本发明涉及一种膨胀阀，该膨胀阀包括：阀元件、阀座、以及偏置构件，该偏置构件在该阀元件上施加朝向关闭的阀位置的力，其中该阀元件和该阀座被安排在该膨胀阀的第一流体通路中，并且其中该膨胀阀进一步包括形状记忆合金致动器，当该形状记忆合金致动器被电流加热时，该形状记忆合金致动器在该阀元件上施加朝向打开的阀位置的力。
本发明还涉及一种蒸气压缩系统，该蒸气压缩系统包括上述类型的膨胀阀。
背景技术：
蒸气压缩系统(例如，制冷系统、空调系统、或者热泵)通常包括安排在循环中的压缩机、冷凝器、以及膨胀装置(例如，膨胀阀)和蒸发器。制冷剂在该循环内循环并且以交替方式进行压缩和膨胀。热交换发生在该蒸气压缩系统的冷凝器和蒸发器部分中，由此可以取决于该蒸气压缩系统的用途来提供冷却或加热。
在下文中，参照制冷系统对蒸气压缩系统的操作进行解释。压缩机将制冷剂流体压缩成导入该冷凝器中的高压热气体，在该冷凝器中，气体冷凝成高压液体并且将热量传递给环境。之后，高压液体被引入该膨胀阀，该膨胀阀限制制冷剂流向随后的蒸发器，由此减小制冷剂的压力。所得到的低压液体然后在该蒸发器中蒸发，由此吸收来自环境的热量。
为了优化制冷系统的效率，因此需要准确地控制进入蒸发器的流体流。通常优选的是，液态制冷剂没有残留并离开该蒸发器，即，所有的制冷剂已经蒸发或者液态制冷剂可能进入随后的压缩机，这可能严重损坏压缩机。如果蒸发器以全部冷却能力运转，则离开蒸发器的流体将具有几乎相同的温度，无论液体量为零或较小(在膨胀阀的正确开度处)或者液体量较大(膨胀阀打开太大)。这是因为制冷剂在从液相变为气相时不会改变温度。这意味着无法通过被动温度测量来区分膨胀阀的开度是正确还是完全打开。另一方面，如果制冷剂量下降过多，则蒸发器中的所有制冷剂迅速蒸发，并且所提供的冷却量受到限制。因此，控制穿过膨胀阀的制冷剂的量是很重要的。因此，所使用的膨胀阀通常是比例阀而不是简单的开关阀。
上述类型的膨胀阀例如是从WO 2014/111397 A1中已知的。其中，膨胀阀包括形状记忆合金致动器以致动膨胀阀。形状记忆合金致动器被安排在与制冷剂通路分离的封装体中。SMA致动器可以被提供电流，由此致动器被加热并且在长度上缩短。致动器由此抵抗偏置构件的力而打开阀。
从JP 2007024486已知使用形状记忆合金致动器的另一种膨胀阀。该膨胀阀包括两个流体通路，这些流体通路中的一个流体通路容纳阀元件和阀座。第一形状记忆合金弹簧以及常规弹簧使该阀元件朝向该阀的关闭方向偏置。如果该阀座后面的膨胀流体的温度升高，则该第一形状记忆合金弹簧伸长并使进入该蒸发器的制冷剂的流动节流。第二形状记忆合金弹簧被安排在连接到蒸发器出口的第二流体通路中。如果来自蒸发器的制冷剂的出口温度升高，则第二形状记忆合金弹簧伸长，并且由此在该阀元件上施加朝向该阀的更打开位置的力。因此，所得到的膨胀阀在有限的操作范围内自行调节。
从US 4973 024A以及WO 95/02143中已知开篇处提及类型的另一种阀。
上述膨胀阀有许多缺点。在WO 2014/111397 A1的情况下，需要例如由控制单元根据离开蒸发器的制冷剂的状态不断地重新调整阀。为了重新调整膨胀阀的开度，控制单元需要被提供例如离开蒸发器出口的制冷剂的温度测量值。根据JP 2007024486的阀另一方面可以在一些情况下允许膨胀阀的自行调节，由此可以降低蒸气压缩系统的成本。但是，这种膨胀阀除了将制冷剂的流动控制在期望的水平之外不允许对其进行控制。例如，不可能增加或减少流入蒸发器的制冷剂的量，以通过重新调整膨胀阀来增加或减少由制冷系统提供的冷却量。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供最初提及类型的膨胀阀和蒸气压缩系统，其可以进行外部控制也可以自行调节。
