製冷系統四大部件之熱力膨脹閥

熱力膨脹閥是組成製冷裝置的重要部件，是製冷系統中四個基本設備之一。它實現冷凝壓力至蒸發壓力的節流，同時控制流向蒸發器的製冷劑流量；它在保證壓縮機回氣有穩定的過熱度同時供給蒸發器最佳的製冷劑。它的體積雖小，但作用大；它的運行狀態好壞，直接決定整個系統的性能。

控制原理

熱力膨脹閥是通過蒸發器出口的過熱度來控制進入蒸發器的製冷劑流量。信易冷水機採用外平衡熱力膨脹閥，可避免膨脹閥過度關閉，保證蒸發器得到正常供液。感應機構中充注氟利昂或其他工質，感溫包設置在蒸發器出口處。因回氣須保證無液，所以蒸發器出口處溫度與蒸發溫度之間存在溫差，通常稱為過熱度。感溫包感受到蒸發器出口溫度後，使整個感應系統處於對應的飽和壓力P1，該壓力將通過膜片傳給頂桿直到閥芯，壓力腔上部的膜片僅有P1存在，膜片的下方有調整彈簧的彈簧力P2和蒸發壓力P3，三者處於平衡時有P1=P2+P3，當P1>P2+P3時，表示蒸發器熱負荷偏大，出口過熱度偏高，通過膜片到頂桿傳遞這一壓力信號，使閥芯下移，膨脹閥開啟變大，製冷劑流量按比例增加。反之，膨脹閥開啟變小，製冷劑流量按比例減小。
 

熱力膨脹閥結構圖

A：感應機構 B：執行機構 C：調整機構 D：閥體

感溫包
為了準確感應壓縮機回氣溫度，感溫包必須與回氣管接觸良好並進行隔熱，以免外界溫度影響膨脹閥的準確性。避免安裝在回氣管底部，以免受回油溫度影響。感溫包通常充注著與製冷系統內部相同的製冷劑，從而實現通過感溫包回饋回來的壓力即是壓縮機吸氣溫度對應的該種類型製冷劑的飽和壓力，熱力膨脹閥可保證在運行環境發生變化時(比如熱負荷變化)，實現蒸發器最優的供液。

膨脹閥的調節
從上圖中可以看出，彈簧力P2可以通過調節D部位的上下來決定力的大小，因此，可調節的膨脹閥可通過調節彈力的大小控制回氣的過熱度，從而控制閥門開啟的大小。例如，當標準機使用冷水溫度超過28℃時，吸氣壓力就有可能超過6.2bar的表壓，壓縮機的工作點就不安全了，這時就需要在標準機上對膨脹閥進行整改，增大回氣過熱度讓吸氣壓力控制在合理範圍，與此同時仍需注意回氣過熱度不能超過12℃，回氣過熱度太大也會導致壓縮機運行工況超界，當不能兩者皆保證的時候，選用合適的蒸發器可以達到工況合適的效果。膨脹閥調節方式為，順時針調節為增大回氣過熱度，會降低蒸發壓力。逆時針調節為減少回氣過熱度，將增加蒸發壓力。在保證足夠大過熱度的情況下，通過逆時針調節膨脹閥可以提高製冷量。

什麽是MOP？
MOP表示"最大工作壓力"，是蒸發器/吸入管路中允許的最大吸入壓力/蒸發壓力。對於沒有壓力限制要求以及感溫包可以安裝在位置高於感溫元件的地方或蒸發溫度/蒸發壓力比較高的大多數製冷系統，均使用的是始終充注的膨脹閥。始終充注表示在感應球中始終有液體充注。由於液體充注量很大，因此無論感溫元件的位置是比感應球低還是高，感應球內均會留有充注液體。MOP充注的膨脹閥通常用於工廠預製設備，這些設備中需要限制啟動時的吸入壓力，例如在運輸領域和空調系統中。所有帶MOP的膨脹閥在感應球中都只有少量的充注液體。這意味著閥門或感溫元件必須位於位置高於感應球所在的位置，否則充注液體可能會從感應球中灌入感溫元件，從而導致膨脹閥無法正常工作。當溫度達到MOP點時充注液體將會蒸發。隨著吸入壓力的逐漸升高，膨脹閥在低於 MOP點大約0.3~0.4 bar 時開始緩慢停止開度。當吸入壓力等於MOP點時膨脹閥開啟度將停止增大。

膨脹閥的選擇
明確系統使用的製冷劑，選定針對該製冷劑的專用膨脹閥。確定設計製冷量、冷凝壓力、蒸發壓力、沿程壓力損失，冷凝壓力減去蒸發壓力再減去沿程壓力得出閥門壓降。根據蒸發溫度及閥門壓降對應表格選擇合適閥的能力，這裡我們將這種能力表示為Q1。
 

表1：膨脹閥與製冷量對照選型表 (BAE系列 單位：kW)

通過系膨脹閥前製冷劑的溫度選定下表修正係數，用Q1乘以對應的係數即為膨脹閥在該系統的實際能力。膨脹閥的實際能力需大於設計製冷量。

表2：R410A液體製冷劑溫度修正係數