（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。当进入蒸发器的液量小于蒸发器热负荷的需要时，则蒸发器出口处蒸汽的过热度就增大，膜片上方的压力大于下方的压力，这样就迫使膜片向下鼓出，通过顶杆压缩弹簧，并把阀针顶开，使阀孔开大，则供液量增大；反之，当供液量大于蒸发器热负荷的需要时，则出口处蒸气的过热度减小，感温系统中的压力降低，膜片上方的作用力小于下方的作用力时，使膜片向上鼓出，则弹簧伸长，顶杆上移并使阀孔减小，对蒸发器的供液量也就随着减少。
运行工况，此三种作用力均会达到平衡，即p1+p2=p3，此时膜片不动，阀芯位置不动，阀门开度一定。
由前面的叙述可以知道，当蒸发器出口蒸气的过热度减小时，阀孔的开度也减小，而当过热度减小到某一数值时，阀门便关闭，这时的过热度称为关闭过热度。关闭过热度也等于阀门开始开启时的过热度，所以也称为开启过热度或静装配过热度。关闭过热度是由于弹簧的预紧程度有关。弹簧的预紧程度可通过调节杆来调整。当将弹簧调整到最松位置时的关闭过热度称为最小过热度；将弹簧调整到最紧位置时的过热度称为电大关闭过热度。热力膨胀阀在设计时，一般规定最小关闭过热度不大于2℃，关闭过热度不小于8℃。
总之，内平衡式热力膨胀阀是依靠蒸发器出口气态制冷剂的过热度来调节蒸发器的供液量。这种阀只用在有较大过热度的制冷剂（如R12等）的非满液式蒸发器或小型蒸发器中。









（2）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；另外调节杆的形式也有所不同。
  



 
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。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。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（0.584-0.086）＝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。
当蒸发器的压力损失比较大时，就应该使用外平衡式热力膨胀阀。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。目前国内一般中小型的氟里昂制冷系统，除了使用分液器的蒸发器外，蒸发器的压力损失都比较小，所以采用内平衡式热力膨胀阀较多。用分液器的蒸发器压力损失较大，故宜采用外平衡式热力膨胀阀。




（二）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。
   
（2）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。
（3）其他充注式热力膨胀阀
除上述两种充注方式外，还有交叉充液式，即充液式热力膨胀阀感温包内充注与制冷系统不同的制冷剂以外，还充注一定压力的不可凝气体；吸附充注式，即在感温包内装填吸附剂（如活性炭）和充注吸附性气体（如二氧化碳）。如图为交叉充液式热力膨胀阀的特性曲线，可以看出，不同蒸发温度情况下，均可保持蒸发器出口制冷剂过热度几乎不变。采用不同充注方式的目的在于，使弹性金属膜片两侧的压力按两条不同的曲线变化，以改善热力膨胀阀的调节特性，扩大适用温度范围。




（三）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。
由已知的蒸发器制冷量φ0、蒸发温度以及膨胀阀进、出口制冷剂状态，即可采用上述公式计算选配热力膨胀阀。选配时一般要求热力膨胀阀的容量比蒸发器负荷大20～30％。
（2）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。由于热力膨胀阀依靠感温包感受到的温度进行工作，且温度传感系统的灵敏度比较低，传递信号的时间滞后较大，易造成膨胀阀频繁启闭和供液量波动，因此感温包的安装非常重要。
◆ 感温包的安装方法
正确的安装方法旨在改善感温包与吸气管中制冷剂的传热效果，以减小时间滞后，提高热力膨胀阀的工作稳定性。
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。为了防止感温包受外界温度影响，故在扎好后，务必用不吸水绝热材料缠包。
  
◆ 感温包的安装位置
感温包安装在蒸发器出口、压缩机吸气管段上，远离压缩机吸气口1.5m以上，并尽可能装在水平管段部分。但必须注意不得置于有积液之处。为了防止因水平管积液、膨胀阀操作错误，蒸发器出口处吸气管需要抬高时，抬高处应设存液弯，否则，只得将感温包安装在立管上。
当采用外平衡式热力膨胀阀时，外平衡管一般连接在蒸发器出口、感温包后的压缩机吸气管上，连接口应位于吸气管顶部，以防被润滑油堵塞。当然，为了抑制制冷系统运行的波动，也可将外平衡管连接在蒸发管压力降较大的部位。
（3）调试
热力膨胀阀的调试必须在制冷装置正常运转状态下进行。若蒸发器出口处没有温度计，可利用压缩机的吸气压力作为蒸发器内的饱和压力来校核过热度。不过由于吸气管的压力降，使计算得的过热度高于实际过热度。调整中如果感到过热度太小，即供液量太大，则可把调节杆按顺时针方向转动半圈或一圈（即增大弹簧力，减小阀开度），使制冷剂流量减小。反之，若感到过热度太大，即供液量不足，则可把调节杆朝反方向转动，使制冷剂流量增大。整个调节过程要细心，调节杆螺纹一次转动的圈数不宜过多（调节杆螺纹转动一圈，过热度大约改变1～2℃）。耐心地经过多次调整，直至满足要求为止。
热力膨胀阀除根据测量仪表进行调节外，还可按经验方法进行调节，即转动调节杆螺纹改变阀的开度，使蒸发器的回气管外刚好能结霜或结露。对于蒸发温度低于0℃的制冷装置，若挂霜后用手摸，有一种将手粘住的阴凉感觉，表明此时热力膨胀阀的开度适宜。对于蒸发温度在0℃以上的空调用制冷装置，则可视结露情况判断。http://www.zhsysb.com