（一）熱力膨脹閥的工作原理
氟里昂制冷系統(tǒng)一般都用熱力膨脹閥來調(diào)節(jié)制冷劑流量。它既是控制蒸發(fā)器供液量的調(diào)節(jié)閥，同時也是制冷裝置的節(jié)流閥，所以熱力膨脹閥也稱熱力調(diào)節(jié)閥。熱力膨脹閥是利用蒸發(fā)器出口處制冷劑蒸汽過熱度的變化來調(diào)節(jié)供液量。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，熱力膨脹閥可分為內(nèi)平衡式和外平衡式兩種。
（1）內(nèi)平衡式熱力膨脹閥
內(nèi)平衡式熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)如圖所示。它由感溫包、毛細管、閥座、膜片、頂桿、閥針及調(diào)節(jié)機構(gòu)等構(gòu)成。
膨脹閥接在蒸發(fā)器的進液管上，感溫包敷設(shè)在蒸發(fā)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(zhì)與系統(tǒng)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(chǔ)上的。工作時，彈性金屬膜片上部受感溫包內(nèi)工質(zhì)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(guān)小或開大，用以調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的供液量。當進入蒸發(fā)器的液量小于蒸發(fā)器熱負荷的需要時，則蒸發(fā)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(fā)器熱負荷的需要時，則出口處蒸氣的過熱度減小，感溫系統(tǒng)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(fā)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(fā)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(shù)值時，閥門便關(guān)閉，這時的過熱度稱為關(guān)閉過熱度。關(guān)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(guān)閉過熱度是由于彈簧的預(yù)緊程度有關(guān)。彈簧的預(yù)緊程度可通過調(diào)節(jié)桿來調(diào)整。當將彈簧調(diào)整到最松位置時的關(guān)閉過熱度稱為最小過熱度；將彈簧調(diào)整到最緊位置時的過熱度稱為電大關(guān)閉過熱度。熱力膨脹閥在設(shè)計時，一般規(guī)定最小關(guān)閉過熱度不大于2℃，關(guān)閉過熱度不小于8℃。
總之，內(nèi)平衡式熱力膨脹閥是依靠蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑的過熱度來調(diào)節(jié)蒸發(fā)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(fā)器或小型蒸發(fā)器中。









（2）外平衡式熱力膨脹閥
上述的分析沒有考慮蒸發(fā)器內(nèi)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(fā)器，多應(yīng)用外平衡式熱力膨脹閥。如圖為外平衡式熱力膨脹閥的構(gòu)造圖。它的構(gòu)造與內(nèi)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(fā)器出口處連接，這樣，膜片下部承受蒸發(fā)器出口制冷劑的壓力，從而消除了蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑流動阻力的影響；另外調(diào)節(jié)桿的形式也有所不同。
  



