带有过冷流量控制阀的致冷器系统技术方案

一种用于冷却一个箱体的蒸汽压缩致冷系统，有一个用于循环地通、断压缩机以便在箱内维持预定温度范围的恒温器，该系统在至节流手细管的入口处包括一个过冷流量控制阀。该阀通过包含一种致冷剂的密封软管来动作，因此该阀是对进入该阀的液体进行响应的。校准该阀，使仅有过冷的液体致冷剂才能流过该阀，并且如果进入的致冷剂高过预定水平，该阀将关闭，完全堵塞了在冷凝器和蒸发器之间的所有流动，并且在压缩机不运行时该阀将一直停留在关闭位置。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及致冷系统，特别是涉及用于家用冰箱和冰柜的致冷系统。至今的家用冰箱和冰柜的致冷系统设计都要求低成本和高可靠性，这两点都要求简化设计，并使用数目最少的零部件。典型的冰箱和冰柜都使用一种气化压缩系统，该系统具有一个在回路中和一个冷凝器相连的小功率电机驱动的密封的压缩机，一个蒸发器，一个附属的积液器，以及一个在冷凝器和蒸发器之间的致冷剂节流器。为了得到高的能量效率，期望对于压缩机运行时间采用较高的工作循环，同时又能对高环境温度条件维持足够大的余量。因此使用对被冷却的箱体内的温度有响应的恒温器来循环操作压缩机，这对保持预选的温度是必要的。根据正常的室内温度和通过隔热层吸入要冷却的空间的热量，压缩机的工作循环值为50%至60%，这里留有余量，但在极高环境温度下或者要伸入被冷却箱体内部经常打开门的情况下压缩机就需要连续运行。最普通采用的节流器是一根毛细管，要针对一组环境温度和箱内温度条件下的最佳效率来确定该毛细管的尺寸。作专用节流器使用的毛细管的优点是成本低，可靠性高，并且由于容易和蒸发器至压缩机的返回管路放置成热交换关系而提高了效率。在单一环境温度和恒定负荷条件下稳定运行的毛细管系统在针对这些条件确定了毛细管尺寸时是非常有效的。在这样作时并且在系统正在平衡条件下运行时，进入毛细管的冷凝剂出口处的致冷剂是一种标准的或轻微的过冷液体。这种液化的致冷剂流过毛细管并且经受相当大的压力降低，一直到致冷剂进入蒸发器，在蒸发器中致冷剂挥发，从冰箱或冰柜的内部吸收热量。因为致冷剂在一个闭合的系统中流动，并且由于通过毛细管的实际流速取决于致冷器中的压力和蒸发器中的压力之间的压差，所以负荷条件的任何变化都将影响系统的运行。在冰箱和冰柜情况下，运行条件的改变可能来源于室内环境温度的变化，这种变化影响冷凝器的热扩散;还可能来源于内部条件的变化，这种变化可能由门的开关以及增加影响蒸发器负荷的热物品而决定的。再有，因为该系统必须循环运行以便对极端条件留有余量，所以冰箱中的恒温器使压缩机循环交替地接通和断开，在压缩机断开时，压力趋向于使整个系统平衡。使毛细管中的液体致冷剂消失，毛细管变成了完全是由气体充满的。运行条件这些变化的结果是，致冷系统经常在偏离冷凝器和蒸发器的最佳温度和压力的条件下运行，因此损失了系统的能量效率。某些这些影响可用各种方式减至最小。例如，为了将在毛细管中形成的气体(这些气体有降低系统容量的趋势)降至最小，通常焊接或放置毛细管使其与蒸发器至压缩机的返回管路成热传输关系。因为普通的最佳条件是让系统在例如50%的运行循环值下运行，所以在确定毛细管尺寸时要“宽松一些”，或者将节流性能降低一些，这样作就能使起动期间蒸发器快速充满，并且在循环的休止期间内的空吸和排放压力快速平衡。蒸发器快速充满能让系统快速达到高运行效率，因此降低了运行循环期间压缩机的总运行时间，但蒸发器一旦充满，这种类型的系统趋向于让气体进入毛细管并且直接通入蒸发器。当气体从冷凝器通到蒸发器时，气体根本不会产生在蒸发器中进行有效冷却所必须的变为液体并且再变回气体的相变。这不仅给压缩机增加了不会致冷的质量流，而且把热量传到了蒸发器内，因此降低了系统的效率。在运行循环结束压缩机断开时，在毛细管两端的冷凝器和蒸发器之间压力相当快地达到平衡，这就使热气和液体进入蒸发器。这就给蒸发器增加了热量并且降低了整个系统的效率。但快速平衡允许廉价的分相压缩机电机(起动转矩相当低)在短的休止循环后重新起动。另一方面，如果系统使用一个“紧的”或者节流更多的毛细管，该系统在稳态运行条件期间趋向于有一个略大一些的效率，但在起动期间蒸发器的充灌很慢，从而在整个运行循环期间可能失去在效率方面获得的优点。再有，平衡时间很长，使在短休止循环后压缩机可能有起动困难，这是因为起动转矩不能克服冷凝器中剩余的反向压力的缘故。在较大的致冷系统中，解决这些问题的办法是使用一个受控的膨胀阀作节流器来取代毛细管。这种类型的阀一般使用由致冷测量元件操作的膜或软管，该元件探测系统中某点的温度、打开或关闭位于蒸发器入口的阀以改变这点的流量。