اکسپنشن ولو (شیر انبساط)

اکسپنشن ولو دارای حباب حرارتی

اکسپنشن ولو (شیر انبساط مکانیکی) دارای حباب حرارتی که اغلب TEV یا TXV و یا TX valve نامیده میشود در ورودی اواپراتور، جهت ثابت نگه داشتن میزان سوپرهیت خروجی از اواپراتور مورد استفاده قرار میگیرند و این کار با تنظیم دبی مبرد ورودی به اواپراتور انجام میپذیرد.
شیر انبساط حرارتی جزو خانواده ای از تجهیزات برودتی است که metering device نامیده میشوند. این شیرها مجهز به عضوی هستند که سوزن شیر انبساط نامیده شده و شکل، ضخامت یا قطر روزنه تعبیه شده در آن معین کننده میزان مبرد قابل گذر از مجرای شیر انبساط است.
معمولا ظرفیت شیر انبساط را بر حسب تن تبرید یا کیلووات بیان میکنند. ظرفیت برودتی یک شیر انبساط تابع شرایط کاری آن است به طوریکه هر چه اختلاف فشار دو سمت شیر انبساط بیشتر شود در نتیجه ظرفیت برودتی شیر انبساط نیز افزایش پیدا خواهد کرد.



شیرانبساط / اکسپنشن ولو

اریفیس و ونتوری

یک ونتوری شامل سه بخش است. 1 – بخش همگرا.  2 – گلوگاه.  3 – بخش واگرا.
یکنواختی در همگرایی و واگرایی در یک لوله ونتوری باعث میگردد بردار جریان سیال بصورت یکنواخت همگرا و سپس واگرا شود و جریان سیال از دیواره جدا نگردد. هنگام نزدیک شدن سیال از قسمت ورودی به گلوگاه (قسمت همگرا) سرعت سیال و انرژی جنبشی آن بیشتر میشود، فشار آن کاهش پیدا کرده و در مقطع گلوگاه کمترین فشار را پیدا میکند. پس از عبور از گلوگاه نیز دقیقا عکس این عمل اتفاق افتاده، سرعت سیال افت پیدا کرده و فشار سیال افزایش پیدا میکند.
اگر در مقطع ورودی فشار سیال را P1، در گلوگاه فشار سیال را P2، و در خروج فشار را P3 در نظر بگیریم میتوان گفت: P2<P3<P1. البته فشار خروجی از ونتوری برابر فشار ورودی نخواهد شد و سیال به اندازه P1-P3 (بر اثر اصطکاک با دیواره) افت فشار پیدا خواهد کرد.
اما هنگام نزدیک شدن سیال در لوله به روزنه، بردارهای جریان سیال درون لوله در نزدیکی روزنه بسمت مرکز روزنه انحراف جهت پیدا میکنند. سیال پس از عبور از روزنه متلاطم شده و افت فشار زیادی پیدا میکند. درصدی از بردارهای جریان خم شده و به سمت عقب برمیگردند و در کنار دیواره روزنه تشکیل گردابه میدهند. اگر فشار ورودی سیال قبل از روزنه را برابر P1، فشار در مقطع روزنه را برابر P2 و فشار سیال پس از عبور از روزنه را برابر P3 در نظر بگیریم، میتوان گفت: P3<P2<P1.
پخش کن ها که به واسطه آنها میتوان مبرد عبور کرده از اکسپنشن ولو را (که در فاز مایع ـــ بخار قرار دارد) به طور یکنواخت و یکسان در مسیرهای مساوی اواپراتور تقسیم نمود، بر اساس نحوه عمکرد ونتوری و اکسپنشن ولو یا شیر انبساط بر اساس عملکرد روزنه ها، کار میکند.

ونتوری و اریفیس

نحوه عملکرد اکسپنشن ولو دارای حباب حرارتی (Thermostatic expansion valve)

اکسپنش ولو (شیر انبساط) برای دو منظور بکار گرفته میشوند:

کنترل دبی مبرد ورودی به اواپراتور
مبرد ورودی به اواپراتور باید همواره به مقداری باشد که سطح تبادل حرارتی اواپراتور قادر به تبخیر تمامی آن بوده و بازگشت مبرد به صورت مایع به سمت کمپرسور رخ ندهد. هر چه میزان ظرفیت اواپراتور یا بار حرارتی اعمالی به اواپراتور بیشتر باشد، اکسپنشن ولو یا شیر انبساط باید اجازه عبور مبرد مایع بیشتری را به درون اواپراتور جهت تبخیر دهد، و بالعکس .

