制冷装置的节流机构与辅助设备概论

制冷装置的节流机构与辅助设备概论22一、节流机构的作用与分类

Effectsandclassificationofthrottle节流机构的作用:将高压液体制冷剂节流降压;调节进入蒸发器的制冷剂流量.节流机构的分类：按其供液量调节方式可把节流机构分为以下五类

1.手动调节的节流机构

Manualadjustthrottle

一般称作手动节流阀、手动调节阀以手动方式调整阀孔的流通面积来改变流量，因为频繁操作、工况稳定性差，故障几率大。多用于氨制冷装置中。手动节流阀又称手动调节阀或膨胀阀，是最老式的节流机构，其外形与普通截止阀相似。全凭管理员的经验进行操作。通常与其它控制元件配合使用，一般只在短时期内使用，例如在冷冻初期辅助送液，或者在自动膨胀阀出故障时作为旁路备用阀。

3442.用液位调节的节流机构Liquidlocationadjustthrottle

通常称浮球调节阀它利用浮球位置随液面高度变化而变化的特性控制阀芯开闭，达到稳定蒸发器内制冷剂液量的目的。它可单独作为节流机构使用，也可作为感应元件与其它执行元件配合使用。

分为高压浮球阀与低压浮球阀。适用于中型及大型氨制冷装置中。1一液体进口2一针阀3一支点4一液体连接管5一浮球6一气体连接管直通式低压浮球阀的结构示意浮球调节阀供液控制5直通式浮球阀比较简单，但阀体内因液体进入时的冲击作用往往引起液面波动较大，使浮球阀的工作不稳定（制冷剂通过节流阀后，制冷剂压力比浮球室压力大，喷出的冲力大，从而使液面波动大），而且液体从阀体流入蒸发器(或中间冷却器)是依靠液位差，因而只能供液到液面以下。

非直通式浮球阀工作较稳定，因节流后的压力高于蒸发器(或中间冷却器)压力，可以供液到任何地点。

61一液体进口2一针阀3一支点4一液体连接管5一浮球6一气体连接管7一液体出口非直通式浮球阀的结构示意71一液体进口5一液体连接管6一气体连接管7一液体出口8一过滤器9一手动节流阀10一蒸发器或中间冷却器非直通式浮球阀的管路系统非直通式管路系统899

包括热力膨胀阀、电热膨胀阀。它通过蒸发器出口蒸汽过热度的大小调整热负荷与供液量的匹配关系，以此控制节流孔的开度大小，实现蒸发器供液量随热负荷变化而改变的调节机构。主要用于氟利昂制冷系统及中间冷却器的供液量调节在汽车空调中主要用热力膨胀阀。3.用蒸汽过热度调节的节流机构Adjustthrottlewithsteamexcessiveheattemperature

10104.用电子脉冲进行调节的节流机构Adjustthrottlewithelectronimpulse

如电子脉冲膨胀阀（电动膨胀阀）。采集空调室的数据，由压缩机变频脉冲控制阀孔开度，向蒸发器提供与压缩机变频条件相应的制冷剂量，时刻保持在蒸发器和压缩机之间的能量和质量的平衡性，以满足高舒适性空调的要求。是制冷技术中出现机电一体化的产物。11115.不进行调节的节流机构Noadjustthrottle

如毛细管、恒压膨胀阀、节流短管及节流孔等。结构简单、维护方便。一般在工况比较稳定的小型制冷装置（如家用冰箱、空调器等）量使用。1212二、热力膨胀阀Expandvalve热力膨胀阀的工作原理Workingprincipleofexpandvalve热力膨胀阀属于一种自动膨胀阀，它是利用蒸发器出口制冷剂蒸汽的过热度调节阀孔开度以调节供液量的。故适用于没有自由液面的蒸发器，如干式蒸发器、蛇形管式中间冷却器等。分为内平衡式热力膨胀阀与外平衡式热力膨胀阀。13热力膨胀阀的开启主要决定于感受蒸发压力膜片的受力情况，并由推杆传动针阀运动。13（1）内平衡式热力膨胀阀Withinthebalancedthermalexpansionvalve14膜片受力主要是感温件感温压力p、蒸发压力（理想情况，即无蒸发压力损失时的蒸发压力，由传动缝隙传入）p0及弹簧压力ps。其中也受到冷凝压力pk的影响，但由于针阀面积较小，该受力可忽略不计。所以，针阀的开启并不决定于冷凝压力pk，关键取决于感温压力p及蒸发压力p0。14（1）内平衡式热力膨胀阀Withinthebalancedthermalexpansionvalve15若，弹性膜片变形，推动阀针使阀孔开大或开小，从而调节流量。若，弹性膜片保持原来状态，阀孔不变，则不变，呈稳定状态。∴膨胀阀的工作就是利用感温压力p的大小控制开启程度。15（1）内平衡式热力膨胀阀Withinthebalancedthermalexpansionvalves13P3PsP0P0P3t3t1由于过热度的影响，其出口处温度t3与蒸发温度t0之间存在着温差Δtg，通常称做过热度。感温包感受到t3后，使整个感应系统处于t3对应的饱和压力p3。该压力通过毛细管传到膜片上侧，在膜片下侧面施有调整弹簧力ps和蒸发压力p0，三者处于平衡时有p3=ps+p0

