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制冷膨胀阀:热力膨胀阀、电磁膨胀阀和电子膨胀阀

发布于:2025-09-04 11:31:04 来自:暖通空调/制冷技术 [复制转发]

    本文我们将探讨制冷空调系统膨胀阀的3种类型: 热力膨胀阀(TXV)、电磁膨胀阀(E-TXV)和电子膨胀阀(EXV)                     


一、制冷膨胀阀3大类
     
       
膨胀阀类型较多,比较常用的分类如下图1所示,主要分为热力膨胀阀(TXV)、电磁膨胀阀(E-TXV)和电子膨胀阀(EXV)三大类,而汽车常用的主要为H型外平衡式TXV、E-TXV和电动式EXV(图2)。  
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图1   膨胀阀分类  

 
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图2 常用膨胀阀实物图


       由于电磁膨胀阀E-TXV由热力膨胀阀和电磁截止阀组成,故本文主要详细比较分析TXV和EXV的优劣势,总结如下表所示。  

 

     
TXV
     
EXV
     
调节范围
     
流量和温度均较窄
     
流量和温度调节较宽
     
调节精度
     
较低(±2~3
     
较高(±0.1~1
     
过热度控制点
     
蒸发器出口      
蒸发器出口,或压缩机吸气口;      
过热度设定值
     
出厂设定值(5~8℃),可通过旋转螺钉调节过热度      
根据负荷参数通过ECU自动调节过热度
     
过热度控制
     
过热度设定值均为额定工况设置值,而由于充注工质特性决定非额定工况下过热度偏离额定工况过热度值,波动大,被动控制,控制简单
     
ECU根据采集到PT传感器参数自动调整过热度,波动小,主动控制,控制复杂
     
响应速度
     
较慢,分min级别
     
较快,秒s级别
     
驱动方式
     
机械式      
电子式
     
成本      
较低(60元左右 )      
较高(110元左右)      
适用场合      
蒸发器、Chiller      
热泵、Chiller等流量分配控制要求高的场合      



二、热力膨胀阀 VS 电子膨胀阀
         

1、电子膨胀阀

电子式膨胀阀为速型,应用在智能控制的变频式空调器中。电子膨胀阀的优点是:流量调节范围大;控制精度高;适用于智能控制;能适用于高效率的制冷剂流量的快速变化。

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电子膨胀阀的优点

流量调节范围大;

控制精度高;

适用于智能控制;

能适用于高效率的制冷剂流量的快速变化。

电子膨胀阀的开度可以和压缩机的转速相适应,使压缩机输送制冷剂量与阀的供液量匹配,使蒸发器的能力得到最大限度的发挥,实现空调制冷系统的最佳控制。

使用电子膨胀阀,可以提高变频压缩机的能量效率,实现温度的快速调节,提高系统的季节能效比。对大功率变频空调,必须采用电子膨胀阀为节流元件。

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电子膨胀阀的结构由检测、控制、执行三部分组成,按驱动方式分类可分为电磁式和电动式。电动式又分为直动型和减速型,步进电机直带阀针的为直动型,步进电机通过齿轮组减速器带阀针的是减速型。


 

2、热力膨胀阀

热力膨胀阀普遍用于氟利昂制冷系统中,通过感温机构的作用,随蒸发器出口处制冷剂的温度变化而自动变化,达到调节制冷剂供液量的目的。

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大多数热力膨胀阀在出厂前把过热度调定在5~6℃,阀的结构保证过热度再提高2℃时,阀就处于全开位置,与过热度约为2℃时,膨胀阀将处于关闭状态。控制过热度的调节弹簧,其调节幅度为3~6℃。

一般说来,热力膨胀阀调定的过热度越高,蒸发器的吸热能力就降低,因为提高过热度要占去蒸发器尾部相当一部分传热面,以便使饱和蒸气在此得到过热,这就占据了一部分蒸发器传热面积,使制冷剂汽化吸热的面积相对减少,也就是说蒸发器的表面未能得到充分利用。

但是,过热度太低,有可能使制冷剂液体带入压缩机,产生液击的不利现象。因此,过热度的调节要适当,既能确保有足够的制冷剂进入蒸发器,又要防止液体制冷剂进入压缩机。

热力式膨胀阀主要由阀体、感温包和毛细管组成。热力式膨胀阀按膜片平衡方式不同有内平衡式和外平衡式两种类型。 图片




 
三、膨胀阀容量和规格型号选择
         
膨胀阀容量和规格型号选择的注意事项。  
1 膨胀阀容量一般表示膨胀阀的制冷能力,单位为 kW ,行业内也会使用美制单位的冷 USRT 1USRT≈3.517kW  
2 膨胀阀容量理论计算值可以通过蒸发器进出口焓值之差乘以制冷剂质量流量,再乘以过冷度修正值而得到,如下图所示。  
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其中,关于过冷度修正值可以通过膨胀阀的技术手册或者相关文献( Multivariable control-oriented modeling of a direct expansion (DX) airconditioning (A/C) system  )得到,下图为丹佛斯 TDEN 型膨胀阀技术手册的制冷剂过冷度修正值对应表。  
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3 膨胀阀容量必须匹配汽车空调系统制冷能力,这样才能发挥整个制冷系统的最大能力。若选择膨胀阀的容量偏大,则将使得膨胀阀的有效工作开度偏小,阀可能会出现频繁开启和关闭的现象,不利于制冷系统稳定工作;如果膨胀阀选择的容量偏小,则流入蒸发器的制冷剂质量流量变小,不能充分发挥蒸发器的能力,也会造成制冷能力不足的缺点。  

 
4 膨胀阀容量取值大小的经验原则为需要大于 20%~30% 的蒸发器能力,比如,普通乘用车空调制冷能力约为 2.5kW~3kW ,则膨胀阀容量可以选择 3kW~4kW  

 
5 膨胀阀充注类型的选择与空调系统为单双蒸有一定关系,主要遵循如下图示的选取原则。当然,车辆空调实际研发过程中会存在与本基本原则不同的现象。比如,如果双蒸空调系统中,没有在交叉充注膨胀阀之前安装空调截止阀,则可能会出现漏液现象,导致蒸发器结霜;对于新能源汽车, 在环境温度不高 ,比如春秋季,车辆 关闭空调 ,但电池需要制冷,即单独电池制冷工况下装配有交叉充注膨胀阀的系统可能会导致电池侧 Chiller 的制冷能力不足,进而导致电池制冷的降温效果变差。  

 
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6 膨胀阀的 0 ℃作动值选取可能与膨胀阀的充注方式或者压缩机类型有关系,如下图为定排量压缩机对应膨胀阀 0 ℃作动值推荐值,可以参考文献 (双蒸发器汽车空调系统热力膨胀阀的选型、三花膨胀阀产品介绍报告等文献)。  

 
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参考文献:

1、电子膨胀阀与热力膨胀阀在低温装置中的比较研究

2、风冷式热泵机组应用中电子膨胀阀与热力膨胀阀的比较研究

3、电子膨胀阀与热力膨胀阀的比较

4、空调系统中电子膨胀阀的控制及应用

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