برقراری اختلاف فشار مابین اواپراتور و کندانسور
اکسپنشن ولو یا شیر انبساط خود باعث ایجاد اختلاف فشار ما بین دو عضو فشار بالا یعنی کندانسور و فشار پایین یعنی اواپراتور نمیگردد بلکه ایجاد این اختلاف فشار بر عهده کمپرسور است که قلب سیستم به حساب می آید. در واقع شیر انبساط قرار گرفته در این میان باعث حفظ این اختلاف فشار خواهد شد. همچنین اکسپنشن ولو به طور مستقیم تعیین کننده دمای اواپراتور نیست بلکه به واسطه تنظیم میزان دبی مبرد ورودی به اواپراتور و میزان اختلاف فشار ایجاد شده ما بین دو قسمت پر فشار و کم فشار، دمای اواپراتور را تعیین میکند .

اکسپنشن ولو دارای حباب حرارتی دقت زیادی را در تنظیم میزان دبی مبرد ورودی به اواپراتور دارند و به طور وسیعی مورد استفاده قرار میگیرند. عملکرد اینگونه از اکسپنشنها (شیرهای انبساط) بر اساس میزان سوپرهیت شدن مبرد تبخیر شده در خروجی اواپراتور است. یک اکسپنشن ولو حرارتی به گونه ای عمل مینماید که همواره یک مقدار سوپرهیت ثابت و پایدار در خروج از اواپراتور (با تنظیم میزان مبرد ورودی به اواپراتور) داشته باشیم تا همواره مطمئن شویم پدیده برگشت مایع به سمت کمپرسور رخ نخواهد داد. این فرآیند به کمک حسگری به نام حباب حرارتی (Bulb) که بر روی لوله خروجی اواپراتور نصب می گردد، انجام میپذیرد. نحوه عملکرد حباب حرارتی بدین صورت میباشد که حباب حرارتی نصب شده بر روی لوله خروجی اواپراتور دمای مبرد خروجی از اواپراتور را اندازه گرفته و مقدار آن را به واسطه تغییر میزان فشار مبرد درون حباب حرارتی، به اکسپنشن ولو انتقال میدهند .
در اکسپنشن ولو حرارتی دیافراگمی وجود دارد که سه نیروی اعمالی: فشار مبرد درون حباب حرارتی (از بالای دیافراگم)، فشار اشباع مبرد خروجی از اکسپنشن ولو و ورودی به اواپراتور (از پایین دیافراگم) و نیروی اعمالی از سمت فنر (از پایین دیافراگم) با یکدیگر در تعادل قرار میگیرند. حرکت دیافراگم باعث حرکت پیستون حاوی سوزن شده و حرکت سوزن نیز باعث تغییر دبی مبرد ورودی به اواپراتور میگردد .
هر چه میزان دمای مبرد (سوپرهیت شده) خروجی از اواپراتور بیشتر گردد در نتیجه دما و فشار مبرد درون حباب حرارتی اکسپنشن ولو بیشتر شده، نیروی بیشتری از سمت بالا به دیافراگم اکسپنشن ولو وارد میشود، اکسپنشن ولو باز تر شده و اجازه عبور مبرد بیشتری را به اواپراتور میدهد و بالعکس .
هر چه بر میزان سفتی فنر قرار گرفته در زیر دیافراگم اکسپنشن ولو افزوده شود، دمای مبرد خروجی از اواپراتور باید بیشتر باشد (بیشتر سوپرهیت شود) تا نیروی بیشتری توسط مبرد درون حباب حرارتی به دیافراگم جهت حفظ تعادل اعمال گردد. میزان سفتی این فنر برای اولین بار توسط کارخانه سازنده شیر انبساط تنظیم میشود و معمولا در حد وسط قرار میگیرد ولیکن هنگام استفاده از این نوع اکسپنشنها می توان سفتی این فنر را با چرخاندن یک محور یا پیچ تغییر داد.

شیرانبساط / اکسپنشن ولو

انواع حباب حرارتی اکسپنشن ولو

اکسپنشن ولو ها معمولا دارای سه مدل حباب حرارتی هستند.

1 – حباب حرارتی پر شده از مایع (Liquid-Charged bulb)
2 – حباب حرارتی دارای ماکزیمم فشار عملکرد (MOP bulb یا Gas-charged bulb)
3 – حباب حرارتی دارای جاذب (Adsorption-Filled bulb)

در زیر به شرح هر یک از حباب های حرارتی ذکر شده میپردازیم.

