電子膨脹閥的應用領域及關鍵技術

呂民

摘 要：電子膨脹閥作為一個節流元件，主要是保證制冷液的流量可根據預設的程序進行調節。傳統的節流元件在負荷突變或量程變大的情況下，已不能滿足舒適節能的要求。電子膨脹閥與變容量技術相結合的針織機得到了廣泛的應用。目前，對電子膨脹閥的使用主要包括應用、流量特性，本文主要從這方面研究了相對應的控制策略，探究此類產品膨脹閥的運行模式和工作方法。電子膨脹閥比熱膨脹閥具有更高的溫度控制精度，因其溫度低、調節范圍廣、靈敏度高、速度快等優點被大量使用在了各種制冷機械上。

關鍵詞：電子、膨脹閥、應用、技術

1、前言

目前，熱膨脹閥已經普遍應用在空調和低溫制冷系統中，然而新技術的出現與人們對能量的重視，更加需要一種新的閥門來滿足人們的要求。電子膨脹閥就這樣應運而生，能夠按照預定的程序調節冷卻器的流量，進入制冷機組，滿足制冷機和電氣工程的使用效果，具有與熱膨脹閥不兼容的優秀性能。為制冷系統提供智能控制，成為具有廣闊發展前景的制冷部件。這兩類閥門主要采用相似的構造，但閥門的特性有很大的不同。討論了電子膨脹閥應用技術的關鍵技術，指出了當前技術存在的問題和未來的發展趨勢。

2、電子膨脹閥

2.1工作原理

電子膨脹閥控制機械工作中冷凝液的流動，減少目標過熱過程，保障整個過程能夠持續進行。作為流量控制執行機構，結合溫控、壓力控制系統，閉環反饋控制系統由驅動和電源、PLC或步進電機運動控制。

2.2分類

根據驅動方式，可分為電磁閥和電動閥。膨脹閥由線圈上的電壓大小進行開關。改變導線上的控制電壓，改變閥體針閥中的溶液，從而調節冷凝液的作用效果，電動膨脹閥又稱步進電機驅動閥，電機在螺桿驅動閥中前后移動，為了改變閥盤的液體的橫截面積L來控制流量大小。所以電子閥基本分為直接驅動和制動直接驅動兩種，分別由步進電機驅動：減速器的原理與直線基本相同，但前者增加了一組減速器，閥針的作用是推動步進電機通過減速機單元。

2.3電子膨脹閥特性

通過對電子和熱膨脹閥的比較，表明電子控制下具有以下優點：電子膨脹閥控制蒸發器過熱的作用大大超過了傳統的熱膨脹閥。電子膨脹閥過熱參數值可調，只需更改相應程序，有一個預加載彈簧，設置在一定的蒸發溫度。受溫度改變的影響，系統的運行阻力使其運行成為可能，最好只在較窄的狀況和負載范圍內進行調節。如果匹配不好，或者模式和負載變化過大，會干擾閥門的正常運行。電子膨脹閥工作在低溫下，熱包的壓力大大降低，熱電偶能準確反映低溫時的溫度變化，還提供了更有效的流量調節。它具有比例調節、流量波動大的特點，調節時，可直接測量蒸發器出口的真實過熱度，具有良好的線性流量特性，適合機電一體化的發展，充分體現了機電一體化的發展趨勢。

3、電子膨脹閥的應用

3.1熱泵機組

由于熱泵機組必須根據其結構和原理平衡制冷和制熱條件，毛細管作為節流元件時，必須滿足廣泛的工作環境，需要兩個電磁閥和一個溫度傳感器進行切換，以選擇合適的管道，一方面增加了成本，另一方面由于毛細管在工作過程中調節能力不強，導致閥體熱膨脹彈簧的預緊力無法調節，系統仍不能在全工況下實現最佳運行。這種填料方式的選擇和控制比較困難，在空氣源熱泵機組的應用中，閥門熱膨脹的調節非常有限，電子膨脹閥的調節范圍更廣，可在15%～100%范圍內精確調節，更適用于各種泵組，反應速度優。當制冷劑用量不足或過高（偏離設計值）時，采用電子膨脹閥± 0時，毛細管節流器的效率明顯降低，特別是在制冷劑充注不足的情況下;電子膨脹節流單元的效率幾乎與充注的制冷劑量無關，也就是說，當熱泵機組偏離設計工況時，可促進系統持續工作。