这个任务是由上述类型的膨胀阀解决的，其中形状记忆合金致动器被安排在膨胀阀的第二流体通路中，其中该形状记忆合金致动器被安排成与该第二流体通路中的流体热接触，使得当该形状记忆合金致动器被该第二流体通路中的流体冷却时，该形状记忆合金致动器也朝向关闭的阀位置致动该阀元件。
通过这种方案，膨胀阀将一方面是部分自行调节的，即，膨胀阀根据形状记忆合金致动器被第二流体通路中的流体冷却的多少来重新调整其开度。为此目的，该形状记忆合金致动器被安排在优选地不与第一通路热接触或液体接触的第二流体通路中。然后，这个第二流体通路可以连接到蒸发器的出口，使得形状记忆合金致动器与离开蒸发器的制冷剂热接触、并且因此可以通过缩短(当制冷剂温度升高时)或伸长(当制冷剂温度下降或液态制冷剂的量增加时)对温度变化作出反应。当形状记忆合金致动器缩短时，在阀元件上施加朝向更打开的阀位置的力，并且允许更多的制冷剂穿过阀座。这样，第二流体通路中的温度将下降，因为更多的制冷剂被提供到蒸发器中。膨胀阀因此在一定程度上自行调节。此外，当液态制冷剂进入第二通路时，过多的制冷剂被提供至蒸发器，并且形状记忆合金致动器将主要通过形状记忆合金致动器上的液滴蒸发而被冷却。
因此，形状记忆合金致动器将伸长并且在阀元件上施加朝向更关闭的阀位置的力，由此使穿过阀座的制冷剂的量节流。因此，膨胀阀还可以防止在蒸发器出口上出现可能进入压缩机的过量液态制冷剂。膨胀阀因此允许蒸发器非常靠近最佳冷却地运转，而没有损坏压缩机的风险。
同时，提供给形状记忆合金致动器的电流也可以增加/减少以主动地打开/关闭膨胀阀以增加/减少所提供的冷却量。加热形状记忆合金致动器所需的功率量是相当低的，因为形状记忆合金致动器理想地将仅与气态制冷剂接触。控制单元(优选地，微型计算机)可以被提供用来控制提供给形状记忆合金致动器的电流。
在优选实施例中，该阀元件、该阀座、以及该形状记忆合金致动器被安排在共用的阀壳体中，该阀壳体包括至少两个入口和至少两个出口。这个方案允许膨胀阀的紧凑构造。
在另一个优选实施例中，该阀壳体主要在垂直于这两个流体通路的方向上延伸。该阀壳体因此可以具有垂直于这两个流体通路的比平行于这些流体通路的更大的延伸范围。这种构造允许为形状记忆合金致动器提供足够大的空间。在这种情况下，该形状记忆合金致动器可以优选地具有细长形式、并且可以优选地包括至少一个线形记忆合金线。
还优选的是，该形状记忆合金致动器包括至少一个U形线。这可以减少用于加热形状记忆合金致动器所需的功率量。此外，使用至少一个U形线还将改善形状记忆合金致动器的机械稳定性。
在另一个优选实施例中，该形状记忆合金致动器与该第二流体通路中的流体直接接触。在这种情况下，在形状记忆合金致动器周围不提供绝缘或涂层。这允许形状记忆合金致动器对第二通路中的任何温度变化或液态制冷剂的出现做出更快的反应。由于形状记忆合金致动器多数情况下将与气态制冷剂接触，因此可以省去电绝缘或腐蚀保护。然而，形状记忆合金致动器的材料可能需要适配于所使用的制冷剂。如果壳体是导电的(例如，包括金属部分)，那么形状记忆合金致动器优选地通过电绝缘密封件(例如，玻璃密封件)附接到壳体。
