شیر انبساط ترموستاتیک چیست؟

شیر انبساط ترموستاتیک یکی از اجزای اساسی و مهم در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع است. وظیفه آن کنترل جریان مبرد در انبساط کمپرسور می باشد. این اجزا با استفاده از تغییرات دما، فشار و حجم مبرد، جریان مبرد را تنظیم می‌کنند تا عملکرد بهینه و کارآمد سیستم تبرید را تضمین کنند.

شیر انبساط ترموستاتیک به دلیل راندمان بالا و سهولت سازگاری با هر کاربرد تبریدی، بیشتر از سایر کنترل های ماده مبرد در دستگاه های برودتی به کار می روند. در حالی که کار شیر انبساط اتوماتیک به فشار ثابت اواپراتور متکی می باشد، کار شیرهای انبساط ترموستاتیکی به سوپرهیت شدن ثابت بخار خروجی از اواپراتور بستگی دارد. پدیده ای که اجازه می دهد اواپراتور تحت تمام شرایط، بار سیستم از مبرد کاملا پر باشد. با توجه به اینکه اکسپنشن ولو های ترموستاتیک تحت تمام شرایط کاری استفاده کامل و مؤثر از سطح اواپراتور را میسر می سازند در سیستم های تبرید با تغییرات بار زیاد، مناسب ترین نوع کنترل کننده مبرد می باشند.

شکل زیر اجزاء داخلی شیرانبساط ترموستاتیک را نشان می دهد.

اجزای اصلی شیر انبساط ترموستاتیک

قسمت های اصلی شیرانبساط ترموستاتیک عبارتند از:

1. سوزن و نشیمنگاه (ولو بادی)
2. دیافراگم
3. کپسول (بالب) حسگر گرما که پر از گاز مبرد بوده و به وسیله لوله مویین به فضای بالای دیافراگم مرتبط می شود.
4. فنر که میزان فشردگی آن معمولا به وسیله یک پیج تنظیم کنترل می شود.

اجزاء داخلی شیر انبساط ترموستاتیک

شیر انبساط ترموستاتیک به طور عمده از تعدادی اجزاء داخلی تشکیل شده است. هر یک از این اجزا وظایف خاص خود را در کنترل جریان مبرد و تنظیم سوپر هیت انجام می‌دهند. این اجزاء عبارتند از:

1) مغناطیسی‌ساز (Solenoid Valve)

این قطعه به عنوان سوییچ کنترلی برای باز و بسته کردن جریان مبرد ورودی به شیر انبساط ترموستاتیک عمل می‌کند. وقتی که شیر باید باز یا بسته شود، مغناطیسی‌ساز برای کنترل جریان مبرد فشار مطابق با تنظیمات دما و فشار ترموستاتیک به کار می‌رود.

2) ترموستات

این سنسور حساس به دما و فشار محیط است. دمای مبرد و فشار آن در دستگاه ترموستات تنظیم می‌شود. زمانی که دما و فشار بیش از حد مجاز تنظیم شده رسید، ترموستات سیگنال به مغناطیسی‌ساز می‌دهد تا جریان مبرد را تنظیم کند.

3) شیر کنترل

این قطعه مسئول تنظیم جریان مبرد ورودی به انبساط کمپرسور است. شیر کنترل باز و بسته کردن جریان مبرد را با تغییر مقدار فشار ترموستات کنترل می‌کند.

4) فنر کنترل

این فنر در شیر کنترل قرار دارد و باعث ایجاد فشار بر روی شیر می‌شود. تنظیم فشار این فنر باعث تنظیم دقیق جریان مبرد در شیر می‌شود.

5) نوار تنظیم دما و فشار

این نوار تنظیمی به ترموستات وصل شده است و میزان تنظیم دما و فشار را تعیین می‌کند. با تغییر مقدار این نوار، تنظیمات دما و فشار در ترموستات تغییر می‌کند.

