專利名稱：帶有過冷流量控制閥的致冷器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及致冷系統(tǒng)，特別是涉及用于家用冰箱和冰柜的致冷系統(tǒng)。
至今的家用冰箱和冰柜的致冷系統(tǒng)設計都要求低成本和高可靠性，這兩點都要求簡化設計，并使用數(shù)目最少的零部件。典型的冰箱和冰柜都使用一種氣化壓縮系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個在回路中和一個冷凝器相連的小功率電機驅動的密封的壓縮機，一個蒸發(fā)器，一個附屬的積液器，以及一個在冷凝器和蒸發(fā)器之間的致冷劑節(jié)流器。為了得到高的能量效率，期望對于壓縮機運行時間采用較高的工作循環(huán)，同時又能對高環(huán)境溫度條件維持足夠大的余量。因此使用對被冷卻的箱體內的溫度有響應的恒溫器來循環(huán)操作壓縮機，這對保持預選的溫度是必要的。根據(jù)正常的室內溫度和通過隔熱層吸入要冷卻的空間的熱量，壓縮機的工作循環(huán)值為50%至60%，這里留有余量，但在極高環(huán)境溫度下或者要伸入被冷卻箱體內部經(jīng)常打開門的情況下壓縮機就需要連續(xù)運行。
最普通采用的節(jié)流器是一根毛細管，要針對一組環(huán)境溫度和箱內溫度條件下的最佳效率來確定該毛細管的尺寸。作專用節(jié)流器使用的毛細管的優(yōu)點是成本低，可靠性高，并且由于容易和蒸發(fā)器至壓縮機的返回管路放置成熱交換關系而提高了效率。
在單一環(huán)境溫度和恒定負荷條件下穩(wěn)定運行的毛細管系統(tǒng)在針對這些條件確定了毛細管尺寸時是非常有效的。在這樣作時并且在系統(tǒng)正在平衡條件下運行時，進入毛細管的冷凝劑出口處的致冷劑是一種標準的或輕微的過冷液體。這種液化的致冷劑流過毛細管并且經(jīng)受相當大的壓力降低，一直到致冷劑進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中致冷劑揮發(fā)，從冰箱或冰柜的內部吸收熱量。
因為致冷劑在一個閉合的系統(tǒng)中流動，并且由于通過毛細管的實際流速取決于致冷器中的壓力和蒸發(fā)器中的壓力之間的壓差，所以負荷條件的任何變化都將影響系統(tǒng)的運行。在冰箱和冰柜情況下，運行條件的改變可能來源于室內環(huán)境溫度的變化，這種變化影響冷凝器的熱擴散;還可能來源于內部條件的變化，這種變化可能由門的開關以及增加影響蒸發(fā)器負荷的熱物品而決定的。再有，因為該系統(tǒng)必須循環(huán)運行以便對極端條件留有余量，所以冰箱中的恒溫器使壓縮機循環(huán)交替地接通和斷開，在壓縮機斷開時，壓力趨向于使整個系統(tǒng)平衡。使毛細管中的液體致冷劑消失，毛細管變成了完全是由氣體充滿的。運行條件這些變化的結果是，致冷系統(tǒng)經(jīng)常在偏離冷凝器和蒸發(fā)器的最佳溫度和壓力的條件下運行，因此損失了系統(tǒng)的能量效率。
某些這些影響可用各種方式減至最小。例如，為了將在毛細管中形成的氣體(這些氣體有降低系統(tǒng)容量的趨勢)降至最小，通常焊接或放置毛細管使其與蒸發(fā)器至壓縮機的返回管路成熱傳輸關系。因為普通的最佳條件是讓系統(tǒng)在例如50%的運行循環(huán)值下運行，所以在確定毛細管尺寸時要“寬松一些”，或者將節(jié)流性能降低一些，這樣作就能使起動期間蒸發(fā)器快速充滿，并且在循環(huán)的休止期間內的空吸和排放壓力快速平衡。
蒸發(fā)器快速充滿能讓系統(tǒng)快速達到高運行效率，因此降低了運行循環(huán)期間壓縮機的總運行時間，但蒸發(fā)器一旦充滿，這種類型的系統(tǒng)趨向于讓氣體進入毛細管并且直接通入蒸發(fā)器。當氣體從冷凝器通到蒸發(fā)器時，氣體根本不會產(chǎn)生在蒸發(fā)器中進行有效冷卻所必須的變?yōu)橐后w并且再變回氣體的相變。這不僅給壓縮機增加了不會致冷的質量流，而且把熱量傳到了蒸發(fā)器內，因此降低了系統(tǒng)的效率。在運行循環(huán)結束壓縮機斷開時，在毛細管兩端的冷凝器和蒸發(fā)器之間壓力相當快地達到平衡，這就使熱氣和液體進入蒸發(fā)器。這就給蒸發(fā)器增加了熱量并且降低了整個系統(tǒng)的效率。但快速平衡允許廉價的分相壓縮機電機(起動轉矩相當?shù)?在短的休止循環(huán)后重新起動。
