专利名称：跨临界二氧化碳制冷系统自动调节式节流短管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制冷系统节流元件，具体地说是一种跨临界二氧化碳制冷系 统自动调节式节流短管，属于制冷技术领域。
背景技术：
二氧化碳是一种自然制冷剂，有利于保护环境，同时跨临界二氧化碳制冷循 环的性能也与传统氟利昂制冷循环相当，因此被广泛认为有很大的发展前途。
跨临界二氧化碳制冷系统的高低压的控制特性与常见的压縮式制冷系统有 较大的不同。目前常用的压縮式制冷系统采用亚临界循环，不管是高压侧还是低 压侧，温度与压力均密切相关。在机组运行过程中，主要是通过调节节流元件来 控制蒸发压力与温度，提高系统的工作效率。对于高压侧来讲，冷凝温度主要依 赖于冷却介质的温度与流量，冷凝压力与冷凝温度一一对于，而高压侧的压力即 为冷凝压力，因此高压侧的压力基本上依赖于冷却介质的温度与流量，在系统中 不需要专门进行控制。对于跨临界二氧化碳系统来讲，其高压侧制冷剂发生的不 是冷凝过程，而是超临界气体的冷却过程，其压力与温度是两个独立的变量。因 此尽管温度受到冷却介质的限定，但是压力则不直接受到限制。在跨临界二氧化 碳制冷系统中，高压侧压力可达70 150bar，是常用制冷装置的7 10倍。另 外高压侧的压力特性对于系统的工作效率有很大的影响，对于某一工况存在一个 最优压力，使得系统能效比达到最大。因此不管是从安全性还是从热效率角度考 虑，在跨临界二氧化碳制冷系统中，均不能像通常的亚临界循环制冷系统那样， 不设置直接对高压侧压力进行调节的装置。为了保证跨临界二氧化碳制冷装置高 压侧压力得到控制，可以采用节流机构来控制高压侧的压力。当高压侧压力过高 时，增大节流机构的开度，而当压力偏低时，则减小开度。
经对现有技术文献的检索发现中国专利公开号为CN1737472A，
公开日为 2006年2月22日，专利名称为跨临界二氧化碳制冷系统节流短管，提出一种 可调节流量的节流短管，其核心是采用一种机械式的带有内部旁通功能的节流短管作为节流元件，其流量可以根据节流短管进口高压的变化实现自动调节。该 机构内部设置了一个主节流短管和一个辅助节流短管，主节流短管始终处于打开 状态，流量的变化靠辅助节流短管调节，通过调节流量大小来控制气体冷却器内 的压力。这个方案中的节流短管对于变化的气体冷却器出口温度必须用调节螺栓 改变弹簧的预紧力，以此来调节出最优压力，不具有自动调节的功能，对节流短 管的使用带来麻烦。
到目前为止，还没有出现适用于跨临界二氧化碳制冷系统的，采用新型感温 元件针对不同的气体冷却器出口温度自动调节出系统最优压力的，不需要另外引 入控制电路驱动的可调节式节流机构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种跨临界二氧化碳制冷系统 自动调节式节流短管，能够随气体冷却器出口温度的变化自动调节系统最优压 力，调节灵敏度高，具有较高的可靠性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出的跨临界二氧化碳制冷系统 自动调节式节流短管包括阀体、阀座、阀口、阀针、进气通道构件、进气孔道、 进气腔、传动板、记忆弹簧、感温膜片、进气管、出气管。阀体右端设有进气管， 阀体左端设有出气管，阔口位于阀座上，进气腔通过设置于进气通道构件上的进 气孔道与进气管导通，在进气通道构件靠近进气管一端设有一被环形圈压装的感 温膜片，记忆弹簧的右端紧贴感温膜片的一侧，并与进气管一端相隔离，记忆弹 簧的左端与一带有阔针的传动板接触。阀座与进气通道构件之间设置一定位圈，
三者均装配固定在阔体的内壁面上。感温膜片用于感温的记忆弹簧与之相接触， 记忆弹簧形变产生的力作用于传动板，同时，通过进气孔道与进气管相通的进气 腔压力也作用于传动板，传动板受力并带动阀针左右运动，以改变阀针头部与阀 口形成的喉部的流通面积。
进气通道构件的环形圆周上均布进气孔道，其总的流通面积大于阀口的面 积。进气通道构件与传动板和感温膜片构成的密闭空间为真空状态。传动板外周 处嵌设有密封圈。当传动板运动至右止点时，阔口刚好完全打开。