اجزاء داخلی شیر انبساط ترموستاتیک به تنظیم و کنترل دقیق جریان مبرد و تنظیم سوپر هیت در سیستم تبرید کمک می‌کنند. در نتیجه اجازه می‌دهند که سیستم تبرید با دقت و کارایی بالا عمل کند. همچنین، این اجزاء تضمین می‌کنند که دمای بخار مبرد خروجی از انبساط کمپرسور به حد مطلوبی تنظیم شود.

عملکرد شیر انبساط ترموستاتیک

شیر انبساط ترموستاتیک در واقع یک واحد تنظیم‌کننده است که بر اساس تغییرات دما، فشار یا حجم مبرد، میزان جریان مبرد را تنظیم می‌کند. وقتی دمای محیط یا دمای مبرد کاهش یافته و فشار آن افزایش می‌یابد، شیرانبساط ترموستاتیک باز می‌شود. جریان مبرد به انبساط کمپرسور اجازه می‌دهد تا مبرد را از بخار به مایع تبدیل کند. این امر به کاهش دمای مبرد و جلوگیری از افزایش فشار در سیستم کمک می‌کند. همچنین، زمانی که دما یا فشار افزایش یافته و حجم مبرد کم شده باشد، شیر انبساط ترموستاتیک بسته می‌شود تا از ورود بیشتر مبرد به کمپرسور و افزایش فشار انبساط جلوگیری کند.

به طور مثال فرض کنید دمای محیط یا دمای مبرد در سیستم تبرید کاهش یابد و فشار آن افزایش پیدا کند. در این شرایط، شیر انبساط ترموستاتیک باز می‌شود. جریان مبرد به انبساط کمپرسور اجازه می‌دهد تا مبرد از حالت بخاری به حالت مایع تبدیل شود. این عمل باعث کاهش دمای مبرد و کنترل فشار در سیستم می‌شود.

ارتباط سوپر هیت با عملکرد شیر انبساط ترموستاتیک

سوپر هیت یا Superheat به معنای تفاوت دمای واقعی بخار مبرد با دمای اشباع آن در همان فشار است. در سیستم‌های تبرید، سوپر هیت نشان‌دهنده میزان انبساط بیشتر بخار مبرد از وضعیت اشباع (تبخیر) در انبساط کمپرسور است. این تفاوت دما معمولاً به وسیله‌ی سنسورها و ترمومترها در سیستم‌های تبرید اندازه‌گیری می‌شود.

ارتباط سوپر هیت با عملکرد شیر انبساط ترموستاتیک به این صورت است که شیر انبساط ترموستاتیک مسئول کنترل جریان مبرد در انبساط کمپرسور است. این شیر بر اساس تغییرات دما و فشار، جریان مبرد را تنظیم می‌کند تا دمای بخار مبرد در خروجی از انبساط کمپرسور به حالتی که در آن سوپر هیت به حد مطلوب برسد، کاهش یابد.

هنگامی که سوپر هیت بیش از حد مجاز افزایش یابد، به این معناست که میزان انبساط بیشتر از حد مورد نیاز در انبساط کمپرسور اتفاق افتاده است. در این صورت، شیرانبساط ترموستاتیک با کم کردن جریان مبرد به انبساط کمپرسور، سوپر هیت را به میزان مطلوب تنظیم می‌کند.

به طور مشابه، اگر سوپر هیت کمتر از حد مورد نیاز باشد، شیر انبساط ترموستاتیک باز می‌شود تا جریان مبرد به انبساط کمپرسور افزایش یابد و سوپر هیت به مقدار مطلوب برسد.

بنابراین، عملکرد شیر انبساط ترموستاتیک در کنترل سوپر هیت و حفظ دمای بخار مبرد خروجی از انبساط کمپرسور نقش مهمی ایفا می‌کند. این تنظیمات دقیق و هماهنگی بین شیر و سیستم تبرید بهبود کارایی و عملکرد سیستم را تضمین می‌کند.

محل نصب شیر انبساط ترموستاتیک

شیر انبساط ترموستاتیک معمولاً در خطوط انبساط مبرد قرار می‌گیرد. محل نصب دقیق این شیرها به نوع سیستم تبرید، نوع مبرد، دماها و فشارها بستگی دارد. به طور کلی، این شیرها در نقاطی نصب می‌شوند که جریان مبرد از انبساط کمپرسور عبور می‌کند و تغییرات دما و فشار در این نقاط توسط شیر کنترل می‌شوند.

