Genleşme valfinin amacı, soğutucu akışkanın sistemin yüksek basınçlı yoğuşma tarafından düşük basınçlı evaporatöre akışını kontrol etmektir. Çoğu durumda, basınç düşürme, modülasyonlu veya iki konumlu değişken bir akış deliği aracılığıyla sağlanır. Genleşme valfleri kontrol yöntemine göre sınıflandırılabilir.
TERMOSTATİK GENLEŞME VANALARI
Doğrudan genleşme devreleri, sıvı soğutucu akışkanın kompresöre geri dönme riski olmayacak şekilde tasarlanmalı ve kurulmalıdır. Bu durumu sağlamak için, evaporatördeki ısı değişim yüzeyi kuru doymuş gazı kızdıracak şekilde ısıtmak için kullanılır. Kızgınlık miktarı genellikle 5 K mertebesindedir.
Bu tür devreler için termostatik genleşme valfleri (TEV'ler), buharlaştırıcıdan çıkan gazın aşırı ısınmasını algılayacak bir mekanizma içerir (Şekil 1). Soğutucu akışkan evaporatörde Te ve pe'de kaynar, ta ki tamamı buhar olana kadar, A noktası ve sonra aşırı ısınarak Ts , pe koşuluna ulaşır ve bu noktada emme hattına, B noktasına geçer. Aynı soğutucu akışkanın Ts sıcaklığında ayrı bir kabı ps basıncına sahip olacaktır ve Şekil 1'de C–B ile temsil edilen ps - pe farkı, kızdırma miktarıyla doğrudan ilişkili bir sinyaldir.
Temel termostatik genleşme vanası (Şekil 2), devredeki ile aynı soğutucu ile doldurulmuş bir dedektöre ve güç elemanına sahiptir. Şişede aşırı ısıtılmış gaz tarafından üretilen basınç ps, kılcal boru yoluyla diyaframın tepesine eşitlenir. Ayarlanabilir bir yay, diyaframda ps - pe dengesini sağlar ve valf gövdesi merkeze takılır. Aşırı ısınma herhangi bir nedenle düşerse sıvının kompresöre ulaşma riski olacaktır. Ts, ps'de karşılık gelen bir düşüşle azalacaktır. Diyafram üzerindeki kuvvetler artık dengede değildir ve yay valfi kapatmaya başlayacaktır.
p1 / p2 =T1 / T2
Tersine, evaporatör üzerindeki yük artarsa, soğutucu akışkan daha erken buharlaşacak ve şişe konumunda daha fazla kızdırma olacaktır. Ardından ps artacak ve yeni talebi karşılamak için valfi daha geniş açacaktır.
Şişenin kapasitesi, güç elemanının geri kalanından daha büyük olmalıdır veya içindeki yük, daha soğuksa, valf kapsülü ve tüpüne geçebilir. Bu olursa, Ts'deki şişe sadece buhar içerecek ve T-p eğrisi üzerindeki bir Ts, ps konumuna yanıt vermeyecektir.
Bu son etkiden faydalanılabilir. Güç elemanı, içindeki tüm soğutucu önceden belirlenmiş bir sıcaklıkta (genellikle 0°C) buharlaşacak şekilde şarj edilebilir. Bu noktanın üzerinde, içindeki basınç kaynama noktası eğrisini izlemeyi bırakacak, ancak Şekil 3'te gösterildiği gibi gaz yasalarını izleyecektir; ve vana kapalı kalacaktır. Bu, tahrik motorunu aşırı yükleyebilecek sıcak bir sistemi ilk kez çalıştırırken evaporatör basıncını sınırlamak için yapılır. Buna limit yükleme veya maksimum çalışma basıncı denir. Bu tür valfler, şişenin en soğuk kısmı olacak şekilde takılmalıdır.
