Терморасширительный клапан или термостатический расширительный клапан (часто сокращенно TEV , TXV или TX клапан ) — это компонент парокомпрессионных систем охлаждения и кондиционирования воздуха , который контролирует количество хладагента, выбрасываемого в испаритель, и предназначен для регулирования перегрева хладагент, вытекающий из испарителя, до постоянного значения. Хотя расширительный клапан часто называют «термостатическим» клапаном, он не способен регулировать температуру испарителя до точного значения. Температура испарителя будет меняться только в зависимости от давления испарения, которое придется регулировать другими способами (например, путем регулировки мощности компрессора).
Расширительные клапаны часто называют «измерительными устройствами», хотя это может также относиться к любому другому устройству, которое выпускает жидкий хладагент в секцию низкого давления, но не реагирует на температуру, например, капиллярная трубка или регулируемый по давлению клапан. клапан.
Расширительный клапан является ключевым элементом теплового насоса ; именно этот цикл делает возможным кондиционирование воздуха или охлаждение воздуха. Базовый холодильный цикл состоит из четырех основных элементов: компрессора , конденсатора , дозатора и испарителя . Когда хладагент проходит через контур, содержащий эти четыре элемента, происходит кондиционирование воздуха.
Цикл начинается, когда хладагент поступает в компрессор в газообразной форме с низким давлением и умеренной температурой. Хладагент сжимается компрессором до газообразного состояния под высоким давлением и высокой температурой. Затем газ под высоким давлением и высокой температурой поступает в конденсатор. Конденсатор охлаждает газ под высоким давлением и высокой температурой, позволяя ему конденсироваться в жидкость под высоким давлением путем передачи тепла среде с более низкой температурой, обычно окружающему воздуху. Чтобы обеспечить охлаждающий эффект от жидкости под высоким давлением, поток хладагента, поступающего в испаритель, ограничивается расширительным клапаном, снижая давление и позволяя происходить изоэнтальпическому расширению обратно в паровую фазу, что поглощает тепло и приводит к охлаждению. .
Расширительное устройство типа TXV имеет чувствительную колбу, заполненную жидкостью, термодинамические свойства которой аналогичны свойствам хладагента. Эта лампочка термически соединена с выходом испарителя, чтобы можно было измерять температуру хладагента, выходящего из испарителя. Давление газа в чувствительной колбе обеспечивает силу открытия ТРВ, и при падении температуры эта сила будет уменьшаться, тем самым динамически регулируя поток хладагента в испаритель.
Перегрев — это превышение температуры пара над его температурой кипения при давлении испарения. Отсутствие перегрева указывает на то, что хладагент не полностью испаряется внутри испарителя, и жидкость может попасть в компрессор, что неэффективно и может привести к повреждению. С другой стороны, чрезмерный перегрев указывает на то, что через змеевик испарителя протекает недостаточно хладагента, и, следовательно, значительная его часть к концу не обеспечивает охлаждение. Таким образом, регулируя перегрев до небольшого значения, обычно всего нескольких °C, теплопередача испарителя будет почти оптимальной без возврата избыточного жидкого хладагента в компрессор. [1]
Чтобы обеспечить соответствующий перегрев, сила пружины часто прикладывается в направлении закрытия клапана, а это означает, что клапан закроется, когда температура баллона будет ниже, чем температура испарения хладагента. Клапаны пружинного типа могут быть фиксированными или регулируемыми, хотя существуют и другие методы обеспечения перегрева, например, использование чувствительной груши, имеющей состав пара, отличный от остальной части системы.
Некоторые терморасширительные клапаны также специально разработаны для обеспечения постоянного прохождения определенного минимального потока хладагента через систему, в то время как другие также могут быть предназначены для контроля давления в испарителе, чтобы оно никогда не поднималось выше максимального значения.
Контроль расхода или дозирование хладагента осуществляется с помощью термочувствительной груши, наполненной газом или жидкостью, аналогичной той, что находится внутри системы, которая заставляет отверстие в клапане открываться против давления пружины в клапане. тело по мере повышения температуры на лампочке. По мере того как температура всасывающей линии снижается, снижается и давление в баллоне и, следовательно, на пружине, что приводит к закрытию клапана. Система кондиционирования воздуха с клапаном TX часто более эффективна, чем системы, в которых он не используется. [2] Кроме того, системы кондиционирования воздуха с клапаном TX не требуют аккумулятора (бака с хладагентом, расположенного после выхода испарителя), поскольку клапаны уменьшают поток жидкого хладагента при уменьшении тепловой нагрузки испарителя, так что весь хладагент полностью испаряется внутри. испаритель (при нормальных условиях эксплуатации, таких как правильная температура испарителя и воздушный поток). Тем не менее, резервуар-приемник жидкого хладагента необходимо разместить на жидкостной линии перед клапаном TX, чтобы в условиях низкой тепловой нагрузки испарителя любой излишек жидкого хладагента мог храниться внутри него, предотвращая обратный ток жидкости внутрь змеевика конденсатора из жидкостная линия.
