РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН, СОДЕРЖАЩИЙ СМЕЩАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2012 года по МПК F16K11/04 F25B41/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к расширительному клапану, в частности, применяемому в системах охлаждения, например в системах кондиционирования воздуха. Расширительный клапан согласно настоящему изобретению предназначен для разделения текучей среды по меньшей мере на два параллельных потока, например, за счет направления ее по меньшей мере в два параллельно установленных испарителя или две параллельно установленные испарительные трубки.

Уровень техники

В таком циркуляционном контуре, как контур циркуляции хладагента системы охлаждения, иногда требуется в части контура разделить поток на два или более параллельных потоков. Необходимость в этом возникает, например, в системах охлаждения, содержащих два или более испарителей, установленных параллельно. Помимо этого, может возникнуть необходимость управлять расходом среды, направляемой по каждому из параллельных потоков, например, для обеспечения, по существу, равного распределения среды или оптимальной эксплуатации системы с точки зрения потребления энергии или коэффициента полезного действия.

В некоторых предыдущих попытках управлять распределением хладагента по двум или более параллельным потокам в системе охлаждения распределитель устанавливали в тракте хладагента за расширительным клапаном. Таким образом, разделение потока хладагента происходило после его расширения, т.е. когда хладагент находился преимущественно в газообразном состоянии. Недостатком такой конструкции является сложность управления потоком хладагента для получения, по существу, равного распределения по параллельным потокам.

Сущность изобретения

В вариантах реализации настоящего изобретения ставится цель предложить расширительный клапан, позволяющий управлять распределением жидкости по двум или более параллельным потокам.

Еще одна цель вариантов реализации заявленного изобретения состоит в том, чтобы предложить расширительный клапан, который обеспечивает несложное управление распределением жидкости по двум или более параллельным потокам.

В своем первом аспекте настоящее изобретение предусматривает расширительный клапан, содержащий

- входное отверстие, в которое поступает текучая среда в жидком состоянии,

- по меньшей мере два выходных отверстия, через каждое из которых может выходить текучая среда, находящаяся, по меньшей мере, частично, в газообразном состоянии,

- первый компонент клапана, имеющий по меньшей мере два клапанных седла, каждое из которых соединено с возможностью прохода текучей среды с одним из выходных отверстий,

- второй компонент клапана, имеющий по меньшей мере два затворных элемента, причем каждый затворный элемент выполнен таким образом, что клапанные седла и затворные элементы попарно образуют по меньшей мере два клапана,

- при этом первый компонент клапана и второй компонент клапана выполнены с возможностью по существу такого линейного перемещения относительно друг друга, при котором затворные элементы одновременно перемещаются в сторону клапанных седел и от них,

- смещающее устройство, предназначенное для смещения затворных элементов и клапанных седел в положение, определяющее минимальную степень открытия клапанов, или в положение, определяющее максимальную степень открытия клапанов,

в котором второй компонент клапана и затворные элементы соединены таким образом, что взаимное положение первого компонента клапана и второго компонента клапана определяет степень открытия каждого из клапанов, причем указанная степень открытия регулируется синхронно, что позволяет поддерживать необходимое распределение потока по выходным отверстиям,

при этом компоненты клапана содержат деталь, имеющую, по существу, форму диска и содержащую на своих поверхностях, соответственно, клапанные седла или затворные элементы, причем клапанные седла имеют форму сквозных отверстий в диске, образующем первый компонент клапана, а затворные элементы имеют форму выступающих элементов на поверхности диска, образующего второй компонент клапана, расположенный напротив первого компонента клапана.

Расширительный клапан согласно заявленному изобретению определяет потоки текучей среды между входным отверстием и, по меньшей мере, двумя выходными отверстиями. Текучая среда поступает во входное отверстие в жидком состоянии и выходит из выходных отверстий, по меньшей мере, частично, в газообразном состоянии. В контексте настоящего изобретения термин «жидкое состояние» подразумевает, что текучая среда, поступающая в расширительный клапан через входное отверстие, находится по существу в жидкой фазе. Используемое в контексте настоящего документа выражение «по меньшей мере, частично, в газообразном состоянии» подразумевает, что текучая среда, выходящая из расширительного клапана через выходные отверстия, находится полностью в газовой фазе или же, по меньшей мере, часть, например значительная часть объема текучей среды, выходящей из расширительного клапана, находится в газовой фазе. Соответственно, по меньшей мере, часть текучей среды, поступившей в расширительный клапан, претерпевает фазовый переход из жидкой фазы в газовую фазу при прохождении через этот клапан.

