冷媒流量控制器.docx

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冷媒流量控制器

第八章冷媒流量控制器

8-1冷媒流量控制器之用途

簡稱冷媒控制器（RefrigerantController），其用途可歸納為：

1、降壓作用：

使進入蒸發器之冷媒在低壓狀況下易於蒸發。

2、調節冷媒流量：

適當的開度可避免壓縮機過熱或濕壓縮，使蒸發器發揮最大的冷卻效率。

8-2冷媒流量控制器之種類

依構造之型態及應用之原理可分為；

8-3冷媒控制器之構造及動作原理

控制作用之基本原理有下列三種：

1.基於壓力變化來控制

2.基於溫度變化來控制

3.基於容積或流量之變化來控制

構造及動作原理說明如下

一、手動膨脹閥

構造最簡單的一種，僅適用於容量小負載變化小之冷凍系統。

二、自動膨脹閥

又稱定壓式控制膨脹閥，係利用蒸發器內低壓側之壓力變化來控制冷媒流量。

當低壓壓力大於某一數值時，膨脹閥閉合；反之，當低壓壓力降至某一限度時，膨脹閥開啟。

（1）自動膨脹閥之型式及構造

自動膨脹閥之構造依內部受壓力

影響，而可伸縮物質種類之不同分，膜片式自動膨脹閥與摺箱式自動膨脹閥。

（2）自動膨脹閥之動作原理

P1為大氣壓力，P2為蒸發壓力，P3為液體冷媒壓力，F1為彈簧向下之壓力，F2為彈簧向上之壓力，A為向下開啟閥針之壓力總和，B為向上關緊閥針之壓力總和。

其動作原理如下；

1.正常運轉過程時，膨脹閥內部壓力之關係為A=B，即P1＋F1＋P3=P2＋F2。

此時閥針開在適當之位置，冷媒因束縮膨脹作用，壓力下降並成霧狀液體進入蒸發器吸熱而蒸發成氣體。

2.當冷凍負載變大，冷媒流量不足時P2壓力下降，A＞B，致使連桿下降，閥針開啟較大，冷媒流量增多，以應付冷凍負載之變大。

但實際上冷凍負載變大時，閥針開啟是先關小然後才逐漸變大。

3.當冷媒流量已夠時，若冷媒繼續流入，則P2壓力升高，B＞A，致使連桿上升，閥針關小，冷媒流量減少。

4.當冷凍空間溫度達到設定值時，壓縮機停止運轉，不再吸收蒸發器內之氣體，P2壓力不斷升高，致使閥針完全關閉。

5.當冷凍空間溫度慢慢上升，壓縮機又再度運轉，P2壓力下降至某一數值，閥針再度開啟，讓冷媒流入，直到閥針在正常位置。

3、感溫式膨脹閥

目前冷凍空調系統中，採用最廣之冷媒流量控制器，他是利用蒸發器出口端氣態冷媒之溫度（過熱度）變化，來控制冷媒流量，因其直接受冷凍空間之溫度來控制，故較為實際與精確。

（一）感溫式膨脹閥之型式及構造

由伸縮物質（摺箱或膜片）、毛細管、感溫球及閥體所配合組成。

由於感溫式膨脹閥之感溫球是置於蒸發器出口端，如果蒸發器管路過長，易造成壓降過大，致使感溫球之感測與蒸發器實際溫度之變化不符，致使冷媒流量控制不準確。

因此；為了彌補這個缺點，感溫式膨脹閥均設有平衡管或稱均壓管，來平衡蒸發器壓降所造成蒸發壓力的改變。

目前中大型空調設備皆採用附有平衡管的感溫式膨脹閥。

內平衡管方式大都應用於蒸發壓降較小或負載變化小之冷凍系統。

若蒸發壓降在0.2kg/cm²以上時，則宜使用外平衡管式感溫式膨脹閥。

至於較大容量之蒸發器，因採數排回路並聯，以減少冷媒之壓降，為使冷媒均勻流入各管排回路，在膨脹閥加裝分流器，注意其必須垂直安裝。

（二）感溫式膨脹閥之動力元件

由閥體內之伸縮物質（摺箱或膜片）、毛細管及感溫球三部份所組成。

內充填一種冷媒，靠感溫球來感測蒸發器出口之溫度高低而膨脹或收縮，而產生不同壓力來開啟閥口之大小，以控制冷媒之流量。

冷媒之充填方法有下列幾種：

1.氣體充填動力元件內充填與冷凍系統相同之冷媒，由氣體之熱脹冷縮變化來感測蒸發器溫度之升降，反應最敏感，但不適於低溫冷凍系統（-1~-16℃）。

停機時膨脹閥是全關的，所以開機不會造成液壓縮及過載現象。

2.液體充填動力元件內充填與冷凍系統相同之冷媒，液體受蒸發器溫度之改變，熱脹冷縮而產生壓力之變化，液體比例在30%~80%之間，不適於低溫冷凍系統（4~-29℃），啟動瞬間蒸發壓力下降，使感溫球壓力遠大於蒸發壓力，致使閥全開，易造成冷媒回流而產生液壓縮。