另一方面，如果系統(tǒng)使用一個“緊的”或者節(jié)流更多的毛細管，該系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行條件期間趨向于有一個略大一些的效率，但在起動期間蒸發(fā)器的充灌很慢，從而在整個運行循環(huán)期間可能失去在效率方面獲得的優(yōu)點。再有，平衡時間很長，使在短休止循環(huán)后壓縮機可能有起動困難，這是因為起動轉矩不能克服冷凝器中剩余的反向壓力的緣故。
在較大的致冷系統(tǒng)中，解決這些問題的辦法是使用一個受控的膨脹閥作節(jié)流器來取代毛細管。這種類型的閥一般使用由致冷測量元件操作的膜或軟管，該元件探測系統(tǒng)中某點的溫度、打開或關閉位于蒸發(fā)器入口的閥以改變這點的流量。但用這種類型的閥代替小型致冷系統(tǒng)中的毛細管一是體積太大，二是極為昂貴。
本發(fā)明通過在冷凝器出口和毛細管入口端增加一個新穎的過冷流量控制閥，為使用毛細管節(jié)流器的家用冰箱和冰柜提供一種改進的并且是更有效的致冷系統(tǒng)。
該流量控制閥是一個內部獨立的單位，它調制流量使流量和流過該閥的致冷劑的過冷量成比例。當過冷量降低到低于一個規(guī)定的最小正值時該閥被設置成完全關閉，并且當壓縮機停止運轉以阻止系統(tǒng)平衡并且阻止熱的致冷劑進入蒸發(fā)器的任何流動時該閥仍舊保持關閉。當壓縮機起動時，致冷劑必須排放到壓力已經(jīng)升高了的冷凝器中，這是因為在該流量控制閥兩端壓力不平衡之故。雖然該壓力在休止循環(huán)期間由于冷凝器的冷卻已經(jīng)下降到低于正常的運行壓力，但壓縮機仍需要一個高起動轉矩的電機，而不是對運行條件來說有較高功率額定值的電機。通過使用電容起動電機就可提供較高起動轉矩。在壓縮機重新起動后，冷凝器中的壓力將要升高，一直到在出口處出現(xiàn)過冷的液體時為止。當在出口處的液體達到預定的最小規(guī)定的正過冷值時，流量控制閥開始打開并讓致冷劑流到毛細管內，并且因此流到蒸發(fā)器內。隨著過冷量的增加，流量控制閥提供的流量也增加。并且這一流量的增加使蒸發(fā)器得到期望的灌注。
在本系統(tǒng)中，毛細管的尺寸使其成為明顯寬松的管或節(jié)流較少的管，壓降比正常值低，其余的壓降在流量控制閥的兩端發(fā)生。因此，毛細管兩端的壓降保持正比于致冷劑的質量流速，而流量控制閥兩端的壓降反比于該質量流速，這是因為閥隨著質量流的增加打開的更大，而該增加的質量流趨向于正比于冷凝器出口處致冷劑的過冷量。由于流量控制閥在冷凝器出口處的過冷量降到最小規(guī)定值前是關閉的，所以氣體在運行循環(huán)期間就沒有任何時間進入毛細管。
流量控制閥是一種響應于實際流過該閥的致冷劑的過冷量的獨立單元。按著該閥的優(yōu)選實施例，閥殼有一個連到冷凝器出口的入口，以及一個連到毛細管入口端并且通到蒸發(fā)器的出口，該閥殼在該入口和出口之間確定了一個第一室。在該入口和出口之間的第一室中裝配一個密封軟管形式的可移動壁件。靠近入口的部份或端部相對于閥殼固定，而相對的或可移動的部份或端部攜帶一個閥件。在閥殼上靠近出口處裝配一個閥座，并且該閥座與閥件是可以嚙合的，從而在該閥全部關閉時就能密封或阻止致冷劑自入口至出口的任何流動。軟管的內部確定了一個第二室，其中充以飽和狀態(tài)下的一種致冷劑，該致冷劑可以和系統(tǒng)的致冷劑相同，也可以是一種飽和壓力比系統(tǒng)中的致冷劑的飽和壓力大的液體。為了得到較好的響應，第二室包括一個管狀部份，該管狀部分向后伸入入口管路中并且暴露于進入的致冷劑，從而即保證了在系統(tǒng)致冷劑和第二室中的致冷劑之間最有效的熱傳輸。因而第二致冷劑和溫度將緊密跟蹤第一室中的致冷劑和溫度。
必須按著第一室中周圍的致冷劑把最小規(guī)定的過冷值或設定值選擇得足夠高，以便保證在第一室中不存在過冷液體的情況下該閥決不會打開，并且保證在任何氣體可能進入毛細管之前該閥總是關閉的。另一方面，該設定點又不可能太高，否則系統(tǒng)起動后打開閥時在促進起始的流動方面就會有困難。