حباب حرارتی پر شده از مایع
این نوع حباب حرارتی با مقدار زیادی از نوعی مبرد مایع پرشده است که مبرد به کار رفته در حباب حرارتی میتواند عینا مبرد بکار رفته در همان سیـکل تبرید (Parallel-Charged) یا از نوع دیگری باشد (Cross-Charged). امروزه اکثر سازندگان شیر انبساط تولید نوع Cross-Charged را ترجیح میدهند و از عملکرد این نوع شیر انبساط نتیـجه بهتری گرفته اند. در حین گرم شدن تدریجی اواپراتور و حباب حرارتی، چون نمودار فشار/دمای مبرد درون حباب حرارتی نسبت به نمودار فشار/دمای مبرد درون اواپراتور دارای شیب کمتری است، بنابراین نیروی اعمالی از طرف مبرد درون اواپراتور خیلی سریعتر از نیروی اعمالی از طرف حباب حرارتی افزایش پیدا کرده و در نتیجه اکسپنشن ولو از نوع Cross-Charged سریعتر بسته میشود. همچنین در اکسپنشن ولو نوع Cross-Charged عیوبی از قبیل تغذیه بیش از حد سیستم، بازگشت مبرد مایع به کمپرسور و افت تدریجی فشار خط مکش در زمانهای اولیه شروع به کار کمپرسور، کاهش پیدا میکند.
نمودار عملکرد شیرانبساط / اکسپنشن

هر چه فشار اواپراتور بیشتر شده یا به عبارتی لوله مکش کمپرسور گرمتر شود، در نتیجه مبرد به کار رفته در حباب حرارتی اکسپنشن ولو یا شیر انبساط که بر روی خط مکش کمپرسور نصب شده نیز گرمتر شده، مبرد درون آن بیشتر تبخیر گشته و نیروی بیشتری به دیافراگم اکسپنشن ولو جهت حرکت آن به پایین و باز کردن شیر انبساط اعمال میشود که در نتیجه مبرد بیشتری وارد اواپراتور می گردد. در اینجا باید به این نکته توجه نمود که در این نوع حباب حرارتی به اندازه ایی مایع قرار دارد که هیچگاه تمامی آن تبخیر نشده و همیشه مقداری مبرد بصورت مایع در حباب حرارتی باقی میماند.
در لحظه شروع به کار اولیه کمپرسور (استارت اولیه) فشار خط مکش کمپرسور و فشار درون اواپراتور ناگهان کاهش می یابد، ولی چون خروجی اواپراتور و در نتیجه حباب حرارتی نصب شده بر روی آن هنوز گرم میباشد در نتیجه نیروی اعمالی از سمت مبرد موجود در حباب حرارتی باعث حرکت دیافراگم اکسپنشن ولو به سمت پایین شده و باعث باز شدن بیش از نیاز اکسپنشن ولو یا شیر انبساط خواهد شد. در نتیجه در زمانهای اولیه شروع به کار سیستم مبرد بیش از حد وارد اواپراتور گردیده، میزان سوپرهیت مبرد خروجی از اواپراتور کاهش پیدا کرده، فشار خط مکش کمپرسور به طور تدریجی افت پیدا میکند و احتمال برگشت مایع به کمپرسور میرود.
همچنین زمانیکه کمپرسور خاموش است اگر حباب حرارتی اکسپنشن ولو در جای نسبتا گرمی قرارداشته باشد، فشار درون حباب حرارتی به اندازه ای کافی میباشد که اکسپنشن ولو را باز کرده و اواپراتور پر از مایع گردد. بنابراین با شروع به کار کمپرسور و داشتن اواپراتوری پر از مایع، امکان بازگشت مبرد به صورت مایع به کمپرسور وجود دارد. البته این عیب در سیستمهایی که در آنها شیر برقی در مسیر خط مایع سیستم قرار دارد، تا قسمت زیادی مرتفع میگردد .

