專利名稱：一種壓差控制自適應節(jié)流膨脹閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及節(jié)流制冷技術領域的節(jié)流膨脹閥，特別涉及一種壓差控制自適應節(jié)流膨脹閥。
背景技術：
近幾十年來，深冷多元混合工質節(jié)流制冷技術獲得了巨大發(fā)展，成為從液氮溫度到傳統(tǒng)復疊制冷溫度這一廣闊溫區(qū)的主要制冷技術之一。目前已經(jīng)有成熟的商用產(chǎn)品問世。采用回熱方式的多元混合工質制冷機可以有效提高制冷效率實現(xiàn)更低的制冷溫度，并且可以利用普冷領域廣泛應用的單級油潤滑壓縮機驅動?；旌瞎べ|節(jié)流制冷機可以在制冷系統(tǒng)硬件不做大的改動情況下通過充配不同混合物工質實現(xiàn)從80K(液氮溫度)到230K(傳統(tǒng)單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)的有效制冷溫度的下限)的制冷溫度范圍。
由于深冷系統(tǒng)中混合工質與普冷制冷工質在物性上具有很大的區(qū)別，在采用普冷領域油潤滑壓縮機時，會導致壓縮機運行參數(shù)與采用普冷工質有很大變化。對普冷運行工況時，由于溫區(qū)跨度相對較小及工質本身的特性，當環(huán)境溫度確定，壓縮機冷凝壓力(對應于壓縮機排氣高壓)就已經(jīng)確定，當達到制冷溫度時，蒸發(fā)壓力(對應于壓縮機吸氣低壓)也就確定，因此系統(tǒng)在整個運行過程中壓力工況變化不大。而且普冷領域目前已經(jīng)有成熟的技術措施實現(xiàn)制冷機控制來滿足不同工況間變換，如采用熱力膨脹閥和電子膨脹閥可以調節(jié)蒸發(fā)器出口過熱度，滿足不同負荷需求。
但是對于深冷混合工質制冷系統(tǒng)，由于低沸點混合工質的采用，制冷工質在冷凝器內基本為氣相放熱(可能會出現(xiàn)少量液體工質)，壓縮機排氣高壓受環(huán)境溫度影響很小，而基本由工質充注量和系統(tǒng)結構參數(shù)決定。在制冷機啟動過程初期，整個系統(tǒng)基本均處于較高溫度，系統(tǒng)內工質絕大部分為氣相，隨著制冷溫度的降低，制冷系統(tǒng)中在除壓縮機、冷凝器外的其它部件內工質的液相含量則會逐步增加，當制冷溫度達到最低時，整個制冷系統(tǒng)內的工質液相含量達到最高。一方面，工質汽液相的比容相差很大；另一方面，對于固定通道面積的節(jié)流元件，如常用的毛細管，其氣相工質的通過能力顯然沒有液相工質大。因此對于一個容積固定的制冷系統(tǒng)，在一定工質充注量的情況下，必然會導致運行壓力工況變化很大。其特點是在啟動初期，幾乎全部為氣態(tài)工質通過固定流通面積的節(jié)流元件，因此系統(tǒng)壓縮機排氣高壓很高，壓縮機吸氣低壓很低，循環(huán)工質流量小，對應的制冷量小，使降溫時間變長；隨著系統(tǒng)溫度的降低，通過節(jié)流元件的工質進入兩相狀態(tài)，流量相對增加，因此壓縮機排氣高壓會降低，壓縮機吸氣低壓會升高；上述變化趨勢隨著溫度的降低進一步發(fā)展，最終到達穩(wěn)定狀態(tài)。到最終穩(wěn)定運行時高低壓差比最初壓差減小很多，如采用普通空調壓縮機驅動，最初壓差一般在2.0MPa左右，而最終壓差可能會降低到1.0MPa。高低壓差的降低，會大大減小工質的節(jié)流制冷效應(Joule-Thomson效應)，導致單位流量的工質制冷效率下降；同時對于固定容積的制冷系統(tǒng)，此時由于壓縮機吸氣低壓升高，排氣高壓降低，系統(tǒng)循環(huán)流量增大來滿足冷卻負荷要求，增大的流量會增加回熱換熱器的換熱負荷，增加換熱溫差；同時會增加流動阻力，進一步使系統(tǒng)效率下降。壓縮機吸氣低壓升高帶來另外一個負面影響就是使制冷溫度升高。
