制冷技术(第五章新)

毛细管
由检测、控制、执行三部分组成。由检测部分完成调节系统的 输入值（过热度），控制系统由程序控制，根据检测到的数据与规 定数据的比较，调节阀门。 电子膨胀阀对供液量调节范围宽，调节反应快，能保证蒸发器 的出口过热度稳定在1～2 º C内，并能配合变频调节。
电子膨胀阀
电子膨胀阀与毛细管、热力膨胀阀的特点比较
工作原理： 利用制冷剂蒸气流速 的急剧降低和流向的 急剧改变，实现： • 分离蒸发器回气中 的液体制冷剂，防止 压缩机湿压缩。 • 分离进入蒸发器供 液中的闪发蒸气，提 高蒸发器的传热效果。 右图为：氨液分离器
2.3 干燥过滤器
过滤器
液体过滤器：安装在节流阀前， 氨泵进液管上 气体过滤器：安装在压缩机的吸 气管上 滤网 铁丝网：氨系统 铜丝网：氟系统
排液桶
体积计算式：（P120 5-2-4式）
VZ
式中

v qm
VZ－贮液器的体积，m3； Ψ－贮液器的体积系数；
70%；
β－贮液器的氨液充满度，取
v－冷凝温度下氨饱和液体的 比体积（m3/kg） －制冷装置中每小时氨 液的总循环量（kg）
m
氟利昂液
q
氨液
高压贮液器
低压贮液器
2.2 气液分离器
第五章 节流机构和辅助设备
假定有一制冷装置，制冷剂是R22，感温包中充注的工质也是R22， 在蒸发温度为5℃的工况下运行。 第一种情况：假设制冷剂流经蒸发器时没有压力损失。采用内平 衡式热力膨胀阀，阀的弹簧预紧力设定为p2＝0.097 MPa（约相 当于关闭过热度为5℃）。 低压制冷剂进入蒸发器后，从A处逐渐蒸发到B处，完全汽化成 5℃的饱和蒸汽。从B处到C处，制冷剂蒸气继续吸热而成为过热 蒸汽。A处的温度为5℃，压力即是5℃下的饱和压力，即p1＝ 0.584 MPa。这样，作用于金属膜片下部的总压力（p1+p2） =0.584+0.097=0.681 MPa。若要使阀门开启工作，必须使感温 包内的压力p3≥（p1+p2）=0.681 MPa，感温包内相应的温度t3 ＝10℃。由于可以忽略传热温差，则C处的制冷剂温度tc＝10℃， 它的过热度为5℃（tc-tB）＝5℃。所以，只要蒸发器出口处的制 冷剂过热度超过5℃时，热力膨胀阀就能开启工作（即开启过热 度Δt＝5℃）。
第五章 节流机构和辅助设备
第五章 节流机构和辅助设备
第五章 节流机构和辅助设备
外平衡式热力膨胀阀 上述的分析没有考虑蒸发器内制冷剂的压力损失，对 于蛇形管较长或阻力较大的大型蒸发器，多应用外平 衡式热力膨胀阀。如图为外平衡式热力膨胀阀的构造 图。它的构造与内平衡式热力膨胀阀基本相似，但是 其膜片下方不与供入的液体接触，而是作有一个空腔， 用一根小口径平衡管与蒸发器出口处连接，这样，膜 片下部承受蒸发器出口制冷剂的压力，从而消除了蒸 发器内制冷剂流动阻力的影响。 为了说明内平衡式热力膨胀阀和外平衡式热力膨胀阀 各自的特点及适用场合，下面分析一下制冷剂流经蒸 发器，在不同压力损失情况下的工作状态。
第五章 节流机构和辅助设备
仍然以上述第二种情况为例。低压制冷剂液体从A处逐渐蒸发到B 处，完全汽化成饱和 蒸汽。因为AB段的压力损失为0.086 MPa，则B处的压力降至 0.498 MPa，与其对应的饱和温度为0℃。忽略不计BC过热段的阻 力，C处的压力pc＝0.498 MPa。这时作用在金属膜片下的压力已 变为弹簧张力p2和蒸发器出口压力pc之和，使阀门关闭的压力为 （pc+p2）=0.498+0.097=0.595 MPa，与p3对应的饱和温度约 为5.5℃，即当t5＝tC＝5.5℃时，C处制冷剂蒸气过热度为5.5℃ （tc-tB＝5.5℃）时，阀门就开始开启。由此可见，蒸发器的压力 损失对外平衡式热力膨胀阀的开启过热度影响极小，它仍能保持 较小的开启过热度，从而使蒸发器的传热面积得以充分利用。 外平衡式热力膨胀阀的调节特性，基本上不受蒸发器中压力损失 的影响，但是由于它的结构比较复杂，因此一般只有从膨胀阀出 口到蒸发器出口，制冷剂的压力降所相应的蒸发温度降超过2～ 3℃时，才应用外平衡式热力膨胀阀。
M r C D Av 2 ( p vi p vo ) / vvi
