Termiczny zawór rozprężny
Termiczny zawór rozprężny lub termostatyczny zawór rozprężny (często w skrócie TEV , TXV lub zawór TX ) jest elementem chłodnictwa i klimatyzacji ze sprężaniem pary układy kontrolujące ilość czynnika chłodniczego uwalnianego do parownika i mające na celu regulację przegrzania czynnika chłodniczego wypływającego z parownika do stałej wartości. Chociaż często określa się go jako zawór „termostatyczny”, zawór rozprężny nie jest w stanie regulować temperatury parownika do dokładnej wartości. Temperatura parownika będzie zmieniać się tylko wraz z ciśnieniem parowania, które będzie musiało być regulowane w inny sposób (np. poprzez regulację wydajności sprężarki).
Termiczne zawory rozprężne są często określane ogólnie jako „urządzenia dozujące”, chociaż może to również odnosić się do każdego innego urządzenia, które uwalnia ciekły czynnik chłodniczy do sekcji niskiego ciśnienia, ale nie reaguje na temperaturę, takiego jak rurka kapilarna lub zawór sterowany ciśnieniem zawór.
Teoria operacji
Termiczny zawór rozprężny jest kluczowym elementem pompy ciepła ; jest to cykl, który umożliwia klimatyzację lub chłodzenie powietrzem. Podstawowy obieg chłodniczy składa się z czterech głównych elementów: sprężarki , skraplacza , urządzenia dozującego i parownika . Gdy czynnik chłodniczy przechodzi przez obwód zawierający te cztery elementy, następuje klimatyzacja. Cykl rozpoczyna się, gdy czynnik chłodniczy dostaje się do sprężarki w postaci gazowej o niskim ciśnieniu i średniej temperaturze. Czynnik chłodniczy jest sprężany przez sprężarkę do stanu gazowego o wysokim ciśnieniu i wysokiej temperaturze. Gaz o wysokim ciśnieniu i temperaturze wchodzi następnie do skraplacza. Skraplacz chłodzi gaz o wysokim ciśnieniu i temperaturze, umożliwiając jego skraplanie do cieczy o wysokim ciśnieniu poprzez przenoszenie ciepła do medium o niższej temperaturze, zwykle do powietrza otoczenia.
Aby uzyskać efekt chłodzenia z cieczy o wyższym ciśnieniu, przepływ czynnika chłodniczego wchodzącego do parownika jest ograniczany przez zawór rozprężny, zmniejszając ciśnienie i umożliwiając izoentalpowe rozprężanie z powrotem do fazy gazowej w niższej temperaturze. Urządzenie rozprężne typu TXV ma bańkę czujnikową wypełnioną cieczą, której właściwości termodynamiczne są podobne do właściwości czynnika chłodniczego. Żarówka ta jest termicznie połączona z wyjściem parownika, dzięki czemu można mierzyć temperaturę czynnika chłodniczego opuszczającego parownik. Ciśnienie gazu w bańce czujnikowej zapewnia siłę do otwarcia zaworu TXV, a zatem dynamicznie reguluje przepływ czynnika chłodniczego wewnątrz parownika, aw rezultacie przegrzanie uzyskiwane przez czynnik chłodniczy opuszczający parownik.
Przegrzanie to nadwyżka temperatury pary powyżej jej temperatury wrzenia przy ciśnieniu parowania. Brak przegrzania wskazuje, że czynnik chłodniczy nie odparowuje w pełni w parowniku i ciecz może zostać zawrócona do sprężarki. Z drugiej strony nadmierne przegrzanie wskazuje, że przez wężownicę parownika przepływa niewystarczająca ilość czynnika chłodniczego, a zatem duża jego część nie zawiera ciekłego czynnika chłodniczego, który mógłby odparować i nie zapewnia znaczącego chłodzenia w tej części. Dlatego poprzez regulację przegrzania do małej wartości, zwykle tylko kilku °C, wymiana ciepła przez parownik będzie prawie optymalna, bez zawracania nadmiaru nasyconego czynnika chłodniczego do sprężarki.