从热力膨胀阀的工作原理可以看出，其阀芯的调节动作来源于p3=ps+p0。而在膜片上下侧的压力平衡是以蒸发器内压力p0作为稳定条件，所以称之为内平衡式热力膨胀阀（1）内平衡式热力膨胀阀1818（1）内平衡式热力膨胀阀Withinthebalancedthermalexpansionvalve感温元件内的感温介质一般都采用相同的制冷剂工质。弹簧压力主要调节蒸发器的过热度、并保证一定的过热度。通常蒸发器出口具有一定的过热度，可看出，针阀的调节动作来源于这一存在于热力膨胀阀内部的力由不平衡到平衡的全过程。因此，在膜片上下侧的压力平衡以蒸发器内的压力p0作为稳定条件，并且p0是从蒸发器入口导入的，所以称为内平衡式热力膨胀阀。（由依靠膨胀阀内部膜片上下的力平衡决定阀孔的开启程度。）19内平衡式的主要缺点：由于从蒸发器入口到出口会有压力损失（流阻），使进、出的压力不一致，而内平衡式从蒸发器的入口导入蒸发压力时并没反应这一影响，这会影响调节的精度，使之实际增加蒸发器的过热度和供量不足（实际增加了过热度）。因为蒸发压力逐渐降低后，饱和压力降低，而一定过热度的过热温度也降低，若仍要推动阀针，只有更高的温度（相对此时的饱和温度）感于感温件。但其结构简单，适宜于压力损失小的蒸发器采用。19（1）内平衡式热力膨胀阀Withinthebalancedthermalexpansionvalve20外平衡式与内平衡式工作原理基本相同，只是弹性膜片下的平衡压力由蒸发器出口引入，将蒸发器工作过程的压降反应到膨胀阀的调节中，减小了工作过热度，消除了流阻引起的压降对阀门开启的影响。20（2）外平衡式热力膨胀阀Externalbalancedthermalexpansionvalve2121（2）外平衡式热力膨胀阀Externalbalancedthermalexpansionvalve过热程度如何只决定于此时此刻当地压力，即应是出口处压力的饱和温度和当地介质温度比较。即外平衡式热膨胀阀以蒸发器的出口压力p0*替代内平式压力p0（入口压力）。P

sP

wP

3P

3P

sP

3

由于pw=p0-Δp0(p0蒸发压力)，膜片力系变成为p3=ps+(p0-Δp0)，即p3=ps+pw时，仍然能保证在允许的装配过热度范围内达到平衡。在这个范围内，当p3>ps+pw时，表示蒸发器热负荷偏大，出口过热度偏高，膨胀阀流通面积增大，使制冷剂供液量按比例增大。反之按比例减小。（2）外平衡式热力膨胀阀2424（2）外平衡式热力膨胀阀Externalbalancedthermalexpansionvalve外平衡式主要特点:Featuresofexternalbalancedthermalexpansionvalve

