專利名稱：以脈沖狀態(tài)工作的控制閥的制作方法
多數(shù)制冷系統(tǒng)的一個(gè)主要部件是膨脹裝置，它對(duì)流入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑的流動(dòng)進(jìn)行控制，并使制冷劑的壓力從冷凝器壓力降低到蒸發(fā)器壓力。通常使用的膨脹裝置包括恒溫膨脹閥、脈寬調(diào)制電磁閥和如毛細(xì)管或節(jié)流孔之類的無源裝置。小容量的制冷系統(tǒng)，如家用電冰箱，通常使用毛細(xì)管，而在給毛細(xì)管定徑后，只在一種工作條件下才能使制冷劑處于最佳流動(dòng)狀態(tài)。因而，在不是設(shè)計(jì)點(diǎn)的其它工作條件下，在高負(fù)荷條件下會(huì)在蒸發(fā)器內(nèi)造成制冷劑缺乏，而在低負(fù)荷條件下會(huì)造成制冷劑滿流，蒸發(fā)器的制冷劑缺乏和滿流都會(huì)降低制冷系統(tǒng)的效率。
正如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，當(dāng)在蒸發(fā)器內(nèi)維持適當(dāng)?shù)闹评鋭┝繒r(shí)，有源膨脹裝置使效率提高。然而，對(duì)于小制冷系統(tǒng)來說，有源膨脹裝置(如恒溫膨脹閥)不能有效工作，這是由于這些膨脹裝置不能制造出足夠小的孔，以調(diào)節(jié)較小的流量。這種小孔難以制造和極易造成堵塞。因此，這就需要有一種不需要小孔就能控制低制冷劑流量的恒溫膨脹閥。
本發(fā)明的控制閥不需要小孔就能在很低的每小時(shí)幾克的流量下對(duì)制冷劑進(jìn)行精確的流動(dòng)控制。這種閥除了用于制冷劑的膨脹外，還可應(yīng)用于小流量的壓力或流動(dòng)控制。本發(fā)明的這種控制閥特別適用于小的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，以及制冷劑吸收冷卻設(shè)備，如可用在容量低于200瓦特，尤其是容量在大約10-100瓦特的小冷卻容量的制冷機(jī)/冷凍機(jī)設(shè)備中。按照本發(fā)明，適用于小制冷系統(tǒng)的恒溫膨脹閥(TXV)包括一個(gè)液態(tài)制冷劑入口和一個(gè)位于該閥與蒸發(fā)器之間的具有節(jié)流作用的出口。有節(jié)流作用的出口的流通面積小于入口的流通面積。該閥包括位于閥入口與出口之間的具有有限容積的空腔，其容積小于系統(tǒng)蒸發(fā)器的容積。該閥還包括根據(jù)閥腔內(nèi)的壓力來打開和關(guān)閉入口的裝置。比節(jié)流的出口尺寸要大的入口在開啟時(shí)可使閥腔內(nèi)的壓力迅速增高。出口節(jié)流可使閥腔內(nèi)壓力始終保持在高于蒸發(fā)器壓力上，該壓力足以使處于開啟狀態(tài)的入口迅速關(guān)閉。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，感溫包或其它裝置用于檢測(cè)蒸發(fā)器的過熱，并給閥提供壓力，以開啟和關(guān)閉入口。受到感溫包壓力作用的膜片根據(jù)膜片相對(duì)兩側(cè)的壓力平衡來控制入口的開啟和關(guān)閉。在另一個(gè)實(shí)施例中，感溫包充注劑為具有丙二醇、乙二醇或水的氨特別適用于氨制冷系統(tǒng)，而含有丙二醇或乙二醇的二甲醚適用于碳氟化合物制冷劑系統(tǒng)，它們用于操縱本發(fā)明的膜片控制的恒溫膨脹閥。


圖1是本發(fā)明的蒸發(fā)器控制閥的剖面圖；圖2是控制蒸發(fā)器過熱的本發(fā)明的蒸發(fā)器和閥的示意圖。
本發(fā)明的恒溫膨脹閥(TXV)特別適用于容量較小的制冷系統(tǒng)、熱泵、電冰箱和/或冷凍機(jī)。該閥具有一個(gè)液態(tài)制冷劑的入口、一個(gè)出口和一個(gè)位于入口與出口之間的閥腔。由于出口處節(jié)流而造成壓力下降。該閥包括響應(yīng)閥腔內(nèi)的壓力而開關(guān)入口的裝置，高壓時(shí)關(guān)閉入口，低壓時(shí)開啟入口。在附圖中示出并在下文中討論了一些具有用于響應(yīng)閥腔內(nèi)的壓力而開關(guān)閥的某些部件和特性的特定裝置。該閥的一個(gè)重要特性和功能是具有在迅速關(guān)閉入口后迅速增高閥腔內(nèi)壓力的能力。這種功能是通過如下方式來實(shí)現(xiàn)的與出口流通面積相比，入口流通面積應(yīng)足夠大，以迅速增高腔內(nèi)壓力，并響應(yīng)該高壓使入口在每次開啟后迅速關(guān)閉。下面介紹有效的和優(yōu)選的入口和出口流通面積。該閥進(jìn)一步的特征在于其內(nèi)腔容積小于提供制冷劑的蒸發(fā)器的容積。
