شیر انبساط چیست؟

شیر انبساط چیست

شیر انبساط (Expansion Valve) و لوله موئین که به نام تجهیزات انبساطی نامیده می‌­شوند، جزئی از یک سیکل تبرید هستند. سیکل تبرید از چهار جزء اصلی تشکیل شده است که عبارتند از: کمپرسور، اواپراتور، شیر انبساط و کندانسور.

هدف از کاربرد قطعات انبساطی در یک سیکل تبرید، کاهش سریع فشار مبرد (سرمازا) است؛ این فرآیند به مبرد این اجازه را می­دهد که سریعاً قبل از ورود به اواپراتور سرد شود. قطعات انبساطی که در سیکل تبرید مورد استفاده قرار می­ گیرند شامل سه نوع قطعه هستند:

  • لوله­‌ های موئین (Capillary Tube)
  • شیر انبساط ترموستاتیکی (TXV)
  • شیر انبساط الکترونیکی (EXV)

در حال حاضر، کاربرد تجهیزات انبساطی بیش­تر در سیستم­‌های برودتی و تهویه مطبوع است که در ادامه مقاله بیش­تر با این قطعات آشنا خواهیم شد.

شیر انبساط

شیر انبساط (Expansion Valve)، عملیات کنترل دبی مبرد (ماده سرمازا) را در سیستم‌­ های تبرید کنترل می­کنند. باتوجه به این­که یکی از وظایف عمده شیر های انبساط، کنترل جریان مبرد ورودی به اواپراتور است، با اسم‌­های شیر کنترل و شیر تنظیم نیز شناخته می­‌ شوند.

بر اساس ساختار دستگاه برودتی و سیستم تهویه مطبوع مورد نظر و نحوه کنترل دبی مبرد و نوع اواپراتور (خشک یا مرطوب)، شیر های انبساط مختلفی به کار برده می­‌ شوند.

در فرآیند سیکل تبرید، مبرد به حالت مایع بعد از عبور از اکسپنشن ولو با افت فشار زیادی مواجه می­‌شود و به دمای آن کاهش زیادی پیدا می­‌کند، مبرد وارد اواپراتور می­‌شود، در آن­جا به سبب پایین بودن دمای مبرد نسبت به دمای محیط، گرمای محیط به ماده سرمازا انتقال پیدا می‌­ کند، که این پدیده باعث می‌ شود مبرد شروع به تبخیر شدن نماید.

به این طریق بخار مبرد به کمپرسور وارد می­‌شود و با افزایش فشار از کمپرسور خارج می­‌شود (که این افزایش فشار باعث افزایش دما نیز می­‌شود)، در مرحله بعد مبرد (که به حالت بخار است) به کندانسور منتقل شده و در آن­جا مجدداً به فرم مایع برمی­‌گردد و به ورودی شیر انبساط می­‌رسد. سیکل برودتی تا زمانی که کمپرسور روشن است به صورت شرح داده شده تکرار می­‌شود.

همان­طور که توضیح داده شد، شیر انبساط در حد­فاصل بین کندانسور و اواپراتور قرار دارد؛ در حقیقت شیر انبساط، مانند کمپرسور، مرز ناحیه فشار بالا و فشار پایین به حساب می­آید و در ناحیه خط مایع مبرد قرار گرفته است. اکسپنشن ولو برخلاف کمپرسور که وظیفه افزایش فشار بخار مبرد را دارد، نقش کاهنده فشار در مایع مبرد موجود در سیکل تبرید را برعهده دارد.

نقش شیر انبساط

شیر انبساط، دو هدف اصلی را در سیکل تبرید به انجام می‌­رساند، کنترل دبی مبرد ورودی به داخل اواپراتور و حفظ اختلاف فشار بین کندانسور و اواپراتور.

  • کنترل دبی مبرد ورودی به داخل اواپراتور:

سطوح تبادل کننده حرارت در اواپراتور با مایع مبرد موجود در جریان ورودی، باید تا حد امکان در تماس باشند، تا مبردی به فرم مایع به داخل کمپرسور وارد نشود.