حباب حرارتی دارای ماکزیمم فشار عملکرد
در یک حباب حرارتی دارای مـاکزیـمم فـشار عملکرد، حباب دارای مقدار کمتری از مبرد مایع درون خود میباشد. زمانیکه دمای اواپراتور از حدی معین بالاتر رود (یا لوله مکش کمپرسور از حدی معین گرمتر شود) گرمای انتقال پیدا کرده بـه حباب حرارتی باعث تبخیر تمامی مبرد موجود در حباب حرارتی شده و باعث ایجاد یک فشار نهایی و از پیش در نظر گرفته شده به دیافراگم جهت باز شدن اکسپنشن ولو میشود. اگر دمای لوله مکش از حد ذکر شده هم فراتر رفته باشد به سبب تبخیر تمامی مبرد موجود در حباب حرارتی، فشار اعمالی به دیافراگم از سمت حباب حرارتی از مقدار قبلی بیشتر نشده و اکسپنشن ولو باز تر نمیشود. بنابراین در اکسپنشن ولو های دارای ماکزیمم فشار عملکرد همواره محدودیتی در میزان نیروی اعمالی توسط مبرد درون حباب حرارتی به دیافراگم در جهت باز شدن اکسپنشن ولو وجود دارد و همانند اکسپنشن ولو های نوع قبلی (دارای حباب حرارتی پر از مایع) افزایش دمای خط مکش به معنای باز شدن بیشتر اکسپنشن ولو نیست.
در این نوع اکسپنشنها هنگام خاموش بودن سیستم و افزایش فشار و دمای درون اواپراتور و خط مکش کمپرسور، به طور تدریجی تمام مبرد موجود در حباب حرارتی تبخیر شده و فشار اعمالی از سمت حباب حرارتی به دیافراگم اکسپنشن ولو به مقدار نهایی خود میرسد. بالای این نقطه افزایش بیش از حد فشار درون اواپراتور (یا گرم شدن بیشتر لوله مکش کمپرسور یا حباب حرارتی) باعث بازشدن بیشتر اکسپنشن ولو نشده و نیروی فنر و اواپراتور که کم کم در حال افزایش است به نیروی اعمالی از طرف حباب حرارتی که به مقدار ماکزیمم خود رسیده غلبه کرده و باعث بسته نگه داشتن شیر انبساط میشود. در این نوع اکسپنشن ولو ها فشاری به مقدار معلوم وجود دارد که اگر فشار درون حباب حرارتی از این مقدار معلوم فراتر رود، شیر انبساط در حالت بسته قرارمیگیرد. به ماکزیمم فشار اعمالی از سمت حباب حرارتی فشار Maximum Operating Pressure) MOP) و به دمای متناظر آن، دمای MOP گویند که این عدد توسط سازندگان اکسپنشن ولو اندازه گیری و بیان میشود.
در لحظه شروع به کار کمپرسور (استارت اولیه) نیز که فشار درون اواپراتور ناگهان کاهش پیدا میکند، بدلیل اینکه حباب حرارتی هنوز گرم میباشد نیروی اعمالی از سمت حباب حرارتی باعث باز شدن شیر انبساط میشود با این تفاوت که نیروی اعمالی در این لحظه توسط حباب حرارتی دارای ماکزیمم فشار عملکرد (که هم اکنون به حداکثر مقدار خود رسیده) نیرویی به مراتب کمتر نسبت به حباب حرارتی پر از مایع (Liquid Charged) به دیافراگم اعمال مینماید، در نتیجه اکسپنشن ولو به مقدار کمی بازشده، میزان سوپرهیت مبرد خروجی کاهش پیدا نکرده، فشار خط مکش افت خود را پیدا میکند ولی خطر برگشت مایع به کمپرسور به حداقل ممکن میرسد.

نمودار عملکرد اکسپنشن

در زیر تغییرات فشار خط مکش کمپرسور نسبت به زمان سپری شده از استارت اولیه کمپرسور در مورد سه نوع اکسپنشن ولو با یکدیگر مقایسه شده است.

نمودار عملکرد اکسپنشن

حباب حرارتی دارای جاذب
از اینگونه اکسپنشن ولو ها در شرایط کاری خاصی کـه در آن بار حرارتی اعمالی به اواپراتور در بازه زمانی کوتاه تغییرات چشمگیری میکند مورد استفاده میگیرد. در این نوع، با تغییرات بار اعمالی به اواپراتور، اکسپنشن ولو به طور تدریجی باز شده و از تغذیه بیش از حد اواپراتور به واسطه باز شدن سریع اکسپنشن ولو جلوگیری گشته و هنگام کاهش با حرارتی اعمالی به اواپراتور و کاهش دمای مبرد خروجی از اواپراتور نیز، شیر انبساط سریعتر بسته شده تا از برگشت مایع به کمپرسور تا حد ممکن جلوگیری شود.

محل نصب حباب حرارتی

همانطور که میدانید حبـاب حـرارتی باید بر روی خط مکش کمـپرسور به صورت افقی نصب گردد. چون در پایین لوله خط مکش کمپرسور همواره مقداری از روغن اختلاط یافته با مبرد سیستم جمع شده و جریان دارد، بنابراین حباب حرارتی باید به گونه ایی نصب گردد که دمای مبرد درون لـوله خط مکش را حس کند. معمولا در صورتیکه قطر لوله خط مکش کــمـپرســور از "7/8 (22 میلیمتر) کوچکتر باشد، حباب حرارتی در وضعیت ساعت 1 الی 2 و اگر سایز لوله خط مکش بزرگتر یا مساوی "7/8 باشد، حباب حرارتی در وضعیت ساعت 4 الی 5 بسته میشود.

