1
Druga zasada termodynamiki .........................................................................................................................................................2
Entropia ......................................................................................................................................................................................2
Entalpia .......................................................................................................................................................................................2
Energia. Ciepło. Praca ...............................................................................................................................................................3
Wykres log p – i ..........................................................................................................................................................................5
Podstawy wymiany ciepła ..........................................................................................................................................................6
Przenikanie ciepła ......................................................................................................................................................................7
IDEALNY OBIEG – CARNOTA .............................................................................................................................................8
SCHEMATY: .............................................................................................................................................................................9
OBIEG Lindego....................................................................................................................................................................12
Obieg z dochładzaniem. .......................................................................................................................................................13
Obieg chłodniczy z regeneracją...........................................................................................................................................13
Układy dwustopniowe ..........................................................................................................................................................15
Schematy dwustopniowych urządzeń chłodniczych ..........................................................................................................17
Obiegi dwustopniowych urządzeń chłodniczych do schematów (wcześniejszych) .........................................................18
WYPOSAśENIE UKŁADU CHŁODNICZEGO .................................................................................................................18
Automatyczny zawór rozpręŜny .........................................................................................................................................18
Termostatyczny zawór rozpręŜny.......................................................................................................................................20
Termostatyczny zawór rozpręŜny z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia ...................................................................24
Zamocowanie czujnika termostatycznego zaworu rozpręŜnego ......................................................................................25
Niedomagania termostatycznego zaworu rozpręŜnego.....................................................................................................26
Automatyczne regulowanie ciśnienia i temperatury:............................................................................................................28
Zasada działania regulatorów ciśnienia i regulatorów temperatury ...............................................................................28
Instalowanie termostatów....................................................................................................................................................31
Automatyczne regulowanie ciśnienia parowania i skraplania - zawory stałego ciśnienia ............................................................32
Zawory elektromagnetyczne ...............................................................................................................................................33
Aparatura pomocnicza urządzeń chłodniczych.....................................................................................................................35
Odolejacze.............................................................................................................................................................................35
Osuszacze pary .....................................................................................................................................................................36
Zbiorniki ...............................................................................................................................................................................36
Odwadniacze (filtry chemiczne)..........................................................................................................................................37
Wzierniki...............................................................................................................................................................................38
2
Druga zasada termodynamiki
Wyniki badań i obserwacji nad moŜliwością przechodzenia energii z jednych postaci w inne zebrano w wiele
zdań noszących nazwę: słownych definicji drugiej zasady termodynamiki. Najczęściej spotkać się moŜna z trzema
definicjami:
1. Ciepło nie moŜe samorzutnie przejść od ciała o temperaturze niŜszej do ciała o temperaturze wyŜszej.
2. Tarcie jest przemianą nieodwracalną.
3. NiemoŜliwe jest skonstruowanie perpetuum mobile II rodzaju. Perpetuum mobile II rodzaju byłby to
pracujący według zamkniętego obiegu silnik cieplny, który by pobierał ciepło tylko z jednego źródła o stałej
temperaturze i w całości zamieniał to ciepło na pracę mechaniczną nie powodując Ŝadnych trwałych zmian w
innych ciałach.
Entropia
Elementarny
1)
przyrost entropii ciała jest równy ilorazowi elementarnej ilości ciepła, którą pochłonęło to ciało,
przez temperaturę bezwzględną, jaką miało to ciało w momencie pochłaniania tego ciepła
T
dQ
dS
=
1)
Elementarny oznacza w tych rozwaŜaniach nieskończenie mały.
W obliczeniach przyjmuje się zwykle, Ŝe entropia ciała jest równa zeru, gdy ciało to ma temperaturę
0°C i znajduje się pod ciśnieniem 0,1 MPa
1)
.
1)
MoŜna teŜ przyjąć inny stan ciała jako stan, w którym entropia jego jest równa zeru. (Podobnie przy określaniu temperatury
istnieje 0°C, 0 K, 0°F.)
PRZYKŁAD:
Obliczyć entropię 80 kg ołowiu o temperaturze 50°C.
K
J
T
c
m
s
m
S
/
1736
273
323
ln
129
80
273
ln
=
⋅
⋅
=
⋅
⋅
=
⋅
=
Entalpia
Transport energii -
Rys. Napełnianie zbiorników gazem
Doświadczenie 1 Z rurociągu, którym powoli przepływa spręŜone powietrze o ciśnieniu kilka
lub kilkanaście razy większym od ciśnienia otoczenia i temperaturze 17
C
C, wpuszczamy
pewną ilość powietrza do zaizolowanego zupełnie pustego zbiornika o stałej objętości i
zamykamy zawór (rys. a). Okazuje się, Ŝe temperatura wprowadzonego powietrza nagle
wzrosła i wynosi około 130°C
1)
.
Doświadczenie 2 Z rurociągu, którym powoli przepływa spręŜone powietrze o ciśnieniu kilka
lub kilkanaście razy większym od ciśnienia otoczenia i temperaturze 17°C, wpuszczamy
pewną ilość powietrza do chwilowo pustego, zaizolowanego cylindrycznego zbiornika
zamykanego od góry tłokiem (rys. b). Wskutek tego tłok przesuwa się do góry
2)
. Zamykamy
zawór i odczytujemy temperaturę powietrza w zbiorniku. Wynosi ona 17°C, jest więc równa
temperaturze panującej w rurociągu.