 
為了說明內(nèi)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(jīng)蒸發(fā)器，在不同壓力損失情況下的工作狀態(tài)。假定有一制冷裝置，制冷劑是R22，感溫包中充注的工質(zhì)也是R22，在蒸發(fā)溫度為5℃的工況下運行。種情況：假設(shè)制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器時沒有壓力損失。采用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥，閥的彈簧預(yù)緊力設(shè)定為p2＝0.097 MPa（約相當于關(guān)閉過熱度為5℃）。
低壓制冷劑進入蒸發(fā)器后，從A處逐漸蒸發(fā)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(xù)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(nèi)的壓力p3≥（p1+p2）=0.681 MPa，感溫包內(nèi)相應(yīng)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(fā)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(jīng)蒸發(fā)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(nèi)平衡式熱力膨脹閥，則5℃的制冷劑液體自A處逐漸蒸發(fā)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(yīng)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(yīng)的感溫包溫度應(yīng)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(fā)器存在壓力損失，導(dǎo)致內(nèi)平衡式熱力膨脹閥開啟過熱度增大，這就使蒸發(fā)器傳熱面積的利用率降低（B’在B前），制冷能力也相應(yīng)減小。在這種場合，使用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥是不太適宜的。
當蒸發(fā)器的壓力損失比較大時，就應(yīng)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(fā)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(yīng)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?yōu)閺椈蓮埩2和蒸發(fā)器出口壓力pc之和，使閥門關(guān)閉的壓力為（pc+p2）=0.498+0.097=0.595 MPa，與p3對應(yīng)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(fā)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(fā)器的傳熱面積得以充分利用。
外平衡式熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)特性，基本上不受蒸發(fā)器中壓力損失的影響，但是由于它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此一般只有從膨脹閥出口到蒸發(fā)器出口，制冷劑的壓力降所相應(yīng)的蒸發(fā)溫度降超過2～3℃時，才應(yīng)用外平衡式熱力膨脹閥。目前國內(nèi)一般中小型的氟里昂制冷系統(tǒng)，除了使用分液器的蒸發(fā)器外，蒸發(fā)器的壓力損失都比較小，所以采用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥較多。用分液器的蒸發(fā)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(jù)制冷系統(tǒng)所用制冷劑的種類和蒸發(fā)溫度的不同，熱力膨脹閥感溫系統(tǒng)中可采用不同的物質(zhì)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(yōu)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(yīng)該足夠大，以保證任何溫度下感溫包內(nèi)均有液體存在。感溫系統(tǒng)內(nèi)的壓力為所充注液體的飽和壓力。
充液式的優(yōu)點是閥門的工作不受膨脹閥和平衡毛細管所處環(huán)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(fā)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(tǒng)中充注的也是與制冷系統(tǒng)相同的制冷劑，但是，充注的液體數(shù)量取決于熱力膨脹閥工作時的旺市蒸發(fā)溫度。在該溫度下，感溫系統(tǒng)內(nèi)所充注的液態(tài)制冷劑應(yīng)全部氣化為氣體，如圖。當感溫包的溫度低于tA時，感溫包內(nèi)的壓力與溫度的關(guān)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(nèi)的制冷劑呈氣態(tài)，盡管溫度增加很大，壓力卻增加很少。因此，當制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度超過限定溫度tM時，蒸發(fā)器出口氣態(tài)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(fā)器的供液量，以免系統(tǒng)蒸發(fā)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(nèi)充注與制冷系統(tǒng)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(nèi)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(fā)溫度情況下，均可保持蒸發(fā)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(cè)的壓力按兩條不同的曲線變化，以改善熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)特性，擴大適用溫度范圍。




（三）熱力膨脹閥的選配、安裝與調(diào)試
（1）選配
選配時應(yīng)考慮到制冷劑種類和蒸發(fā)溫度范圍，且使膨脹閥的容量與蒸發(fā)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(fā)溫度下完全蒸發(fā)時所產(chǎn)生的冷量，稱為該膨脹閥在此壓差和蒸發(fā)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(tài)的情況下。
由已知的蒸發(fā)器制冷量φ0、蒸發(fā)溫度以及膨脹閥進、出口制冷劑狀態(tài)，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(fā)器負荷大20～30％。
（2）安裝
熱力膨脹閥的安裝位置應(yīng)靠近蒸發(fā)器，閥體應(yīng)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(tǒng)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(wěn)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(yīng)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(tài)制冷劑或潤滑油流動，水平管上、下側(cè)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(wù)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(fā)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(fā)器出口處吸氣管需要抬高時，抬高處應(yīng)設(shè)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(fā)器出口、感溫包后的壓縮機吸氣管上，連接口應(yīng)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(tǒng)運行的波動，也可將外平衡管連接在蒸發(fā)管壓力降較大的部位。
（3）調(diào)試
熱力膨脹閥的調(diào)試必須在制冷裝置正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下進行。若蒸發(fā)器出口處沒有溫度計，可利用壓縮機的吸氣壓力作為蒸發(fā)器內(nèi)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(diào)整中如果感到過熱度太小，即供液量太大，則可把調(diào)節(jié)桿按順時針方向轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)桿朝反方向轉(zhuǎn)動，使制冷劑流量增大。整個調(diào)節(jié)過程要細心，調(diào)節(jié)桿螺紋一次轉(zhuǎn)動的圈數(shù)不宜過多（調(diào)節(jié)桿螺紋轉(zhuǎn)動一圈，過熱度大約改變1～2℃）。耐心地經(jīng)過多次調(diào)整，直至滿足要求為止。
熱力膨脹閥除根據(jù)測量儀表進行調(diào)節(jié)外，還可按經(jīng)驗方法進行調(diào)節(jié)，即轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)桿螺紋改變閥的開度，使蒸發(fā)器的回氣管外剛好能結(jié)霜或結(jié)露。對于蒸發(fā)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(fā)溫度在0℃以上的空調(diào)用制冷裝置，則可視結(jié)露情況判斷。http://www.fairysky.net