CO2热泵热水器用电子膨胀阀的控制
目录
引言 - 1 -
一、二氧化碳热泵热水机组工作原理 - 2 -
（一）制冷系统 - 2 -
（二）工作原理 - 5 -
二、电子膨胀阀的结构及工作原理 - 5 -
（一）膨胀阀 - 5 -
（二）热力膨胀阀 - 6 -
（三）电子膨胀阀 - 7 -
（四）电子膨胀阀的工作原理 - 8 -
（五）电子膨胀阀与热力膨胀阀的对比 - 9 -
（三）针对苏净牌CO2热泵热水器用电子膨胀阀的控制 - 10 -
结束语 - 14 -
参考文献 - 15 -
致辞 - 16 -
【Abstract】
This article will describe the general structure and carbon dioxide heat pump works with electronic expansion valve for a particular type of heat pump preliminary control programming. Electronic expansion valve is often used in refrigeration systems, belongs to a throttle valve, usually throttle a valve, two electronic expansion valve thermal expansion, at an earlier time as the throttle capillary, of course, now there are some machine *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
s also, when using capillary. In the beginning of the article will be a brief introduction to the development of carbon dioxide heat pump and by the constraints, the next will introduce some of the conventional expansion valve, and the protagonist of this article - electronic expansion valve, and finally a section for carbon dioxide heat pump used for electronic expansion valve a brief analysis.
【Key words】: carbon dioxide heat pump control electronic expansion valve structure
引言
众所周知，二氧化碳(CO2)是大气中的主要成分之一，无毒且不可燃，臭氧层消耗指数ODP为0，温室效应指数GWP为1，在未开发以二氧化碳为介质的制冷剂之前，氟利昂是主要的制冷剂，但该制冷剂对大气有着特别严重的污染，引起了全世界的关注，因此目前正寻找新的环保型冷媒用来代替氟利昂。由于二氧化碳作为一种纯天然冷媒，来源广泛，成本低廉，而且对环境无破坏，具有优良的物理化学性质，因此越来越受到国内外学者的关注。早在1900年至1930年间，使用二氧化碳作为制冷剂的制冷设备就已在一些发达国家中的电影院、娱乐场所、歌剧院中广泛使用。但是在1930年，当氟利昂被人工合成以后，由于成本、系统压力等原因，使用CO2的制冷设备就开始逐渐被取代，直到25年后，世界上最后一个使用二氧化碳制冷设备停止运行，关键设备的生产是限制二氧化碳发展的主要原因，就节流阀方面，由于高的工作压力，所以对材料的强度要求比普通节流阀更高，DANFOSS公司报道的膨胀阀可以在二氧化碳的系统中使用，即电子膨胀阀。
在中国，以二氧化碳为冷媒的热泵系统还处在基础发展阶段，由于技术上、成本上的制约，使得该产品还不能完全的民用化，不过在不久的将来，这种热泵一定会成为家家户户必备的电器。
一、 二氧化碳热泵热水机组工作原理
（一）制冷系统
制冷系统主要由压缩机、节流阀、冷凝器、蒸发器及辅件组成，下面就简单一一介绍。
压缩机：简单的讲，压缩机是整个系统的动力源，没有压缩机，整个系统就无法正常工作，它就好似我们人体中的心脏，它决定着整个系统的工作性能，压缩机采用电机驱动，将来自蒸发器低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的过热气体，经过冷凝器和待冷却介质产生热交换。压缩机根据结构可分为：活塞压缩机、滚动转子压缩机、涡旋压缩机、螺杆压缩机等，下图1-1为滚动转子压缩机示意图：
图1-1
