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CN110906047A - 基于新型浮球结构的浮球阀及包含该浮球阀的制冷系统 - Google Patents

基于新型浮球结构的浮球阀及包含该浮球阀的制冷系统 Download PDF

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CN110906047A
CN110906047A CN201911245239.4A CN201911245239A CN110906047A CN 110906047 A CN110906047 A CN 110906047A CN 201911245239 A CN201911245239 A CN 201911245239A CN 110906047 A CN110906047 A CN 110906047A
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杨建国
周成君
谢伟波
康建慧
曹文婕
盛小兵
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BEIJING JINGKELUN REFRIGERATION EQUIPMENT Co Ltd
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Abstract

本发明涉及基于新型浮球结构的浮球阀及包含该浮球阀的制冷系统。本发明的一种基于新型浮球结构的浮球阀，包括阀体、连杆和浮球，连杆的一端与出液口连接，另一端与浮球连接，浮球设置在阀体内；浮球的壳体上设置有进气孔和排气孔，进气孔上设置有进口单向阀，排气孔上设置有出口单向阀，进口单向阀从浮球壳体外部向内部导通，出口单向阀从浮球壳体内部向外部导通。其有益效果是：在完整的浮球壳体上安装两个反向的单向阀来实现球壳内压力与阀体腔内压力相等，解决了压差的问题；这种浮球是靠液体的浮力与球壳的重力差实现浮球在高度上的位移，避免了浮球内的封闭气包在压力变化时使浮球失衡的难题。

Description

基于新型浮球结构的浮球阀及包含该浮球阀的制冷系统
技术领域
本发明涉及一种基于新型浮球结构的浮球阀及包含该浮球阀的制冷系统。
背景技术
浮球阀经常用于控制流量和控制液面，其结构包括浮球和连杆，浮球始终都要漂在液面上，当液面上涨时，浮球也跟着上升，浮球上升就带动连杆也上升。连杆与另一端的阀门相连，当浮球上升到一定位置时，连杆支起活塞；当液位下降时，浮球也下降，连杆又带动活塞关闭。浮球阀能够通过浮球在液面的位置来调节流量和控制液面。浮球是浮球阀的重要构件，现有的浮球有球形和半球形两种，球形浮球用于对压力要求不高的场合，多为完整的球壳体，这种浮球是靠液体的浮力与球壳的重力差实现浮球在高度上的位移，如用于水系统。对应压力高的场合，为克服完整球壳内外差的压力，而采用半球形的壳体，这种浮球是靠液封在半球壳体内部气体的压力与球壳的重力差实现浮球在高度上的位移。该方式虽然解决了压差的问题，但是很难实现气液分离的功能，尤其在制冷系统中，因为饱和制冷剂在压力、温度稍微波动时会产生相变而使这类浮球阀功能失衡。
经申请人检索发现，现有的文献中没有任何一个浮球结构能够实现既能解决压差的问题，又能避免封闭气包在压力变化时使浮球失衡的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于压力大的环境、还能避免封闭气包在压力变化时使浮球失衡、可以起到控制系统流量和液位的基于新型浮球结构的浮球阀及包含该浮球阀的制冷系统。
本发明提供的一种基于新型浮球结构的浮球阀，其技术方案为：
一种基于新型浮球结构的浮球阀，包括阀体、连杆和浮球，连杆的一端与出液口连接，另一端与浮球连接，浮球设置在阀体内；
浮球的壳体上设置有进气孔和排气孔，进气孔上设置有进口单向阀，排气孔上设置有出口单向阀，进口单向阀从浮球壳体外部向内部导通，出口单向阀从浮球壳体内部向外部导通；或者在浮球的壳体上设置有一个气孔，气孔上设置有导管，导管的一端连接到浮球阀的壳体内部，另一端连接到浮球阀的液位线以上。
优选地，进气孔上设置有进口导管，进口导管的一端连接到浮球阀的壳体内部，另一端连接到浮球阀的液位线以上，进口单向阀设置在进口导管中。
优选地，排气孔上设置有出口导管，出口导管的一端连接到浮球阀的壳体底部，另一端连接到浮球阀的壳体外侧；出口单向阀设置在出口导管中。
优选地，进气孔和排气孔设置在浮球的上半部；出口导管为弯折结构。
优选地，浮球阀的进液口和出液口设置在阀体的底部。
优选地，浮球阀的阀体上还设置有出气口。