圖1示出了一種恒溫膨脹閥，它特別適用于小容量的吸收式或蒸汽壓縮式電冰箱或制冷設(shè)備。圖中所示的閥包括一個(gè)具有內(nèi)腔24的閥體10。閥座20限定了閥口28，該閥口可由密封件16來開啟和關(guān)閉，該密封件16座落并緊靠在閥塞17上，閥塞17響應(yīng)膜片12朝向由彈簧14推向膜片的桿22和柱塞13的運(yùn)動(dòng)而上下移動(dòng)。閥組件包括感溫包連接口或壓力口11、入口管18和出口管19。膜片利用來自感溫包(圖中未示出)的壓力并通過感溫包連接口11推動(dòng)桿22的上表面。入口管18與冷凝器或液態(tài)制冷劑貯罐(圖中未示出)連通，而出口管19與制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器連通。節(jié)流口15位于閥內(nèi)腔24與出口管19之間。閥桿23將柱塞連接在閥塞17上，彈簧14向上朝膜片方向推動(dòng)柱塞13，以關(guān)閉入口。來自感溫包的壓力通過壓力口11作用在膜片朝向感溫包的一側(cè)上，該壓力推動(dòng)膜片，膜片再推動(dòng)桿22和柱塞13，以壓縮彈簧14并迫使密封件16向下運(yùn)動(dòng)，從而開啟閥的入口28。閥腔內(nèi)的壓力也推動(dòng)閥塞17，以開啟閥口28。趨向于關(guān)閉閥的力有壓向膜片12的蒸發(fā)器(底面)側(cè)的壓力，即閥腔內(nèi)的壓力、彈簧14的力和通過入口管18施加到閥塞17的冷凝器壓力。當(dāng)趨向于開啟閥的合力超過趨向于關(guān)閉閥的合力時(shí)，閥便開啟。相反則閥保持關(guān)閉。另外，設(shè)計(jì)閥時(shí)可使冷凝器壓力趨向于開啟該閥。但是，在圖中所示實(shí)例中，該閥是利用冷凝器的壓力來關(guān)閉閥，這是由于在使用氨制冷劑的系統(tǒng)冷凝器壓力較高。
閥通過反復(fù)地開啟和關(guān)閉來控制制冷劑向蒸發(fā)器的流動(dòng)，而不是連續(xù)地調(diào)節(jié)制冷劑流量。根據(jù)本發(fā)明，為了使閥能正確地動(dòng)作，入口孔20必須足夠大，以使閥腔內(nèi)的壓力迅速超過到感溫包壓力，并使閥關(guān)閉。在起動(dòng)時(shí)，感溫包大致處于環(huán)境溫度下，感溫包內(nèi)的壓力接近于冷凝器壓力。入口孔必須足夠大，以使閥腔的壓力增加到冷凝器壓力，同時(shí)制冷劑流過出口。因此，入口孔造成的壓力降必須盡可能小于出口的壓力降。
本發(fā)明的恒溫膨脹閥的一個(gè)重要且顯著的特征是閥與系統(tǒng)蒸發(fā)器之間的節(jié)流，以及入口閥座和節(jié)流口之間的閥內(nèi)小容量。參見圖1，節(jié)流口15位于閥腔24和蒸發(fā)器之間，出口管19與蒸發(fā)器連通，以引導(dǎo)冷凝后的制冷劑。節(jié)流口15不一定非設(shè)置在某特定位置上，只要將其設(shè)置在閥腔24的下游即可。節(jié)流口15及其位置處于閥腔或閥內(nèi)部與蒸發(fā)器之間可確保膜片12的蒸發(fā)器側(cè)受到的壓力等于或大于蒸發(fā)器入口壓力。因此，當(dāng)施加到膜片12的感溫包側(cè)壓力升高，或蒸發(fā)器壓力降低到平衡點(diǎn)時(shí)，閥開啟并且壓力低于膜片壓力，即閥內(nèi)壓力，使閥迅速地重新關(guān)閉。當(dāng)流體經(jīng)節(jié)流口15流向蒸發(fā)器時(shí)，壓力減小，直到閥體和閥腔內(nèi)和膜片12的蒸發(fā)器側(cè)的壓力降到足以使閥重新開啟為止。閥開啟時(shí)，少量的液態(tài)制冷劑經(jīng)開啟的入口流入閥腔，然后閥又重新迅速關(guān)閉，并且其余的液態(tài)制冷劑不能流入，直到已有預(yù)定“量”的制冷劑流到蒸發(fā)器為止。閥的工作方式最好是脈沖工作方式，而不是調(diào)節(jié)，這樣可改進(jìn)對(duì)具有小制冷劑流量的制冷系統(tǒng)的控制。
由于入口和出口的相對(duì)孔徑不同，在閥腔內(nèi)的壓力將迅速提高，并使入口在從入口開啟時(shí)算起至約1/2秒或少于1/2秒時(shí)關(guān)閉。壓力的提高和入口的關(guān)閉可在更快的速度進(jìn)行，并且該閥的循環(huán)比率可達(dá)每秒60次。但是在必要時(shí)，循環(huán)比率可按要求低到例如每小時(shí)循環(huán)一次。
