Genleşme elemanın temel görevi kondenserden gelen sıvı haldeki yüksek basınçtaki soğutucu akışkanın basıncını evaporatör basıncına düşürmektedir. Genleşme valfi, soğutma sisteminin yük gereksinimine göre, soğutucu akışkanın akışını başlatan, durduran ve modüle eden soğutma kontrol ekipmanlarıdır. Genleşme valflerinden verimli şekilde faydalanabilmek için, sistem yabancı maddelerden, aşırı nemden ve korozyondan korunmalıdır. Valfi bu gibi etkilerden korumak için sisteme, pislik tutucu, filtre veya kurutucu eklenmelidir. Uygulamada çok farklı tiplerde basınç düşürücü kullanılmaktadır. Bunlar;
Kılcal Boru
Evaporatör yük değişiminin olmadığı küçük kapasiteli soğutma sistemlerinde basınç düşürücü olarak kullanılırlar. Evaporatör yük değişimlerine cevap veremez ve kızgınlık ayarları yoktur. Kılcal boru ucuz, hareketli parçası olmadığı için arıza yapma riski çok az olan bir genleşme elemanıdır. Kılcal borulu sistemlerde kompresör durduğu zaman yüksek basınç bölgesinden alçak basınç bölgesine akış devam edeceği için sistemdeki basınç belli bir süre içerisinde dengelenir. Bu da kompresörün ilk kalkış anında daha az enerji harcamasına neden olur. Durma ve kalma arasındaki zaman kısa ise bu işlem çok önemli bir avantaj sayılmaz.
Kılcal borular için kritik (doğru şarj miktarı) şarj çok önemlidir. Kılcal borulu sistemlerde akışkan şarj miktarı iyi belirlenmeli şarj miktarı belirlenen değerlerde olmalıdır. Aşırı şarj kompresöre sıvı yürümesine neden olur. Sıvı olarak kartere dönen akışkan yağ ile karışabilir ve yağlama yağının özelliğinin kaybolmasına neden olabilir. Bunun sonucu kompresörün zarar görme olasılığı artmış olur.
Kılcal boru girişleri, tıkanma ve donma ihtimali (eğer sistemde nem varsa) olan en hassas noktalardır. Bu yüzden genellikle kılcal borudan önce filtre kullanılır veya kılcal boru filtre ile imal edilir.
Otomatik Genleşme Valfi
Evaporatör yük değişiminin çok az olduğu küçük ve orta kapasiteli soğutma sistemlerinde basınç düşürücü olarak kullanılır. Kılcal borulu sistemler ile termostatik genleşme valfleri arası uygulamalarda da kullanılmaktadır. Kılcal boruya göre farklılığı, farklı soğutma yükleri oluşduğu zaman elle evaporatör buharlaşma sıcaklığının ayarlanabilmesidir. Termostatik genleşme valflerinde olduğu gibi değişen yüklere göre sistem kendi kendini kontrol edemez yani kızgınlık ayarı yapılamaz. Geçmişde çok fazla basınç düşürücü olarak kullanılan otomatik genleşme valfleri günümüzde pek kullanılmamaktadırlar. Fakat soğutma sistemlerinde farklı amaçlar için otomatik genleşme valfleri kullanılmaktadır.
Termostatik Genleşme Valfi
Evaporatör yük değişimlerine göre evaporatöre soğutucu akışkan giriş miktarını hassas bir şekilde ayarlayan ve kontrol eden genleşme elemanlarıdır. Kızkınlık değerine göre evaporatöre gerekli miktarda akışkan beslemesi yaparlar. Bu yüzden evaporatörde yük azaltığı zaman genleşme vanası kapanma eğilimi göstereceğinden, geri kalan akışkan kondenserin alt kısmında birikerek kondenserin basıncını artıracak ve kullanım yüzey alanını düşürecektir. Sonuçta kondenser verimi düşecek ve soğutma kapasitesi azalacaktır. Bunun engellenmesi için özellikle TXV’li sistemlerde sıvı tankı kullanılması çok önemlidir. Duyarganın ortamdan etkilenmemesi için iyi yalıtılmalı ve evaporatör çıkışında uygun yere bağlanmalıdır.
Termostatik genleşme valfleri; termostatik eleman, orifis ve valf gövdesi olmak üzere temelde üç ana kısımdan oluşur. Termostatik genleşme valfleri, termostatik elemanın şarjına göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir;
Aynı gaz şarjlı: Bu tip termostatik eleman içindeki gaz sarjı, buhar fazındaki soğutucu akışkan miktarı ile sınırlıdır. Gaz şarjlı termostatik elemanlarda kullanılan akışkanın cinsi, soğutma sisteminde kullanılan soğutucu akışkan ile aynıdır.
