（制冷及低温工程专业论文）脉冲式膨胀阀制冷系统的实验研究.pdf

上海海洋大学硕士学位论文 脉冲式膨胀阀制冷系统的实验研究 摘要 脉冲式膨胀阀是一种新型高效的节流膨胀机构，它改变了传统节流过程的实现机理， 通过给脉冲式膨胀阀一定的脉冲信号来控制其供液时间，达到调节制冷剂流量，实现节 流膨胀的过程。脉冲式膨胀阀最大优点是没有节流小孔，压降大小不再受限，可以任意 调节循环蒸发压力。采用此节流机构的制冷系统，可满足制冷循环变工况的需要，优化 运行工况，降低系统能耗。此新型的脉冲式膨胀阀现已在英国3 0 家超市3 0 0 0 个陈列柜中 应用，研究表明使用该节流机构的制冷系统可节省电能3 0 。 目前只有少数几个国家的高校和研究机构在开发和研究这种脉冲式膨胀阀在制冷系 统中的应用，在国内还未见有报道，对这种节流膨胀机构的节流特性和控制性能还缺乏 深入的认识，因此需要进一步开展脉冲式膨胀阀的实现机理和动态特性的研究，来指导 其的开发应用。 本论文在自主开发研制的脉冲式膨胀阀基础上，对脉冲式膨胀阀的制冷系统进行了 实验研究，主要研究内容有：( 1 ) 在冷冻冷藏陈列柜制冷系统的基础上搭建脉冲式膨胀 阀制冷系统的性能实验台；( 2 ) 实验研究脉冲式膨胀阀的节流特性；( 3 ) 实验研究系 统主要参数对脉冲控制参数选择的影响；( 4 ) 对比实验研究电子膨胀阀、热力膨胀阀和 脉冲膨胀阀制冷系统的运行性能情况。 通过对脉冲式膨胀阀制冷系统性能的实验研究，并对三种节流机构进行的对比实验 得出以下几点结论： ( 1 ) 在典型中小型制冷装置_ 一令冻冷藏陈列柜制冷系统的基础上进行改装，建立 的脉冲膨胀阀制冷系统的性能实验台，可实现了脉冲膨胀阀控制下陈列柜制冷系统的多 工况运行。 ( 2 ) 采用脉冲式膨胀阀的制冷系统可达到良好的制冷效果，并且通过调节脉冲式膨 胀阀的脉冲信号可改变制冷系统的运行状态，满足运行工况变化的实际要求，可提高制 冷系统循环的经济性。 ( 3 ) 通过调节脉冲电子信号，对脉冲式膨胀阀进行了节流特性的实验研究，得出了 其特有的降温规律。脉冲膨胀阀的降温速度较快，在达到稳定时间后系统的蒸发温度能 上海海洋大学硕士学位论文 维持在一平稳的温度值上。 ( 4 ) 通过脉冲膨胀阀节流特性实验，指出了对脉冲膨胀阀节流特性有影响的因素。 结果表明供液系数是影响制冷系统蒸发温度的主要因素，系统蒸发温度随着供液系数增 大而升高。而脉冲的频率会影响系统达到稳定的时间以及蒸发温度的波动情况。脉冲频 率越大，达到稳定温度的时间越短，蒸发温度降温速度就越快。且提高脉冲频率有助于 减小系统的温度波动，提高温度的稳定性。 ( 5 ) 通过改变脉冲膨胀阀制冷系统的结构参数，研究运行工况和系统主要结构参数 ( 压缩机，蒸发器的容量、型式等) 与脉冲频率( 阀的开启间隔和开启持续时间) 的选 择的关系，分析其对脉冲膨胀阀制冷系统的性能影响。实验得出在相同脉冲信号下，压 缩机容量越小，制冷系统的蒸发温度越高，降温速度越快；而蒸发器容量越小，制冷系 统的蒸发温度也越高，降温速度越快。 ( 6 ) 对热力膨胀阀、电子膨胀阀和脉冲膨胀阀三种节流机构在低温陈列柜制冷系统 运行中进行性能实验对比。结果表明脉冲膨胀阀制冷系统蒸发器温度变化规律有别于热 力膨胀阀和电子膨胀阀。蒸发器入口和出口的温度在开机很短时间内就能达到稳定的蒸 发温度，会继续维持这一蒸发温度，并能稳定在很小的过热度内。在系统达到设定运行 温度时脉冲膨胀阀制冷系统的蒸发温度要比热力膨胀阀和电子膨胀阀的蒸发温度商6 7 。三种节流机构制冷系统的柜温都在设定的2 0 士2 2 范围内运行，使用脉冲膨胀阀的 制冷系统柜温稳定性较好。 总体来说，使用脉冲膨胀阀的制冷系统能很好的实现制冷循环的节流效果，并且调 节脉冲信号可使系统满足工况变化的要求。 随着对脉冲式膨胀阀应用研究的迸一步深入，将现代控制理论和数字控制方法加入 到脉冲式膨胀阀的控制中去可自动实现对制冷剂流量的最佳调节，并且进一步开发性能 优良的脉冲膨胀阀系统可使运行能耗降低，提高制冷系统循环的经济性和应用性。脉冲 式膨胀阀具有广阔的应用前景。 