Σπύρο καλημέρα,

Να σε παραπέμψω στο άρθρο του Δημήτρη Μενεγάκη σχετικά με τις θερμοεκτονωτικές http://opsiktikos.gr/blog/2017/12/15/i-thermoektonotiki-valvida/

Είναι περιγραφικότατο.

Εκτονωτικά μέσα

Σε ένα ψυκτικό κύκλο το εκτονωτικό μέσο εξυπηρετεί δύο σκοπούς

• Ελέγχει την ποσότητα του ψυκτικού ρευστού που διοχετεύεται στον ατμοποιητή ώστε να αξιοποιείται όσο το δυνατόν μεγαλύτερη επιφάνεια συναλλαγής του
• Διατηρεί την διαφορά πίεσης του συμπυκνωτή και του ατμοποιητή

Θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα

Η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα είναι το εκτονωτικό μέσο που χρησιμοποιείται περισσότερο στις εφαρμογές ψύξης και κλιματισμού. Ο λόγος που είναι τόσο διαδεδομένες είναι η απλότητά τους, η διαθεσιμότητά τους και η αρκετά καλή ακρίβεια στη λειτουργία τους. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολύ μεγάλο εύρος θερμοκρασιών και σε μεγάλο εύρος ψυκτικών αποδόσεων.

Τρόπος λειτουργίας της θερμοστατικής εκτονωτική βαλβίδας

Ο τρόπος λειτουργίας της θερμοστατικής εκτονωτικής βαλβίδας στηρίζεται στην προσπάθεια διατήρησης σταθερής υπερθέρμανσης. Αυτή η υπερθέρμανση θα πρέπει να διατηρείται σταθερή ανεξάρτητα από το φορτίο του ατμοποιητή και αυτό επιτυγχάνεται με τη ρύθμιση της μάζας ψυκτικού ρευστού που επιτρέπει να διοχετευθεί στον ατμοποιητή.

Μία θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα αποτελείται από το σώμα, την κεφαλή, το ελατήριο ρύθμισης, το διάφραγμα και τον βολβό. Ο βολβός είναι ένα μεταλλικό δοχείο που περιέχει ψυκτικό ρευστό, ενώ συνδέεται μέσω τριχοειδούς σωλήνα με τη βαλβίδα. (εικόνα 1)

Στο διάφραγμα της θερμοστατικής εκτονωτικής βαλβίδας ασκούνται 3 πιέσεις όπως φαίνεται στην εικόνα 2.

Ο βολβός της θερμοστατικής εκτονωτικής βαλβίδας τοποθετείται στην έξοδο του ατμοποιητή και με αυτό τον τρόπο αντιλαμβάνεται τη θερμοκρασία αναρρόφησης και όταν αυτή αυξάνει, αυξάνει και η πίεση του βολβού στο διάφραγμα. Το ελατήριο ασκεί μία σταθερή πίεση στο διάφραγμα αντίθετα από την πίεση του βολβού. Την πίεση του ελατηρίου μπορούμε να την ρυθμίζουμε μέσω ενός κοχλία που πιέζει το ελατήριο. Τέλος ομόρροπα με την πίεση του ελατηρίου ασκείται η πίεση του ατμοποιητή. Όταν αυξάνει η πίεση αναρρόφησης αυξάνει και η πίεση του ατμοποιητή και μεταβάλλεται συνεχώς όπως μεταβάλλεται το φορτίο του ατμοποιητή. Αυτές οι 3 πιέσεις καθορίζουν το άνοιγμα και κλείσιμο της ροής ψυκτικού ρευστού από τη θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα καθώς το διάφραγμα συνδέεται με ένα έμβολο που αυξάνει και μειώνει αντίστοιχα τη μάζα ψυκτικού ρευστού που επιτρέπει να περάσει η βαλβίδα.

