تهویه نوین ایرانیان

شير انبساط چيست؟

يك واحد تهويه مطبوع تهويه نوين ايرانيان داراي سه قسمت اصلي است: كمپرسور ، كندانسور و اواپراتور كه داراي شير انبساط است.

شير انبساط قطعه اي از تجهيزات است كه فشار را در سيستم كاهش مي دهد. رايج ترين شكل اين شيرها يك شير انبساط حرارتي (TMV) است كه در سيستم هاي گرمايش ، تهويه و تهويه هوا (HVAC) استفاده مي شود. دو نوع اصلي شيرهاي انبساط كولر گازي شيرهاي انبساط ترموستاتيك و لوله هاي مويرگي هستند.

يك شير انبساط ترموستاتيك جريان مبرد را كنترل مي كند و مي تواند در دما يا فشارهاي مختلف كار كند. لوله مويرگي وظيفه انتقال سطح فشار در سيستم به لوله حسگر متصل به TMV را دارد و اساساً به عنوان گاز عمل مي كند. يك واحد تهويه مطبوع داراي سه قسمت اصلي است: كمپرسور ، كندانسور و اواپراتور. اين شير بخشي از اواپراتور است.

براي خنك كردن ساختمان ، گاز يخچال مانند Freon® از طريق كمپرسور جايي كه داغ و تحت فشار قرار مي گيرد ، جريان مي يابد. سپس گاز از طريق سيم پيچهايي كه باعث پراكنده شدن گرما مي شوند ، عبور مي كند و اين امر مجدداً به يك مايع تبديل مي شود. سپس مايع متراكم شده از طريق يك دريچه انبساط عبور مي كند و در آنجا تبخير مي شود و تبديل به يك گاز سرد مي شود كه گرما را از هواي اطراف مي كشد. اين گاز از طريق مجموعه ديگري از سيم پيچ ها عبور مي كند و يك دمنده هواي سرد داخل ساختمان را مي دود و گرماي توليد شده در طي فرآيند به بيرون منتقل مي شود. يخچال يا فريزر به همين روش كار مي كند.

انواع شير انبساط

شير انبساط دبي مبرد را كنترل مي كند و مكانيزم هاي كنترل جريان مبرد كه در سيستمهاي تهويه مطبوع و سيستم هاي برودتي به كار مي روند عبارتند از :

شيرهاي انبساط ترموستاتيكي (مكانيكي)

لوله مويين

شيرهاي انبساط الكترونيكي

شير هاي انبساطي مكانيكي و الكترونيكي از رايج‌ترين شيرهاي انبساط براي كنترل دبي مبرد در سيستم هاي تهويه مطبوع و برودتي مي باشند.

شير انبساط ترموستاتيكي

شير انبساط ترموستاتيكي يا حرارتي كه با نام شير مكانيكي نيز شناخته مي‌شود رايج ترين شير انبساط به كار رفته در دستگاه هاي برودتي و تهويه مطبوع است و با علامت اختصاري TEV يا TXV نمايش داده مي شود. كه مخفف عبارت انگليسي Thermal Expansion Vales مي باشد.

در اكسپنشن ولو هاي مكانيكي ميزان جريان مبرد كه به درون اواپراتور وارد مي شود توسط دو عامل كنترل مي شود :

فشار ورودي اواپراتور

درجه حرارت خروجي اواپراتور

اجزاي شير انبساط ترموستاتيكي

اجزاي شير انبساط ترموستاتيكي عبارتند از :

صافي

سوزن

ديافراگم

بدنه شير

حباب حسگر

محفظه عبور مبرد

دريچه اتصال متعادل كننده خارجي

فنر تنظيم فشار استاتيكي سوپرهيت

براي آنكه بتوانيم نحوه عملكرد شير انبساط ترموستاتيكي را مورد ارزيابي قرار دهيم ابتدا بايد انواع فشار هاي وارده به ديافراگم شير انبساط را بررسي كنيم

فشار فنر كه به سمت بالا مي باشد.

