Zawór rozprężny

Images of expansion valves

Wprowadzenie

Zadaniem zaworu rozprężnego jest szybkie obniżenie ciśnienia i temperatury ciekłego czynnika chłodniczego wytwarzanego w agregacie skraplającym w obiegu chłodniczym. Proces ten zachodzi przed wlotem do parownika, w którym generowana jest moc chłodnicza.

Termostatyczny zawór rozprężny

Termostatyczny zawór rozprężny (TEV) kontroluje ilość ciekłego czynnika chłodniczego wtryskiwanego do parownika. Jego działanie opiera się na wartości temperatury i ciśnienia na wylocie z parownika, a konkretnie na przegrzaniu czynnika.

TEV z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia

TEV dąży do utrzymania stabilnego poziomu przegrzania wewnątrz parownika w każdych warunkach, poprzez regulację masowego przepływu czynnika chłodniczego w odpowiedzi na obciążenie parownika. Jest to możliwe dzięki membranie wewnątrz obudowy zaworu, której wychylenie zależy od temperatury przed i za parownikiem. TEV połączony jest kapilarą z elementem termostatycznym, który pełni funkcję czujnika temperatury. Różnica ciśnienia między ciśnieniem na wlocie do parownika a ciśnieniem wewnątrz elementu termostatycznego jest równoważona przez membranę wewnątrz głowicy zaworu. Ruch membrany steruje położeniem trzpienia, regulując pozycję dyszy, a tym samym masowy przepływ czynnika chłodniczego wpływającego do parownika. Ten rodzaj zaworu TEV nie uwzględnia strat ciśnienia w parowniku, a ciśnieniem równoważącym membranę jest ciśnienie za dyszą zaworu (na wlocie do parownika). Skutkiem tego rozwiązania jest mniejsza dokładność pomiaru przegrzania.

TEV z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia

Ten typ zaworu oprócz króćca wlotowego i wylotowego dla czynnika chłodniczego zawiera dodatkowy port, do którego mocowany jest przewód wyrównawczy (dodatkowa rurka kapilarna). Instaluje się go na wylocie z parownika, zaraz obok elementu termostatycznego. Dzięki temu na wartość przegrzania ma wpływ nie tylko mierzona temperatura, ale i ciśnienie, co zwiększa dokładność regulacji. Elementy składowe tego typu TEV pokazano na rysunku. Czujnik temperatury, który mierzy odpowiednie ciśnienie przegrzanego gazu, składa się z wydrążonego metalowego zbiornika wypełnionego płynem chłodniczym. Rurka kapilarna łączy czujnik z obudową zaworu. Czujnik jest zamontowany w bezpośrednim kontakcie z rurociągiem ssawnym, na wylocie z parownika.

Jeśli przegrzanie wzrośnie, ciśnienie wewnątrz czujnika wzrośnie, ponieważ więcej czynnika chłodniczego w jego wnętrzu odparuje. Zwiększone ciśnienie jest przenoszone przez rurkę kapilarną i obniża membranę wewnątrz głowicy zaworu.

Powoduje to przesunięcie iglicy (trzpienia), otwierając otwór zaworu, a tym samym zwiększając przepływ masowy czynnika chłodniczego. Równowaga na membranie jest regulowana za pomocą sprężyny, która może być regulowana ręcznie lub ustawiona fabrycznie. Im sztywniejsza sprężyna, tym wyższy poziom przegrzania wymagany do otwarcia zaworu.

Elektroniczny zawór rozprężny (EEV)

Elektroniczne zawory rozprężne są najczęściej stosowane w bardzo dużych systemach oraz systemach o wysokim zapotrzebowaniu na precyzyjną regulację. Rozróżniamy modulowane elektroniczne zawory rozprężne (krokowe), ze stale regulowaną kryzą, oraz elektronicznie sterowane zawory ON/OFF (impulsowe), z zaworem elektromagnetycznym, który jest okresowo otwierany i zamykany.

Zawór krokowy

Modulowane elektroniczne zawory rozprężne krokowe są sterowane za pomocą czujników temperatury lub ciśnienia. Tego typu zawory rozprężne występują w transkrytycznych agregatach skraplających iCOOLTM CO2. Sterownik można zaprogramować tak, aby korygował różnice temperatury i ciśnienia w dowolnym punkcie systemu. Ponieważ siłownik elektryczny reaguje tylko na sygnały z regulatora, istnieje większa szansa na osiągnięcie niższego poziomu przegrzania niż w przypadku termostatycznego zaworu rozprężnego. Różnice ciśnień między zaworem a czujnikiem spowodowane przez systemy dystrybucji czynnika chłodniczego są również korygowane. Co więcej, ten sam zawór może być używany do różnych czynników chłodniczych po przeprogramowaniu. Siłownik elektryczny steruje przesłoną w celu ciągłej regulacji powierzchni kryzy, aby umożliwić większy lub mniejszy przepływ masowy czynnika chłodniczego, w zależności od sygnałów z regulatora.