Входное отверстие и выходные отверстия, предпочтительно, соединены с возможностью прохода текучей среды с одним или более другими компонентами, например компонентами системы охлаждения. Расширительный клапан, предпочтительно, является частью системы с текучей средой, например циркуляционного контура.

Расширительный клапан содержит первый компонент клапана и второй компонент, выполненные с возможностью перемещения относительно друг друга. Это может быть достигнуто за счет установки первого и/или второго компонента клапана так, чтобы он(они) могли смещаться относительно остальных частей расширительного клапана. Так, первый компонент клапана может быть установлен подвижно, а второй компонент клапана - неподвижно. Как вариант, второй компонент клапана может быть установлен подвижно, а первый компонент клапана - неподвижно. Наконец, оба компонента клапана могут быть установлены подвижно. Во всех вышеописанных ситуациях возможно относительное перемещение между первым компонентом клапана и вторым компонентом клапана, определяющее взаимное положение первого и второго компонентов клапана.

Первый компонент клапана содержит, по меньшей мере, два клапанных седла, каждое из которых соединено с возможностью прохода текучей среды с одним из выходных отверстий. По меньшей мере два затворных элемента выполнены таким образом, что клапанные седла и затворные элементы попарно образуют по меньшей мере два клапана. Затворные элементы также соединены со вторым компонентом клапана таким образом, что взаимное положение первого компонента клапана и второго компонента клапана определяет степень открытия клапанов. Таким образом, затворные элементы, предпочтительно, перемещаются относительно клапанных седел, когда первый компонент клапана и второй компонент клапана перемещаются относительно друг друга. Степенью открытия клапанов и тем самым количеством текучей среды, поступившей в каждое из выходных отверстий, можно управлять, регулируя взаимное положение первого и второго компонентов клапана. Поскольку степень открытия клапанов определяется взаимным положением первого и второго компонентов клапана, ее регулировка осуществляется для проходов синхронно, что позволяет поддерживать, по меньшей мере, по существу, необходимое распределение потока по выходным отверстиям.

Расширительный клапан дополнительно содержит смещающее устройство, предназначенное для смещения затворных элементов и клапанных седел в положение, определяющее минимальную степень открытия клапанов, или в положение, определяющее максимальную степень открытия клапанов. Когда смещающее устройство переводит затворные элементы и клапанные седла в положение, определяющее минимальную степень открытия клапанов, оно стремится закрыть клапаны, поэтому для использования расширительного клапана с открытыми клапанами требуется выполнить работу по преодолению этой смещающей силы, создаваемой смещающим устройством. Напротив, когда смещающее устройство переводит затворные элементы и клапанные седла в положение, определяющее максимальную степень открытия клапанов, оно стремится удерживать клапаны в открытом состоянии, поэтому для использования расширительного клапана с закрытыми клапанами требуется выполнить работу по преодолению этой смещающей силы, создаваемой смещающим устройством.

В любом случае сила смещения, создаваемая смещающим устройством, определяет точку равновесия для относительных перемещений клапанных седел и затворных элементов. Таким образом, при надлежащем выполнении и позиционировании смещающего устройства удается достичь соответствия между прикладываемой смещающей силой, обеспечивающей относительное перемещение частей клапана, и требуемой степенью открытия клапанов. Например, смещающую силу можно подобрать таким образом, чтобы обеспечить плавное закрытие клапана, и/или таким образом, чтобы при приложении определенной смещающей силы обеспечивалась определенная степень открытия.

