Kühlungserweiterungsventilgrößen- und Auswahlprozess

Die ordnungsgemäße Auswahl der Expansionsventile ist entscheidend für die Effizienz und Zuverlässigkeit des Kühlsystems. Dieser Leitfaden beschreibt den systematischen Ansatz zur Größe und Auswahl von Expansionsventilen basierend auf den Systemanforderungen und den Betriebsbedingungen. Expansionsventile regulieren den Kältemittelfluss in den Verdampfer und machen ihre korrekte Auswahl für die Systemleistung, die Energieeffizienz und den Kompressorschutz wesentlich.

Arten von Expansionsventilen in Kühlsystemen

Das Expansionsventil ist eine entscheidende Komponente in Kühlsystemen, die für die Reduzierung des Drucks des Kältemittels verantwortlich ist und es ermöglicht, sich auszudehnen und zu kalt. Es gibt zwei primäre Arten von Expansionsventilen: thermostatische Expansionsventile (TXVs) und elektronische Expansionsventile (EEVs).

Thermostatische Expansionsventile (TXVs)

Thermostatische Expansionsventile bestehen aus zwei primären Komponenten, die zusammenarbeiten: das thermostatische Element (als Systemaktuator fungiert) und die Öffnung (die tatsächliche Ausdehnung von Kältemitteln). Sie sind so konzipiert, dass sie einen ständigen Überhitzung im Verdampferauslass aufrechterhalten, indem sie den Kältemittelfluss entsprechend den Anforderungen des Kühllasts modulieren. Das thermostatische Element erfasst die Temperatur des Kältemittels am Verdampferauslass und stellt die Ventilöffnung ein, um den gewünschten Überhitzung aufrechtzuerhalten.

Intern ausgleichende Ventile

Innen ausgeglichenen Ventilen den Verdampferdruck im Ventilauslass. Diese Ventile erhalten warmes Flüssigkeitskältemittel mit Hochdruck und verringern ihren Druck, sodass sich erheblich erweitern und abkühlen können. Diese Ventile sind für Verdampfer mit minimalem Druckabfall (unter 0,02 MPa oder 0,2 kgf/cm²) geeignet. Die Vorteile von intern ausgleichenden Ventilen umfassen:

• Einfaches Design und niedrige Kosten
• Einfach zu installieren und zu warten
• Geeignet für kleine bis mittelgroße Kühlsysteme

Interne Ventile sind jedoch möglicherweise nicht für Systeme mit großen Druckabfällen oder komplexen Verdampferkonfigurationen geeignet.

Extern ausgeglichene Ventile

Der Betrieb von extern ausgleichenden Ventilen ähnelt den innen ausgeglichenen Ventilen, mit der Ausnahme, dass der Verdampferdruck gegen die Unterseite des Ventilmembrans des Verdampfungsauslassrohrs über eine Ausgleichslinie gefüttert wird. Diese Auslegung balanciert die Expansionsventiltemperatur während der Phasenumwandlung und ist erforderlich, wenn der Druckabfall zwischen dem Ventilauslass und dem Verdampferauslass einen nennenswerten Druckabfall gibt. Extern ausgleichende Ventile sind geeignet für:

• Große Kühlsysteme mit komplexen Verdampferkonfigurationen
• Systeme mit Hochdruckabfällen (über 0,02 MPa oder 0,2 kgf/cm²)
• Anwendungen, bei denen eine präzise Kontrolle des Überhitzers erforderlich ist

Die Vorteile von extern ausgleichenden Ventilen umfassen:

• Verbesserte Überhitzungskontrolle
• Geeignet für große und komplexe Kühlsysteme
• Kann Hochdruckabfälle bewältigen

Externe elektrizierte Ventile sind jedoch komplexer und teurer als intern ausgleichende Ventile.

Elektronische Expansionsventile (EEVs)

Elektronische Expansionsventile bieten eine präzisere Kontrolle durch Impulsbreitenmodulation. Ihre Auswahlkriterien unterscheiden sich von thermostatischen Ventilen, wobei in der Regel bei 70-80% Lastkapazität für Klimaanlagen- und Kühlungsanwendungen geführt wird, was Reservekapazität für Ereignisse wie Zugdown-Perioden bietet. EEVs sind geeignet für:

• Hochvorbereitete Temperaturkontrollanwendungen
• Systeme mit variablen Kühllasten
• Anwendungen, bei denen die Energieeffizienz kritisch ist

Die Vorteile von EEVs umfassen:

• Hohe Präzisionstemperaturregelung
• Energieeffizient
• Geeignet für variable Kühllastanwendungen

EEVs sind jedoch komplexer und teurer als thermostatische Expansionsventile.

