Zasada działania
Zawory termostatyczne
Zawory elektroniczne
Montaż zaworów rozprężnych
Zawór rozprężny jest elementem pompy ciepła mającym za zadanie obniżenie ciśnienia czynnika do poziomu przy którym nastąpi jego całkowite odparowanie. Jest to warunek konieczny, aby do sprężarki nie dopływał czynnik w fazie ciekłej, co mogłoby spowodować jej uszkodzenie.
Rys. 1.1. Termostatyczny zawór rozprężny z wewnętrznym wyrównywaniem ciśnień.
(1-membrana, 2-mieszek ciśnieniowy, 3-popychacz, 4-dysza, 5-iglica, 6-sprężyna, 7-śruba regulacyjna, 8-czujnik
temperatury, 9-komora niskiego ciśnienia, 10-komora wysokiego ciśnienia)
Zasada działania:
7.2.2 zawór termostatyczny Czynnik chłodniczy o wysokim ciśnieniu wpływa do komory wysokiego ciśnienia
zaworu. Następnie przez szczelinę pomiędzy dyszą, a iglicą czynnik przepływa do komory niskiego ciśnienia, a stąd do parownika, gdzie odparowuje. Za parownikiem do ścianki przewodu jest przytwierdzony czujnik zaworu. Zmiana temperatury w przewodzie za parownikiem powoduje zmianę ciśnienia w czujniku, a to z kolei powoduje zmianę ciśnienia działającego na membranę. Zmiana siły działającej na membranę zmienia położenie iglicy. W
wyniku przesunięcia iglicy zmienia się prześwit szczeliny, a to z kolei powoduje zmianę strumienia masy czynnika chłodniczego 
przepływającego przez zawór. Gdy granica frontu wrzenia czynnika przesunie się do końca parownika, że przewód zostanie oszroniony aż do czujnika, to zawór termostatyczny zostanie zamknięty i zostanie wstrzymany przepływ czynnika chłodniczego.
Zawory termostatyczne wykonywane są:
– ze stałą dyszą
– z wymienną dyszą
– wtryskowe
Ze względu na materiał mogą się dalej dzielić na armaturę mosiężną i ze stali nierdzewnej o figurze prostej lub kątowej z przyłączami lutowanymi bądź gwintowymi.
zawory ze stałą dyszą produkowane są na określony przepływ, należy je zamawiać według katalogu i numeru dyszy. Z innych cech charakterystycznych dla określonych modeli zaworów należy wymienić:
– filtr o dużej zdolności usuwania zanieczyszczeń
– samoczyszczący upust
– różna długość kapilary (np. 0,8m, 1,5m).
Fot. zawory w wersji lutowanej.
Rys. zawory o stałej dyszy i figurze – po lewej kątowej, po prawej – prostej.
Fot. zawory lutowane w wersji mosiężnej
Fot. zawory termostatyczne z wymiennym zespołem dyszy.
7.2.3 Zawory elektroniczne
Opis powyższy dotyczył tylko pewnej grupy zaworów rozprężnych o termostatycznej regulacji. Ich zaletą jest prostota konstrukcji i pewność działania, wadą ręczne sterowanie. W praktyce dostępne są doskonalsze konstrukcje o regulacji elektronicznej. Zawory tego typu wykorzystują dwa czujniki:
– przetwornik ciśnienia
– czujnik temperatury
Oba zamontowane są na końcu parownika. Przeprowadzone przez nie pomiary są analizowane przez mikroprocesorowy sterownik, który odpowiada za stopień otwarcia zaworu.
Zawory elektroniczne wyposażone są w silnik krokowy zapewniający precyzyjną regulację przepływu.
Fot. Zawory krokowe elektroniczne typu ETS firmy Danfoss.
Rys. Schemat zaworu ETS o figurze prostej i kątowej.