Затворные элементы представляют собой часть второго компонента клапана. В данном варианте исполнения прямым следствием относительных перемещений первого и второго компонентов клапана являются соответствующие относительные перемещения седел клапанов и затворных элементов. Относительное перемещение первого и второго компонентов клапана представляет собой, по существу, линейное перемещение, в результате которого все затворные элементы будут одновременно перемещаться в сторону соответствующих клапанных седел и от них. Компоненты клапана содержат деталь, имеющую, по существу, форму диска и содержащую на своих поверхностях, соответственно, клапанные седла или затворные элементы. Клапанные седла имеют форму сквозных отверстий в диске, образующем первый компонент клапана, а затворные элементы имеют форму выступающих элементов на поверхности диска, образующего второй компонент клапана, расположенный напротив первого компонента клапана.

Как вариант, затворные элементы могут представлять собой отдельные детали, функционально связанные со вторым компонентом клапана. Согласно этому варианту исполнения, затворные элементы и второй компонент клапана могут располагаться с противоположных сторон первого компонента клапана так, что перемещение первого и второго компонентов клапана навстречу друг другу может привести к тому, что второй компонент клапана будет одновременно отжимать затворные элементы от клапанных седел, увеличивая тем самым степень открытия клапанов, определяемую затворными элементами и клапанными седлами. В этом случае смещающее устройство, предпочтительно, будет толкать затворные элементы в направлении клапанных седел. Тогда как при отдалении первого и второго компонентов клапана друг от друга, смещающее устройство обеспечит приближение затворных элементов к клапанным седлам с уменьшением степени открытия клапанов.

Смещающее устройство может представлять собой или содержать по меньшей мере одну пружину, например пружину сжатия. Пружина может находиться в сжатом состоянии, в этом случае пружина будет раздвигать две детали, например первый и второй компоненты клапана или же первый компонент клапана и один или более затворных элементов. Как вариант, пружина может находиться в растянутом состоянии, и тогда сила пружины будет сдвигать две детали, например первый и второй компоненты клапана или же первый компонент клапана и один или более затворных элементов друг к другу.

Затворные элементы могут быть игольчатыми или шаровыми. Кроме того, затворные элементы могут быть любого другого подходящего типа.

Расширительный клапан может дополнительно содержать термостатический элемент, причем первый компонент клапана и/или второй компонент клапана могут быть функционально связаны с термостатическим элементом, при этом данный термостатический элемент будет обуславливать относительное перемещение первого компонента клапана и второго компонента клапана. В таком варианте исполнения термостатический элемент определяет степень открытия каждого из клапанов, обусловленную клапанными седлами и затворными элементами, т.е. термостатический элемент определяет массовый расход одновременно для всех потоков, направляемых через выходные отверстия.

В этом случае смещающее устройство может оказывать противодействие перемещениям, вызываемым термостатическим элементом в ответ на увеличение давления. В этом варианте исполнения смещающая сила, создаваемая смещающим устройством, и сила перемещения, инициируемая термостатическим элементом в ответ на изменение давления, своим взаимодействием создают равновесие, которое определяет степень открытия клапанов.

Как вариант, управление относительными перемещениями между компонентами клапана и тем самым степенью открытия клапанов, определяемой седлами клапана и затворными элементами, может осуществляться с помощью других подходящих приводных механизмов.

Согласно второму аспекту заявленного изобретения обеспечена система охлаждения, содержащая

- по меньшей мере один компрессор,

- по меньшей мере один конденсатор,

- по меньшей мере два испарителя, установленных параллельно в тракте хладагента системы охлаждения, и

- расширительный клапан согласно раскрытому выше, который выполнен таким образом, что каждый из его клапанов выполнен с возможностью подачи хладагента в один из испарителей.

Таким образом, расширительный клапан согласно первому аспекту заявленного изобретения, предпочтительно, может быть установлен в тракте системы охлаждения, например системы охлаждения, используемой в холодильной установке, или в системе кондиционирования воздуха.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано подробнее со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 показан разрез расширительного клапана согласно первой реализации изобретения, и

на фиг.2 показан разрез расширительного клапана согласно второй реализации изобретения.