Doświadczenie 3 Ze zbiornika, uŜytego w doświadczeniu drugim, wypuszczamy powietrze i
w chwili, gdy tłok znajduje się na samym dnie zbiornika, zamykamy zawór. Następnie
przesuwamy tłok do góry (rys. c). Pod tłokiem powstaje próŜnia. Podnoszenie tłoka wymaga,
więc uŜycia wielkiej siły, gdyŜ na górną powierzchnię tłoka działa ciśnienie otoczenia
wynoszące około 0,1 MPa. Po wykonaniu tej pracy tłok znajduje się u góry, a pod nim jest
próŜnia. Teraz dopiero otwieramy zawór i wpuszczamy z rurociągu pewną ilość powietrza o
temperaturze 17°C. Okazuje się, Ŝe temperatura jego po wejściu do zbiornika wzrasta znowu
do około 130°C.
3
1)
Do doświadczenia tego powinno się uŜyć bardzo czułego termometru. Gdy tak czułego termometru nie mamy, to zauwaŜony
przez nas przyrost temperatury gazu będzie wielokrotnie niniejszy, gdyŜ w czasie ogrzewania się rtęci w termometrze duŜa ilość
ciepła przepłynie od gazu do ścian zbiornika.
2)
Gdy zbiornik był pusty, tłok spoczywał na dnie zbiornika.
Z doświadczeń tych wypływa wniosek, Ŝe gaz płynący rurociągiem oprócz swojej energii potencjalnej,
kinetycznej
1)
i wewnętrznej niesie w sobie jeszcze jakąś inną energię — energię, która w doświadczeniu drugim
posłuŜyła do przesunięcia tłoka do góry, a w doświadczeniu pierwszym i trzecim zamieniła się w ciepło, gdyŜ nie
miała okazji do wykonania pracy.
Jest to tzw. energia przetłaczania. Energię tę nazwano tak, poniewaŜ w niektórych urządzeniach większą
część tej energii dostarcza czynnikowi pompa wtłaczająca czynnik do rurociągu. Energia ta nie mogła zniknąć i
dlatego w doświadczeniach pierwszym i trzecim spowodowała podwyŜszenie temperatury gazu.
Energia przetłaczania jest równa iloczynowi ciśnienia bezwzględnego i objętości czynnika
E
przetł
=p · V
Sumę energii wewnętrznej i energii przetłaczania nazywamy entalpią
I = U + p · V
Energia. Ciepło. Praca
Energią nazywamy zdolność do wykonywania pracy. Znane są róŜne postacie energii, jak: energia
mechaniczna, chemiczna, elektryczna, jądrowa, cieplna itd.
Zgodnie z zasadą zachowania energii, energia zamkniętego układu jest wielkością stałą. Zmieniać się mogą
jedynie jej postacie. Podstawową jednostką energii jest 1 Joule (dŜul) —J.
Ciepło. Zgodnie z uprzednio przyjętym załoŜeniem przez pojęcie ciepła rozumie się część energii układu
odnoszącą się do energii cieplnej. Jednostkami ciepła są J lub kJ.
Rys.. Kierunki wymiany ciepła
Zmiana stanu skupienia
Rys.. Zmiany stanu skupieniu ciała podczas podgrzewania
4
Topnienie i krzepni
ę
cie.
Ciało — po osiągnięciu określonej
temperatury — podgrzewane przechodzi ze
stanu stałego w ciekły, a oziębiane z
ciekłego w stały. W pierwszym przypadku
proces ten nazywamy topnieniem, a
odpowiednią temperaturę — temperaturą
topnienia; proces odwrotny nazywa się
krzepnięciem, a temperaturę, w której on
zachodzi
—
temperaturą
krzepnięcia.
Procesowi topnienia towarzyszy pochłania-
nie, a procesowi krzepnięcia wydzielanie
ciepła. Ilość ciepła potrzebną do zamiany 1
kg ciała stałego w ciecz o temperaturze
ciała stałego nazywamy ciepłem topnienia,
a ciepłem krzepnięcia — ilość ciepła
wydzielaną przez 1 kg cieczy podczas
zamiany w ciało stałe o temperaturze
cieczy. Ciepło topnienia jest równe ciepłu
krzepnięcia.
Wrzenie I skraplanie.
Jeśli podczas procesu ogrzewania ciecz
osiągnie określoną temperaturę
odpowiadającą danemu ciśnieniu (krzywa
2 — rys. 2.4), zwaną temperaturą wrzenia,
rozpoczyna się zamiana cieczy w parę w
całej jej masie. Tworzenie się pary w całej
masie cieczy nazywamy wrzeniem.
Temperatura, w której proces ten zachodzi,
nazywa się temperaturą wrzenia lub
temperaturą nasycenia, a ciepło potrzebne
do zamiany 1 kg cieczy w parę, o
temperaturze cieczy — ciepłem wrzenia.