可計(jì)算出在制冷劑蒸汽的流量處于最大設(shè)計(jì)流量時(shí)出口節(jié)流的最小孔徑，同時(shí)最大流量在可接受的范圍內(nèi)并且不至小到不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，壓力降等于感溫包內(nèi)可接受的最大壓力。閥入口處的流通面積必須大于出口節(jié)流的面積。不管出口節(jié)流的尺寸或面積如何，閥座流阻應(yīng)當(dāng)小于蒸發(fā)器的流阻，該流阻是液體流動(dòng)的阻力。在使用中流過閥的流體通常為液體，蒸發(fā)器內(nèi)為兩相流體。因此，當(dāng)閥開啟時(shí)，流入閥的質(zhì)量流量要大大超過離開閥的質(zhì)量流量，閥腔內(nèi)的壓力將增高并將迅速關(guān)閉。
位于入口和出口節(jié)流區(qū)之間的閥腔的有效容積小于蒸發(fā)器容積。位于閥座20和節(jié)流口15之間的閥腔24的容積應(yīng)當(dāng)足夠大，以使閥的動(dòng)作周期不會(huì)比在制冷能力下的自然頻率更快，并且要足夠小，以便不使液體太多，以至充滿蒸發(fā)器。閥腔內(nèi)的閥部件將其有效容積減小。節(jié)流口15的直徑或橫截面積應(yīng)足夠大，以便不會(huì)造成節(jié)流阻塞問題，并且還足夠小，以使制冷劑不會(huì)如前如述的充滿整個(gè)蒸發(fā)器。另外，閥入口和出口尺寸與溫度有關(guān)，而溫度與蒸發(fā)器-感溫包系統(tǒng)的時(shí)間有關(guān)。節(jié)流口15的開口面積與入口孔28的有效面積的較佳比率至少為1∶2，較好為1∶4，更好為1∶20，最好為約1∶10-1∶20之間。因此，閥入口28的較佳或有效入口流通面積至少為出口或節(jié)流口15的開口面積的2倍或2倍以上，而10-20倍則更好，以確保在膜片的作用下，壓力迅速升高，從而使閥迅速重新關(guān)閉?？梢岳斫猓魏卧O(shè)置在制冷劑必定流經(jīng)的入口區(qū)的占據(jù)空間的部件都會(huì)減少入口的有效入口面積。例如，位于入口或出口或沿任何臨界制冷劑流通面積的由桿23或其它部件占據(jù)的面積或空間一定是計(jì)算上述比率的因子。
圖2示出一個(gè)蒸發(fā)器30，其中感溫包32位于蒸發(fā)器管的過熱部分上。感溫包通過壓力管31與閥10接觸，而閥膜片12(圖1)受到壓力口11的感溫包壓力的作用。如圖所示，制冷劑在通過大部分的蒸發(fā)器時(shí)發(fā)生沸騰，這些部分稱之為二相流(沸騰)區(qū)，同時(shí)，較短的蒸發(fā)器管段將過熱的熱量傳遞給過熱區(qū)內(nèi)的制冷劑蒸汽。與增加的制冷劑流量相對(duì)應(yīng)的感溫包壓力和溫度的響應(yīng)時(shí)間取決于感溫包負(fù)荷、制冷劑、閥部件的大小等等。另外，還有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，它是在制冷劑通過出口節(jié)流區(qū)流到蒸發(fā)器時(shí)，由于閥腔內(nèi)壓力減小而使閥關(guān)閉的瞬間開始，直到閥再次開啟時(shí)為止。只要閥一關(guān)閉，閥腔內(nèi)的壓力就開始減小，這將取決于感溫包的溫度和壓力，當(dāng)閥腔壓力高于蒸發(fā)器壓力時(shí)，閥入口可再次開啟。然而，在極限情況下，感溫包幾乎正好處在需進(jìn)行過熱的準(zhǔn)確溫度上。在正常操作中，在沸騰和過熱開始(F1)的前區(qū)將緩慢地退離感溫包并朝蒸發(fā)器入口移動(dòng)。當(dāng)沸騰的前區(qū)向后移動(dòng)時(shí)，蒸汽在到達(dá)感溫包之前將越來越熱。最后感溫包壓力終于上升到足以使閥打開，沸騰前區(qū)將移動(dòng)到靠近感溫包處，并且感溫包的溫度和壓力將下降。在閥每次打開之后，只要閥腔壓力一升到大大高于蒸發(fā)器壓力時(shí)，閥就將再次關(guān)閉。當(dāng)閥腔壓力減小之后，閥將再次開啟，除非感溫包冷卻到設(shè)定的過熱溫度以下。通常從制冷劑開始流到蒸發(fā)器的蒸發(fā)器-感溫包壓力響應(yīng)要慢于閥腔壓力減小的響應(yīng)時(shí)間，并且在感溫包冷卻到(或低于)所需的熱溫度之前時(shí)，閥將開啟不止一次。因此，閥腔內(nèi)的壓力減小響應(yīng)時(shí)間要小于在向蒸發(fā)器補(bǔ)充制冷劑之后感溫包壓力升高所花費(fèi)的時(shí)間。閥壓力減小響應(yīng)時(shí)間最好小于感溫包壓力響應(yīng)時(shí)間的1/3。但是，為了防止?jié)M流，閥的多重開口不應(yīng)導(dǎo)入將充滿整個(gè)蒸發(fā)器(包括位于感溫包前部的過熱段)的足夠的制冷劑，(并且該過熱段位于感溫包后面，如果該段存在的話)。閥腔可不完全地充注各閥的開口，但在設(shè)計(jì)閥時(shí)，如果閥腔未完全充滿制冷劑，則不會(huì)發(fā)生蒸發(fā)器的滿流現(xiàn)象。為此目的，閥腔的有效容積最好小于蒸發(fā)器過熱區(qū)的容積的30％。