還發(fā)現(xiàn)，如果將流量控制閥靠近壓縮機和至壓縮機的致冷劑返回管路定位，則流量控制閥在打開和關閉的響應時間都較快。該閥與在至閥的入口處的平行于至壓縮機的返回管路延伸一短距離的管道成垂直位置放置。將兩個管放置成熱傳遞接觸關系。為此，將兩管沿接觸的長度方向焊在一起。還可以使用將兩管裝配在一起的彈簧卡，不僅將它們保持在一起，而且也用來在兩管間傳導熱量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，傳熱接觸還應盡可能既靠近壓縮機，又靠近閥體。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在壓縮機停止后，閥開始關閉后有時閥又重新打開，并且這種情況是由冷卻該閥到低于設定點(低于該設定點閥將打開)的溫度的閥體內的液體致冷劑的揮發(fā)引起的。就現(xiàn)在這個閥而論，這種冷卻可能來源于在至毛細管的入口處閥外部的致冷劑的體積?；旧舷@一冷卻體積的方法可以是在閥孔的出口側將填充插入物放入閥殼內，或者可以是重新成型閥殼本身以便減少這一空間。在揮發(fā)時引起足夠的冷卻使閥和閥殼冷卻到設定點以下(在設定點，閥將開始重新打開)的這一部位，最終的閥是沒有足夠大的致冷劑體積的，因此該閥仍然保持關閉直到壓縮機重新起動。以下對附圖加以簡述。


圖1是加入了按本發(fā)明構造的流量控制閥的一個致冷系統(tǒng)的示意圖;
圖2是按本發(fā)明構造的一個優(yōu)選的流量控制閥的剖面圖;
圖3是按本發(fā)明構造的另一個優(yōu)選的流量控制閥的剖面圖;
圖4是加入了本發(fā)明的一個冰箱的后視圖;
圖5是該流量控制閥的裝配分解圖;
圖5a是從圖5的5a-5a線剖取的一個剖面圖;
圖6是按著本發(fā)明的另一個實施例類似于圖5的一個分解圖;
圖6a是沿圖6的6a-6a線剖取的一個剖面圖;
圖7是一個改進的流量控制閥的放大的垂直剖面圖。
現(xiàn)詳細參照附圖，圖1是典型家用冰箱和冰柜蒸發(fā)壓縮制冷系統(tǒng)10的示意圖。系統(tǒng)10包括一個出口和冷凝器14相連的最好為密封型的電機驅動的壓縮機12以及一個裝在隔熱室22里面的蒸發(fā)器16，并且蒸發(fā)器16的回流返回到壓縮機12的入口。這個系統(tǒng)是一個充以諸如R12之類的適當制冷的系統(tǒng)，并且為了在冷凝器14和蒸發(fā)器16之間提供必要的節(jié)流，一般使用毛細管18作為膨脹控制裝置。雖然圖1中沒有表示出，但一般總要將毛細管連接成能和壓縮機12和冷凝器14之間的管路實現(xiàn)熱傳導接觸，其中對毛細管的指定內徑和長度要仔細確定。按本發(fā)明，將一個控制閥20連接在冷凝器14和毛細管18入口端之間的管路內。
為了將室22維持在期望溫度下，提供一個適當?shù)暮銣仄?9，恒溫器19根據(jù)置于室22內部用于探測室22溫度的一個熱敏元件21而動作。恒溫器19通過連接或斷開自電源線23至驅動壓縮機12的電動機的電源的電接點進行動作。這樣一來，當進入室22的熱量使熱敏元件21探測到的溫度升高到一個預定值時，恒溫器19中的接點將要閉合，給壓縮機通電一段時間，直到室22的溫度下降到一個較低的溫度時為止，這樣就把恒溫器19和壓縮機12斷開，一直到該溫度再次升到這一預定值時為止。
很清楚，壓縮機12運行的時間長度(即運行循環(huán))取決于室22周圍的環(huán)境溫度以及該系統(tǒng)的其他部件，還取決于其他一些因素，諸如室22內部的熱負荷，可能進入外部熱空氣的任何門的開閉次數(shù)。因此在大多數(shù)情況下，要確定該系統(tǒng)的大小，使壓縮機有50%左右的運行循環(huán)或運行時間，但這一比例數(shù)有可能變大，尤其是在門經(jīng)常開閉或環(huán)境溫度高時更是如此。類似地，若將冰箱或冰柜置于環(huán)境溫度低處，運行循環(huán)就可能低得多。
圖2示意地表示了控制閥20的一個實施例，圖中表示的是其縱剖面。閥20包括一個短的管狀閥殼26，閥殼26的一端焊上一個入口連接件28，入口連接件28有一個和來自冷凝器14的管道相連的直徑變小的入口開口29。另一端是一個出口連接件30，它和入口連接件28類似并有一個直徑變小的出口開口31，出口31又通過適當連接件和毛細管18的入口端相連。
用普通的示意圖來表述控制閥20的內部結構，閥20包括一個穿過殼26的入口側延伸的入口板32，板32有多個穿過板32伸展的入口開口33，開口33要提供足夠大的面積以便讓致冷劑從入口連接件28自由流入殼26的內室36中。在另一端，室36是由一個出口板34封閉的，板34橫穿殼36延伸并且和殼26成密封關系，板34在它的中央開口處確定了一個閥座35，閥座35和入口連接件28以及出口連接件30成共軸關系。