Ze wzrostem ciśnienia temperatura
wrzenia podnosi się,a ciepło wrzenia
maleje. Proces odwrotny do wrzenia
nazywamy skraplaniem, a odpowiednią
temperaturę i ciepło — temperaturą
skraplania i ciepłem skraplania. Dla
danego ciśnienia temperatura wrzenia i
temperatura skraplania są sobie równe,
dotyczy to równieŜ ciepła wrzenia i ciepła
skraplania.
Sublimacja i resublimacja.
Sublimacją nazywa się proces
bezpośredniego przechodzenia ciała ze
stanu stałego w gazowy. Procesowi
sublimacji towarzyszy pochłanianie ciepła.
Ciepłem sublimacji nazywamy ilość ciepła
niezbędną do zamiany 1 kg ciała ze stanu
stałego w stan pary, o temperaturze ciała
stałego, z pominięciem stanu ciekłego.
Procesem odwrotnym do sublimacji jest
resublimacja.
Wprowadzenie:
W pionowym cylindrze pod tłokiem znajduje się 1 kg lodu o temperaturze niŜszej niŜ 0°C (rys. 5la). Do
cylindra rozpoczynamy doprowadzać ciepło. Temperatura lodu się podnosi. Trwa to aŜ do momentu, w którym
lód osiągnie temperaturę 0°C (rys. 5lb). Od tego moementu, mimo doprowadzania ciepła, temperatura się nie
podnosi, natomiast lód zamienia się w ciecz, a tłok się nieco obniŜa, gdyŜ objętość wody jest mniejsza od
objętości lodu (rys. 51c). Proces ten kończy się w chwili, w której ostatni kryszatłek lodu ulega stopnieniu (rys.
51d); w tym momencie mamy do czynienia z cieczą o temperaturze 0°C. Dalsze doprowadzanie ciepła powoduje
wzrost temperatury cieczy. NaleŜy jednak zaznaczyć, Ŝe temperatura cieczy wzrasta wolniej niŜ wzrastała
temperatura lodu, gdyŜ ciepło właściwe wody jako cieczy ma wartość przeszło dwa razy większą od ciepła
właściwego lodu. PodwyŜszanie się temperatury cieczy trwa aŜ do momentu, w którym w cieczy pojawiają się
pierwsze pęcherzyki pary
1)
(rys. 51e). Od tego momentu, mimo doprowadzania ciepła, temperatura czynnika
zawartego w cylindrze nie zmienia się; natomiast tłok szybko przesuwa się w górę, gdyŜ ciecz zamienia się w
parę (51/). Doprowadzane ciepło wywołuje proces wrzenia, czyli zamianę cieczy w parę.
Proces ten przebiega nie tylko na powierzchni, lecz w całej masie czynnika.
1)
Pod tłokiem powinien znajdować się tylko czysty lód, z którego wytworzona ciecz nie zawiera rozpuszczonych w sobie gazów.
Podczas ogrzewania cieczy mogłyby się bowiem wydobywać banieczki rozpuszczonych w niej gazów, co utrudniłoby
zaobserwowanie momentu pojawienia się pierwszego pęcherzyka pary.
5
Podczas procesu wrzenia czynnik zawarty w cylindrze nie jest całkiem przezroczysty, gdyŜ w cieczy są
zawarte pęcherzyki pary, a ponad powierzchnią wody znajdują się kropelki cieczy unoszone przez parę. Po
pewnym jednak czasie na dnie cylindra ciecz znika, a w chwilę później czynnik zawarty w cylindrze staje się
przezroczysty. Jest to oznaką, Ŝe ostatnie krople cieczy wyparowały (rys. 51g). Przy dalszym doprowadzeniu
ciepła temperatura pary zawartej w cylindrze wzrasta, a tłok mimo to przesuwa się do góry (rys. 51h).
U dołu rysunku 51 widzimy wykres obrazujący zmiany temperatury podczas tego doświadczenia. Na wykresie
tym widać wyraźnie, Ŝe prze-prowadzane pod stałym ciśnieniem procesy topnienia i wrzenia odbywają się w
stałej temperaturze. Temperaturę wrzenia nazywamy równieŜ temperaturą nasycenia i oznaczamy symbolem t
s
.
Ciecz, która osiągnęła juŜ temperaturę wrzenia, ale jeszcze nie zaczęła wrzeć (rys. 51e),
będziemy nazywać cieczą
w punkcie pęcherzyków (lub cieczą nasyconą). Mieszaninę cieczy i pary (rys. 51f) będziemy nazywać nasyconą
parą mokrą lub krótko parą mokrą. Parę, która ma jeszcze temperaturę nasycenia, ale nie zawiera juŜ kropelek
cieczy (rys. 51g) - parą nasyconą suchą, parę zaś o temperaturze wyŜszej od temperatury nasycenia - parą
przegrzaną (rys. 51h).
Rys. 51. Izobaryczne ogrzewanie H
2
0
Ilość ciepła, którą musimy doprowadzić, aby 1 kg ciała stałego o temperaturze topnienia zamienić całkowicie
w ciecz (o tej samej temperaturze), nazywamy ciepłem topnienia. Natomiast ilość ciepła, jaką musimy
doprowadzić, aby 1 kg cieczy w punkcie pęcherzyków zamienić izobarycznie w parę nasyconą suchą - ciepłem
parowania lub entalpią parowania (symbol r).
