一種新型單向節(jié)流閥的設(shè)計與研究

朱 建，肖庭庭

（1.上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093；2.上海理工大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，上海 200093）

0 引言

伴隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，空調(diào)器已成為廣大家庭的日常用品。單向節(jié)流閥起著一種有效的調(diào)節(jié)作用，是熱泵型房間空調(diào)器［1］的重要零部件，與主毛細(xì)管配合起到制冷導(dǎo)通、制熱代替輔助毛細(xì)管進(jìn)行節(jié)流的作用，可以滿足空調(diào)器在制冷和制熱不同工況下的節(jié)流需求，提高熱泵機(jī)的制熱效果。

現(xiàn)有單向閥具有如下缺點(diǎn)：①參與制熱時必須采用輔助毛細(xì)管節(jié)流，增加耗材和成本；②必須焊接輔助毛細(xì)管和第一端口、第二端口之間的兩個焊點(diǎn)，增加了工序，其工藝繁瑣；③僅僅起到了單向?qū)ǖ淖饔?，缺乏既可單向?qū)ㄓ帜茏陨磉M(jìn)行輔助節(jié)流的作用。目前國內(nèi)學(xué)者對提高單向閥性能進(jìn)行了多方面的研究，如李新力等［2］就如何改善單向閥的焊接質(zhì)量進(jìn)行了分析探討；韋漢儒等［3］就單向閥如何降低空調(diào)成本方面進(jìn)行了研究；葉奇昉等［4］對單向閥動力學(xué)模型進(jìn)行了研究，為單向閥動力學(xué)分析提供了依據(jù)；譚周芳［5］對空調(diào)器用單向閥閥芯材料進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)。本文提供了一種能控制制冷劑單向?qū)ā⑴c制熱時自身能進(jìn)行輔助節(jié)流且焊點(diǎn)少、結(jié)構(gòu)簡單的新型單向節(jié)流閥，該單向節(jié)流閥將輔助毛細(xì)管節(jié)流功能集成到閥內(nèi)，可降低管材用量，簡化焊接工藝，降低空調(diào)整機(jī)成本，有效提高生產(chǎn)效率。

1 單向節(jié)流閥基本結(jié)構(gòu)特征

單向節(jié)流閥主要包括閥體、閥座和錐柱形閥芯。其特征如下：閥體設(shè)有節(jié)流端口和導(dǎo)通端口；閥座安裝在閥體內(nèi)部，具有閥座腔體，閥座與閥體之間采用縮頸密封連接，閥座的腰部設(shè)有復(fù)數(shù)個通孔；閥芯安裝在閥座腔體內(nèi)，用于沿著閥座腔體來回滑動以堵塞或者遠(yuǎn)離通孔，具有閥芯頭和貫穿閥芯的節(jié)流孔。在閥座端部設(shè)有節(jié)流開口，閥體和閥座之間具有流道，當(dāng)制冷劑參與制冷由導(dǎo)通端口輸入時，閥芯被推離通孔，制冷劑從閥座腔體中經(jīng)由通孔流出，通過流道后，從節(jié)流端口輸出；當(dāng)制冷劑參與制熱由節(jié)流端口輸入時，從節(jié)流開口進(jìn)入閥座腔體，閥芯堵塞通孔，制冷劑經(jīng)由節(jié)流孔進(jìn)行輔助節(jié)流，并從導(dǎo)通端口輸出。單向節(jié)流閥的主要特點(diǎn)是制冷單向?qū)?，制熱進(jìn)行輔助節(jié)流。

圖1、圖2分別為現(xiàn)有單向閥和改進(jìn)后單向閥的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3、圖4分別為現(xiàn)有單向閥和改進(jìn)后單向閥與主毛細(xì)管、輔助毛細(xì)管以及連接管的連接示意圖。圖3和圖4中，實(shí)線箭頭為制冷時制冷劑流向，虛線箭頭為制熱時制熱劑流向。

