شیر انبساط چیست؟
یک واحد تهویه مطبوع دارای سه قسمت اصلی است: کمپرسور ، کندانسور و اواپراتور که دارای شیر انبساط است.
شیر انبساط قطعه ای از تجهیزات است که فشار را در سیستم کاهش می دهد. رایج ترین شکل این شیرها یک شیر انبساط حرارتی (TMV) است که در سیستم های گرمایش ، تهویه و تهویه هوا (HVAC) استفاده می شود. دو نوع اصلی شیرهای انبساط کولر گازی شیرهای انبساط ترموستاتیک و لوله های مویرگی هستند.
یک شیر انبساط ترموستاتیک جریان مبرد را کنترل می کند و می تواند در دما یا فشارهای مختلف کار کند. لوله مویرگی وظیفه انتقال سطح فشار در سیستم به لوله حسگر متصل به TMV را دارد و اساساً به عنوان گاز عمل می کند. یک واحد تهویه مطبوع دارای سه قسمت اصلی است: کمپرسور ، کندانسور و اواپراتور. این شیر بخشی از اواپراتور است.
برای خنک کردن ساختمان ، گاز یخچال مانند Freon® از طریق کمپرسور جایی که داغ و تحت فشار قرار می گیرد ، جریان می یابد. سپس گاز از طریق سیم پیچهایی که باعث پراکنده شدن گرما می شوند ، عبور می کند و این امر مجدداً به یک مایع تبدیل می شود. سپس مایع متراکم شده از طریق یک دریچه انبساط عبور می کند و در آنجا تبخیر می شود و تبدیل به یک گاز سرد می شود که گرما را از هوای اطراف می کشد. این گاز از طریق مجموعه دیگری از سیم پیچ ها عبور می کند و یک دمنده هوای سرد داخل ساختمان را می دود و گرمای تولید شده در طی فرآیند به بیرون منتقل می شود. یخچال یا فریزر به همین روش کار می کند.
انواع شیر انبساط
شیر انبساط دبی مبرد را کنترل می کند و مکانیزم های کنترل جریان مبرد که در سیستمهای تهویه مطبوع و سیستم های برودتی به کار می روند عبارتند از :
شیرهای انبساط ترموستاتیکی (مکانیکی)
لوله مویین
شیرهای انبساط الکترونیکی
شیر های انبساطی مکانیکی و الکترونیکی از رایج‌ترین شیرهای انبساط برای کنترل دبی مبرد در سیستم های تهویه مطبوع و برودتی می باشند.
شیر انبساط ترموستاتیکی
شیر انبساط ترموستاتیکی یا حرارتی که با نام شیر مکانیکی نیز شناخته می‌شود رایج ترین شیر انبساط به کار رفته در دستگاه های برودتی و تهویه مطبوع است و با علامت اختصاری TEV یا TXV نمایش داده می شود. که مخفف عبارت انگلیسی Thermal Expansion Vales می باشد.
در اکسپنشن ولو های مکانیکی میزان جریان مبرد که به درون اواپراتور وارد می شود توسط دو عامل کنترل می شود :
فشار ورودی اواپراتور
درجه حرارت خروجی اواپراتور
اجزای شیر انبساط ترموستاتیکی
اجزای شیر انبساط ترموستاتیکی عبارتند از :
صافی
سوزن
دیافراگم
بدنه شیر
حباب حسگر
محفظه عبور مبرد
دریچه اتصال متعادل کننده خارجی
فنر تنظیم فشار استاتیکی سوپرهیت
برای آنکه بتوانیم نحوه عملکرد شیر انبساط ترموستاتیکی را مورد ارزیابی قرار دهیم ابتدا باید انواع فشار های وارده به دیافراگم شیر انبساط را بررسی کنیم
فشار فنر که به سمت بالا می باشد.
فشار اواپراتور که به سمت بالا می باشد.
فشار حباب حسگر که به سمت پایین می باشد.
فشارهای ذکر شده به طور مداوم و با توجه به شرایط کاری سیستم تهویه نسبت به یکدیگر در حال تغییر می باشند تا میزان مبرد ورودی به داخل اواپراتور توسط شیر انبساط تنظیم شود. میزان فشار فنر شیر انبساط مکانیکی توسط شرکت سازنده آن تنظیم می شود که این مقدار تعیین کننده میزان سوپرهیت در خروجی اواپراتور است. اگر از حالت کالیبره که توسط شرکت سازنده انجام شده است خارج شود، برای سیستم تهویه مشکلاتی را ایجاد می کند و باید توسط کارشناسان آموزش دیده و طبق دستورالعمل های کمپانی سازنده شیر مکانیکی مجدداً کالیبره و تنظیم شود.
شیر انبساط ترموستاتیکی بر اساس میزان دمای بخار سوپرهیت خروجی از اواپراتور، دبی مبرد ورودی به اواپراتور را تنظیم می کند. حباب حسگر دما در خروجی اواپراتور نصب می شود و دمای بخار سوپرهیت مبرد خروجی از اواپراتور را اندازه گیری می کند. سنسور به وسیله یک لوله مویین به قسمت فوقانی دیافراگم شیر مکانیکی وصل می شود.