Wykres log p – i
Rys. Podstawowe przemiany
termodynamiczne pary w
układzie log p-i
6
Podstawy wymiany ciepła
Wymianą ciepła nazywamy proces przekazywania energii cieplnej z ciała o wyŜszej temperaturze ciału o
niŜszej temperaturze.
W technice chłodniczej najistotniejszy jest złoŜony proces wymiany ciepła pomiędzy czynnikami płynnymi
(ciekłym, parowym, lub gazowymi) o róŜnej temperaturze, rozdzielonymi przegrodą (ścianką izolacyjną lub
ścianką wymiennika ciepła). Proces ten nazywamy przenikaniem ciepła.
Dla obustronnej konwekcji wyróŜnić moŜna trzy fazy tego procesu (rys. 2.13):
1. Przejmowanie, czyli wymianę ciepła między czynnikiem płynnym o wyŜszej temperaturze a przegrodą.
2. Przewodzenie ciepła przez przegrodę.
3. Przejmowanie ciepła między przegrodą a stykającym się z nią czynnikiem płynnym o niŜszej temperaturze.
Wymiana ciepła przez przewodzenie
Przewodzeniem ciepła nazywamy wymianę ciepła w drodze przekazywania energii ruchu molekularnego z
cząstek o wyŜszej temperaturze cząstkom o niŜszej temperaturze. Przewodzenie ciepła następuje w kierunku
spadku temperatury i odbywać się moŜe w ciałach gazowych, ciekłych i stałych. Dla ciał stałych jest to jedyny
sposób wymiany ciepła.
Rys. 2.13. Przenikanie ciepła przez przegrodę płaską
Ilość ciepła Q przewodzona w jednostce czasu, zwana dalej natęŜeniem strumienia cieplnego lub w skrócie
natęŜeniem ciepła, przez przegrodę płaską o powierzchni A [m
2
] i grubości S [m] przy róŜnicy temperatur ∆t = t
p1
— t
p2
[K] na powierzchniach przegrody (rys. 2.13) wynosi
gdzie:
A — współczynnik przewodności cieplnej materiału przegrody w kW/m·K.
7
Przenikanie ciepła
Dla obustronnej konwekcji proces przenikania ciepła składa się z trzech procesów częściowych (por. rys.
2.13):
1. Przejmowanie ciepła od czynnika 1 do przegrody
A
t
t
c
Q
p
)
(
1
1
−
⋅
=
&
Rys. 2.15. Przebieg zmian temperatur czynnika chłodzącego i chłodzonego:
a) w wymienniku współprądowym; b) w wymienniku przeciwprądowym;
c) w parowniku (bez przegrzania, pary); d) w skraplaczu (bez ochłodzenia cieczy)
2. Przewodzenie ciepła przez przegrodę
3. Przejmowanie ciepła od przegrody do czynnika 2
Sumując powyŜsze zaleŜności otrzymuje się
lub
WyraŜenie
nosi nazwę współczynnika przenikania ciepła. Wielkość ta określa natęŜenie strumienia cieplnego Q wyraŜonego
w kW przenikającego przez przegrodę o powierzchni 1 m
2
dla róŜnicy temperatur między ośrodkami 1 K.
Ilość ciepła Q wymieniona między czynnikami w przeponowym wymienniku ciepła o powierzchni A wyraŜa
się zaleŜnością
gdzie At
1
— średnia logarytmiczna róŜnica temperatur czynników wymieniających ciepło w K.
Średnią logarytmiczną róŜnicę temperatur ∆t
1
dla wymienników ciepła o współ- i przeciwprądowym przepływie
czynników oblicza się wg wzoru
8
gdzie: ∆t
1
, ∆t
2
— róŜnice temperatur wg oznaczeń na rysunku 2.15.
Przeciwprądowy układ jest zazwyczaj korzystniejszy od współprądowego, gdyŜ dla tych samych
początkowych i końcowych temperatur czynników średnia logarytmiczna róŜnica temperatur jest większa.
JeŜeli jeden z czynników w wymienniku ciepła ma stałą temperaturę (np. podczas skraplania lub wrzenia), to
zarówno dla przeciwprądu jak i współprądu uzyskuje się takie same wartości ∆t
1
.
IDEALNY OBIEG – CARNOTA
Rys. 3.2. Obieg Carnota „wsteczny": a) w układzie p-v, b) w układzie T-s
W zakresie temperatur dolnego i górnego źródła ciepła obiegiem termodynamicznym o największej sprawności jest
obieg Carnota przedstawiony na rysunku 3.2. Przemiany obiegu (izotermy 2-3 i 4-1, oraz izentropy 1-2 i 3-4) są
przemianami odwracalnymi, przeto obieg moŜe być realizowany zarówno „w przód" 4-3-2-1-4, jak i „wstecz" 1-2-3-4-1-.