关键词：脉冲式膨胀阀，热力膨胀阀，电子膨胀阀，节流特性，系统性能 上海海洋大学硕士学位论文 e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nt h er e f r i g e r a t i o ns y s t e mu s i n g i m p u i s ee x p a n s i o nv a l v e a b s t r a c t i m p u l s ee x p a n s i o nv a l v e ( i e 、r ) i san e we 币c i e n c yk i n do ft h m t t l eo 唱锄nc h 锄g et h e m e c h a n i s mo fc o n v e n t i o n a lt h r o t t l i n gp m c e s s i r l l p u l s ee x p a n s i o nv a l v ec o n t r o lt h et i m eo f r e 仔i g e r a n ts u p p l y i n gb yp a s s i n gi m p u l s ee l e c t r o ns i g n a l s ，t oa d j u s tf l o wc a p a c i t ye n t e r i n gi n t o e v 印o r a l 【o ra n dt oa c h i e v et h et h r o t t l e 锄de x p a f l s i o np r o c e s s a st h ei m p u l s ee x p a j l s i o nv a l v e h 嬲n o tg o tp o r ef o rt h r o t t l i n g ，t h e 锄o u n to fp r e s s u r ed r o pn ol o n g e ri sl i m i t e d 锄dp r e s s u r e d r o pc a nb ea d j u s t e da tw i l l t h er e 仔i g e r a t i o ns y s t e mu s i n gi e vc 锄m e e tt h en e e do f t h e v a r i a b l ec o n d i t i o n ，o p t i m i z et h er u nc h a r a c t e r i s t i co f t h er e f r i g e r a t i o nc i r c u l a t i o n ，锄dm a k e t h ee v 印o r a t i n gt e m p e r a t u r es t e a d y ，e v 叩o r a t i n gp r e s s u r ed r o p 锄de n e 唱yc o n s u 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d i t i o n 1 1 1 r e et ) ，p e so fe x p a n s i o nv a l v e s ( t h e r n l o s t a t i c e x p a n s i o nv a l v e ，e l e c 臼o n i ce x p a n s i o nv a l v e ，i m p u l s ee x p a n s i o nv a l v e ) i nt h er c 衔g e r a t e d d i s p i a yc 船e ss y s t e mw e r ec o m p a r c d ( 2 ) t h er e 衔g e r a t i o ns y s t e me m p l o y e di e v c a nr e a l i z em u c hb e 仕e rt h r 0 砌i n gr e s u l t s 锄d m ea d j u s t i n gi m p u i s ee l e c t r o ns i g n a ic a na i t e rt h ee v a p o r a t o r so p e i a t i n gc o n d i t i o n 舳dm e e t t h en e e do f t h ec h a n g eo f m n n i n gc o n d i t i o n si m p r o v et h ee 衔c i e n c y 锄dt h eu t i l i t ) ，o f t h e r e 衔g e r a t i o ns y s t e m ( 3 ) b ya d j u s t i n gt h ei m p u l s ee l e c t r o n i cs i 印a l s ，e x p 嘶m e n tr e s e a r c ho nt h r o t t l i n g c h a r a c t e r i s t i c so fi