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kg / s
pvi、pvo——膨胀阀进、出口压力，Pa；vvi——膨胀阀进口制冷剂比容， m3/kg； Av——膨胀阀的通道面积，m2； CD——流量系数； Ρvi——膨胀阀进口制冷剂密度；vvo——膨胀阀出 口制冷剂比容。则热力膨胀阀的容量可以用下式求得： 0 M r ( heo hei ) 式中，hei、heo——蒸发器进出口制冷剂焓值。
第五章 节流机构和辅助设备
液体比气体更容易通过，气体流动 阻力>液体流动阻力。 结构简单，制造方便，无运动部件， 不易出故障，有自补偿特点，停机 后，冷凝器与蒸发器 内压力能很快 自平衡。
过冷度对毛细管的流量影响较大。 合理选择：在规定的TK、T0下，使 毛细管的阻力足以在毛细管进口处 保持一个液封，而又无过多的液体 存于冷凝器内。
干燥过滤器
干燥剂：硅胶 or CaCl2分 子筛
第五章 节流机构和辅助设备
第二节 辅助设备 2.4 油分离器 作用：分离压缩机排气中的润滑油，以防止润滑油进入冷凝 器和蒸发器，形成油膜，降低其传热效果。 原理及分类： • 利用流通截面积的突然扩大，降低气流速度来分离油滴。 干式氨油分离器 分油效果差，无法分离油蒸气。 外加冷却水套的 干式氨油分离器 利用冷却水降低混合气体温度，使部 分油蒸气冷凝，提高了分油效果。
大
检测出口过热度， 检测出口过热度， 控制调节阀开度 控制调节阀开度
较小， 4~7°C， 但蒸发温度低时大 很小， 1~2°C
流量调节特性补偿
调节的过渡过程特性 允许负荷波动
困难
不好 很小
困难
较好 较大，但不适合于 能量可调节系统
可以
优 很大，适合于能量 可调节系统
流量前馈调节
价格
困难
便宜
困难
较高
可以
毛细管 制冷剂与阀的选择是 否相关 制冷剂流量调节范围 流量调节机构 调节控制信号 无关 小 毛细管流动阻力 过冷度 热力膨胀阀 由感温包充注的制 冷剂决定 较大 调节阀开度 蒸发器出口过热度 电子膨胀阀 无关 大 调节阀开度 蒸发器出口过热度
调节方法
对蒸发器过热度控制 偏差
回热循环，降低毛 细管出口段温度
第五章 节流机构和辅助设备
热力膨胀阀的选配、安装与调试 （1）选配 选配时应考虑到制冷剂种类和蒸发温度范围，且使膨胀阀的容量与蒸发 器的负荷相匹配。 我们把通过在某压力差情况下处于一定开度的膨胀阀的制冷剂流量，在 一定蒸发温度下完全蒸发时所产生的冷量，称为该膨胀阀在此压差和蒸 发温度下的膨胀阀容量。在一定的阀开度和膨胀阀进出口制冷剂状态的 情况下，通过膨胀阀的制冷剂流量可按照下式计算：
第五章 节流机构和辅助设备
第二种情况：制冷剂流经蒸发器时，实际上有压力损失，假定其 压力损失为0.086 MPa。 若仍然使用内平衡式热力膨胀阀，则5℃的制冷剂液体自A处逐渐 蒸发到B’处，完全汽化成饱和蒸汽。忽略不计B’C过热段的阻力， AB’段的压力损失就为0.086 MPa。B’和C处的压力都为（0.5840.086）＝0.498 MPa，其对应的饱和温度为0℃。作用于金属膜 片下部的压力（p1+p2）＝0.681 MPa。要使阀门开始开启，则 作用在膜片上的压力p3≥（p1+p2）＝0.681 MPa，相应的感温包 温度应为t5≥10℃，即要求C处制冷剂的温度大于10℃时阀门才能 开启，此时的开启过热度将大于10℃（tc-tB’ ≥10℃）。 从以上分析可以看出，由于蒸发器存在压力损失，导致内平衡式 热力膨胀阀开启过热度增大，这就使蒸发器传热面积的利用率降 低（B’在B前），制冷能力也相应减小。在这种场合，使用内平衡 式热力膨胀阀是不太适宜的。
第五章 节流机构和辅助设备
安装 热力膨胀阀的安装位置应靠近蒸发器，阀体应垂直放 置，不可倾斜，更不可颠倒安装。 感温包的安装方法 通常将感温包缠在吸气管上，感温包紧贴管壁，包扎 紧密；接触处应将氧化皮清除干净，必要时可涂一层 铅漆作保护层，以防生锈。当吸气管外径小于22 mm 时，管周围温度的影响可以忽略，安装位置可以任意， 一般包扎在吸气管上部；当吸气管外径大于22 mm时， 感温包安装处若有液态制冷剂或润滑油流动，水平管 上、下侧温差可能较大，因此将感温包安装在吸气管 水平轴线以下45°之间（一般为30°），如图所示。