اگر ظرفیت تبادل حرارت مورد نیاز در اواپراتور بالا برود، شیر انبساط اجازه می­دهد که مقدار بیش­تری از ماده مبرد به داخل اواپراتور وارد شود؛ و هنگامی که ظرفیت دمایی اواپراتور کاهش پیدا کند، شیر انبساط مقدار مبرد ورودی را کاهش می­‌دهد و این امر منجر به تثبیت میزان سوپر هیت شده و از وارد شدن مایع مبرد به داخل کمپرسور جلوگیری به عمل می­­‌آورد.

  • حفظ اختلاف فشار بین کندانسور و اواپراتور:

اختلاف فشاری که به سبب کار کمپرسور در سیستم ایجاد می­شود، توسط شیر انبساط در سیکل تبرید حفظ می‌­گردد.

لوله های مویین

لوله‌­ های مویین

لوله­‌ی مویین، لوله‌­ای است با سایز مشخص و طول زیاد و پر پیچ ­و­ خم. لوله­ های مویین دارای یک سوراخ ورودی هستند که مایع مبرد فشار بالایی که از کنداسور خارج شده و از طریق این منفذ وارد لوله می‌­شود. به این طریق فشار مبرد در دهانه ورودی افزایش پیدا می­‌کند و خروجی لوله مویین پایین می‌آید.

فشار مبرد با عبور از لوله مویین و به دلیل اصطکاک موجود در دیواره آن، به سرعت کاهش پیدا می‌­کند. کاربرد این قطعه در سیستم­‌های کوچک تهویه مطبوع با ظرفیت­‌های پایین­‌تر نیز وجود دارد؛ مزایای استفاده از لوله­‌ی مویی علاوه بر قیمت پایین تر آن، سازگاری با تمام مبردهای فریونی و … است.

اما باید این نکته را در نظر داشت که کنترل نرخ جریان مبرد از این طریق، به اندازه دو نوع دیگر (شیرهای انبساطی) نیست. با توجه به این­که دهانه ورودی مبرد به لوله مویین یک منفذ ثابت است پس باید سیستم دارای شارژ متناسب با مبرد باشد تا از وارد آمدن فشار زیاد به لوله مویین و از کار افتادن این قطعه جلوگیری گردد.

مقاله مرتبط: علت یخ زدن لوله مویی کولر گازی

انواع شیر انبساط

شیرهای انبساط ترموستاتیکی (مکانیکی) و شیرهای الکترونیکی، از رایج­ترین وسیله‌­های کنترل کننده دبی ماده مبرد در انواع سیستم­‌های تهویه مطبوع و دستگاه­‌های برودتی هستند.

شیر انبساط ترموستاتیکی (مکانیکی) TXV:

شیرهای انبساط حرارتی، با نام­‌های دیگری نیز شناخته می‌­شوند: شیر انبساط مکانیکی و یا ترموستاتیکی. این نوع از شیرهای انبساطی، از بخش های زیر تشکیل شده است:

  1. دیافراگم
  2. محفظه عبور مبرد
  3. بدنه شیر
  4. فنر تنظیم فشار استاتیک سوپرهیت
  5. حباب حس­گر
  6. دریچه اتصال متعادل کننده خارجی

مزیت شیر انبساطی ترموستاتیکی نسبت به لوله مویین این است که توانایی تغییر جریان ورودی مبرد در یک سیکل تبرید تهویه مطبوع را دارد.

در قسمت خروجی اواپراتور، یک سنسور که حبابی حرارتی است قرار داده می­‌شود، این سنسور به وسیله یک لوله به شیر انبساط ترموستاتیکی متصل است.

اگر مبرد در اواپراتور از میزان مورد تقاضا کم­تر باشد، مبرد گرم شده و پس از خروج از اواپراتور منجر به گرم شدن سنسور می شود؛ گاز موجود در حباب حرارتی با گرم شدن منبسط خواهد شد و از طریق یک لوله به فنری که در شیر انبساطی ترموستاتیکی قرار دارد می­‌رسد، این عمل باعث فشرده شدن فنر و در نتیجه باز شدن بیش­تر دریچه ورود مبرد به داخل اواپراتور می‌شود.

نتیجه امر این است که به ورود مبرد بیش­تر به اواپراتور، دما متعادل خواهد شد. اتفاق دیگری که می­افتد این است که با افزایش ورود مبرد به داخل اواپراتور، دمای مبرد خارج شده از اواپراتور، نسبت به حالت معمول کاهش می­‌یابد. این اتفاق منجر به مایع شدن گاز داخل حباب و کاهش حجم آن می­‌شود.