فشار اواپراتور كه به سمت بالا مي باشد.

فشار حباب حسگر كه به سمت پايين مي باشد.

فشارهاي ذكر شده به طور مداوم و با توجه به شرايط كاري سيستم تهويه نوين ايرانيان نسبت به يكديگر در حال تغيير مي باشند تا ميزان مبرد ورودي به داخل اواپراتور توسط شير انبساط تنظيم شود. ميزان فشار فنر شير انبساط مكانيكي توسط شركت سازنده آن تنظيم مي شود كه اين مقدار تعيين كننده ميزان سوپرهيت در خروجي اواپراتور است. اگر از حالت كاليبره كه توسط شركت سازنده انجام شده است خارج شود، براي سيستم تهويه مشكلاتي را ايجاد مي كند و بايد توسط كارشناسان آموزش ديده و طبق دستورالعمل هاي كمپاني سازنده شير مكانيكي مجدداً كاليبره و تنظيم شود.

شير انبساط ترموستاتيكي بر اساس ميزان دماي بخار سوپرهيت خروجي از اواپراتور، دبي مبرد ورودي به اواپراتور را تنظيم مي كند. حباب حسگر دما در خروجي اواپراتور نصب مي شود و دماي بخار سوپرهيت مبرد خروجي از اواپراتور را اندازه گيري مي كند. سنسور به وسيله يك لوله مويين به قسمت فوقاني ديافراگم شير مكانيكي وصل مي شود.

كل فرايند تحت فشار انجام مي شود ، كه نياز به استفاده از يك شير انبساط ترموستاتيك دارد. هنگامي كه فشار داخل كمپرسور به يك سطح از پيش تعيين شده مي رسد ، TMV باز مي شود كه اجازه مي دهد فشار كاهش يابد. سپس Freon® از طريق شير به سمت اواپراتور حركت مي كند. با اين كار جريان و فشار درون سيستم تهويه مطبوع حفظ مي شود.

لوله مويرگي حاوي يك فيلتر در يك انتهاي آن است كه از يك شبكه ريز ساخته شده است و از ورود بقاياي داخل لوله جلوگيري مي كند. اين عمل تقريباً به همان روش شير انبساط ترموستاتيك كار مي كند ، اما نمي تواند تغييرات قابل توجهي در دما يا فشار را تحمل كند. لوله مويرگي براي دما و فشار ثابت طراحي شده است و به عنوان گاز بين كندانسور و اواپراتور كار مي كند.

انواع شير انبساط ترموستاتيكي

شيرهاي انبساط مكانيكي به دو دسته تقسيم مي شوند

شير با متعادل كننده داخلي

شير با متعادل كننده خارجي

در صورتيكه اواپراتور افت فشار بالايي داشته باشد از شير انبساط با متعادل كننده خارجي استفاده مي شود. در اين نوع از شير ها، فشار خروجي اواپراتور توسط يك لوله به زير ديافراگم منتقل مي شود و شير پاسخ صحيح به سوپرهيت مي دهد و سوپرهيت اضافه توليد نمي‌كند.

شير انبساط ترموستاتيكي تهويه نوين ايرانيان با متعادل كننده خارجي بر اساس فشار خروجي اواپراتور كار مي‌كند و شير ترموستاتيكي با متعادل كننده داخلي بر اساس فشار ورودي اواپراتور كار مي كند.