a.改善了蒸发器的工作性能，使换热性能得到充分利用，准确地保证过热度要求。b.结构复杂、制造、安装、使用略显不便。c.通常在蒸发器压力损失较大时或大型制冷空调中采用。2525热力膨胀阀的选择与使用Selectionanduseofthermalexpansionvalve正常（理想）情况下，热力膨胀阀应：a.控制进入蒸发器的液态制冷剂量刚好等于在蒸发器中吸热蒸发的制冷剂量，使蒸发器中min=mout。b.使在工作温度下蒸发器出口过热度适中，蒸发器的传热面积得到充分利用。c.在工作过程中能随着蒸发器热负荷的变化，迅速地改变向蒸发器的供液量，使之随时保持系统的平衡。实际中，热力膨胀阀感温系统存在一定的热惰性、形成信号传递滞后，往往使蒸发器供液量过大或过小。∴热力膨胀阀的实际过程一直处于波动调节状态。反应灵敏度是热力膨胀阀的重要技术指标。2626热力膨胀阀的选择Selectionofthermalexpansionvalve为削弱波动调节的影响、稳定蒸发器的工作，在确定容量时，一般应取蒸发器热负荷的1.2~1.3倍。热力膨胀阀的使用Useofthermalexpansionvalvea.为保证感温包采样信号的准确性，应当安装在不易积液的蒸发器出口的吸气管上。b.如果吸气管上装有液–气回热器，则感温包应当安装在流出回热器的吸气管上。c.当蒸发器出口吸气管管径小于22mm时，感温包可水平安装在管的顶部。d.当管径大于22mm时，则应将感温包水平安装在管的下侧方45°的位置。2727热力膨胀阀的使用Useofthermalexpansionvalve

e.感温包绝对不可随意安装在管的底部，也要避免在立管或多个蒸发器的公共回气管上安装感温包。f.感温包与吸气管的接触部分应平直、清洁，并用绑带扎紧，使两者之间有良好的传热性能，然后外包绝热材料。g.外平衡式的外平衡管应接于感温包后约100mm处，接口一般位于水平管顶部，以保证调节动作的可靠性。

2828安装图示：Installicon

29为使热力膨胀阀节流后的制冷剂液体均匀地分配到蒸发器的各个管组，通常是在膨胀阀的出口管和进口管之间设置一种分液器接头。它仅有一个进液口，却有几个甚至十几个出液口，将膨胀阀节流后的制冷剂均匀地分配到各个管组中（或各蒸发器中）。分液器接头的形式很多，以降压型分液器接头的使用效果最好。29分液器：Despensers

3030降压型分液器接头的结构型式：

Figureforthebuckdispensersseveraljointstructuretype.

31降压型分液器接头的特点是通道尺寸较小，制冷剂流过时要发生节流、产生约50kPa的压差，同时，在分液器中也约有相等的压差，以致使蒸发器各通路管组总压降大致相等，使制冷剂均匀分配到蒸发器中，各部分传热面积得到充分利用。在安装分液器接头时各分液管必须具有相同的管径和长度，以保证各路管组压降相等。31分液器的特点Featuresofdespensers

3232三、毛细管Capillary毛细管又叫节流管，其内径常为0.5~5mm、长度不等、材料为铜或不锈钢。它是根据液体在一定几何尺寸（内径、长度）的管道内流动产生的摩阻压降来改变其流量的。目前，毛细管作为节流机构在家用冰箱、窗式空调器、中小型空调机及去湿机中广泛使用。1.主要作用：节流降压（无调节作用）3333

2.主要特点Mainfeatures

a.制造简单、成本低，没有运动部件，工作可靠。b.毛细管使高、低压区形成常通的通道，停机时压力迅速平衡，便于压缩机再次启动。c.无自动调节功能，变负荷工况性能差。d.要求流灌剂量准确、避免压缩机湿运行或蒸发器供量不足。e.毛细管系统降温速度慢。∵无调节功能，而膨胀阀系统启动时过热度高、阀门开启度大，大流量使膨胀阀系统降温较迅速。

f.毛细管的基础理论复杂，严格地通过计算确定长度、孔径等参数比较困难，一般通过试验或经验方法确定。g.制冷剂在毛细管中的节流不存在进、出口方向问题，对热泵型制冷系统特别适用。343.设计用毛细管节流的制冷系统时注意事项：

DesignoftherefrigerationsystemwithcapillarycompensationPrecautions系统的高压侧不要设置储液器，以减少停机时制冷剂迁移量，防止启动时发生“液击”。制冷剂的充注量应尽量与蒸发器容量相匹配，必要时可在压缩机吸气管上加装气液分离器。对初选毛细管进行试验修正时，应保证毛细管的管径和长度与制冷能力相吻合，以保证装置能达到规定的技术要求。毛细管内径必须均匀，其进口处应设置干燥过滤器，防止水分和污物堵塞毛细管。34356.2制冷装置的辅助设备Auxiliaryequipmentofrefrigerationequipment35蒸汽压缩式制冷装置中，还需要一些辅助设备来完善其技术性能，并保证其运行的可靠性。它们是制冷剂的贮存、分离和净化设备，润滑油的分离及收集设备等。