Όταν η υπερθέρμανση αυξάνεται η πίεση του βολβού αυξάνεται καθώς  εξατμίζεται μεγαλύτερη ποσότητα ψυκτικού ρευστού μέσα στο βολβό. Η αύξηση της πίεσης του βολβού μεταφέρεται μέσω του τριχοειδούς σωλήνα στο διάφραγμα της βαλβίδας πιέζοντάς το έμβολο με το οποίο συνδέεται προς τα κάτω. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να επιτραπεί σε μεγαλύτερη μάζα ψυκτικού ρευστού να περάσει από τη βαλβίδα. Μεταβάλλοντας την πίεση του ελατηρίου, μεταβάλλουμε την τιμή της υπερθέρμανσης στην οποία θα ανοίγει ή θα κλείνει η βαλβίδα. Αφού περάσει μεγαλύτερη μάζα ψυκτικού ρευστού η τιμή της υπερθέρμανσης θα μειωθεί με συνέπεια να μειωθεί και η πίεση του βολβού και αντίστοιχα η ποσότητα ψυκτικού ρευστού που διοχετεύεται στον ατμοποιητή. Με αυτό τον τρόπο η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα καταφέρνει να ακολουθεί τις μεταβολές του φορτίου διατηρώντας σταθερή την τιμή της υπερθέρμανσης.

Θερμοστατικές εκτονωτικές βαλβίδες με και χωρίς εξωτερικό εξισωτή

Καθώς το ψυκτικό ρευστό διέρχεται από το διανομέα και τις σωληνώσεις του ατμοποιητή παρατηρείται μία πτώση πίεσης. Η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα όπως παρουσιάστηκε παραπάνω «αντιλαμβάνεται» την πίεση στη έξοδό της, άρα την πίεση στην είσοδο του ατμοποιητή. Αυτές οι θερμοστατικές εκτονωτικές βαλβίδες ονομάζονται βαλβίδες με εσωτερικό εξισωτή. Εκτός αυτών υπάρχουν και οι βαλβίδες με εξωτερικό εξισωτή. Σε αυτές υπάρχει επιπλέον σωλήνωση που συνδέει την έξοδο του ατμοποιητή με την εκτονωτική βαλβίδα η οποία με αυτό τον τρόπο «αντιλαμβάνεται» πλέον την πίεση στην έξοδο του ατμοποιητή λαμβάνοντας υπόψιν την πτώση πίεσης μέσα στον ατμοποιητή.

Θερμοστατικές εκτονωτικές διατάξεις συμβατικού και μη σχεδιασμού

Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι θερμοστατικών εκτονωτικών βαλβίδων ανάλογα με το σχεδιασμό της εισόδου τους. Έτσι, υπάρχουν οι βαλβίδες συμβατικού σχεδιασμού εισόδου στις οποίες το διάφραγμα μπορεί να επηρεαστεί από τις διαφοροποιήσεις στη πίεση του συμπυκνωτή. Αντίθετα στις βαλβίδες με σχεδιασμό εξισορρόπησης της πίεσης του συμπυκνωτή, η αλλαγή της πίεσης του συμπυκνωτή δεν επηρεάζει την πίεση στο διάφραγμα. Γενικά ο συμβατικός σχεδιασμός λειτουργεί καλύτερα σε μικρά συστήματα, ενώ στα μεγαλύτερα προτιμάται η είσοδος με σχεδιασμό εξισορρόπησης της πίεσης.

Περιεχόμενο του βολβού της θερμοστατικής εκτονωτικής βαλβίδας

Το περιεχόμενο του βολβού μας επιτρέπει το διαχωρισμό των βολβών σε 4 κατηγορίες.

• Βολβός υγρής παράλληλης πλήρωσης

Σε αυτή την περίπτωση στο βολβό χρησιμοποιείται ψυκτικό ρευστό ίδιο με αυτό της ψυκτικής εγκατάστασης. Η ποσότητα του ψυκτικού ρευστού είναι επαρκής ώστε να μην ατμοποιείται όλη και πάντα να υπάρχουν σε ισορροπία υγρό και αέριο.