3.2汽車空調

由于天氣和交通條件的影響，汽車空調的熱負荷和發動機轉速通常在非標準設計工況下工作，節流閥采用H型和F型熱膨脹閥，而熱膨脹閥的過熱度參數值則按標準工況確定，通過對電動膨脹閥在汽車空調器中的應用分析，提出了控制方案，將發動機轉速比例調節與蒸發器開環相結合，模糊控制的反饋過于熱情，結果表明EEV空調系統不僅在各種負載條件下具有較高的能效，而且具有較高的動態響應和溫度控制精度，采用模糊PID參數對電子膨脹閥進行調節，在設計條件下，仍能為蒸發器提供足夠的制冷劑，有效控制過熱，使蒸發器出口PID空氣溫度下降。

3.3多聯式空調

多功能機組通過管道將一臺室外機的制冷劑供應給多臺室內機，并控制制冷劑進入熱交換器，每個房間都能滿足室內熱負荷的需要，結合電子膨脹閥，房間可根據室內負荷要求獨立調節。它占地面積小，安裝方便，管理靈活，能效高，便于集中管理和網絡管理。多功能空調機組的研究重點是壓縮機變頻器和電子膨脹閥的控制為了克服以往壓縮機和電子膨脹閥控制的不足，提出了電子膨脹閥的同步控制電路和控制方法，使系統工作更加合理組合，提高系統工作的穩定性。

3.4船用制冷機組

由于受海洋氣候條件的影響，運輸船舶經常在溫度較高的不同區域之間移動，因此船用空調制冷裝置具有工作范圍廣、環境溫度變化大的特點。介紹了電子膨脹閥控制蒸發器過熱度的幾種方法，以及電子膨脹閥在船用制冷容器中的優點和需要解決的問題。電子膨脹閥在制冷設備制冷系統中的應用本文考慮并分析了電子膨脹閥在制冷系統中應用的可能性，指出電子膨脹閥在制冷系統中的波動較大，能夠適應這一特點。、

3.5太陽能壓縮空調

太陽能的合理高效利用已成為現代空調技術的一個熱點和重要方向太陽能的利用具有非線性輻射強度和不規則振蕩的特點，這給太陽能壓縮空調系統的研究和應用帶來了困難和挑戰。傳統的節流閥已不能滿足快轉速的要求，采用電子膨脹閥實現太陽能水泵的PI控制，要實現系統的全年優化，必須將變頻技術與壓縮技術相結合。

4、電子膨脹閥控制策略

空調制冷系統作為電子膨脹閥的調節對象，具有很強的非線性，時滯與模式變化有著密切的關系。除了系統的效率外，機組運行的安全性和穩定性也是系統評價的重要指標。因此，在設計控制策略時必須考慮到空調和制冷系統的啟動和運行階段有很大的不同，有必要在機組啟動階段設計啟動控制方案。零過熱時間、最大過熱偏差和調節時間是主要評價標準。由于負荷突變等因素，蒸發器在0℃ 而制冷劑的液氣比增大，不能根據過熱程度判斷蒸發器排出的氣體作為調節閥液的良好依據。最大過熱度穩定曲線仍然適用于系統，MSS電子膨脹閥的控制方法是基于輸出溫度的波動，蒸發器調節目標過熱，保證系統穩定運行，閥門快速關閉會導致過熱急劇增加。因此，重新調整可能導致系統不穩定，甚至預期參數出現周期性波動。

5、結束語

與其他節流元件相比，電子膨脹閥更適用于各種場合，當負荷變化較大或范圍較廣時，由于兩相流在流動特性方面固有的復雜機理，為了實現系統的進一步節能優化，由于其在一定條件下的截止流等特殊特性以及實驗中相應的流量特性之間的相關性，已被廣泛應用于系統概念之外的許多領域。現在越來越多的制冷設備采用節流電子閥，能滿足特殊的工作需要，充分體現了電子控制的特點。它是智能制冷系統的重要構成部分，實現了在制冷循環水平上的智能化和優化運行。

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