T - p eğrisinin eğimi sabit değildir, bu nedenle sabit bir yay basıncı, daha yüksek bir çalışma sıcaklığı aralığında daha fazla kızdırmaya neden olur. Buna izin vermek ve çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilen bir valf sağlamak için, karakteristik eğriyi değiştirmek üzere şişe iki veya daha fazla uçucu sıvının bir karışımı ile doldurulabilir.
Bazı üreticiler, bir gazın silis jeli veya odun kömürü gibi gözenekli bir malzeme tarafından adsorpsiyonu ilkesini kullanır. Adsorban bir katı olduğundan ve küçük şişeden göç edemediğinden, bu kapakçıklar şarjın tersine dönmesine maruz kalmazlar.
HARİCİ EŞİTLEYİCİ
Basit termostatik genleşme valfi bobin çıkışındakiyle yaklaşık olarak aynı olan diyaframın altındaki basınca dayanır ve küçük bobin basınç düşüşleri, yay ayarında yapılan ayarlamalarla giderilebilir.
Bir evaporatör bobininin birkaç paralel geçişe bölündüğü durumlarda, her geçişte eşit akışı sağlamak için küçük bir basınç kaybına sahip bir dağıtım cihazı kullanılır. 1-2 barlık basınç düşüşleri yaygındır. Şimdi diyaframın altındaki basınç ile bobin girişindeki basınç arasında çok daha büyük bir sonlu fark olacaktır. Bunu düzeltmek için, vananın gövdesi, şişe konumuna yakın bobin çıkışına götürülen bir orta hazne ve dengeleme bağlantısını barındıracak şekilde değiştirilir. Çoğu termostatik genleşme vanasında harici bir ekolayzır bağlantısı bulunur (bkz. Şekil 4).
Termostatik genleşme valfi esas olarak sönümsüz bir oransal kontroldür ve sürekli avlanır, ancak bu salınımın genliği doğru seçim ve kurulumla ve valf her zaman tasarım kütlesel akış aralığında çalışıyorsa sınırlandırılabilir. Kompresörler azaltılmış yükte çalıştırıldığında ve soğutucu kütle akışı valf tasarım aralığının altına düştüğünde zorluklar ortaya çıkar. Sabit olması gerekmemesine ve genellikle daha soğuk havalarda kompresör gücünden tasarruf etmek için düşmesine izin verilebilmesine rağmen, yoğuşma basıncını sabit tutmak faydalıdır. Küçük sistemlerdeki vanaların zaman zaman tamamen kapanıp tamamen açıldığı görülebilir. Termostatik genleşme valfinin aşırı avlanması, evaporatör yüzeyinin düzensiz bir soğutucu akışkan beslemesine sahip olduğu ve bunun sonucunda ısı transferi etkinliğinde hafif bir kayıp olduğu anlamına gelir. Avlanma, valf konumunun değiştirilmesi ile evaporatör çıkışındaki etki arasındaki zaman gecikmesinden kaynaklanıyorsa, sönümlemeyi artıracak olan sensör şişesinin kütlesini artırmak bir çözüm olabilir. Aşırı büyük kapakçıklar ve yanlış küçük şişe konumu da avlanmaya yol açabilir. Şişe her zaman yatay çıkışta, buharlaştırıcıya mümkün olduğunca yakın olmalı ve borunun alt tarafında olmamalıdır.
ELEKTRONİK GENLEŞME VANALARI
Elektronik genleşme valfi, daha hassas bir kontrol ve sistem koruması sunar. Faydaları şu şekilde özetlenebilir:
- Çok çeşitli kapasitelerde hassas akış kontrolü.
- Yük değişikliklerine hızlı tepki.
- Düşük kızdırmalarda daha iyi kontrol, böylece kızdırma için daha az evaporatör yüzeyi gerekir. Buharlaşma için daha fazla yüzey, daha yüksek buharlaşma sıcaklığı ve daha iyi verim sağlar.
- Bileşenler arasındaki elektrik bağlantısı, kompakt sistemler için önemli olan sistem düzeninde daha fazla esneklik sunar.
- Valf, sistem kapandığında kapanabilir, bu da ek bir kapatma solenoid valfı ihtiyacını ortadan kaldırır.
