[发明专利]带有过冷流量控制阀的致冷器系统

说明书

本发明涉及致冷系统，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。

本发明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。