优选的是，该阀元件包括具有圆锥形节流尖端的节流元件。由此实现了对穿过膨胀阀的流动的更好的比例控制。
上述任务也通过一种蒸气压缩系统得以解决，该蒸气压缩系统包括根据上述实施例中任一项所述的膨胀阀以及蒸发器，其中第一流体通路连接到蒸发器入口，并且蒸发器出口连接到第二流体通路。
在所得到的蒸气压缩系统中，膨胀阀因此可以通过使用形状记忆合金致动器来调节提供给蒸发器的制冷剂的量，该形状记忆合金致动器对离开蒸发器而进入膨胀阀的第二流体通路的制冷剂的温度或状态的变化作出反应。在本申请的上下文中，制冷剂的状态表示制冷剂的相成分，例如，完全气态的、气体和液体的混合物、或完全液态的。通过使形状记忆合金致动器缩短或伸长来调整穿过阀座的制冷剂的量以响应于制冷剂冷却和电流产生的热量的热平衡。因此，阀元件相对于阀座的打开位置被重新调整。
在另一个优选实施例中，在该膨胀阀的关闭位置中，该偏置构件的偏置力与由于在第一流体通路与该第二流体通路之间的压差而产生的作用在该阀元件上的净压力相等但是方向相反。因此，膨胀阀是压力平衡的，这意味着形状记忆合金致动器仅需要克服摩擦力，但不需要完全克服偏置构件的力。因此，形状记忆合金致动器不需要提供太大的力来使阀元件移位、并且因此可以使用较少的材料来构造。同时，用于致动形状记忆合金致动器所需的功率量也可以减少。
上述任务也通过一种用于控制根据上述实施例中任一项所述的蒸气压缩系统的方法来解决，该方法包括以下步骤：
-向该形状记忆合金致动器、提供电流以将该形状记忆合金致动器、加热至高于该第二流体通路、中的流体的温度，
-调整该电流以控制进入该第二流体通路的制冷剂的状态。
根据该控制方法，该形状记忆合金致动器因此将被恒定地加热到高于制冷剂温度的温度。这样，该形状记忆合金致动器既可以“感测”制冷剂中的温度变化、也可以“感测”制冷剂状态的变化，例如，经由蒸发冷却使形状记忆合金致动器冷却的液滴的出现。然而，在操作期间形状记忆合金致动器将被加热的温度范围主要由形状记忆合金材料的在奥氏体相与马氏体相之间的相变温度确定。因此，需要选择制冷剂和形状记忆合金致动器的材料，使得形状记忆合金材料的相变温度充分高于制冷剂的相变温度。提供给形状记忆合金致动器的电流被调整以控制进入第二流体通路的制冷剂的状态。由于提供的功率是用于加热形状记忆合金致动器的相关量，所以可以通过控制在恒定电压下的电流来控制功率。因此可以调整电流，其方式为使得进入第二流体通路的制冷剂的相成分大部分为气态并且仅包含少量的液态制冷剂。在制冷剂的这种状态下，蒸发器可以以最佳效率运行。以混合状态制冷剂在低过热操作蒸气压缩系统在现有技术中存在问题，因为制冷剂中的液体部分不能被适当地控制，因为过热在混合状态下是恒定的。然而，通过本发明，制冷剂的状态可以被精确地控制，并且可以避免压缩机的液体冲程的危险。
在优选实施例中，该形状记忆合金致动器的电阻是根据在恒定电压下所测量的提供至该形状记忆合金致动器的电流来计算的。如果该形状记忆合金致动器的温度改变，则电阻改变，该电阻进而可以通过在恒定电压下的电流改变来测量。如果提供的电流太大，则这对确保形状记忆合金致动器不会过热是重要的。另一方面，可以确保形状记忆合金致动器的温度保持在形状记忆合金材料中相变周围的温度范围内。