Elektroniczne zawory rozprężne można dalej dzielić w zależności od sposobu regulacji przepływu czynnika na:
– o działaniu proporcjonalnym
– o działaniu impulsowym
Zawory o działaniu proporcjonalnym działają na zasadzie regulacji stopnia otwarcia iglicy, zawory impulsowe powodują całkowite zamknięcie lub otwarcie dyszy przez ściśle określony czas. Z teoretycznego punktu widzenia nie ma żadnych różnic pomiędzy różnymi rodzajami sterowania tymi zaworami, jeśli weźmiemy pod uwagę wystarczająco długi czas obserwacji; niemniej jednak w zakresie precyzji i sterowania zaleca się typ proporcjonalny, ponieważ modulacja impulsowa wtrysku czynnika chłodniczego może spowodować problemy ze stabilnością i niską efektywnością układu. Wykres poniżej pokazuje metody i efekty uzyskane w zakresie jakości przy zastosowaniu impulsowych zaworów modulacyjnych (modulacja szerokości impulsu – PWM), oraz zaworów proporcjonalnych.
Rys. Porównanie przepływu w instalacji z zaworem proporcjonalnym i impulsowym.
Inną zasadniczą różnicą pomiędzy zaworami proporcjonalnymi i PWM jest rozchodzenie się pulsacji
ciśnienia w przewodach instalacji chłodniczej, a szczególnie wtedy, gdy są one bardzo długie (np.: w
supermarketach), oraz obecność wymienników ciepła pomiędzy ciekłym i gazowym czynnikiem.
Pulsacje ciśnienia mogą doprowadzić do nieprzewidywalnych awarii nie tylko w zaworze rozprężnym
lecz w całej instalacji (przewody cieczowe, parownik, rozdzielacz wtrysku czynnika, wymiennik
ciepła).
Dzięki elektronicznemu zaworowi rozprężnemu można osiągnąć znaczne oszczędności energii, oraz zwiększenie średniej rocznej wydajności sprężarki (nawet o 25%). Dla każdego obniżenia o 1°C ciśnienia skraplania można oczekiwać 2% wzrostu efektywności. Osiąga się to dlatego, że sprężarki sterowane w cyklu dwustawnym (zał./wył.) mają zredukowane czasy pracy, natomiast przy regulacji wydajności lub sterowania przy pomocy falownika pracują przy niższej prędkości dając taką sama wydajność.
7.2.4 Montaż zaworów rozprężnych
Rys. Odczytywanie danych z dysku:
a – typ czynnika roboczego, tutaj R134a
b- zakres pracy temp. max. i temp. min.
c- wielkość według karty katalogowej (wielkość dyszy w mm)
d – MOP (Maximum Operating Pressure) – czyli maksymalne ciśnienie robocze. MOP jest to maksymalne dopuszczalne ciśnienie parowania mierzone na ssaniu do sprężarki, podczas którego termostatyczny zawór rozprężny TZR będzie dławił wtrysk cieczy do parownika i zapobiegał tym samym w nim wzrostowi ciśnienia. Maksymalne ciśnienie robocze jest uzyskiwane wówczas, gdy temperatura w czujniku zaworu dochodzi do maksymalnej nastawionej wartości.
Rys. Po lewej dopuszczalne pozycje montażu korpusu zaworu rozprężnego, po prawej – prawidłowe i nieprawidłowe położenie czujnika.
Rys. Przy zaworach o figurze kątowej dopływ czynnika jest zawsze od dołu zaworu, przy figurze prostej określenie kierunku przepływu ułatwia strzałka na korpusie zaworu.
Rys. Sposób montażu zaworu rozprężnego w instalacji. Zawór powinien być zamontowany na przewodzie dopływowym do parownika a czujnik termiczny zaworu na przewodzie odpływowym w pozycji poziomej. Należy bardzo uważnie montować kapilarę łączącą czujnik termiczny z membraną zaworu. Kapilara w żadnym miejscu nie może dotykać do parownika.
Rys. Należy zachować szczególna ostrożność przy lutowaniu. Płomień palnika nie może być skierowany w stronę zaworu, tylko na zewnątrz. Maksymalna temperatura w obrębie zaworu nie powinna przekraczać 100C.
Rys. Przy montażu zaworów skręcanych należy zachować ostrożność aby nie uszkodzić membrany zaworu. U dołu zasady montażu kapilary. Gięcie rurki maksymalnie trzy razy.
Rys. Montaż czujnika termicznego do rury powinien zapewnić ścisłe przyleganie, ale nie może deformować czujnika.