کل فرایند تحت فشار انجام می شود ، که نیاز به استفاده از یک شیر انبساط ترموستاتیک دارد. هنگامی که فشار داخل کمپرسور به یک سطح از پیش تعیین شده می رسد ، TMV باز می شود که اجازه می دهد فشار کاهش یابد. سپس Freon® از طریق شیر به سمت اواپراتور حرکت می کند. با این کار جریان و فشار درون سیستم تهویه مطبوع حفظ می شود.
لوله مویرگی حاوی یک فیلتر در یک انتهای آن است که از یک شبکه ریز ساخته شده است و از ورود بقایای داخل لوله جلوگیری می کند. این عمل تقریباً به همان روش شیر انبساط ترموستاتیک کار می کند ، اما نمی تواند تغییرات قابل توجهی در دما یا فشار را تحمل کند. لوله مویرگی برای دما و فشار ثابت طراحی شده است و به عنوان گاز بین کندانسور و اواپراتور کار می کند.
انواع شیر انبساط ترموستاتیکی
شیرهای انبساط مکانیکی به دو دسته تقسیم می شوند
شیر با متعادل کننده داخلی
شیر با متعادل کننده خارجی
در صورتیکه اواپراتور افت فشار بالایی داشته باشد از شیر انبساط با متعادل کننده خارجی استفاده می شود. در این نوع از شیر ها، فشار خروجی اواپراتور توسط یک لوله به زیر دیافراگم منتقل می شود و شیر پاسخ صحیح به سوپرهیت می دهد و سوپرهیت اضافه تولید نمی‌کند.
شیر انبساط ترموستاتیکی با متعادل کننده خارجی بر اساس فشار خروجی اواپراتور کار می‌کند و شیر ترموستاتیکی با متعادل کننده داخلی بر اساس فشار ورودی اواپراتور کار می کند.
نظریه عملیات
شیر انبساط حرارتی عنصر اصلی پمپ حرارتی است. این چرخه ای است که تهویه هوا یا خنک کننده هوا را ممکن می کند. یک چرخه اساسی تبرید از چهار عنصر اصلی تشکیل شده است: کمپرسور ، کندانسور ، دستگاه اندازه گیری و اواپراتور. با عبور مبرد از مدار حاوی این چهار عنصر ، تهویه مطبوع اتفاق می افتد. چرخه با ورود مبرد به صورت گازی با فشار کم ، دمای متوسط ??و کم فشار وارد کمپرسور می شود. مبرد توسط کمپرسور به حالت گازی فشار بالا و دمای بالا فشرده می شود. سپس گاز فشار قوی و دمای بالا وارد کندانسور می شود. خازن ، گاز فشار و دمای بالا را خنک می کند و باعث می شود با انتقال گرما به محیط دمای پایین تر ، معمولاً هوای محیط ، به مایع فشار بالا متراکم شود.
شرح
کنترل جریان ، یا اندازه گیری مبرد با استفاده از یک لامپ سنجش دما ، پر از یک گاز یا بار مایع مانند آنچه در داخل سیستم است ، انجام می شود که باعث می شود روزنه دریچه در برابر فشار فنر در شیر باز شود. بدن با افزایش دما روی لامپ. با کاهش دمای خط مکش ، فشار در لامپ و در نتیجه روی فنر کاهش می یابد و باعث بسته شدن شیر می شود. سیستم تهویه مطبوع با شیر TX اغلب کارآمدتر از سایر طرحهایی است که از آن استفاده نمی شود. همچنین ، سیستم های تهویه مطبوع سوپاپ TX به جمع کننده (مخزن مبرد قرار داده شده در پایین دست خروجی اواپراتور) نیازی ندارند ، زیرا دریچه ها با کاهش بار حرارتی اواپراتور ، جریان مبرد مایع را کاهش می دهند ، بنابراین تمام مبرد در داخل اواپراتور کاملاً تبخیر می شود (در شرایط کار عادی مانند دمای مناسب اواپراتور و جریان هوا). با این حال ، یک مخزن گیرنده مبرد مایع باید قبل از شیر TX در خط مایع قرار گیرد تا در شرایط بار حرارتی اواپراتور کم ، هرگونه مبرد مایع اضافی بتواند در داخل آن ذخیره شود ، مانع از برگشت مایع داخل سیم پیچ کندانسور از خط مایع
انواع
دو نوع اصلی از شیرهای انبساط حرارتی وجود دارد: داخلی یا خارجی برابر شده. تفاوت شیرهای مساوی خارجی و داخلی در نحوه تأثیر فشار اواپراتور بر موقعیت سوزن است. در شیرهای مساوی داخلی ، فشار اواپراتور در برابر دیافراگم فشار ورودی اواپراتور است (به طور معمول از طریق اتصال داخلی به خروجی دریچه) ، در حالی که در شیرهای برابر شده خارجی ، فشار اواپراتور در برابر دیافراگم فشار در دیافراگم است. خروجی اواپراتور. دریچه های انبساط ترموستاتیک برابر شده با خارج ، هرگونه افت فشار از طریق اواپراتور را جبران می کنند. برای شیرهای مساوی داخلی ، افت فشار در اواپراتور تأثیر افزایش گرمای بیش از حد را خواهد داشت.