所述的记忆弹簧采用形状记忆合金制成，它是一种具有记忆特性的特殊合金 材料，在不同温度下记忆弹簧会自动伸縮为所记忆的形状。同时，这种材料还具有超弹性，它的应变量可高达20%，卸载应力后，能完全恢复到原来的形状。本 发明中所选用的记忆弹簧是依据二氧化碳制冷系统的压力——温度特性进行设 计的，具体的是依据二氧化碳制冷系统高压侧的最优压力——气体冷却器出口温 度特性对记忆弹簧的形变——温度特性进行设计选型，使其在一定温度下由形变 产生的压力与二氧化碳制冷系统高压侧的最优压力一一对应。由于记忆弹簧对温 度的高精度形状记忆性能，以及快速的形状恢复特点，将其用作自动调节式节流 短管的感温元件将大大提高调节精度。
本发明的跨临界二氧化碳制冷系统自动调节式节流短管安装在制冷系统中 的气体冷却器与蒸发器之间，在制冷系统运行时，由气体冷却器流出的过冷或超 临界流体通过进气孔道流入进气腔，腔内压力P2作用于传动板左侧面和阀针的 左端头部，同时记忆弹簧通过感温膜片感受到气体冷却器出口的制冷剂温度，将 会根据自身的形变——温度特性发生相应于上游气体冷却器出口温度的伸缩变 化，但由于传动板运动行程的限制，记忆弹簧不能自由伸展，因此将发生压縮形 变，根据本发明的设计，当阀针与阀口相接触时记忆弹簧对传动板产生的压力等 于最优压力，并且随记忆弹簧感受到的温度的变化，压縮形变产生的对传动板的 压力P,也相应地变化。当在某一气体冷却器出口温度和压力下，Pl大于P"阀口 处于关闭状态，随着系统压缩机的不断运转，气体冷却器内部高压气体压力将升 高，进气腔内的压力P2也将逐渐升高达到并大于记忆弹簧施加于传动板的压力 Pu此时传动板带动阀针将向右运动并打开阀口，使得通过节流短管的流量丌始 增大。随着流量的不断增大，P2将由较高压力逐渐降低，此时传动板将带动阀针 重新运动至阀口位置，P2降低到与Pi相等，但很快又会随高压侧压力重新升高， 继续重复循环这一压力变化过程，最终使得&始终趋向于Pi，也即气体冷却器 出口压力总能达到相应出口温度下的最优压力。因此，由节流短管开度的自动调 节将使跨临界二氧化碳制冷系统的工作效率始终处于最佳状态。
通过上述的调节控制方式，本发明的节流短管能够应对系统状态的变化自动 将高压侧压力调至最优压力，相比于同类型其它节流机构，本发明完全依靠自身 的压力传导与感温元件进行调节控制，在拓宽调节范围并提高调节精度的同时也 不用任何额外的阀门驱动装置。
图l为本发明的结构示意图。
图中阀体l，阀座2，阀口3，阀针4，传动板5，记忆弹簧6，感温膜片 7，进气通道构件8，进气孔道9，环形圈10，定位圈11，密封圈12，右止点13， 进气管14，出气管15，进气腔16。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的具体实施做进一步描述。
如图1所示，本发明包括阀体l、阀座2、阀口3、阀针4、传动板5、记 忆弹簧6、感温膜片7、进气通道构件8、进气孔道9、进气管14、出气管15、 进气腔16。
阀体1右端设有进气管14，阀体1左端设有出气管15，阀口3位于阀座2 上，进气腔16通过设置于进气通道构件8上的进气孔道9与进气管14导通，在 进气通道构件8靠近进气管14 一端设有一被环形圈10压装的感温膜片7，记忆 弹簧6的右端紧贴感温膜片7的一侧，并与进气管14 一端相隔离，记忆弹簧6 的左端与一带有阔针4的传动板5接触。阀座2与进气通道构件8之间设置一定 位圈11，三者均装配固定在阀体1的内壁面上。
记忆弹簧6采用形状记忆合金制成，在运行工况范围内均处于压縮状态。进 气通道构件8的环形圆周上均布有4个进气孔道9，其总的流通面积大于阀口 3 的面积。进气通道构件8与传动板5和感温膜片7构成的密闭空间为真空状态。 传动板5外周处嵌设有密封圈12。当传动板5运动至右止点13时，阀口3刚好 完全打开。