在这些设备中，制冷剂并不发生状态变化，它们不是完成制冷循环所必须的设备，因而，在小型制冷机中为简化设备，往往将一些辅助设备省去。一、制冷剂的贮存、分离和净化设备1.储液器2.气液分离器3.空气分离器4.过滤器与干燥器5.视窗二、润滑油的分离及收集设备1.油分离器2.集油器3636储液器

Liquidreceiver

储液器也称储液筒，是用来贮存制冷剂的容器。

按其功用可分为高压领储液器也低压储液器两类。高压储液器：High-pressureliquidreceiver一、制冷剂的贮存、分离和净化设备Refrigerantstorage,separationandpurificationequipment3737高压储液器High-pressureliquidreceiver高压储液器装在冷凝器之后，用于贮存高压液体，以适应冷负荷变化时制冷剂供液量变化，并减少每年向系统内补充制冷剂的次数。高压储液器一般做成卧式圆筒型。（基本参数在JB/T7658.8和JB/T7659.1-95中有明确规定。）高压储液器与冷凝器之间除液体管道外，还设有气休平衡管来保证两者之间的压力平衡，以保证冷凝器中的液体顺利流入储液器。3838高压储液器High-pressureliquidreceiver设计高压储液器时，其容量应按系统每小时循环量的1/3~1/2计算，最大充满度不超过筒体直径的80%。对于小型氟利昂机组，因气密性较好（且氟利昂较贵），容量小些或直接将储液器设计到冷凝器下部。小型制冷装置，如冰箱、小型空调器等一般不高高压储液器（一般采用毛细管为节流机构），此时制冷剂的充灌量要经过计算并严格控制，即使在全部制冷剂液体进入蒸发器的情况下也不会产生“液击”。3939低压储液器Low-pressureliquidreceiver低压储液器仅在大型氨制冷装置中使用。其结构与高压储液器基本相同，只是工作压力较低。低压储液器的用途：在氨泵供液系统中贮存进入蒸发器前的低压液体；专供蒸发器融霜或检修时排液；用于贮存低压回气经气液分离器出来的氨液。用于后两种情况的低压储液器还可以在存液量增多时，通过引入高压氨蒸汽，提高其压力将氨液压入系统的供液管中，节流后进入蒸发器中冷却。4040气液分离器

Gas-liquidseparator气液分离器的作用是分离来自蒸发器的低压蒸汽中的液滴，以保证压缩机吸入干饱和蒸汽。氨用气液分离器除上述作用外，还可令经节流阀供给的气液混合物分离，只让液氨进入蒸发器中。现有JB/T7658.14-95标准规范了制冷装置用氨液分离器的型式、参数和技术要求。4141小型空调用氟利昂制冷装置所用的气液分离器有管道型和筒体型两种。管道型：一般的小型氟利昂系统内部容积较小，又不设储液器，为防止压缩机产生液击而在压缩机壳外吸气管处设置气液分离器，其结构与压缩机吸气管道融为一体，称为管道型气液分离器。它可让制冷剂在进入压缩机之前减速、转向，将其中的液滴分离出来，以保证进入压缩机的是干饱和蒸汽。与此同时，分离出来的润滑油则由下端的小孔a随干饱和蒸汽一起返回到压缩机。4242筒体型气液分离器：对于制冷量稍大些的制冷系统，需使用独立于压缩机外的筒体型气液分离器。如图，其U型管的进气口们于容器上方，与含液气流管的出口形成一定高度差，以利于改变气流方向、气液分离。U型管底部的小孔b的作用是保证一定量的油随吸入气体一起返回到压缩机中。小孔c则是为在压缩机停车时防止分离器内的油从小孔b返回压缩机而起平衡均压的作用。4343空气分离器

Airseparator制冷机在运转过程中有时制冷剂中会有空气及其它不凝性气体。

空气及其它不凝性气体大致以五个途径进入制冷剂系统：a.

制冷装置在安装或大修后，第一次充灌制冷剂之前抽空不彻底，留有空气；b.压缩机检修后，虽经曲轴箱抽真空，但仍有一定量空气带入；c.向系统中补充制冷剂，或向压缩机曲轴箱中补充润滑油时，连接管中空气没排除干净，空气混入；d.

蒸发压力小于大气压力时，空气从密封不严处渗入；e.