在另一个优选实施例中，提供至该形状记忆合金致动器的电流被调整成将该形状记忆合金致动器的电阻保持恒定在期望的值。因此可以调整电流，使得电阻返回到或保持在期望值，这意味着形状记忆合金致动器的温度和进而膨胀阀的开度被控制以保持期望的制冷剂状态。
优选的是，该蒸气压缩系统包括控制单元，该控制单元测量该形状记忆合金致动器的电阻并且提供用于加热该形状记忆合金致动器的电流。形状记忆合金致动器的电阻与温度有关。因此，如果提供给形状记忆合金致动器的电压保持恒定，则电流的变化将直接指示形状记忆合金致动器的电阻变化。这进而允许计算形状记忆合金致动器的当前温度。
当根据形状记忆合金致动器的测量电阻计算经调整的电流时，优选地包含迟滞补偿。因此，在计算有待提供给形状记忆合金致动器的经调整电流时，将考虑形状记忆合金致动器的电阻随时间的变化。迟滞补偿可以优选地由控制单元执行。
此外优选的是，该形状记忆合金致动器的电阻在该形状记忆合金致动器的在从马氏体相到奥氏体相的相变时的电阻值周围变化。由于形状记忆合金致动器的电阻仅是对于任何给定致动器的形状记忆合金致动器的温度以及温度演变的函数，因此可以确保形状记忆合金致动器的温度保持在期望的操作参数内。例如，可以确保形状记忆合金致动器的温度不会变得太高以防止形状记忆合金致动器过热。另一方面，还可以确保形状记忆合金致动器保持在发生从奥氏体相到马氏体相的相变的温度范围内而不必直接测量形状记忆合金致动器的温度。形状记忆合金致动器的电阻变化的范围当然可以考虑形状记忆合金致动器的温度演变，以补偿电阻的温度依赖性中可能的迟滞。
在优选实施例中，如果从蒸发器进入第二通路的流体的温度升高而提供给形状记忆合金致动器的电功率保持恒定，则形状记忆合金致动器将阀元件致动到更打开的位置。
还优选的是，如果从蒸发器进入第二通路的流体的温度下降而提供给形状记忆合金致动器的电功率保持恒定，则形状记忆合金致动器将阀元件致动到更关闭的位置。
在另一个优选实施例中，如果有任何液体从蒸发器进入第二流体通路，则形状记忆合金致动器将阀元件致动到更关闭的位置。如果液态制冷剂从蒸发器进入第二流体通路，则蒸发器被过度提供有制冷剂，即，膨胀阀位置打开太大。液态制冷剂将导致形状记忆合金致动器更快的冷却，因此该形状记忆合金致动器伸长并使穿过阀座的流体的量节流。
附图说明
下文中将参照附图来描述本发明，其中
图1示出了根据本发明的膨胀阀以及蒸气压缩系统，
图2以流程图示出了根据本发明的方法，
图3和图4示出了根据本发明的蒸气压缩系统的测试运行的实验室结果。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的蒸气压缩系统1以及膨胀阀2，而图2以流程图示出了根据本发明的方法。此外，蒸气压缩系统1包括压缩机3、冷凝器4、以及蒸发器5。
膨胀阀2包括第一流体通路6以及第二流体通路7，这些流体通路均被安排在共用的阀壳体8中。此外，膨胀阀2包括阀元件9，该阀元件延伸到第一流体通路6中以及第二流体通路7中。阀元件9包括阀构件10以及节流元件11。偏置构件12(在这种情况下的弹簧)在阀元件9上施加朝向关闭的阀位置的力。如果在第一流体通路6中节流元件11接合阀座13，则膨胀阀2处于关闭位置。在这种情况下，阀座13由节流元件11的圆锥形节流尖端14接合。