因此，保持一定節(jié)流前后壓差范圍對于深冷混合工質制冷機具有重要意義。上述問題的產(chǎn)生在于固定通徑的節(jié)流元件如毛細管對工質流通量的調節(jié)能力小。目前針對深冷混合工質制冷系統(tǒng)可變容量運行調節(jié)膨脹閥的公開報道(文章、專利)非常少。普冷領域的熱力膨脹閥和電子膨脹閥可以在一定范圍內實現(xiàn)流量的控制和調節(jié)，但是采取的技術途徑不同。其中，熱力膨脹閥是通過感應蒸發(fā)器出口過熱度的變化相應調節(jié)節(jié)流閥開度(李松壽等，制冷原理及設備，上海上?？茖W技術出版社，1988，pp.259-265)；電子膨脹閥采用一個控制器調節(jié)步進電機的動作實現(xiàn)節(jié)流閥開度的調節(jié)，需要單獨控制器和編制相應控制程序。另外，普冷領域曾經(jīng)采用過一種自動膨脹閥，又稱為恒壓膨脹閥(吳業(yè)正等編，制冷原理及設備，西安西安交通大學出版社，1987，pp.258-259)，其工作原理是利用預先設定的彈簧壓力實現(xiàn)蒸發(fā)壓力的基本恒定，但是這種自動膨脹閥對于負荷變化呈現(xiàn)一種負反饋特征，即負荷大節(jié)流閥開度變小，使制冷劑流量進一步變?。换蜇摵蓽p小，閥門開度卻變大，造成系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，現(xiàn)在很少應用。另外，本申請人于2003年申請的專利(申請?zhí)?3121465.7)描述了采用電磁閥控制的多路節(jié)流控制方案，可以較好實現(xiàn)深冷混合工質節(jié)流制冷機的變工況運行。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠連續(xù)調節(jié)壓力變化，由壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，包括一壓差感應機構，該壓差感應機構包括外殼11、彈性元件12、一端封閉的彈性波紋管13；所述彈性元件12和彈性波紋管13位于外殼11之內，所述彈性元件12的兩端分別與彈性波紋管13封閉端外側及外殼11內頂端固定連接，彈性波紋管13底端與外殼11的內底端固定連接；所述彈性波紋管13與外殼11之間構成腔體A；一通量調節(jié)機構；該通量調節(jié)機構包括與彈性波紋管13封閉端內頂端相連的傳動桿21、閥針22和閥體23；所述閥體23具有一通孔，閥針22移動于閥體23的通孔內，其上端封閉且與傳動桿21下端相連；所述波紋管13與閥體23之間構成腔體B，在構成腔體B的外腔壁即閥體23上設有一氣體通道231，閥體23的通孔出口為另一氣體通道232；還包括一反饋毛細管3，該反饋毛細管3的兩端分別與腔體A和氣體通道232相連通。
所述的閥針22為上端封閉側壁開孔的圓管或圓錐形。所述的彈性元件12為壓力彈簧或拉力彈簧；所述的彈性元件12帶有外部預調整機構4。
本發(fā)明提供的壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥的工作原理和過程為通過壓差感應結構感應節(jié)流前后壓差的變化，帶動通量調節(jié)結構實現(xiàn)流量調節(jié)，具體為根據(jù)預先調整的彈性元件12和彈性波紋管13變形量，設定相應的工作壓差，此時保持相應的設定節(jié)流膨脹閥開度；當節(jié)流前后壓差變大時，會使波紋管13和彈性元件12發(fā)生新的變形量，因此帶動閥針使對應節(jié)流膨脹閥開度增大，使通量增大，這樣會使節(jié)流前后壓差適當減小，最后穩(wěn)定在一個壓差值，對應著一個變大的節(jié)流閥開度；當節(jié)流前后壓差變小時，也會使波紋管13和彈性元件12發(fā)生新的變形量，因此帶動閥針使對應節(jié)流膨脹閥開度減小，使通量減小，這樣會使節(jié)流前后壓差適當增大，最后穩(wěn)定在一個壓差值，對應著一個變小的節(jié)流閥開度。
因此，本發(fā)明提供的壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，能夠實時感應節(jié)流前后壓差變化，從而自動調節(jié)節(jié)流通量變化，確保節(jié)流前后壓差在一定范圍內變化，保證制冷系統(tǒng)變工況運行的平穩(wěn)和高效；而且其結構簡單，成本低，無需另外的控制器件。


圖1是本發(fā)明的一種壓差控制自適應節(jié)流膨脹閥(實施例1)結構示意圖；圖2是本發(fā)明的另一種壓差控制自適應節(jié)流膨脹閥(實施例2)結構示意圖；圖3是本發(fā)明的再一種壓差控制自適應節(jié)流膨脹閥(實施例3)結構示意圖；其中外殼11彈性元件12 彈性波紋管13 傳動桿21閥針22 閥體23 腔體A、B 反饋毛細管3彈性元件預調整機構4 氣體通道231、2具體實施方式
