|
Termostatyczne zawory rozprężne znajdują szerokie zastosowanie w komercyjnym chłodnictwie i klimatyzacji. Ich głównym zadaniem jest optymalne napełnienie parowników czynnikiem chłodniczym. Są elementem automatyki o działaniu proporcjonalnym, co w praktyce oznacza, że w sposób proporcjonalny do obciążenia cieplnego dostosowują napełnienie parownika czynnikiem chłodniczym.
 W przeciwieństwie do automatycznych zaworów rozprężnych, urządzenia te z powodzeniem mogą być stosowane w instalacjach z jednym parownikiem jak i z wieloma parownikami podłączonymi do jednego przewodu ssawnego. Jeśli temperatura skraplania we wszystkich parownikach jest taka sama to w instalacji nie trzeba stosować dodatkowych elementów automatyki. Jeśli natomiast termostatyczne zawory rozprężne będą zastosowane przy parownikach o różnych temperaturach wrzenia, należy dodatkowo zastosować zawory dławiące wyrównujące ciśnienie w przewodzie ssawnym.
Budowa i zasada działania termostatycznego zaworu rozprężnego
Schemat termostatycznego zaworu rozprężnego z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia został pokazany na rysunku 1. Czynnik chłodniczy wpływa ze skraplacza do komory wysokiego ciśnienia 10. Następnie przepływając pomiędzy dyszą 4, a iglicą 5 wpływa do komory niskiego ciśnienia 9, redukując ciśnienie z ciśnienia skraplania do ciśnienia wrzenia. Następnie czynnik przepływa do parownika. Elementami regulującymi przepływ czynnika chłodniczego przez zawór są tutaj: 7 – śruba regulująca naciąg sprężyny 6, ciśnienie w mieszku ciśnieniowym 2, oraz ciśnienie w komorze niskiego ciśnienia 9, które traktowane jest w tym przypadku jako ciśnienie w całym parowniku. Termostatyczne zawory rozprężne z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia mogą być stosowane tylko do parowników, w których spadek ciśnienia przepływającego czynnika chłodniczego nie przekracza różnicy ciśnienia odpowiadającemu zmianie temperatury parowania o 1K [6]. Dla R134a będzie to około 8 kPa, a dla R407A 12 kPa.
 Rolą zaworu rozprężnego jest utrzymywanie stałego napełnienia czynnikiem chłodniczym parownika. Regulacja napełnienia wygląda następująco. Czujnik zaworu jest umieszczony bezpośrednio za parownikiem na przewodzie ssawnym. Jego zadaniem jest przekazywanie sygnału ciśnieniowego do zaworu na podstawie temperatury gazu znajdującego się za parownikiem. Czynnik w parowniku wrze w stałej temperaturze. W miarę przepływania czynnika wzdłuż parownika, ilość czynnika w fazie gazowej wzrasta, a czynnika w fazie ciekłej maleje. W pewnym momencie cały czynnik ulega odparowaniu. Od tego miejsca jego temperatura wzrasta. Różnica temperatury wrzenia i temperatury gazu na końcu parownika jest nazywana przegrzewem lub temperaturą przegrzewu. Termostatyczny zawór rozprężny reaguje na temperaturę przegrzewu. Prawidłowo skonstruowany termostatyczny zawór rozprężny jest zamknięty jeśli w instalacji nie występuje minimalna temperatura przegrzewu – tak zwany pzegrzew statyczny TSS (rysunek 2). Dopiero po osiągnięciu przegrzewu statycznego, zawór zaczyna się otwierać i umożliwia przepływ czynnika chłodniczego do parownika. To, na jaką wysokość otworzy się zawór zależy od przegrzewu otwarcia TSO. W ten sposób termostatyczny zawór rozprężny chroni sprężarkę przed zalaniem w momencie, gdy obciążenie cieplne parownika jest minimalne.
Gdy temperatura czynnika chłodniczego na końcu parownika wzrasta, wzrasta także ciśnienie w czujniku termostatycznego zaworu rozprężnego. Sygnał ciśnieniowy jest przekazywany rurką kapilarną 11 bezpośrednio do mieszka termostatycznego zaworu rozprężnego, a trzpień zaworu 3 przesuwa się w dół umożliwiając przepływ czynnika o większym strumieniu. Do parownika zaczyna dopływać więcej czynnika chłodniczego. Powoduje to, że całkowite odparowanie czynnika chłodniczego zachodzi w dalszej części parownika, a to z kolei sprawia, że temperatura przegrzewu zmniejsza się – obniżając tym samym ciśnienie w czujniku [2]. (...)
