专利名称：一种自动调节制冷工质流量的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于制冷技术领域，具体涉及一种自动调节制冷工质流量的装置。
背景技术：
制冷循环广泛应用于制冷、空调、热泵系统中，实现对物体或者空间的制冷、制热。 制冷系统中最关键的技术就是对制冷剂流量的控制。目前还没有成熟的控制技术可能，广 泛采用主要有基于毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀作为制冷剂流动自动控制的装置，这些 控制装置都存在严重的局限性，限制了制冷技术的发展。毛细管虽然价格便宜，但是属于定 流量控制装置，在运行参数改变的情况下，系统的运行效率大打折扣、甚至不能安全运行。 热力膨胀阀具有非常有限的负荷变化范围，而且只能针对指定纯工质。对于混合工质，特别 是非共沸混合工质，热力膨胀阀无能为力。电子膨胀阀虽然从原理上来说，可以对非共沸工 质提供膨胀过程，但是设备、制造非常复杂，该技术还处于研发阶段，并且不能提供适用于 各种混合工质的通用膨胀技术。
实用新型内容实用新型目的本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于各 种制冷循环的自动调节制冷工质流量的装置，实现对各种制冷工质流量的自动控制、和对 制冷剂的优化分布。技术方案本实用新型所述的一种自动调节制冷工质流量的装置，包括压缩机、冷 凝器、干燥过滤器、电磁阀、浮球膨胀阀、球阀、储液器、蒸发器和气液分离器，所述压缩机的 出口与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口通过所述干燥过滤器和电磁阀与所述浮 球膨胀阀进口连接，所述浮球膨胀阀的出口与所述蒸发器进口连接，所述蒸发器的出口与 所述气液分离器进口连接，所述气液分离器的出口与所述压缩机的进口连接；所述浮球膨 胀阀的顶部排气口与所述干燥过滤器的进口连接；所述浮球膨胀阀的底部通过所述球阀与 所述储液器连接；从所述压缩机出来的高温高压制冷工质进入所述冷凝器后被冷凝成液 态，液态工质经过所述干燥过滤器和电磁阀后进入所述浮球膨胀阀；所述浮球膨胀阀的底 部通过所述球阀与储存液体工质的储液器连接；从所述浮球膨胀阀的出液口出来的液态工 质进入所述蒸发器蒸发后，制冷工质被注入所述气液分离器，部分未完全蒸发的制冷工质 被分离出来，气态工质通过进气管回到所述压缩机的进气机构；所述浮球膨胀阀包括高压腔体、低压腔体和由浮子与依次串联固定在阀杆上的阀 芯一、阀芯二组成的双阀芯结构；所述高压腔体上设置有三个开孔，分别为用于高压流体流入的浮球膨胀阀进口、 用于低压流体流出的浮球膨胀阀出口和用于高压腔体上部高压气体排出的排气口 ；所述低压腔体通过支座固定在所述高压腔体内底部；所述低压腔体上设置有三个 开孔，分别为用于低压流体流出的低压腔体开孔一、用于安装孔板二与孔板一的低压腔体 开孔二和低压腔体开孔三；所述低压腔体开孔一与所述浮球膨胀阀出口相对应，通过管道连接；所述低压腔体开孔二与低压腔体开孔三分别设置在所述低压腔体的上端和下端相对 应的位置；所述双阀芯结构中，所述浮子的上端套入在与高压腔体内顶部固定连接的套杆 中，所述浮子的下端与阀杆的上端固定连接，所述阀杆穿过所述低压腔体上的低压腔体开 孔二和低压腔体开孔三，固定在所述阀杆上的阀芯一和阀芯二分别与所述孔板一与孔板二 对应，构成两个阀门，通过所述浮子的上升下降控制阀门的开启度。