為了減少起動(dòng)時(shí)加熱蒸發(fā)器的問題，必須正確地選擇感溫包負(fù)荷。如果感溫包充注與系統(tǒng)制冷劑相同的制冷劑，則過熱壓力由彈簧壓力設(shè)定，該壓力近似于由冷凝器壓力施加到閥塞上的閥的正的凈壓力。如果在正常的蒸發(fā)器工作溫度下過熱壓力設(shè)定在基本合理的過熱狀態(tài)，則當(dāng)蒸發(fā)器處于環(huán)境溫度和壓力狀態(tài)時(shí)，該壓差造成非常低的過熱溫度。起動(dòng)狀態(tài)下較低的過熱溫度意味著將出現(xiàn)過滿流現(xiàn)象，直到蒸發(fā)器冷卻到很低時(shí)為止。對(duì)于大多數(shù)蒸汽壓縮系統(tǒng)來說，這將會(huì)導(dǎo)致效率的降低，但在運(yùn)行上不會(huì)出現(xiàn)問題。然而，小容量的吸收式制冷系統(tǒng)，特別是周期系統(tǒng)卻不能使蒸發(fā)器冷卻，這是因?yàn)樵诮馕h(huán)過程中，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行補(bǔ)充加熱。一種傳統(tǒng)的解決方案是在感溫包中只充注某一固定壓力的蒸汽。由于充注蒸汽，閥將蒸發(fā)器控制在固定壓力下，直到感溫包充分冷卻，以致發(fā)生冷凝時(shí)為止，較低的冷凝溫度使閥起真實(shí)TXV的作用。但是，由于感溫包充注有限，在感溫包回路中，如在膜片處的冷卻點(diǎn)處的任何冷凝溫度都不能使感溫包內(nèi)冷凝，并且感溫包的溫度將不控制閥。在回路中感溫包必須是最冷的點(diǎn)，或感溫包充有足夠制冷劑，以便在充滿膜片腔和毛細(xì)管的同時(shí)仍能在感溫包內(nèi)保持一定的液體。通過在較熱的位置處設(shè)置閥可避免在膜片處發(fā)生冷凝，但這又會(huì)增加冷卻損失，從而降低效率，并在小容量系統(tǒng)中大大減小可利用的冷卻能力。
通過向感溫包充注具有不同蒸汽壓力的制冷劑并且蒸汽壓-溫度線比系統(tǒng)制冷劑的蒸汽壓-溫度線更陡可克服上述代控制問題。這是已知的混合充注。能用作混合充注并能使所需的閥響應(yīng)不同蒸發(fā)器溫度的純凈物質(zhì)是通常是難以找到或由于有毒、有害或成本高而不適用?？蛇x擇吸收劑充注或混合方式將幾種純凈物質(zhì)進(jìn)行混合充注。包括用在蒸發(fā)器內(nèi)的相同制冷劑混合物和蒸汽壓力抑制劑的吸收劑充注常常工作得非常有效。但是，為了快速將氣體吸收到感溫包充注液內(nèi)，這對(duì)極性物質(zhì)是有用的。由于相同的原因，能用氫鍵鍵合的物質(zhì)的最為適用的。
較好的感溫包能在所期望的整個(gè)蒸發(fā)器溫度范圍內(nèi)提供較恒定的過熱。例如，如果在氨制冷劑系統(tǒng)中用氨作為感溫包充注劑，在-35℃時(shí)，10℃時(shí)設(shè)定的彈簧力使蒸發(fā)器在+20℃的情況下常常形成1或2℃的過熱，這會(huì)造成熱感溫包起動(dòng)困難。但是，使用氨與適用的低蒸汽壓的物質(zhì)的混合物，如水或丙二醇，則將會(huì)在任意蒸發(fā)器壓力下提供基本恒定的過熱，并需要很小的彈簧力。
感溫包特別適合充注含氨制冷劑的吸收劑包括氨-水混合物、氨-乙醇混合物和氨-乙二醇混合物。氨的重量百分比含量最好在約5％到約70％之間。乙醚、乙二醇醚、聚醚、酰胺、聚酰胺、酯、聚酯也適合于作氨的吸收劑，并可用作感溫包充注劑的成分。含有重量百分比為10％-50％的氨的低乙二醇(甘醇、丙二醇)的混合物是特別適用的，這是因?yàn)?1)如發(fā)生分離，上述任何一種成分都不能在所需的蒸發(fā)器溫度下發(fā)生凍結(jié)，(2)這些吸收劑都是極性的并能以氫鍵鍵合，因而呈現(xiàn)出較強(qiáng)的吸收氨的能力，(3)它們價(jià)格低廉，并且是低毒或無毒的，(4)它們無腐蝕性，并且(5)能將混合物的濃度設(shè)定在可提供理想溫度響應(yīng)和過熱上。在二甲醚約占40％至95％的混合物中，二甲醚與丙二醇和/或甘醇也是特別適于用作氨制冷劑的。
大多數(shù)碳氟化合物制冷劑都是無極性的，并且不能以氫鍵鍵合。因此，當(dāng)制冷劑是碳氟化合物，并且吸收劑感溫包充注較為適當(dāng)，感溫包充注劑應(yīng)選擇蒸汽壓接近系統(tǒng)制冷劑蒸汽壓的極性氣體，并補(bǔ)充極性吸收劑，以降低蒸汽壓，從而避免在膜片等處出現(xiàn)冷凝等問題。例如，當(dāng)R134a(四氟代乙烷)用作制冷劑時(shí)，適用的感溫包充注劑包括氨含量約在5％-85％之間上述水-氨混合物和二甲醚-乙二醇或甘醇混合物，特別是二甲醚的重量百分比含量約在40％-95％之間的這種混合物。氨的重量百分比含量約在10％-70％之間的氨-丙二醇和/或甘醇混合物也是特別適合于與四氟代乙烷配合使用的。