Aynı sıvı şarjlı: Duyargada kullanılan soğutucu akışkanın cinsi ile soğutma sisteminde kullanılan soğutucu akışkan aynı olmakla beraber, akışkan tüm çalışma sıcaklıklarında sıvı halde bulunur. Sıvı şarjlı duyargaların evaporatör buharlaşma sıcaklığı yüksek olan klima uygulamarında kullanılmaları uygun olmakta, düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılmaları önerilmemektedir.
Farklı sıvı şarjlı: Bu tip termostatik elemanlarda kullanılan akışkan, soğutma sisteminde kullanılan soğutucu akışkan ile aynı değildir. Kızgınlık karakteristiği de, aynı gaz şarjlı ve sıvı şarjlı tip duyargalardan farklıdır. Genellikle 0°C’nin altındaki sıcaklıklarda kullanılmaktadır
Farklı gaz şarjlı: Duyargada kullanılan akışkan soğutma sisteminde kullanılan soğutucu akışkan ile aynı değildir. Farklı sıvı şarjlı valflerle aynı gaz şarjlı valflerin işlevini bir arada yapmaktadır.
Temelde soğutma sistemlerinde sistemin kapasitesine göre iç dengelemeli ve dış dengelemeli olmak üzere iki farklı genleşme valfi kullanılır.
İçten Dengelemeli Termostatik Genleşme Valfi:
Evaporatör yük değişiminin olduğu ve evaporatör basınç kayıplarının az olduğu soğutma uygulamalarında içten dengelemeli termostatik genleşme valfleri yaygın olarak kullanılmaktadır
Yukarıda R-404A kullanılan bir buhar sıkıştırmalı soğutma sistemindeki içten dengelemeli termostatik genleşme valfinde; duyarga basıncı (P1 ), valfin açılması, evaporatör basıncı (P2 ) ve yay basıncı (P3 ), valfin kapatılması yönünde basınç oluşturmaktadır.
Evaporatör kızgınlık değeri duyarga sıcaklığından evaporatör buharlaşma sıcaklığının çıkarılması ile bulunur. Burada sistemde kullanılan akışkan ile duyarga içerisinde kullanılan akışkanın aynı olduğu kabul edilmiştir.
Evaporatör buharlaşma sıcaklığı ve basıncı -20°C ve 301,8 kPa ve duyarga sıcaklığı ve basıncı -16°C ve 349,7 kPa ise evaporatör kızgınlığı (-16)-(-20) = 4°C bulunur. Bu durumda genleşme valfindeki basınç değerleri P1 =P2 +P3 olması gerekir. P1 =P2 +P3 eşitliğinden yay basıncı P3 =47,9 kPa olacaktır. Normal çalışma şartlarında 4°C kızgınlık değerinin elde edilebilmesi için yay basıncı 47,9 kPa değerine ayarlanmalıdır. Bu durumda normal kızgınlık değeri için 349,7=301,8+47,9 eşitliği sağlanmış olur. Soğutma sistemleri çevresel şartlara ve evaporatör yük değişimlerine göre dinamik bir yapıya sahip olduğu için sürekli 4°C kızgınlık değerini yakalamak mümkün değildir. Aşağıda değerlerinin karşılaştırılması verilmektedir.
Eğer evaporatörde yük artar ve buharlaşma A noktasından önce biter ise kızgınlık değeri artacaktır. Bu durumda duyarga basıncı, evaporatör basıncı ile yay basıncının toplamından daha büyük olacaktır (P1 >P2 +P3 ). Bunun sonucu duyarga diyaframa daha fazla basınç uygulayarak iğneyi aşağıya doğru itecek ve evaporatöre daha fazla akışkan girmesini sağlayacaktır.
Evaporatöre akışkan fazla girince buharlaşma (A) noktasından sonra devam edecek ve kızgınlık değeri azalacaktır. Buna bağlı olarak duyarganın sıcaklığı azalmış olacak ve diyaframa uyguladığı basınç düşecektir. Bu durumda duyarga basıncı, evaporatör basıncı ile yay basıncının toplamından daha küçük olacaktır (P1<P2+P3).Sonuçta iğne yukarı doğru kapama yönünde hareket ederek evaporatöre daha az akışkan girmesine neden olacaktır. Sistemin sürekli 4°C kızgınlık değerine yakın değerlerde çalışmasını sağlayarak hem kompresöre sıvı yürümesini önleyecek, hem de evaporatörün bütün yüzeyini kullanarak evaporatör veriminin düşmesini önleyecektir. Genellikle seri üretimlerde aynı uygulamalar için iç dengelemeli TXV’lerin kızgınlık ayarları imalat esnasında yapılır. Bu tür genleşme valfleri için yay basıncı sabit olduğundan ayrıca yay ayar vidaları yoktur. Evaporatör giriş ve çıkışı arasındaki fark çok fazla ise içten dengelemeli TXV yerine dıştan dengelemeli TXV kullanılması önerilir
Dıştan Dengelemeli Genleşme Valfi: Büyük kapasiteli mekanik sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinde evaporatör kapasitesi büyük olacağından evaporatör giriş ve çıkışı arasındaki basınç kayıpları çok fazla olmaktadır. Evaporatördeki basınç kayıplarının çok fazla olması, içten dengelemeli termostatik genleşme valfinin yetersiz kalmasına ve evaporatör kapasitesinin düşmesine neden olur. Uygulamada bu tür olumsuzlukların önlenmesi için dıştan dengelemeli termostatik genleşme valfleri kullanılır.