نظريه عمليات

شير انبساط حرارتي عنصر اصلي پمپ حرارتي است. اين چرخه اي است كه تهويه هوا يا خنك كننده هوا را ممكن مي كند. يك چرخه اساسي تبريد از چهار عنصر اصلي تشكيل شده است: كمپرسور ، كندانسور ، دستگاه اندازه گيري و اواپراتور. با عبور مبرد از مدار حاوي اين چهار عنصر ، تهويه مطبوع اتفاق مي افتد. چرخه با ورود مبرد به صورت گازي با فشار كم ، دماي متوسط ??و كم فشار وارد كمپرسور مي شود. مبرد توسط كمپرسور به حالت گازي فشار بالا و دماي بالا فشرده مي شود. سپس گاز فشار قوي و دماي بالا وارد كندانسور مي شود. خازن ، گاز فشار و دماي بالا را خنك مي كند و باعث مي شود با انتقال گرما به محيط دماي پايين تر ، معمولاً هواي محيط ، به مايع فشار بالا متراكم شود.

شرح

كنترل جريان ، يا اندازه گيري مبرد با استفاده از يك لامپ سنجش دما ، پر از يك گاز يا بار مايع مانند آنچه در داخل سيستم است ، انجام مي شود كه باعث مي شود روزنه دريچه در برابر فشار فنر در شير باز شود. بدن با افزايش دما روي لامپ. با كاهش دماي خط مكش ، فشار در لامپ و در نتيجه روي فنر كاهش مي يابد و باعث بسته شدن شير مي شود. سيستم تهويه مطبوع با شير TX اغلب كارآمدتر از ساير طرحهايي است كه از آن استفاده نمي شود. همچنين ، سيستم هاي تهويه مطبوع سوپاپ TX به جمع كننده (مخزن مبرد قرار داده شده در پايين دست خروجي اواپراتور) نيازي ندارند ، زيرا دريچه ها با كاهش بار حرارتي اواپراتور ، جريان مبرد مايع را كاهش مي دهند ، بنابراين تمام مبرد در داخل اواپراتور كاملاً تبخير مي شود (در شرايط كار عادي مانند دماي مناسب اواپراتور و جريان هوا). با اين حال ، يك مخزن گيرنده مبرد مايع بايد قبل از شير TX در خط مايع قرار گيرد تا در شرايط بار حرارتي اواپراتور كم ، هرگونه مبرد مايع اضافي بتواند در داخل آن ذخيره شود ، مانع از برگشت مايع داخل سيم پيچ كندانسور از خط مايع

انواع

دو نوع اصلي از شيرهاي انبساط حرارتي وجود دارد: داخلي يا خارجي برابر شده. تفاوت شيرهاي مساوي خارجي و داخلي در نحوه تأثير فشار اواپراتور بر موقعيت سوزن است. در شيرهاي مساوي داخلي ، فشار اواپراتور در برابر ديافراگم فشار ورودي اواپراتور است (به طور معمول از طريق اتصال داخلي به خروجي دريچه) ، در حالي كه در شيرهاي برابر شده خارجي ، فشار اواپراتور در برابر ديافراگم فشار در ديافراگم است. خروجي اواپراتور. دريچه هاي انبساط ترموستاتيك برابر شده با خارج ، هرگونه افت فشار از طريق اواپراتور را جبران مي كنند.  براي شيرهاي مساوي داخلي ، افت فشار در اواپراتور تأثير افزايش گرماي بيش از حد را خواهد داشت.

از شيرهاي برابر شده داخلي مي توان روي سيم پيچ هاي تك اواپراتور داراي افت فشار كم استفاده كرد. اگر از يك توزيع كننده مبرد براي اواپراتورهاي موازي متعدد استفاده مي شود (نه يك شير روي هر اواپراتور) ، بايد از يك شير مساوي خارجي استفاده شود. از TXV هاي برابر شده خارجي مي توان در همه برنامه ها استفاده كرد. با اين حال ، يك TXV برابر شده خارجي نمي تواند با يك TXV داخلي برابر جايگزين شود. براي كاربردهاي خودرو ، معمولاً از نوعي شير انبساط حرارتي مساوي خارجي كه به شير نوع بلوك معروف است استفاده مي شود. در اين نوع ، يا يك لامپ حسي در داخل اتصال خط مكش در داخل بدنه شير قرار دارد و با ماده مبرد كه از خروجي اواپراتور خارج مي شود ، در تماس مداوم است يا وسيله انتقال گرما فراهم مي شود تا مبرد بتواند تبادل شود گرما را با بار سنجش موجود در محفظه اي واقع در بالاي ديافراگم هنگامي كه به خط مكش جريان مي يابد ، گرم كنيد.

