CN1237240A - 致冷系统的致冷管路配置 - Google Patents

Abstract

一种制冷系统的致冷管路配置,包括装在冷凝器(4)出口和蒸发器(8)入口之间的致冷流体流量控制阀(20),该阀具有致冷流体通道(22),该通道的横截面在气密压缩机(1)操作期间反比于冷凝温度的变化而变化,从而使输送到蒸发器(8)的冷凝制冷流体的温度大体等于系统的额定冷凝温度。

Description

致冷系统的致冷管路配置

本发明涉及一种致冷系统的致冷管路配置，这种致冷系统包括装在气体泵送管路上的气密压缩机，该泵送管路包括冷凝器、蒸发器和致冷流体流到上述蒸发器的限流器。

在常规制冷系统中，致冷管路基本上顺序包括气密压缩机、冷凝器、减压部件例如毛细管和蒸发器。

在这种管路中，气密压缩机抽吸低压致冷气体，将其泵到冷凝器，变成高温高压气气体。在通过冷凝器期间，上述气体液化，将其热量散到周围环境。

该制冷液体在毛细管中减小其压力之后便从冷凝器流到蒸发器，在蒸发器中它又重新变成气态，随后被压缩机泵送，开始一个新的工作周期。

制冷流体在穿过蒸发器期间从液态变成气态便吸收放置蒸发器环境中的热量，使装有致冷管路的致冷装置的内部环境冷却。

在制冷管路中，蒸发器的温度、压缩机的压力和冷凝器中的温度与压力由毛细管控制，该毛细管的尺寸随系统的预定平均操作条件而变化。由于此刚性结构，毛细管不能使系统在其若干操作阶段(起动、常规操作和停机)的操作达到优化。毛细管的尺寸是根据其操作性能的最佳点而确定的。

毛细管的优化随装有致冷管路的制冷装置的安装地点的室温、冰箱的温度以及上述制冷管路的冷凝器的温度而变化。致冷系统内部的压力因而压缩机的负载对应于这些温度中的各个温度。室温的降低使系统的所有压力降低。在这种状态下，压缩机将泵送少量气体，其效率降低。室温增加意味着压缩机的负载增加，需要压缩机输出额外的负载量，为了增加系统中致冷气体的泵送，这种额外的负载是必需的。负载量的增大将造成压缩机温度的升高，可能减短其使用寿命，很有可能造成阀的破损或甚至烧坏马达。

在被制冷环境外部的室温升高的结果是压缩机泵送到冷凝器的气体的冷凝温度的上升。因为冷凝作用是由在冷凝器和环境之间的热交换造成的，所以室温的上升意味着致冷流体的冷凝温度上升。冷凝的致冷流体在较高温度下进入蒸发器，从而降低了蒸发效率，因而降低了与蒸发器进行热交换的环境的致冷作用。

另外，在常规的制冷管路配置中，当蒸发器的温度达到预定值和压缩机停机时，存在于冷凝器中的系统高压部分的已冷凝的流体将迁移到上述系统的装有蒸发器的低压部分，这种在各个冷凝器沾上已冷凝的致冷流体向蒸发器的迁移造成致冷系统效率的降低，增加了上述系统的能耗。局部地尽可能减轻这些问题的解决办法是应用变速压缩机。然而这种解决办法的效果是局部的，因为毛细管具有恒定的节流作用，并且在增加转子转动时，抽吸压力降低，因而降低压缩机效率，并可能增加不正比于转动增加的质量流量。

因此本发明的目的是提供一种致冷系统的致冷管路配置，这种管路配置可以得到压缩机的最大效率而不需要使上述压缩机操作在限制的操作条件下。

本发明的具体目的是提供一种致冷管路配置，这种配置可以在接近额定冷凝温度的温度下恒定地调节冷凝流体流到蒸发器的流量，该额定冷凝温度考虑到被制冷环境的制冷要求以及加在压缩机上的负载操作条件。