Obieg Carnota realizowany „wstecz", to jest o prze-biegu odwrotnym niŜ obieg idealny silnika cieplnego, moŜna uwaŜać
za obieg idealnego urządzenia chłodniczego i wykorzystać jako obieg porównawczy rzeczywistych obiegów
chłodniczych.
RozwaŜmy obieg chłodniczy Carnota (dla 1 kg czynnika chłodniczego), przed-stawiając go w układzie p-v i T-sw
celu określenia pracy i ciepła obiegu.
Podczas izentropowej przemiany spręŜania 1-2 czynnik chłodniczy doznaje przyrostu temperatury ∆T — od
temperatury dolnego źródła ciepła T
0
do temperatury górnego źródła ciepła T
k
. Przyrost ∆T odbywa się kosztem pracy
spręŜania l
12
, proporcjonalnej do pola 1-2-c-d-l (rys. 3.2a). Dalsze spręŜanie czynnika chłodniczego zachodzi podczas
przemiany izotermicznej 2-3 kosztem pracy spręŜania l
23
równowaŜnej polu 2-3-a-c-2. W czasie izotermicznej przemiany
2-3 czynnik chłodniczy oddaje do górnego źródła ciepła q
23
. Ciepło to jest proporcjonalne do pola 2-3-a-b-2 na wykresie
T — s (rys. 3.2b). Adiabatycznej przemianie rozpręŜania 3-4 odpowiada praca l
34
, proporcjonalna do pola 3-4-b-a-3 na
rysunku 3.2a. Praca ta odbywa się kosztem spadku energii wewnętrznej czynnika rozpręŜającego się do ciśnienia p
4
.
Podczas przemiany izotermicznej 4-1 następuje dalsze rozpręŜanie czynnika, aŜ do ciśnienia p
1
= p
0
, w wyniku, czego
czynnik wykonuje pracę l
41
(pole 4-l-d-b-4 na rys. 3.2a) i odbiera ciepło q
41
od źródła dolnego (pole 4-l-b-a-4 na rys.
3.2b).
Pracę obiegu Carnota l
0
równą
l
c
=
l
12
+
l
23
+
l
34
-
l
41
przedstawia pole między krzywymi przemian na rysunku 3.2a, czyli pole 1-2-3-4-1.
Ciepło obiegu Carnota q
0
równe
q
c
=
q
23
-
q
41
= q - q
0
proporcjonalne jest do pola ograniczonego przemianami obiegu na rysunku 3.2b, tj. do pola 1-2-3-4-1. Ciepło q
0
pobrane
z dolnego źródła ciepła przez 1 kg czynnika chłodniczego nazywa się jednostkową wydajnością chłodniczą. ZaleŜność
(3.5) moŜna zapisać w postaci
Z zasady zachowania energii wynika, Ŝe praca obiegu odwracalnego l
c
równa jest ciepłu tegoŜ obiegu q
c
, stąd
W rezultacie zrealizowanego obiegu Carnota przekazane zostaje z dolnego do górnego źródła ciepła ciepło q
0
kosztem
energii równowaŜnej pracy obiegu l
c
. Z porównania zaleŜności (3.3) i (3.7) wynika, Ŝe ilość potrzebnej do tego celu
energii jest równa minimum określonego równaniem 3.3, co uzasadnia twierdzenie, Ŝe obieg Carnota uwaŜać moŜna za
obieg idealny urządzenia chłodniczego, działającego przy stałych temperaturach obu źródeł ciepła.
Miarą jakości termodynamicznej obiegu chłodniczego jest efektywność chłodzenia ε definiowana jako stosunek
jednostkowej wydajności q
0
do jednostkowej pracy obiegu l
ob
9
obiegu
praca
a
jednostkow
chlodnicza
wydajnosc
a
jednostkow
l
q
ob
_
_
_
_
0
=
=
ε
Dla obiegu Carnota współczynnik ten równa się
i osiąga największą moŜliwie wartość dla danego zakresu temperatur T
k
— T
0
. Współczynnik ε
c
zaleŜy jedynie od
temperatur występujących w obiegu, nie zaleŜy natomiast od własności czynnika chłodniczego lub innych czynników.
Obieg Carnota „wstecz" charakteryzuje się co prawda najwyŜszym moŜliwie współczynnikiem efektywności
chłodzenia ε
c
w danym zakresie temperatur źródeł górnego i dolnego lecz obiegu takiego nie stosuje się ze względu na
techniczne trudności jego realizacji. Współczynnik ε
c
słuŜy jedynie za kryterium porównawcze przy ocenie jakości
termodynamicznej teoretycznych obiegów chłodniczych.
SCHEMATY:
Uwzględniając powyŜsze, urządzenia chłodnicze podzielić moŜna na:
— gazowe
2)
,
— parowe,
— termoelektryczne.
