شیر انبساط یکی از ۵ بخش اصلی سیستم تبرید است که وظیفه کنترل جریان مبرد را در سیستم تبرید برعهده دارد. انواع شیرهای انبساط فشار را از مبرد مایع می‌گیرند تا عمل انبساط تسریع شده و مبرد در اواپراتور از مایع به گاز تبدیل شود.
شیرهای انبساط دو هدف اصلی را دنبال می‌کنند:
- کنترل میزان مبرد ورودی به اواپراتور
حفظ اختلاف فشار بین کندانسور (فشار بالا) و اواپراتور (فشار پایین)
تذکر: با افزایش ظرفیت اواپراتور، شیر انبساط باید اجازه عبور مقدار بیشتری از مبرد را بدهد. عکس این عمل هم صادق است. جریان ناکافی مبرد باعث سوپرهیت بیش‌از حد می‌شود چون به سطح کمتری برای تبخیر نیاز است.
شیرهای انبساط مستقیماً دمای تبخیر را کنترل نمی‌کنند. درعوض، سوپرهیت را با تنظیم جریان مبرد ورودی به اواپراتور و حفظ اختلاف فشار بین دو طرف کم‌فشار و پرفشار، تنظیم می‌کنند.
نکته: دمای تبخیر به ظرفیت کمپرسور و ویژگی‌ها و کارآمدی اواپراتور بستگی دارد.
عملکرد شیر انبساط در سیستم تبرید را می‌توانید در شکل زیر به ساده‌ترین حالت ممکن مشاهده کنید:
۶ نوع مختلف شیر انبساط در انواع سیستم تبرید وجود دارد:
- شیر انبساط حرارتی یا مکانیکی
- شیر انبساط دستی
- لوله مویین
- شیر انبساط اتوماتیک
- شیر انبساط الکترونیکی
- شیر انبساط شناور
شیر انبساط حرارتی در سیستم تبرید
شیر انبساط حرارتی، مکانیکی یا ترموستاتیک که اغلب با علائم TEV، TXV یا TX شناخته می‌شود، وسیله‌ای است که میزان مبرد ورودی به اواپراتور را کنترل کرده و هدف آن تنظیم سوپرهیت گاز خروجی از اوپراتور است. با وجود این‌که نام آن شیر انبساط حرارتی است، اما تأثیری در کنترل دما در سیستم تبرید ندارد. دمای اوپراتور با فشار تبخیر تغییر می‌کند.
ساختار شیر انبساط حرارتی به شکل زیر است:
این نوع از شیرهای انبساط به‌خاطر سادگی و در دسترس بودن و حساسیت و دقت نسبتاً خوب در تنظیم، بسیار محبوب هستند. تنوع بالای شیرهای انبساط حرارتی از نظر اندازه و شارژ حباب، بدین معناست که این نوع از شیرهای انبساط ظرفیت و محدوده دمایی خوبی دارند.
نکته: عیب شیرهای انبساط حرارتی در این است که باید سوپرهیت نسبتا بالایی ایجاد کنند که باعث می شود سطح تبادل حرارت اواپراتور کم شود.
شیر انبساط حرارتی تلاش می‌کند تحت هر شرایطی سطح ثابتی از سوپرهیت را با تنظیم مقدار جریان مبرد حفظ کند. این کار توسط یک دیافراگم در داخل بدنه شیر انجام می‌شود. این دیافراگم از طریق قطعه دیگری به نام حباب حسگر دمای قبل و بعد از اواپراتور را مقایسه می‌کند.
اختلاف فشار بین فشار اشباع تبخیر و فشار حباب توسط دیافراگمی که در قسمت بالایی شیر قرار دارد متعادل می‌شود. حرکت این دیافراگم جریان مبرد به داخل اوپراتور را کنترل می‌کند. حباب حسگر که فشار گاز سوپرهیت را منتقل می‌کند، از یک محفظه فلزی حاوی مایع مبرد تشکیل‌شده است و توسط لوله مویین به محفظه شیر متصل می‌شود.