在制冷系统运行时，由气体冷却器流出的过冷或超临界流体通过进气管14 流入本发明的节流短管，记忆弹簧6通过感温膜片7感受到气体冷却器出口的制 冷剂温度，将对传动板5的右侧产生一定压力。同时，通过进气孔道9与进气管 14导通的进气腔16的压力作用于传动板5的左侧和阀针4的左端头部。当气体 冷却器出口在某一温度和压力下，进气腔16的压力小于记忆弹簧对传动板5的 压力，阀口3处于关闭状态，随着系统压缩机的不断运行，气体冷却器内部高压 气体压力将升高，进气腔16的压力也将逐渐升高达到并大于记忆弹簧6施加于 传动板5的压力，此时阀针4将向右运动并打开阀口 3，使得通过节流短管的总 流量增大。随着流量的不断增大，高压侧压力将由较高压力逐渐降低，此时传动板5将带动阀针4重新运动至阀口 3，进气腔16的压力降低到与记忆弹簧6产 生的压力相等，但很快又会随着气体冷却器压力的升高而升高，继续重复循环这 一压力变化过程，最终使得进气腔16的压力始终趋向于记忆弹簧6产生的压力， 也即气体冷却器出口压力总能达到相应出口温度下的最优压力。
本发明在二氧化碳制冷系统中可以针对不同的气体冷却器出口温度自动调 节气体冷却器内的压力达到最优压力，使系统运行的能效比达到最大值。本发明 的控制机构不需要引入控制电路，而是运用了新型感温元件，即形状记忆合金材 料制成的记忆弹簧，实现了完全的自动化调节，整体设计紧凑，结构简单，调节 灵敏度高，具有较高的可靠性。
权利要求
1、一种跨临界二氧化碳制冷系统自动调节式节流短管，包括阀体(1)、阀座(2)、阀口(3)、阀针(4)、传动板(5)、记忆弹簧(6)、感温膜片(7)、进气通道构件(8)、进气孔道(9)、进气管(14)、出气管(15)、进气腔(16)，其特征在于阀体(1)右端设有进气管(14)，阀体(1)左端设有出气管(15)，阀口(3)位于阀座(2)上，进气腔(16)通过设置于进气通道构件(8)上的进气孔道(9)与进气管(14)导通，在进气通道构件(8)靠近进气管(14)一端设有一被环形圈(10)压装的感温膜片(7)，记忆弹簧(6)的右端紧贴感温膜片(7)的一侧，并与进气管(14)一端相隔离，记忆弹簧(6)的左端与一带有阀针(4)的传动板(5)接触，阀座(2)与进气通道构件(8)之间设置一定位圈(11)，阀座(2)、进气通道构件(8)和定位圈(11)均装配固定在阀体(1)的内壁面上。
2、 根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳制冷系统自动调节式节流短管， 其特征在于所述记忆弹簧(6)采用形状记忆合金制成，在运行工况范围内均处 于压缩状态。
3、 根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳制冷系统自动调节式节流短管， 其特征在于所述进气通道构件(8)的环形圆周上均布有4个进气孔道(9)，其 总的流通面积大于阀座(2)上的阀口 (3)的面积。
4、 根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳制冷系统自动调节式节流短管， 其特征在于所述进气通道构件(8)与传动板(5)和感温膜片(7)构成的密闭 空间为真空状态。
5、 根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳制冷系统自动调节式节流短管， 其特征在于所述传动板(5)外周处嵌设有密封圈(12)。
6、 根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳制冷系统自动调节式节流短管， 其特征在于所述传动板(5)运动至右止点(13)时，阀口 (3)刚好完全打开。
全文摘要
一种跨临界二氧化碳制冷系统自动调节式节流短管，属于制冷技术领域。本发明包括阀体、阀座、阀口、阀针、进气通道构件、进气孔道、进气腔、传动板、记忆弹簧、感温膜片、进气管、出气管。阀体右端设有进气管，阀体左端设有出气管，阀口位于阀座上，进气腔通过设置于进气通道构件上的进气孔道与进气管导通，在进气通道构件靠近进气管一端设有一被环形圈压装的感温膜片，记忆弹簧的右端紧贴感温膜片的一侧，并与进气管一端相隔离，记忆弹簧的左端与一带有阀针的传动板接触。本发明在二氧化碳制冷系统中可以针对不同的气体冷却器出口温度自动调节气体冷却器内的压力达到最优压力，使系统运行的能效比达到最大值。
文档编号F25B41/06GK101298957SQ20081003957
公开日2008年11月5日 申请日期2008年6月26日 优先权日2008年6月26日
发明者亮 陈, 陈江平, 陈芝久 申请人:上海交通大学