Thermisches Expansionsventil, Kapillarrohr, elektronisches Expansionsventil, drei wichtige Drosselvorrichtungen
Der Drosselmechanismus ist eine wichtige Komponente der Kälteanlage. Seine Funktion besteht darin, die gesättigte (oder unterkühlte) Flüssigkeit im Kondensator oder Flüssigkeitsbehälter unter Kondensationsdruck auf den Verdampfungsdruck und die Verdampfungstemperatur nach der Drosselung zu bringen. Je nach Laständerung wird der Kältemittelstrom in den Verdampfer angepasst. Gängige Drosselvorrichtungen sind Kapillarrohre, Expansionsventile und Schwimmerventile.
Ist die vom Drosselmechanismus dem Verdampfer zugeführte Flüssigkeitsmenge im Vergleich zur Last des Verdampfers zu groß, gelangt ein Teil des flüssigen Kältemittels zusammen mit dem gasförmigen Kältemittel in den Kompressor, was zu Nasskompressions- oder Flüssigkeitsschlagunfällen führen kann.
Im Gegenteil, wenn die Flüssigkeitszufuhr im Vergleich zur Wärmelast des Verdampfers zu gering ist, kann ein Teil der Wärmeaustauschfläche des Verdampfers nicht voll funktionsfähig sein, und es kommt sogar zu einer Verringerung des Verdampfungsdrucks; dadurch verringert sich die Kühlleistung des Systems, der Kühlkoeffizient sinkt und die Austrittstemperatur des Kompressors steigt, was die normale Schmierung des Kompressors beeinträchtigt.
Wenn das Kältemittel durch ein kleines Loch strömt, wird ein Teil des statischen Drucks in dynamischen Druck umgewandelt, die Strömungsgeschwindigkeit steigt sprunghaft an, es entsteht eine turbulente Strömung, das Fluid wird gestört, der Reibungswiderstand erhöht sich und der statische Druck sinkt, sodass das Fluid den Zweck der Druckreduzierung und Durchflussregulierung erreichen kann.
Die Drosselung ist einer der vier Hauptprozesse, die für den Kompressionskältekreislauf unerlässlich sind.
Der Drosselmechanismus hat zwei Funktionen:
Eine Möglichkeit besteht darin, das aus dem Kondensator austretende flüssige Kältemittel unter hohem Druck auf den Verdampfungsdruck zu drosseln und zu entspannen.
Die zweite Maßnahme besteht darin, die Menge des in den Verdampfer eintretenden Kältemittels an die Änderungen der Systemlast anzupassen.
1. Thermisches Expansionsventil
Thermische Expansionsventile finden breite Anwendung in Kältemittel-Kälteanlagen. Durch ihren Temperaturfühler passt sie die Kältemittelzufuhr automatisch an die Temperaturänderung des Kältemittels am Verdampferausgang an.
Die meisten thermischen Expansionsventile sind werkseitig auf eine Überhitzung von 5 bis 6 °C eingestellt. Die Konstruktion des Ventils gewährleistet, dass es sich bei einer weiteren Erhöhung der Überhitzung um 2 °C vollständig öffnet. Bei einer Überhitzung von etwa 2 °C schließt das Expansionsventil. Die Einstellfeder zur Regelung der Überhitzung ermöglicht einen Einstellbereich von 3 bis 6 °C.
Generell gilt: Je höher der durch das Expansionsventil eingestellte Überhitzungsgrad, desto geringer die Wärmeaufnahmekapazität des Verdampfers. Dies liegt daran, dass mit steigendem Überhitzungsgrad ein erheblicher Teil der Wärmeübertragungsfläche am Verdampferende beansprucht wird, wo der gesättigte Dampf überhitzt werden kann. Dadurch verringert sich die Fläche für die Verdampfung und Wärmeaufnahme des Kältemittels, die Verdampfungsfläche wird also nicht optimal genutzt.
Ist der Überhitzungsgrad jedoch zu gering, kann flüssiges Kältemittel in den Verdichter gelangen und das unerwünschte Phänomen des Flüssigkeitsschlags verursachen. Daher muss die Überhitzung so geregelt werden, dass ausreichend Kältemittel in den Verdampfer eintritt, gleichzeitig aber verhindert wird, dass flüssiges Kältemittel in den Verdichter gelangt.
Das thermische Expansionsventil besteht im Wesentlichen aus einem Ventilkörper, einem Temperaturfühler und einem Kapillarrohr. Je nach Membranausgleichsmethode unterscheidet man zwei Arten von thermischen Expansionsventilen: solche mit internem und solche mit externem Ausgleich.
Intern ausgeglichenes thermisches Expansionsventil
Das intern ausgeglichene thermische Expansionsventil besteht aus Ventilkörper, Stößelstange, Ventilsitz, Ventilnadel, Feder, Regulierstange, Temperaturfühler, Verbindungsrohr, Fühlermembran und weiteren Komponenten.