Kullanımda olan elektronik valf tipleri arasında, delik boyutunun kademeli bir motorla değiştirildiği sürekli akış tipi ve darbe genişliği modülasyonlu (PWM) tipi bulunur. Her durumda, valf ile bağlantılı olarak bir kontrolör kullanılır. Kontrolör, soğutucu akışkan ve valf tipi için önceden yapılandırılmıştır ve sensörlerden örneğin evaporatör çıkışındaki basınç ve sıcaklık gibi bilgileri alır. Bu, aşırı ısınmanın belirlenmesini sağlar. Valfe giden çıkış sinyali orifis ayarını başlatır. PWM valfi durumunda, valfin kapasitesini belirleyen açma ve kapama arasındaki ilişkidir. Valf açık veya kapalıdır ve birkaç saniyelik her zaman aralığı, sinyale bağlı olarak bir açılma periyodu içerecektir.
Her iki özelliği birleştiren üçüncü tip bir valf vardır. Aktüatöre modüle edici bir voltaj gönderilir ve voltaj arttıkça aktüatörün kabındaki basınç artar, bu da sabit süreli bir 'açık çevrim' sırasında valf açıklığının artmasına neden olur.
Her durumda kontrol, güç kaybı durumunda vananın kapalı kalması için yapılandırılabilir. Düşük ortam sıcaklığında meydana gelen kısmi yük durumu veya değişken yoğuşma basıncı altında, yoğuşma basıncı düşer. Termostatik genleşme vanaları avlanma eğilimindedir, ancak elektronik bileşenlere sahip sistemler kısmi yükte tam yükte olduğu gibi tamamen aynı ve kararlı bir şekilde çalışır.
Şekil 5'te sürekli akış tipi bir valf gösterilmektedir. Valf yuvası ve kaydırıcı katı seramikten yapılmıştır. Valf sürgüsünün şekli, %10 ile %100 arasında oldukça doğrusal bir kapasite karakteristiği sağlar. Kontrolöre ve yapılandırmasına bağlı olarak, farklı kontrol görevleri için tek bir kontrol vanası kullanılabilir. Olası kullanımlar şunları içerir: aşırı ısınma kontrolü için genleşme valfi, kapasite kontrolü için emme basıncı kontrolü, kompresörün aşırı ısınmasını gidermek için sıvı enjeksiyonu, yoğuşma basıncı kontrolü ve fazla kompresör kapasitesini telafi etmek ve buharlaşma basıncının bir setin altına düşmemesini sağlamak için sıcak gaz baypas kontrolü nokta.
KILCAL BORULAR VE KISITLAYICILAR
Genleşme valfinin değişken deliği, küçük sistemlerde uzun ince bir boru ile değiştirilebilir. Bu, modülasyon yapmayan bir cihazdır ve belirli sınırlamaları vardır, ancak doğru seçilip uygulandığı takdirde çok çeşitli koşullar üzerinde oldukça etkili kontrol sağlayacaktır. Kütle akışı, basınç farkının ve girişteki sıvı aşırı soğutma derecesinin bir fonksiyonudur. Kılcal boru, neredeyse sadece küçük iklimlendirme sistemlerinde kullanılır ve belirli parametreler dahilinde kendi kendini düzenler. Artan ortam sıcaklığı, koşullandırılmış alan üzerindeki yükün artmasına neden olur ve yoğuşma basıncı artarak daha fazla soğutucu akışını zorlar.
1–4 m uzunluklarda 0,8–2 mm boru delikleri yaygındır. Kılcal boru, yalnızca fabrikada üretilmiş ve test edilmiş, tam soğutucu şarjlı ekipmana takılır. Sahada kurulu sistemler için geçerli değildir.
