آشنایی با شیرهای انبساط حرارتی (Expansion Valves) در چیلر

آشنایی با شیرهای انبساط حرارتی (Expansion Valves) در چیلر

شیر انبساط حرارتی (Thermostatic Expansion Valve – {TXV}$ یا{TEV}) یکی از چهار جزء اصلی و حیاتی در چرخه تبرید (Refrigeration Cycle) چیلرها و سیستم‌های تهویه مطبوع است. وظیفه اصلی آن، کنترل جریان مبرد (Refrigerant) ورودی به اواپراتور (Evaporator) است تا راندمان سیستم به حداکثر برسد و از تجهیزات محافظت شود.

۱. عملکرد و نقش {TXV}در چرخه تبرید

شیر انبساط حرارتی در خط مایع مبرد، بین کندانسور (Condenser) و اواپراتور قرار می‌گیرد.

الف. سه وظیفه اصلی

1. کاهش فشار: {TXV} با ایجاد یک تنگنا (Orifice)، فشار بالای مبرد مایع خروجی از کندانسور را به فشار بسیار پایین اواپراتور کاهش می‌دهد. این کاهش فشار، باعث کاهش شدید دمای مبرد می‌شود و مبرد را برای جذب حرارت آماده می‌کند.

2. کنترل جریان مبرد: این مهم‌ترین وظیفه است.{TXV} میزان دقیق مبرد ورودی به اواپراتور را تنظیم می‌کند تا مطمئن شود تمام سطح کویل اواپراتور برای جذب حرارت استفاده می‌شود.

3. کنترل فوق داغی (Superheat): {TXV} با تنظیم جریان مبرد، میزان فوق داغی مبرد خروجی از اواپراتور را کنترل می‌کند. این کنترل برای جلوگیری از ورود مایع مبرد به کمپرسور (Liquid Floodback) که باعث آسیب جدی به آن می‌شود، ضروری است.

ب. فوق داغی (Superheat) چیست؟

فوق داغی، اختلاف دمای واقعی مبرد خروجی از اواپراتور با دمای اشباع (Saturated Temperature) همان مبرد در فشار فعلی اواپراتور است. $\text{TXV}$ برای اطمینان از اینکه مبرد پیش از رسیدن به کمپرسور کاملاً به بخار تبدیل شده (و کمی بیشتر)، این مقدار را در یک محدوده ثابت (معمولاً ۴ تا ۸ درجه سانتی‌گراد) نگه می‌دارد.

۲. اجزای اصلی شیر انبساط حرارتی

شیرهای {TXV} بر اساس تعادل سه نیروی فیزیکی کار می‌کنند:

الف. حباب حسگر (Sensing Bulb)

• عملکرد: این حباب به خط خروجی مبرد (خط ساکشن) از اواپراتور متصل می‌شود. حباب حاوی یک مبرد حساس است که دمای بخار مبرد خروجی از اواپراتور را حس می‌کند.

• انتقال سیگنال: با تغییر دما، فشار مبرد داخل حباب تغییر می‌کند و این فشار از طریق یک لوله مویین به دیافراگم منتقل می‌شود.

ب. دیافراگم (Diaphragm)

• یک دیسک انعطاف‌پذیر است که به نوسانات فشار حساس است و نیروی باز و بسته کردن سوزن شیر را تأمین می‌کند.

ج. فنر تنظیم (Superheat Spring)

• این فنر یک نیروی ثابت در جهت بسته شدن شیر ایجاد می‌کند. این فنر قابل تنظیم است و مقدار پیش‌فرض فوق داغی را تعیین می‌کند.

د. سوزن و اوریفیس (Needle and Orifice)

• سوزن با حرکت دیافراگم، روزنه ورود مبرد (اوریفیس) را باز یا بسته می‌کند و به این ترتیب جریان مبرد کنترل می‌شود.

۳. انواع فشارها و عملکرد تعادلی

عملکرد {TXV} بر اساس تعادل سه نیروی فشار است که بر دیافراگم تأثیر می‌گذارند:

1. فشار حباب {P}_{bulb}نیروی باز کننده شیر. این فشار به دمای مبرد خروجی از اواپراتور بستگی دارد.

2. فشار اواپراتور {P}{evap}: نیروی بسته کننده شیر. این فشار برابر با فشار درون کویل اواپراتور است و تمایل دارد شیر را ببندد.

3. فشار فنر {P}_{spring}: نیروی ثابت بسته کننده شیر که توسط فنر تنظیم ایجاد می‌شود.

• اگر فوق داغی زیاد شود: $\{P}_{\{bulb}}$ افزایش می‌یابد، بر دو نیروی دیگر غلبه می‌کند و شیر بازتر می‌شود تا جریان مبرد افزایش یابد و فوق داغی کاهش یابد.

• اگر فوق داغی کم شود: $\{P}_{\{bulb}}$ کاهش می‌یابد، نیروی فنر و اواپراتور غالب می‌شوند و شیر بسته‌تر می‌شود تا جریان مبرد کاهش یابد و فوق داغی افزایش یابد (و از ورود مایع به کمپرسور جلوگیری شود).

۴. انواع شیرهای انبساطی در چیلر

علاوه بر $\{TXV}$ (مکانیکی)، در چیلرهای بزرگتر از نوع الکترونیکی استفاده می‌شود:

• شیر انبساط الکترونیکی ($\{EEV}$): این شیرها به جای حباب حرارتی، از یک سنسور دمایی الکترونیکی ($\{Thermistor}$) و یک موتور پله‌ای (Stepper Motor) برای باز و بسته کردن سوزن استفاده می‌کنند. $\{EEV}$ها پاسخ بسیار سریع‌تر، کنترل دقیق‌تر و راندمان بالاتری را در بارهای متغیر ارائه می‌دهند.

عوامل مؤثر بر راندمان برج‌های خنک‌کننده

نقش و ضرورت منبع انبساط در دیگ‌های آب گرم

اجزای اصلی چیلر تراکمی و وظایف آن‌ها

سرمایش و گرمایش با یک دستگاه