Rys. 3.4. Schemat gazowego urządzenia chłodniczego
1 — spręŜarka; 2 — chłodnica; 3 — rozpręŜarka; 4 — komora
chłodzona
Rys. 3.5. Teoretyczny obieg gazowego urządzenia, chłodniczego a) w
układzie p-v; b) w układzie T-s - p
k
=p
3
=p
2
i p
0
=p
4
=p
1
Gaz o ciśnieniu p
0
i temperaturze T
0
jest zasysany przez spręŜarkę 1 z komory chłodzonej 4 i spręŜany adiabatycznie
(przemiana 1-2 na rysunku 3.5) do ciśnienia p
k
(przemiana 2-3). Dalsze obniŜenie temperatury do T
Ą
ma miejsce w
rozpręŜarce 3, gdzie gaz rozpręŜa się adiabatycznie do ciśnienia p
0
panującego w komorze chłodzonej 4 (przemiana 3-4).
Schłodzony gaz odbiera w komorze 4 ciepło q
0
, nagrzewając się przez to izobarycznie od temperatury T
4
do T
1
= T
0
(przemiana 4-1).
Podwójnie zakreskowane pola na rysunku 3.5b przedstawiają dodatkową pracę w obiegu w stosunku do obiegu Carnota
realizowanego w zakresie temperatur
T
0
-T
k
.
Zakres zastosowań urządzenia chłodniczego, działającego według wyŜej wymienionego obiegu, ogranicza się do małych
instalacji klimatyzacji bytowej.
2)
Tego rodzaju instalacje znajdują zastosowanie w małych urządzeniach chłodniczych klimatyzacji bytowej z wykorzystaniem powietrza
jako czynnika chłodniczego.
10
Rys. 3.6. Schemat ideowy parowego spręŜarkowego urządzenia
chłodniczego 1 — spręŜarka; 2 — skraplacz; 3 — zawór dławiący;
4 — parownik
Parowanie cieczy wykorzystuje się w trzech typach parowych urządzeń chłodniczych:
— spręŜarkowym,
— strumienicowym,
— absorpcyjnym.
Wspólnym dla wyŜej wymienionych urządzeń chłodniczych jest sposób skraplania, rozpręŜania (dławienia), oraz parowania
czynnika chłodniczego, odmienne natomiast jest jego spręŜanie.
Schematy ideowe parowych urządzeń chłodniczych przedstawiono na rysunkach 3.6÷3.8.
Czynnik chłodniczy w postaci pary przegrzanej (urządzenia spręŜarkowe i strumienicowe) lub bliskiej stanowi nasycenia
(urządzenia absorpcyjne) dopływa do skraplacza 2, gdzie pod stałym ciśnieniem p
k
oddaje chłodziwu (wodzie lub powietrzu)
ciepło skraplania. W zaworze dławiącym 3, zwanym równieŜ zaworem regulacyjnym, następuje zdławienie ciekłego
czynnika chłodniczego (połączone z jego częściowym odparowaniem) do ciśnienia wrzenia p
0
, wskutek czego następuje jego
oziębienie do temperatury odpowiadającej temperaturze wrzenia T
0
dla ciśnienia p
0
. Kosztem ciepła q
0
, pobranego z
środowiska chłodzonego, czynnik chłodniczy podlega dalszemu odparowaniu i ewentualnie pewnemu przegrzaniu.
Przekazanie
W spręŜarkowym urządzeniu chłodniczym słuŜy do tego celu spręŜarka 1 (rys. 3.6). Stosowane bywają spręŜarki
wyporowe (tłokowe lub śrubowe) i rotodynamiczne.
11
Rys. 3.10. Schemat ideowy parowego spręŜarkowego
urządzenia chłodniczego z rozpręŜarką
Rys. 3.9. Obieg Carnota w obszarze pary mokrej w układzie T-s
Rys. 3.11. Schemat ideowy parowego spręŜarkowego urządzenia, chłodniczego z zaworem
dławiącym
Obiegi teoretyczne jednostopniowe
W spręŜarce, kosztem pracy spręŜania l
spr
czynnik chłodniczy doznaje adiabatycznego spręŜenia od stanu 1 (p
0
,T
0
) do
stanu 2 (p
k
,T
k
) — (rys. 3.9). W skraplaczu w warunkach stałej temperatury T
k
i ciśnienia p
k
czynnik chłodniczy oddając
chłodziwu ciepło q
0
+ l
c
ulega skropleniu (przemiana 2-3) i jako ciecz jest doprowadzany do rozpręŜarki. W rozpręŜarce
ciekły czynnik rozpręŜając się adiabatycznie (przemiana 3-4), wykonuje pracę rozpręŜania l
r
kosztem energii wewnętrznej,
doznając wskutek tego spadku temperatury do T
0
równej temperaturze wrzenia dla ciśnienia p
0
. RozpręŜony czynnik, w
postaci pary mokrej o stopniu suchości x
4
, płynie do parownika, gdzie odparowuje kosztem ciepła q
0
pobranego ze
środowiska chłodzonego. Przemiana ta odbywa się przy stałym ciśnieniu p
0
i stałej temperaturze T
0
. Z parownika czynnik
ponownie jest zasysany przez spręŜarkę.
Bilans cieplny obiegu Carnota, w odniesieniu do 1 kg czynnika chłodniczego, przedstawia zaleŜność
l
spr
+ q
o
= q + l
r
Poszczególne składniki bilansu wyznacza się na podstawie róŜnic entalpii odpowiednich stanów obiegu (por. rys. 3.9):
praca spręŜania l
spr
= i2 — i
4
(pole 1, 2, 3, a, 1), wydajność chłodnicza q
0
= i
1
- i
4
(pole 2, 3, b, c, 2), praca rozpręŜania l
r
= i
3
-
i
4
(pole 3, a, 4, 3).