• Βολβός υγρής ανάμεικτης πλήρωσης

Και σε αυτή την περίπτωση η ποσότητα του ψυκτικού ρευστού είναι επαρκής ώστε να μην ατμοποιείται όλη και πάντα να υπάρχουν σε ισορροπία υγρό και αέριο. Ωστόσο διαφοροποιείται στο γεγονός ότι το ψυκτικό ρευστό που χρησιμοποιείται δεν είναι το ίδιο με το ψυκτικό ρευστό που χρησιμοποιείται στην ψυκτική εγκατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιείται μείγμα διαφορετικών ψυκτικών ρευστών ώστε η εκτονωτική να συμπεριφέρεται αντίστοιχα στην συσχέτιση υπερθέρμανσης-βαθμού ανοίγματος αλλά η καμπύλη πίεσης-θερμοκρασίας του μείγματος είναι πιο επίπεδη σε σχέση με το ψυκτικό ρευστό της εγκατάστασης. Αυτός ο βολβός είναι αυτός που χρησιμοποιείται περισσότερο.

• Βολβός μέγιστης πίεσης λειτουργίας (αέριας πλήρωσης)

Αυτός ο βολβός έχει πολύ μικρότερη ποσότητα μείγματος ψυκτικών ρευστών από τον αντίστοιχο υγρής πλήρωσης. Καθώς η πίεση ατμοποίησης αυξάνεται το μείγμα αυτό εξατμίζεται και σε κάποια προκαθορισμένη πίεση εξατμίζεται όλη η ποσότητα. Όταν όλη η ποσότητα του μείγματος ψυκτικών ρευστών εξατμιστεί η πίεση δεν αυξάνεται ιδιαίτερα όσο αυξάνεται η πίεση ατμοποίησης. Αυτό σημαίνει ότι η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα δεν θα ανοίξει περαιτέρω, επομένως δεν θα αυξηθεί η ποσότητα ψυκτικού ρευστού που τροφοδοτείται στον ατμοποιητή. Το πλεονέκτημα αυτού του βολβού είναι στην εκκίνηση ενός συστήματος όπου η πίεση αναρρόφησης είναι πολύ υψηλή, περιορίζει τη μέγιστη ποσότητα ψυκτικού ρευστού που θα μετακινηθεί προστατεύοντας τον συμπιεστή από υπερφόρτωση. Το μειονέκτημα είναι ότι αν ο βολβός δεν είναι ψυχρότερος από το σώμα της εκτονωτικής τότε το μείγμα ψυκτικών ρευστών θα μετακινηθεί στο διάφραγμα της βαλβίδας και θα συμπυκνωθεί με αποτέλεσμα να κλείσει η βαλβίδα ακόμα και αν η πίεση λειτουργίας είναι χαμηλότερη της μέγιστης πίεσης λειτουργίας

• Βολβός πλήρωσης με απορροφητικό υλικό

Σε κάποιους βολβούς περιέχεται επιπλέον κάποιο στερεό απορροφητικό υλικό (silica gel κα). Το υλικό αυτό αντιδρά πια αργά από το ψυκτικό υγρό με αποτέλεσμα να προσδίδει στην θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα πια αργή απόκριση στις αλλαγές φορτίου. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο όταν υπάρχουν μεγάλες και γρήγορες εναλλαγές, για τη σταθεροποίηση του συστήματος.

Ρύθμιση της υπερθέρμανσης

Καθώς το ψυκτικό ρευστό στον ατμοποιητή παραλαμβάνει θερμότητα από το χώρο, το ψυκτικό ρευστό εξατμίζεται υπό σταθερή θερμοκρασία. Μόνο όταν εξατμιστεί όλη η ποσότητα του ψυκτικού ρευστού αυξάνεται η θερμοκρασία του και αυτή η αύξηση της θερμοκρασίας είναι η υπερθέρμανση. Το ελατήριο της θερμοστατικής εκτονωτικής βαλβίδας διατηρεί την βαλβίδα κλειστή όσο δεν υπάρχει επαρκής υπερθέρμανση. Όταν επιτευχθεί μία ελάχιστη τιμή υπερθέρμανσης, η πίεση από τον βολβό της εκτονωτικής οδηγεί στο άνοιγμα της εκτονωτικής βαλβίδας. Η ελάχιστη αυτή τιμή υπερθέρμανσης ονομάζεται στατική υπερθέρμανση (1-2 στην εικόνα 3).