Kısıtlayıcı genişletme cihazı, kılcal borunun bazı sınırlamalarının üstesinden gelir. Orifis hassas bir şekilde delinebilirken kılcal borular, uzunlukları boyunca iç çaplarında değişikliklere maruz kalabilir ve bu da tahmin edilen performansta değişikliklere neden olabilir. Şekil 6, cihazın tersinir bir klimada nasıl uygulandığını göstermektedir. Şekil 6a'da cihaz normal soğutma modunda gösterilmektedir. Küçük bir miktar yatay olarak serbestçe hareket edebilen bir mermi bir koltuğa bastırılır ve soğutucu akışkanı bir genleşme cihazı görevi gören merkezi kısıtlamadan geçmeye zorlar. Akış tersine döndüğünde, Şekil 6b, mermi diğer yuvaya geri hareket eder, ancak yiv açma, akışın içinden olduğu kadar dışarısından da geçmesine izin verir, böylece kısıtlama çok küçüktür.
Normalde evaporatör girişinden ziyade kondansatörün çıkışına takılır. Bu, buharlaştırıcıya giden bir sıvı hattı yerine borunun sıvı ve flaş gazı içerdiği ve yalıtılması gerektiği anlamına gelir. Isı alımı performans için zararlı olsa da, sıvıyı sürmek için kullanılan basınç düşüşü normalde genleşme valfinde meydana gelirdi. Bölünmüş sistemlerde uzak evaporatörlere giden sıvı hatları oldukça uzun olabilir ve daha yaygın olarak kullanılan tipte bir yüksek basınçlı sıvı hattında basınç düşüşü, kondenser basıncının artmasına ve kabarcık oluşturma eğilimine neden olabilir. Kısıtlayıcı, yoğuşturma ünitesinin bir parçası olarak da teslim edilebilir ve çıkarılabilir olup, optimum performans elde etmek için değişikliklerin yapılmasına izin verir.
DÜŞÜK BASINÇ ŞAMANDIRA VANALARI VE ANAHTARLARI
Taşmalı buharlaştırıcılar, tüplerin ıslak kalması için sabit bir sıvı seviyesi gerektirir. Basit bir şamandıra valfi yeterlidir, ancak kaynayan sıvının yüzeyi çalkalandığından ve sürekli hareket mekanizmada aşırı aşınmaya neden olacağından, şamandıranın buharlaştırıcı kabuğunun dışına yerleştirilmesi gerekir. Bu nedenle şamandıra, kabuğa giden denge hatlarıyla birleştirilmiş ayrı bir bölme içinde tutulur (bkz. Şekil 7).
Böyle bir valf bir ölçüm cihazıdır ve kompresör durduğunda pozitif kapatma sağlamayabilir. Bu koşullar altında, basınçlar eşitlenene kadar soğutucu akışkan evaporatöre sızmaya devam edecek ve sıvı seviyesi emme çıkışına çok yakın yükselebilir. Bu kapatmayı sağlamak için sıvı hattında solenoid valfe ihtiyaç vardır.
Düşük basınçlı şamandıranın sıkı kapanması için bir solenoid valfe ihtiyacı olduğundan, bu valf önceden ayarlanmış bir orifisle bağlantılı olarak bir açma-kapama kontrolü olarak kullanılabilir ve bir şamandıra anahtarıyla kontrol edilebilir (Şekil 8).
En yaygın seviye dedektörü biçimi, bir sızdırmazlık manşonu içinde yükselen ve alçalan bir demir çekirdek taşıyan metalik bir şamandıradır. Bir endüksiyon bobini kovanı çevreler ve çekirdeğin konumunu algılamak için kullanılır. Ortaya çıkan sinyal, solenoid valfi değiştirmek için yükseltilir ve seviye ve hassasiyet için ayarlanabilir. Basınç düşürme cihazını sağlamak için bir kısma valfi takılmıştır.
Bir şamandıra kontrolü başarısız olursa, gövdedeki seviye yükselebilir ve sıvı kompresör emişine geçebilir. Bunu uyarmak için, bir alarmı çalıştırmak ve devre dışı bırakmak için genellikle daha yüksek bir seviyeye ikinci bir şamandıra anahtarı takılır.
