دائرة التبريد الأساسية – 13- العناصر الأربع الأساسية – صمام التمدد الحرارى والكابلرى

رابط ما قبله : https://wp.me/paiFWG-1Lp

 صمام التمدد الحرارى (صمام الانتشار ) Thermostatic Expansion Valve-TXV   

مكون رئيسى وأحد العناصر  الأربع الأساسية فى دائرة التبريد (ضاغط – مكثف – صمام تمدد حرارى – مبخر) كما بالشكل وموقعه بين المكثف والمبخر أى بين منطقة الضغط العالى (H.P)  فى الدائرة والضغط المنخفض (L.P)  ، وانتفاخ حساسه Bulb(مستشعر الحرارة)  على ماسورة الراجع أى نهاية المبخر كما فى الشكل ش (2) وكلمة  صمام تعنى محبس خانق يتحكم باتساع فوهته  (Nozzle)فى مرور الكمية المناسبة من سائل مركب التبريد اللازمة للحمل الحرارى من المكثف إلى المبخر ، ، ووصف الصمام بالتمدد   تعنى أن السائل ما أن يعبره حتى يتمدد بعد انضغاط وينتشر على شكل رزاز (Spray) حتى أن البعض يطلق عليه (صمام الإنتشار) Expansion – Valve)  ، أما الوصف بالحرارى فمرجعها إلى أن فتحة فوهته تضيق وتتسع طبقا للحمل الحرارى لذا فهو محبس آلى المرورية ومعدل المرورية به يتناسب طرديا مع الحمل الحرارى   وفرق الضغط بين المكثف والمبخر   .

الصمام وضغط المكثف (الضغط العالى) – H.P

كما سبق فى شرح المكثف فإن الضغط العالى (ضغط المكثف) يشترك فى صنعه ثلاث عوامل :-

• السعة الحجمية للضاغط ( معدل تدفق الغاز الساخن المضغوط فى غرفة مكبس الضاغط)

• معدل التكاثف لغاز مركب التبريد فى المكثف

• معدل المرورية لمركب التبريد عبر صمام التمدد الحرارى

 والخنق بالصمام (الإعاقة) مع سحب الضاغط يصنع فرق ضغط بين المكثف والمبخر ويهيىء بالمبخر منطقة ذات ضغط منخفض فإذا ما تواجد السائل بها تبخر ممتصا كمية الحرارة اللازمة لتبخره (الفكرة الأساسية للتبريد) ، ويمكن القول أن عمل الصمام عكس عمل الضاغط فمركب التبريد ينضغط  بمروره فى الضاغط ويتمدد بعبوره الصمام

رحلة مركب التبريد من نهاية  المكثف إلى بداية المبخر  أى من مدخل الصمام لمخرجه وبيانها على منحنى (P-H)

 فى ش (1) يأتى مركب التبريد لمدخل الصمام سائلا دافئا  فى درجة حرارة تشبعه  (T2) عند الضغط العالى للمكثف أو أدنى فى حالة التبريد المزاد له Sub Cooled Liquied   وتمثل حالته النقطة  (6) على المنحنى حيث الضغط (HP)) ودرجة حرارة (T₂)  ، وما أن يعبر السائل الصمام إلى منطقة الضغط المنخفض بالمبخر حتى تعتريه حالة فجائية من التمدد إذ ينخفض الضغط إلى حوالى 5% من الضغط العالى فيتحول بعضا من السائل إلى غاز فى برهة من الزمن تسمى حالة وميض الغاز (Gase Flash) وهذا القدر من السائل المتحول غازا تنخفض درجة حرارته انخفاضا عميقا فينخفض باقى السائل إلى درجة حرارة تشبعه عند الضغط المنخفض وتمثل حالته النقطة رقم (7) (LP-T₁) ، أى أن المسار 6-7 يمثل عبور السائل صمام التمدد الحرارى .