Niektóre termiczne zawory rozprężne są również specjalnie zaprojektowane, aby zapewnić, że określony minimalny przepływ czynnika chłodniczego zawsze może przepływać przez system, podczas gdy inne mogą być również zaprojektowane do kontrolowania ciśnienia w parowniku, tak aby nigdy nie wzrosło powyżej wartości maksymalnej.
Opis
Sterowanie przepływem lub dozowanie czynnika chłodniczego odbywa się za pomocą czujnika temperatury, wypełnionego gazem lub cieczą podobną do tej w układzie, która powoduje otwarcie otworu w zaworze wbrew ciśnieniu sprężyny w zaworze ciało wraz ze wzrostem temperatury żarówki. Wraz ze spadkiem temperatury linii ssącej spada ciśnienie w bańce, a tym samym w sprężynie, powodując zamknięcie zaworu. System klimatyzacji z zaworem TX jest często bardziej wydajny niż inne konstrukcje, które go nie wykorzystują. Ponadto układy klimatyzacji z zaworami TX nie wymagają akumulatora (zbiornika czynnika chłodniczego umieszczonego za wylotem parownika), ponieważ zawory zmniejszają przepływ ciekłego czynnika chłodniczego, gdy spada obciążenie termiczne parownika, dzięki czemu cały czynnik chłodniczy całkowicie odparowuje wewnątrz parownika (w normalnych warunkach pracy, takich jak odpowiednia temperatura parownika i przepływ powietrza). Jednak zbiornik odbiorczy ciekłego czynnika chłodniczego musi być umieszczony na przewodzie cieczowym przed zaworem TX, aby w warunkach niskiego obciążenia termicznego parownika można było w nim przechowywać nadmiar ciekłego czynnika chłodniczego, zapobiegając cofaniu się cieczy do wężownicy skraplacza z płynna linia.
mocą znamionową zaworu , otwór może stać się przewymiarowany w stosunku do obciążenia cieplnego, a zawór może zacząć się wielokrotnie otwierać i zamykać, próbując kontrolować przegrzanie do ustawionej wartości, powodując przegrzanie oscylować. Ładunki krzyżowe, to znaczy wykrywające ładunki żarówek składające się z mieszaniny różnych czynników chłodniczych lub również gazów niebędących czynnikami chłodniczymi, takich jak azot (w przeciwieństwie do wsadu składającego się wyłącznie z tego samego czynnika chłodniczego w systemie, zwanego wsadem równoległym), ustawić tak, aby krzywa prężności pary w funkcji temperatury wsadu w ampułce „przecinała” krzywą prężności pary w funkcji temperatury czynnika chłodniczego w systemie przy określoną wartość temperatury (to znaczy napełnienie ampułki ustawione w taki sposób, że poniżej określonej temperatury czynnika chłodniczego prężność pary ładunku ampułki nagle staje się wyższa niż czynnika chłodniczego w układzie, zmuszając iglicę pomiarową do pozostania w pozycji otwartej), pomagają zredukować zjawisko polowania na przegrzanie, zapobiegając całkowitemu zamknięciu otworu zaworu podczas pracy systemu. Ten sam wynik można osiągnąć za pomocą różnych rodzajów kanałów upustowych, które przez cały czas generują minimalny przepływ czynnika chłodniczego. Kosztem jest jednak określenie pewnego przepływu czynnika chłodniczego, który nie dotrze do linii ssawnej w stanie pełnego odparowania, gdy obciążenie cieplne jest szczególnie niskie, a sprężarka musi być do tego zaprojektowana. Starannie dobierając ilość ładunku bańki wykrywającej ciecz, można również osiągnąć efekt tzw. MOP (maksymalnego ciśnienia roboczego); powyżej dokładnej temperatury czynnika chłodniczego ładunek czujnika zostanie całkowicie odparowany, co spowoduje, że zawór zacznie ograniczać przepływ niezależnie od wykrytego przegrzania, zamiast zwiększać go w celu obniżenia przegrzania parownika do wartości docelowej. Dlatego ciśnienie w parowniku nie wzrośnie powyżej wartości MOP. Ta funkcja pomaga kontrolować maksymalny roboczy moment obrotowy sprężarki do wartości akceptowalnej dla danego zastosowania (takiego jak silnik samochodowy o małej pojemności skokowej).