Praca potrzebna do zrealizowania obiegu l
0
= l
c
wyraŜa się wzorem
l
0
= l
c
= l
spr
- l
r
= q - q
0
a efektywność chłodzenia obiegu Carnota ε
c
:
12
OBIEG Lindego
Rys. 3.12. Obieg Lindego mokry
Obieg Lindego mokry.
Praca odzyskiwana w rozpręŜarce jest niewielka w
porównaniu z pracą spręŜania (por. pola 3, a, 4, 3 oraz 1, 2,
3, 1 na rysunku 3.9), zwłaszcza po uwzględnieniu licznych
strat występujących w rzeczywistej rozpręŜarce.
Zastosowanie rozpręŜarki zwiększa koszt urządzenia i
komplikuje jego obsługę, przeto zastępuje się ją zaworem
dławiącym spełniającym równieŜ funkcje regulacyjne. Na
rysunku 3.11 pokazano schemat ideowy takiego urządzenia,
a na rysunku 3.12 obieg teoretyczny, w układzie T — s
realizowany przez ten układ. W stosunku do uprzednio
opisanego układu rozpręŜanie czynnika chłodniczego
następuje przez dławienie izentalpowe w zaworze
dławiącym. Tak otrzymany obieg nosi nazwę mokrego
obiegu Lindego (rys. 3.12). Zastąpienie rozpręŜarki
zaworem dławiącym powoduje zmniejszenie wydajności
chłodniczej o Aq
0
(pole 4, 4', c, b, 4) i wzrost pracy obiegu o
pracę rozpręŜania l
r
(pole 3, 4, a, 3).
Czynnik nie wykonawszy pracy rozpręŜania l
r
jest
zasobniejszy w energię, a zatem pobierze o taką samą ilość
mniej ciepła w parowniku, stąd:
∆
q
0
= l
r
Efektywność chłodzenia ε obiegu Lindego wynosi
i jest mniejsza niŜ dla obiegu Carnota, która dla tego samego
zakresu temperatury wynosiłaby
Miarą strat obiegu chłodniczego, odniesionych do obiegu
chłodniczego Carnota, jest współczynnik strat ξ definiowany
jako
Rys. 3.13. Obieg Lindego suchy
Obieg Lindego suchy.
W obiegu tym (rys. 3.13) czynnik chłodniczy odparowuje
całkowicie w parowniku i jako para sucha nasycona (stan 1)
jest zasysany przez spręŜarkę. Adiabatyczne spręŜanie
(przemiana 1-2) przebiega całkowicie w obszarze pary
przegrzanej. Na końcu spręŜania czynnik osiąga ciśnienie p
2
równe ciśnieniu skraplania p
k
i temperaturę T
2
wyŜszą o ∆T
od temperatury nasycenia T
k
. W takim stanie dopływa
on do skraplacza, gdzie w pierwszej fazie ulega
izobarycznemu schładzaniu do temperatury nasycenia T
k
(przemiana 2-2'), a następnie izobaryczno-izotermicznemu
skraplaniu (przemiana 2' - 3).
Efektywność chłodzenia e
suchego obiegu Lindego jest teoretycznie mniejsza niŜ
analogicznego obiegu mokrego. Tłumaczy się to tym, Ŝe
obieg suchy w większym stopniu niŜ obieg mokry róŜni się
od obiegu Carnota, dla którego efektywność ta jest
największa. Odstępstwo od obiegu Carnota spowodowane
jest tym, Ŝe w obszarze pary przegrzanej izotermy nie
przebiegają zgodnie z izobarami, wskutek czego temperatura
T
2
czynnika spręŜonego do ciśnienia p
k
osiąga o ∆T wyŜszą
wartość niŜ odpowiadająca ciśnieniu p
k
temperatura
nasycenia T
k
.
Analizując ten problem na wykresie T — s
widzimy, Ŝe przyrost wydajności chłodniczej o Aq
0
(pole 1',
1, e, d, 1') wymaga przyrostu pracy o ∆l
0
(pole 1, 2, 2', 1', 1),
która — w porównaniu z obiegiem mokrym —jest większa o
pracę równowaŜną polu (2", 2, 2', 2").
Mimo iŜ teoretycznie
obieg mokry jest na ogół sprawniejszy od takiego samego
obiegu suchego, w powszechnym stosowaniu są wyłącznie
urządzenia chłodnicze pracujące według obiegu suchego, a
to z powodu jego zalet technicznych i eksploatacyjnych oraz
ze względu na większą wartość rzeczywistej efektywności
chłodzenia obiegu suchego w porównaniu z obiegiem
mokrym. W aspekcie energetycznym przewaga obiegu
suchego polega na tym, Ŝe straty ilościowe spręŜarek są
znacznie większe, przy zasysaniu par mokrych niŜ przy
zasysaniu par suchych. Decydującym jednakŜe są tutaj
względy ruchowe. W układzie realizującym obieg mokry
spręŜarka zasysa parę mokrą czynnika (mieszaninę pary
suchej nasyconej i cieczy), której stopień suchości wzrasta
podczas spręŜania od x
1
do x
2
(por. rys. 3.12).