اگرچه از نوع لامپ / ديافراگم در بيشتر سيستم هايي كه سوپرهيت مبرد را كنترل مي كنند استفاده مي شود ، شيرهاي انبساط الكترونيكي در سيستم هاي بزرگتر يا سيستم هاي داراي اواپراتورهاي متعدد رايج تر مي شوند تا امكان تنظيم آنها به طور مستقل فراهم شود. اگرچه دريچه هاي الكترونيكي مي توانند دامنه كنترل و انعطاف پذيري بيشتري را فراهم كنند كه انواع لامپ / ديافراگم نمي توانند ايجاد كنند ، اما آنها به سيستم نياز به سنسورهاي دما و فشار اضافي و مدار كنترل الكترونيكي ، پيچيدگي و نقاط خرابي را مي دهند. اكثر شيرآلات الكترونيكي از يك موتور پله اي مهر و موم شده در داخل شير براي فعال كردن يك شير سوزني با مكانيزم پيچ استفاده مي كنند ، در بعضي از واحدها فقط روتور استپر در داخل بدنه هرمتيك قرار دارد و توسط سيم پيچ هاي استاتور در خارج از مغناطيسي از طريق سوپاپ مهر و موم شده هدايت مي شود دستگاه

معايب استفاده از شيرهاي انبساط الكترونيكي

قيمت نسبتاً بالاتر شيرهاي انبساط الكترونيكي نسبت به شيرهاي انبساط مكانيكي

تاثير انتخاب شير انبساطي با سايز بالاتر

در صورت انتخاب شير انبساط مكانيكي بزرگتر از ظرفيت اواپراتور، مبرد بيشتري وارد اواپراتور مي شود. اين امر باعث برفك زدن اواپراتور مي‌گردد و باعث آسيب رسيدن به اواپراتور و كاهش ظرفيت چيلر مي شود.

تاثير شارژ زياد مبرد بر عملكرد شير انبساط

يكي از عواقب شارژ زياد مبرد فرار روغن از كمپرسور مي باشد. فرار روغن از كمپرسور بر روي ظرفيت چيلر تراكمي اثر مي گذارد و باعث كاهش آن مي‌شود. در چيلرهاي فشار بالا و فشار پايين روغن به عنوان يك روان كننده و خنك كننده استفاده مي شود. زماني كه روغن به لوله مويي مي‌رود با مبرد مخلوط مي شود كه باعث مي شود راندمان و ظرفيت چيلر كاهش پيدا كند.

تاثير شارژ كم مبرد بر عملكرد شير انبساط

اگر سيستم مورد نظر به اندازه كافي شارژ نشود و فشار داخل اواپراتور نيز كم مي شود كه باعث مي شود مبرد بيشتر به داخل اواپراتور وارد شود. در صورتي كه سيستم دچار كمبود مبرد شود، خط مايعي كه بايد پر از مايع سابكول باشد به اندازه كافي مايع در آن وجود ندارد كه بتواند برودت لازم را تامين كند.

كمبود مايع در ورودي شير انبساط باعث مي شود كه در خروجي آن اين نيز مايع كم باشد و اين امر باعث مي شود كه قطرات مايع در اواپراتور به سرعت تبخير شوند. اين امر باعث مي شود گاز مبرد بيشتر با هواي گرم انتقال حرارت داشته باشد كه باعث افزايش سوپرهيت در اواپراتور مي شود. شارژ كم مبرد باعث كاهش ظرفيت برودتي مي شود و به همين دليل دماي آب ورودي به اواپراتور افزايش پيدا مي كند. در نتيجه دماي آب خروجي از اواپراتور نيز افزايش پيدا مي كند.