节流元件11延伸穿过分离构件15，该分离构件包括密封件16，该密封件防止在第一流体通路6与第二流体通路7之间的流体接触。在第二流体通路7中，形状记忆合金致动器17被安排成包括一个形状记忆合金线18。在此，线18是U形的，这意味着线18进入阀构件10、方向逐渐改变180°、并且然后又离开阀构件10。然而，形状记忆合金致动器17也可以包括更多数量的形状记忆合金线，例如另一个U形线。
形状记忆合金致动器17在这种情况下通过连接到阀构件10来连接到阀元件9。形状记忆合金致动器17通过玻璃密封件19被引入壳体8中，该玻璃密封件使形状记忆合金致动器17与壳体8电绝缘。形状记忆合金致动器17连接到位于阀壳体8外部的控制单元20(优选地微型计算机)。控制单元20向形状记忆合金致动器17提供电流以便使其加热。当形状记忆合金致动器17的温度增加时，形状记忆合金致动器17的长度缩短，由此在背离阀座13的方向上在阀元件9上施加力。这样，膨胀阀2可以由控制单元20根据外部指令直接控制，例如由于蒸气压缩系统1的冷却需求增加或减少。此外，控制单元20补偿形状记忆合金致动器17的非线性特性并且使这些特性线性化。例如，控制单元20可以补偿形状记忆合金致动器17的电阻的非线性温度依赖性。
控制单元20可以补偿形状记忆合金致动器17的电阻的温度依赖性中可能的迟滞。换言之，当计算有待提供给形状记忆合金致动器17的经调整电流时，控制单元20可以考虑形状记忆合金致动器17的温度和电阻的时间依赖性演变。电阻的温度依赖性根据温度是降低还是升高而不同。
在操作期间，形状记忆合金致动器17将优选地总是被加热到远高于第二流体通路7中的制冷剂温度的温度。如果使用CO2作为制冷剂，那么在操作期间形状记忆合金致动器被加热到的优选温度范围是70摄氏度至90摄氏度。这个温度范围当然取决于选择的形状记忆合金致动器的材料。具体地，该温度范围是由形状记忆合金材料中的奥氏体相与马氏体相之间的相变确定的。在这种情况下，CO2的典型制冷剂温度将低得多，例如，在-10摄氏度至-5摄氏度的范围内。然而，离开蒸发器的制冷剂的温度除其他之外取决于制冷剂的选择、制冷剂的压力、以及过热量。
此外，膨胀阀2也将部分地自行调节。高压制冷剂通过通入第一流体通路6的第一入口21进入膨胀阀2。在节流元件11与阀座13之间的开口的有限尺寸则限制朝向蒸发器5流动穿过膨胀阀的制冷剂的量。由此，制冷剂的压力在穿过第一出口22进入蒸发器5之前减小。在蒸发器5内部，制冷剂然后蒸发、从环境中吸热、并然后传递到通入第二流体通路7的第二入口23中。
取决于提供到蒸发器5中的制冷剂的量，进入第二流体通路7的气态制冷剂的温度将更高或更低。具体地，如果提供的制冷剂的量太低，则制冷剂温度将升高，并且热制冷剂将与形状记忆合金致动器17热接触。由此，形状记忆合金致动器17被加热并且长度缩短。因此，将在阀元件9上沿背离阀座13的向外方向施加力，由此增加穿过阀座13的流量。所得到的进入蒸发器5的制冷剂流量的增加将减少离开蒸发器进入第二流体通路的制冷剂的热量，由此再次影响形状记忆合金致动器17。因此，即使没有外部控制信号，膨胀阀也将能够补偿蒸气压缩系统1所需冷却量的增加或减少。