                                                                      ش1 (منحنى H-P   لوسيط التبريد)

 تركيب صمام التمدد الحرارى

كما هو موضح بالشكل  ش(2) يتركب الصمام من عمود حر الحركة يحركة ديفرام يعمل بضغط غاز الحساس الحرارى كما فى (أ) أو بفرق الضغطين  ضغط غاز الحساس (قوة فتح) وضغط اليايى  وضغط المبخر (قوة غلق)     أو ضغط غاز الحساس وضغط التعادل ش5 ( عينة من ضغط المبخر فى آخر جزء منه)  ، و    مزود بضابط لفوهته

فرق الضغطين يتحكم فى سعة فتحة الصمام فإذا زاد ضغط غاز الحساس (ارتفاع الحمل الحرارى ) ازداد الفرق الضغطى ليزيد سعة الفتحة فيتدفق مزيدا من السائل عبر الصمام إلى المبخر والعكس إذا انخفض ضغط غاز الحساس تقل كمية السائل التى يحتاجها المبخر

ونوجز وظائف صمام التمدد الحرارى فى النقاط الآتى :-

• خنق سريان مركب التبريد(الإعاقة)  من المكثف إلى المبخر لضبط ضغط المكثف عند القيمة التصميمية له

• احداث فرق ضغط لخلق منطقة ضغط عالى بالمكثف  (HP) وأخرى ضغط منخفض بالمبخر  (LP)

• إمداد المبخر بالكمية المناسبة من السائل طبقا للتحميص المطلوب والحمل الحرارى   والإستجابة السريعة لتغيره

• ضبط درجة حرارة نهاية المبخر (موضع حساس الصمام ومخرج عينة ضغط السحب لوصلة التعادل) لتحقيق تحميص مناسب للغاز فى عودته إلى ماسورة سحب الضاغط  (Super Heated Gaz) فلا يكون دافئا أكثر من اللازم فلا يبرد الضاغط ولا باردا أكثر من اللازم فيعود مركب التبريد وبعضه سائلا للضاغط فتتلف أجزاؤه الميكانيكية

• وكما بالشكل ش (4) فإن فتحة فةهة الصمام يحكمها ثلاث ضغوط :-

• 1- ضغط غاز الحساس Pb   (قوة فتح الصمام) واتجاهة إلى أسفل

• 2- ضغط المبخر Pe (قوة غلق) واتجاهة إلى أعلى

• 3- ضغط يايى الصمام (قوة غلق)   Ps إلى أعلى وباتزان الضغوط الثلاث تتحدد فتحة الصمام ومن ثم معدل  تدفق سائل مركب التبريد إلى المبخر

بمحصلة القوى الثلاث  تتحدد سعة فوهة الصمام ومن ثم معدل مرور سائل مركب التبريد من المكثف إلى المبخر

• غاز بالب الحساس قد بكون من نوع الغاز المستخدم فى الدائرة أو خليط من غازات التبريد وهو الشائع

ضبط معدل التدفق بصمام الانتشار

يتيح المصمم إمكانية ضبط معدل التدفق بصمام الانتشار بزيادة أو خفض ضغط اليايى حتى يمكن ضبط التحميص لغاز المبخر ، فالصمام مزود بمسمار ضبط بإدارته يمينا (مع عقارب الساعة) يزداد التحميص إذ يقل معدل التدفق للسائل وبإدارته يسارا (عكس عقارب الساعة) تزداد فوهة الصمام اتساعا فتزيد معدل التدفق فينخفض التحميص

ش(4)

صمام التمدد الحرارى ذو وصلة التعادل الخارجية  Externally Equalized Valve

بإضافة متغير رابع للضغوط وهو ضغط السحب فى نهاية المبخر ويطلق عليه ضغط التعادل كما فى الشكل  ش (5) ترتفع كفاءة الصمام ودقته فى الحفاظ على استقرار درجة التحميص

صمام تمدد حرارى بوصلة التعادل ش(5)

•                
•                         ش1
•           

ش(2)

الكابلرى(Capillary Tube)