這樣，就由閥殼26和兩個板32和34確定了一個第一室36，閥動作機構就定位在這個室內。在室36里面的入口板32的側面形成一個凸臺38，凸臺38的作用是充作細長伸縮軟管40的一端的支座，軟管40的另一端由閥件42的基座43封住，閥件42又有一個尖部46，適于和閥座35嚙合。將軟管40設計成能沿縱向自由膨脹，使閥件42能夠在室36內從在出口板34上設置的閥座35開始縱向往復來回移動。這樣，就在軟管40的內部由該軟管40確定了一個和第一室36完全密封的第二室44，并且給第二室44充以標定數(shù)量的適當?shù)闹评鋭?，該制冷劑或者可以和該系統(tǒng)中使用的制冷劑相同，如R12，或者是在飽和條件下在相同溫度時有較高蒸汽壓的致冷劑，如R500。校準這一變化量以便保證，只要第一室中的條件使該系統(tǒng)制冷劑的過冷量低于一個預定的最小值或設定點，該閥就完全關閉。僅僅在過冷量超過了該設定值時，閥打開，使過冷的液體致冷劑進入毛細管。
應該注意的是，管狀部份48從凸臺38凸出來，并且在極低溫度條件下可與閥件基座43嚙合以限制閥件42離開出口板34的移動。伸長管49裝在管狀部分48內，并且因此構成第二室44的一部分。向后伸展穿過入口的伸長管同進入的致冷劑進行傳熱接觸，從而即可保證第二室44中致冷劑的溫度盡可能緊密地跟蹤進入的致冷劑的溫度，保證閥的響應時間有一個最小的延遲。還應注意的是，可以確定通過閥座35延伸的閥件尖部46的形狀，使其能在閥件42根據(jù)閥內的壓力和溫度的變化移動到不同的軸向位置時和閥座35保持變化的間隙大小。
當壓縮機12斷開并且不運行達某個時間時，閥20關閉，閥件尖部46與閥座35緊緊嚙合在一起，從而即可靠地阻止制冷劑自入口至出口的任何流動，并且因此阻止了制冷劑自冷凝器至蒸發(fā)器的流動。在休止循環(huán)過后再啟動壓縮機時，壓縮機從蒸發(fā)器抽吸出剩余制冷劑并使其進入冷凝器，從而引起冷凝器內壓力的增大。由于在冷凝器出口處的制冷劑已經(jīng)處在相對來說較冷的溫度，因此影響整個冷凝器的壓力增加使冷凝器出口和入口處的致冷劑相對于控制閥20而言處于過冷狀態(tài)。這一壓力增加作用在室44內的致冷劑上，保持室44內的制冷劑和輸入的致冷劑在同樣低的過冷溫度上，這就使室44內的體積減小。這樣一來軟管40收縮并向入口方向移動閥件42，從而使閥件尖部46從閥座35處移開，閥打開，使致冷劑開始流入毛細管，并且因此流到蒸發(fā)器。當壓縮機開始啟動時，閥件42的打開是逐漸發(fā)生的，并且在閥的兩端存在著相當大的壓降，因此冷凝器和蒸發(fā)器之間的整個壓降只有一部份加在毛細管的兩端。由于閥件42進一步從閥座35處移開，所以最終的節(jié)流壓降降低了控制閥20兩端的壓降并且增加了毛細管18兩端的壓降，并且致冷劑的總質量流增加了。在蒸發(fā)器被加熱到比正常運行溫度顯著高的溫度的情況下(無霜冰箱或冰柜在除霜循環(huán)后就是這種情況，其中的蒸發(fā)器已由除霜電加熱器進行了額外的加熱)，致冷劑流速達最大值，閥20處在相當寬的打開位置，因此幾乎所有的壓降都加在毛細管18的兩端，并且必須確定毛細管的尺寸以便在這些情況下能允許這一流動。
由于在工作循環(huán)時壓縮機連續(xù)運轉，致冷室22將繼續(xù)冷卻并且蒸發(fā)器的溫度也將下降。因此在致冷劑的總質量流中有下降，在冷凝器14出口的過冷將減少并且閥件42趨向移動關閉件到關閉狀態(tài)。但，只要在冷凝器出口存在過冷狀態(tài)，則閥門將保持在打開狀態(tài)。
當由于任何理由，例如探測室22最低溫度的恒溫器19動作，使壓縮機12停止，就不再有進入冷凝器14的任何致冷劑流動，出口處的壓力趨向于隨著液體致冷劑繼續(xù)通過閥20流動并進入毛細管18而增大。一旦該壓力達到仍舊在過冷范圍內的一個設定值，閥件42關閉，因此尖部46密封了閥座35，阻止制冷劑從冷凝器進一步流向蒸發(fā)器。這就保證沒有任何蒸汽進入蒸發(fā)器，并且只要壓縮機處于休止循環(huán)，就會阻止熱量從冷凝器傳輸至蒸發(fā)器。由于致冷劑高過過冷閥而進入蒸發(fā)器的蒸氣可能會降低系統(tǒng)的效率，因此阻止了休止循環(huán)期間的致冷劑流動也就阻止了蒸發(fā)器的加熱，并且因此阻止了室22的加熱，如果不存在閥20，就可能發(fā)生蒸發(fā)器和室22加熱的情況。
雖然冷凝器中的壓力在壓縮機休止循環(huán)期間從致冷劑的冷卻狀態(tài)連續(xù)下降，但在下一個運行循環(huán)開始壓縮機重新啟動時，在壓縮機的排放側趨向于有一個相當大的反向壓力，并且這個反向壓力要求壓縮機電機有一個比允許壓力在冷凝器和蒸發(fā)器之間處于平衡狀態(tài)下要求的啟動轉矩高得多的啟動轉矩。使用高起動轉矩的壓縮機電機就可克服這一問題，并且發(fā)現(xiàn)使用電容起動的壓縮機電機容易提供足夠大的起動轉矩，這種壓縮機的重新啟動是不存在問題的。