低压贮 液器 循环贮 液桶
贮存气液分离器分 离出的氨液，位于 气液分离器后
用于氨泵供液制冷系统， 作气液分离器和低压贮液 桶用，为氨泵提供所需的 低压氨液 维修和检修设备以 及设备冲霜时，贮 存设备排出的制冷 剂
卧式循环贮液桶的液 面不应超过其直径的 1/3
立式循环贮液桶的液 面不应超过其桶高的 1/4 最大氨液贮存容积 不小于氨泵每小时 循环量的30%
第五章 节流机构和辅助设备
第五章 节流机构和辅助设备
充气式热力膨胀阀 充气式热力膨胀阀感温系统中充注的也是与制冷系统 相同的制冷剂，但是，充注的液体数量取决于热力膨 胀阀工作时的旺市蒸发温度。在该温度下，感温系统 内所充注的液态制冷剂应全部气化为气体，如图。当 感温包的温度低于tA时，感温包内的压力与温度的关 系为制冷剂的饱和特性曲线；当感温包的温度高于tA 时，感温包内的制冷剂呈气态，尽管温度增加很大， 压力却增加很少。因此，当制冷系统的蒸发温度超过 最高限定温度tM时，蒸发器出口气态制 冷剂虽具有很大的过热度，阀门基本不能开大；这样 就可以控制对蒸发器的供液量，以免系统蒸发温度过 高，制冷压缩机的电机过载。
第五章 节流机构和辅助设备 1. 节流机构
作 用 降压降温，保证压差：PK 调节蒸发器的供液量 。 氨 系 统 氟 系 统
手动膨胀阀 直通式浮球膨胀阀 浮球式膨胀阀 热力膨胀阀 非直通式浮球膨胀阀 内平衡式热力膨胀阀 外平衡式热力膨胀阀
P0，TK
T0
分 类
毛细管
电子膨胀阀
由工作人员根据 负荷大小，手动调节 阀门开度，管理不方 便；结构同普通截止 阀。
手动膨胀阀
依靠浮球室 中的浮球受液面 的影响，控制阀 门的启闭。直通 式：构造简单， 浮球受液面波动 大，易损坏，下 部供液。
直通式浮球膨胀阀
依靠浮球室中的浮球 受液面的影响，控制 阀门的启闭。非直通 式：液面平稳，不易 损坏，构造、安装较 复杂
非直通式浮球膨胀阀
第五章 节流机构和辅助设备
热力膨胀阀 （一）热力膨胀阀的工作原理 氟里昂制冷系统一般都用热力膨胀阀来调节制冷剂流量。它既是 控制蒸发器供液量的调节阀，同时也是制冷装置的节流阀，所以 热力膨胀阀也称热力调节阀。热力膨胀阀是利用蒸发器出口处制 冷剂蒸汽过热度的变化来调节供液量。根据结构的不同，热力膨 胀阀可分为内平衡式和外平衡式两种。 （1）内平衡式热力膨胀阀 内平衡式热力膨胀阀的结构如图所示。它由感温包、毛细管、阀 座、膜片、顶杆、阀针及调节机构等构成。膨胀阀接在蒸发器的 进液管上，感温包敷设在蒸发器出口管上。在感温包中注有制冷 剂的液体或其他液体、气体。通常情况下感温包中充注的工质与 系统中制冷剂相同。热力膨胀阀的工作原理是建立在力平衡的基 础上的。工作时，弹性金属膜片上部受感温包内工质的压力p3作 用，下面受制冷剂压力p1与弹簧力p2的作用。膜片在三个力的作 用下向上或向下鼓起，从而使阀孔关小或开大，用以调节蒸发器 的供液量。
第五章 节流机构和辅助设备
感温包的充注 根据制冷系统所用制冷剂的种类和蒸发温度的不同， 热力膨胀阀感温系统中可采用不同的物质和方式进行 充注，主要方式有充液式、充气式、交叉充液式、混 合充注式和吸附充注式，各种充注方式均有优缺点和 使用限制。 （1）充液式热力膨胀阀 上面所说过的就是充液式热力膨胀阀，充注的液体量 应该足够大，以保证任何温度下感温包内均有液体存 在。感温系统内的压力为所充注液体的饱和压力。 充液式的优点是阀门的工作不受膨胀阀和平衡毛细管 所处环境温度的影响，即使温度低于感温包感受的温 度，也能正常工作。但是，充液式热力膨胀阀随蒸发 温度的降低，过热度有明显上升的趋势。
高
第二节 辅助设备 2.1、 贮液器
高压贮 液器 按 用 途 和 所 承 受 的 压 力
贮存冷凝器排出的高 压制冷剂液体，以供 应和调节系统供液量
贮液器的贮液容量按整 个系统制冷剂小时循环 量的1/3~1/2选取 贮液器贮存制冷剂的最 大允许容量为本身容量 的80% 贮存制冷剂的最大允许容 量为本身容量的70~80%