所述装置用于单功能制冷机组时，所述冷凝器为外机，所述蒸发器为内机。所述装置用于单功能制热机组时，所述冷凝器为内机，所述蒸发器为外机。所述装置用于可转换制冷、制热模式的机组时，所述冷凝器为外机或内机，所述蒸 发器对应为内机或外机；所述压缩机、所述内机、所述外机以及所述气液分离器之间通过一 个四通阀连接；所述外机、所述内机分别通过一个单向阀与所述干燥过滤器连接；所述浮 球膨胀阀的出口分别通过一个单向阀与所述内机和所述外机连接。为了方便所述浮球膨胀阀的高压腔体内部的设置，所述高压腔体由上下两部分构 成，两部分之间通过法兰连接。本实用新型的膨胀阀采用的是双阀芯结构，使得高低压流体作用在两个阀芯上的 作用力相互抵消，如此阀门的开启与关闭直接跟高压腔体内的液位相关；在高压流体未进 入高压腔体内时，阀芯是落在孔板上的，也就是阀门是关闭的；高压流体从浮球膨胀阀进口 流入高压腔体内，当高压腔体内达到一定的液位时，由于浮子受到浮力作用会上升，从而带 动阀芯的上升，从而将阀门开启。高压腔体内的高压流体从孔板一和孔板二处进入低压腔 内，经过节流之后变为低压流体，从低压腔体开孔一、浮球膨胀阀出口流出整个节流装置。本实用新型与现有技术相比，其有益效果是1、本实用新型采用浮球膨胀阀与储 液器、气液分离器的组合机构，来优化调节制冷工质的循环流量和分布，该装置应用有助于 简化系统控制、降低设备成本、提高系统性能系数和负荷，适用于各种类型的制冷工质，特 别是混合工质；2、本实用新型采用的浮球膨胀阀消除了压差作用力的冲击作用，膨胀阀的 开度仅仅受浮球浮力的作用，该膨胀阀能够及时排出冷凝器中已经冷凝的液体工质，确保 冷凝器始终为冷凝制冷工质提供最大的传热面积，有助于降低冷凝压力和冷凝温度，提高 系统COP;而普通浮球控制的膨胀阀，会因为压差作用力使阀体震荡失控，造成制冷剂在蒸 发器中的脉冲式震荡流动，降低蒸发器的传热能力、降低系统的可靠性；3、本实用新型装置 适应于所有工质，无论是纯工质、还是混合工质；对于混合工质，无论组分浓度如何变化，该 系装置都能实现安全、可靠的工质流动控制；4、本实用新型装置通过配套四通阀和相应的 单向阀控制系统，可以实现对混合工质热泵的制冷、制热模式转换，消除了常规混合工质系 统组分浓度不同所带来的控制方面的复杂性、安全隐患，可以将混合工质当成纯工质一样 使用，这极大地方便了混合工质的研发和应用；5、本实用新型装置通过设置储液器，与气液 分离器的储液功能相配套，除了提供多余工质的储存功能外，还可以实现对混合工质浓度 的优化调节，通过对被储存工质成分的区别选取，可以改变循环工质的浓度，从而实现系统 的参数控制、提高节能效应的作用；6、本实用新型装置避免了蒸发器内工质流动的震荡，提 供蒸发器平缓稳定的工质流动环境，确保了制冷工质在蒸发器中的高效、稳定蒸发过程；配 合气液分离器的使用，蒸发器的全部传热面都处于气液两相湿蒸汽作用下，提高了蒸发器 的传热系数、传热量；7、本实用新型由于提高冷凝器的传热性能、提高蒸发器的传热性能，不但可以提高系统的制冷、制热负荷，还可以提高系统性能系数15%以上。
图1为本实用新型实施例1和实施例2的结构示意图。图2为本实用新型实施例3的结构示意图。图3为本实用新型实施例4的结构示意图。图4为本实用新型装置中浮球膨胀阀的结构示意图。图5为本实用新型装置中浮球膨胀阀工作原理说明图。
具体实施方式