m p u l s ee x p a n s i o nv a l v ei sc a r r i e do u t 觚dt h es p e c i a lt h r o t t l i n gc h a r a m e ri s a c h i e v e d t h et e m p e 咖r e d r o po fi m p u l s ee x p a n s i o nv a l v ei sf a s t e r ，a n dt h ee v a p o r a t i n g t e m p e r a t u r ec a nb em a i n t a i n e ds t e a d ya 1 f t e rap e r i o do ft i m e ( 4 ) b yr e s e a r c h i n go nt h r o 砌i n gc h a r a c t e r i s t i c so fi e v t h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h e t h r o t t l i n gc h a r a c t e r i s t i co fi e v a r ep o i n t e do u t t h er e s u l t ss h o wt h a tf l u i ds u p p i y i n g c o e 硒c i e n ti st h em a i nf 砬t o rt h a ti n f l u e n c e st h ee v a p o r a t i n gt e m p e r a t u r eo fr e 衔g e r a t i o n s y s t e m ，e v a p o r a t i n gt e m p e r i a t u r ei sh i g h e rw h e nt h en u i ds u p p l y i n gc o e 衔c i e n ti n c 佗a s e s i m p u l s ef r e q u e n c ya f r e c t st h et i m en e e d e db yt h es y s t e mt or e a c hs t e a d ya n dt h ef l u c t u a t i o no f t h ee v a p o r a t i n gt e m p e r a t u r e g r e a t e rt h e 仔e q u e n c yi m p u i 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s s o rc a p a c i 吼t h e e v 印o r a t i n gt e m p e m t u r eh i g h e r ，e v 印o r a t i n gt e m p e r a t u r ed r o pf 瓠t e r ；t h es m a l l e re v 印o r a t o r c a p a c i t y ，t h ee v a p o r a t i n gt e m p e 舳r eh i 曲e r c o o l i n gf a s t e r ；t h ee n e c to fd i 仃b r e n to p e r a t i n g c o n d i t i o n si nt h ei m p u l s ee x p 锄s i o nv a l v es y s t e mo nt h er e 衔g e r a t i o ns y s t e mi sl i t t l e ，t h e e v 印o r a t i n gt e m p e 枷r ei ss l i g h t l yh 追h e r ，c o o l i n gd o 、v ns l o w l y ( 6 ) c o m p a r e dw i t ht h r e et y p e so fe x p 锄s i o nv a l v e si nt h er e m g e r a t e ds h o w c a s ec o o l i n g i v s y s t e m ：t h e r n l o s t a t i ce x p a n s i o nv a l v e ，e l e c t r o n i ce x p a n s i o nv a i v e ，i m p u i s ee