节流元件（膨胀阀）：节流元件也是制冷系统的重要组成之一，简单的说节流元件就是系统中的降压装置，高温常压的制冷剂液体流过节流元件后就得到了低温低压的制冷剂了。常见的节流元件有热力膨胀阀、电子膨胀阀，更早期的还有毛细管，而对于本文所介绍的热泵系统，主要使用热力膨胀阀或电子膨胀阀。图1-2为热力膨胀阀的实物图：
图1-2
蒸发器：蒸发器是一种换热设备，低温低压的液态制冷剂经过蒸发器后，吸收系统外部环境的热量而蒸发变为蒸气，而外部环境被不断冷却，从而达到冷冻冷藏食品的目的。蒸发器可分为翅片管式蒸发器、壳管式蒸发器等，不同蒸发器的作用也是不一样的，如翅片管式蒸发器主要冷却气态介质，而壳管式蒸发器主要冷却液态介质。本文所设计的热泵机组是吸收空气中的热量，制取高温热水，故使用翅片管式蒸发器，图1-3为翅片管式蒸发器实物图：
图1-3
冷凝器：冷凝器与蒸发器一样，也是一种热交换装置，主要是利用空气或者水作为冷却介质，主将来自压缩机的高温高压的制冷剂冷却成低温高压的液态制冷剂，同时将热量带走，值得一提的是制冷剂由气体变成液体后还是高压。一般在冷凝器中主要经历三个阶段：a. 过热蒸气排出并冷却成饱和蒸气；b.饱和蒸气继续被冷却，变为饱和液态制冷剂；c.饱和液态制冷剂温度高于冷却介质的温度，继续释放显热，从而变为过冷液体。根据冷却介质的不同，可分为水冷式冷凝器、风冷式冷凝器等，本文所介绍的热泵热水器是用以制取高温热水，故属于水冷式冷凝器。根据结构不同，冷凝器还可分为翅片式冷凝器、板式冷凝器、套管式冷凝器、壳管式冷凝器等，图1-4为本文所使用的板式冷凝器实物图：
图1-4
图2-3
典型的电子膨胀阀结构如图2-3所示：
图2-4 电子膨胀阀的结构
其中1为紫铜管。B端为制冷剂的入口端，前接冷凝器的出口端；A为制冷剂的出口端，后接蒸发器的入口端。2为阀体，阀体上开有阀孔结构。3为防回转零件，防回转零件3与阀体2固联为一体，3的内部有内螺纹结构。4为阀针，阀针上有外螺纹结构，并与防回转零件3上的内螺纹配合。阀针4与阀体2上的阀孔配合。5为步进电机的转子,转子5上有磁环并且转子5的内孔与阀针4的顶端固联为一体，两者能够一起转动。6为隔磁管。7为止位结构。8为顶盖。9为固定螺栓。10为步进电机的定子，定子10可在信号电流作用下驱动转子5上的磁环，使得步进电机动作。
引言 - 1 -
一、二氧化碳热泵热水机组工作原理 - 2 -
（一）制冷系统 - 2 -
（二）工作原理 - 5 -
二、电子膨胀阀的结构及工作原理 - 5 -
（一）膨胀阀 - 5 -
（二）热力膨胀阀 - 6 -
（三）电子膨胀阀 - 7 -
（四）电子膨胀阀的工作原理 - 8 -
（五）电子膨胀阀与热力膨胀阀的对比 - 9 -
（三）针对苏净牌CO2热泵热水器用电子膨胀阀的控制 - 10 -
结束语 - 14 -
参考文献 - 15 -
致辞 - 16 -
【Abstract】
This article will describe the general structure and carbon dioxide heat pump works with electronic expansion valve for a particular type of heat pump preliminary control programming. Electronic expansion valve is often used in refrigeration systems, belongs to a throttle valve, usually throttle a valve, two electronic expansion valve thermal expansion, at an earlier time as the throttle capillary, of course, now there are some machine *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
s also, when using capillary. In the beginning of the article will be a brief introduction to the development of carbon dioxide heat pump and by the constraints, the next will introduce some of the conventional expansion valve, and the protagonist of this article - electronic expansion valve, and finally a section for carbon dioxide heat pump used for electronic expansion valve a brief analysis.