本发明的另一目的是提供一种带有制冷管路的制冷系统，当压缩机停机时，该制冷管路制止变热的致冷流体从冷凝器迁移到蒸发器。

利用一种制冷系统的致冷管路可以达到上述目的，该管路包括：气密压缩机；冷凝器，具有连接于压缩机排出口的入口和出口；蒸发器，具有连接冷凝器出口的入口和出口。上述配置包括在冷凝器出口和蒸发器入口之间的致冷流体流量控制阀，该阀具有致冷流体通道，该通道的横截面积在气密压缩机操作期间反比于冷凝温度的变化而变化，以便使流入蒸发器的冷凝制冷流体具有大体等于系统额定冷凝温度的温度，当气密压缩机停机时，上述制冷流体通道的横截面关闭，完全切断冷凝器和蒸发器之间的流体通道。

下面参照附图说明本发明，附图是：

图1示意示出按先有技术制作的致冷装置例如冰箱的制冷管路；

图2示意示出按本发明制作的图1所示的制冷管路；

图3是纵向截面图，示意示出本发明的制冷流体流量控制阀。

如图1所示，常规致冷系统包括制冷管路，该管路包括：气密压缩机1，具有排出口2和泵吸入口3；冷凝器4，具有操作上连接于气密压缩机1排出口2的气态流体入口5和连接于毛细管7的已冷凝流体出口6；蒸发器8，具有操作上连接于毛细管7的冷凝流体入口9和与气密压缩机1的泵吸入口3流体连通的气体出口10。

在此管路中，气密压缩机1泵吸低压致冷气体，将其作为高压变热气体泵送到冷凝器，在上述冷凝器中，上述气体液化，将其热量散发到周围环境中。通过冷凝器4和其外部环境的热交换发生冷凝。

液化流体通过毛细管7减小上述气体压力，然后该气体进入蒸发器8，在与冰箱的内部环境进行热交换之后，该气体又被压缩机1抽吸，开始一个新的工作周期。

按照这种结构，由于在预定冷凝额定温度和由压缩机1泵送到冷凝器4中的气体冷凝时的实际温度之间存在差别，所以冷凝器4的热交换效率降低。这种结构还具有上述压缩机过载的缺点。

按照本发明，致冷管路包括配置在冷凝器4的已冷凝流体出口6和蒸发器8的已冷凝流体入口9之间的致冷流体流量控制阀20，该阀在气密压缩机1操作期间可以自动和恒定地改变已冷凝流体从冷凝器4流到蒸发器8的流量，可使致冷流体流量在最大值和最小值之间变化，而且在压缩机1停机时可以关闭上述流量通道。当上述气密压缩机1属于具有临时停机操作条件的那种压缩机时，这种压缩机例如将随蒸发器8的温度变化而发生停机，当装在其中的温度传感器检测到蒸发器8的预定温度状态时便可以达到这种临时停机操作条件并保持在这种条件下。

设置本发明的阀20，以便使流到蒸发器8的冷凝致冷流体的流量反比于冷凝器中致冷流体冷凝温度的变化进行变化，从而使流向蒸发器8的冷凝致冷流体在大体接近于额定冷凝温度的温度下到达蒸发器，该额定冷凝温度是根据致冷系统的优化操作条件例如室温和箱内优化温度条件而确定的。

在具有一个或多个转动速度的开/关型压缩机中以及变速压缩机中，当得到的冷凝温度高于额定的冷凝温度时，流向蒸发器8的冷凝流体的流量达到最小值。由于阀20上游的压力增加而达到这种最小流量状态。这种压力增加正比于冷凝器4的致冷管路的致冷剂质量的增加。

按照本发明，阀20具有阀体21，该阀体装在例如蒸发器8中，该阀体中形成致冷流体通道22，在气密压缩机1操作期间该通道的横截面反比于冷凝器4中的致冷流体的冷凝温度而发生变化，以使得输送到蒸发气8的冷凝致冷流体具有基本上接近于系统额定冷凝温度的温度。