Extern ausgeglichenes thermisches Expansionsventil
Der Unterschied zwischen einem externen und einem internen Thermostatventil hinsichtlich Aufbau und Installation besteht darin, dass der Raum unter der Membran des externen Thermostatventils nicht mit dem Ventilausgang verbunden ist. Stattdessen wird eine Ausgleichsleitung mit kleinem Durchmesser verwendet, um eine Verbindung zum Verdampferausgang herzustellen. Dadurch wirkt nach der Drosselung nicht der Druck Po am Verdampfereintritt, sondern der Druck Pc am Verdampferausgang auf die Unterseite der Membran. Im Gleichgewichtszustand der Membran gilt Pg = Pc + Pw. Der Öffnungsgrad des Ventils wird nicht durch den Strömungswiderstand im Verdampfer beeinflusst, wodurch die Nachteile des internen Thermostatventils behoben werden. Externe Thermostatventile kommen vorwiegend dort zum Einsatz, wo der Strömungswiderstand im Verdampfer hoch ist.
Üblicherweise wird der Dampfüberhitzungsgrad bei geschlossenem Expansionsventil als geschlossener Überhitzungsgrad bezeichnet. Dieser entspricht dem Überhitzungsgrad beim Öffnen des Ventils. Der geschlossene Überhitzungsgrad hängt von der Federvorspannung ab, die über den Einstellhebel justiert werden kann.
Die Überhitzung bei maximaler Federspannung wird als minimale Überhitzung im geschlossenen Zustand bezeichnet; die Überhitzung bei maximaler Federspannung hingegen als maximale Überhitzung im geschlossenen Zustand. Im Allgemeinen beträgt die minimale Überhitzung im geschlossenen Zustand des Expansionsventils maximal 2 °C und die maximale Überhitzung im geschlossenen Zustand mindestens 8 °C.
Bei einem internen thermischen Expansionsventil wirkt der Verdampfungsdruck unter der Membran. Ist der Verdampferwiderstand relativ hoch, entstehen beim Durchströmen des Kältemittels durch den Verdampfer große Strömungsverluste, was die Funktion des thermischen Expansionsventils erheblich beeinträchtigt. Die Arbeitsleistung des Verdampfers steigt, was zu einer erhöhten Überhitzung am Verdampferausgang und einer ineffizienten Nutzung der Verdampferfläche führt.
Bei extern ausgeglichenen thermischen Expansionsventilen ist der unter der Membran wirkende Druck der Auslassdruck des Verdampfers und nicht der Verdampfungsdruck, wodurch sich die Situation verbessert.
2. Kapillare
Die Kapillare ist die einfachste Drosselvorrichtung. Sie besteht aus einem sehr dünnen Kupferrohr mit einer bestimmten Länge und einem Innendurchmesser von üblicherweise 0,5 bis 2 mm.
Merkmale der Kapillare als Drosselvorrichtung
(1) Die Kapillare wird aus einem roten Kupferrohr gezogen, das einfach herzustellen und kostengünstig ist.
(2) Es gibt keine beweglichen Teile, und es ist nicht leicht, Ausfälle und Leckagen zu verursachen;
(3) Es weist die Merkmale der Selbstkompensation auf,
(4) Nach dem Abschalten des Kältemittelverdichters gleichen sich die Drücke auf der Hoch- und Niederdruckseite des Kältesystems schnell aus. Beim erneuten Anlaufen startet der Motor des Kältemittelverdichters.
3. Elektronisches Expansionsventil
Das elektronische Expansionsventil ist ein Drehzahlventil und wird in intelligent gesteuerten Inverter-Klimaanlagen eingesetzt. Zu seinen Vorteilen zählen: ein großer Durchflussregelbereich, hohe Regelgenauigkeit, Eignung für intelligente Steuerung und die schnelle Anpassung des Kältemittelstroms.
Vorteile von elektronischen Expansionsventilen
Großer Durchflusseinstellbereich;
Hohe Regelgenauigkeit;
Geeignet für intelligente Steuerung;
Kann mit hoher Effizienz auf schnelle Änderungen des Kältemittelstroms angewendet werden.
Die Öffnung des elektronischen Expansionsventils kann an die Drehzahl des Kompressors angepasst werden, sodass die vom Kompressor geförderte Kältemittelmenge der vom Ventil zugeführten Flüssigkeitsmenge entspricht, wodurch die Kapazität des Verdampfers maximiert und eine optimale Steuerung der Klimaanlage und des Kühlsystems erreicht werden kann.
Der Einsatz elektronischer Expansionsventile kann die Energieeffizienz des Inverter-Kompressors verbessern, eine schnelle Temperaturregelung ermöglichen und die saisonale Energieeffizienz des Systems steigern. Bei Inverter-Klimaanlagen mit hoher Leistung müssen elektronische Expansionsventile als Drosselbauteile verwendet werden.
Das elektronische Expansionsventil besteht aus drei Teilen: Erfassung, Steuerung und Ausführung. Je nach Antriebsart unterscheidet man zwischen elektromagnetischen und elektrischen Ventilen. Elektrische Ventile lassen sich wiederum in direktwirkende und untersetzte Ventile unterteilen. Ein direktwirkendes Ventil ist ein Schrittmotor mit Ventilnadel, ein untersetztes Ventil hingegen ein Schrittmotor mit Ventilnadel und Getriebe.
Veröffentlichungsdatum: 25. November 2022
