چهار مرحله اصلی سیکل شیر انبساط

شیر انبساط، Thermal expansion valve، یکی از مهم ترین اجزای سیکل تبرید تراکمی بخار است که وظیفه اصلی آن کاهش فشار و همچنین کنترل حجم عبوری مبرد است. سیکل تبرید تراکمی بخار در سیستم های سرمایشی همچون دستگاه های مطبوع هوا نقش مهمی در ساختمان های مسکونی دارد که به کمک استفاده از دریچه تهویه هوا باعث می شود ورودی و خروجی هوا را به محیط کنترل کرد. این سیکل دارای چهار مرحله اصلی است که با نام های اکسپنشن ولو و شیر کنترل نیز شناخته می شود.

• تراکم سازی توسط کمپرسور
• چگالش در دستگاه کندانسور
• کاهش فشار در دستگاه شیر کنترل یا اکسپنشن ولو 
•  تبخیر در دستگاه اواپراتور

طرز کار سیکل تبرید تراکمی

در سیکل تبرید تراکمی، شیر اکسپنشن (TEV, TXV, or TX valv) بین کندانسور و اواپراتور قرار دارد. برای بیان جزئیات بیشتر در خصوص شیر اکسپنشن، بهتر است ابتدا به طور مختصر طرز کار سیکل تبرید تراکمی را مرور کنیم.

با ورود گاز مبرد به کمپرسور، فشار و دمای آن افزایش پیدا می کند، در مرحله بعد گاز مبرد وارد کندانسور می شود. در کندانسور این گاز، دمای خود را از دست می دهد و به مایع تبدیل می شود، ولی همچنان در این مرحله فشار بالا و ثابت است. در مرحله بعد که فشار مایع مبرد به شدت کاهش می یابد. این کار توسط شیر اکسپنشن انجام می شود و بعد از تکمیل شدن این مرحله، مایع مبرد، برای تبخیر وارد اواپراتور می شود. در اواپراتور نیز با گرفتن حرارت محیط به گاز مبرد تبدیل می شود و این چرخه دوباره تکرار می شود.

وظایف شیر انبساط چیست؟

اگر دقیق تر به این سیکل توجه کنیم، متوجه می شویم که شیر انبساط کولر دارای دو هدف مهم است:

• کنترل حجم ورود مبرد به داخل اواپراتور
• ایجاد افت فشار در مبرد

شیر انبساط کولر، کار برعکس کمپرسور را انجام می دهد. یعنی کاهش فشاری که در بخش اول سیکل توسط کمپرسور ایجاد شده، توسط شیر شیر کنترل کولر افزایش می یابد.

5 نوع اصلی شیر اکسپنشن

شیر اکسپنشن دارای انواع مختلفی است که براساس نوع دستگاه برودتی، نحوه کنترل دبی ماده مبرد و نوع اواپراتور به کار رفته در سیستم انتخاب می شوند. انواع مختلف آن عبارتند از:

1. لوله مویین (Capillary tubes)

ساده ترین نوع شیر اکسپنشن لوله مویین است. لوله ای با قطر بین 0.5 تا 1.5 میلیمتر و طول 1.5 تا 6 متر هستند. جنس این لوله از مس است. کنترل مبرد توسط لوله مویین انجام می شود. این لوله به دلیل بلند بودن، اصطکاک بیشتری را ایجاد می کند که می تواند جریان مبرد از کندانسور به اواپراتور را کنترل کند. همچنین با کنترل حجم مبرد عبوری، اختلاف فشار را در حالت متعادلی نگاه می دارد.

باید بدانید که لوله مویین و کمپرسور به شکل سری نصب می شود و در نتیجه باید ظرفیت جریان در لوله مویین با ظرفیت کمپرسور برابر باشد.

این نوع شیر اکسپنشن در سیستم های تبریدی یخچال فریزرهای خانگی، کولرهای گازی و… استفاده می شود. لوله مویین به علت نوع طراحی که دارد، دارای قیمت ارزان تر و درنتیجه هزینه تولید سیستم تبرید را کاهش می دهد. از مهم ترین تفاوت های لوله مویین با بقیه شیرهای کنترل این است که قابلیت باز و بسته شدن را مانند شیر ندارد و در طول خاموش بودن سیکل، جریان مبرد به اواپراتور را متوقف نمی کند.

2. ترموستاتیکی یا حرارت (Thermal expansion valves)

اکسپنشن ولو حرارتی یا ترموستاتیکی، دارای ساختمان پیچیده تر و با کارایی بهتری نسبت به لوله مویین هستند و در نتیجه از پرکاربردترین نوع شیرهای شیر کنترل هستند. این نوع اکسپنشن ولو دارای شش قسمت است: دیافراگم، سوزن، فنر تنظیم کننده که این سه بخش در بدنه اصلی شیر قرار دارند. لوله خروجی، حباب حسگر نیز از دیگر بخش های این نوع اکسپنشن ولو هستند.