  فى الوحدات التبريدية صغيرة القدرة مثل الثلاجات تغيرات الحمل الحرارى بها محدودة وغير واسعة النطاق وخفضا لتكلفة الانتاج يستعاض عن صمام التمدد الحرارى بماسورة شعرية ذات قطر حواى ( 0.031) من البوصة وطول محدد بهدف خنق سائل مركب التبريد فى المكثف ليحقق أهم وظائف صمام التمدد الحرارى ، وتجده فى الوحدة ملفوفا على ماسورة الراجع لفا حلزونيا أو ممدودا بداخلها بهدف إحداث التبادل الحرارى بين سائل مركب التبريد قبل اندفاعه إلى المبخر فيبرد (تنخفض حرارته عن درجة حرارة تشبعه ويصبح سائل مزاد تبريده) بينما يرفع تحميص الغاز الراجع للضاغط لضمان عدم عودة جزء منه سائلا للضاغط ويمثل الخط      5-6   على منحنى الانثالبى منطقة التبادل الحرارى .

يقاس القطر الداخلى للكابلرى بأجزاء من الألف من  البوصة  وتتراوح أقطاره  من 0.020 إلى 0.090 من البوصة وأطواله من 1  :6 متر على حسب التطبيق ويجب الإلتزام الصارم بطول الكابلرى وقطره الداخلى فى حالة تغيره  لتتحقق الاعاقة اللازمة لصنع فرق ضغط بين المكثف والمبخر

   يتناسب معدل المرورية بالكابلرى عكسيا مع طوله  وطرديا مع مساحة مقطعة الداخلى وإذا اختلت مواصفات الكابلرى اختلت ضغوط الوحدة وتبعها انخفاض التبريد وعادة فى الثلاجة المنزلية قطر الكابلرى يتراوح ما بين  0.025 و0.041 وطول يتراوح ما بين 175 و 225 سم .وتتوقف أبعاده على قدرة الكباس وحجم كل من المكثف والمبخر لإحداث الاعاقة اللازمة لتحقيق ضغط المبخر المقابل لدرجة حرارة التبخير المطلوبة

الكابلرى أضيق المسارات  فى   دائرة التبريد ومن ثم فهو الأكثر تعرضا للسدد الجزئى أو الكلى بسبب الأوساخ والشوائب فى الدائرة أو حفسا أو ثنيا حادا ، ولمنع الشوائب من العبور إلى ذلك الجزء الضيق يضاف عنصر ثانوى فى الدائرة بين نهاية المكثف والكابلرى يسمى الفلتر يحجز الشوائب بمصفتيه كما يحتوى على حبيبات السليكاجل لامتصاص أى رطوبة بالدائرة تخلفت بها أثناء التفريغ (الفاكيوم) .

فى حالة عدم التفريغ الجيد قبل عملية الشحن وعجز الفلتر (المجفف) عن امتصاص ما بالدائرة من رطوبة فإن الرطوبة (بخار الماء)  مع التبريد العميق حول نهاية الكابلرى ومدخل  المبخر تتجمد فى مخرج الكابلرى ويحدث السدد المؤقت الكلى  وبفصل الضاغط وترك الوحدة دون تشغيل لدقائق معدودة   يذوب الثلج المتجمد فى مخرج الكابلرى لكنه لا يلبث أن يعود مع تشغيل الضاغط ولا علاج للعطل إلا   باستبدال الفلتر والتفريغ العميق (فاكيوم) وإعادة الشحن .