以下结合附图，通过最佳实施例，对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实 用新型的保护范围不局限于所述实施例。实施例1 如图1所示，本实用新型装置用于可转换制冷、制热模式的机组时，当机组为制冷 模式时，外机M为冷凝器，内机25为蒸发器，从压缩机21出来的高温高压制冷工质进入 四通阀23，从端子d进入从端子a流出，进入外机M，被冷凝成液态。液态工质在单向阀 四的引导下，经由干燥过滤器27和电磁阀观，进入浮球膨胀阀沈，根据需要可以开启球阀 213，在储液器214中储存液态工质；一般情况下，从外机M流来的液态工质将直接注入浮 球膨胀阀26的工作腔，由于该阀的特殊设计，阀体只受浮球浮力的作用，不受膨胀阀压差 作用力的影响，阀体的动作平缓自如，能够按照外机M冷凝速率将工质膨胀并输送出膨胀 阀沈；在单向阀210的诱导下，制冷工质流入内机25、并在内机25进行蒸发过程；离开内 机25后，制冷工质经过四通阀23的c、b端子，注入气液分离器22，在这里，部分未完全蒸 发的制冷剂被分离出来、聚集在气液分离器22的底部；进气管从气液分离器22中获得气态 工质，并且通过其带油孔夹带一些富油液体回到压缩机21的进气机构。所述浮球膨胀阀，如图4所示，包括高压腔体1、低压腔体2和由浮子9与依次串联 固定在阀杆6上的阀芯一 4、阀芯二 5组成的双阀芯结构；所述高压腔体1由上下两部分构成，两部分之间通过法兰连接；所述高压腔体1上 设置有三个开孔，分别为用于高压流体流入的浮球膨胀阀进口 11、用于低压流体流出的浮 球膨胀阀出口 12和用于高压腔体上部高压气体排出的排气口 13;所述低压腔体2通过支座3固定在所述高压腔体1内底部；所述低压腔体2上设 置有三个开孔，分别为用于低压流体流出的低压腔体开孔一 14、用于安装孔板二 8与孔板 一 7的低压腔体开孔二 15和低压腔体开孔三16 ；所述低压腔体开孔一 14与所述浮球膨胀 阀出口 12相对应，通过管道连接；所述低压腔体开孔二 15与低压腔体开孔三16分别设置 在所述低压腔体2的上端和下端相对应的位置；所述双阀芯结构中，所述浮子9的上端套入在与高压腔体1内顶部固定连接的套 杆10中，所述浮子9的下端与阀杆6的上端固定连接，所述阀杆6穿过所述低压腔体2上 的低压腔体开孔二 15和低压腔体开孔三16，固定在所述阀杆6上的阀芯一 4和阀芯二 5分 别与所述孔板一 7与孔板二 8对应，构成两个阀门，通过所述浮子9的上升下降控制阀门的
开启度。[0027]具体工作原理为在高压流体未进入高压腔体内时，阀芯是落在孔板上的，也就是 阀门是关闭的；高压流体从浮球膨胀阀进口流入高压腔体内，当高压腔体内达到一定的液 位时，由于浮子受到浮力作用会上升，从而带动阀芯的上升，从而将阀门开启；高压腔体内 的高压流体从孔板一和孔板二处进入低压腔内，经过节流之后变为低压流体，从低压腔体 开孔一、浮球膨胀阀出口流出整个节流装置。本实用新型采用的是双阀芯结构，使得高低压 流体作用在连个阀芯上的作用力相互抵消。如此阀门的开启与关闭直接跟高压腔体内的液 位相关，工作原理如图5所示，阀芯一4受到高压腔体内的高压流体对其向上的作用力Fgl， 低压腔体的低压流体对其向下的作用力Fdl，阀芯二 5受到高压腔体内的高压流体对其向 下的作用力Fg2，低压腔体的低压流体对其向上的作用力Fd2。压力等于压强乘以作用面 积。由图2很容易就看出Fgl =Fg2，Fdl = Fd2，由此，作用在阀芯一和阀芯二上的力相互 抵消。包括阀芯一 4、阀芯二 5、阀杆6、浮子9的这一块装置只受到总体向下的重力、向上 的浮力、阀杆6受到的高压流体向上的作用力。由于阀芯一 4、阀芯二 5体积相当小，浮子9 的密度小，因此如此阀门的开启与关闭直接跟浮力相关，也就是跟高压腔体内的液位相关。