本发明还提供了一种二氧化碳制冷系统，包括顺次相连通的压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器；冷凝器与储液器之间设置有气液分离器，气液分离器包括上述的的基于新型浮球结构的浮球阀，浮球阀的进液口与冷凝器的出液口相连接，浮球阀的出液口与储液器相连接，浮球阀的出气口连接到冷凝器的进气端。
优选地，浮球阀的出气口与冷凝器的进气端之间的管道上设置有单向阀。
优选地，压缩机和冷凝器之间设置有抽吸组件，抽吸组件与浮球阀相连通，抽吸组件能够将浮球阀中的气体抽回压缩机与冷凝器之间的管道中，继续冷凝。
优选地，冷凝器是闪蒸式冷凝器，闪蒸式冷凝器包括封闭壳体、负压风机、换热装置和液体雾化装置，负压风机设置在封闭壳体上，负压风机使封闭壳体内部形成负压环境，液体雾化装置和换热装置设置在封闭壳体内，液体雾化装置将雾化后的液体喷射到封闭壳体内部，雾化液体在负压环境下蒸发为蒸汽，将换热装置内的二氧化碳介质冷凝液化。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明的基于新型浮球结构的浮球阀，在完整的浮球壳体上安装两个反向的单向阀来实现球壳内压力与阀体腔内压力相等，解决了压差的问题；这种浮球是靠液体的浮力与球壳的重力差实现浮球在高度上的位移，避免了浮球内的封闭气包在压力变化时使浮球失衡的难题。兼具了传统球形浮球和半球形浮球的优点，不仅可以起到控制系统流量、液位的作用，而在制冷等需要气液分离的行业中，优势更为突出，如CO2制冷系统。
将出口单向阀导管伸到底部是防止浮球内气体因温度或压力波动导致气体液化，当浮球内压力高时，在压力瞬间波动的情况下通过单向阀和细管将液体排向壳体外，从而不改变浮球自重，确保运行安全。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于新型浮球结构的浮球阀结构示意图。
图2为本发明实施例的浮球结构示意图。
图3为包含本发明浮球阀的二氧化碳制冷系统结构示意图。
图4为多个浮球阀串联的结构示意图。
图5为闪蒸式冷凝器结构示意图。
图中：10、压缩机；11、冷凝器；12、储液器；13、蒸发器；14、气液分离器；140、浮球；141、连杆；142、阀体；143、进口单向阀；144、出口单向阀；145、进口导管；146、出口导管；147、壳体；148、出液口；149、进液口；150、出气口；15、抽吸组件；16、单向阀；17、第一文丘里管；18、第二文丘里管；19、第三文丘里管；20、第一浮球阀；21、第二浮球阀；22、第三浮球阀；23、负压风机；24、封闭壳体；25、换热装置、26、液体雾化装置；27、第一静压腔；28、第二静压腔；29、调压装置；30、补水装置。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
参见图1和图2所示，本实施例提供的一种基于新型浮球结构的浮球阀，包括阀体142、连杆141和浮球140，连杆141的一端与出液口148连接，另一端与浮球140连接，浮球140设置在阀体142内；浮球140的壳体147上设置有进气孔和排气孔，进气孔上设置有进口单向阀143，排气孔上设置有出口单向阀144，进口单向阀143从浮球140壳体147外部向内部导通，出口单向阀144从浮球140壳体147内部向外部导通；本实施例的基于新型浮球140结构的浮球阀，在完整的浮球140壳体147上安装两个反向的单向阀来实现球壳内压力与阀体142腔内压力相等，解决了压差的问题；这种浮球140是靠液体的浮力与球壳的重力差实现浮球140在高度上的位移，避免了浮球140内的封闭气包在压力变化时使浮球140失衡的难题。兼具了传统球形浮球和半球形浮球的优点，不仅可以起到控制系统流量、液位的作用，而在制冷等需要气液分离的行业中，优势更为突出，如CO2制冷系统。
参见图2所示，进气孔上设置有进口导管145，进口导管145的一端连接到浮球阀的壳体147内部，另一端连接到浮球阀的液位线以上，进口单向阀143设置在进口导管145中。排气孔上设置有出口导管146，出口导管146的一端连接到浮球阀的壳体147底部，另一端连接到浮球阀的壳体147外侧；出口单向阀144设置在出口导管146中。出口单向阀144导管伸到底部是防止浮球140内气体因温度或压力波动导致气体液化或外界液体意外进入浮球时，当浮球140内压力高时，在压力瞬间波动的情况下通过单向阀和细管将液体排向壳体147外，从而不改变浮球140自重，确保运行安全。进气孔和排气孔设置在浮球140的上半部；如图2所示，出口导管146为弯折结构。参见图1所示，浮球阀的进液口149和出液口148设置在阀体142的底部。浮球阀的阀体142上还设置有出气口150，出气口150设置在阀体142的顶部，可以用于气液分离，如此设置使得气液两相的液体在浮球阀腔体内部分离，气液两相的温度均匀。连杆141是直臂结构或者曲臂结构。出液口148设置有控制液体流过的阀门。