3.交替充填動力元件內充填與冷凍系統不相同之冷媒液體，適於低溫冷凍系統（4~-40℃）

4.吸著充填動力元件內充填矽膠或活性碳及CO2等物質，當溫度上升降低了矽膠對CO2之吸著力，而大量釋出CO2，使得感溫球壓力上升，而帶動閥針之開啟。

5.混合充填大部分相同，少部份其他冷媒。

6.正常充填原理同2.但液體充填則是全為液體。

（三）感溫球之安裝

與管路系統需緊密接觸，同時接觸表面應徹底清潔，安裝之適當位置如圖所示，應避免裝於垂直的吸氣管上。

（四）感溫式膨脹閥之動作原理

1.在正常運轉時，閥針開在適當位置。

2.當冷凍負載增加時，冷凍空間溫度提高，致使T1溫度上升，P1壓力上升，閥針開大讓更多冷媒流入以補充冷媒之不足。

3.當冷凍空間溫度逐漸下降，表示蒸發器內有過多冷媒流入，致使T1溫度下降，P1壓力下降，閥針關小，減少冷媒流入。

4.當冷凍空間溫度達到所需條件時，壓縮機停止運轉亦停止吸入氣體，致使P2壓力逐漸上升，閥針完全關閉。

5.當冷凍空間溫度逐漸上升，壓縮機開始運轉，P2壓力下降，閥針開啟，直至冷媒流量適當為止。

6.當壓縮機開始運轉，P2壓力突然下降，閥針開啟過大，易造成冷媒流量過大而產生液壓縮。

因此；為了彌補這個缺點，通常在冷凝器與感溫式膨脹閥之間的管路上加裝電磁閥來避免液態冷媒回流。

（五）外平衡管感溫室膨脹閥之動作原理

蒸發器管路太長，易造成蒸發壓力下降，使得蒸發器出口端蒸發溫度下降，感溫球無法正確感應出過熱度，造成開啟閥度延遲，冷媒流量不足及蒸發器利用效率下降等缺點，而影響冷凍能力。

為了彌補上述缺點，在感溫球與壓縮機之吸氣管上，裝置一條1/4”OD之平衡管。

使感溫球直接感測到蒸發器出口端之壓力，反應比較準確。

4、低壓端浮球控制閥

利用一組浮球開關，裝置在蒸發器之入口上，蒸發器內充滿液態冷媒，利用浮球位置高低，來維持液態冷媒一定的液面，因盤管內充滿液態冷媒，故稱為「滿液式蒸發器」。

當蒸發器內液態冷媒蒸發，會使液面下降，浮球亦下降，將閥門自動開啟而補充液態冷媒。

另外，低壓浮球是常會浮一層冷凍油，因此在吸氣管液面最高處設回油孔。

5、高壓端浮球控制閥

將浮球控制閥，裝置在高壓端冷凝器出口端之儲液器中，若高壓端冷媒過多，即表示低壓端冷媒不足，浮球上升，而開啟控制閥針，讓較多冷媒流入蒸發器中，以補充冷媒之不足。

六、毛細管與限流板

（1）毛細管

冷媒控制器中結構最簡單的一種，大多應用於小容量系統，如家用電冰箱、窗型冷氣機等。

當高壓冷媒通過細長的毛細管時，由於管壁之摩擦作用及冷媒在管內之加速，而造成壓力之降低，達到降壓之功用。

1.毛細管之優點

（1）價廉經濟。

（2）構造簡單、製造容易。

（3）無移動機件，容易保養、不易故障。

（4）停機時系統內高低壓會慢慢平衡，可減少壓縮機之啟動轉矩。

2.毛細管之缺點

（1）容易堵塞，變形彎曲，故在入口處必須裝置乾燥過濾器。

（2）只能限制冷媒流量，無法隨負載調節冷媒流量。

（3）無法使用於大型冷凍系統。

（2）限流板

又稱孔口板，主要是利用其板上之狹小孔口，達到降壓功能，通常應用於大容量500噸以上之冷凍系統。

其特點為；

1.負載變動時，唯有液態冷媒才能進入此冷媒流量控制器，並在不同的液柱高度下平衡，故能發揮穩定的控制功能。

2.無任何活動元件，可靠度較高。

3.冷凝器無液態冷媒殘留。

4.絕大部分冷媒存在蒸發器中，停機時壓力自動平衡，啟動時亦不致產生暫時性的低壓下降。

七、熱電式膨脹閥

又稱電子式膨脹閥，利用一熱阻器去感應蒸發器負載變化之訊號強弱，來啟動膨脹閥開度大小。

當蒸發器冷媒不足，熱阻器感測過熱之冷媒氣體，電阻下降，電流上升，雙金屬片受熱加大彎曲，而逐漸增加膨脹閥的開度，冷媒流量亦隨之增加。

8-4冷媒流量控制器之選擇

一、感溫式膨脹閥之選擇

當膨脹閥容量選擇過大時，由於冷媒流量之控制不正確，易造成過份加多或減少冷媒流量，導致蒸發溫度與壓力不穩之現象，此種不穩之震盪現象稱為追逐。

（一）膨脹閥之容量

膨脹閥之容量稱之為公稱能力，係在標準壓力差下，即膨脹閥前後的冷媒壓力差，所通過閥口之冷媒量，在標準蒸發溫度下能完全蒸發為冷媒氣體的冷凍容量，以冷凍噸表示其容量之大小，稱為膨脹閥的公稱能力。

（二）膨脹閥容量之選擇

【例】有一R-22冷凍系統，其公稱冷凍能力為12RT之膨脹閥，若使用於蒸發溫度為-10℃（飽和蒸發壓力3.63kg/㎝²abs），冷凝溫度為36℃（飽和冷凝壓力14.3kg/㎝²abs）之場所，則其運轉容量為多少RT？

SOL：

10RT

二、毛細管容量之選擇

如圖表所示

【例】原來使用內徑0.036吋之毛細管，總長為12呎，改用0.031吋時，其長度應多長？

SOL：

12×0.5＝6