當(dāng)系統(tǒng)制冷劑不適合于作感溫包充注劑的成分時(shí)，可使用適用的氣態(tài)吸收劑混合物，這是因?yàn)闅鈶B(tài)吸收劑混合物是非極性的，它們可從下列氣體中選擇二甲醚、低醚(C1-C6)、低酯族叔胺(C1-C6)和低酯族酮(C1-C6)，吸收劑可從下列物質(zhì)中選擇丙二醇、甘醇、乙醇、乙二醇、聚醚、酯、聚酯、二醇、三醇和多醇、二胺、三胺和多胺、酰胺、聚酰胺和水。在使用氨、甲胺和其它低胺(C1-C6)時(shí)，吸收劑選自乙醇、乙二醇、二醇、三醇和多醇、醚、乙二醇醚、聚醚、酰胺、聚酰胺、酯、聚酯和水等。
一旦選擇了感溫包充注劑，最好確定在最大流量下可接受的最大過熱增量，并將該過熱增量轉(zhuǎn)變成感溫包壓力。例如，氨蒸發(fā)器的工作溫度為-35℃，設(shè)計(jì)的過熱為10℃，在感溫包內(nèi)有66％質(zhì)量百分比的氨和34％的甘醇的混合物，在最大流量下可接受的熱增量為1℃，則相關(guān)的壓力為蒸發(fā)器壓力=13.5psia@-35℃感溫包壓力=14.4psia@-25℃(10℃SH)感溫包壓力=15.1psia@-24℃(11℃SH)閥節(jié)流出口的尺寸應(yīng)能使在最大制冷劑流量時(shí)產(chǎn)生0.7psi的壓降。
作為一個(gè)特定的實(shí)例，閥在用于小型氨吸收制冷系統(tǒng)中時(shí)，如功率為15-25瓦，蒸發(fā)器溫度為-3 2℃，冷凝器溫度為50-60℃，則其部件具有下述尺寸節(jié)流出口尺寸0.054cm(0.021英寸)入口直徑0.20cm(0.08in.)閥內(nèi)容量(閥腔)1cc(0.06cu．英寸)系統(tǒng)蒸發(fā)器容量≈15cc本發(fā)明的上述恒溫膨脹閥可在將制冷劑用在感溫包側(cè)時(shí)用于控制過熱，并可作為壓力調(diào)節(jié)器來控制蒸發(fā)器壓力，其方法是在膜片的感溫包側(cè)設(shè)置固定的氣體壓力或彈簧力。通過將氣體充注劑設(shè)置在與冷凝器熱接觸的感溫包側(cè)，可消除冷凝器壓力對(duì)控制壓力的作用。選擇適當(dāng)?shù)哪て娣e與閥口面積之比，可在整個(gè)正常工作范圍內(nèi)完全消除冷凝器壓力對(duì)力平衡的作用。
本發(fā)明的閥可用在任何電冰箱/冷凍機(jī)或其它制冷裝置內(nèi)，其中需要控制流向蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑。這種閥特別適用于制冷劑流量小于12公斤/小時(shí)的較小容量的系統(tǒng)。但是，對(duì)于制冷劑流量小于6公斤/小時(shí)的系統(tǒng)，特別是制冷劑流量小于3公斤/小時(shí)的系統(tǒng)來說，使用這種閥甚至更為有利。可以發(fā)現(xiàn)，在上述氨制冷劑系統(tǒng)中，當(dāng)制冷劑流量更小，如約為5至75克/小時(shí)之間時(shí)，本發(fā)明的閥以取得極好的效果。從制冷容量上說，這種制冷系統(tǒng)通常小于1000瓦，特定的小于500瓦，更特定的小于250瓦，最特定的小于100瓦。在容量非常小的氨冷卻或制冷系統(tǒng)中，這種閥工作最有效和最有利的容量范圍在10-100瓦之間。
這種閥可用于任何制冷劑系統(tǒng)，包括使用氟利昂制冷劑CFC、HFC、HCFC、非極性制冷劑(如丙烷或丁烷)及極性制冷劑(如在美國(guó)專利US 5,441,995和5,477,706中所公開的制冷劑，這兩篇文獻(xiàn)作為本說明的參考文獻(xiàn))。這種閥對(duì)于使用機(jī)械壓縮機(jī)的蒸汽壓縮系統(tǒng)及美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/390,678(該申請(qǐng)也作為本說明書的參考文獻(xiàn))中所描述的小容量熱壓縮機(jī)吸收式制冷裝置來說十分有效。這種裝置具有一個(gè)或多個(gè)包含能有選擇地吸附和解吸氣態(tài)制冷劑的固體吸收組分的吸收器。固體吸收劑可以是包括已知包合物，如沸石、活性氧化鋁、活性碳和硅膠或金屬氫化物的任何組合物。較佳的吸收劑是通過吸附在金屬鹽上的極性氣態(tài)制冷劑而形成的配位化合物，如在美國(guó)專利US 4,848,994(作為本說明書的參考文獻(xiàn))所描述的化合物。最好的化合物是由作為本說明書參考文獻(xiàn)的美國(guó)專利5,298,231和5,328,671中描述的配位化合物，這種配位化合物是通過限制體積膨脹來優(yōu)化密度的工藝而形成的。這種配位化合物與不經(jīng)過體積膨脹限制和密度控制的配位化合物相比能大大提高反應(yīng)速率。這種吸收劑包括金屬鹽和配位化合物及其含有上述包合物的混合物。最好的配位化合物是其中有氨作制冷劑的那些配位化合物。