Stanowi niskiego napełnienia czynnikiem chłodniczym często towarzyszy podczas pracy sprężarki głośny świszczący dźwięk z zaworu rozprężnego i parownika, co jest spowodowane brakiem spiętrzenia cieczy tuż przed ruchomym otworem zaworu, co skutkuje kryzę próbującą odmierzyć parę lub mieszaninę pary z cieczą zamiast cieczy.
typy
Istnieją dwa główne typy zaworów rozprężnych: wyrównane wewnętrznie lub zewnętrznie. Różnica między zewnętrznymi i wewnętrznymi zaworami wyrównawczymi polega na tym, jak ciśnienie parownika wpływa na położenie igły. W zaworach wyrównawczych wewnętrznie ciśnienie parownika względem membrany jest ciśnieniem na wlocie parownika (zwykle przez wewnętrzne połączenie z wylotem zaworu), podczas gdy w zaworach wyrównawczych zewnętrznie ciśnienie parownika względem membrany jest ciśnieniem przy wylot _ parownika. Zewnętrznie wyrównane termostatyczne zawory rozprężne kompensują wszelkie spadki ciśnienia w parowniku. W przypadku zaworów wyrównawczych wewnętrznie spadek ciśnienia w parowniku będzie miał wpływ na zwiększenie przegrzania.
Wewnętrznie wyrównane zawory mogą być stosowane w jednoobwodowych wężownicach parownika o niskim spadku ciśnienia. Jeśli rozdzielacz czynnika chłodniczego jest używany do wielu równoległych parowników (zamiast zaworu na każdym parowniku), należy zastosować zewnętrzny zawór wyrównawczy. Zewnętrznie wyrównane TXV mogą być używane we wszystkich aplikacjach; jednakże zewnętrznie wyrównany TXV nie może zostać zastąpiony wewnętrznie wyrównanym TXV. W zastosowaniach motoryzacyjnych często stosuje się rodzaj zewnętrznego zaworu rozprężnego wyrównanego termicznie, znanego jako zawór typu blokowego. W tym typie albo czujnik znajduje się w przyłączu przewodu ssawnego w korpusie zaworu i jest w stałym kontakcie z czynnikiem chłodniczym wypływającym z wylotu parownika, albo zapewniony jest środek wymiany ciepła, dzięki czemu czynnik chłodniczy może wymieniać ciepła z ładunkiem czujnikowym zawartym w komorze znajdującej się nad membraną, gdy przepływa do linii ssącej.
Chociaż w większości systemów kontrolujących przegrzanie czynnika chłodniczego stosuje się typ z pompką/membraną, elektroniczne zawory rozprężne stają się coraz bardziej powszechne w większych systemach lub systemach z wieloma parownikami, aby umożliwić ich niezależną regulację. Chociaż zawory elektroniczne mogą zapewnić większy zakres regulacji i elastyczność, których nie mogą zapewnić typy z ampułką/membraną, zwiększają złożoność i punkty awarii systemu, ponieważ wymagają dodatkowych czujników temperatury i ciśnienia oraz elektronicznego obwodu sterującego. Większość zaworów elektronicznych wykorzystuje silnik krokowy hermetycznie zamknięty wewnątrz zaworu do uruchamiania zaworu iglicowego z mechanizmem śrubowym, w niektórych jednostkach tylko wirnik krokowy znajduje się w hermetycznym korpusie i jest napędzany magnetycznie przez uszczelniony korpus zaworu przez cewki stojana na zewnątrz urządzenie.