تذکر: اگر مقدار سوپرهیت افزایش یابد، فشار داخل حباب هم‌بالا می‌رود چون مبرد بیشتری در داخل حباب تبخیر می‌شود.
شیر انبساط دستی در سیستم تبرید
شیر انبساط دستی یک شیر سوزنی است. موقعیت سوزن ثابت است و جریان مبرد از آن به اختلاف فشار در شیر بستگی دارد. از شیر انبساط دستی معمولاً به‌عنوان یک شیر اطمینان کمکی در لوله بای‌پس استفاده می‌شود.
شیرهای انبساط دستی قابل تنظیم به‌صورت خودکار نیستند و نباید از آنها به همراه اواپراتورهای صفحه‌ای استفاده کرد. چون هرگونه تغییر شرایط بلافاصله بر روند تبخیر در مبدل‌های صفحه‌ای این اواپراتور تاثیر می‌گذارد. تنظیم این نوع شیر انبساط نیاز به‌سرعت عمل دارد که عملاً غیرممکن است.
نکته: از شیرهای انبساط دستی بیشتر در سیستم‌های بزرگ که یک اواپراتور با بار برودتی تقریباً ثابت دارند استفاده می‌شود.
تذکر: نکته منفی در مورد شیر انبساط دستی حساس نبودن آن نسبت‌به تغییرات بار برودتی است. همچنین با هر بار خاموش و روشن‌شدن کمپرسور، باید آن را به‌صورت دستی باز و بسته کرد.
لوله مویین نوعی شیر انبساط در سیستم تبرید
لوله مویین ساده‌ترین وسیله کنترل جریان مبرد است که هیچ قطعه‌ی متحرکی ندارد. این نوع از شیر انبساط تنها از یک لوله مسی به قطر ۰.۵ تا ۱.۵ میلی‌متر و طول ۱.۵ تا ۶ متر تشکیل شده‌است. عمل انبساط به‌سادگی با افت فشار ایجاد شده توسط این لوله بلند و باریک انجام می‌شود. میزان جریان مبرد به اختلاف فشار بین دو طرف یعنی کندانسور و اواپراتور بستگی دارد.
از لوله مویین در سیستم‌های کوچک مانند یخچال‌های خانگی تا سیستم‌های بزرگ با شرایط نسبتاً ثابت استفاده می‌شود.
تذکر: بزرگ‌ترین مشکل لوله مویین احتمال بالای گرفتگی آن است. به‌همین دلیل، از فیلتر درایر قبل‌از ورودی آن استفاده می‌شود.
بخش کم‌فشار یک سیستم تبرید دارای لوله مویین به‌عنوان شیر انبساط باید بتواند کل شارژ مبرد را حفظ کند. وقتی فعالیت کمپرسور متوقف می‌شود، مبرد به بخش سرد و کم‌فشار می‌رود. معمولاً یک جداکننده مایع در این بخش کم‌فشار وجود دارد که نقش دریافت‌کننده را درست قبل‌از کمپرسور بازی می‌کند.
در شکل زیر ساختار یک سیستم تبرید دارای لوله مویین را مشاهده می‌کنید:
شیر انبساط اتوماتیک در سیستم تبرید
شیر انبساط اتوماتیک که به آن شیر فشار ثابت هم می‌گویند، با توجه به تغییرات بار برودتی از طریق کم و زیاد کردن جریان مبرد مایع، فشار اواپراتور را ثابت نگه می‌دارد. این کار توسط یک دیافراگم انجام می‌شود که فشار، آن را فعال می‌کند. از این نوع شیر انبساط در سیستم‌های دارای تغییرات کم بار دمایی و حداکثر یک اواپراتور استفاده می‌شود. فناوری شیر انبساط اتوماتیک قدیمی است و امروز شیرهای انبساط حرارتی پیشرفته جای آن را گرفته‌اند.
نکته: بزرگ‌ترین عیب شیر انبساط اتوماتیک کارآمدی پایین آن در مقایسه با سایر شیرهای انبساط مخصوصاً در شرایط نوسان بار حرارتی است.