از شیرهای برابر شده داخلی می توان روی سیم پیچ های تک اواپراتور دارای افت فشار کم استفاده کرد. اگر از یک توزیع کننده مبرد برای اواپراتورهای موازی متعدد استفاده می شود (نه یک شیر روی هر اواپراتور) ، باید از یک شیر مساوی خارجی استفاده شود. از TXV های برابر شده خارجی می توان در همه برنامه ها استفاده کرد. با این حال ، یک TXV برابر شده خارجی نمی تواند با یک TXV داخلی برابر جایگزین شود. برای کاربردهای خودرو ، معمولاً از نوعی شیر انبساط حرارتی مساوی خارجی که به شیر نوع بلوک معروف است استفاده می شود. در این نوع ، یا یک لامپ حسی در داخل اتصال خط مکش در داخل بدنه شیر قرار دارد و با ماده مبرد که از خروجی اواپراتور خارج می شود ، در تماس مداوم است یا وسیله انتقال گرما فراهم می شود تا مبرد بتواند تبادل شود گرما را با بار سنجش موجود در محفظه ای واقع در بالای دیافراگم هنگامی که به خط مکش جریان می یابد ، گرم کنید.
اگرچه از نوع لامپ / دیافراگم در بیشتر سیستم هایی که سوپرهیت مبرد را کنترل می کنند استفاده می شود ، شیرهای انبساط الکترونیکی در سیستم های بزرگتر یا سیستم های دارای اواپراتورهای متعدد رایج تر می شوند تا امکان تنظیم آنها به طور مستقل فراهم شود. اگرچه دریچه های الکترونیکی می توانند دامنه کنترل و انعطاف پذیری بیشتری را فراهم کنند که انواع لامپ / دیافراگم نمی توانند ایجاد کنند ، اما آنها به سیستم نیاز به سنسورهای دما و فشار اضافی و مدار کنترل الکترونیکی ، پیچیدگی و نقاط خرابی را می دهند. اکثر شیرآلات الکترونیکی از یک موتور پله ای مهر و موم شده در داخل شیر برای فعال کردن یک شیر سوزنی با مکانیزم پیچ استفاده می کنند ، در بعضی از واحدها فقط روتور استپر در داخل بدنه هرمتیک قرار دارد و توسط سیم پیچ های استاتور در خارج از مغناطیسی از طریق سوپاپ مهر و موم شده هدایت می شود دستگاه
معایب استفاده از شیرهای انبساط الکترونیکی
قیمت نسبتاً بالاتر شیرهای انبساط الکترونیکی نسبت به شیرهای انبساط مکانیکی
تاثیر انتخاب شیر انبساطی با سایز بالاتر
در صورت انتخاب شیر انبساط مکانیکی بزرگتر از ظرفیت اواپراتور، مبرد بیشتری وارد اواپراتور می شود. این امر باعث برفک زدن اواپراتور می‌گردد و باعث آسیب رسیدن به اواپراتور و کاهش ظرفیت چیلر می شود.
تاثیر شارژ زیاد مبرد بر عملکرد شیر انبساط
یکی از عواقب شارژ زیاد مبرد فرار روغن از کمپرسور می باشد. فرار روغن از کمپرسور بر روی ظرفیت چیلر تراکمی اثر می گذارد و باعث کاهش آن می‌شود. در چیلرهای فشار بالا و فشار پایین روغن به عنوان یک روان کننده و خنک کننده استفاده می شود. زمانی که روغن به لوله مویی می‌رود با مبرد مخلوط می شود که باعث می شود راندمان و ظرفیت چیلر کاهش پیدا کند.
تاثیر شارژ کم مبرد بر عملکرد شیر انبساط
اگر سیستم مورد نظر به اندازه کافی شارژ نشود و فشار داخل اواپراتور نیز کم می شود که باعث می شود مبرد بیشتر به داخل اواپراتور وارد شود. در صورتی که سیستم دچار کمبود مبرد شود، خط مایعی که باید پر از مایع سابکول باشد به اندازه کافی مایع در آن وجود ندارد که بتواند برودت لازم را تامین کند.
کمبود مایع در ورودی شیر انبساط باعث می شود که در خروجی آن این نیز مایع کم باشد و این امر باعث می شود که قطرات مایع در اواپراتور به سرعت تبخیر شوند. این امر باعث می شود گاز مبرد بیشتر با هوای گرم انتقال حرارت داشته باشد که باعث افزایش سوپرهیت در اواپراتور می شود. شارژ کم مبرد باعث کاهش ظرفیت برودتی می شود و به همین دلیل دمای آب ورودی به اواپراتور افزایش پیدا می کند. در نتیجه دمای آب خروجی از اواپراتور نیز افزایش پیدا می کند.