例如当气密压缩机1随着蒸发器8的温度变化而停机时，致冷流体通道22关闭。

阀体21还具有开口23，该开口总是与蒸发器8的冷凝流体入口9流体相通。

在阀体21内形成阀座24，当气密压缩机1停机时密封装置25可选择地压靠在该阀座24上，上述密封装置25在操作上与致冷流体通道22相接合，以便使该密封装置直接和同时地受到阀20上游的冷凝压力和阀20下游的泵吸压力的作用。

致冷流体通道22的横截面在上述致冷流体通道22完全关闭的状态和各种打开状态之间的变化是由于在气密压缩机1操作期间同时作用在密封装置25上的冷凝压力和泵吸压力之间的力平衡引起的，该完全关闭状态是在密封装置25安置在阀座24上时形成的，该各种打开状态对应于大体接近于额定冷凝温度的温度。

冷凝压力是在冷凝器4中使致冷流体转变到气态所必需的压力，而泵吸压力是由于压缩机操作得到的压力。密封装置25在致冷流体通道22的完全关闭位置和各种打开位置之间的位移随冷凝压力和泵吸压力形成的力的变化而变化，这种力使致冷流体通道22的横截面发生变化。密封装置25具有密封部分和推进部分，前者受到冷凝压力的作用，形成在阀20的上游，而后者位于阀座的下游，以便容易感受在此区域的泵吸压力，上述推进部分利用弹簧件26连接于阀体21，该弹簧件总是将密封装置25推向致冷流体通道的关闭状态。

如例示说明的，密封装置25的推进部分可调地由环形连接装置29连接于该弹簧26，该环形连接装置装在弹簧件26上，对着其密封部分的密封装置25的端部移置在该环形连接件内部，移动密封装置便可以进行连续的缓冲调节。

按照本发明的结构的选择方案，密封装置25通过阀座24装在阀20内，使其密封部分配置在阀座24上，而其推进部分恒定地位于阀体21内，该密封部的外形轮廓与阀座24的外形轮廓相匹配。

按照本发明，阀体21在内部形成腔27，以便通过致冷流体，该腔通过阀座24与冷凝器4的冷凝流体出口6连通，并通过开口23连续地与蒸发器8的冷凝流体入口9连通。在这种结构中，弹簧件26为隔板形式，构成腔27的对着阀座24的通过致冷流体的壁。

抽吸致冷气体的气密压缩机1的操作导致阀体21的上述腔27中作用在弹簧件26上的压力不足，造成密封装置25和阀座24之间的相对位置变化。

致冷流体通道22由阀座24和密封装置25之间形成的环形空间确定。

在例示的结构形式中，致冷流体通道22的横截面也随蒸发器8的温度变化而变化。该温度变化确定易感受温度变化流体的收缩和膨胀状态，该流体装在阀20内，并作用在密封装置25上，如下所述。

弹簧件26装在阀体21内，使其可恒定地将密封装置25推到致冷流体通道22的关闭状态。按照本发明，弹簧件26具有密封位置和许多流体通道位置，当气密压缩机1停机时便达到该密封位置，而当腔27中发生抽吸使致冷流体通过时由于弹簧件26的弹性形变而可以达到该许多流体通过位置。

在例示的结构中，弹簧26横向地将阀体21分成通过致冷流体的腔27和气密腔28，该气密腔28包含蒸发器8中的易感受温度变化的流体，并随蒸发器8中的温度变化而迫使弹簧件26形成不同的弯曲状态。

易感受温度的部件被定义为其特性响应蒸发器8中温度变化而变化，使得当压缩机1处于不工作状态时，上述易感受温度的流体保证弹簧件26在密封位置，而在压缩机操作期间，当蒸发器8中温度降低时，易感受温度流体的收缩将连续地将弹簧件26推向其封闭位置，当蒸发器8中的温度升高时，则推向其分开的位置。