شیر انبساط ترموستاتیک معمولاً در سیستم‌های تبرید بطور استاندارد در خط لوله مایع خروجی از کمپرسور نصب می‌شود. این موقعیت نصب برای تنظیم دمای بخار مبرد خروجی از کمپرسور به حد مطلوب و کنترل جریان مبرد ورودی به انبساط کمپرسور بسیار مناسب است. اصطلاحاً، شیرانبساط ترموستاتیک در سیکل تبرید بین کمپرسور و انبساط قرار می‌گیرد.

شیرانبساط ترموستاتیک در این موقعیت نصب عملکرد زیر را دارد:

1. کنترل دما بخار مبرد خروجی

   شیر انبساط ترموستاتیک با تنظیم دمای مبرد خروجی از کمپرسور، اطمینان حاصل می‌کند که دمای مبردی که به تبخیر منتقل می‌شود، در محدوده مطلوب باقی می‌ماند.

2. کنترل جریان مبرد ورودی به انبساط کمپرسور

   با تغییر مقدار فشار در ترموستات به واسطه تغییر دما و فشار مبرد، شیرانبساط ترموستاتیک کنترل جریان مبرد ورودی به انبساط کمپرسور را تنظیم می‌کند. این کنترل بر اساس نیاز دمایی و فشاری سیستم انجام می‌شود.

3. تنظیم سوپر هیت

   شیر انبساط ترموستاتیک با کنترل دمای خروجی از کمپرسور به تنظیم سوپر هیت – تفاوت دمای بخار مبرد خروجی و دمای اشباع مبرد در فشار کمپرسور – کمک می‌کند. این امر به بهبود کارایی و عملکرد سیستم تبرید کمک می‌کند.

از این‌رو، محل نصب شیرانبساط ترموستاتیک در خط لوله مایع خروجی از کمپرسور از اهمیت بسیاری برخوردار است. این موقعیت نصب باعث می‌شود تا سیستم تبرید به طور دقیق کنترل شود و دما و فشار مبرد در محدوده مطلوبی تنظیم شود.

محل نصب بالب شیر انبساط ترموستاتیک

بالب شیر انبساط ترموستاتیک (Bulb of Thermostatic Expansion Valve) به‌طور معمول در نزدیکی نقطه انبساط یا تبخیر قرار می‌گیرد. این محل نصب از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا دمای محیط اطراف بالب می‌تواند تاثیر زیادی بر عملکرد و کنترل شیر انبساط داشته باشد. معمولاً، بالب در نزدیکی لوله انبساط یا تبخیر نصب می‌شود تا دمای مبرد در این نقطه را اندازه‌گیری کند. بالب ترموستات بایستی به طور محکم به وسیله پست های فلزی به قسمت افقی لوله مکش نزدیک خروجی اواپراتور و ترجیحا در داخل فضای برودتی نصب شود.

این دما به عنوان پارامتر کنترلی برای عملکرد شیرانبساط ترموستاتیک استفاده می‌شود. وقتی دمای مبرد در این نقطه افزایش یافته و به دمای تنظیم شده در شیر انبساط نزدیک شود، این شیر باز شده و مجاز به جریان مبرد به انبساط می‌شود.

محل نصب بالب باید به طور دقیق و با در نظر گرفتن شرایط عملیاتی سیستم تبرید تعیین شود. در لوله های مکش با قطر خارجی کمتر از ۲۰ میلی متر معمولا بالب را در بالای لوله نصب می کنند. ولی در لوله های مکش با قطر خارجی ۲۰ میلی متر و بیشتر، نصب بالب در وضعیت ساعت ۴ یا ۸ معمولا کنترل رضایت بخشی خواهد داشت. همچنین باید از تغییرات دمای محیط اطراف بالب در طول عملکرد سیستم آگاهی داشته باشیم. زیرا این تغییرات می‌توانند تأثیر زیادی بر کنترل دما و فشار مبرد در سیستم تبرید داشته باشند.