膨脹閥按照平衡方式不同，分內平衡式和外平衡式;下面分別從這兩種方式來講解膨脹閥的工作原理。
內平衡式膨脹閥結構和工作原理：
內平衡式F型熱力膨脹閥結構圖
內平衡式F型熱力膨脹閥結構圖。感溫包內充注制冷劑，放置在蒸發器出口管道上，感溫包和膜片上部通過毛細管相連，感受蒸發器出口制冷劑溫度，膜片下面感受到的是蒸發器入口壓力。如果空調負荷增加，液壓制冷劑在蒸發器提前蒸發完畢，則蒸發器出口制冷劑溫度將升高，膜片上壓力增大，推動閥桿使膨脹閥開度增大，進入到蒸發器中的制冷劑流量增加，制冷量增大;如果空調負荷減小，則蒸發器出口制冷劑溫度減小，以同樣的作用原理使得閥開度減小，從而控制制冷劑的流量。
外平衡式膨脹閥結構和工作原理：
膜片下面感受到的是蒸發器出口壓力。
外平衡式膨脹閥與平衡式膨脹閥原理基本相同，區別是：
內平衡式膨脹閥膜片下面感受到的是蒸發器入口壓力;而外平衡式膨脹閥膜片下面感受到的是蒸發器出口壓力。
外平衡式熱力膨脹閥的工作原理是建立在力平衡的基礎上。工作時，彈性金屬膜片上部受感溫包內工質的壓力P3作用，下面受蒸發器出口壓力P1與彈簧力P2的作用。膜片在三個力的作用下，向上或向下鼓起,從而使閥孔關下或開大，用以調節蒸發器的供液量。當進入蒸發器的液量小于蒸發器熱負荷的需要時，則蒸發器出口蒸氣的過熱度增大，膜片上方的壓力大于下方的壓力，這樣就迫使膜片向下鼓出，通過頂桿壓縮彈簧，并把閥針頂開，使閥孔開大，則供液量增大。反之當供液量大于蒸發器熱負荷的需要時，則出口處蒸氣的過熱度減小，感溫系統中的壓力降低，膜片上方的作用力小于下方的作用力時，使膜片向上鼓出，彈簧伸長，頂桿上移并使閥孔關小，對蒸發器的供液量也就隨之減少。熱力膨脹閥的過熱度由開啟過熱度和有效過熱度組成，開啟過熱度與彈簧的預緊力有關，有效過熱度與彈簧的強度及閥針的行程有關。膨脹閥的彈簧是按標準工況設計的，機組在標準工況下，機組滿負荷或變負荷運行均維持較高的COP值。但在大壓差工況下，蒸發壓力降低，蒸發器負荷需求的液量減少，但實際情況相反，在吸氣過熱度不變的情況下，由于蒸發壓力降低，蒸發器出口壓力P1相應降低，膜片上下的壓差變大，使主閥開度增大，供液量增加;但在小壓差工況下，蒸發壓力上升，蒸發器負荷需求的液量增多，但實際情況是在吸氣過熱度不變的情況下，由于蒸發壓力上升，蒸發器出口壓力P1相應提高，膜片上下的壓差變小，使主閥開度減小，供液量減少;在變負荷下亦如此。因此熱力膨脹閥在變工況下供液量的調節方面需進一步改進。
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