Termisk expansionsventil - Thermal expansion valve
En termisk expansionsventil eller termostatisk expansionsventil (ofta förkortad som TEV- , TXV- eller TX-ventil ) är en komponent i ångkomprimeringskyl- och luftkonditioneringssystem som styr mängden köldmedium som släpps ut i förångaren och är avsedd att reglera överhettningen av köldmediet som rinner ut från förångaren till ett konstant värde. Även om den ofta beskrivs som en "termostatisk" ventil kan en expansionsventil inte reglera förångarens temperatur till ett exakt värde. Förångarens temperatur varierar bara med förångningstrycket, som måste regleras på andra sätt (t.ex. genom att justera kompressorns kapacitet).
Termiska expansionsventiler kallas ofta generellt som "mätanordningar", även om detta också kan hänvisa till alla andra anordningar som släpper ut flytande köldmedium i lågtrycksdelen men inte reagerar på temperatur, såsom ett kapillarrör eller ett tryckstyrt ventil.
Teori om drift
En termisk expansionsventil är ett nyckelelement för en värmepump ; detta är cykeln som gör luftkonditionering eller luftkylning möjlig. En grundläggande kylcykel består av fyra huvudelement: en kompressor , en kondensor , en mätanordning och en förångare . När ett köldmedium passerar genom en krets som innehåller dessa fyra element uppstår luftkonditionering. Cykeln startar när köldmedium kommer in i kompressorn i en gasform med lågt tryck, måttlig temperatur. Köldmediet komprimeras av kompressorn till ett gasformigt högtrycks- och högtemperaturläge. Högtrycks- och högtemperaturgasen kommer sedan in i kondensorn. Kondensorn kyler högtrycks- och högtemperaturgasen så att den kondenserar till en högtrycksvätska genom att överföra värme till ett medium med lägre temperatur, vanligtvis omgivande luft.
För att producera en kylningseffekt från högtrycksvätskan begränsas flödet av köldmedium som kommer in i förångaren av expansionsventilen, vilket reducerar trycket och gör att isentalpisk expansion tillbaka till ångfasen kan ske vid en lägre temperatur. En expansionsanordning av TXV -typ har en avkänningslampa fylld med en vätska som har liknande termodynamiska egenskaper som köldmediet. Denna lampa är termiskt ansluten till förångarens utgång så att temperaturen på köldmediet som lämnar förångaren kan avkännas. Gastrycket i avkänningslampan ger kraften att öppna TXV och justerar därför dynamiskt flödet av köldmedium inuti förångaren och därmed överhettningen som förvärvas av köldmediet som lämnar förångaren.
Överhettningen är ångans överskottstemperatur över dess kokpunkt vid förångningstrycket. Ingen överhettning indikerar att köldmediet inte förångas helt i förångaren och att vätska kan återanvändas till kompressorn. Å andra sidan indikerar överdriven överhettning att det är otillräckligt köldmedium som strömmar genom förångarspolen, och därför innehåller en stor del av det inte något flytande köldmedium för att avdunsta och ger inte avsevärd kylning i den delen. Därför, genom att reglera överhettningen till ett litet värde, vanligtvis bara några ° C, kommer förångarens värmeöverföring att vara nära optimal, utan att överskott av mättat köldmedium återförs till kompressorn.
Vissa termiska expansionsventiler är också speciellt utformade för att säkerställa att ett visst minsta flöde av köldmedium alltid kan flöda genom systemet, medan andra också kan utformas för att styra förångarens tryck så att det aldrig stiger över ett maximivärde.
Beskrivning
Flödesreglering eller mätning av köldmediet åstadkoms genom användning av en temperaturkännande glödlampa fylld med en gas- eller vätskeladdning som liknar den inuti systemet, vilket får öppningen i ventilen att öppna mot fjädertrycket i ventilen kroppen när temperaturen på lampan ökar. När sugledningens temperatur minskar, så minskar trycket i lampan och därför på fjädern, vilket gör att ventilen stängs. Ett luftkonditioneringssystem med en TX -ventil är ofta mer effektivt än andra konstruktioner som inte använder en. Dessutom kräver TX -ventilens luftkonditioneringssystem inte en ackumulator (en köldmedietank placerad nedströms förångarens utlopp), eftersom ventilerna minskar det flytande köldmediumflödet när förångarens termiska belastning minskar, så att allt köldmedium förångas helt inuti förångaren (under normala driftsförhållanden, till exempel korrekt förångartemperatur och luftflöde). En behållare för flytande köldmedium måste emellertid placeras i vätskeledningen före TX -ventilen, så att överflödigt köldmedium i låga förångare kan lagras inuti det, vilket förhindrar att vätska kommer tillbaka i kondensorbatteriet från vätskeledning.
