شیر انبساط یا اکسپنشن ولو چیست؟ آشناییی با انواع و نقش شیر انبساطی در سیکل تبرید

شیر انبساط یا اکسپنشن ولو چیست؟

شیر انبساط یا اکسپنشن ولو (expansion valve) مکانیزمی برای کنترل دبی ماده مبرد در سیستم های تبرید است. شیر انبساط از اجزای اصلی سیکل تبرید تراکمی بخار و سیکل تبرید جذبی به شمار می رود و در تمامی دستگاه ها و سیستم های برودتی و تهویه مطبوع، استفاده می شوند. به اکسپنشن ولو، شیر کنترل و یا شیر تنظیم نیز گفته می شود. از وظایف عمده آن کنترل جریان مبرد ورودی به اواپراتور در سیکل تبرید می باشد.

آشنایی با سیکل تبرید

پیش از بررسی عملکرد شیر انبساطی ، بهتر است مروری داشته باشیم بر نحوه عملکرد سیکل تبرید تراکمی تا به واسطه آن بتوانیم درک و شناخت بهتری از نقش شیر انبساط و اهمیت آن داشته باشیم.

در فرآیند سیکل تبرید، ماده مبرد پس از عبور از شیر انبساط با افت فشار زیادی مواجه شده و به تبع آن افت دمای قابل توجهی نیز پیدا می کند و سپس وارد اواپراتور می شود.

در اواپراتور ، به دلیل آنکه دمای ماده مبرد کمتر از دمای محیط (آب یا هوا) است، گرمای محیط به ماده سرمازا منتقل می شود، به همین دلیل مبرد شروع به تبخیر می کند.

پس از آن بخار مبرد وارد کمپرسور شده و با افزایش فشار که افزایش دما را نیز در پی دارد، از کمپرسور خارج می گردد و به سمت کندانسور (چگالنده) منتقل می شود.

در کندانسور نیز به وسیله انتقال گرمای ماده مبرد به محیط (آب یا هوا)، این ماده سرمازا مجدداً به حالت مایع تغییر فاز داده و به ورودی اکسپنشن ولو می رسد 

به این ترتیب سیکل برودتی تا مادامی که کمپرسور روشن است تکرار می شود.

برای آشنایی با سیکت تبرید می توانید اینجا کلیک کنید.

موقعیت شیر انبساط بین کندانسور و اواپراتور می باشد. در واقع این شیر به مانند کمپرسور، مرز ناحیه فشار بالا و فشار پایین در دستگاه های برودتی محسوب می شود و در ناحیه خط مایع مبرد (Liquid line) قرار دارد. شیر انبساط بر خلاف کمپرسور که نقش افزایش فشار بخار مبرد در سیکل تبرید را دارد، باعث ایجاد افت فشار در مایع مبرد موجود در سیکل تبرید می شود.

نقش شیر انبساط

فرآیند اختناق (Throttling process) یا اثر ژول – تامسون عبارت است از تغییر ترمودینامیکی یک سیال (گاز یا مایع)، هنگامی که از یک شیر (Valve) یا دریچه متخلخل (Porous plug) عبور می کند به نحوی که در طول این عملیات، فرآیند اختناق در یک محیط ایزوله صورت می گیرد و هیچگونه انتقال حرارتی با محیط اطراف خود ندارد.

چنانچه این فرآیند با محیط اطراف خود ایزوله باشد و انتقال گرمایی صورت نپذیرد، سیال دچار افت فشار و به دنبال آن کاهش دما می شود و این همان اصل کلیدی در شیر انبساط (اکسپنشن ولو) موجود در سیستم های برودتی و تهویه مطبوع است.

در واقع فرآیند خفقان و سرد شدن مبرد در طی آن که به وسیله شیر انبساط صورت می گیرد، نقطه عطفی در سیکل تبرید تراکمی است که باعث تشکیل تمامی پمپ های حرارتی، یخچال ها و سیستم های تبرید شده است.

شیر انبساط به منظور تحقق دو هدف اصلی در سیکل تبرید تعبیه شده است:

1– کنترل مقدار مبرد ورودی به داخل اواپراتور:

تا حد امکان سطوح تبادل کننده حرارت در اواپراتور با مایع مبرد موجود در جریان ورودی در تماس باشد، به نحوی که مبردی به شکل مایع، به داخل کمپرسور وارد نشود.

اگر ظرفیت انتقال حرارت در اواپراتور افزایش یابد، اکسپنشن ولو اجازه می دهد مقدار بیشتری از ماده سرمازا به داخل اواپراتور راه یابد و عکس این موضوع نیز صادق خواهد بود، یعنی زمانی که ظرفیت برودتی اواپراتور کاهش می یابد، شیر انبساط مقدار مبرد ورودی را کاهش خواهد داد و این چنین کاهش نرخ جریان جرمی (Mass flow) ماده مبرد در اواپراتور، باعث تثبیت میزان سوپرهیت در آن شده و از ورود مایع مبرد به درون کمپرسور جلوگیری می کند.

2- حفظ اختلاف فشار بین کندانسور (ناحیه فشار بالا) و اواپراتور (ناحیه فشار پایین):

اختلاف فشار ایجاد شده در سیستم که ناشی از کار کمپرسور است، توسط شیر انبساط یا اکسپنشن ولو در سیکل تبرید حفظ می شود.

شیر انبساط به طور مستقیم بر روی دمای تبخیر (Evaporation temperature) تاثیر نداشته و آن را کنترل نمی کند اما این شیر میزان سوپرهیت موجود در اواپراتور را از طریق کنترل نرخ جریان جرمی ماده مبرد ورودی به اواپراتور، تنظیم می کند. این شیر همچنین فشار بین دو ناحیه فشار بالا و فشار پایین را حفظ می کند

دمای تبخیر به ظرفیت کمپرسور، بازده و مشخصه های اواپراتور بستگی دارد. عملکرد یک اکسپنشن ولو در سیکل تبرید در شکل زیر نشان داده شده است، همچنین افت فشار ایجاد شده در ماده مبرد در یک نمودار فشار- آنتالپی را نیز می توانید مشاهده کنید.

انواع شیر انبساط یا اکسپنشن ولو

شیر انبساط از مکانیزم های کنترل دبی ماده مبرد می باشد. در مجموع کلیه مکانیزم های کنترل جریان مبرد که ممکن است در سیستم های برودتی نیز بکار روند عبارتند از:

• شیر انبساط حرارتی (Thermal Expansion valve)
• شیر دستی (Manual valve)
• لوله موئین (Capillary tube)
• شیر اتوماتیک (Automatic valve)
• اکسپنشن ولوالکترونیکی (Electronic Expansion valve)
• شیر شناور فشار پایین (Low-pressure float valve)
• اکسپنشن ولو شناور فشار بالا (Low-pressure float valve)

شیرهای انبساط مکانیکی و الکترونیکی از رایج ترین مکانیزم های کنترل دبی ماده مبرد در سیستم های برودتی و تهویه مطبوع به شمار می روند.

بیشتر بخوانید :

علت یخ زدگی شیر انبساط