توابع تغيير الكابلرى بمواصفات غير مطابقة لتصميم الثلاجة

كما سبق يصنع الكابلرى إعاقة تحقق الضغط التصميمى للوحدة العالى فى المكثف والمنخفض فى المبخر فإذا تغير بما يزيد الاعاقة أعطى مظاهر السدد الجزئى بما يرفع من ضغط المكثف فيتبعه ارتفاع حرارة وسيط التبريد فى المكثف (قانون الغاز) ومع الانبعاث الحرارى وطرد الحرارة خارج المكثف لاتنخفض حراره الغاز إلى درجة تشبعه ولا يتحقق التكثيف الكلى للغاز ويتدفق خليطا من سائل وغاز إلى المبخر فينخفض التبريد (تتحرك النقطة 6 على منحنى الانثالبى يمينا) ، وفى تلك الحالة يحدث تبريد عميق فى أول ماسورة المبخر أما باقى المبخر فتبريد ةمنخفض نظرا لقلة كمية السائل المتدفق من الكابلرى أما إذا تغير بما يخفض الاعاقة كأن قل طوله أو زاد قطره ارتفع ضغط المبخر فترتفع درجة حرارة تبخير السائل ولا تتحقق بالتبعية درجة التجميد المطلوبه فى الفريزر ، واختصارا فإن تغيير مواصفات الكابلرى تؤدى بالقطع إلى ضعف التبريد

المزايا والعيوب للكابلرى بالمقارنة مع صمام التمدد الحرارى

المزايا

1- عنصر بسيط وغير مكلف بالمقارنة بصمام التمدد الحرارى ولا يحتاج إلى عمليات صيانة

2- يمثل بوابة مفتوحة على الدوام تتيح تعادل الضغوط بالدائرة بين المكثف والمبخر فى وضع التوقف بفعل الفصل من الثرمستات (Off Cycle) مما يتيح استخدام كباسات بمحركات منخفضة عزم بدأ الدوران

3- بأبعاده من قطر وطول يحدد أقصى تدفق مسموح به للسائل من المكثف للمبخر فلا يصل المبخر إلى حالة الاغراق

العيوب

1- غير ذاتى التحكم فى تدفق السائل من المكثف إلى المبخر فلا يتأثر التدفق بالحمل الحرارى للمبخر ولا يتأثر بالحرارة الخارجية المحيطة بالمكثف

2- فى وضع توقف الكباس بحكم عمل الثرمستات يستمر تدفق السائل للمبخر ومنه إلى الكباس مما يشكل خطرا على البستم فى عودة الكباس للعمل

سدد الرطوبة

فى حالة التفرغ غير الجيد قبل شحن وحدى التبريد بما يعنى أن بالدائرة بعضا وإن كان قليلا من الهواء فإنه بتدفق بخار الماء من فوهة صمام التمدد الحرارى أو نهاية الكابلرى ومع التبريد العميق لانتشار الفريون فى بداية ملف التبريد (المبخر) يتجمد بخار الماء فى فنية الصمام أو نهاية الكابلرى مما يعوق سريان الفريون وتدفقه ، بتوقف التدفق ترتفع حرارة ملف التبريد ويسيح الثلج المتجمد ويعاود سائل الفريون فى التدفق ويحدث السدد ثانية وهكذا ، وهنا ينبغى إعادة التفريغ والشحن

أداة الانتشار والكباس

لكل أداة انتشار من كابلرى وصمام ما يناسبها من كباس من حيث عزم بدأ الدوران لمحرك الكباس ففى التطبيقات المستخدمة الكابلرى يكون الكباس من نوع منخفض عزم بدأ الدورانLST فأثناء توقف الكباس تتعادل الضغوط. ويكون الحمل على الكباس منخفض أما فى التطبيقات التى فيها صمام التمدد فعند توقف الكباس لا تتعادل الضغوط فيكون الكباس من نوع عالى عزم البدأ HST.والفرق بين النوعين فى دائرة موتور الكباس حيث الاول يعتمد فى الاقلاع على فرق مقاومة الملفين أما الثانى فيوجد بملف التقوييم كباستور تقوييم ،وحتى مع الكابلرى ووجود شحنة غاز مرتفعة الوزن يستخدم كباسHST

 فى المحاضرة التالية نتناول العنصر الرابع والأخير من العناصر الرئيسة فى دائرة التبريد الأساسية وهو المبخر على الرابط : https://bit.ly/2Am3aK8