实施例2 如图1所示，本实用新型装置用于可转换制冷、制热模式的机组时，当机组为制热 模式时，外机M为蒸发器，内机25为冷凝器，从压缩机21出来的高温高压制冷工质进入 四通阀23，从端子d进入从端子c流出，进入内机25，被冷凝成液态。液态工质在单向阀 211的引导下，经由干燥过滤器27和电磁阀观，进入浮球膨胀阀沈，根据需要可以开启球阀 213，在储液器214中储存液态工质；一般情况下，从内机25流来的液态工质将直接注入浮 球膨胀阀26的工作腔，由于该阀的特殊设计，阀体只受浮球浮力的作用，不受膨胀阀压差 作用力的影响，阀体的动作平缓自如，能够按照内机25冷凝速率将工质膨胀并输送出膨胀 阀沈；在单向阀212的诱导下，制冷工质流入外机M、并在外机对内进行蒸发过程；离开外 机M后，制冷工质经过四通阀23的a、b端子，注入气液分离器22，在这里，部分未完全蒸 发的制冷剂被分离出来、聚集在气液分离器22的底部；进气管从气液分离器22中获得气态 工质，并且通过其带油孔夹带一些富油液体回到压缩机21的进气机构。所述浮球膨胀阀的结构同实施例1。实施例3:如图2所示，本实用新型装置用于单功能制冷机组时，外机M为冷凝器，内机25 为蒸发器，从压缩机21出来的高温高压制冷工质进入外机M，被冷凝成液态工质。液态工 质经由干燥过滤器27和电磁阀观，进入浮球膨胀阀沈，根据需要可以开启球阀213，在储 液器214中储存液态工质；一般情况下，从外机M流来的液态工质将直接注入浮球膨胀阀 26的工作腔，由于该阀的特殊设计，阀体只受浮球浮力的作用，不受膨胀阀压差作用力的影 响，阀体的动作平缓自如，能够按照外机冷凝速率将工质膨胀并输送出膨胀阀26 ；膨胀后 的制冷工质流入内机25、提供制冷量并完成蒸发过程；离开内机25后，制冷工质流入气液 分离器22，在这里，部分未完全蒸发的制冷剂被分离出来、聚集在气液分离器22的底部；进 气管从气液分离器22中获得气态工质，并且通过其带油孔夹带一些富油液体回到压缩机 21的进气机构。所述浮球膨胀阀的结构同实施例1。实施例4 [0035]如图3所示，本实用新型装置用于单功能制热机组时，外机M为蒸发器，内机25 为冷凝器，从压缩机21出来的高温高压制冷工质进入内机25，被冷凝成液态并提供制热负 荷。液态工质经由干燥过滤器27和电磁阀观，进入浮球膨胀阀沈，根据需要可以开启球阀 213，在储液器214中储存液态工质；一般情况下，从内机流来的液态工质将直接注入浮球 膨胀阀26的工作腔，由于该阀的特殊设计，阀体只受浮球浮力的作用，不受膨胀阀压差作 用力的影响，阀体的动作平缓自如，能够按照内机冷凝速率将工质膨胀并输送出膨胀阀26 ； 膨胀后的制冷工质流入外机M、在外机M内吸收热量并完成蒸发过程；离开外机M后，制 冷工质流入气液分离器22，在这里，部分未完全蒸发的制冷剂被分离出来、聚集在气液分离 器22的底部；进气管从气液分离器22中获得气态工质，并且通过其带油孔夹带一些富油液 体回到压缩机21的进气机构。所述浮球膨胀阀的结构同实施例1。如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得 解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围 前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