装在阀体21中的弹簧件26将上述阀体21分成基本上相等的区域，即腔27和气密腔28。

弹簧件26固定在密封装置25的推进部分和阀体21上，使得在气密压缩机1操作期间可以恒定地将密封装置25推向致冷流体通道22的完全关闭位置。随着作用在上述弹性件26上的力之间的差的变化，可以使弹簧件26处于各种流体通道位置，这些力具体包括由冷凝压力和泵吸压力造成的力，按照本发明优选结构的操作，还包括因在易感受温度变化流体上的温度变化所形成的力。

在例示的结构中，当泵吸压力为零时以及当例如易感受温度流体发生收缩，产生一个作用在上述弹簧件26的力，使弹簧件26移离阀座24，使得密封装置25处于其密封部分封闭在阀座24上的状态和保持在这种状态时弹簧件26达到其密封位置，直至压缩机重新开始运转。

通过相应弯曲上述弹簧件，使其靠近阀座24而使密封装置25相对阀座24移离其密封位置，则弹簧件26可以达到各种流体通过位置。

对于具有恒定速度或具有至少两种操作速度的开/关型压缩机，当蒸发器8中的温度达到可以起动气密压缩机1的预定值时，该压缩机的操作将产生一个泵吸压力，该压力位于致冷管路的低压侧，作用在密封装置25的推进部分上，从而使其密封部分移离阀座24。

在气密压缩机1的操作期间，在这些压缩机中的抽吸压力保持恒定。在这种情况下，作用在上述密封装置25上的压力随冷凝器4中冷凝致冷流体的冷凝温度和冷凝压力的变化而变化。

在存在气密压缩机1操作停机的变速压缩机中，蒸发器8内的低温使压缩机的转速降低和抽吸压力降低。流到蒸发器8的冷凝流体的流量变化是由腔27内的抽吸压力和冷凝致冷流体的冷凝温度和冷凝压力的状态所形成的合力造成的。

在压缩机操作期间，通过上述阀与气密压缩机1的抽吸入口10，在阀体21的腔27内形成抽吸压力。这种抽吸压力作用于弹簧件26，使其弯曲而靠近阀体21的阀座24，从而减小腔27的体积，而且按比例地使气密腔28膨胀，上述运动导致密封装置25移到与阀座24分开的位置，从而使预定量的冷凝致冷流体在基本上接近额定冷凝温度的和不再影响蒸发器8蒸发效率的冷凝温度下流到蒸发器8。

按照上述的密封装置和密封装置座，流过致冷流体通道的冷凝流体流量正比于密封装置25座部分的外侧表面和阀座24的环形表面之间的间距。随着气密压缩机1操作的变化，因而随着压缩机操作期间存在的抽吸压力的变化，密封装置25的密封部分不会相对于阀座24达到密封位置。

当泵送到冷凝器的流体的冷凝温度增加时，在密封装置25的密封部分上的压力增加，从而使该密封装置移到靠近阀座24的位置，限制致冷流体通过致冷流体流量控制阀的流量，因而限制流入蒸发器8的流量。

密封装置25的最大压力状态形成致冷流体流过致冷流体流量控制阀的最小流量值。限制流体流向蒸发器8使得压缩机在致冷管路低压侧抽吸的制冷气体的体积逐渐变小。这种质量流量的降低避免了气密压缩机1的过载。

随着增加对致冷流体流向蒸发器8的流量的限制，流体将积存在冷凝器4中，因而增加了其中的压力和温度，从而达到一个可使上述流体与冷凝器4的外部环境进行热交换的温度，导致上述流体凝结。这种节流一直维持到使冷凝的流体温度降低，由此降低了密封装置25上的压力，使得该密封装置可以与阀座24分开。由于这种分开，致冷流体通道22的横截面便逐渐增大，因而冷凝流体流向蒸发器的流量增加。在气密压缩机1操作期间，密封装置25上的压力变化控制着致冷流体流向蒸发器8的流量，由此可自动和连续地调节上述流量，因而增加冷凝器4的效率，主要在外界温度超过额定的冷凝温度时减轻了气密压缩机的负载。