شیر کنترل ترموستاتیکی میزان جریان مبرد ورودی به اواپراتور را بر اساس میزان دمای بخار سوپرهیتِ خروجی از اواپراتور کنترل و تنظیم می کند. با بالا رفتن دمای گاز خروجی اواپراتور، سوپر هیت افزایش می یابد، مبرد داخل حباب حرارتی بخار می‌ شود و با فشار خود از طریق لوله مخصوص، اکسپنشن ولو به مقدار مشخصی باز می کند که با این کار حجم مبرد عبوری از شیر افزایش می‌یابد و سوپر هیت به مقدار استاندارد خود برمی‌ گردد.

هر گاه دمای گاز خروجی اواپراتور یا سوپر هیت کاهش می یابد، مبرد حباب حرارتی مایع شده، فشارش کم می‌ شود و در نتیجه اکسپنشن ولو بسته می‌ شود و به این ترتیب با کاهش حجم مبرد عبوری مقدار سوپرهیت نیز به حالت عادی می‌ رسد.

لازم به ذکر است که اکسپنشن ولو ترموستاتیکی، فقط سوپر هیت را تنظیم می‌ کند و کنترل ظرفیت سیستم را انجام نمی‌ دهد، این کار فقط بر عهده کمپرسور است.

3. اتوماتیک یا فشار ثابت (Automatic valves)

یونیت خارجی سیستم VRF دارای اجزای مختلفی مانند کمپرسور، اکسپنشن ولو الکترونیکی، موتور و غیره است که در بیشتر ساختمان ها بر روی پشت بام قرار داده می شود. در شیرهای اکسپنشن ولو الکترونیکی فشار خروجی ثابت نگه داشته می شود. در این نوع شیرها بر خلاف نوع ترموستاتیک از هیچ فشار خارجی جهت کنترل مبرد عبوری استفاده نمی شود. آن ها فشار اواپراتور را توسط کنترل حجم مبرد عبوری، بر مبنای فشار مکش ثابت نگه می‌ دارند. حجم مبرد عبوری دقیقا مساوی با میزان حجم مکش کمپرسور تنظیم می‌ شود.

4. اکسپنشن ولو الکترونیکی یا برقی (Electronic expansion valves)

در این نوع اکسپنشن ولو از ادوات الکترونیکی استفاده می شود. در این نوع اکسپنشن ولو الکترونیکی، ترمیستور کار حباب حرارتی را انجام می دهد که به شیر برقی متصل است. تغییرات دمای خروجی اواپراتور توسط سیگنال هایی به دستگاه ارسال می شود و با استفاده از جریان الکتریسیته به میزان لازم دوران انجام می شود و شیر باز یا بسته می شود. این نوع اکسپنشن ولو الکترونیکی گران تر ولی با دقت و سرعت عمل بالاتری هستند. همچنین مصرف انرژی کمتری دارند. وظیفه باز و بسته کردن شیر به عهده استپ موتور هاست که توسط جریان برق کنترل می شود.

5. شیر انبساط کولر گازی

همان طور که بیان شد شیر اکسپنشن به کار برده شده در کولر های گازی از نوع لوله مویین است؛ مگر این که کولر گازی از نوع کولرهای گازی با ظرفیت بالا باشد که از نوع شیر کنترلی ترموستاتیکی استفاده می شود.

شیر انبساط کولر گازی در سامانه سیستم تهویه مطبوع کارخانه، بین دو سیم پیچ سرد اواپراتور و سیم پیچ گرم کندانسور قرار دارد و کار کنترل میزان مبرد ورودی به اواپراتور را انجام می دهد. شیر انبساط کولر گازی، مبرد مایع را با فشار کم به دستگاه اواپراتور هدایت می کند. دیافراگم شیر کنترل، باعث می شود گرمای مبرد حفظ شود و در نتیجه با حرکت مبرد اجازه پخش برای مولکول های گرما را به بیرون دهانه امکان پذیر می کند. مایع مبرد در اواپراتور تبخیر می شود.

نتیجه گیری

شیر اکسپنشن یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم های برودتی است که انواع مختلفی دارد و بر اساس نوع کاربرد دستگاه برودتی و نوع گاز مبرد و میزان دمای مورد نیاز از مدل های متفاوت آن استفاده می شود. شیر انبساط ترموستاتیکی یا حرارتی از پرکاربردترین شیر اکسپنشن هاست. اکسپنشن ولو الکترونیکی نیز از پیشرفته ترین مدل های شیرهای انبساط است که دارای سرعت عمل بالا و مصرف انرژی کمتری است. لوله مویین از ساده ترین نوع شیر اکسپنشن است که به طور معمول به عنوان شیر انبساط کولر گازی استفاده می شود.

سوالات متداول

کار اصلی اکسپنشن ولو الکترونیکی چیست؟

در این نوع اکسپنشن ولو الکترونیکی، ترمیستور کار حباب حرارتی را انجام می دهد که به شیر برقی متصل است. تغییرات دمای خروجی اواپراتور توسط سیگنال هایی به دستگاه ارسال می شود و با استفاده از جریان الکتریسیته به میزان لازم دوران انجام می شود و شیر باز یا بسته می شود.

وظایف شیر انبساط چیست؟

کنترل حجم ورود مبرد به داخل اواپراتور – ایجاد افت فشار در مبرد