محل نصب حباب حرارتی اکسپنشن

مفهوم سوپرهیت در اکسپنشن ولو

استفاده از اکسپنشن ولو ها جهت کنترل میزان سوپرهیت در خروجی از اواپراتور است. زمانیکه یک مبرد از حالت بخار اشباع به حالت سوپرهیت میرود در واقع دما و انرژی آن افزایش پیدا میکند. افزایش دمای مبرد در اواپراتور زمانی میتواند اتفاق بیافتد که تمامی مبرد از حالت مایع به حالت بخار تبدیل شده باشد.
در مبحث سوپرهیت در شیر انبساط، سه نوع سوپرهیت تعریف میشود.

سوپرهیت ایستا (Static Superheat)

مقدار سوپرهیت لازم جهت غلبه بر نیروی اعمالی از سمت فنر اکسپنشن ولو و قرار دادن شیر انبساط حرارتی در آستانه بازشدن را، سوپرهیت ایستا گویند.

سوپرهیت گشایش (Opening Superheat)
مقدار سوپرهیت لازم جهت حرکت دادن سوزن شیر انبساط از مرحله آستانه باز شدن و باز کردن آن به اندازه مورد نیاز جهت عبور مبرد را سوپرهیت گشایش گویند.

سوپرهیت فعال (Operating Superheat یا Working Superheat)
 
جمع دو مقدار سوپرهیت ایستا و سوپرهیت گشایش، سوپرهیت فعال نامیده میشود.

تقریبا در تمامی اکسپنشن ولو های دارای حباب حرارتی، در زیر یا در کنار اکسپنشن ولو پیچ یا محوری قرار دارد که با چرخاندن آن میتوان میزان سوپرهیت ایستا را تغییر داد. چرخاندن این محور باعث تغییر میزان سوپرهیت ایستا میشود و چون سوپرهیت فعال از جمع دو مقدار سوپرهیت ایستا و سوپرهیت گشایش است، مقدار سوپرهیت فعال نیز تغییر میکند. چرخاندن محور در جهت سفت نمودن فنر به معنای، افزایش نیروی اعمالی از فنر در جهت بستن شیر، افزایش میزان سوپرهیت ایستا و کاهش ظرفیت شیر انبساط حرارتی میشود و بالعکس. 

سوپرهیت

تعدیل کننده داخلی و خارجی در اکسپنشن ولو

همانطور که میدانید عملکرد شیر انبساط حرارتی بستگی به توازن سه نیروی: فشار اشباع مبرد ورودی به اواپراتور بعلاوه نیروی فنر و نیروی اعمالی از طرف مبرد درون حباب حرارتی، دارد. در یک اکسپنشن ولو دارای تعدیل کننده داخلی، فشار خروجی اکسپنشن ولو (یا ورودی به اواپراتور) به زیر دیافراگم شیر انبساط حرارتی انتقال پیدا میکند ولیکن در اکسپنشن ولو دارای تعدیل کننده خارجی، شیر انبساط به گونه ای طراحی شده که فشار خروجی شیر انبساط به زیر دیافراگم راهی نداشته بلکه فشار زیر دیافراگم شیر انبساط از یک لوله رابط متصل شده به خروجی اواپراتور تغذیه میشود.

اکسپنشن , شیر انبساط

معمولا اکسپنشن ولو دارای تعدیل کننده داخلی در سیستم هایی مورد استفاده قرار میگیرند که در آنها افت فشار مبرد هنگام گذر از اواپراتور کم باشد و شیرهای انبساط حرارتی دارای تعدیل کننده خارجی نیز در سیستم هایی مورد استفاده قرار میگیرد که افت فشار مبرد در گذر از اواپراتور محسوس است.
در مثال زیر یک شیر انبساط حرارتی از نوع Parallel Liquid-Charge در سیستمی که با مبرد R12 کار میکند در نظر گرفته شده است. در تصویر یک شیر انبساط حرارتی دارای تعدیل کننده داخلی جهت تغذیه اواپراتور به کار رفته است و فرض بر این گرفته شده که اواپراتور مورد نظر دارای هیچ گونه افت فشاری نیست. بنابراین در ورود و خروج اواپراتور فشار ثابت بوده که در این مثال برای مبرد R12 فشار اشباع Psi 27 و دمای اشباع مبرد متناظر با فشار اشباع، 28 درجه فارانهایت ذکر شده است. بنابراین یکی از نیروهای اعمالی به دیافراگم در جهت بستن شیر انبساط حرارتی نیروی Psi 27 از سمت مبرد ورودی به اواپراتور میباشد. اگر نیروی حاصل از فشار فنر اعمالی به دیافراگم شیر انبساط را در جهت بستن آن Psi 7 در نظر بگیریم در نتیجه مبرد درون حباب حرارتی جهت قرار دادن اکسپنشن ولو در آستانه باز شدن باید فشاری معادل Psi 7 + 27 یعنی Psi 34 به دیافراگم شیر انبساط حرارتی اعمال کند و جهت رسیدن به این فشار حباب حرارتی باید دمایی در حدود 37 درجه فارانهایت داشته باشد (اینکه در فشار Psi 34 حباب حرارتی دارای چه دمایی است بستگی به نوع شیر انبساط حرارتی و مبرد درون آن دارد. در این مثال همانطور که اشاره شد، اکسپنشن ولو به کار رفته از نوع Parallel Liquid-Charged میباشد بدین معنا که مبرد بکار رفته در حباب حرارتی همان مبرد R12 موجود در سیکل تبرید این مثال است) .
محل نصب حباب حرارتی اکسپنشن