Termal Genleşme Valfi
Termal genleşme valfleri temel mantık olarak içten dengelemeli termostatik genleşme vanaları gibi çalışmaktadır. Termal genleşme valfi diyafram üzerine yerleştirilmiş rezistansın üzerinde oluşan voltaj değerine göre çalışmaktadır. Voltaj değeri arttığı zaman, rezistans daha fazla ısınmakta ve valfi daha fazla açmaktadır. Voltaj değeri azaldığı zaman ısınma azalmakta ve valf kapanmaktır. Voltaj değeri ise evaporatör çıkışına konan negatif etkili termistör tarafından kızgınlık değerine göre kontrol edilmektedir.
Negatif etkili termistörlerin sıcaklığı arttığı zaman direnci azalır, sıcaklığı düştüğü zaman ise direnci artar. Bu negatif etkili termistörün kendi özelliğinden kaynaklanan bir durumdur. Termistor termal genleşme valfindeki rezistans ile seri bağlıdır. Evaporatör çıkışına bağlı olan negatif etkili termistör ısındığı zaman direnci azalır. Buna karşılık rezistansın direnci artacağından dolayı diyafram üzerine uygulanan basınç artar. Evaporatöre gelen akışkan fazla olacağından evaporatör çıkışındaki termistör daha fazla soğuyacaktır. Soğuyan termistörün direnci artacağından rezistansın direnci birinci durumun aksine azalacaktır. Sonuçta diyafram açma iğnesi üzerindeki basınç azaldığı için kapama yönünde hareket ederek evaporatöre akışkan girişini azaltarak sistem kızgınlık değerine göre akışı kontrol edecektir. Termal genleşme valfleri uygulamada çok fazla kullanım alanı bulamamıştır. Özellikle elektronik genleşme valflerinin kullanılmaya başlamasıyla kullanım alanı iyice azalmıştır.
Elektronik Genleşme Valfi (EEV)
Elektronik genleşme valfleri; günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Su soğutma grupları ve soğutucu akışkan debisinin sürekli değiştiği; değişken debili (VRF/VRV) sistemlerde evaporatörün yeterli miktarda soğutucu akışkan ile beslenebilmesi açısından EEV çok önemlidir. Bu sistemlerde elektronik genleşme valfleri, termostatik genleşme valflerinden daha verimli çalışmaktadır. EEV’de kontrol, evaporatör çıkışındaki soğutucu akışkanın kızgınlık değerine göre yapılır. Elektronik genleşme valflerini ısı-motor kontrollü, elektromanyetik modülasyonlu, pulse (darbe) modulasyonlu (onoff) ve step (adım) motor kontrollü olmak üzere dört grup altında sınıflandırabiliriz.
Uygulamada yaygın olarak kullanılan step motor kontrollü EEV’lerde, kızgınlık değerini ayarlanan değerde tutabilmek için kontrol biriminden gelen sinyal değerine göre motor mili aşağı veya yukarı doğru hareket ettirilir. Motor mili aşağı hareket ederse vanadan geçen soğutucu akışkan miktarı azaltılmakta (kızgınlık artar), yukarı hareketinde ise vanadan geçen soğutucu akışkan miktarı artmaktadır (kızgınlık azalır). Özetlenirse; ölçülen kızgınlık değerine göre step motora ilgili hareketi yapması için sinyal gönderilir. Kontrol birimi evaporatör çıkışındaki gerçek kızgınlık değeri ile istenen değer arasındaki farka göre step motora açılma ya da kapanma sinyali göndermektedir. Bilindiği gibi kızgınlık arttıkça genleşme vanasının açılarak daha fazla soğutucu akışkan göndermesi, kızgınlık azaldığı durumda ise genleşme elemanının kapanması gerekmektedir.
Kaynak: Friterm
Comentarios