雖然上述的本發(fā)明的閥主要應(yīng)用在制冷中，但除制冷應(yīng)用之外，該閥還可用作壓力控制閥。作為壓力調(diào)節(jié)器，該閥在小流量和壓力調(diào)節(jié)器不易控制的系統(tǒng)中最為有效。通過彈簧壓力或通過流體壓力(液體或氣體)的機(jī)械手段可利用與閥腔壓力相反的偏壓。
權(quán)利要求
1．一種閥，它包括一個(gè)具有入口流通面積的入口；一個(gè)具有出口流通面積的出口；位于所述入口和所述出口之間并與它們連通的閥腔；響應(yīng)所述閥腔內(nèi)的壓力而開啟和關(guān)閉所述入口的裝置，其中所述裝置響應(yīng)較高壓力而關(guān)閉所述入口，響應(yīng)較低壓力而開啟所述入口；所述入口流通面積至少為出口流通面積的二倍，因而開啟所述入口時(shí)，將迅速提高所述閥腔內(nèi)的壓力，所述裝置在入口每次開啟后都將它迅速關(guān)閉。
2．按照權(quán)利要求1的閥，其中所述響應(yīng)壓力的裝置能在所述入口開啟后的至少1/2秒內(nèi)關(guān)閉所述入口。
3．按照權(quán)利要求2的閥，其中所述響應(yīng)壓力的裝置能每秒鐘開關(guān)所述閥60次。
4．按照權(quán)利要求1的閥，其中包括所述壓力口，該口使所述裝置受到外部偏壓的作用，以開啟和關(guān)閉所述入口。
5．按照權(quán)利要求4的閥，其中所述響應(yīng)壓力的裝置包括與所述壓力口配合的波紋管或膜片。
6．按照權(quán)利要求1的閥，其中所述響應(yīng)壓力的裝置包括用于迫使所述入口關(guān)閉的偏壓裝置。
7．按照權(quán)利要求1的閥，其中所述入口包括一個(gè)閥座，其中所述響應(yīng)壓力的裝置包括一個(gè)用于密封所述閥座的閥塞。
8．按照權(quán)利要求6的閥，其中所述入口包括一個(gè)閥座，其中所述響應(yīng)壓力的裝置包括一個(gè)用于密封所述閥座的閥塞。
9．按照權(quán)利要求6的閥，其中所述偏壓裝置包括一個(gè)用于迫使所述入口關(guān)閉的彈簧。
10．按照權(quán)利要求1的閥，其中所述入口流通面積至少比出口流通面積大10倍。
11．按照權(quán)利要求2的閥，其中所述入口流通面積至少比出口流通面積大10倍。
12．按照權(quán)利要求3的閥，其中所述入口流通面積至少比出口流通面積大10倍。
13．按照權(quán)利要求2的閥，其中所述入口流通面積大約在出口流通面積的約10-約20倍之間。
14．用于控制蒸發(fā)器內(nèi)蒸汽過熱的控制組件，它包括一個(gè)閥組件，包括液態(tài)制冷劑入口、出口和位于入口和出口之間的閥腔；響應(yīng)壓力的裝置，它位于所述閥腔內(nèi)，用于開啟和關(guān)閉入口，其中所述裝置響應(yīng)較高壓時(shí)關(guān)閉所述入口，響應(yīng)所述較低壓時(shí)開啟所述入口；所述入口流通面積至少是出口流通面積的二倍，因而開啟所述入口時(shí)，將迅速提高所述閥腔內(nèi)的壓力，所述裝置在入口每次開啟后都將它迅速關(guān)閉。
15．按照權(quán)利要求14的控制組件，其中所述入口的面積至少約比所述出口的面積大10倍。
16．按照權(quán)利要求14的控制組件，其中所述入口面積是所述出口面積的約10倍-約20倍。
17．按照權(quán)利要求14的控制組件，其中包括與所述閥組件相互配合的偏壓裝置，用于開啟或關(guān)閉所述入口。
18．按照權(quán)利要求14的控制組件，其中所述響應(yīng)壓力的裝置能在所述入口開啟后，在至少1/2秒內(nèi)關(guān)閉所述入口。
19．按照權(quán)利要求18的控制組件，其中所述響應(yīng)壓力的裝置能每秒鐘開啟和關(guān)閉所述閥60次。
20．按照權(quán)利要求17的控制組件，其中所述偏壓裝置包括一個(gè)位于所述閥組件上并與所述蒸發(fā)器熱接觸的感溫包相互配合的壓力口。
21．按照權(quán)利要求20的控制組件，其中所述閥組件包括一個(gè)膜片或波紋管，它受到所述壓力口的作用并響應(yīng)所述壓力以開啟和關(guān)閉所述入口。
22．按照權(quán)利要求21的控制組件，其中所述閥組件包括一個(gè)用于關(guān)閉所述入口的閥塞和一個(gè)與之相配合并用于將偏壓加在所述閥塞上以關(guān)閉所述入口的彈簧。
23．按照權(quán)利要求22的控制組件，其中在所述壓力口處的增壓迫使所述膜片或波紋管逆所述彈簧的偏壓開啟所述入口。