参见图3所示，本实施例提供的包含上述基于新型浮球结构的浮球阀的一种二氧化碳制冷系统，包括顺次相连通的压缩机10、冷凝器11、储液器12和蒸发器13；冷凝器11与储液器12之间设置有气液分离器14，气液分离器14是上述的基于新型浮球结构的浮球阀，浮球阀的进液口149与冷凝器11的出液口相连接，浮球阀的出液口148与储液器12相连接，浮球阀的出气口150连接到冷凝器11的进气端。浮球阀的出气口150与冷凝器11的进气端之间的管道上设置有单向阀16，只允许浮球阀的气体单向通过。进一步地，压缩机10和冷凝器11之间设置有抽吸组件15，抽吸组件15与浮球阀相连通，抽吸组件15能够将浮球阀中的气体抽回压缩机10与冷凝器11之间的管道中，继续冷凝。抽吸组件15是文丘里管或者多个文丘里管并联的文丘里组，气液分离器14是浮球阀或者多个浮球阀串联的浮球阀组。
作为一种连接方式，参见图4所示，二氧化碳制冷系统包括第一文丘里管17、第一浮球阀20、第二文丘里管18、第二浮球阀21、第三文丘里管19、第三浮球阀22，第一文丘里管17设置在压缩机10和冷凝器11之间的管道上，第一浮球阀20、第二浮球阀21和第三浮球阀22串联设置在冷凝器11和储液器12之间，第一文丘里管17的喉道接口与第一浮球阀20的出气口150连接，第二文丘里管18设置在第一浮球阀20与冷凝器11之间，第二文丘里管18的喉道接口与第二浮球阀21的出气口150连接；第三文丘里管19设置在第一浮球阀20与第二浮球阀21之间，第三文丘里管19的喉道接口与第三浮球阀22的出气口150连接。
文丘里管是基于文丘里效应的一种应用形式，文丘里效应是指，受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。通俗地讲，这种效应是指，在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。文丘里管就是通过把气流由粗变细，加快气体流速；高速流动的气体附近产生低压，会使文丘里管的内部形成负压环境，负压环境会对相连通的外部环境产生一定的吸附作用。通过将文丘里效应与二氧化碳的自身物性相结合，在不增加动力组件、不影响压缩机10效率的前提下，使储液器12中的气态二氧化碳重复冷凝，提高系统制冷效率。
参见图5所示，优选地，冷凝器11是闪蒸式冷凝器，闪蒸式冷凝器包括封闭壳体24、负压风机23、换热装置25和液体雾化装置26，负压风机23设置在封闭壳体24上，负压风机23使封闭壳体24内部形成负压环境，液体雾化装置26和换热装置25设置在封闭壳体24内，液体雾化装置26将雾化后的液体喷射到封闭壳体24内部，雾化液体在负压环境下蒸发为蒸汽，将换热装置25内的二氧化碳介质冷凝液化。
进一步地，负压风机23的排风量大于封闭壳体24内雾化液体的蒸发量。一方面可充分排出封闭壳体24内的蒸汽，以提高雾化液体的蒸发效率，另一方面可保持封闭壳体24内的负压环境。封闭壳体24内的静压腔的压力低于环境大气压20Pa以上。冷凝管内的冷凝压力不高于二氧化碳临界压力，二氧化碳临界压力为74Kg/cm2。
负压风机23与换热装置25之间形成有第一静压腔27，液体雾化装置26与换热装置25之间形成有第二静压腔28，负压风机23使第二静压腔28内形成负压环境，液体雾化装置26将雾化液体喷射到第二静压腔28内，以使雾化液体蒸发为蒸汽。
闪蒸式冷凝器11包括调压装置29，调压装置29的进气口设置在封闭壳体24外，出气口设置在封闭壳体24内，可通过调压装置29将调节气流送进封闭壳体24内，以促进封闭壳体24内蒸汽的流动，并在封闭壳体24内形成气溶胶。液体雾化装置26包括补水装置30，优选软化水补水装置，能够去除钙、镁等无机盐类物质，水通过软化水补水装置的处理，已经没有外界杂质的进入，最大程度避免了冷凝管结垢，增加了冷凝管的使用寿命。
闪蒸式冷凝器11具有以下技术效果：
1、通过在封闭的负压环境中促进雾化水的蒸发，使封闭环境内的整体温度降低，换热装置25可在低温环境中通过辐射达到制冷的效果，不受外界自然风的温度和湿度的影响，可适应更多不同环境的地区使用；
在负压环境下，雾化水小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，形成气溶胶，由于气溶胶的分散介质是气体，气体的粘度小，分散相与分散介质的密度差很大，质点相碰时极易粘结以及液体质点的挥发，使气溶胶有其独特的规律性。气溶胶质点有相当大的比表面和表面能，可以使液化水快速蒸发，提升制冷效果。在实际应用中，考虑到外界风方便易取，故通过引入少量风作为雾化水小质点悬浮的气体介质，为证实闪蒸式冷凝器11不受外界进入少许空气的温度湿度影响，也可从负压风机23出口引入部分蒸汽作为气体介质。