x p 锄s i o nv a i v e ， t h er e s u i t sa r es h o 、v nt h a tt h er u l e so fi m p u l s e e x p 锄s i o nv a l v ea r cd j 疏r e n tf 幻mo t h e r s 1 1 1 锄do u t t e l n p e r a t u r eo f e v a p o r a t o rw i l la c h i e v es t a b i l i t yi nav e 哆s h o r tt i m ea n dc a l lc o n t i n u e t 0m a i n t a i ns 诅b i l i t yi na v e 秽s m a ud e 盯e eo fs u p e r h e a t i n g w h e nr e 仔i g e r a t i o ns y s t e mr e a c h e s t n el n l t l a i i z a t l o nt e m p e r a t u r e ，t h ee i p o r a t i n gt e m p e 胁r e i ni m p u l s ee x p a n s i o nv a l v es y s t e m i sh i 曲e r6 - 7 n er a n g eo ff l u c t u a t j o no fc a s et e m p e m t u r ci nt h n e e e x p 锄s i o nv a i v e s s y s t e m si s 。2 0 士2 2 ，c a s et e m p e r a t u r eo f i m p u l s ee x p a n s i o nv a l v ec o o l s 最l s t e ra n dt h e n g r a d u a l l ys l o w i n gd o w n ，b u ti tn e e d sal o n g e rt i m et 0r e s t a r tt h ec o m p r e s s o r ，c 嬲et e m p e r a t u r e i sm o r es t a b i e 1 ns u m ，t h er e 衔g e 阳t i o ns y s t e me m p l o y e di m p u l s e e x p a n s i o nv a l v ec a nr e a l i z em u c h b e t t e rt h r o t t l i n gr e s u l t s 卸dt h ea d j u s t j n gi m p u l s ee j e c t r o ns i g n a lc a n m e e tt h en e e do f t h e c h a n g e0 fn j n n i n gc o n d i t i o n s a l o n g w i t ha p p i i c a t i o nr e s e a r c hd e v e l o p e dm r t h e ro ni m p u l s ee x p 锄s i o n v a l v e ，t h e m o d e mc o n t r o lt h e 嘶e s 锄dn u m e r m c o n t r o lm e t h o dw i l lb eh a n d l e di n t ot h ec o n t r o lo fi e v t 0 a c h l e v ea u t o m a t i c a l l yt h eo p t i m u m a d j u s t m e n to ff l o wc a p a c i t y m o r ce f f t i v ei m p u l s e e x p 卸s l o nv a l v es y 妣mc 锄b ef u n h e rd e v e l o p e dt or e d u c ee n e 曙yc o n s u m p t i o na n d i m p r o v e t h ee 币c i e n c y 锄dt h eu t i l 时o f t h er e 衔g e r a t i o ns y s t e m i e vw i l lo 、na g o o dp r o s p e c t k e y w o r d s ：i m p u