工况恶化时引起制冷剂及润滑油高温分解，产生少量不凝性气体。4444这些空气及不凝性气体最终都集中在冷凝器或高压储液器中，它们的存在，将引起冷凝压力和排气温度升高，制冷量减少，功耗增大、经济性降低。为此，空气及其它不凝性气体应及时地予以排除。由于空气及不凝性气体与制冷剂混合在一起，若简单排除，必不可避免的放掉一些制冷剂，造成损失。对于中型、大型制冷系统，为减少制冷剂损失，都采用空气分离器。4545空气分离器属净化设备，它是用来清除制冷剂中的空气及其它不凝性气体。由于氨及不凝性气体的排放会污染环境，排放时应将所排放的气体通入水池中，让混杂在空气中的氨溶解于水中，以保护环境。

四重套管卧式空气分离器

螺旋冷却管式空气分离器自动立式盘管式空气分离器1、5—电磁阀2—节流阀3—温度控制器4—压力开关6—氨水混合器7—浮球阀1-冷凝器2-贮液器3-不凝性气体分离器4-玻璃容器5-放空气阀6-蒸发盘管7-温度计8-出气阀9、10、11、13、14-阀门15-膨胀阀不凝性气体分离器工作原理不凝性气体分离器实际上是个冷却设备。分离器圆形筒体为钢板卷焊制成，内装有冷却盘管，外敷保温层。49494.过滤器与干燥器Filtersanddryers过滤器是用来清除制冷剂中的机械杂质，如金属屑、氧化皮等。在氨制冷系统中专门设有氨液过滤器和氨气过滤器。

（其基本参数和技术要求见JB/T7658.16、JB/T7658.15-95）5050氨用过滤器一般是由2~3层网孔为0.4mm的钢丝网制成的。氨液过滤器一般设置在浮球阀或手动节流阀之前的液体管路中；氨气过滤器一般安装在回气管路上，也可安装在压缩机进气缸中，防止氨气中杂质带入压缩机中。由于过滤器一般安装在管路上，安装时要注意便于清洗和检修。5151氟利昂液体过滤器采用无缝钢管作为壳体，内装0.1~0.2mm网孔的黄铜丝或不锈钢丝，两端用螺纹与筒体连接并用锡焊焊牢，以防止泄漏。一般安装在液管段的供液电磁阀前的管道中，同时在筒体标流向指示符号，安装时要注意方向，使氟利昂液体从过滤网内向外流动，以便将过滤网拆下来清洗。小型氟利昂制冷机常将过滤网安装在热力膨胀阀中。5252干燥器只用于氟利昂制冷机中，安装在液体管路中以吸收制冷剂中的水分。

干燥器具有无缝钢管制成的外壳，内装一个由金属网作的内胆，胆内装有干燥剂。

干燥剂一般采用无水氯化钙、硅胶、活性氧化铝、分子筛等。

干燥器应装在节流阀前，有时还装有旁路，可以使干燥器停止使用或更换干燥剂。

（干燥器使用一段时间后，吸水能力降低，需更换干燥剂，换下来的再生）对小型制冷机，系统中一般不装有干燥器，而仅在充灌氟利昂时使其一次通过干燥器干燥处理即可。5353在氟利昂制冷机中，有时将干燥器与过滤器制成一体，称为干燥过滤器。储液干燥器

Accumulatordryer

是汽车空调系统中以热力膨胀阀作为节流机构的一个重要部件，即储液器+干燥器。5454视窗Windows

用来直接观察系统中制冷剂的流动状态，并确定系统是否充液不足。视窗可放在储液干燥器的液体中或出口侧，也可放在液体管路中的任何位置。当系统正常运行时，可在视窗中观察到无气泡液体的稳定流动。若存在气泡或泡沫，通常表示系统有故障或制冷剂泄漏。在环境特别冷时视窗中持续的气泡是正常现象。若视察一般很清晰，装置运行良好，偶尔出现气泡并不预示制冷剂缺乏。这种现象可能是由于热负荷变化或压缩机反复开关产生的。5555二、润滑油的分离及收集设备

Oilseparationandcollectionequipment

润滑油在制冷机中起到润滑、冷却、密封、消音的作用。系统在运行中润滑油将随压缩机排气一起进入冷凝器、甚至蒸发器中，使它们的传热效果降低、影响整个装置的性能。因此，必须设法将润滑油从制冷剂中分离出来并予以回收，这就需要润滑油的分离及收集设备。5656油分离器Oilseparationequipment