壓縮機重新起動后，因為關閉了閥20而在冷凝器和蒸發(fā)器之間產(chǎn)生了壓力差，運行條件的重新建立會比壓力平衡情況下更加迅速。蒸發(fā)器更加迅速地重新充滿，其結果是對運行循環(huán)期間的指定的冷卻量而言，壓縮機運行時間縮短了。
圖3中的58表示控制閥的另一個實施例，應該理解，該閥在圖1所示系統(tǒng)中所處位置與控制閥20相同。該控制閥包括閥殼60，閥殼60包括杯形的入口件61和出口件62，它們每一個都有外圍的凸沿63和64。橫向隔板件65定位在殼60內，件65也有一個外圍的凸沿66，凸沿66以夾心的形式卡在凸沿63和64之間，然后圍繞其周邊進行釬焊以便殼60均勻一致。給入口件61提供一個要和冷凝器14相連接的中心入口連接件16，給出口件或下端62提供一個還要和毛細管18相連接的出口連接件68。當將控制閥58定位在系統(tǒng)中時，最好將入口連接件67定位在最上邊，并且連接件67和68之間的軸向要基本上對齊。應該將該閥定位在系統(tǒng)的較低點，以便保證自冷凝器14至入口連接件67里的正向液體流動。
隔板件65將殼60的內部分隔成一個入口室71(在入口件61和隔板65之間)和一個出口室(在隔板65和出口件62之間)。在入口室71中，在距隔板65一個隔開的距離定位一個支撐板74，板74有一個外周邊76，將外周邊76通過焊接或釬焊固定到入口室71中的凸沿66和隔板65上，支撐板74有多個開口77以保證在室71內支撐板74兩側的自由液體溝通。
在支撐板74和隔板65之間定位一個按上、下膜件81和82形式構成的可移動的壁件，它們圍繞著邊83密封在一起并且在它們之間確定一個室80。上膜件81相對于支撐板74是固定不動的，而下膜件或可移動膜件或可移動壁件82在下端攜帶一個焊接上或銅焊上的杯84，杯84攜帶一個閥密封件86，密封件86可由適當?shù)膹椥圆牧蠘嫵?，如聚四氟乙烯，或者由完全可和該系統(tǒng)的致冷劑混用的適當?shù)念愃葡鹉z的彈性材料構成。又讓閥密封件86與圍繞開口88構成的閥座87接觸，其中的開口88是穿過隔板件65的并且提供入口室71和出口室72之間的唯一溝通關系。如果期望這樣，可以確定杯84或其它部件的形狀使杯84能和隔板65嚙合，從而就限定了杯84和密封件86靠向閥座87的移動，從而就將冷流對形成密封件86的材料的影響減至最小。
為了將上膜件81固定就位，將它固定在連接件90中的一個凸沿91上，凸沿91通過一個珠狀焊縫92固定就位在支撐板74的下側上，焊縫92是在支撐板94上方的連接件90上形成的。連接件90的上端有一個開口端94，其中密封地固定管95的端部，管95穿過入口連接件67向上伸展。在連接件90的下端，管95與上膜件81中的開口96進行密封配合，因此管95的內部和室80是完全液體溝通的，但和入口室71和出口室72卻是密封的。因此，在飽和條件下，室80以和控制閥20的第二室44相同的方式充以第二致冷劑。
因此很明顯，圖3中的閥和圖2中的閥的工作方式相同。即只要在入口室71和入口連接件67中的液體的條件是高于過冷水平的溫度和壓力，閥密封件86就與閥座87緊密嚙合在一起，阻止入口室71和出口室72之間的液體溝通，并且因此阻止通過閥的任何流動。在系統(tǒng)運行時一旦過冷條件存在，這種過冷將降低入口室71中的溫度和/或增加室71中的壓力，因此將要降低第二室80中的溫度并增加室80中的壓力，這一結果使閥密封件86自閥座87移開，因此致冷劑將按和上述相同的方式通過閥流動。
圖4表示按本發(fā)明的冰箱110的背面。冰箱110有一個箱體111，箱體111有一個后板112，后板112的下部有一開口，露出機器室114，其中裝有壓縮機116和致冷系統(tǒng)的其他部件。壓縮機116包括一個入口管路118，管路118又和一垂直管路119相接，管路119沿后板112向上伸展至蛇形管冷凝器121的上部，冷凝器121和后板112適當分開一定距離以便進行充分的空氣循環(huán)和熱傳輸。
