制冷系统膨胀装置导论

1 膨胀装置—功能概述

膨胀装置能限制液态制冷剂流出冷凝器，产生从高冷凝压力至低蒸发器压力的压降，从而使温度下降。

膨胀装置可控制液态制冷剂注入蒸发器。

2 膨胀装置—类型

制冷系统使用的膨胀装置分为 固定流口和可变流口两种。

固定流口的流道横截面积是固定不变的，而可变流口的流道横截面积随着质量流量的变化而变。

固定和可变流口的膨胀阀有：

3 膨胀装置—毛细管  

毛细管是一条细长的管子，整条管子的直径相同，用于  1 ： 1  制冷系统（即一台压缩机和一个蒸发器）。

“ 毛细管 ” 一词其实并不准确，因为在毛细管的制冷应用中，表面张力并不重要。

制冷剂毛细管的内管直径通常为  0.5 mm  至  3 mm ，长度为  1.0 m  至  6  米。

降 低 压 力

压力下降毛细管内部压力下降的原因是：

摩擦导致的压降使液态制冷剂开始蒸发，因而形成液体和蒸   气的混合物。

液体 - 蒸气混合物的增加会进一步限制流量  —— 从而控制流经毛细管的制冷剂的量。对于给定的管长和   管径，摩擦力是恒定的，因此液体是在毛细管压差的作用下   流经毛细管。

优 点  

1、 价格低廉，不含活动零件，因而无需维护。

2、 毛细管能在冷凝器和蒸发器之间达成压力平衡，使压缩机可以软启动。

3、 非常适用于采用密封式压缩机的系统 —— 此类系统采用精确充注和工厂装配。  

缺 点

1、无法根据流动状况的变化自行调节，因而无法对环境温度及负荷的每天变化和季节性变化做出响应。因此其系统效率通常低   于设计工况。

2、 管孔狭小，容易阻塞，装配时需要倍加小心。应当在毛细管前端装一个干燥过滤器，以防止水汽或其他固体颗粒进入。

3、停机期间，蒸发器可能被注满，液体可能流向压缩机，使压缩机在启动时受损。因此对于毛细管系统来说，充注量必须非常精确。此外， 它只适用于密封式压缩机，因为此类压缩机不会泄漏，所以能精确充注 。一般会在蒸发器后端装一个储液器，以防压缩机发生液击。

4、 只适用于仅有一台压缩机和一个蒸发器的小型系统。

4 膨胀装置—自动膨胀装置  

自动膨胀阀（ AEV ）又名 恒压膨胀阀 ，其作用是维持恒定压   力，从而维持蒸发器温度恒定。

通过喷嘴降低压力。

  Pa  -  大气压力  

Ps  -  弹簧压力

  Pfs  -  随动弹簧压力（取决于设计）

Pe  -  蒸发器压力

  Pa Ps = Pfs Pe ,  膜片不移动。  

  当蒸发器压力下降， Pa Ps > Pfs Pe   时，膜片向下移动，阀门打开，让更多制冷剂流入蒸发器。

  当蒸发器压力升高， Pa Ps < Pfs Pe   时，膜片向上移动，阀门关闭，流入蒸发器的制冷剂减少。

5 膨胀装置—热力膨胀阀

热力膨胀阀是最通用的膨胀阀，也是商用制冷系统最常用的膨胀阀。  

热力膨胀阀在蒸发器出口处维持一定水平的过热度，从而防止压缩机发生液击 —— 一旦液态制冷剂流经感   温包所在的位置，它会试着关闭。

  Pb   -  感温包压力  

Ps  -  弹簧压力

  Pe  -  蒸发器压力

6 膨胀装置—电子膨胀阀

1、工作原理

1、温度传感器 用于测量离开蒸发器的过热蒸气的温度。

2、 压力变送器 用于测量蒸发器出口处的蒸发器压力。控   制器将压力信号转换成制冷剂的饱和温度测量值。

3、然后用过热蒸汽温度减去饱和温度，以 求得过热度 。

4、 控制器通过调节  PWM （脉宽调制）来打开或关闭阀门，以便 精确控制制冷剂流量 ，达到过热度的预设值。

7 详解热力膨胀阀

热力膨胀阀的核心是一个 感温元件（ 1 ） ，它通过一个 膜片与阀体（ 2 ） 隔开。

  阀体内的其他主要元件有 过滤器（ 3 ） 、 弹簧（ 4 ）和流口组件（ 5 ） 。

一条毛细管将元件和 感温包（ 6 ） 连接起来。

工作原理

热力膨胀阀在三种基本压力的作用下工作：

P1 ：感温包压力 ，它作用于膜片上侧，方向与阀的开启方   向一致。

P2 ：蒸发压力 ，它作用于膜片下侧，方向与阀的关闭方向   一致。

P3 ：弹簧压力 ，它同样作用于膜片下侧，方向与阀的关闭   方向一致。

膨胀阀发挥调节作用时，膜片一侧的感温包压力（ P1 ）等   于另一侧蒸气压力（ P2 ）与弹簧力（ P3 ）之和。弹簧的作用是设定流口开启前感温包压力需要克服的最小阻力。主弹簧的作用是设定感温包压力为了打开阀门而需要克   服的最小阻力 / 压力。

8 内平衡与外平衡

正如我们在前面几页看到的那样，膨胀阀在三种基本压力的作   用下工作：感温包压力（ Pb ）、平衡口压力（ Pe ）和弹簧压力（ Ps ）。

平衡口压力是阀门感应到的蒸发器压力。 这适用于压力及压力 / 温度可变的膨胀装置。

将蒸发压力传递到阀膜片的方法有两种：

1.   内 平 衡 。

2.   外 平 衡 。

内 平 衡 —— 在内部将蒸发器压力传递到膜片。  

外 平 衡 —— 蒸发器压力从蒸发器出口经外部连接传递到膜片。

* 注 意 ： delta t  为  10 k （介质温度  –  蒸发温度）。若蒸发器的压降较高，应当使用带外平衡的膨胀阀。 也就是说，带有分液头的系统必须使用外平衡的膨胀阀。

9 过热度与过冷度

1、过热度

所谓过热度，是指在 感温包处测得的制冷剂蒸气温度   高出其露点温度的度数。  

  过热度的测量方法：在尽可能靠近感温包的位置测量   蒸发压力，并将读数换算成温度，然后用感温包处测   得的实际温度减去该温度。

过热度的单位是  Kelvin （ K ）或  °C 。

过热度对于膨胀阀的正常工作起着举足轻重的作用。   阀门的作用就是让过热度保持恒定。 TEV  的主要作   用是控制过热度，而过热度也会调节  TEV  的开度，   从而实现闭合回路控制。

2、过冷度

所谓过冷度，是指在 液体管路中同一位置测得的泡点温度与液体温度之差。

  过冷度的单位是  Kelvin （ K ）或  °C 。

膨胀阀入口处的过冷度至少要达到 2 K ，以确保   热力膨胀阀无故障地工作。

为了防止膨胀阀前端的制冷剂中出现气泡， 制冷剂的过冷度必不可少 。

制冷剂中的气泡会降低膨胀阀的性能，从而减 少供给蒸发器的液体。

10 热力膨胀阀充注

热力膨胀阀使用的充注有四种：

1、通 用 充 注

( 标准反应时间 )

2、MOP   充 注

( 反应时间非常快 )

3、  带 压 载 物 的   MOP   充 注

( 较通用充注稍慢 )

4、 吸 附 充 注

( 反应时间慢 )

11 其他膨胀装置