انواع حباب حرارتی:

  • حباب حرارتی پر از مایع: این نوع حباب حرارتی با مقدار زیادی مبرد پر شده است. مبرد بکار رفته در حباب حرارتی می‌تواند شبیه به مبرد بکار رفته در سیکل سامانه (Parallel – Charged) و یا از نوع دیگری (Cross – Charged) باشد.
  • حباب حرارتی با حداکثر فشار عملکرد: در این نوع حباب حرارتی دارای حداکثر فشار عملکرد فشار می باشد، مثلا اگر روی شیر انبساط برای MOP حک شده باشد ۵۰ این یعنی این اینکه شیر انبساط اجازه نمی دهد که فشار اواپراتور بیشتر از Psi 50 برسد. حباب در این نوع دارای مقدار کمی مبرد است و همین امر کمک می کند که دمای اواپرتور از حدی بالاتر نرود.
  • حباب حرارتی دارای جاذب: در این نوع حباب حرارتی، حباب به همراه مبرد با نوعی ماده که در حکم یک جاذب (جذب کننده) را دارد پرمی‌شود.

با برگشت گاز به داخل حباب، فشار از روی فنر شیر انبساط برداشته می­‌شود که باعث این خواهد شد که دریچه مقداری بسته شود و بنابراین مبرد کم­تری به اواپراتور فرستاده خواهد شد. شیر انبساط ترموستاتیکی بر اساس مقدار دمای بخار سوپرهیت خارج شده از اواپراتور، نرخ جریان مبرد وارد شده به اواپراتور را تنظیم می­‌کند.

دمای بخار سوپرهیت خارج شده از اواپراتور را میتوان با استفاده از میزان کشش فنر شیر انبساط تنظیم نمود. به این صورت که اگر نیرو یا فشار را بیش­تر کنیم، به سوپرهیت بیش­تری برای غلبه بر نیروی فنر نیاز است؛ و هر اندازه که نیروی فنر را کاهش دهیم، به مقدار سوپرهیت کم­تری نیاز خواهد بود. این نیرو یا فشار باید توسط متخصصین مربوطه تنظیم گردد، زیرا به شدت بر عملکرد سیکل تبرید اثرگذار خواهد بود.

انواع شیر انبساط

شیر انبساط الکترونیکی

همینطور که اشاره شد، شیرهای انبساط دستی و لوله‌های مویین، امکان کنترل خودکار جریان را ‏فراهم نمی‌کنند. ‏ شیر انبساط الکترونیکی بیشتر در سیستم‌­ تهویه مطبوع با ظرفیت بالا به کار برده می­‌شوند. امروزه در سیستم­‌هایی که به تنظیم دقیق­‌تر دبی مبرد ورودی به اواپراتور نیازمند هستند، از شیر انبساط الکترونیکی استفاده می­‌شود.

این نوع از شیرهای انبساطی متنوع هستند و بستگی به شرکت سازنده دارای تکنولوژی­‌های خاصی در ساخت است. همچنین این نوع از شیرهای انبساط نسبت به قطعات انبساطی دیگر در سیستم­‌های تهویه از محبوبیت بیش­تری برخوردار است، که از دلایل آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  1. بازدهی بالاتر،
  2. توانایی کنترل دقیق جریان مبرد،
  3. ابعاد کوچک­تر،
  4. تحمل فشار مبردهای جدید،
  5. افزایش طول عمر کمپرسور،

به طور معمول این دسته از شیرها دارای یک سنسور دمایی در خروجی اواپراتور و یک سنسور دمایی در ورودی اواپراتور (که در واقع خروجی شیر انبساط است) هستند.

مکانیزم عملکرد شیرهای انبساط الکترونیکی، مشابه با شیرهای انبساطی ترموستاتیکی است با این وجه تمایز که سیگنال دریافت برای تغییر در میزان مبرد، به وسیله یک کنترلر الکتریکی ارسال می­شود؛ در حقیقت درون این شیرها، استپ موتورهایی تعبیه شده­اند که با دوران خود می­توانند میزان دریچه برای خروج مبرد را باز یا بسته کنند.