上述的装置的结构性特征被确定为在气密压缩机1重新起动时密封装置可与阀座24分开。在气密压缩机1操作期间蒸发器8上温度的变化引起的弹簧件26的活动，这种活动决定作用在密封装置上的合成的力。

Claims (10)

1．一种制冷系统的致冷管路配置，包括：气密压缩机(1)；冷凝器(4)，具有一连接于压缩机(1)排出口的入口，和一出口；蒸发器(8)，具有一连接于冷凝器(4)出口的入口和一出口，其特征在于，它包括装在冷凝器(4)出口和蒸发器(8)入口之间的致冷流体流量控制阀(20)，该阀具有致冷流体通道(22)，该通道的横截面在气密压缩机(1)操作期间反比于冷凝温度的变化而变化，从而使输送到蒸发器(8)的冷凝致冷流体具有大体等于系统额定冷凝温度的温度，在气密压缩机(1)停机期间，上述致冷流体通道(22)其横截面关闭，完全使冷凝器(4)和蒸发器(8)之间的流体流动中断。

2．如权利要求1所述的致冷管路配置，其特征在于，上述阀(20)包括密封装置(25)，该装置在操作上与致冷流体通道(22)相结合，可直接和同时受到阀(20)上游的冷凝压力和阀(20)下游的阀(20)抽吸压力的作用，上述密封装置(25)随上述压力形成的力的变化而位移，从而使致冷流体通道(22)的横截面在该通道的完全关闭状态和致冷流体达到额定冷凝温度的状态之间发生变化。

3．如权利要求2所述的致冷管路配置，其特征在于，致冷流体通道(22)由阀座(24)和密封装置(25)之间的环形空间确定。

4．如权利要求3所述的致冷管路配置，其特征在于，阀(20)包括阀体(21)，该阀体中形成流过致冷流体的腔(27)，该腔通过阀座(24)与冷凝器(4)的出口连通并具有开口(23)，该开口总是与蒸发器(8)的入口流体相通。

5．如权利要求4所述的致冷管路配置，其特征在于，密封装置(25)包括位于阀座(24)上游的密封部分和位于阀座下游的推进部分，上述推进部分通过弹簧件(26)连接于阀体(21)，该弹簧件总是将密封装置(25)推向致冷流体通道(22)的关闭状态，上述弹簧件(26)具有密封位置和至少许多流体通过位置，当气密压缩机(1)停机时该弹簧到达封闭位置，而当腔(27)中存在抽吸以使致冷流体流过时该弹簧(26)通过弹性变形达到该许多流体通过位置。

6．如权利要求5所述的致冷管路配置，其特征在于，弹簧部件(26)为隔板形式，形成腔(27)的对着阀座(24)的壁。

7．如权利要求6所述的致冷管路配置，其特征在于，弹簧件(26)装在阀体(21)内，将阀体分成通过致冷流体的腔(27)和气密腔(28)，该气密腔中装有一种流体，该流体容易感受蒸发器(8)的温度变化。

8．如权利要求7所述的致冷管路配置，其特征在于，易感受温度的流体作用在弹簧件(26)上，从而在蒸发器(8)的温度降低时将该弹性件推向密封位置，而在蒸发器(8)的温度上升时将该弹簧件(26)推向各种流体通过位置。

9．如权利要求7所述的致冷管路配置，其特征在于，阀体(21)是气密的，装在蒸发器(8)中，靠近其冷凝流体入口。

10．如权利要求9所述的致冷管路配置，其特征在于，密封装置(25)的推进部分可调地连接于弹簧件(26)。

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