但是，如果蒸气压缩系统1已经在最大容量下运行，则蒸发器将充满制冷剂。在这种情况下，引入蒸发器中的制冷剂的进一步增加将不会导致在蒸发器中蒸发更大量的制冷剂。相反，离开蒸发器进入第二流体通路7的制冷剂的部分将保持液态。然而，离开蒸发器的气态和液态制冷剂的混合物与其中蒸发器在最佳冷却下运行并且没有液态制冷剂离开蒸发器的情况相比将几乎具有相同的温度。因此，以前很难在操作期间找到蒸气压缩系统的膨胀阀的最佳开度。因此，蒸气压缩系统或者需要以低于最大容量运行，或者存在液态制冷剂离开蒸发器并且可能损坏压缩机的风险。然而，本发明使用所提供的膨胀阀、蒸气压缩系统、和用于控制蒸气压缩系统的方法、通过也允许间接地测量离开蒸发器的制冷剂的成分并且对其作出反应来解决这个问题。因此，蒸气压缩系统可以在没有或几乎没有超热的情况下运行，即，蒸发器将被提供有可以在蒸发器中蒸发的最大量的制冷剂，而不会有发生任何显着量的过量制冷剂以液体形式离开蒸发器的风险。
在制冷剂穿过第二流体通路7之后，制冷剂将穿过通入压缩机3的第二出口24离开，重新开始蒸气压缩循环，即，在此的制冷循环。
因此，所得到的膨胀阀2和蒸气压缩系统1一方面是自行调节的，因为形状记忆合金致动器17允许膨胀阀2对环境变化导致的例如冷却需求增加作出反应而不需要外部控制。同时，如果需要重新调整蒸气压缩系统的冷却或加热需求，则控制单元20可以调整形状记忆合金致动器17的期望电阻以增加或减少流过膨胀阀的制冷剂的量，由此增加或减少由蒸气压缩系统提供的冷却或加热的量。
图2以流程图示出了根据本发明的控制方法。控制单元20向形状记忆合金致动器17提供优选脉冲宽度调制的电流。因此，形状记忆合金线被加热到高于制冷剂温度的一定温度。
由控制单元20监测形状记忆合金线的电阻。形状记忆合金线的温度变化导致电阻的变化。在恒定电压下，电流的变化因此允许计算形状记忆合金线的电阻的变化。
形状记忆合金线的温度变化电会导致伸长(在下降温度下)或缩短(在升高温度下)。因此，形状记忆合金线的张力将改变，这将使线张力与偏置构件12(例如，弹簧)的力之间的力平衡失去平衡并且导致阀元件9的冲程变化。
阀元件9的冲程变化于是将进而增大或减小膨胀阀2的开度。这进而将改变进入蒸发器5的制冷剂的流量。离开蒸发器5的制冷剂的温度和状态于是将进而影响形状记忆合金线的温度，如由从蒸发器5起始的上箭头所示。
蒸发器5的状态(例如，制冷剂的温度和状态)将进而在控制单元20中进行估算。控制单元20根据提供给线的电流来计算蒸发器状态的估值，从而计算与期望的蒸发器状态设定点相比，形状记忆合金线的电阻需要被如何调整。这样，可以补偿制冷剂状态的变化，以确保正确量的制冷剂进入蒸发器，使得只有少量的液态制冷剂将离开蒸发器进入第二流体通路(如果这是目的)。然而，控制单元20也可以在蒸发器出口处保持其他制冷剂状态(例如，如果期望的话，非液态)。这取决于所选则的设定点。
以最佳性能操作蒸气压缩系统1将需要使蒸发器9以可以在给定蒸发器中蒸发的最大量的制冷剂运转。此时，如果膨胀阀2更多地打开，则在离开蒸发器的气态制冷剂中不再有直接的温度变化。相反，制冷剂的一部分将不在蒸发器中蒸发，并且液滴将撞击形状记忆合金线并从其蒸发，导致通过蒸发的进一步冷却。因此，将膨胀阀2保持在一定的开度所需的功率也将取决于离开蒸发器5的制冷剂的状态。因此，即使过热降低到在蒸发器出口处出现液滴的程度，蒸发器状态也可以得到控制。蒸发器出口处的少量液态制冷剂在操作过程中可能不会自动引起问题，因为在许多情况下，压缩机距蒸发器的距离足够长，以致在通往压缩机的途中仍可以蒸发较少量的液体。
控制单元20将优选地对期望的电阻执行迟滞补偿，以考虑到形状记忆合金线的电阻的温度依赖性一定程度地取决于形状记忆合金线的先前温度。这种迟滞补偿极大地提高了控制方法的准确性并且减少了提供给膨胀阀2的电流中的不必要的变化。