شیر انبساط الکترونیکی در سه نوع مختلف طراحی شده و مورد استفاده قرار می‌­گیرند:

  • موتور پله­‌ای
  •  پالسی
  • شیر انبساط الکترونیکی آنالوگ

شیر الکترونیکی مجهز به موتور پله‌­ای: موتور پله­‌ای به خاطر عملکرد مناسب و دقت بالا، در اکثر سیستم­‌های کنترلی دستگاه­‌های صنعتی به کار برده می­‌شود.

موتور پله­‌ای، یک موتور الکترونیکی جریان مستقیم و بدون ذغال است. در این موتور حرکت دورانی چرخ­دنده توسط یک مارپیچ، تبدیل به حرکتی خطی می‌شود. هر اندازه تعداد مارپیچ­‌ها بیش­تر باشد، بازه حرکت چرخ­‌ دنده و مارپیچ کوچک­تر می­‌شود و در نتیجه دقت بیش­تری پیدا می­‌کند.

موتور پله­‌ای می­‌تواند به صورت پیوسته در جهت­‌های ساعت‌­گرد و پادساعت­‌گرد، بر اساس ترتیب مغناطیسی که در سیم­ پیچ­‌ها ایجاد می­‌شود حرکت کرده و باعث شود مارپیچ متصل به چرخ­‌دنده هم قادر خواهد بود حرکت رفت­ و ­برگشتی داشته باشد؛ بنابراین دبی ماده مبرد ورودی به اواپراتور با دقت مناسب و به طور پیوسته کنترل می­‌شود.

به طور کلی شیرهای مجهز به موتور پله­‌ای در مقایسه با شیرهای پالسی و آنالوگ عملکرد بهتری را دارند.

شیر الکترونیکی پالسی: این نوع از شیرهای انبساطی، بر اساس یک مکانیزم دیجیتال صفر و یک (روشن و خاموش) کار می­‌کنند. به شکلی که در این شیرها، پین (سوزن) شیر در یکی از این دو حالت قرار دارد: یا کاملاً باز است و یا کاملاً بسته.

بنابراین در کنترلرهای این نوع شیر، “زمان” فاکتور کنترل کننده دبی ورودی ماده مبرد به درون اواپراتور است.

معنی عبارت فوق این است که می­توان با کنترل زمان فعال بودن مغناطیسی سیم­‌پیچ­‌ها (کویل­‌های مغناطیسی) ظرفیت اواپراتور و دبی (مقدار) مبرد به درون آن را کنترل نمود.

شیر الکترونیکی آنالوگ: این نوع از شیرها برخلاف انواع پالسی، قادر هستند که پین شیر را در یک بازه گسترده از کاملاً باز تا کاملاً بسته قرار دهند. با توضیح داده شده از نظر تئوری این شیرها دبی مبرد وارد شده به اواپراتور را بهتر کنترل خواهند کرد، اما در عمل به سبب پیچیده بودن مدار کنترلی شیرهای آنالوگ، این گروه از شیرهای انبساطی عملکرد ضعیف­‌تری را در مقایسه با شیرهای دو گروه دیگر (موتور پله­‌ای و پالسی) دارند.

⚠️

یک شیر کنترل خودکار جریان مبرد، در صورتی که در وضعیت ایده‌آل خودکار کند، باید همواره اواپراتور را پر از ‏مایع ‏و ‏کندانسور را در وضعیت خشک نگه‌دارد و در عین‌حال باید از نفوذ مبرد به کمپرسور جلوگیری نماید‎.‎

» نتیجه گیری

بطور کلی وظیفه شیر انبساط عبارت است از کنترل جریان مبرد ورودی به اواپراتور، بگونه‌ای که متناسب با نیاز سیستم در هر لحظه باشد. شیر انبساط حرارتی این کار را با دو فاکتور اصلی یعنی کنترل بین درجه حرارت گاز و فشار اواپراتور انجام می‌دهد. بنابراین شیر انبساط باید میزان مبرد ورودی به اواپراتور را طوری کنترل کند که همیشه اطمینان کامل از عدم ورود مبرد اضافی و مایع به کمپرسور وجود داشته باشد.

۴.۵/۵ - (۴ امتیاز)

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

سه × 1 =