اگر دمای لوله خط مکش کمپرسور را نیز برابر دمای مبرد درون حباب حرارتی در نظر بگیریم در نتیجه میتوان گفت سوپرهیت خروجی معادل 27 - 38 یعنی 9 درجه فارانهایت میباشد.
حال همین شیر انبساط دارای تعدیل کننده داخلی را با همان تنظیم فنر بر روی اواپراتوری که دارای Psi 6 افت فشار است نصب می کنیم. اگر مبرد خروجی از اواپراتور دارای فشار Psi 27 باشد بنابراین مبرد ورودی به اواپراتور دارای فشار Psi 33 بوده است. در نتیجه فشار اعمالی در زیر دیافراگم جهت بستن شیر انبساط برابر Psi 33 بعلاوه Psi 7 فشار فنر خواهد بود. بنابراین از طرف حباب حرارتی باید فشار معادل Psi 7 + 33 یعنی Psi 40 اعمال شود تا سه نیرو یکدیگر را خنثی کرده و شیر انبساط حرارتی در آستانه باز شدن قرار گیرد. حباب حرارتی نمونه ذکر شده که از مبرد R12 پرشده است برای رسیدن به چنین فشاری باید دمایی در حدود 43 درجه فارانهایت داشته باشد (دمای خط مکش کمپرسور).

محل نصب حباب حرارتی اکسپنشن

در نتیجه میزان سوپرهیت خروجی برابر 28 - 43 یعنی معادل 15 درجه فارانهایت خواهد شد.
مشاهده میشود زمانیکه از یک اکسپنشن ولو دارای تعدیل کننده داخلی با اواپراتوری که دارای افت فشار محسوسی است استفاده میگردد میزان سوپرهیت خروجی افزایش چشمگیری پیدا میکند. اما در تصویر زیر مشاهده میکنید که اگر در همین شرایط از نوعی شیر انبساط حرارتی استفاده شود که دارای تعدیل کننده خارجی است مشکل برطرف شده و میزان سوپرهیت مبرد خروجی برابر همان 9 درجه فارانهایت خواهد شد.

محل نصب حباب حرارتی اکسپنشن

روش انتخاب شیر انبساط و نحوه انتخاب سوزن اکسپنشن ولو

یک شیر انبساط باید متناسب با ظرفیت کمپرسور و سطح تبادل حرارتی اواپراتور انتخاب گردد تا مطمئن شویم میزان مناسبی از جریان مبرد در اواپراتور وارد شده، از تمام ظرفیت برودتی اواپراتور استفاده بهینه می‌شود و پدیده­ هایی همچون تغذیه بیش از حد و یا تغذیه کم اواپراتور رخ نداده و یک مقدار سوپرهیت مناسب و پایدار در خروجی از اواپراتور داشته باشیم.
محاسبه تناژ اکسپنشن ولو شرکت­های مختلف همه بر یک پایه و اساس می‌باشند. در این مبحث نمونه­ ای از شیرهای انبساط شرکت دانفوس را انتخاب کرده و روش انتخاب شیر انبساط مناسب و نحوه انتخاب سوزن اکسپنشن ولو صحیح را بررسی می‌کنیم.
روش انتخاب شیر انبساط حتما در کاتالوگ مرجع محصول با ذکر یک مثال برای راهنمایی مشخص شده است. برای نمونه کمپانی  دانفوس در گذر زمان، کاتالوگهایی با ویرایش­های مختلفی عرضه نموده است و در هر نسخه از کاتالوگ نحوه انتخاب شیر انبساط با ذکر یک مثال شرح داده شده است. در کاتالوگهای جدید انتخاب شیر انبساط و نحوه انتخاب سوزن اکسپنشن ولو با روابط بسیار ساده ­تر و سریعتر انجام می‌گردد.
در اینجا یکی از قدیمی ­ترین کاتالوگهای شرکت دانفوس انتخاب شده است که در آن انتخاب شیر انبساط و نحوه انتخاب سوزن اکسپنشن ولو پیچیده­ ترین حالت ممکن را دارا است. با درک کامل مفاهیم این قسمت، انتخاب شیر انبساط در ویرایشهای جدید کاتالوگ دانفوس به مراتب ساده ­تر و قابل درک تر خواهد بود. در ابتدا به یکی از کاتالوگهای قدیمی دانفوس (مربوط به سال 2008) بخش مربوط به انتخاب اکسپنشن ولو مدل TEX5 نگاهی گذرا انداخته و برخی مفاهیم را بررسی می‌کنیم.