【Key words】: carbon dioxide heat pump control electronic expansion valve structure
引言
众所周知，二氧化碳(CO2)是大气中的主要成分之一，无毒且不可燃，臭氧层消耗指数ODP为0，温室效应指数GWP为1，在未开发以二氧化碳为介质的制冷剂之前，氟利昂是主要的制冷剂，但该制冷剂对大气有着特别严重的污染，引起了全世界的关注，因此目前正寻找新的环保型冷媒用来代替氟利昂。由于二氧化碳作为一种纯天然冷媒，来源广泛，成本低廉，而且对环境无破坏，具有优良的物理化学性质，因此越来越受到国内外学者的关注。早在1900年至1930年间，使用二氧化碳作为制冷剂的制冷设备就已在一些发达国家中的电影院、娱乐场所、歌剧院中广泛使用。但是在1930年，当氟利昂被人工合成以后，由于成本、系统压力等原因，使用CO2的制冷设备就开始逐渐被取代，直到25年后，世界上最后一个使用二氧化碳制冷设备停止运行，关键设备的生产是限制二氧化碳发展的主要原因，就节流阀方面，由于高的工作压力，所以对材料的强度要求比普通节流阀更高，DANFOSS公司报道的膨胀阀可以在二氧化碳的系统中使用，即电子膨胀阀。
在中国，以二氧化碳为冷媒的热泵系统还处在基础发展阶段，由于技术上、成本上的制约，使得该产品还不能完全的民用化，不过在不久的将来，这种热泵一定会成为家家户户必备的电器。
一、 二氧化碳热泵热水机组工作原理
（一）制冷系统
制冷系统主要由压缩机、节流阀、冷凝器、蒸发器及辅件组成，下面就简单一一介绍。
压缩机：简单的讲，压缩机是整个系统的动力源，没有压缩机，整个系统就无法正常工作，它就好似我们人体中的心脏，它决定着整个系统的工作性能，压缩机采用电机驱动，将来自蒸发器低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的过热气体，经过冷凝器和待冷却介质产生热交换。压缩机根据结构可分为：活塞压缩机、滚动转子压缩机、涡旋压缩机、螺杆压缩机等，下图1-1为滚动转子压缩机示意图：
图1-1
节流元件（膨胀阀）：节流元件也是制冷系统的重要组成之一，简单的说节流元件就是系统中的降压装置，高温常压的制冷剂液体流过节流元件后就得到了低温低压的制冷剂了。常见的节流元件有热力膨胀阀、电子膨胀阀，更早期的还有毛细管，而对于本文所介绍的热泵系统，主要使用热力膨胀阀或电子膨胀阀。图1-2为热力膨胀阀的实物图：
图1-2
蒸发器：蒸发器是一种换热设备，低温低压的液态制冷剂经过蒸发器后，吸收系统外部环境的热量而蒸发变为蒸气，而外部环境被不断冷却，从而达到冷冻冷藏食品的目的。蒸发器可分为翅片管式蒸发器、壳管式蒸发器等，不同蒸发器的作用也是不一样的，如翅片管式蒸发器主要冷却气态介质，而壳管式蒸发器主要冷却液态介质。本文所设计的热泵机组是吸收空气中的热量，制取高温热水，故使用翅片管式蒸发器，图1-3为翅片管式蒸发器实物图：
图1-3
冷凝器：冷凝器与蒸发器一样，也是一种热交换装置，主要是利用空气或者水作为冷却介质，主将来自压缩机的高温高压的制冷剂冷却成低温高压的液态制冷剂，同时将热量带走，值得一提的是制冷剂由气体变成液体后还是高压。一般在冷凝器中主要经历三个阶段：a. 过热蒸气排出并冷却成饱和蒸气；b.饱和蒸气继续被冷却，变为饱和液态制冷剂；c.饱和液态制冷剂温度高于冷却介质的温度，继续释放显热，从而变为过冷液体。根据冷却介质的不同，可分为水冷式冷凝器、风冷式冷凝器等，本文所介绍的热泵热水器是用以制取高温热水，故属于水冷式冷凝器。根据结构不同，冷凝器还可分为翅片式冷凝器、板式冷凝器、套管式冷凝器、壳管式冷凝器等，图1-4为本文所使用的板式冷凝器实物图：
图1-4
图2-3
典型的电子膨胀阀结构如图2-3所示：
图2-4 电子膨胀阀的结构
其中1为紫铜管。B端为制冷剂的入口端，前接冷凝器的出口端；A为制冷剂的出口端，后接蒸发器的入口端。2为阀体，阀体上开有阀孔结构。3为防回转零件，防回转零件3与阀体2固联为一体，3的内部有内螺纹结构。4为阀针，阀针上有外螺纹结构，并与防回转零件3上的内螺纹配合。阀针4与阀体2上的阀孔配合。5为步进电机的转子,转子5上有磁环并且转子5的内孔与阀针4的顶端固联为一体，两者能够一起转动。6为隔磁管。7为止位结构。8为顶盖。9为固定螺栓。10为步进电机的定子，定子10可在信号电流作用下驱动转子5上的磁环，使得步进电机动作。
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