Termostatyczne zawory rozprężne z wymienialną dyszą
Wśród termostatycznych zaworów rozprężnych dość dużym powodzeniem cieszą się te z wymienialną dyszą. Umożliwiają one zmianę mocy zaworu bez potrzeby wymiany całego zaworu na nowy, w przypadku gdy zawór został błędnie dobrany do instalacji. Np. gdy napełnienie parownika „nie podąża” za zmianami obciążenia, może to oznaczać, że dobrany zawór jest zbyt dużej mocy. Moc nominalna zaworu będzie w dolnej części charakterystyki statycznej (rysunek 2). Należy w tym wypadku wymienić zawór na inny o mniejszej mocy, lub w przypadku zaworów z wymienialną dyszą, wymienić dyszę, na taką, która wymusi mniejszy przepływ czynnika chłodniczego do parownika [7]. Podobnie będzie w przypadku, gdy temperatura przegrzewu będzie się utrzymywać cały czas na za wysokim poziomie. Oznacza to, że dobrany zawór jest zbyt małej mocy i zawór cały czas pracuje przy pełnym otwarciu. Należy go wymienić na większy, czyli na dyszę o większej mocy.
Wypełnienie czujnika
Dość istotny wpływ na poprawne działanie termostatycznego zaworu rozprężnego ma rodzaj wypełnienia czujnika zaworu. W termostatycznych zaworach rozprężnych spotykamy się z kilkoma rodzajami wypełnień.
 Czujnik wypełniony gazem
Gaz jakim wypełnione są czujniki tego rodzaju, to dokładnie ten sam czynnik, który płynie w instalacji chłodniczej. W czujniku jest tak mało czynnika, że cały znajduje się w fazie gazowej. Ponieważ wzrost temperatury w czujniku powoduje zdecydowanie mniejszy wzrost ciśnienia (rysunek 6, krzywa B) niż w przypadku czynnika po stronie parownika (rysunek 6, górna część krzywej A), czujniki tego typu są stosowane jedynie do ochrony przewodu ssawnego przed nadmiernym ciśnieniem.
Czujnik wypełniony cieczą
W tym przypadku także stosuje się wypełnienie tym samym czynnikiem chłodniczym co w instalacji. Czynnika w czujniku jest na tyle dużo, że niezależnie od temperatury czujnika zawsze mamy jakąś jego część w postaci cieczy. Powoduje to, że cały czas „poruszamy” się po linii nasycenia. Tego typu czujniki są najczęściej stosowane w termostatycznych zaworach rozprężnych. Ich wadą jest to, że nie chronią przewodu ssawnego przed nadmiernym ciśnieniem, a w niektórych instalacjach jest to wymagane. Poza tym, dla tego typu czujników, ważna jest odpowiednio dobrana ilość czynnika. Wynika to z tego, że nie wiadomo, z której strony: mieszka, czy czujnika będzie niższa temperatura. A to właśnie tam będzie się wykraplać czynnik. Zalecane jest aby w czujniku tego rodzaju było na tyle dużo czynnika, aby nawet jeśli wykroplony wypełni cieczą cały mieszek i całą rurkę kapilarną, to w czujniku nadal część tej cieczy powinna pozostać.
Czujnik wypełniony cieczą inną niż czynnik chłodniczy instalacji (...)
Czujnik wypełniony niewielką ilością cieczy (...)
Czujniki wypełnione adsorbentem (...)
 Dobór termostatycznego zaworu rozprężnego
Aby dokonać prawidłowego doboru termostatycznego zaworu rozprężnego do instalacji należy [8]:
● określić dla jakiego czynnika chłodniczego dobierany jest zawór;
● określić moc cieplną parownika;
● określić temperaturę i ciśnienie wrzenia w parowniku;
● określić spadek ciśnienia jaki będzie zachodził w parowniku (jest to niezbędne aby określić czy zawór rozprężny będzie z wewnętrznym czy zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia);
● określić ciśnienie i temperaturę w skraplaczu;
● określić jaki będzie spadek ciśnienia i temperatury pomiędzy skraplaczem a zaworem rozprężnym;
● znać sposób połączenia zaworu z instalacją, oraz średnice przewodów;
● uzyskać informację czy instalacja wymaga bypassów;
● uzyskać informację czy sprężarka wymaga ograniczania ciśnienia po stronie ssawnej.
Odpowiadając na te pytania, można prawidłowo dokonać wyboru termostatycznego zaworu rozprężnego korzystając z katalogów producentów.