Vergleich der Expansionsventile

Die folgende Tabelle fasst die Schlüsselmerkmale von thermostatischen Expansionsventilen und elektronischen Expansionsventilen zusammen:

Ventil-Art	Überhitzungskontrolle	Druckabfall	Komplexität	Kosten
Intern ausgeglichen TXV	Mäßig	Niedrig	Niedrig	Niedrig
Extern ausgegleichter TXV	Hoch	Hoch	Medium	Medium
Elektronisches Expansionsventil (EEV)	Hoch	Variable	Hoch	Hoch

Schlüsselparameter für die Auswahl der Expansionsventile

Um ein Expansionsventil für ein Kühlsystem korrekt auszuwählen, müssen mehrere Parameter berücksichtigt werden:

1. Kältemitteltyp: Unterschiedliche Kältemittel erfordern spezifische Ventilkonstruktionen
2. Verdampferkapazität (QE): Die Kühllast bestimmt die Grundkapazitätsanforderung
3. Verdunstungstemperatur/Druck (TE/PE): Beeinflusst die Ventilkapazität und den Betrieb
4. Kondensungstemperatur/Druck (TC/PC): Bestimmt die hochseitigen Bedingungen
5. Flüssige Kältemittel (TL): Kritisch für die Bestimmung der Unterkühlung und zur korrekten Ventilgrößen
6. Druckabfall in Flüssigkeitslinie, Verteiler und Verdampfer (ΔP): Beeinflusst die Ventilleistung und die Auswahl des Equalizationstyps

Schritt-für-Schritt-Auswahlprozess

Schritt 1: Bestimmen Sie den Druckabfall über das Ventil

Der Druckabfall wird unter Verwendung der Gleichung berechnet:
ΔPTOT = (PC - PE) - ΔP

Wo:

• PC = Kondensungsdruck
• Pe = Verdampferdruck
• Δp = Summe von Druckabfällen in Flüssigkeitsleitung, Verteiler und Verdampfer

Diese Berechnung ist kritisch, da der Druckabfall die Kapazität des Ventils direkt beeinflusst.

Schritt 2: Bestimmen Sie die erforderliche Ventilkapazität

Verwenden Sie die Verdampferkapazität (QE), um die erforderliche Ventilkapazität bei einer bestimmten Verdampfungstemperatur auszuwählen. Korrigieren Sie bei Bedarf die Verdampferkapazität basierend auf dem Unterkühlwert.

Die Unterkühlung wird berechnet als:
ΔTSUB = TC - TL

Wo:

• TC = Kondensatemperatur
• TL = Flüssigkeitstemperatur

Die erforderliche Ventilkapazität wird bestimmt durch:
Qv = QE / FSUB

Wo:

• FSUB = Subcooling -Korrekturfaktor aus Herstellertabellen

Schritt 3: Wählen Sie die entsprechende Öffnungsgröße aus

Wählen Sie unter Verwendung des berechneten Druckabfalls über das Ventil, die Verdampfertemperatur und die korrigierte Verdampferkapazität die entsprechende Öffnungsgröße aus den Kapazitätstabellen des Herstellers für das spezifische Kältemittel aus. Die Kapazität der Expansionsventil muss gleich oder etwas größer sein als die berechnete Verdampferkapazität.

Schritt 4: Wählen Sie die thermostatische Ladung

Wählen Sie die entsprechende thermostatische Ladung basierend auf dem Anwendungs- und Temperaturbereich aus. Verschiedene Ladetypen umfassen:

• G-Ladung (Gas): In der Klimaanlage üblich
• L-lade (flüssig): Bietet eine präzise Kontrolle, wenn der Ventilkörper kälter ist als die Erfassungsbirne
• C/cl/cy-ladung (Kreuzladung): Wird in Low-Temperatur-Anwendungen verwendet, behält die Kontrolle unabhängig von der Ventilkörpertemperatur relativ zur Erfassungsbirne bei
• S/sa/sl-lade: Bietet präzise Kontroll- und maximale Betriebsdruck (MOP) Schutz

Schritt 5: Wählen Sie interne oder externe Ausgleiche

Wählen Sie zwischen der internen oder externen Ausgleich basierend auf dem Druckabfall im Verdampfer:

• Verwendung interne Ausgleich Wenn der Druckabfall über den Verdampfer vernachlässigbar ist (unter 0,02 MPa oder 0,2 kgf/cm²)
• Verwendung externe Ausgleich Wenn zwischen Ventilauslass und Verdampferauslass oder bei Verwendung eines Kältemittelshändlers vom Verdampfer am Verdampfereinlass einen signifikanten Druckabfall vorhanden ist

Auswirkungen der Betriebsbedingungen auf die Ventilauswahl

Auswirkung von Flüssigkeitstemperatur und Unterkühlung

Die Flüssigkeitstemperatur beeinflusst die Ventilauswahl erheblich. Wie in einer Fallstudie gezeigt, änderte ein Unterschied in der Flüssigkeitstemperatur von 43 ° C bis 21 ° C (aufgrund eines Subkühlers in einem zweistufigen Kompressor) das erforderliche Ventil von TE 12-5 auf ein viel kleineres TE 5-4-Modell.