l s ee x p 锄s i o nv a i v e ，t h e n n o s t a t i ce x p 锄s i o nv a l v e s ，e l e c t r o n i ce x p a n s i o n v a l v e s ，t h r o 仕j j n gc h a r a c t e r i s t i c s ，p e 面删锄c eo fs y s t e m v 上海水产大学学位论文原刨性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我 对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：j ：气碍君 日期：上卯3 年歹月 ，孑日 上海水产大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海水产大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口 学位论文作者签名：一王嘲署 日期：劫谓年s 月，孑日 指导教师签名：似 日期：三掰年了月勿日 上海海洋大学硕士学位论文 1 1 课题的背景与意义 第一章绪论弟一早瑁 下匕 在人们对于节能和舒适性要求日益迫切的今天，机电一体化已成为现代制冷装置 发展的必然趋势。这一变化意味着调节和控制方式的更新；由传统控制向最优控制发 展；简单机械式制冷自控元件向电子自控元件发展【l 】。 节流机构作为制冷系统的工质流量调节元件，对系统的运行特性有着重要的影 响。它在制冷系统中的主要作用是对高压液体制冷剂进行节流降压，来保证冷凝器和 蒸发器之间的压力差，以便使蒸发器中液体制冷剂在所要求的低压下蒸发吸热，从而 达到制冷降压的目的：同时使得冷凝器中的气态制冷剂在给定的高压下放热冷凝。其 次，节流机构也可以调整供入蒸发器的制冷剂流量，以适应蒸发器热负荷的变化，使 制冷系统更加有效的运行。针对节流机构有控制进入蒸发器的液态制冷剂质量流量的 功能，所以有时也称它为流量控制机构【2 】。 一 改善节流机构的流量控制特性，使之与制冷系统其他部件良好匹配，来适应工况 和负荷变化要求，一直是人们十分关注的问题。目前常用的制冷系统节流机构主要可 分为两类：变截面节流机构和固定截面节流机构。变截面节流机构包括热力膨胀阀、 电子膨胀阀和手动节流阀，三者的主要区别在于驱动方式的不同，但是阀体产生的节 流效应和制冷剂流量调节机理是相似的，都是通过阀针( 阀头) 的上下移动改变阀的 流通面积达到制冷剂流量调节的目的i 引。而另一类固定截面节流机构主要是指毛细 管。当液体制冷剂进入毛细管后，由于毛细管的微小尺寸加大了制冷剂的磨擦和加速 度使得压力降低，达到了节流效果1 4 】。 普遍使用的节流机构，无论是膨胀阀还是毛细管，对优化制冷循环而言都存在着 许多运行不足，其中最主要问题是控制循环的蒸发温度和节能效果的能力差。这是 由于传统的节流机构的制冷系统都是通过高压液体流经节流小孔来实现节流膨胀过 程的，因此难以改变一定流体流过一定通流面积( 或节流小孔) 的压力降。一旦环 境工况或冷凝压力发生变化，就会难以维持恒定的蒸发压力和温度。在实际制冷系 统的运行工况中多会受环境等因素的影响而发生变化，因此传统节流机构难于满足 运行工况变化时需要。 国外现已出现了一种新型的节流机构脉冲式节流膨胀机构，它改变了传统制 上海海洋大学硕士学位论文 冷系统中节流膨胀过程的实现机理，采用定时节制工质流动来实现制冷循环，即通过 精确控制进入蒸发器的液体制冷剂流量来使液体制冷剂在蒸发器中蒸发吸热，是一种 流量控制型的节流机构。这种脉冲式节流膨胀机构通过脉冲电子信号控制膨胀阀的开 启和关闭来调节制冷剂流量，因此不存在传统节流膨胀机构的节流小孔问题。高压液 体制冷剂节流膨胀时不再经过节流小孔，因此压降大小不再受限，当制冷系统的冷凝 压力发生变化时，蒸发压力和温度将得以维持。这种节流机构的最大优点就是可以任 意调节高低压降，满足运行工况变化的要求，实现低循环压比，为节省循环功耗提供 实现可能。 要在制冷系统中广泛运用这种脉冲式节流膨胀机构现在存在着较大的难度，对它 的节流特性和控制性能还缺乏深入的认识，研究还不很成熟。因此本课题在自主研发 的脉冲式膨胀阀基础上，建立脉冲式膨胀阀制冷系统的实验台，实验研究脉冲式膨胀 阀特有的节流特性及其制冷系统的运行规律，来努力提高该制冷系统的运行性能，并 与传统的节流机构进行性能对比，研究脉冲式膨胀阀的应用前景。 1 2 课题研究的国内外现状 长期以来国内外学者对节流机构的研究非常活跃，主要研究内容包括节流机构的 结构种类，控制方式以及控制性能等方面。 