（一）熱力膨脹閥的工作原理
氟里昂制冷系統一般都用熱力膨脹閥來調節制冷劑流量。它既是控制蒸發器供液量的調節閥，同時也是制冷裝置的節流閥，所以熱力膨脹閥也稱熱力調節閥。熱力膨脹閥是利用蒸發器出口處制冷劑蒸汽過熱度的變化來調節供液量。根據結構的不同，熱力膨脹閥可分為內平衡式和外平衡式兩種。
（1）內平衡式熱力膨脹閥
內平衡式熱力膨脹閥的結構如圖所示。它由感溫包、毛細管、閥座、膜片、頂桿、閥針及調節機構等構成。
膨脹閥接在蒸發器的進液管上，感溫包敷設在蒸發器出口管上。在感溫包中注有制冷劑的液體或其他液體、氣體。通常情況下感溫包中充注的工質與系統中制冷劑相同。熱力膨脹閥的工作原理是建立在力平衡的基礎上的。工作時，彈性金屬膜片上部受感溫包內工質的壓力p3作用，下面受制冷劑壓力p1與彈簧力p2的作用。膜片在三個力的作用下向上或向下鼓起，從而使閥孔關小或開大，用以調節蒸發器的供液量。當進入蒸發器的液量小于蒸發器熱負荷的需要時，則蒸發器出口處蒸汽的過熱度就增大，膜片上方的壓力大于下方的壓力，這樣就迫使膜片向下鼓出，通過頂桿壓縮彈簧，并把閥針頂開，使閥孔開大，則供液量增大；反之，當供液量大于蒸發器熱負荷的需要時，則出口處蒸氣的過熱度減小，感溫系統中的壓力降低，膜片上方的作用力小于下方的作用力時，使膜片向上鼓出，則彈簧伸長，頂桿上移并使閥孔減小，對蒸發器的供液量也就隨著減少。
運行工況，此三種作用力均會達到平衡，即p1+p2=p3，此時膜片不動，閥芯位置不動，閥門開度一定。
由前面的敘述可以知道，當蒸發器出口蒸氣的過熱度減小時，閥孔的開度也減小，而當過熱度減小到某一數值時，閥門便關閉，這時的過熱度稱為關閉過熱度。關閉過熱度也等于閥門開始開啟時的過熱度，所以也稱為開啟過熱度或靜裝配過熱度。關閉過熱度是由于彈簧的預緊程度有關。彈簧的預緊程度可通過調節桿來調整。當將彈簧調整到最松位置時的關閉過熱度稱為最小過熱度；將彈簧調整到最緊位置時的過熱度稱為電大關閉過熱度。熱力膨脹閥在設計時，一般規定最小關閉過熱度不大于2℃，關閉過熱度不小于8℃。
總之，內平衡式熱力膨脹閥是依靠蒸發器出口氣態制冷劑的過熱度來調節蒸發器的供液量。這種閥只用在有較大過熱度的制冷劑（如R12等）的非滿液式蒸發器或小型蒸發器中。









（2）外平衡式熱力膨脹閥
上述的分析沒有考慮蒸發器內制冷劑的壓力損失，對于蛇形管較長或阻力較大的大型蒸發器，多應用外平衡式熱力膨脹閥。如圖為外平衡式熱力膨脹閥的構造圖。它的構造與內平衡式熱力膨脹閥基本相似，但是其膜片下方不與供入的液體接觸，而是作有一個空腔，用一根小口徑平衡管與蒸發器出口處連接，這樣，膜片下部承受蒸發器出口制冷劑的壓力，從而消除了蒸發器內制冷劑流動阻力的影響；另外調節桿的形式也有所不同。
  