Με τη ρύθμιση λοιπόν της πίεσης του ελατηρίου ρυθμίζεται η στατική υπερθέρμανση. Όσο πιο χαλαρό είναι το ελατήριο, η βαλβίδα ανοίγει πιο σύντομα άρα η υπερθέρμανση είναι μικρότερη. Όσο πιο πιεσμένο είναι το ελατήριο, η βαλβίδα αργεί περισσότερο να ανοίξει καθώς απαιτείται υψηλότερη υπερθέρμανση για να ανοίξει. Η επιπλέον υπερθέρμανση που απαιτείται για την διακύμανση του ανοίγματος της βαλβίδας ονομάζεται υπερθέρμανση ανοίγματος και θα πρέπει να βελτιστοποιημένη για τις συνθήκες στις οποίες θα λειτουργεί η βαλβίδα. Η τιμή αυτής της υπερθέρμανσης εξαρτάται αποκλειστικά από την κατασκευή της θερμοστατικής εκτονωτικής βαλβίδας και δεν υπάρχει δυνατότητα ρύθμισής της. Το άθροισμα των δύο αυτών τιμών υπερθέρμανσης ονομάζεται υπερθέρμανση λειτουργίας. Η μέγιστη ποσότητα ψυκτικού ρευστού που περνάει από τη θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα εξαρτάται από το μέγεθος της βαλβίδας και τη διαφορά πίεσης σε αυτή.

Επιλογή θερμοστατικής εκτονωτικής βαλβίδας

Η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα που επιλέγουμε θα πρέπει να μπορεί να δώσει την παροχή ψυκτικού ρευστού που απαιτείται διατηρώντας μία αποδεκτή τιμή υπερθέρμανσης. Αν η βαλβίδα είναι πολύ μεγάλη, μία μικρή αύξηση της υπερθέρμανσης θα επιτρέψει σε μεγάλη ποσότητα ψυκτικού ρευστού να περάσει, μειώνοντας απότομα την υπερθέρμανση, που πάλι θα οδηγήσει σε απότομο κλείσιμο της βαλβίδας οδηγώντας το σύστημα σε αστάθεια. Αυτό θα μπορούσε να διορθωθεί με αύξηση της στατικής υπερθέρμανσης κάτι ωστόσο που θα χαμήλωνε την θερμοκρασία εξάτμισης και θα αύξανε την κατανάλωση ενέργειας του συστήματος. Αν η βαλβίδα είναι πολύ μικρή δεν θα επιτρέπει στην απαραίτητη ποσότητα ψυκτικού ρευστού να περάσει με αποτέλεσμα να μην μπορεί να εξασφαλίσει την απαραίτητη ψυκτική απόδοση. Σε γενικές γραμμές συνήθως επιλέγεται θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα κατά 20% μεγαλύτερη από την απαιτούμενη ψυκτική απόδοση. Η επιλογή είναι δυσκολότερη όταν το σύστημα δουλεύει σε μεγάλο εύρος πιέσεων συμπύκνωσης και εξάτμισης και όταν υπάρχει μεγάλη μεταβολή του ψυκτικού φορτίου. Η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα δεν θα δουλεύει βέλτιστα σε όλο το εύρος λειτουργίας του συστήματος αλλά θα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη για να καλύπτει την απαιτούμενη ψυκτική απόδοση και αρκετά μικρή ώστε να μην προκαλεί αστάθεια στο κύκλωμα.