Vid värmelaster som mycket låg jämförs med ventilens effekt rating, kan mynningen blir överdimensionerad för värmebelastningen, och ventilen kan börja att upprepade gånger öppna och stänga, i ett försök att styra överhettn till det inställda värdet, vilket gör överhettn oscillera. Korsladdningar, det vill säga avkänning av glödlampsladdningar som består av en blandning av olika köldmedier eller även icke-köldmediumgaser som kväve (i motsats till en laddning som uteslutande består av samma köldmedium inuti systemet, känd som en parallellpåfyllning), att glödlampans laddningstryck vs temperaturkurva "korsar" ångtrycket vs temperaturkurvan för systemets köldmedium vid ett visst temperaturvärde (det vill säga en glödlampa som ställs in så att ångtrycket under en viss köldmedietemperatur glödlampans laddning blir plötsligt högre än för systemets köldmedium, vilket tvingar doseringsstiftet att stanna i ett öppet läge), hjälper till att minska överhettningsjaktfenomenet genom att förhindra att ventilhålet stängs helt under systemdrift. Samma resultat kan uppnås genom olika typer av blödningspassager som genererar ett minimalt kylmedelsflöde hela tiden. Kostnaden bestämmer emellertid ett visst flöde av köldmedium som inte når sugledningen i ett helt förångat tillstånd medan värmebelastningen är särskilt låg och som kompressorn måste vara konstruerad för att hantera. Genom att noggrant välja mängden vätskeavkänningsladdning kan en så kallad MOP-effekt (maximalt driftstryck) också uppnås; över en exakt köldmedietemperatur kommer avkänningslampans laddning att förångas helt, vilket gör att ventilen börjar begränsa flödet oavsett den avkända överhettningen, snarare än att öka den för att få ned förångarens överhettning till målvärdet. Därför kommer förångartrycket att hållas från att öka över MOP -värdet. Denna funktion hjälper till att styra kompressorns maximala vridmoment till ett värde som är acceptabelt för applikationen (till exempel en liten motor med förskjutning).
Ett lågt kylmedelspåfyllningsförhållande åtföljs ofta, när kompressorn är i drift, av ett högt vrålande ljud som hörs från värmeexpansionsventilen och förångaren, vilket orsakas av avsaknaden av ett vätskehuvud precis före ventilens rörliga öppning, vilket resulterar i öppning som försöker mäta en ånga eller en ånga/vätskeblandning istället för en vätska.
Typer
Det finns två huvudtyper av termiska expansionsventiler: internt eller externt utjämnat. Skillnaden mellan externt och internt utjämnade ventiler är hur förångartrycket påverkar nålens position. I internt utjämnade ventiler är förångartrycket mot membranet trycket vid förångarens inlopp (vanligtvis via en intern anslutning till ventilens utlopp), medan i externt utjämnade ventiler är förångartrycket mot membranet trycket vid den utloppet hos förångaren. Externt utjämnade termostatiska expansionsventiler kompenserar för eventuellt tryckfall genom förångaren. För internt utjämnade ventiler kommer ett tryckfall i förångaren att öka överhettningen.
Internt utjämnade ventiler kan användas på förångarspolar med en krets med lågt tryckfall. Om en kylmedelsfördelare används för flera parallella förångare (snarare än en ventil på varje förångare) måste en externt utjämnad ventil användas. Externt utjämnade TXV: er kan användas på alla applikationer; en externt utjämnad TXV kan dock inte ersättas med en internt utjämnad TXV. För fordonsapplikationer används ofta en typ av externt utjämnad termisk expansionsventil, känd som blockventilen. I denna typ är antingen en avkänningslampa belägen inom sugledningsanslutningen inuti ventilkroppen och är i konstant kontakt med köldmediet som rinner ut från förångarens utlopp, eller så tillhandahålls ett värmeöverföringsmedel så att köldmediet kan byta ut värme med avkänningsladdningen i en kammare som ligger ovanför membranet när den rinner till sugledningen.
Även om typen av glödlampa/membran används i de flesta system som styr överhettningen av köldmedium, blir elektroniska expansionsventiler allt vanligare i större system eller system med flera förångare så att de kan justeras oberoende av varandra. Även om elektroniska ventiler kan ge större kontrollomfång och flexibilitet som lamp-/membrantyper inte kan ge, tillför de komplexitet och felpunkter i ett system eftersom de kräver ytterligare temperatur- och trycksensorer och en elektronisk styrkrets. De flesta elektroniska ventiler använder en stegmotor som är hermetiskt tätad inuti ventilen för att aktivera en nålventil med en skruvmekanism, på vissa enheter är endast stegrotorn inne i den hermetiska kroppen och drivs magnetiskt genom den förseglade ventilkroppen av statorspolar på utsidan av enheten.