 
為了說明內平衡式熱力膨脹閥和外平衡式熱力膨脹閥各自的特點及適用場合，下面分析一下制冷劑流經蒸發器，在不同壓力損失情況下的工作狀態。假定有一制冷裝置，制冷劑是R22，感溫包中充注的工質也是R22，在蒸發溫度為5℃的工況下運行。種情況：假設制冷劑流經蒸發器時沒有壓力損失。采用內平衡式熱力膨脹閥，閥的彈簧預緊力設定為p2＝0.097 MPa（約相當于關閉過熱度為5℃）。
低壓制冷劑進入蒸發器后，從A處逐漸蒸發到B處，完全汽化成5℃的飽和蒸汽。從B處到C處，制冷劑蒸氣繼續吸熱而成為過熱蒸汽。A處的溫度為5℃，壓力即是5℃下的飽和壓力，即p1＝0.584 MPa。這樣，作用于金屬膜片下部的總壓力（p1+p2）=0.584+0.097=0.681 MPa。若要使閥門開啟工作，必須使感溫包內的壓力p3≥（p1+p2）=0.681 MPa，感溫包內相應的溫度t3＝10℃。由于可以忽略傳熱溫差，則C處的制冷劑溫度tc＝10℃，它的過熱度為5℃（tc-tB）＝5℃。所以，只要蒸發器出口處的制冷劑過熱度超過5℃時，熱力膨脹閥就能開啟工作（即開啟過熱度Δt＝5℃）。
第二種情況：制冷劑流經蒸發器時，實際上有壓力損失，假定其壓力損失為0.086 MPa。若仍然使用內平衡式熱力膨脹閥，則5℃的制冷劑液體自A處逐漸蒸發到B’處，完全汽化成飽和蒸汽。忽略不計B’C過熱段的阻力，AB’段的壓力損失就為0.086 MPa。B’和C處的壓力都為（0.584-0.086）＝0.498 MPa，其對應的飽和溫度為0℃。作用于金屬膜片下部的壓力（p1+p2）＝0.681 MPa。要使閥門開始開啟，則作用在膜片上的壓力p3≥（p1+p2）＝0.681 MPa，相應的感溫包溫度應為t5≥10℃，即要求C處制冷劑的溫度大于10℃時閥門才能開啟，此時的開啟過熱度將大于10℃（tc-tB’ ≥10℃）。
從以上分析可以看出，由于蒸發器存在壓力損失，導致內平衡式熱力膨脹閥開啟過熱度增大，這就使蒸發器傳熱面積的利用率降低（B’在B前），制冷能力也相應減小。在這種場合，使用內平衡式熱力膨脹閥是不太適宜的。
當蒸發器的壓力損失比較大時，就應該使用外平衡式熱力膨脹閥。仍然以上述第二種情況為例。低壓制冷劑液體從A處逐漸蒸發到B處，完全汽化成飽和蒸汽。因為AB段的壓力損失為0.086 MPa，則B處的壓力降至0.498 MPa，與其對應的飽和溫度為0℃。忽略不計BC過熱段的阻力，C處的壓力pc＝0.498 MPa。這時作用在金屬膜片下的壓力已變為彈簧張力p2和蒸發器出口壓力pc之和，使閥門關閉的壓力為（pc+p2）=0.498+0.097=0.595 MPa，與p3對應的飽和溫度約為5.5℃，即當t5＝tC＝5.5℃時，C處制冷劑蒸氣過熱度為5.5℃（tc-tB＝5.5℃）時，閥門就開始開啟。由此可見，蒸發器的壓力損失對外平衡式熱力膨脹閥的開啟過熱度影響極小，它仍能保持較小的開啟過熱度，從而使蒸發器的傳熱面積得以充分利用。
外平衡式熱力膨脹閥的調節特性，基本上不受蒸發器中壓力損失的影響，但是由于它的結構比較復雜，因此一般只有從膨脹閥出口到蒸發器出口，制冷劑的壓力降所相應的蒸發溫度降超過2～3℃時，才應用外平衡式熱力膨脹閥。目前國內一般中小型的氟里昂制冷系統，除了使用分液器的蒸發器外，蒸發器的壓力損失都比較小，所以采用內平衡式熱力膨脹閥較多。用分液器的蒸發器壓力損失較大，故宜采用外平衡式熱力膨脹閥。




（二）感溫包的充注     
根據制冷系統所用制冷劑的種類和蒸發溫度的不同，熱力膨脹閥感溫系統中可采用不同的物質和方式進行充注，主要方式有充液式、充氣式、交叉充液式、混合充注式和吸附充注式，各種充注方式均有優缺點和使用限制。
（1）充液式熱力膨脹閥
上面所說過的就是充液式熱力膨脹閥，充注的液體量應該足夠大，以保證任何溫度下感溫包內均有液體存在。感溫系統內的壓力為所充注液體的飽和壓力。
充液式的優點是閥門的工作不受膨脹閥和平衡毛細管所處環境溫度的影響，即使溫度低于感溫包感受的溫度，也能正常工作。但是，充液式熱力膨脹閥隨蒸發溫度的降低，過熱度有明顯上升的趨勢。
   
（2）充氣式熱力膨脹閥
充氣式熱力膨脹閥感溫系統中充注的也是與制冷系統相同的制冷劑，但是，充注的液體數量取決于熱力膨脹閥工作時的旺市蒸發溫度。在該溫度下，感溫系統內所充注的液態制冷劑應全部氣化為氣體，如圖。當感溫包的溫度低于tA時，感溫包內的壓力與溫度的關系為制冷劑的飽和特性曲線；當感溫包的溫度高于tA時，感溫包內的制冷劑呈氣態，盡管溫度增加很大，壓力卻增加很少。因此，當制冷系統的蒸發溫度超過限定溫度tM時，蒸發器出口氣態制冷劑雖具有很大的過熱度，閥門基本不能開大；這樣就可以控制對蒸發器的供液量，以免系統蒸發溫度過高，制冷壓縮機的電機過載。
（3）其他充注式熱力膨脹閥
除上述兩種充注方式外，還有交叉充液式，即充液式熱力膨脹閥感溫包內充注與制冷系統不同的制冷劑以外，還充注一定壓力的不可凝氣體；吸附充注式，即在感溫包內裝填吸附劑（如活性炭）和充注吸附性氣體（如二氧化碳）。如圖為交叉充液式熱力膨脹閥的特性曲線，可以看出，不同蒸發溫度情況下，均可保持蒸發器出口制冷劑過熱度幾乎不變。采用不同充注方式的目的在于，使彈性金屬膜片兩側的壓力按兩條不同的曲線變化，以改善熱力膨脹閥的調節特性，擴大適用溫度范圍。