但用这种类型的阀代替小型致冷系统中的毛细管一是体积太大，二是极为昂贵。本专利技术通过在冷凝器出口和毛细管入口端增加一个新颖的过冷流量控制阀，为使用毛细管节流器的家用冰箱和冰柜提供一种改进的并且是更有效的致冷系统。该流量控制阀是一个内部独立的单位，它调制流量使流量和流过该阀的致冷剂的过冷量成比例。当过冷量降低到低于一个规定的最小正值时该阀被设置成完全关闭，并且当压缩机停止运转以阻止系统平衡并且阻止热的致冷剂进入蒸发器的任何流动时该阀仍旧保持关闭。当压缩机起动时，致冷剂必须排放到压力已经升高了的冷凝器中，这是因为在该流量控制阀两端压力不平衡之故。虽然该压力在休止循环期间由于冷凝器的冷却已经下降到低于正常的运行压力，但压缩机仍需要一个高起动转矩的电机，而不是对运行条件来说有较高功率额定值的电机。通过使用电容起动电机就可提供较高起动转矩。在压缩机重新起动后，冷凝器中的压力将要升高，一直到在出口处出现过冷的液体时为止。当在出口处的液体达到预定的最小规定的正过冷值时，流量控制阀开始打开并让致冷剂流到毛细管内，并且因此流到蒸发器内。随着过冷量的增加，流量控制阀提供的流量也增加。并且这一流量的增加使蒸发器得到期望的灌注。在本系统中，毛细管的尺寸使其成为明显宽松的管或节流较少的管，压降比正常值低，其余的压降在流量控制阀的两端发生。因此，毛细管两端的压降保持正比于致冷剂的质量流速，而流量控制阀两端的压降反比于该质量流速，这是因为阀随着质量流的增加打开的更大，而该增加的质量流趋向于正比于冷凝器出口处致冷剂的过冷量。由于流量控制阀在冷凝器出口处的过冷量降到最小规定值前是关闭的，所以气体在运行循环期间就没有任何时间进入毛细管。流量控制阀是一种响应于实际流过该阀的致冷剂的过冷量的独立单元。按着该阀的优选实施例，阀壳有一个连到冷凝器出口的入口，以及一个连到毛细管入口端并且通到蒸发器的出口，该阀壳在该入口和出口之间确定了一个第一室。在该入口和出口之间的第一室中装配一个密封软管形式的可移动壁件。靠近入口的部份或端部相对于阀壳固定，而相对的或可移动的部份或端部携带一个阀件。在阀壳上靠近出口处装配一个阀座，并且该阀座与阀件是可以啮合的，从而在该阀全部关闭时就能密封或阻止致冷剂自入口至出口的任何流动。软管的内部确定了一个第二室，其中充以饱和状态下的一种致冷剂，该致冷剂可以和系统的致冷剂相同，也可以是一种饱和压力比系统中的致冷剂的饱和压力大的液体。为了得到较好的响应，第二室包括一个管状部份，该管状部分向后伸入入口管路中并且暴露于进入的致冷剂，从而即保证了在系统致冷剂和第二室中的致冷剂之间最有效的热传输。因而第二致冷剂和温度将紧密跟踪第一室中的致冷剂和温度。必须按着第一室中周围的致冷剂把最小规定的过冷值或设定值选择得足够高，以便保证在第一室中不存在过冷液体的情况下该阀决不会打开，并且保证在任何气体可能进入毛细管之前该阀总是关闭的。另一方面，该设定点又不可能太高，否则系统起动后打开阀时在促进起始的流动方面就会有困难。还发现，如果将流量控制阀靠近压缩机和至压缩机的致冷剂返回管路定位，则流量控制阀在打开和关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种致冷箱，包括一个室、一个压缩机、一个冷凝器、一个在所说室中的蒸发器、一个连接所说蒸发器和所说冷凝器的毛细管，它们都位于包含一个第一致冷剂的闭合回路内，一个根据所说室内的温度有选择性地给所说压缩机通电以维持所说室内温度在预定范围的恒温器，一个在所说冷凝器和所说毛细管之间的流量控制阀，所说流量控制阀有一个确定了一个第一室的阀壳，一个至所说连到所说冷凝器的第一室的入口，一个从所说第一室至所说毛细管的出口，一个在所说阀体的所说出口处的阀座，一个在所说第一室内确定一个第二室的可移动的壁件，所说可移动的壁件固定到所说阀壳上，一个通过所说可移动壁件的移动可相对于所说阀件来回移动动作的阀件，所说第二室充以预先确定数量的饱和的第二致冷剂，因此当所说第一室中的所说第一致冷剂的过冷量大于予定的数量时，所说阀件与所说阀座分隔开，并且当所说第一室中的所说致冷剂的过冷量小于所说预定的数量时，所说阀件被移动到与所说阀座啮合，所说阀件与所说阀座的啮合就阻止了所说第一致冷剂从所说入口至所说出口的任何流动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杰罗姆D波拉斯，威廉姆G尼尔松，格雷R比特，小萨米C比奇，
申请(专利权)人：怀特联合工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]