記憶彈簧，實現(xiàn)了完全的自動化調節(jié)，整體設計緊湊，結構簡單，調節(jié) 靈敏度高，具有較高的可靠性。
權利要求
1、一種跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管，包括閥體(1)、閥座(2)、閥口(3)、閥針(4)、傳動板(5)、記憶彈簧(6)、感溫膜片(7)、進氣通道構件(8)、進氣孔道(9)、進氣管(14)、出氣管(15)、進氣腔(16)，其特征在于閥體(1)右端設有進氣管(14)，閥體(1)左端設有出氣管(15)，閥口(3)位于閥座(2)上，進氣腔(16)通過設置于進氣通道構件(8)上的進氣孔道(9)與進氣管(14)導通，在進氣通道構件(8)靠近進氣管(14)一端設有一被環(huán)形圈(10)壓裝的感溫膜片(7)，記憶彈簧(6)的右端緊貼感溫膜片(7)的一側，并與進氣管(14)一端相隔離，記憶彈簧(6)的左端與一帶有閥針(4)的傳動板(5)接觸，閥座(2)與進氣通道構件(8)之間設置一定位圈(11)，閥座(2)、進氣通道構件(8)和定位圈(11)均裝配固定在閥體(1)的內壁面上。
2、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述記憶彈簧(6)采用形狀記憶合金制成，在運行工況范圍內均處 于壓縮狀態(tài)。
3、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述進氣通道構件(8)的環(huán)形圓周上均布有4個進氣孔道(9)，其 總的流通面積大于閥座(2)上的閥口 (3)的面積。
4、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述進氣通道構件(8)與傳動板(5)和感溫膜片(7)構成的密閉 空間為真空狀態(tài)。
5、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述傳動板(5)外周處嵌設有密封圈(12)。
6、 根據權利要求1所述的跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管， 其特征在于所述傳動板(5)運動至右止點(13)時，閥口 (3)剛好完全打開。
全文摘要
一種跨臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)自動調節(jié)式節(jié)流短管，屬于制冷技術領域。本發(fā)明包括閥體、閥座、閥口、閥針、進氣通道構件、進氣孔道、進氣腔、傳動板、記憶彈簧、感溫膜片、進氣管、出氣管。閥體右端設有進氣管，閥體左端設有出氣管，閥口位于閥座上，進氣腔通過設置于進氣通道構件上的進氣孔道與進氣管導通，在進氣通道構件靠近進氣管一端設有一被環(huán)形圈壓裝的感溫膜片，記憶彈簧的右端緊貼感溫膜片的一側，并與進氣管一端相隔離，記憶彈簧的左端與一帶有閥針的傳動板接觸。本發(fā)明在二氧化碳制冷系統(tǒng)中可以針對不同的氣體冷卻器出口溫度自動調節(jié)氣體冷卻器內的壓力達到最優(yōu)壓力，使系統(tǒng)運行的能效比達到最大值。
文檔編號F25B41/06GK101298957SQ20081003957
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權日2008年6月26日
發(fā)明者亮 陳, 陳江平, 陳芝久 申請人:上海交通大學