2 單向節(jié)流閥的工作原理

2.1 工作原理

制冷時，制冷劑由單向節(jié)流閥底部端口流入，閥芯被向上推開，制冷劑可順利從閥座腔體中經(jīng)由兩個通孔，再通過單向節(jié)流閥流出。制熱時，制冷劑由單向節(jié)流閥頂部端口流入，從閥座頂部節(jié)流開口進(jìn)入閥座腔體，閥芯由于制冷劑的推力和自身重力原因堵塞住了兩個通孔，制冷劑被迫流經(jīng)節(jié)流孔進(jìn)行輔助節(jié)流，再流出單向節(jié)流閥。

2.2 改進(jìn)前、后單向節(jié)流閥對比

表1為改進(jìn)后單向節(jié)流閥與原單向閥的優(yōu)勢、劣勢對比及創(chuàng)新點(diǎn)。

單向節(jié)流閥3D效果圖如圖5所示。

2.3 單向節(jié)流閥使用注意事項(xiàng)

（1）單向節(jié)流閥與配管、配管與配管之間的焊接應(yīng)注意決不能讓焊藥、灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入制冷系統(tǒng)。

（2）主機(jī)廠裝配焊接配管時，確保閥體溫度不超過120℃。

（3）在裝配系統(tǒng)時應(yīng)保證系統(tǒng)潔凈，為防止毛細(xì)管等堵住，必須在制冷回路中安裝過濾器。

（4）單向節(jié)流閥必須豎直安裝。

3 結(jié)束語

（1）本文設(shè)計的單向節(jié)流閥節(jié)約了輔助毛細(xì)管材料，減少了毛細(xì)管組件的制作工序，節(jié)流端口和導(dǎo)通端口相比于現(xiàn)有單向閥的4個端口焊點(diǎn)減少。

圖1 現(xiàn)有單向閥的剖面結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 改進(jìn)后單向閥的剖面結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 現(xiàn)有單向閥與主毛細(xì)管、輔助毛細(xì)管以及連接管的連接示意圖

圖4 改進(jìn)后單向閥與主毛細(xì)管、毛細(xì)管以及連接管的連接示意圖

表1 改進(jìn)后單向節(jié)流閥與現(xiàn)有單向閥對比分析

圖5 節(jié)流單向閥3D效果圖

（2）該單向節(jié)流閥閥座內(nèi)部設(shè)置通孔，并設(shè)置成具有錐形內(nèi)壁的閥座腔體，錐體形狀的閥芯頭與錐形內(nèi)壁相匹配，實(shí)現(xiàn)了閥芯卡塞在閥座腔體內(nèi)并且可沿著閥座腔體來回滑動，能在自身重力下堵塞通孔或者在制冷劑推力下遠(yuǎn)離通孔，錐形面密封效果明顯。

（3）該單向節(jié)流閥焊點(diǎn)少，結(jié)構(gòu)簡單，降低了管材用量，簡化了焊接工藝，降低空調(diào)整機(jī)成本，有效地提高生產(chǎn)效率，更有利于提升空調(diào)器的整機(jī)性能。

［1］中國家用電器研究所，廣州日用電器檢測院，珠海格力電器股份有限公司，等.GB/T 7725－2004房間空氣調(diào)節(jié)器［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004：8-9.

［2］李新力，沈督.關(guān)于改善單向閥焊接質(zhì)量的分析探討［J］.家電科技，2013（8）：78-79.

［3］韋漢儒，聶金良，吳加生.單向閥在空調(diào)降成本機(jī)型中的靈活應(yīng)用［J］.家電科技，2010（12）：69-71.

［4］葉奇昉，劉杰，陳江平.制冷系統(tǒng)用單向閥動力學(xué)模型研究［J］.制冷技術(shù)，2013，33（4）：1-4.

［5］譚周芳.空調(diào)器用單向閥閥芯材料的對比試驗(yàn)［J］.制冷，2000，19（2）：48-51.