Bir sıvı deposuna taşmalı serpantin yerleştirildiğinde, soğutucu akışkan seviyesi tankın içinde olacak ve bu da seviye kontrolünün konumlandırılmasını zorlaştıracaktır. Bu gibi durumlarda, şamandıra haznesinde dolaylı bir seviye vermek için alt denge borusunda bir gaz kapanı veya sifon oluşturulabilir. Sifonlar veya tuzaklar, yağ gibi uçucu olmayan bir sıvı içerecek şekilde de düzenlenebilir, böylece denge boruları buzlanmadan korunur.
YÜKSEK BASINÇ FLATÖRLER
Tek evaporatörlü taşmalı sistemde, kondenserden boşaltılan herhangi bir sıvıyı doğrudan evaporatöre iletecek bir şamandıra valfi takılabilir. Eylem, bir buhar kapanı ile aynıdır. Şamandıra odası, kondenser basıncındadır ve kontrol, yüksek basınçlı şamandıra olarak adlandırılır (Şekil 9).
Yüksek basınç şamandıra şalteri, kondenserin yüksek basınç alıcısına ihtiyaç duymadan boşaltılmasını sağlar. Evaporatördeki seviye, sistem yükü ile sabitlenir. Bu yöntemle kabuk ve plakalı ısı eşanjörleri ve püskürtmeli soğutucular kullanan düşük şarjlı sistemler mümkündür. Şekil 10'daki şamandıra valfi tipi, amonyak veya karbon dioksit soğutucu akışkanlarla çalışabilir. Düşük sıcaklık uygulamaları için sıvıyı bir ara flaş genleşme kabına genişleten şamandıra anahtarlı ekonomizör devreleri kullanılır. Bu kontrol birden fazla evaporatörü besleyemez çünkü her birinin ihtiyacını tespit edemez.
Kritik yükün zorluğu, evaporatörden çıkan herhangi bir fazla sıvı soğutucunun emiş hattındaki bir alıcıya veya akümülatöre dökülmesine izin verilerek ve bunun kondansatörden çıkan ılık sıvı ile kaynatılarak aşılabilir. Alçak basınçlı alıcı devresi olan bu sistemde, sıvı yüksek basınç şamandırası yoluyla kondenserden boşaltılır, ancak basınç düşüşünün son adımı, sıcak sıvı alıcı içindeki bobinlerden geçtikten sonra ikincil bir genleşme valfinde gerçekleşir. Bu şekilde, buharlaştırıcıdan çıkan fazla sıvıyı kaynatmak için ısı mevcuttur (bkz. Şekil 11).
İki ısı eşanjörü, kondenserden gelen sıcak sıvıyı bu kap içinde taşır. İlk bobin, alıcının üst kısmında bulunur ve gazın kompresöre kuru halde girmesini sağlamak için yeterli aşırı ısı sağlar. Alt bobin, fazla sıvıyı buharlaştırıcının kendisini bırakarak kaynatır. Bu soğutucu akışkan besleme yöntemiyle, evaporatörün daha iyi bir iç ıslanan yüzeyi vardır ve ısı transferinde bir iyileşme olur.
DİĞER SEVİYE KONTROLLERİ
Taşmalı bir evaporatörün gerekli sıvı seviyesine küçük bir ısıtıcı eleman, bir ısı algılama elemanı ile birlikte yerleştirilirse, sıvı soğutucu mevcut değilse, ikincisi daha yüksek bir sıcaklık algılayacaktır. Bu sinyal bir solenoid valfi çalıştırmak için kullanılabilir.
Sıvı seviyesini korumak için termostatik veya elektronik genleşme valfi de kullanılabilir. Şişe ve ısıtıcı elemanın her ikisi de gereken sıvı seviyesinde bir ampule kenetlenmiştir. Sıvı yoksa, ısıtıcı şişeyi aşırı ısınma durumuna kadar ısıtır ve valf daha fazla sıvı almak için açılır.