實施例1制備一個壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，結構示意圖見圖1。
該壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，包括一壓差感應機構包括外殼11、彈性元件12、一端封閉的彈性波紋管13；所述彈性元件12和彈性波紋管13位于外殼11之內，所述彈性元件12的兩端分別與彈性波紋管13封閉端外側及外殼11內頂端固定連接，彈性波紋管13底端與外殼11的內底端固定連接；所述彈性波紋管13與外殼11之間構成腔體A；一通量調節(jié)機構包括與彈性波紋管13封閉端內頂端相連的傳動桿21、閥針22和閥體23；所述閥體23具有一通孔，閥針22移動于閥體23的通孔內，其上端封閉且與傳動桿21下端相連；所述波紋管13與閥體23之間構成腔體B，在構成腔體B的外腔壁即閥體23上設有一氣體通道231，閥體23的通孔出口為另一氣體通道232；還包括一反饋毛細管3，該反饋毛細管3的兩端分別與腔體A和氣體通道232相連通。
本實施例的閥針22為上端封閉側壁開孔的圓管，彈性元件12為壓力彈簧。
彈性元件12用以平衡腔體A和B之間壓差產(chǎn)生的力；傳動桿21與波紋管13的封閉端相連，閥針22與傳動桿21連接；壓差變化使波紋管13產(chǎn)生位移，通過傳動桿21帶動閥針22運動，因而可以調節(jié)節(jié)流膨脹閥的開度。腔體A通過反饋毛細管3與氣體通道232(低壓出口)相連通，用以感應低壓變化；腔體B的氣體通道231為高壓入口，進而感應高壓變化；閥針22采取通孔結構；其工作過程如下根據(jù)預先調整的彈簧壓力，節(jié)流膨脹閥在設定壓差下保持設定開度；當A、B腔壓差變大時，波紋管13通過傳動桿21帶動閥針22向上運動，因此，通孔開度變大，流量增加使節(jié)流前后壓差不再增大保持一個平衡；反之，當壓差減小時，波紋管13通過傳動桿21帶動閥針22向下運動，因此，通孔開度減小，流量減小使節(jié)流前后壓差增大保持一個新的平衡，由此可以通過感應節(jié)流前后壓差變化調節(jié)節(jié)流孔開度，實現(xiàn)自適應調節(jié)目的。
實施例2制備一個壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，結構示意圖見圖2。
該壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，包括一壓差感應機構包括外殼11、拉力彈簧12、一端封閉的彈性波紋管13；通量調節(jié)機構包括傳動桿21、閥針22和閥體23；其結構形式為一端封閉的彈性波紋管13與外殼11之間構成腔體A，波紋管13與閥體23之間構成腔體B，拉力彈簧12用以平衡腔體A和B之間壓差產(chǎn)生的力；傳動桿21與波紋管13的封閉端相連，閥針22連接在傳動桿21上面；壓差變化使波紋管13產(chǎn)生位移，通過傳動桿21帶動閥針22運動，因而可以調節(jié)節(jié)流膨脹閥的開度。腔體A通過反饋毛細管3與氣體通道232(高壓入口)相連通，用以感應高壓變化；腔體B的氣體通道231為低壓出口；閥針22采取錐形結構；其調節(jié)過程為，當壓差變大時，波紋管13通過傳動桿21帶動閥針22向下運動，因此，通孔開度變大；反之，當壓差減小時，波紋管13通過傳動桿21帶動閥針22向上運動，因此，通孔開度減小，流量減小，由此可以通過感應節(jié)流前后壓差變化調節(jié)節(jié)流孔開度，實現(xiàn)自適應調節(jié)目的。
實施例3制備一個壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，結構示意圖見圖3。