При тепловых нагрузках, которые очень малы по сравнению с номинальной мощностью клапана, размер отверстия может стать слишком большим для тепловой нагрузки, и клапан может начать неоднократно открываться и закрываться, пытаясь контролировать перегрев до заданного значения, что приводит к перегреву. колебаться. Перекрестная заправка, то есть заправка чувствительного баллона, состоящая из смеси различных хладагентов или газов, не являющихся хладагентом, таких как азот (в отличие от заправки, состоящей исключительно из одного и того же хладагента внутри системы, известной как параллельная заправка), устанавливается так что кривая зависимости давления пара от температуры заправки по термометру «пересекает» кривую зависимости давления пара от температуры хладагента системы при определенном значении температуры (т. е. заправка по термометру настроена так, что ниже определенной температуры хладагента давление паров заряд баллона внезапно становится выше, чем заряд хладагента в системе, что заставляет дозирующий штифт оставаться в открытом положении), помогает уменьшить явление перегрева, предотвращая полное закрытие отверстия клапана во время работы системы. Тот же результат может быть достигнут с помощью различных типов выпускных каналов, которые всегда генерируют минимальный поток хладагента. Однако стоимость заключается в определении определенного потока хладагента, который не достигнет линии всасывания в полностью испаренном состоянии, пока тепловая нагрузка особенно низка, и компрессор должен быть рассчитан на это. Тщательно выбирая количество заряда термочувствительной лампы, можно также достичь так называемого эффекта MOP (максимального рабочего давления); При превышении точной температуры хладагента заряд чувствительной лампы полностью испаряется, в результате чего клапан начинает ограничивать поток независимо от измеренного перегрева, а не увеличивать его, чтобы снизить перегрев испарителя до целевого значения. Таким образом, давление испарителя не будет превышать значение MOP. Эта функция помогает контролировать максимальный рабочий крутящий момент компрессора до значения, приемлемого для применения, например, для автомобильного двигателя небольшого объема.
Состояние низкого уровня заправки хладагента во время работы компрессора часто сопровождается громким свистящим звуком, слышимым из расширительного клапана и испарителя, что вызвано отсутствием напора жидкости непосредственно перед движущимся отверстием клапана, что приводит к заеданию отверстия. для дозирования пара или парожидкостной смеси вместо жидкости.
Существует два основных типа терморасширительных клапанов: с внутренним или внешним уравниванием. Разница между клапанами с внешним и внутренним уравниванием заключается в том, как давление испарителя влияет на положение иглы. В клапанах с внутренним уравниванием давление испарителя на диафрагму представляет собой давление на входе испарителя (обычно через внутреннее соединение с выходом клапана), тогда как в клапанах с внешним уравниванием давление испарителя на диафрагму представляет собой давление на выход испарителя . Термостатические расширительные клапаны с внешним уравниванием компенсируют любое падение давления в испарителе. [3] Для клапанов с внутренним уравниванием падение давления в испарителе приведет к увеличению перегрева.
Клапаны с внутренним уравниванием могут использоваться на одноконтурных змеевиках испарителя с низким перепадом давления. Если распределитель хладагента используется для нескольких параллельных испарителей (а не клапана на каждом испарителе), то необходимо использовать внешний уравнительный клапан. TXV с внешним эквалайзером можно использовать во всех приложениях; однако TXV с внешним выравниванием не может быть заменен TXV с внутренним выравниванием. [4] В автомобильной промышленности часто используется клапан теплового расширения с внешним уравниванием, известный как клапан блочного типа. В этом типе либо чувствительная груша расположена внутри соединения всасывающей линии внутри корпуса клапана и находится в постоянном контакте с хладагентом, вытекающим из выпускного отверстия испарителя, либо предусмотрено средство передачи тепла, позволяющее хладагенту обмениваться нагревание чувствительного заряда, содержащегося в камере, расположенной над диафрагмой, по мере его поступления во всасывающую линию.
Хотя колба/диафрагма используется в большинстве систем, контролирующих перегрев хладагента, электронные расширительные клапаны становятся все более распространенными в более крупных системах или системах с несколькими испарителями, что позволяет регулировать их независимо. Хотя электронные клапаны могут обеспечить больший диапазон управления и гибкость, которые не могут обеспечить типы ламп/мембран, они усложняют систему и увеличивают количество точек отказа, поскольку требуют дополнительных датчиков температуры и давления, а также электронной схемы управления. В большинстве электронных клапанов используется шаговый двигатель, герметично запечатанный внутри клапана, для приведения в действие игольчатого клапана с винтовым механизмом, на некоторых устройствах только шаговый ротор находится внутри герметичного корпуса и приводится в движение через герметичный корпус клапана с помощью катушек статора снаружи. Устройство.