حفظ فشار ثابت در اواپراتور نیازمند نرخ ثابت تبخیر است که خود نیاز به کنترل شدید مبرد مایع دارد. همچنین این احتمال وجود دارد که در زمان کاهش بار حرارتی تا کمتر از یک سطح خاص، مایع به داخل کمپرسور بازگردد.
شیر انبساط الکترونیکی در سیستم تبرید
شیرهای انبساط الکترونیکی روزبه‌روز محبوبیت بیشتری پیدا می‌کنند و فناوری لازم برای رفع نیازهای پیچیده سرمایشی را دارند. البته هزینه این نوع از شیرهای انبساط به‌خاطر دارا بودن سنسورها، رگلاتور یا تنظیم‌کننده، محرک و خود شیر، بالاتر از دیگر شیرهای حرارتی ساده است. از این نوع شیرهای انبساط در سیستم‌های تبرید بزرگ و سیستم‌هایی که نیازمند تنظیم دقیق هستند استفاده می‌شود.
شیرهای انبساط الکترونیکی عمل کنترل جریان مبرد به داخل اوپراتور را در پاسخ به سیگنال‌هایی انجام می‌دهند که توسط یک کنترل‌کننده الکترونیکی فرستاده می‌شود. یک موتور کوچک با نام استپ موتور این شیر انبساط را باز و بسته می‌کند. استپ موتورها به‌طور مداوم نمی‌چرخند، بلکه توسط یک کنترل‌کننده الکترونیکی کنترل‌شده و با هر بار دریافت سیگنال از سوی این کنترل‌کننده، بخشی از یک دور کامل را می‌چرخند.
نکته: مصرف کم انرژی، دقت بالا، قابلیت استفاده با انواع مبردها، ابعاد کوچک و عملکرد سریع از مزایای شیر انبساط الکترونیکی است.
شیر انبساط شناور در سیستم تبرید
اساس عملکرد این شیر انبساط شناوری است که در یک مبرد مایع قرار دارد. شیر انبساط شناور در دو نوع کم‌فشار و پرفشار در سیستم تبرید در دسترس است.
شیر انبساط شناور کم‌فشار
این نوع از شیرهای شناور سطح مبرد مایع را کنترل کرده و معمولاً در یک محفظه موازی با جداکننده مایع/گاز نصب می‌شوند. اگر سطح مبرد در جداکننده افزایش یابد، دریچه بسته می‌شود. برعکس این عمل هم صادق است. تعادل زمانی برقرار می‌شود که جریان مبرد به داخل اوپراتور برابر با جریان گاز از اواپراتور باشد. در سیستم‌های دارای گردش اجباری، میزان تبخیر توسط یک پمپ کنترل می‌شود.
شیر انبساط شناور پرفشار
شیر شناور پرفشار در بخش فشار بالای سیستم تبرید و در ارتباط با کندانسور نصب می‌شود. این نوع از شیر انبساط سطح ثابتی از مبرد را در داخل کندانسور حفظ می‌کند. وقتی کمپرسور شروع بکار می‌کند، مبرد مایع به داخل محفظه شناور وارد شده و شیر را باز می‌کند تا مبرد وارد اواپراتور شود. با کاهش سطح مبرد در محفظه شناور، شیر بسته‌شده و دیگر هیچ مبردی وارد اواپراتور نمی‌شود.
تذکر: سطح مبرد در اواپراتور بستگی به میزان شارژ مبرد درکل سیستم تبرید دارد. شارژ بالای مبرد باعث ورود بیش‌از حد آن به اواپراتور می‌شود و کمبود مبرد سطح آن را در اواپراتور پایین می‌آورد.
در این مقاله سعی کردیم شما را با انواع شیرهای انبساط در سیستم تبرید و عملکرد آنها آشنا کنیم. اگر طالب اطلاعات بیشتری درمورد سیستم‌های تبرید هستید، دوره آموزش سیستم‌های تبرید (سردخانه و چیلر) را در سامانه رهجو از دست ندهید.