Montaż
Montaż termostatycznego zaworu rozprężnego sprowadza się do prawidłowego umiejscowienia w instalacji zaworu, czujnika oraz podłączenia linii wyrównania ciśnienia.
Sposób montowania czujnika
Bardzo istotną sprawą dla poprawności działania termostatycznego zaworu rozprężnego jest poprawne umieszczenie czujnika ponieważ czujnik ma przekazywać sygnał ciśnieniowy na podstawie temperatury jaką ma czynnik chłodniczy w fazie gazowej za parownikiem. Podczas montażu czujnika należy zatem zastosować się do kilku zaleceń [8]:
● przed montażem należy się upewnić, że przewód, na którym będzie montowany czujnik jest czysty;
● dla przewodów o średnicy zewnętrznej, ½ cala lub mniejszej, czujnik należy montować na górnej części przewodu powyżej godziny 3 (rysunek 8 pozycja 1);
● dla przewodów o średnicy zewnętrznej, większej niż 7/8 cala należy montować czujnik na godzinie 4 (rysunek 8 pozycja 3);
● nigdy nie wolno montować czujnika pod przewodem, ponieważ często w przewodzie ssawnym występuje olej, i to on będzie się gromadził w dolnej części przewodu. Ten sposób zamontowania spowoduje błędny odczyt temperatury w przewodzie przez czujnik [7];
● przewód czujnika (rurka kapilarna), nie może w żadnym miejscu dotykać parownika, ponieważ może to powodować miejscowe skraplanie się gazu;
● nie wolno montować czujnika na pionowych przewodach i zbyt blisko elementów o dużej masie np. zaworów zwrotnych;
● czujnik powinien być zamontowany pomiędzy parownikiem, a linią zewnętrznego wyrównania zaworu, możliwie jak najbliżej końca parownika;
● w instalacji z wieloma parownikami, czujnik musi być zamontowany na linii zaraz za parownikiem, nie można go montować na wspólnej linii ssawnej sprężarki. (...)
Termostatyczny zawór rozprężny... z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia (...)
...z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia (...)
Zawory o przepływie dwukierunkowym (...)
Podsumowanie
Termostatyczne zawory rozprężne są najczęściej stosowanymi elementami dławiącymi w instalacjach chłodniczych [3], a ich roczna produkcja liczona jest w milionach. Moce jakie dostarczają do parownika wahają się od 0,4 kW do 1,08 MW [7]. Są szczególnie przydatne w instalacjach z wieloma parownikami podłączonymi do wspólnego przewodu ssawnego. Regulacja pracy sprężarek w instalacjach z termostatycznymi zaworami rozprężnymi odbywa się najczęściej za pomocą presostatów [1]. Termostatyczne zawory rozprężne, podczas postoju sprężarki, odcinają dopływ czynnika chłodniczego do parownika, ale tylko wtedy, gdy nie są nadmiernie podgrzane, dlatego należy pamiętać aby miejsce zainstalowania czujnika termostatycznego zaworu rozprężnego chronić przed działaniem zewnętrznych impulsów temperaturowych. Gdy nie jesteśmy w stanie uniknąć działania zewnętrznych impulsów temperaturowych, należy przed zaworem rozprężnym umieścić zawór elektromagnetyczny, który będzie odcinał dopływ czynnika chłodniczego do parownika w czasie postoju. Elektromagnetyczny zawór odcinający jest niezbędny także w sytuacji, gdy zakres regulacji temperatury w pomieszczeniu jest wąski [1].
LITERATURA
[1] ANDERSEN S.A. Automatyczne urządzenia chłodnicze, Wydawnictwo Przemysłu Lekkiego i Spożywczego, Warszawa 1964.
[2] GRZEBIELEC A., Ruciński A., Rusowicz A.: Ćwiczenia w laboratorium chłodnictwa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.
[3] JORGENSEN F.: The expansions valve’s potentials and limitations, Danfoss, 2005.
[4] LESZCZYŃSKI H.: Aparatura i urządzenia chłodnicze, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1990;
[5] ALFACO, Dodatkowy typoszereg zaworów TXC, Katalog produktów.
[6] ASHRAE Handbook, Refrigerant control devices, 2001.
[7] Danfoss: Fitters notes, Thermostatic expansion valves.
[8] Parker Hannifin Corporation: Catalog CIC-2003-1/US, Thermostatic and Constant Pressure (Automatic) Expansion Valves. 2003.
wydanie 1-2/2008 CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ:
TRADYCYJNĄ E-WYDANIE |