1 – تناژ برودتی شیر انبساط ارائه شده برای سری B و سری N در جدول تناژ Nominal یا اسمی می‌باشد که توسط سازنده برای شرایط کاری مفروض ارائه شده است. مفهوم این است که شیر انبساط در هر شرایط کاری تناژ برودتی متفاوتی خواهد داشت.
2 – در زیر جدول شرایط تناژ اسمی ذکر گردیده است، برای نمونه در جدول فوق اگر شیر انبساط TEX5 سری N با سوزن 02 دارای تناژ برودتی 26.1 کیلووات (7.5 تن تبرید) است، مبنا بر این بوده که دمای تبخیر در اواپراتور برابر 4+ درجه سانتیگراد و دمای تقطیر در کندانسور برابر 38+ درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است. بنابراین اگر شرایط تغییر کند، یعنی اگر دمای تقطیر در کندانسور یا دمای تبخیر در اواپراتور تغییر کند، تناژ اکسپنشن ولو از 26.1 کیلووات (یا 7.5 تن تبرید) به عدد دیگری تغییر خواهد کرد.
جهت انتخاب اکسپنشن ولو مناسب باید سه فاکتور مشخص باشد:

1 – ظرفیت برودتی اواپراتور
2 – فشار تبخیر در اواپراتور Pe 
3 – فشار تقطیر در کندانسور Pc 
4 – اختلاف فشار مابین دو جزء فشار پایین (اواپراتور) و فشار بالا (کندانسور) یعنی P∆

از میان 4 مورد ذکر شده فوق، 3 مورد اولیه بدیهی می‌باشد و لزومی به بحث در مورد آنها نیست.

اختلاف فشار ما بین قسمت پر فشار و کم فشار از رابطه زیر بدست می آید:

(P = Pc - Pe - ∆Psys - ∆PDis – (∆PH∆

P∆ : مجهول رابطه
Pc : برابر فشار معادل با دمای تقطیر سیستم در کندانسور (Tc) می‌باشد.
Pe : برابر فشار معادل با دمای تبخیر در اواپراتور (Te) می‌باشد.
Psys∆ : برابر افت فشار مبرد مایع هنگام گذر از لوله خط مایع، فیلتر درایر، شیر برقی، شیر دستی و سایت­ گلاس بوده که بطور تقریبی این میزان افت فشار را برابر bar 0/3 در نظر می‌گیرند.
PDis∆ : برابر افت فشار مبرد هنگام گذر از پخش­ کن و لوله های رابط متصل به آن است که بطور تقریبی این میزان افت فشار را برابر bar 1 در نظر می‌گیرند.
PH∆ : برابر میزان افت فشار استاتیکی است که در اثر وجود اختلاف ارتفاع مابین اواپراتور و رسیور (مخزن ذخیره) به وجود می­ آید. مقدار این افت فشار با معلوم بودن اختلاف ارتفاع موجود مابین اواپراتور و رسیور در سیستم و نوع مبرد موجود، از جدول موجود در کاتالوگ دانفوس یا جدول ذکر شده در زیر (بر حسب bar) به دست می ­آید.

30 متر 24 متر 18 متر 12 متر 6 متر نوع مبرد
3/5 2/8 2/1 1/4 0/7 R22
3/6 2/8 2/1 1/4 0/7 R134a
3/2 2/5 1/9 1/3 0/6 R404A
3/2 2/5 1/9 1/3 0/6 R507

نکته
· در اواپراتورهای آبی به دلیل عدم وجود پخش­ کن و لوله های رابط، بنابراین در محاسبات مربوط به افت فشار اینگونه اواپراتورها، فشار PDis∆ را برابر مقدار عددی صفر در نظر می‌گیرند.
· در اکثر سیستمهای نه چندان بزرگ فریونی، نهایت اختلاف ارتفاع مابین اواپراتور و مخزن ذخیره کندانسور از2 الی 3 متر تجاوز نمی‌کند، بنابراین با مراجعه به جدول حداقل مقدار عددی 0/7 الی 0/6 ذکر شده در جدول برای اختلاف ارتفاع 6 متر، بیش از حد معمول بوده و ترجیحا مقدار افت فشار ناشی از ارتفاع را برای اواپراتورهای هوایی برابر 0/2 bar در نظر می‌گیریم.
همچنین در برخی دیگر از منابع مانند: A Technical Hand Book About Refrigerant Applications تالیف شرکت SWEP محاسبه افت فشار مابین دو جزء پر فشار و کم فشار سیستم به صورت: P = Pc - Pe - ∆Psys - ∆PDis∆ بیان شده است و در آن افت فشار استاتیکی، به دلیل کمی اختلاف ارتفاع معمول مابین دو عضو اواپراتور و رسیور ناچیز و صفر در نظر گرفته شده و در کلا رابطه حذف شده است. در نهایت خواهیم داشت:

اواپراتورهای آبی اواپراتورهای هوایی
(P = Pc - Pe - 0/5 (bar∆ (P = Pc - Pe - 1/5 (bar∆

مثال : مطلوبست محاسبه ظرفیت اکسپنشن ولو مناسب، برای اواپراتور آبی یک چیلر زیر صفری به شرایط زیر:
- ظرفیت برودتی اواپراتور 8.2 کیلووات
دمای تبخیر مبرد درون اواپراتور Te = -10C و فشار متناظر با این دمای تبخیر برابر 2/5 بار
کندانسور سیستم از نوع آبی و دمای تقطیر در کندانسور Tc= 30C و فشار متناظر با این دمای تقطیر 10/8 بار
- اختلاف فشار دو سمت اکسپنشن ولو برابر 0/5 - 2/5 -10/8 =  P∆ یا به عبارت دیگر 7/8 = P∆ بار یا تقریبا 8 بار
- مبرد سیستم R22


نزدیکترین و مناسب ترین اکسپنشن ولو برای این اواپراتور شیر انبساط TEX5 دانفوس با سوزن شماره 0.5 به ظرفیت برودتی 9 کیلووات است.

راهنمایی تخصصی

جهت انتخاب اکسپنشن ولو با داشتن: ظرفیت برودتی اواپراتور، دمای تبخیر در اواپراتور و دمای تقطیر در کندانسور شیر انبساط مورد نظر خود را از روی کاتالوگ انتخاب کنید و یا جهت مشاوره فنی با کارشناسان ما تماس بگیرید.

عبارت Flooding به معنای تغذیه بیش از حد اواپراتور توسط اکسپنشن ولو و در نتیجه عدم تبخیر تمامی مایع ورودی به اواپراتور و برگشت مایع به سمت کمپرسور میباشد. عبارت Starving به معنای تغذیه کم اواپراتور از مایع توسط شیر انبساط و در نتیجه سوپرهیت بالا در خروج اواپراتور است. پدیده Hunting نیز به باز و بسته شدن مداوم شیر انبساط و مشاهده تغییرات چشمگیر، دائمی و غیر پایدار در فشار ساکشن و سوپرهیت خروجی اواپراتور میگویند.

به طور کلی در خروج اکسپنشن ولو یا ورودی به اواپراتور به دلیل افت فشار و دما، رطوبت بر روی اکسپنشن ولو یخ میزند و تشکیل برفک بر روی اکسپنشن ولو امری طبیعی است. به طور کل فراموش نکنید که شیر انبساط در تمامی شرایط باید عایق باشد تا تحت تاثیر عوامل محیطی قرار نگیرد. بنابراین علاوه بر حباب حرارتی شیر انبساط، پاور و تمامی اکسپنشن ولو نیز باید عایق شود. اگر در اواپراتور با شرایطی همانند تصویر زیر مواجه شدید، به اصطلاح اواپراتور کامل پر نشده و سیستم نیاز به شارژ بیشتری از مبرد دارد.


و اما اگر تصویری همانند شکل زیر مشاهده نمودید:


علاوه بر اطمینان از کافی بودن میزان مبرد درون سیستم، حتما سلامت سیستم دیفراست و برفک زدایی اواپراتور را نیز بررسی نمایید.

دقت بفرمایید که در هر شرایطی اگر دمای لوله برگشت کمتر از نقطه شبنم محیط باشد، رطوبت بر روی لوله برگشت به صورت قطرات شبنم تقطیر میشود و اگر دمای لوله کمتر از صفر درجه سانتیگراد بوده و عایق نشده باشد، رطوبت موجود در هوا بر روی لوله تشکیل برفک میدهد. بنابراین تشکیل برفک بر روی لوله برگشت به معنای عدم کارکرد مناسب شیر انبساط، خرابی اکسپنشن ولو و یا برگشت مایع نیست. برگشت یا عدم برگشت مایع به سمت کمپرسور تنها از روی اندازه گیری سوپرهیت در خروجی اواپراتور و ورودی به ساکشن کمپرسور قابل تشخیص است و یخ زدن لوله برگشت کمپرسور در بسیاری از موارد امری کاملا طبیعی است.

مطالب مرتبط