（三）熱力膨脹閥的選配、安裝與調試
（1）選配
選配時應考慮到制冷劑種類和蒸發溫度范圍，且使膨脹閥的容量與蒸發器的負荷相匹配。
我們把通過在某壓力差情況下處于一定開度的膨脹閥的制冷劑流量，在一定蒸發溫度下完全蒸發時所產生的冷量，稱為該膨脹閥在此壓差和蒸發溫度下的膨脹閥容量。在一定的閥開度和膨脹閥進出口制冷劑狀態的情況下。
由已知的蒸發器制冷量φ0、蒸發溫度以及膨脹閥進、出口制冷劑狀態，即可采用上述公式計算選配熱力膨脹閥。選配時一般要求熱力膨脹閥的容量比蒸發器負荷大20～30％。
（2）安裝
熱力膨脹閥的安裝位置應靠近蒸發器，閥體應垂直放置，不可傾斜，更不可顛倒安裝。由于熱力膨脹閥依靠感溫包感受到的溫度進行工作，且溫度傳感系統的靈敏度比較低，傳遞信號的時間滯后較大，易造成膨脹閥頻繁啟閉和供液量波動，因此感溫包的安裝非常重要。
◆ 感溫包的安裝方法
正確的安裝方法旨在改善感溫包與吸氣管中制冷劑的傳熱效果，以減小時間滯后，提高熱力膨脹閥的工作穩定性。
通常將感溫包纏在吸氣管上，感溫包緊貼管壁，包扎緊密；接觸處應將氧化皮清除干凈，必要時可涂一層鉛漆作保護層，以防生銹。當吸氣管外徑小于22 mm時，管周圍溫度的影響可以忽略，安裝位置可以任意，一般包扎在吸氣管上部；當吸氣管外徑大于22 mm時，感溫包安裝處若有液態制冷劑或潤滑油流動，水平管上、下側溫差可能較大，因此將感溫包安裝在吸氣管水平軸線以下45°之間（一般為30°），如圖所示。為了防止感溫包受外界溫度影響，故在扎好后，務必用不吸水絕熱材料纏包。
  
◆ 感溫包的安裝位置
感溫包安裝在蒸發器出口、壓縮機吸氣管段上，遠離壓縮機吸氣口1.5m以上，并盡可能裝在水平管段部分。但必須注意不得置于有積液之處。為了防止因水平管積液、膨脹閥操作錯誤，蒸發器出口處吸氣管需要抬高時，抬高處應設存液彎，否則，只得將感溫包安裝在立管上。
當采用外平衡式熱力膨脹閥時，外平衡管一般連接在蒸發器出口、感溫包后的壓縮機吸氣管上，連接口應位于吸氣管頂部，以防被潤滑油堵塞。當然，為了抑制制冷系統運行的波動，也可將外平衡管連接在蒸發管壓力降較大的部位。
（3）調試
熱力膨脹閥的調試必須在制冷裝置正常運轉狀態下進行。若蒸發器出口處沒有溫度計，可利用壓縮機的吸氣壓力作為蒸發器內的飽和壓力來校核過熱度。不過由于吸氣管的壓力降，使計算得的過熱度高于實際過熱度。調整中如果感到過熱度太小，即供液量太大，則可把調節桿按順時針方向轉動半圈或一圈（即增大彈簧力，減小閥開度），使制冷劑流量減小。反之，若感到過熱度太大，即供液量不足，則可把調節桿朝反方向轉動，使制冷劑流量增大。整個調節過程要細心，調節桿螺紋一次轉動的圈數不宜過多（調節桿螺紋轉動一圈，過熱度大約改變1～2℃）。耐心地經過多次調整，直至滿足要求為止。
熱力膨脹閥除根據測量儀表進行調節外，還可按經驗方法進行調節，即轉動調節桿螺紋改變閥的開度，使蒸發器的回氣管外剛好能結霜或結露。對于蒸發溫度低于0℃的制冷裝置，若掛霜后用手摸，有一種將手粘住的陰涼感覺，表明此時熱力膨脹閥的開度適宜。對于蒸發溫度在0℃以上的空調用制冷裝置，則可視結露情況判斷。//ynje.cn