24．按照權(quán)利要求14的控制組件，其中響應(yīng)壓力的裝置包括一個(gè)可移動(dòng)部件，該部件具有一個(gè)受到所述閥腔內(nèi)壓力作用的表面，所述可移動(dòng)部件在關(guān)閉所述入口的第一位置和開啟所述入口的第二位置之間運(yùn)動(dòng)。
25．一種制冷裝置，它包括用于冷凝制冷劑氣體的冷凝器、用于冷卻處于熱輻射狀態(tài)的負(fù)荷的蒸發(fā)器，以及一個(gè)閥組件，用于控制制冷劑的流動(dòng)，它包括一個(gè)具有入口流通面積的入口；一個(gè)具有出口流通面積的出口；一個(gè)位于所述入口和出口之間并與入口和出口連通的閥腔；響應(yīng)所述閥腔內(nèi)壓力的裝置，用于開啟和關(guān)閉所述入口，其中所述裝置在響應(yīng)較高壓力時(shí)關(guān)閉所述入口，響應(yīng)較低壓力時(shí)開啟所述入口；所述入口流通面積至少是出口流通面積的二倍，因而開啟所述入口時(shí)，將迅速提高所述閥腔內(nèi)的壓力，所述裝置在入口每次開啟后都將它迅速關(guān)閉。
26．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中所述閥的所述入口與所述冷凝器或制冷劑貯箱連通，所述出口與所述蒸發(fā)器連通。
27．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中包括與所述閥組件相互配合以開啟或關(guān)閉入口的偏壓裝置。
28．按照權(quán)利要求27的制冷裝置，其中所述偏壓裝置包括位于所述閥組件上的壓力口，該壓力口與和所述蒸發(fā)器熱接觸的感溫包相互配合，以在所述壓力口形成壓力。
29．按照權(quán)利要求28的制冷裝置，其中所述閥組件包括暴露于所述壓力口并響應(yīng)所述壓力來開啟和關(guān)閉所述入口的膜片和波紋管。
30．按照權(quán)利要求28的制冷裝置，其中所述感溫包與所述蒸發(fā)器的過熱區(qū)熱接觸，以在所述壓力口產(chǎn)生壓力，該壓力與所述蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽溫度成正比。
31．按照權(quán)利要求30的制冷裝置，其中所述組件包括暴露于所述壓力口并響應(yīng)所述壓力來開啟和關(guān)閉所述入口的膜片和波紋管。
32．按照權(quán)利要求30的制冷裝置，其中所述閥腔的容積比所述蒸發(fā)器的過熱區(qū)的容積約小30％。
33．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中包括熱壓縮機(jī)或機(jī)械壓縮機(jī)。
34．按照權(quán)利要求33的制冷裝置，其中所述熱壓縮機(jī)包括固-氣吸收系統(tǒng)。
35．按照權(quán)利要求34的制冷裝置，其中所述固-氣系統(tǒng)包括配位化合物、沸石、活性碳或金屬氫化物。
36．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中制冷劑是氨，感溫包充注劑是氨和丙二醇和/或乙二醇的混合物，其中混合物的含氨量的重量百分比在10％-50％之間。
37．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中所述制冷劑是氨，感溫包充注劑是氨和水的混合物，其中混合物的含氨量的重量百分比在5％-70％之間。
38．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中制冷劑是氨，感溫包充注劑是二甲醚和丙二醇和/或乙二醇的混合物，其中混合物的二甲醚含量的重量百分比在40％-95％之間。
39．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中所述制冷劑是碳氟化合物，感溫包充注劑是氨、丙二醇、乙二醇、二甲醚或水，或它們的混合物。
40．按照權(quán)利要求39的制冷裝置，其中碳氟化合物制冷劑是四氟代乙烷，感溫包充注劑是二甲醚和丙二醇和/或乙二醇的混合物，其中混合物的二甲醚含量的重量百分比在40％-95％之間。
41．按照權(quán)利要求39的制冷裝置，其中碳氟化合物制冷劑是四氟代乙烷，感溫包充注劑是氨和水的混合物，其中混合物的含氨量的重量百分比在5％-85％之間。
42．按照權(quán)利要求39的制冷裝置，其中碳氟化合物制冷劑是四氟代乙烷，感溫包充注劑是氨和丙二醇和/或乙二醇的混合物，其中混合物的含氨量的重量百分比在10％-70％之間。
