膨胀阀

热力膨胀阀

膨胀阀作为节流装置把高压制冷剂液体变为低压制冷剂液体，同时控制制冷剂液体流量，以便进入蒸发器的制冷剂可以充分蒸发，从而最大的发挥蒸发器的性能，而且不会有液体流出而可能导致压

缩机回液。现在空调中常用的有热力膨胀阀和电子式膨胀阀。而热力膨

胀阀因技术成熟，控制简单，价格低廉而在空调及冷冻设备中大量使用。

膨胀阀的结构主要由：1.动力头（膜片）；2.感温包及毛细管；3.弹簧；

4.阀体（节流孔，阀芯，阀杆，阀座）。

这里有几个概念需要用到：1. 过热度，是指吸气管的制冷剂气体温度和蒸发温度的差值。2. 过冷度，是指冷凝器后的制冷剂液体温度和冷凝温度的差值。热力膨胀阀是通过蒸发器出口的过热度（感温包）来调节（热力头）制冷剂液体进入蒸发器的流量。在热力头的一个控制阀芯的膜片上有来自：P1感温包的充注压力（开阀力）；P2膨胀阀出口压力或蒸发器出口压力（关阀力1）；P3弹簧力（关阀力2）。三个力的关系是：P1=P2+P3，

在不同情形下，它们的平衡不断变化来移动阀芯从而

调节制冷剂流量。当流量过小时，蒸发器出口的制冷剂气

体温度升高，感温包温度升高，感温包的充注压力（P1）

升高，开阀，流量增加。P1的升高也会导致弹簧力（P3）

增大。最后阀芯是停留在一个新的平衡点。至于最后平衡

的建立是由几个条件决定的：1. 弹簧会有一个预先设定的

预紧力，称之为静态过热度SS，因为这时所需开阀力最小，所以也叫最小过热度，一般为2-8C。2. 当阀芯开始动作后，弹簧力的增大（叫

可变过热度或打开过热度OS，一般为5C）及蒸发压力的变化和感温包充注

压力的对应的变化（由生产厂家确定），以保证设置的工作过热度（OPS），这

由静态过热度和可变过热度决定，所以是2-13C。但为了充分利用蒸发器和避

免回液，一般取5C左右。如果因为需要要调节静态过热度，可以通过一个调

节螺钉调节弹簧的预紧力来调节静态过热度，因为膨胀阀生产厂家是根据不

同的容量设定好了静态过热度，所以多数情况下不需要调节。

因为制冷剂从膨胀阀流出会经过分液器（如果有的话）及蒸发器时，会

因为分液器的局部阻力和管路的摩擦阻力而有压力损失。如果压力损失小到

可以忽略时，那么蒸发压力（P0）和膨胀阀出口的压力及蒸发器出口压力接

近相等，那么P2≈P0，这种叫内平衡式膨胀阀。但如果有分液器或管路比较

长时，压力损失会比较大，那么蒸发器内的

蒸发压力也不是一个定值，而是逐减小，到

蒸发器出口时，就变成了P0’

的蒸发器出口过热度实际是蒸发器出口蒸

气温度减去P0’对应的蒸发温度（原来是P0

对应的蒸发温度）。对于R22在0-10C的蒸

发温度时，每降低0.18bar，所对应的饱和温度就降低1C。而对于R404A在-30-～-40C的蒸发温度时，每降低0.07bar，所对应的饱和温度就降低1C。如果P0和P0’相差比较大，对于空调工况，分液器和蒸发器的压降在0.5bar都是可以接受的，

也就是蒸发温度在蒸发器出口处有可能会比入口减少3C，那么蒸发器出口过热度就比原来大3C，这就降低了蒸发器的换热效果，所以这时要用外平衡式，而对于低温度工况，因为蒸发温度对压力损失比较敏感，所以一般要使用外平衡式热力膨胀阀。下表给出使用内平衡式膨胀阀的压差限值。

有人提到可不可以通过调节静态过热度来补偿因为压力损失而增大的蒸发器过热度，如静态过热度是4C，蒸发器过热度要求是6C，那么可变过热度为2C，而压力损失造成的蒸发器进出口温度差为3C，如果使用内平衡式膨胀阀，把静态过热度调小为1C，那么加上压降造成的3C和可变过热度，蒸发器过热度还是6C。但是如果蒸发器压力下降，那么流量变小，那么压降也会变小，如变小为1C。那么理论上过热度是4C。这时阀开度变小，弹簧力被释放，那么静态过热度变为0。那实际过热度只有3C。如果压力损失再变小，小到能忽略，那这时过热度就只有2C。当蒸发压力增大，流量增大时，就有可能，压力的变大使关阀力变大，而流量的增大又使回气管温度降低，最后是使阀关闭。

膨胀阀的感温包的充注：

因为膨胀阀的开启和闭合通过感温包感受的温度变化来调节阀的开度从而调节流量，所以感温包里面充注物的特性也就决定了膨胀阀的控制特性。常用的充注有以下几种：

1．液体充注：相同充注

感温包中充入和制冷系统一样的制冷剂（70-80%），并且充注

量比较多，以保证在工作温度范围里

都有液体存在。这样，温包内及膜片

上方的的压力就总是感温包感受温度

对应的饱和压力。从它的特性曲线可

以看到，因为感温包充注和制冷系统

是相同制冷剂，所以P1和P2（忽略

压力损失时是P0）是重合的。这种方式的特点是：

1）感温包的工作不受环境温度影响；

2）停机后，关阀力只有弹簧预紧力，不能起截止作用；

3）压缩机启动时，感温包因为有惰性比系统会反应慢些，所以阀开度会比较大，会使蒸发器出口过热度较小甚至可能带液，且由于制冷剂流量较大，会使压缩机长时间处于高吸气压力，容易引起压缩机过载；

4）由于液体较多，所以热惯性也大，在调节过程流量波动较大；

5）在低温时，需要较大过热度才能使膨胀阀平衡，降低的蒸发器效率，所以一般用在-40C以上蒸发温度中。

液体交叉充注：

如果感温包中充注的制冷剂和制冷系统中的不一样那就是交叉充注。这种充注改善了相同充注的一些缺陷，特点如下：

1）适当的延缓了开阀力的下降；

2）对环境温度的变化不敏感；

3）对吸气管温度的变化反应小；

4）可满足特殊要求的过热度特性；

5）压缩机停机时，阀关闭得快；

6）压缩机启动时能够降低负荷，防止回液，并迅速把

吸气压力降下来