該實施例的壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥包括壓差感應機構和通量調節(jié)結構；壓差感應機構包括外殼11、壓力彈簧12、一端封閉的彈性波紋管13；通量調節(jié)機構2包括傳動桿21、閥針22和閥體23；其結構形式為一端封閉的彈性波紋管13與外殼11構成腔體A，波紋管13與閥體23構成腔體B，壓力彈簧12用以平衡腔體A和B之間壓差產(chǎn)生的力；傳動桿21與波紋管13的封閉端相連，閥針22連接在傳動桿21上面；壓差變化使波紋管13產(chǎn)生位移，通過傳動桿21帶動閥針22運動，因而可以調節(jié)節(jié)流膨脹閥的開度。腔體A通過反饋毛細管3與氣體通道232(低壓出口)相連通，用以感應低壓變化；腔體B的氣體通道231為高壓入口；閥針22采取錐形結構。壓力彈簧12帶有預調整結構4。其工作過程如下根據(jù)預先調整的彈簧壓力，節(jié)流膨脹閥在設定壓差下保持設定開度；當A、B腔壓差變大時，波紋管13通過傳動桿21帶動閥針22向上運動，因此，錐形閥針向上運動，閥門開度變大，流量增加使節(jié)流前后壓差不再增大保持一個平衡；反之，當壓差減小時，波紋管13通過傳動桿21帶動閥針22向下運動，因此，發(fā)明開度減小，流量減小使節(jié)流前后壓差增大保持一個新的平衡，由此可以通過感應節(jié)流前后壓差變化調節(jié)節(jié)流孔開度，實現(xiàn)自適應調節(jié)目的。
上述公開內容完整地描述了本發(fā)明的基本特征，本領域的技術人員可以通過這些內容理解本發(fā)明的基本思想，并且會承認，其他本發(fā)明未提及的具體實施形式，如其他不同的節(jié)流閥針結構，不同的彈簧形式以及調整結構等也是在本發(fā)明精神和權利要求范圍內的。
權利要求
1.一種壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，其特征在于，本發(fā)明提供的壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，包括一壓差感應機構，該壓差感應機構包括外殼(11)、彈性元件(12)、一端封閉的彈性波紋管(13)；所述彈性元件(12)和彈性波紋管(13)位于外殼(11)之內，所述彈性元件(12)的兩端分別與彈性波紋管(13)封閉端外側及外殼(11)內頂端固定連接，彈性波紋管(13)底端與外殼(11)的內底端固定連接；所述彈性波紋管(13)與外殼(11)之間構成腔體(A)；一通量調節(jié)結構；該通量調節(jié)機構包括與彈性波紋管(13)封閉端內頂端相連的傳動桿(21)、閥針(22)和閥體(23)；所述閥體(23)具有一通孔，閥針(22)移動于閥體(23)的通孔內，其上端封閉且與傳動桿(21)下端相連；所述波紋管(13)與閥體(23)之間構成腔體(B)，腔體(B)的外腔壁即閥體(23)上設有一氣體通道(231)，閥體(23)的通孔出口為另一氣體通道(232)；還包括一反饋毛細管(3)，該反饋毛細管(3)的兩端分別與腔體(A)和氣體通道(232)相連通。
2.按權利要求1所述的壓差控制自適應節(jié)流膨脹閥，其特征還在于所述的閥針(22)為上端封閉側壁開孔的圓管或圓錐形。
3.按權利要求1所述的壓差控制自適應節(jié)流膨脹閥，其特征還在于所述的彈性元件(12)為壓力彈簧或拉力彈簧。
4.按權利要求1所述的壓差控制自適應節(jié)流膨脹閥，其特征還在于所述的彈性元件(12)帶有外部預調整機構(4)。
全文摘要
一種壓差控制的自適應節(jié)流膨脹閥，包括壓差感應機構包括位于外殼之內的彈性元件和彈性波紋管；彈性元件兩端分別與彈性波紋管封閉端外側及外殼內頂端固定連接，彈性波紋管底端與外殼內底端固定連接；彈性波紋管與外殼間構成腔體A；通量調節(jié)機構包括與彈性波紋管封閉端內頂端相連的傳動桿、閥針和閥體；閥體有一通孔，閥針移動于閥體的通孔內，其封閉上端與傳動桿下端相連；波紋管與閥體間構成腔體B，其腔壁上設一氣體通道，閥體的通孔出口為另一氣體通道；還包括反饋毛細管兩端分別與腔體A和位于閥體通孔出口處的氣體通道相連通；該閥可實時反映壓差變化，迅速調節(jié)流通量大小，保證制冷系統(tǒng)變工況運行的平穩(wěn)和高效；結構簡單，成本低廉。
文檔編號F25B41/04GK1654906SQ20041003946
公開日2005年8月17日 申請日期2004年2月13日 優(yōu)先權日2004年2月13日
發(fā)明者公茂瓊, 吳劍峰, 胡勤國, 齊延峰 申請人:中國科學院理化技術研究所