图3和图4示出了根据本发明的蒸气压缩系统1的测试运行。图3示出了随时间提供给形状记忆合金致动器的电功率，而图4示出了在相同的时间期间由直接温度测量在蒸发器出口处测量的制冷剂的过热。图3和图4均示出了功率或过热变化的变化带。注意的是，过热温度的直接测量不一定是上述控制方法的一部分，但有助于阐明在低过热条件下运行的蒸气压缩系统的问题。以开式度为单位的过热在此表示制冷剂的温度高于制冷剂从气体到液体的相变温度，其中在这种情况下，CO2(也称为R-404A)已被用作制冷剂。在图3和图4中，制冷剂的不同相成分的区段由竖直的点划线分开。
在测试运行过程中，形状记忆合金线的电阻的期望值被连续调整以增加通过膨胀阀2提供给蒸发器5的制冷剂的量。区段24表示在第二流体通路中仅存在气态制冷剂，而提供给形状记忆合金致动器的电力增加。功率曲线的变化部分地归因于蒸气压缩系统1对所提供的制冷剂的任何变化的延迟反应以及通过调整所提供的电流而导致控制单元20的响应中产生的“过冲”，以实现期望的温度依赖性电阻的值。然而，功率的变化量也是制冷剂成分的量度，因为通过蒸发冷却而冷却形状记忆合金线的液滴将导致形状记忆合金致动器的线温度和电阻的变化比通过热传导到单独的气态制冷剂更快。控制单元20可以测量提供给形状记忆合金致动器的电功率的方差和/或标准差以推导出制冷剂相成分。这可以在区段25中看到，其中气态制冷剂和液态制冷剂的混合物存在于第二流体通路中，并且液相到气相的部分随时间增加。
可以看到，一旦液态制冷剂的部分变大并且最终在区段26中为100％，则平均功率周围的变化增加。
在正常操作下，这样的充满液态制冷剂将极有可能导致压缩机中所谓的“液体冲程”，严重损坏或破坏压缩机。
在大约650秒之后，控制单元20通过调整电阻来减少所提供的电功率，直到制冷剂成分变成区段27中的混合相并且然后变回区段28中的纯气态制冷剂。
图4示出了与图3中的功率同时测量的离开蒸发器的制冷剂的以开尔文为单位的过热的额外测量。在区段29中，制冷剂是完全气态的，如在区段33中。类似地，在区段30和32中，制冷剂处于混合的液体/气体状态，并且在区段31期间制冷剂是完全液态的。该图表示出了在时间＝0时，制冷剂是完全气态的并且在相变温度下具有约40K的温度。因此，过热相对较大，并且蒸发器冷却能力仅部分使用。虽然通过向形状记忆合金致动器提供的电功率的增加而增加阀的开度，但是在蒸发器5中蒸发之后，制冷剂气体越来越少额外地被加热。在400秒时，过热突然下降到约5K，这是由蒸发器5的有限尺寸和非线性行为引起的。从400秒开始，过热保持几乎恒定，即便是在制冷剂的成分稍后完全地从气体变为完全液体时。这示出了根据现有技术的蒸气压缩系统的主要问题，即，制冷剂的过热自身不是蒸发器状态或制冷剂状态的可靠测量。因此，现有技术中的蒸气压缩系统通常在更高的过热下运行(在这种情况下，可能多于10K)以确保在操作期间不会有大量的液体意外地进入压缩机，因为不能根据当蒸发器完全充满制冷剂时的制冷剂温度来直接确定制冷剂成分。这进而具有的缺点是蒸发器的冷却能力不能被充分利用，从而降低了蒸气压缩系统的性能并且增加了运行成本。
根据本发明的膨胀阀、蒸气压缩系统、和相应的控制方法现在允许以非常小的过热来操作蒸气压缩系统并且因此接近最佳性能而没有任何液体冲程的危险，因为蒸气压缩系统也可以“感测”制冷剂成分，如上所述。