Изобретение относится к расширительному клапану для использования, например, в системах охлаждения. Расширительный клапан содержит входное отверстие, по меньшей мере два выходных отверстия, каждое из которых предназначено для выпуска текучей среды, находящейся, по меньшей мере, частично, в газообразном состоянии. Первый компонент клапана содержит по меньшей мере два клапанных седла. Второй компонент клапана имеет по меньшей мере два затворных элемента. Затворные элементы одновременно перемещаются в сторону клапанных седел и от них. Смещающее устройство предназначено для смещения затворных элементов и клапанных седел. Второй компонент клапана и затворные элементы соединены таким образом, что взаимное положение первого компонента клапана и второго компонента клапана определяет степень открытия каждого из клапанов. Указанная степень открытия регулируется синхронно, что позволяет поддерживать необходимое распределение потока по выходным отверстиям. Компоненты клапана содержат деталь, имеющую, по существу, форму диска и содержащую на своих поверхностях, соответственно, указанные клапанные седла или затворные элементы. Клапанные седла имеют форму сквозных отверстий в диске, образующем первый компонент клапана. Затворные элементы имеют форму выступающих элементов на поверхности диска, образующего второй компонент клапана, расположенный напротив первого компонента клапана. Также описана система охлаждения. Технический результат: возможность управлять распределением жидкости по двум или более параллельным потокам. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Расширительный клапан (1), содержащий:
входное отверстие, предназначенное для впуска текучей среды в жидком состоянии,
по меньшей мере два выходных отверстия (8), каждое из которых предназначено для выпуска текучей среды, находящейся, по меньшей мере, частично, в газообразном состоянии,
первый компонент (2) клапана, содержащий выполненные в нем по меньшей мере два клапанных седла (3), каждое из которых соединено с возможностью прохода текучей среды с одним из выходных отверстий (8),
второй компонент (4) клапана, имеющий по меньшей мере два затворных элемента (5), причем каждый затворный элемент выполнен таким образом, что клапанные седла (3) и затворные элементы (5) попарно образуют по меньшей мере два клапана, при этом первый компонент (2) клапана и второй компонент (4) клапана выполнены с возможностью, по существу, такого линейного перемещения относительно друг друга, при котором затворные элементы (5) одновременно перемещаются в сторону клапанных седел (3) и от них,
смещающее устройство, предназначенное для смещения затворных элементов (5) и клапанных седел (3) в положение, определяющее минимальную степень открытия клапанов, или в положение, определяющее максимальную степень открытия клапанов,
в котором второй компонент клапана (4) и затворные элементы (5) соединены таким образом, что взаимное положение первого компонента (2) клапана и второго компонента (4) клапана определяет степень открытия каждого из клапанов, причем указанная степень открытия регулируется синхронно, что позволяет поддерживать необходимое распределение потока по выходным отверстиям (8),
при этом компоненты клапана содержат деталь, имеющую, по существу, форму диска и содержащую на своих поверхностях соответственно указанные клапанные седла или затворные элементы, причем клапанные седла имеют форму сквозных отверстий в диске, образующем первый компонент клапана, а затворные элементы имеют форму выступающих элементов на поверхности диска, образующего второй компонент клапана, расположенный напротив первого компонента клапана.

2. Расширительный клапан (1) по п.1, в котором затворные элементы (5) представляют собой отдельные детали, функционально связанные со вторым компонентом (4) клапана.

3. Расширительный клапан (1) по п.1 или 2, в котором смещающее устройство представляет собой или содержит по меньшей мере одну пружину.

4. Расширительный клапан (1) по п.1 или 2, в котором затворные элементы (5) являются элементами игольчатого типа.

5. Расширительный клапан (1) по п.1 или 2, в котором затворные элементы (5) являются элементами шарового типа.

6. Расширительный клапан (1) по п.1 или 2, дополнительно содержащий термостатический элемент, в котором первый компонент (2) клапана и/или второй компонент (4) клапана функционально связан/связаны с термостатическим элементом, при этом относительные перемещения первого компонента (2) клапана и второго компонента (4) клапана обусловлены этим термостатическим элементом.

7. Расширительный клапан (1) по п.6, в котором смещающее устройство выполнено с возможностью противодействия перемещениям, обусловленным термостатическим элементом в ответ на увеличение давления.

8. Система охлаждения, включающая:
по меньшей мере один компрессор,
по меньшей мере один конденсатор,
по меньшей мере два испарителя, установленные параллельно в тракте хладагента системы охлаждения, и
расширительный клапан (1) по любому из пп.1-7, выполненный таким образом, что каждый из его клапанов выполнен с возможностью подачи хладагента в один из испарителей.