1 2 1 传统节流机构 1 、热力膨胀阀 变截面节流机构因为具有较宽的流量调节范围，而广泛应用于制冷行业的各个方 面。其中热力膨胀阀是变截面节流机构中种类型式最多，特性研究最为成熟的节流机 构。它通过感受蒸发器出口制冷剂蒸气过热度的大小，来调节制冷剂的流量，以维持 恒定的过热度，在控制原理上属于比例调节器1 5 】。虽然它可以自动调节制冷剂的流量， 但也有明显的缺点：( 1 ) 对过热度相应的延迟时间长。由于其感温包讯号反馈滞后性 较大，导致被调参数如蒸发压力及蒸发温度呈周期性振圳6 1 ，这对整个系统的经济性 和安全性都会产生不利影响。实验表明热力膨胀阎的调节效果对小型装置要十几分 钟，对大型装置要3 0 m i n 4 0 m i i l 才能稳定【丌。( 2 ) 调节范围有限。因为与阀针连接的 膜片的变形量有限，使得阀针的运动位移较小，故流量调节范围小。对于负荷变化较 大的冷藏库或者采用变频压缩机的制冷系统，热力膨胀阀便无法满足要求。( 3 ) 调节 精度低。热力膨胀阀传递压力的金属薄膜变形量较小，形变灵敏度差，故难以达到较 高的调节精度【8 j 。 2 上海海洋大学硕士学位论文 2 、电子膨胀阀 电子膨胀阀作为新一代的智能控制元件和变频技术相结合已成为现代制冷技术 的标志，被广泛应用于汽车空调，家用热泵空调器、超市冷柜、冷库等制冷和空调领 域1 9 j 。对于电子膨胀阀的研究有很多，主要集中在驱动方式对比、流量特性、应用研 究及控制方案和控制算法改进等方面。 ( 1 ) 驱动方式对比：电子膨胀阀克服了热力膨胀阀的缺点，在制冷工质流量发 生较大变化时能较好的控制蒸发器出口工质的过热度【lo 】，并且可根据变频压缩机的运 转指令自动调节阀的开度，为制冷装置的智能化提供了条件【l l 】。英国n j h e 蜥te t a l 1 1 2 j 用实验对比热力膨胀阀和三种电子膨胀阀：步进电机驱动；电磁阀驱动以及电加热 型膨胀阀的运行特性，认为电磁阀型电子膨胀阀的控制性能最佳。但从近年来国外制 冷领域的应用和电子膨胀阀的生产企业来看，以步进电机驱动的电子膨胀阀应用最为 广泛，可见其有很好的控制功能。 ( 2 ) 流量特性：美国的d d w i i e r 【1 3 j 研究了电子膨胀阀的制冷剂流量特性后， 认为制冷剂的进口密度和出口比体积决定了电子膨胀阀的流量系数，并提出了流量系 数的经验公式。a d a v i e s 和t c d a n i e l s 【1 4 】则认为流量系数仅与制冷剂的出口干度有 关，实际流量与单相液体流量之比与节流后的干度呈线性反比关系。市j i i 常雄【1 5 】等对 锥阀的流量系数进行了研究后，认为流量系数与锥阀的几何参数有关。张乐平【1 6 】等人 通过对r 2 2 和i h l o a 的电子膨胀阀的流量特性及其它性质的分析计算，得出了电子 膨胀阀的流通性能，以及在变工况条件下的流量系数、制冷剂流量和系统制冷量的变 化趋势。马林【l7 】等人通过实验研究了电子膨胀阀流量与开度的关系，表明家用变频空 调中的电子膨胀阀的开度与制冷量近似成线性关系。张川等【l8 】在白搭建的液环法节流 机构流量特性试验台上，研究了阀开度( 流通面积) 、节流前后压差、入口密度、入 口过冷度、出口比体积、干度以及阀头半锥角和径向间隙对电子膨胀阀制冷剂流量系 数的影响，获得了流量系数的量化关系，并进行了实验验证。陶纪明【1 9 】在对锥阀结构 的电子膨胀阀的流量特性分析的基础上还提出了一种阀板式电子膨胀阀的结构，其能 很好地改善电子膨胀阀的流量特性，并具有低泄漏、高线性度的优点，对空调系统的 舒适性和节能性具有现实意义。 ( 3 ) 应用研究：c h o i j m 和飚m yc 1 2 0 】在实验的基础上，对采用电子膨胀阀 的变频一拖多家用空调的运行性能和能量调节进行了分析，电子膨胀阀性能上要比采 用毛细管的系统好很多。p a r k yc 和硒m y = c 【2 1 2 2 】也针对采用电子膨胀阀的变频一 拖多家用空调器进行了研究，计算出了在压缩机频率一定的情况下，电子膨胀阀的最 佳开度。吼n a j i 【2 3 2 4 j 等人指出电子膨胀阀将逐渐取代热力膨胀阀在渔船，特别是金 上海海洋大学硕士学位论文 枪鱼钓船上应用，同时指出采用电子膨胀阀的制冷系统在冷却时间上要比热力膨胀阀 少得多，十分适合船用冷藏集装箱制冷系统。 a p r e a c 和m a s t r u l l o r 【2 5 】在一套半封闭式蒸汽压缩制冷系统中分别采用热力膨 胀阀和电子膨胀阀作为节流装置进行对比实验，得出在变工况时，电子膨胀阀系统的 性能要明显优于热力膨胀阀。