在冷凝器121的底部，致冷劑通過連接管123接到干燥器筒122，并且從干燥器筒122的出口通過管路126接到最好按下述構成的一個流量控制閥124上，流量控制閥124的出口與向上延伸至蒸發(fā)器129的毛細管128相接，蒸發(fā)器129裝在箱體111內，毛細管128與返回管路131一般成熱傳導關系，管路131自蒸發(fā)器129的出口反向伸展至壓縮機116。如圖5和6所示，在干燥器和流量控制閥之間的管路126的一部分134平行延伸到靠近壓縮機116的返回管路131的一部分136，并且和部分136成鄰接接觸關系。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在部分134和136之間進行熱傳遞，在壓縮機啟動和停止時都通過熱傳遞改善了流量控制閥124的響應。這樣，當壓縮機斷開時，熱的壓縮機通過該返回管路將熱量送回，產(chǎn)生了加熱控制閥并因此使該閥向其閉合位置偏離開的趨勢。另一方面，當壓縮機起動時，在返回管路中的直接壓降使溫度降低，因此通過冷卻進入閥內的致冷劑也就趨向于冷卻了流量控制閥，因而閥的打開更快并且該閥能允許壓縮機起動后以最小的延遲時間穿過整個系統(tǒng)流動。
圖7詳細地表示了一個改進的流量控制閥124，閥124一般來說類似于圖3所示的閥。該閥包括上、下閥殼體143和146，它們是分別有凸沿144和147的相對的杯形部件，并且圍繞著中央隔板件151上的一個凸沿152的任一側上的邊緣將殼件143和146固定在一起，隔板件151穿過殼143和146的內部橫向伸展，將該內部分成上室153和下室154。在上殼143的中央有一個連接件以便接納來自干燥器筒122的管路126，而下殼146也有一個在148處表示的和毛細管128相連的一個出口管。
在上室153內定位一個支撐件或支撐板156。板156在距隔板件151一定距離處橫過該室153，板156在外周凸沿157處剛性地固定到隔板件151上。支撐件156包括多個開口158，以便讓致冷劑通過該支撐件自由地流到靠近隔板件151的一點。在支撐件156和隔板件151之間的空間里，定位一個由上、下膜件161和162(它們形成了一個密封室160)組成的組合件。上膜161剛性地固定到連接件164上，件164又剛性地裝在支撐件156上并和管166相接，管166形成了室160的一部分，并且向上伸入入口管路126一定的距離，以便在室153中的液體和密封室160中的液體之間進行熱傳輸。下膜件162的中央部分攜帶一個剛性固定的杯168，杯168攜帶一個彈性的閥密封件169，閥169適于與位于隔板件151中央的閥座開口171進行閥動接觸。
雖然室153和154包含充滿該系統(tǒng)的致冷劑，但包括管166在內的室160是和系統(tǒng)致冷劑隔絕開的，并且給室160充上飽和狀態(tài)下的致冷劑，這種致冷劑可能和系統(tǒng)致冷劑相同，或者可能是在飽和條件下在相同溫度時蒸汽壓更高的致冷劑。仔細校準室160內飽和致冷劑的體積，從而就能保證，通過移動下模件160就可打開和關閉該閥，因此使閥密封件167自閥座171來回移動。這一裝填量足以使閥正常關閉直到室153內并且因此在室160內的壓力和溫度達到低于過冷條件的一點設定點時為止，從而即保證了自冷凝器給室153充以過冷液體。在這些過冷條件下，室169中的致冷劑被壓縮，允許下膜件162向上移動，從而將密封件169從閥座171處移開。在上述情況進行時，閥被打開，并且致冷劑現(xiàn)在可以通入毛細管128和蒸發(fā)器129中，使箱體111得以冷卻。因而，只要壓縮機116運行，流量控制閥124就以調制方式動作，從而就保證了只有過冷液體才被允許進入毛細管128。這樣一來，隨著室153中的過冷量的增加，閥密封件169移動到離閥座171更遠的地方，以便讓增大的液體流進入毛細管，而仍舊低于設定點的過冷量的降低使閥密封件169移動到離閥座171更近的地方，以便提供附加的節(jié)流并且使進入毛細管的流量減少。
當來自恒溫器表示箱體111的該室中的溫度處于它的最低點的控制信號使壓縮機116停止運轉時，就不再存在進入冷凝器121的任何流動，其結果是降低了室153中的過冷狀態(tài)并且最終出現(xiàn)在冷凝器出口存在蒸汽的狀態(tài)。在沒有流量控制閥124的情況下，這些蒸汽可能隨后進入毛細管，并且因此進入蒸發(fā)器129，引起一種加熱效應，這種加熱效應可能會抵消某些較早的冷卻作用。為防止這種情況，一旦過冷狀態(tài)被降低到低于設定點，就關閉該流量控制閥，并且閥密封件169就要移動，和閥座171密封嚙合，從而就阻止致冷劑從冷凝器進入毛細管的任何流動。通過在壓縮機斷開時保持閥閉合，使由通過毛細管的氣流產(chǎn)生的熱不會傳到蒸發(fā)器中，并且趨向于變成剩余液體留在冷凝器中，因此在壓縮機重新起動讓流量控制閥打開后，過冷條件的重新建立相當迅速。