制冷用熱力膨脹閥過熱度控制特性的應用和研究

　　目前國內制冷機的制冷系統普遍采用制冷劑的蒸汽壓縮循環方式，其中起著至關重要作用的節流元件--熱力膨脹閥的特性研究乏人問津，導致國內很多同行對熱力膨脹閥的合理高效配置缺乏了解，對熱力膨脹閥的實際節能作用缺乏認識。

　　其實，熱力膨脹閥在制冷系統中，除了把制冷劑從高壓通過節流轉換為低壓，實現制冷效果外，還有一個很重要的自動控制流量的功能，這功能的優化可在制冷劑運行的整個制冰(降溫)過程中，保持制冷劑的蒸發吸熱過程在蒸發器中被充分利用，從而達到z*經濟、z*有效的制冷效率，達到我們實在的節能目的，我們在對制冷機選用冷量匹配的膨脹閥的同時，對其工作過熱度的控制特性要求絕對不可以忽視。

　　我們大家知道，熱力膨脹閥流量的自動調節是通過蒸發器出口處的過熱度控制的，該處的過熱度的大小可直接反映出蒸發器其蒸發面積的利用率，如果一個熱力膨脹閥運行中能使該處的過熱度小，則表示蒸發面積的利用率高，也就是制冷效率高，假如該處的過熱度甚至為零，那么這蒸發器的蒸發面積利用率達到100%，相對來說就是制冷的時間會更短。

　　由于目前熱力膨脹閥包括其溫度傳感器的充注結構特性，決定了閥本身的工作是必須在閥的一個開啟過熱度和一個工作過熱度下，對流入的制冷劑流量進行調節。因此，如何能保持閥在蒸發器整個降溫過程中，始終有一個較小的開啟過熱度，甚至是零過熱度下工作。則是我們對熱力膨脹閥的熱力特性的選擇及探討必須要進行的一個課題。

　　現在國外知名公司的產品已經提供了能滿足各種熱力特性要求的熱力膨脹閥，在我們國內，雖然大部分的生產廠商還尚未掌握這方面的技術，但還是有些生產廠商具有各種熱力特性要求的制作經驗并有成功的產品(包括零過熱度)，在與國外知名公司產品的對比中并不遜色。如下測試曲線圖是國內具有等過熱度特性的熱力膨脹閥在Bitzer實驗室與Danfoss和Parker的同類產品同時作測試(圖一)，測試結果反映的降溫速度比Danfoss同類產品快，它在穩定蒸發溫度工況時的溫度波動只有4℃，而Danfoss同類產品為10℃(圖二)，整個測試說明國產的產品動作晌應好、滑動系數低、低溫過熱度小。充注等各性能指標都可以優于國外d*公司產品。

　　圖一

　　圖二

　　熱力膨脹閥自動調節流量的熱力特性有以下幾種：

　　A、同工質充注的閥，即閥的熱力傳感器(稱作溫包)中單純充注與機組同樣的制冷工質，這是z*原始的充注方式，在溫包中，工質的溫度壓力變化與制冷機組中的制冷劑溫度壓力變化是平行的，由于大多數的制冷工質其溫度與對應的壓力不呈線性關系，因此在不同的蒸發溫度點上，閥的開啟過熱度不僅變化而且很大。見下圖，在低溫端的△t1遠比高溫端的△t2要大。

　　圖三

　　比如有的生產廠商的產品，出廠調試時，在0℃設定開啟過熱度3.5K，但當偏離此點后，其原設定的開啟過熱度均會變大，甚至降溫至-20℃以下時，開啟過熱度將超過10K，只有在其設定值0℃點上下幾度時，才符合3.5K左右的過熱度，這意味著蒸發器的面積越是到低溫時越是沒被充分利用，制冷效率越來越低，制冷時間長。圖四是該產品在不同蒸發溫度點時的開啟過熱度實測曲線，從圖中可明顯的看出來。

　　圖四

　　B、現在具有等過熱度開閥特性的熱力膨脹閥是各種講究效率的制冷機必備的，所謂等過熱度是指閥在運行過程中，在不同的蒸發溫度點時，能始終自動維持原設定的開啟過熱度，它采用的是混合充注的方法，能夠與溫包感受到的溫度保持等溫差跟蹤。與同工質充注的閥相比，它在低蒸發溫度時，仍然保持在設定的開啟過熱度，使制冷機運行至低溫時，蒸發器的面積利用仍然處于正常狀態。目前，適用于各種制冷劑的等過熱度膨脹閥，在其整個蒸發溫度范圍內，過熱度的波動可以做到不超過±1K。圖五是國內某生產廠商TI-R22型熱力膨脹閥感受不同蒸發溫度點時的過熱度測試圖，從實測的結果看，明顯在整個蒸發溫度工況下，開啟過熱度基本不變。

　　圖五

　　C、隨著制冷機技術的不斷發展，蒸發器過液的技術得到解決，設計師不用過份擔心液擊沖缸，則可以盡可能的降低蒸發器的過熱度，以求取得蒸發器的蒸發面積充分利用，尤其是運行在低溫工況及要求的制冰溫度時，蒸發器中的制冷劑的供液量大大減少，此時，適當的減小閥的開啟過熱度，甚至到零，這樣會減緩供液量減少的速度，即適當的增大了制冷劑的流量，相當于增加了制冷能力，會使制冰的時間縮短，具有這種熱力特性即隨著蒸發溫度下降，閥的開啟過熱度亦變小的熱力膨脹閥，現在制冰機中選用較多，這種特性的閥在國內目前幾乎很少有廠商在生產，制冷機廠商一般均采購進口產品，其實我們國產已有這種熱力特性的，用于R22(R134a)系統5冷噸以下的熱力膨脹閥(圖六)，在國內某生產廠商的CM105和CM85型制冰機上應用，其要求從常溫水到卸冰的時間低于40分鐘的效果與Danfoss的TDN1型熱力膨脹閥不相上下，由于關鍵的充注技術已被解決，相對來說該產品的生產成本也不會太高。圖七是國產TD-1.1/5型隨蒸發溫度下降而開啟過熱度亦變小的熱力膨脹閥和丹佛斯產品比較的過熱度測試圖。

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