汽車空調-膨脹閥

作者：由李斯丹尼發表于攝影時間：2020-07-13

一、膨脹閥功能

膨脹閥擁有兩大功能：

① 透過儲液乾燥器的高溫、高壓的液態冷媒從小孔噴射進而減壓膨脹變成低溫低壓的霧狀冷媒。② 在蒸發器出口，冷媒的蒸發狀態擁有適度的過熱度來調節冷媒流量。因此，對應車內溫度（製冷負荷）的變動以及壓縮機轉速的變動，冷媒量是自動調節的。這種方式作為汽車空調蒸發器出口溫度控制的溫度工作方式被採用。

二、膨脹閥的種類

膨脹閥分為三種：Box型（外均型）、ZFC型（外均型）、C型（內均型）。

Box型（外均型） ZFC型（外均型） C型（內均型）

內部主要結構

三、控制方法

為了能讓製冷迴圈擁有很好的工作效率，在熱交換器的出口最合適的位置進行控制。總而言之：蒸發器的出口時，冷媒的蒸發剛好完成；冷凝器的出口時，冷媒的冷凝剛好完成。

（1）蒸發器的出口控制＝溫度式膨脹閥

如下圖：在蒸發器出口地方蒸發完了之後探測過熱氣態冷媒出口溫度（ia點）進行反饋以達到控制冷媒流量。在這裡讓氣態冷媒的過熱度和蒸發器出口冷媒溫度的辦法就是進行反饋，所以過熱度是必須的。溫度式膨脹閥的特性上，通常在5～10℃進行控制。

空調系統熱態執行圖

（2）冷凝器的出口控制＝儲液乾燥器

如上圖所示，在冷凝器出口進行凝縮完成的剛好處設定了儲液乾燥器，保證冷凝器的全部冷凝。

四、控制原理

（1）溫度式膨脹閥如何控制蒸發器出口過熱度

在隔膜上部被密封的空間內封入工作冷媒。製冷迴圈的冷媒和氣態冷媒一樣，汽車空調的情況下填充 HFC-134a。這個空間就是感溫筒管道和蒸發器出口處裝載的感溫筒相連線的部分，讓感溫筒記憶體在液態達到氣液共存的飽和狀態。因此感溫筒內就是隔膜的上部壓力就是溫度Tb的飽和壓力、蒸發器的壓力（溫度Ta的飽和壓力）直接導向下面、和過熱度（Tb－Ta）是相當的壓力差⊿P產生。這個壓力差⊿P彈簧的力量相合來決定閥的開口度。

以下進行具體的控制描述。

蒸發器的過熱度上升（Tb變高）的話隔膜上面的壓力就會上升，往隔膜下面變位、閥開啟冷媒流量增加過熱度。過熱度變小的這個工作則會相反進行。根據汽車發動機轉數，壓縮機的轉數上升吸引力增加，蒸發器的壓力下降，隔膜下部分的壓力也會變低，閥門開啟，根據壓縮機的吸引力來絕對冷媒流量的增加。然後感溫筒對溫度進行反饋，控制最合適的閥開口度。

溫度式膨脹閥的控制原理

五、工作原理

膨脹閥的構造根據流量孔板的壓差⊿P，被彈簧的力量壓著的閥進行開口。壓差⊿P和閥上升，流量的關係如圖所示，根據已有壓差開閥對應壓差⊿P的必要流量進行確保。差圧⊿P為了對應蒸發器出口的過熱度，對應必要流量來決定過熱度。隔板上側的壓力PT是蒸發器出口冷媒溫度相當的飽和壓力，隔板下側的壓力PE是蒸發器的出口壓力。這裡關於差圧⊿P，氣態填充的場合用例說明的話，感溫筒內的情況和迴圈內一樣封入氣液混合狀態的冷媒，為了表示感溫筒內的壓力對應溫度的飽和壓力、只有過熱度部分的壓力上升，產生壓差⊿P。對於彈簧以及隔板的彈簧特性，為了讓流量特性擁有傾斜和趨勢，冷媒流量變大的話基本上過熱度也就變大的固定特性。如果要讓過熱度變小的話，最好讓這根傾斜線往上拉站起來，閥震動異響以及製冷迴圈不安定的顫動這些都是原因，在一定程度上傾斜是必要的。