然而重要的是，在壓縮機處于休止循環(huán)時該閥并沒有重新打開。在某些情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以效率的合理損失可使閥重新打開，并且相信，這樣做的原因之一是在室154中存在大量液體形式的致冷劑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在壓縮機停止工作并且閥關閉后，室154中的液體致冷劑由于來源于現(xiàn)存的壓差的穿過毛細管的附加流動而逐漸揮發(fā)。在室154中轉變成氣體的該致冷劑的相變產(chǎn)生了一種趨向于把熱量從隔板件151的另一側吸收到下述部位的冷卻作用，該部位就是膜室160的條件使該致冷劑產(chǎn)生足以使閥重新打開的過冷狀態(tài)的部位。一旦在休止循環(huán)發(fā)生這種情況，閥將不重新關閉，并且流量控制閥就沒能阻止熱量傳到蒸發(fā)器。
為了解決這一問題，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將下室154的體積減少到一個絕對的最小值，就有可能有效地阻止閥的重新打開。為此，可以用一由適當塑料材料(如尼龍)構成的插入物173基本上將下室填滿，或者可將出口管148的長度縮短，使至毛細管128的入口盡量靠近閥座開口171。當然，也可通過重新成型下殼146來減少這一體積，從而使下室體積最小。
為了進一步阻止壓縮機停止工作時該閥的重新打開，并且也為了增加壓縮機重新起動后閥重新打開的響應時間，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以期望在靠近壓縮機116的位置安裝流量控制閥124，并且實際上讓至流量控制閥124的入口管路和壓縮機自蒸發(fā)器的返回管路131實現(xiàn)熱交換接觸。由于流量控制閥124應安裝在和沿一個垂直軸安置的入口管路126和出口管路148相垂直的位置上，最好將入口管路126的上端彎成一個角度，以便延長一段和返回管路131平行并盡可能距壓縮機近的短距離，從而使在入口管路126和壓縮機本身之間的返回管路131的長度最小。為了有助于實現(xiàn)熱傳導接觸，要通過圖5所示的金屬卡子把這些管路固定成鄰接接觸關系。金屬卡最好由彈簧鋼扁帶176構成，扁帶176圍繞管路并鄰接接觸，因此在兩個管路之間進行的熱傳輸不僅通過管路之間的鄰接接觸實現(xiàn)，也通過圍繞每根管路周邊的相當大部分的金屬卡子本身實現(xiàn)的。
圖6表示另一種不同的安排，其中沒有金屬卡子176、焊縫179固定到兩個管上，不僅將兩管固定成鄰接接觸關系，而且也通過焊縫本身提供了熱傳輸。
通過在返回管路131和通至流量控制閥124的入口管路126之間提供熱傳輸，使流量控制閥124在壓縮機116的起動和停止這兩方面的性能都得以改善。當壓縮機停止時，通過從相當熱的壓縮機，返回穿過返回管路137，至入口管路126的熱傳輸，進一步阻止了流量控制閥124和室160的冷卻。由于管路126中的管路166形成室160的延伸部分，因此來自于返回管路131的熱傳輸使管路126迅速加熱，這又使熱量加到160室和管路166中的致冷劑上，從而即可保證只要壓縮機停止閥124就可靠地保持關閉。當壓縮機重新起動時，由于壓縮機的空吸作用，返回管路131隨著其中壓力的降低而趨向于立即冷卻。因此，返回管路131中的這一冷卻要從管路126吸收熱量，從而進一步在室160和管路166中產(chǎn)生冷卻，這就將保證在通過從冷凝器121流入致冷劑產(chǎn)生過冷條件時該閥門能迅速打開。
由于采用了這些措施，流量控制閥124能更迅速和更可靠地動作，不僅在壓縮機起動和停止時該閥能迅速打開和關閉，而且能在休止循環(huán)期間避免閥的任何可能的重新打開，閥的這種重新打開能導致系統(tǒng)的效率損失。
權利要求
1.一種致冷箱，包括一個室、一個壓縮機、一個冷凝器、一個在所說室中的蒸發(fā)器、一個連接所說蒸發(fā)器和所說冷凝器的毛細管，它們都位于包含一個第一致冷劑的閉合回路內，一個根據(jù)所說室內的溫度有選擇性地給所說壓縮機通電以維持所說室內溫度在預定范圍的恒溫器，一個在所說冷凝器和所說毛細管之間的流量控制閥，所說流量控制閥有一個確定了一個第一室的閥殼，一個至所說連到所說冷凝器的第一室的入口，一個從所說第一室至所說毛細管的出口，一個在所說閥體的所說出口處的閥座，一個在所說第一室內確定一個第二室的可移動的壁件，所說可移動的壁件固定到所說閥殼上，一個通過所說可移動壁件的移動可相對于所說閥件來回移動動作的閥件，所說第二室充以預先確定數(shù)量的飽和的第二致冷劑，因此當所說第一室中的所說第一致冷劑的過冷量大于予定的數(shù)量時，所說閥件與所說閥座分隔開，并且當所說第一室中的所說致冷劑的過冷量小于所說預定的數(shù)量時，所說閥件被移動到與所說閥座嚙合，所說閥件與所說閥座的嚙合就阻止了所說第一致冷劑從所說入口至所說出口的任何流動。