Ten typ zaworu może obsługiwać duże zmiany warunków pracy, na przykład zmiany różnicy ciśnień i wydajności chłodzenia. Wadą zaworów elektronicznych jest stosunkowo wysoki koszt i złożoność komponentów. Programowanie skrzynki regulatora wymaga dużych umiejętności, a wydajność systemu ze źle wyregulowanym elektronicznym zaworem rozprężnym może być niższa niż w przypadku termostatycznego zaworu rozprężnego.

Zawór impulsowy (on-off)

Elektroniczny zawór ON/OFF to sterowany elektronicznie zawór elektromagnetyczny, który działa zarówno jako zawór rozprężny, jak i zawór elektromagnetyczny. Gdy działa jako zawór rozprężny, używane jest sterowanie ON/OFF. Podczas jednego cyklu, trwającego zazwyczaj 6 sekund, zawór jest otwierany i zamykany jeden raz.

Wydajność zaworu rozprężnego, a tym samym ilość przepływającego przez niego czynnika chłodniczego, jest określana przez zależność między czasem otwarcia i zamknięcia. Regulator steruje otwieraniem i zamykaniem zaworu w celu osiągnięcia właściwego poziomu przegrzania. Elementami wejściowymi regulatora są temperatura i ciśnienie na wylocie z parownika. Elementami wejściowymi mogą być również temperatury wlotu i wylotu parownika, jak w przypadku zaworu elektronicznego ze sterowaniem ciągłym.

Gdy zapotrzebowanie na czynnik chłodniczy jest wysokie (wysoka wydajność chłodzenia), zawór pozostaje otwarty przez prawie całe 6 sekund. Gdy zapotrzebowanie jest bardzo niskie (niska wydajność chłodzenia), zawór otwiera się tylko na ułamek 6 sekund. Po wyłączeniu sprężarki zawór zamyka się i działa jak zawór elektromagnetyczny.

Elektroniczny zawór ON/OFF może działać zadowalająco nawet przy dużych wahaniach warunków pracy, takich jak zmiany różnicy ciśnień lub wydajności chłodzenia. Wydajność zaworu jest regulowana poprzez zmianę zależności między czasem otwarcia i zamknięcia. Pozwala to na znalezienie minimalnego stabilnego przegrzania dla szerokiego zakresu warunków pracy.

Rurka kapilarna

Rurka kapilarna to długa, zwinięta rurka miedziana o bardzo małej średnicy, do której wpływa gorący, ciekły czynnik chłodniczy pod wysokim ciśnieniem ze skraplacza.

Najwyższe ciśnienie jest na wlocie do kapilary, a najniższe na jej końcowym odcinku. Tarcie o ścianki rurki znacznie zmniejsza ciśnienie przepływającego przez nią czynnika chłodniczego.

Ponieważ średnica wewnętrzna jest stała na całej długości rurki, bardzo ważne jest, aby w układzie znajdował się odpowiedni ładunek czynnika chłodniczego – urządzenie może się zepsuć, jeśli w układzie panuje nadmierne ciśnienie z powodu nadmiarowego czynnika chłodniczego.

Zalety

  • Niskie koszty produkcji.
  • Nie posiada ruchomej części.
  • Nie wymaga konserwacji.
  • W czasie zatrzymania urządzenia, ponieważ rurka jest zawsze otwarta, pozwala na zrównoważenie ciśnień między stroną wysokiego i niskiego ciśnienia. Zmniejsza to niezbędny moment rozruchowy silnika sprężarki, ponieważ startuje z takim samym ciśnieniem zarówno po stronie niskiego, jak i wysokiego ciśnienia.
  • Jest to idealne rozwiązanie do stosowania w systemach wyposażonych w hermetyczne sprężarki o niskiej mocy.

Wady

  • Podczas cyklu zatrzymania systemu chłodniczego, ciekły czynnik chłodniczy jest kierowany do parownika ze względu na różnicę ciśnień między parownikiem a skraplaczem. Parownik może zostać zalany, a ciekły czynnik chłodniczy może dostać się do sprężarki i uszkodzić ją podczas uruchamiania. Dlatego wartość napełnienia czynnika chłodniczego jest bardzo ważna w systemach z rurkami kapilarnymi.
  • Systemy te nie mogą kontrolować ani regulować ilości czynnika chłodniczego, który dostaje się do parownika, gdy występują wahania temperatury w ciągu dnia lub spowodowane zmianami sezonowymi lub wahaniami obciążenia.
  • Jest bardzo podatna na zatykanie ze względu na bardzo małą średnicę wewnętrzną.

Zobacz więcej