舉工作具體的例子的話，鼓風風量從Hi降到Lo的話，對於冷媒流量來說冷媒不進行蒸發，過熱度就會變小。然後感溫筒內的氣態冷媒凝縮，圧力PT下降前提是差圧⊿P變小，往閥關閉方向移動。這個結果就是流量下降到和鼓風Lo相當的必要冷媒量。

膨脹閥工作原理

膨脹閥的設定值

為有靜止過熱度設定值，是根據膨脹閥調整彈簧力來決定的，通常來說感溫筒溫度規定在０℃時的開閥壓力。（作為參考也有10℃時候的値附記場合。）

比如說Pset＝0。245MPa然後、感溫筒為0℃、這個時候為了感溫筒內圧力PT（T＝0℃）＝0。293MPa，那作為⊿P0＝0。048MPa（加熱度5℃相當）。

通常設定值變高的話過熱度量就變小，設定值變低的話過熱度量就變大。

膨脹閥設定值

六、感溫筒的響應性和填充方式

膨脹閥受到感溫筒內的回饋，進行閥的工作時候，壓力即發生變化，蒸發器出口溫度是冷媒到達蒸發器出口需要數秒～10秒的時間程度程度。感溫筒溫度的即應答讓回饋補正過頭，導致迴圈不安定的狀態，這種現象是會產生週期10～20秒程度的壓力變動（稱之為擺動），因此像表 1一樣往感溫部的溫度回饋會延遲。並且確實有為了不讓反映延遲的方法，利用活性炭吸收的吸附填充方式。利用吸附特性讓溫度變換成壓力，因為活性炭的熱傳導性不好，活性炭全體都變成均一溫度，利用費時間讓反映回饋變慢。

感溫筒的填充方式

（1）十字交叉填充方式

交叉填充方式是指感溫筒內所使用的冷媒根據種類的不同導致壓力線的傾斜。氣態填充方式是感溫筒內封入不同的冷媒，因此稱之為交叉填充方式。使用交叉填充方式溫度低和低負荷的時候感溫筒內壓力要比氣態填充方式高容易產生液體迴流。利用這個可以確保可變容量壓縮機在小容量時的機油迴流迴圈。但是在高負荷時候相反的感溫筒內壓力很難上升，因為過熱度變大需要擁有平衡。

（2）氣態填充方式的工作

感溫筒內、液態冷媒和氣態冷媒共存，可以把溫度改變成壓力。存在氣態填充壓力以下的液態、溫度上升、直到填充壓力為止、全部氣態化。因此為了不讓隔板上部壓力上升、限制膨脹閥開啟。

七、膨脹閥特點

膨脹閥的代表構造和特點根據表2、和容量用途。容量是J I S B 8619標準定格條件A（凝縮溫度38℃，蒸発溫度5℃）來作為基準，T數是按照美國冷凍T來表示，１T＝3520W（3024kcal/h）。還有關於公稱容量，沒有明確的定義，最大容量大約在50～60％的公稱容量的例子比較多。

八、內部均壓式膨脹閥&外部均壓式膨脹閥

從蒸發器的入口到出口之間過程、因為管道阻抗導致壓力下降。這個壓力下降過大的話、像內部均圧式一樣蒸發器入口的壓力直接傳到隔板的方式，針狀閥開啟需要大的過熱度，如果過熱度變長的結果就是蒸發器效率降低。因此，外部均壓式膨脹閥是在隔板下側傳入的壓力，並不是從蒸發器入口來的壓力，使用蒸發器出口壓力來驅動膨脹閥的工作。這種情況下，內部均圧式膨脹閥就無需均壓管。