43．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中所述制冷劑是氨，感溫包充注劑是氨與一種吸收劑的混合物，該吸收劑從由下列一組物質(zhì)中選取亞烷乙二醇、乙醇、醚、乙二醇醚、聚醚、酰胺、聚酰胺、酯、聚酯、水及其混合物。
44．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中所述制冷劑是碳氟化合物，其中所述感溫包包含一種氣體的混合物，該氣體包括脂族醚、低脂族叔胺或低脂族酮，吸收劑包括亞烷乙二醇、乙醇、乙二醇醚、聚醚、酯、聚酯、聚乙醇、聚胺、酰胺或聚酰胺。
45．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，它具有1000瓦或低于1000瓦的冷卻能力。
46．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，它具有500瓦或低于500瓦的冷卻能力。
47．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，它具有250瓦或低于250瓦的冷卻能力。
48．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，它具有100瓦或低于100瓦的冷卻能力。
49．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中所述入口的有效流通面積至少比所述出口的有效流通面積大4倍。
50．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中所述入口的有效流通面積至少比所述出口的有效流通面積大10倍。
51．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中制冷劑小于每小時(shí)12千克。
52．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中制冷劑小于每小時(shí)6千克。
53．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中所述制冷劑小于每小時(shí)3千克。
54．按照權(quán)利要求25的制冷裝置，其中制冷劑流量每小時(shí)為約5-約75克之間。
55．按照權(quán)利要求28的制冷裝置，其中在關(guān)閉所述入口后在所述閥腔內(nèi)壓力延遲響應(yīng)時(shí)間小于在向所述蒸發(fā)器補(bǔ)充制冷劑后感溫包的壓力響應(yīng)時(shí)間。
56．按照權(quán)利要求59的制冷裝置，其中所述壓力延遲響應(yīng)時(shí)間小于感溫包的壓力響應(yīng)時(shí)間的1/3。
57．一種閥，它包括一個(gè)具有入口流通面積的入口；一個(gè)具有出口流通面積的出口；位于所述入口和所述出口之間并與它們連通的閥腔；響應(yīng)所述閥腔內(nèi)的壓力而開啟和關(guān)閉所述入口的裝置，其中所述裝置響應(yīng)較高壓力而關(guān)閉所述入口，響應(yīng)較低壓力而開啟所述入口；所述入口流通面積大于所述出口流通面積，因而開啟所述入口時(shí)，將迅速提高所述閥腔內(nèi)的壓力，所述裝置在入口每次開啟后將它在至少1/2秒內(nèi)關(guān)閉。
58．按照權(quán)利要求57的閥，其中所述響應(yīng)壓力的裝置能每秒鐘開關(guān)所述閥60次。
59．按照權(quán)利要求57的閥，其中所述入口流通面積至少比所述出口流通面積大10倍。
60．按照權(quán)利要求57的閥，其中所述入口流通面積為出口流通面積的約10-約20倍之間。
全文摘要
一種閥組件(10),包括一個(gè)制冷劑入口(18)和一個(gè)具有節(jié)流口(15)的制冷劑出口(19),入口的開度至少比出口的開度大2倍。該閥具有位于入口和出口之間并響應(yīng)閥腔壓力開關(guān)入口(18)的部件。比節(jié)流出口(19)大的入口(18)在入口開啟時(shí)迅速將閥腔(24)內(nèi)的壓力升高,從而使入口迅速關(guān)閉。閥(10)能有較高的循環(huán)量,對(duì)于小型制冷劑或冷卻設(shè)備十分有效,該閥還可在其它需要壓力調(diào)節(jié)的應(yīng)用中控制壓力。
文檔編號(hào)F25B41/06GK1223716SQ97195850
公開日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1997年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月26日
發(fā)明者L·D·基羅爾, J·W·蘭格利爾斯, T·錢德勒 申請(qǐng)人:羅基研究公司