شیر انبساط ترموستاتیکی (اکسپنشن ترموستاتیکی) چیست و چگونه کار می کنند؟

در این مقاله با نحوه کارکرد شیر انبساط ترموستاتیکی آشنا خواهیم شد. شیرهای انبساط، تقریباً در هر چرخه تبریدی یک جزء اساسی محسوب شده و بیشترین استفاده از شیر انبساط ترموستاتیکی، در سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC) می‌باشد.

اگر در صنعت تهویه مطبوع مشغول به فعالیت هستید و نیازمند شیرهای انبساطی ترموستاتیک با کیفیت بالا برای سیستم تبرید خود می‌باشید، توصیه می‌شود پیشنهاد‌های ارائه‌شده توسط دانفوس را بررسی کنید.

خط تولید محصولات آن‌ها جهانی و تطبیق‌پذیر است ضمن اینکه کیفیت و قابلیت اطمینان استثنایی و همچنین ظرفیت و دامنه مبرد گسترده‌ای را عرضه می‌کند.

با بازدید از صفحه خرید و قیمت شیر انبساط الکترونیکی می‌توانید اطلاعات بیشتری در مورد شیرهای انبساط الکترونیکی نیز کسب کنید.

قرارداد نام‌گذاری

نام صحیح این نوع شیرها، در اصل شیر انبساط ترموستاتیکی یا اکسپنشن ترموستاتیکی است ولی غالباً تحت عنوان شیر انبساط حرارتی شناخته می‌شوند که مخفف آن TXV یا بعضاً TEV است.

شیر انبساط ترموستاتیکی در کجا یافت می‌شود؟

در بسیاری از سیستم‌های تبرید، از دستگاه‌های ساده اسپلیت گرفته تا چیلرها، از شیرهای انبساط حرارتی (TXVها) استفاده می‌شود. معمولاً در دستگاه‌های تبرید کوچک همچون یخچال‌های خانگی، از شیر انبساط استفاده نشده و به‌جای آن از یک لوله مویین با اوریفیس (روزنه) ثابت استفاده می‌گردد.

فارغ از اینکه از کدام نوع دستگاه انبساط استفاده شده باشد، امکان استفاده از همه آن‌ها در مکانی یکسان و درست پیش از محل قرارگیری اواپراتور وجود دارد.


اجزاء اصلی

در طراحی این نوع شیر، گونه‌های مختلفی وجود دارد ولی همه آن‌ها از اصول کاری یکسانی پیروی می‌کنند.

معمولاً اجزای اصلی زیر در داخل یک شیر انبساط یافت خواهند شد:

  • بدنه سوپاپ که اجزای مختلف را نگه داشته و در داخل خود دارای روزنه‌ای است که جریان مبرد را محدود می‌کند
  • دیافراگم که یک ماده انعطاف‌پذیر و نازک و درعین‌حال قوی و به‌طورمعمول از جنس فلز است که می‌تواند به‌منظور ایجاد فشار در پین، خم شود.
  • پین یا سوزنی که به جهت تغییر میزان بازشدگی در داخل اوریفیس، به بالا و پایین حرکت می‌کند تا از طریق آن، جریان ماده مبرد کنترل شود.
  • فنری که با نیروی پین مقابله می‌کند.
  • لامپ سنجش و خط لوله مویین که دمای مبرد را در خروجی اواپراتور اندازه گرفته و در مقابل، باعث باز یا بسته شدن شیر می‌شود.

نحوه کارکرد این شیر

شیر مذکور، مبرد مایع فشار بالای حاصل از کندانسور را به عقب رانده و میزان مبرد ورودی به اواپراتور را کنترل می‌کند.

شیر انبساط، منجر به کاهش فشار شده تا از این طریق سبب جوش آمدن ماده مبرد در دمای پایین‌تر از نقطه‌جوش گردد.

به‌عنوان‌مثال، به‌طورمعمول آب در دمای °C100 (°F212) به جوش می‌آید زیرا اکثر ما در نزدیکی سطح دریا زندگی می‌کنیم و لذا هوای اطراف ما توسط تمام وزن اتمسفر بالای ما فشرده می‌شود.

با این‌وجود، با رفتن به مکان‌های بالاتر در جو مثلاً بالای کوه اورست، متوجه خواهیم شد که در آنجا آب در °C70 (°F158) می‌جوشد و دلیل این مسئله آن است که به دلیل قرار داشتن در سطح بالاتر، اتمسفر کمتری بر روی آب فشار وارد آورده و جوشاندن آن را آسان‌تر می‌کند.

در دستگاه‌های تبرید، عمل جوشیدن فرآیندی حیاتی است زیرا از طریق آن مبرد گرما را از هوای محیط جذب کرده و آن را به کمپرسور می‌برد.

البته به خاطر داشته باشید که نقطه‌جوش مبردها بسیار کمتر از آب است. در صورت تمایل به کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه عملکرد مبرد، می‌توانید آموزش مربوطه را از طریق این پیوند خوانده یا تماشا کنید.

مبرد مایع با فشار بالا مجبور به عبور از یک روزنه (اوریفیس) کوچک می‌شود که این مسئله باعث کاهش فشار می‌شود. در طی این کاهش فشار، بخشی از مبرد بخار شده و مابقی آن در حالت مایع باقی می‌ماند. این فرآیند مشابه با نازل اسپری بطری آب است که با فشار دادن اهرم اسپری، آب پرفشار از طریق روزنه‌ای کوچک وارد محیطی با فشار بسیار کم می‌گردد.