水雾化装置产生的雾化水在容纳腔室的负压环境中快速闪蒸，由水雾相变为蒸汽，吸收热量，使封闭壳体24内的环境温度降低。雾化水闪蒸出的蒸汽可通过负压风机23排出封闭壳体24外，由此，容纳腔室内的雾化水不断蒸发为蒸汽，释放冷量；蒸汽再不断通过负压风机23排出封闭壳体24外，以完成制冷。利用封闭壳体24内的低温环境，可以对物质进行冷却、降温等。
2、由于在制冷过程中不需要与外界环境对流换热，所以本发明的闪蒸式封闭冷凝器11装机容量小，设备整体所占用的场地小，既方便安装，又节约空间；
3、本发明的闪蒸式封闭冷凝器11完全通过雾化水蒸发实现制冷，水由液态变为气态的过程既能够释放冷量制冷，同时设备排出的蒸汽的温度也不会升高，因此在制冷过程中实际上没有热量排放到大气中，不会产生热岛效应，不仅制冷效率高，且制冷效果稳定可靠。
实施例2
本实施例的技术方案与实施例1的不同之处在于，本实施例中在浮球的壳体上设置有一个气孔，气孔上设置有导管，导管的一端连接到浮球阀的壳体内部，另一端连接到浮球阀的液位线以上，导管延伸至浮球的底部，当浮球内气体因温度或压力波动液化或进入液体时，当浮球内压力高时，在压力瞬间波动的情况下通过细管将液体排向壳体外，从而不改变浮球自重，确保运行安全。可替代实施例1中的两个反向的单向阀技术方案。与实施例1相同的部分，本处不再赘述。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于新型浮球结构的浮球阀，包括阀体、连杆和浮球，所述连杆的一端与出液口连接，另一端与浮球连接，所述浮球设置在所述阀体内；其特征在于：
所述浮球的壳体上设置有进气孔和排气孔，进气孔上设置有进口单向阀，排气孔上设置有出口单向阀，进口单向阀从浮球壳体外部向内部导通，出口单向阀从浮球壳体内部向外部导通；或者在所述浮球的壳体上设置有一个气孔，气孔上设置有导管，导管的一端连接到浮球阀的壳体内部，另一端连接到浮球阀的液位线以上。
2.根据权利要求1所述一种基于新型浮球结构的浮球阀，其特征在于：所述进气孔上设置有进口导管，所述进口导管的一端连接到浮球阀的壳体内部，另一端连接到浮球阀的液位线以上，所述进口单向阀设置在进口导管中。
3.根据权利要求1或2所述一种基于新型浮球结构的浮球阀，其特征在于：所述排气孔上设置有出口导管，所述出口导管的一端连接到浮球阀的壳体底部，另一端连接到浮球阀的壳体外侧；所述出口单向阀设置在出口导管中。
4.根据权利要求1所述一种基于新型浮球结构的浮球阀，其特征在于：进气孔和排气孔设置在浮球的上半部；所述出口导管为弯折结构。
5.根据权利要求1所述一种基于新型浮球结构的浮球阀，其特征在于：所述浮球阀的进液口和出液口设置在阀体的底部。
6.根据权利要求5所述一种基于新型浮球结构的浮球阀，其特征在于：所述浮球阀的阀体上还设置有出气口。
7.一种二氧化碳制冷系统，包括顺次相连通的压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器；其特征在于：所述冷凝器与所述储液器之间设置有气液分离器，所述气液分离器包括权利要求1-6任一所述的基于新型浮球结构的浮球阀，所述浮球阀的进液口与所述冷凝器的出液口相连接，所述浮球阀的出液口与所述储液器相连接，所述浮球阀的出气口连接到所述冷凝器的进气端。
8.根据权利要求7所述的一种二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述浮球阀的出气口与所述冷凝器的进气端之间的管道上设置有单向阀。
9.根据权利要求7所述的一种二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述压缩机和所述冷凝器之间设置有抽吸组件，所述抽吸组件与所述浮球阀相连通，所述抽吸组件能够将所述浮球阀中的气体抽回压缩机与冷凝器之间的管道中，继续冷凝。
10.根据权利要求7所述的一种二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述冷凝器是闪蒸式冷凝器，所述闪蒸式冷凝器包括封闭壳体、负压风机、换热装置和液体雾化装置，所述负压风机设置在所述封闭壳体上，所述负压风机使封闭壳体内部形成负压环境，所述液体雾化装置和所述换热装置设置在所述封闭壳体内，所述液体雾化装置将雾化后的液体喷射到封闭壳体内部，雾化液体在负压环境下蒸发为蒸汽，将换热装置内的二氧化碳介质冷凝液化。
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