Alle Standardkapazitätstabellen werden typischerweise für einen Unterkühlwert von 4 ° C berechnet. Wenn die tatsächliche Unterkühlung unterschiedlich ist, muss die Ventilkapazität unter Verwendung von Korrekturfaktoren angepasst werden, die von Herstellern bereitgestellt werden.

Auswirkung des Druckabfalls im Verdampfer

In Systemen mit merkwürdigem Druckabfall über den Verdampfer sollten extern ausgleichende Ventile verwendet werden. Für R134A erhöht ein Druckabfall von 0,01 MPa (0,1 kgf/cm²) die statische Überhitzung um ungefähr 1 ° C, was den Kältemittelfluss einschränkt und die Systemkapazität verringert.

Ein intern ausgeglichenes Ventil in einem System mit einem signifikanten Verdampferdruckabfall wird bei einem höheren als gewünschten Überhitzung funktionieren. In einem System mit einem Druckabfall von 6 psi über den Verdampfer würde beispielsweise ein intern ausgeglichenes Ventil bei 13 ° F überhitzen, anstatt der gewünschten 9 ° F.

Überhitzungseinstellungen und Einstellung

Überhitzung ist entscheidend für den ordnungsgemäßen Ventilbetrieb und den Systemschutz. In der Klimaanlage sind die meisten Ventile auf 10 ° F Überhitzung eingestellt. Die Überhitzungsanpassung verändert den statischen Überhitzung, der Überhitzung, bei dem sich das Ventil aus einem vollständig geschlossenen Zustand öffnet.

Superhitzung einstellen:

1. Messen Sie die Temperatur am Verdampferausgang (t)
2. Messen Sie den Verdampferdruck so nahe am Verdampfer wie möglich
3. Bestimmen Sie die Verdampfertemperatur (ET) aus Drucktemperaturdiagrammen
4. Berechnen Sie Superhitzel
5. Passen Sie den TXV gegebenenfalls an

Ventilgrößen- und Systemleistung

Folgen einer unsachgemäßen Größe

Die richtige Ventilgrößen Sie sind für die Systemleistung von entscheidender Bedeutung. Ein untergroßes Ventil verhungert den Verdampfer des Kältemittels, während ein übergroßes Ventil den Kompressor mit Kältemittern überfluten kann. Bei jeder Situation führt zu einem ineffizienten Betrieb, einer verringerten Systemkapazität und einem erhöhten Energieverbrauch.

Für elektronische Expansionsventile empfehlen die Auswahlkriterien normalerweise:

• 70-80% Lastkapazität für normale Kühlanwendungen
• 50-60% für Anwendungen mit niedrigen Temperatur

Überlegungen zur Energieeffizienz

Das Expansionsventil wirkt sich direkt auf die Systemeffizienz der Systeme aus. TXVs wurden in den späten 1980er Jahren wieder eingeführt, da der Energieverbrauch zu einem wichtigen Problem wurde und feste Messgeräte wie Kapillarrohre und Messkolben in vielen Anwendungen ersetzt.

Ein ordnungsgemäßes und eingestelltes Expansionsventil sorgt für eine optimale Leistung der Verdampfer und einen Kompressorschutz, was zu einem energieeffizienten Betrieb führt. Zu wenig Überhitzung kann den Kompressor beschädigen, während zu viel Überhitzung eine schlechte Verdampferleistung und eine Überhitzung des Kompressors verursacht.

Abschluss

Die ordnungsgemäße Auswahl und Größen Sie die Kühlventilienerweiterungsventile sind ein systematischer Prozess, der sorgfältige Berücksichtigung mehrerer Parameter erfordert. Durch die Auswahl des richtigen Expansionsventils werden die Systemanforderungen, die Berechnung der korrekten Kapazitäten und die Berechnung der Betriebsbedingungen wie Subkühlung und Druckabfall berechnet.

Ein gut ausgewähltes Expansionsventil sorgt nicht nur für eine optimale Systemleistung, sondern verbessert auch die Energieeffizienz und erweitert die Lebensdauer der Geräte. Der Auswahlverfahren sollte den Richtlinien der Hersteller einhalten und spezifische Anwendungsanforderungen berücksichtigen, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Durch den Schritt-für-Schritt-Ansatz, der in diesem Leitfaden beschrieben wird, können Ingenieure und Techniker zuversichtlich Expansionsventile auswählen, die eine präzise Kältemittelsteuerung für zuverlässige und effiziente Kühlsysteme bieten.