این امر منجر به آن می‌شود که بخشی از آب به‌صورت مایع و بخشی از آن به‌صورت بخار درآید.

مخلوط مبرد مایع/ بخار به داخل اواپراتور پاشیده شده و در آنجا فرصت جذب حرارت از هوا یا آب اطراف لوله را پیدا می‌کند. در این مثال، یک فن در حال دمیدن هوا به داخل اواپراتور است.

با عبور مبرد از داخل اواپراتور و قرار گرفتن آن در معرض انرژی حرارتی بیشتر، دچار تغییر فاز کامل شده و تبدیل به بخار اشباع شده در انتهای کویل (پیچه) اواپراتور[1] می‌گردد. در طی این تغییر، به دلیل وجود گرمای نهفته، مقدار تغییر دما ناچیز است یا دما هیچ تغییری نمی‌کند بلکه در عوض مقادیر آنتالپی و آنتروپی افزایش می‌یابد.

مبرد همچنین با دریافت انرژی حرارتی و پس از انجام تغییر فاز، شروع به افزایش دما می‌کند. این افزایش دما منجر به فوق گرم شدن مبرد می‌گردد.

حباب حسگر در شیر انبساط، به کنترل دمای مبرد می‌پردازد تا از این طریق مقدار مبرد موجود در بدنه شیر اصلی را کنترل کند.


افزایش در بار سرمایشی

چنانچه بار سرمایشی افزایش یابد، مبرد بیشتری در اواپراتور تبخیر می‌شود. این مسئله منجر به افزایش فوق گرم شدن (سوپرهیت) می‌گردد که معادل با افزایش دمای مبرد در خروجی اواپراتور است.

دمای بخار فوق گرم می‌بایست در محدوده در نظر گرفته شده در طراحی باقی بماند. به همین دلیل ضروری است در این مرحله مقدار دما کاهش یابد که این امر از طریق ورود مقدار بیشتر مبرد به داخل  اواپراتور قابل استحصال است. بنابراین ضروری است پین فشرده شود تا با انتقال نیرو، سبب فشردگی فنر گردیده و مبرد بیشتری به داخل روزنه موجود در بدنه شیر اصلی جریان یابد.

درون حباب حسگر، مقدار اندکی مبرد وجود دارد که از مابقی سیستم جدا گردیده و در یک سیستم بسته محدود به حجم داخل حباب، لوله مویین و سر موتور می‌باشد.


با انتقال انرژی حرارتی از دیواره لوله و داخل حباب، حباب حسگر قادر به تشخیص افزایش دما می‌گردد.

همین انرژی حرارتی دریافتی سبب جوشیدن و تبخیر گردیدن مبرد درون حباب می‌شود.

بدین ترتیب، ازآنجاکه مبرد مقید به فضایی کوچک است، فشار آن افزایش یافته و این افزایش فشار در امتداد لوله مویین و قسمت بالای دریچه انبساط نیز ادامه یافته و منجر به وارد آمدن فشار به دیافراگم گردیده که فشار وارده، از طریق انتهای پین به فنر انتقال یافته و آن را فشرده کرده و اجازه می‌دهد مبرد بیشتری وارد اواپراتور شود.

شیر انبساط به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود که در موقعیت مناسب قرار داشته باشد به‌طوری‌که نیروی وارد شده بر دیافراگم بزرگ‌تر یا مساوی با نیروی فشردگی فنر در جهت مخالف باشد.

این مسئله سبب جاری شدن مقدار صحیحی از مبرد می‌شود که از طریق آن دمای مبرد فوق گرم کاهش یافته و ضمن تشخیص این مسئله در حباب حسگر، مقدار آن تا رسیدن به تعادل، تنظیم می‌گردد.

کاهش در بار سرمایشی

درصورتی‌که بار سرمایشی به حالت عادی کاهش یابد، دمای بخار فوق گرم کاهش می‌یابد. حباب حسگر با تشخیص این مسئله، شروع به کاستن از جریان مبرد ورودی به اواپراتور می‌نماید.

پس‌ازآن، مبرد موجود در لوله مویین به داخل حباب بازگشته و شیر اصلی شروع به بسته شدن می‌کند. با این اتفاق، دمای گاز فوق گرم نیز شروع به افزایش می‌کند.

درنهایت شیر انبساط، سبب برقراری تعادل در این وضعیت شده و با عبور مقدار صحیحی مبرد از خود، شرایط را برای مطابقت با وضعیت بخار فوق گرم فراهم می‌کند.

با بهره‌گیری از این نوع شیرها، همه موارد فوق به‌طور خودکار رخ می‌دهند که همین امر سبب محبوبیت زیاد آن‌ها شده است. مدل‌های دیگر انبساط الکترونیکی این شیر قادرند دقت بیشتری ارائه دهند که ما در مطلب بعدی به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت.

خرابی شیر یا تنظیم نادرست شرایط فوق گرم

چنانچه شیر به گرمای بیش‌ازحد واکنش نشان ندهد، این مسئله می‌تواند منجر به عبور مستقیم مبرد مایع از داخل کمپرسور شود. کمپرسورها به‌شدت با این مسئله مشکل دارند زیرا فشرده‌سازی مایعات به‌راحتی صورت نمی‌پذیرد و در صورت ورود مایع به داخل کمپرسور، امکان آسیب‌دیدگی داخلی آن وجود دارد.

منبع این مقاله

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.