权利要求1.一种自动调节制冷工质流量的装置，其特征在于包括压缩机、冷凝器、干燥过滤 器、电磁阀、浮球膨胀阀、球阀、储液器、蒸发器和气液分离器，所述压缩机的出口与所述冷 凝器的进口连接，所述冷凝器的出口通过所述干燥过滤器和电磁阀与所述浮球膨胀阀进口 连接，所述浮球膨胀阀的出口与所述蒸发器进口连接，所述蒸发器的出口与所述气液分离 器进口连接，所述气液分离器的出口与所述压缩机的进口连接；所述浮球膨胀阀的顶部排 气口与所述干燥过滤器的进口连接；所述浮球膨胀阀的底部通过所述球阀与所述储液器连 接；所述浮球膨胀阀包括高压腔体、低压腔体和由浮子与依次串联固定在阀杆上的阀芯 一、阀芯二组成的双阀芯结构；所述高压腔体上设置有三个开孔，分别为用于高压流体流入的浮球膨胀阀进口、用于 低压流体流出的浮球膨胀阀出口和用于高压腔体上部高压气体排出的排气口；所述低压腔体通过支座固定在所述高压腔体内底部；所述低压腔体上设置有三个开 孔，分别为用于低压流体流出的低压腔体开孔一、用于安装孔板二与孔板一的低压腔体开 孔二和低压腔体开孔三；所述低压腔体开孔一与所述浮球膨胀阀出口相对应，通过管道连 接；所述低压腔体开孔二与低压腔体开孔三分别设置在所述低压腔体的上端和下端相对应 的位置；所述双阀芯结构中，所述浮子的上端套入在与高压腔体内顶部固定连接的套杆中，所 述浮子的下端与阀杆的上端固定连接，所述阀杆穿过所述低压腔体上的低压腔体开孔二和 低压腔体开孔三，固定在所述阀杆上的阀芯一和阀芯二分别与所述孔板一与孔板二对应， 构成两个阀门，通过所述浮子的上升下降控制阀门的开启度。
2.根据权利要求1所述的自动调节制冷工质流量的装置，其特征在于所述装置用于 制冷机组时，所述冷凝器为外机，所述蒸发器为内机。
3.根据权利要求1所述的自动调节制冷工质流量的装置，其特征在于所述装置用于 制热机组时，所述冷凝器为内机，所述蒸发器为外机。
4.根据权利要求1所述的自动调节制冷工质流量的装置，其特征在于所述装置用于 可转换制冷、制热模式的机组时，所述冷凝器为外机或内机，所述蒸发器对应为内机或外 机；所述压缩机、所述内机、所述外机以及所述气液分离器之间通过一个四通阀连接；所述 外机、所述内机分别通过一个单向阀与所述干燥过滤器连接；所述浮球膨胀阀的出口分别 通过一个单向阀与所述内机和所述外机连接。
5.根据权利要求1 4中任一权利要求所述的自动调节制冷工质流量的装置，其特征 在于所述高压腔体由上下两部分构成，两部分之间通过法兰连接。
专利摘要本实用新型公开一种自动调节制冷工质流量的装置，其特征在于包括压缩机、冷凝器、干燥过滤器、电磁阀、浮球膨胀阀、球阀、储液器、蒸发器和气液分离器，所述压缩机的出口与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口通过所述干燥过滤器和电磁阀与所述浮球膨胀阀进口连接，所述浮球膨胀阀的出口与所述蒸发器进口连接，所述蒸发器的出口与所述气液分离器进口连接，所述气液分离器的出口与所述压缩机的进口连接；所述浮球膨胀阀的顶部排气口与所述干燥过滤器的进口连接；所述浮球膨胀阀的底部通过所述球阀与所述储液器连接。本实用新型由于提高冷凝器的传热性能、提高蒸发器的传热性能，不但可以提高系统的制冷、制热负荷，还可以提高系统性能系数15％以上。
文档编号F25B41/06GK201917150SQ201020649399
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者乔卫来, 俆相梅, 安二铭, 庞丽颖, 朱晟, 陈九法, 陈军伟, 高龙 申请人:东南大学