2.如權利要求1所述的致冷箱，其中所說的可移動壁件是一種一部分固定到所說閥殼，另一部分固定到所說閥件上的軟管。
3.如權利要求1所述的致冷箱，其中所說第二致冷劑與所說第一致冷劑相同。
4.如權利要求1所述的致冷箱，其中所說的第二致冷劑的蒸氣壓比相同溫度下的所說第一致冷劑的蒸氣壓高。
5.一種致冷箱，包括一個室、一個壓縮機、一個冷凝器、一個在所說室中的蒸發(fā)器、一個在包含一個第一致冷劑的閉合回路中連接所說冷凝器和所說蒸發(fā)器的毛細管，所說回路包括一個自所說蒸發(fā)器至所說壓縮機的返回管路，一個根據(jù)所說室內的溫度有選擇性地給所說壓縮機通電以維持所說室內溫度在予定范圍內的恒溫器，一個在所說冷凝器和所說毛細管之間的過冷流量控制閥，所說流量控制閥有一個閥殼，一個連到所說冷凝器的至所說閥殼的入口管路，一個自所說閥殼至所說毛細管的出口，當在所說入口管路的致冷劑的過冷量大于一個予定數(shù)量時所說流量控制閥動作，打開所說的閥并讓致冷劑從所說冷凝器流入所說毛細管，并且當在所說第一室中的所說致冷劑的過冷量小于所說予定數(shù)值時關閉所說的閥，阻止致冷劑流入所說毛細管，所說流量控制閥殼在所說致冷箱中靠近所說壓縮機定位，使所說入口管路與所說返回管路成熱傳導接觸。
6.如權利要求5所述的致冷箱，其中包括固定到所說管路并且固定到所說返回管路的傳熱裝置。
7.如權利要求6所述的致冷箱，其中所說的傳熱裝置是一種在所說管路和所說返回管路上伸展的金屬卡子。
8.如權利要求6所述的致冷箱，其中所述的傳熱裝置是一個焊接的接點。
9.一種致冷箱，包括一個室、一個壓縮機、一個冷凝器、一個在所說室內的蒸發(fā)器，一個在包含一種第一致冷劑的閉合回路中具有一個連到所說蒸發(fā)器的出口以及一個連到所說冷凝器入口的毛細管，一個根據(jù)所說室的室內溫度有選擇性的對所說壓縮機通電以維持所說室內的溫度在一個予定范圍內的恒溫器，一個在所說冷凝器和至所說毛細管的所說入口之間的流量控制閥，所說流量控制閥具有一個確定了一個第一室的閥殼，一個連接到所說冷凝器至所說第一室的入口，一個自所說第一室至所說毛細管的出口，一個在所說閥殼上的所說出口處的閥座，一個在所說第一室中確定了一個第二室的可移動壁件，所說可移動壁件固定到所說閥殼上，一個通過所說可移動壁件可相對于所說閥座來回移動動作的閥件，所說第二室充以予定數(shù)量的飽和第二致冷劑，因此當在所說第一室中的所說第一致冷劑的過冷量大于一個予定的數(shù)量時，所說閥件與所說閥座分開，并且當在所說第一室中所說致冷劑的過冷量小于所說預定量時，移動所說閥件使之與所說閥座嚙合，所說閥件與所說閥座的嚙合阻止了自所說入口至所說出口的致冷劑的任何流動，在所說閥座和所說毛細管入口之間的空間里的致冷劑的體積足夠小，以致于所說致冷劑體積的揮發(fā)都不足以冷卻所說第二室，不會使所說閥件從所說閥座上移開并重新打開已關閉的閥。
10.如權利要求9所說的致冷箱，其中在所說閥座和所說毛細管入口之間的空間確定了一個第三室，并且所說第三室用一種惰性件幾乎充滿。
11.如權利要求10所述的致冷箱，其中所說的惰性件是一塑料插入物。
12.如權利要求11所述的致冷箱，其中所說的塑料是尼龍。
全文摘要
一種用于冷卻一個箱體的蒸汽壓縮致冷系統(tǒng)，有一個用于循環(huán)地通、斷壓縮機以便在箱內維持預定溫度范圍的恒溫器，該系統(tǒng)在至節(jié)流手細管的入口處包括一個過冷流量控制閥。該閥通過包含一種致冷劑的密封軟管來動作，因此該閥是對進入該閥的液體進行響應的。校準該閥，使僅有過冷的液體致冷劑才能流過該閥，并且如果進入的致冷劑高過預定水平，該閥將關閉，完全堵塞了在冷凝器和蒸發(fā)器之間的所有流動，并且在壓縮機不運行時該閥將一直停留在關閉位置。
文檔編號F25B41/04GK1067113SQ9210296
公開日1992年12月16日 申請日期1992年3月19日 優(yōu)先權日1991年3月19日
發(fā)明者杰羅姆D·波拉斯, 威廉姆G·尼爾松, 格雷R·比特, 小薩米C·比奇 申請人:懷特聯(lián)合工業(yè)公司