采用电子膨胀阀能够降低系统的冷凝温度，节约压缩机 能耗，其节约能耗的幅度也是相当惊人的。s e m e s e n 【2 6 l 运用仿真模型计算出采用 电子膨胀阀的系统通过降低冷凝温度，可使压缩机能量消耗约减少1 0 3 0 。h s b ( 1 9 9 4 ) 也曾报道：冷藏货船由于采用电子膨胀阀降低了冷凝温度，节能达4 8 。欧 洲科学家在改进电磁型电子膨胀阀的结构后使得超市的陈列柜减少了3 0 的电力消 耗。 国内对电子膨胀阀的应用也进行了广泛深入的研究。田怀璋【2 7 】等人将电子膨胀阀 应用于热泵融霜、压缩机排气温度控制和压缩机启、停控制中，分析了这种新控制方 法的优点。仲华【2 8 】等介绍了应用电子膨胀阀的轿车空调蒸发器的几种融霜实验，通过 比较提出了一种理想的融霜方法。何昌伟【2 9 1 介绍了电子膨胀阀控制蒸发器过热度的几 种控制方法，讨论了在船舶冷藏集装箱中应用该技术的发展前景及有待解决的问题。 陈儿刚3 0 】等人利用电子膨胀阀建立了低温实验台，通过食品冻结实验比较了电子膨胀 阀和热力膨胀阀的特性。龙海峰【3 i 】等从节能和机电一体化的角度出发，分析了电子膨 胀阀在冷藏库制冷系统中应用的可行性。 ( 4 ) 控制方案和控制算法改进：从电子膨胀阀起步阶段开始，研究者就一直采 用温度信号作为输入信号，至今包括d 锄f o s s ，e g e l h o f 及日本一些公司的产品均采用 此形式。而在使用过程中温度信号逐渐暴露出其局限性，研究者开始尝试其它类型的 输入参数。1 9 8 9 年，瑞士d p a r n j t 出【3 2 】在设计航天用冷柜时首次采用了压力信号， 通过测量蒸发器出口的蒸发压力，经由物性程序转化成蒸发温度，作为控制器的输入 参数，并以此为基础对比了几种控制方案。1 9 9 6 年，欧洲科学家研制的电子膨胀阀 也采用压力信号输入的控制方案，获得了成功。 目前电子膨胀阀常用的控制算法中，最主要的一类为p i d 调节p 3 1 ，另一类为模糊 控制思想。近年来，神经网络在制冷空调领域的应用也越来越广泛，但单独采用神经 网络作为控制器，在实时性要求较高的场合不能够得到预期的闭环性能。所以人们考 虑将神经网络控制与传统的p i d 控制相结合，以期达到改善系统静态和动态性能的目 的【3 4 1 。1 9 9 4 年，英国r g m i l e s 【3 5 】在基于人工神经网络原理的基础上计算在冷柜制冷 系统中电子膨胀阀的开度，以此调节冷藏室内空气温度，首开了智能控制算法应用于 电子膨胀阀控制的先河。 4 上海海洋大学硕士学位论文 国内也有学者对电子膨胀阀的控制算法进行了研究。如朱瑞旗p 6 】等人所研究的 p i d 参数自适应算法，白梓运【3 7 】等人所研究的最小方差自适应控制算法，宫赤坤例【3 9 j 等研究的无辨识自适应算法与模糊推理的组合控制、双神经元预测控制方法等，使蒸 发器过热度的控制效果得到了明显的改善。尹友俊【加】等人建立了电子膨胀阀过热度模 糊控制仿真系统，通过仿真分析了量化因子、比例因子及不同的采样时间，对控制效 果及参数设置的影响，同时将带自修正因子参数自调整模糊控制应用到对电子膨胀阀 的控制当中。陈文勇【4 l 】等分析冷柜启动过程中制冷系统状态变化的特点，提出了相应 的电子膨胀阀启动控制的策略和方法。 近些年来国内外对电子膨胀阀的研究正方兴未艾，研究在不断深入和发展，并发 表了大量相关的研究文献，取得了许多令人鼓舞的成果。 3 、 毛细管 毛细管是一种固定截面的节流机构，被广泛应用于使用全封压缩机的小型制冷系 统中。对毛细管的研究主要集中在毛细管内节流过程的特性研究，管内制冷剂流动研 究以及毛细管数学模型等方面。尽管毛细管结构十分简单，但其中的两相流动和传热 传质却是极为复杂的过程。对非绝热毛细管而言，由于流动气化过程伴随向壁面放热， 使这一过程更具特色，也增加了研究的难度。目前这一领域尚有许多问题亟待解决【4 j 。 由于毛细管不能切断高低压系统，停机后高压液体流入低压系统不但增加了蒸发 器的热负荷，并易使压缩机再启动时产生湿冲程。同时由于蒸发器中存在过多的液体 工质使压缩机在启动运行阶段功耗增加。鉴于毛细管系统的这种特性，实验研究表明， 连续运行相较于简短运行有更高的运行特性( 如一组h p 家用空调器连续运行较开停 各5 分钟运行c o p 高1 4 ) 1 4 2 j 。但通常的家用电冰箱、空调器等毛细管制冷装置都 是开停运行的，为提高运行特性，研究采用电磁阀+ 毛细管节流系统，在毛细管前增 加电磁阀，停机时切断高低压系统。实验表明该节流系统可使系统循环c o p 增加 2 0 【4 3 】。由于毛细管系统具有小孔节流的特性