電子膨脹閥在家用冰箱中的應用

家用冰箱中最廣泛使用的膨脹裝置是毛細管，毛細管其實就是內徑很小的長管。毛細管的尺寸必須根據冰箱工作壓力和熱負荷來確定。由于毛細管橫截面積是固定的，一旦確定尺寸后，毛細管只能在制冷系統預設的條件下運行，偏離運行條件會降低制冷設備的整體能源效率。恒溫膨脹閥（TEV）在中型和大型制冷系統中非常普遍，它們通過壓力膜片上的力平衡來調節制冷劑的質量流量。本文的研究工作或許是首次針對電子膨脹閥在家用冰箱中的應用（冰箱制冷劑是異丁烷）。本文測試了兩臺相同的家用冰箱，一臺裝有毛細管，另一臺裝有電子膨脹閥（EEV），用以評估標準條件下膨脹裝置對能耗的影響。圖1是系統流程圖。

圖1 測試冰箱系統流程圖

為了支持實驗分析，本文還設計了一種穩態數學模型，該模型不僅可以計算膨脹裝置的影響，而且還可以預測制冷劑充注量的影響。驗證工作表明，實驗和數值計算能耗數據之間存在合理的一致性，誤差在±15%范圍內。數值計算還表明，高制冷劑充注量、節流限制和低能耗具有相關性。此外，研究發現，當環境溫度或壓縮機轉速變化時，可以通過更改膨脹裝置的節流限制來降低能耗，這在裝有毛細管的系統中是不可能的。對于本研究中使用的特定冰箱型號，對比毛細管系統，有高效內部熱交換器的系統中使用不產生熱量的電子膨脹閥（EEV）可以使能耗降低4%至9%。盡管數學模型表明了在某些情況下電子閥門具有優勢，并且模擬趨勢具有物理意義，但模擬的系統仍需要進行實驗驗證。本文報告的節能數據是針對選用的特定制冷器具，使用不同的冰箱能耗差異可能會有所不同。

圖文來源：International Journal of Refrigeration, vol 119, pp 227-237, 2020, https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.07.029

原標題：Application of electronic expansion valves in domestic refrigerators原作者：Fernando T. Knabben, Adriano F. Ronzoni & Christian J.L. Hermes