13
Obieg z dochładzaniem.
W celu zwiększenia efektywności chłodzenia obiegu
stosuje się dochładzanie skroplonego czynnika.
Dochładzaniem nazywa się obniŜenie temperatury
ciekłego czynnika poniŜej temperatury skraplania.
Dochładzanie wpływa na zwiększenie wydajności
chłodniczej q
0
, bez zwiększenia pracy obiegu.
Czynnik chłodniczy moŜe być dochładzany w
skraplaczu lub w oddzielnym wymienniku ciepła zwanym
dochładzaczem.
Dochładzanie czynnika przebiega przy stałym
ciśnieniu p
k
(krzywa 3-3')
4
. Wielkość przechłodzenia ∆T
d
zaleŜy od ilości i temperatury chłodziwa oraz
technicznych warunków dochładzania (skraplacz,
dochładzacz).
Po dochłodzeniu do temperatury T
i
ciekły czynnik
rozpręŜa się w zaworze dławiącym do stanu 4'. W
stosunku do obiegu bez dochładzania wydajność obiegu z
dochładzaniem jest proporcjonalna do pola 4', 1, c, a, 4' i
większa o ∆q
0
(pole 4', 4, b, a, 4'). Przyrost wydajności
chłodniczej ∆q
0
wynosi
∆
q
0
= i
4
- i
4
'
Jak widać na rysunku 3.14 korzyści z dochładzania są
tym większe, im niŜszą uzyska się temperaturę T
d
czynnika chłodniczego przed zaworem dławiącym.
4
Izobary o obszarze cieczy, w zakresie temperatury krytycznej
przebiegają bardzo blisko lewej krzywej granicznej i z tego
względu moŜna przyjąć, Ŝe się z nią pokrywają.
Rys. 3.14. Obieg suchy z dochładzaniem czynnika chłodniczego
Obieg chłodniczy z regeneracją
Rys. 3.15. Schemat parowego spręŜarkowego urządzenia
chłodniczego z regeneracją (dochladzaniem i przegrzaniem)
Rys. 3.16. Obieg suchy z regeneracją.
W freonowych urządzeniach chłodniczych, zwłaszcza z zastosowaniem freonu 12 jako czynnika chłodniczego, stosuje się
często wymianę ciepła pomiędzy ciekłym czynnikiem wypływającym ze skraplacza, a parą czynnika wypływającą z
parownika. W rezultacie tej wymiany ciepła, dokonującej się w wymienniku ciepła zwanym regeneratorem, następuje
obniŜenie temperatury ciekłego czynnika poniŜej temperatury skraplania i podwyŜszenie temperatury pary powyŜej
temperatury parowania. Obieg taki nazywa się obiegiem z regeneracją.
Schemat urządzenia do realizacji obiegu chłodniczego z regeneracją przedstawiono na rysunku 3.15, a obieg na rysunku 3.16.
Wypływająca z parownika para nasycona o ciśnieniu p
0
i temperaturze T
0
(stan 1') chłodzi w regeneratorze ciekły czynnik,
14
którego stan na dolocie do regeneratora określają parametry punktu 3. W rezultacie wymiany ciepła, pomiędzy czynnikiem w
stanie ciekłym i parowym, para doznaje przyrostu temperatury o ∆T
p,
natomiast ciecz — spadku o ∆T
d
.
W warunkach zerowych strat cieplnych w regeneratorze i równym natęŜeniu przepływu cieczy i pary przez wymiennik
regeneracyjny ich przyrosty tempera-tury, a takŜe i stany czynnika na wylocie z regeneratora, określić moŜna z bilansu
cieplnego regeneratora
c'∆T
d
= c
p
∆
T
p
lub
c'(T
3
-T
3
') = c
p
(T
1
-T
1
')
gdzie:
c' — ciepło właściwe cieczy czynnika,
c
p
— ciepło właściwe pary czynnika.
PoniewaŜ c' > c
p
, zatem i przyrost temperatury ∆T
p
pary będzie większy aniŜeli spadek temperatury ∆T
d
cieczy.
Zastosowanie regeneratora zwiększa wydajność chłodniczą urządzenia o
∆
q
o
=i
3
– i
3
’=i
4
– i
4
’
(pole 4', 4, b, a, 4') przy jednoczesnym zwiększeniu pracy obiegu o
∆
l
0
=i
2
– i
2
’ –(i
1
– i
1
’)
(pole 1, 2, 2', 1', 1).
W tych warunkach efektywność chłodzenia obiegu z regeneracją e', moŜe być większa lub mniejsza od efektywności
chłodzenia obiegu suchego ε. Decydują o tym właściwości zastosowanego czynnika chłodniczego, co ilustruje rysunek 3.17.
Widać na nim, Ŝe stosowanie przegrzania jest energetycznie korzystne w urządzeniach chłodniczych, w których stosuje się
freon 12 jako czynnik chłodniczy, natomiast niekorzystne dla urządzeń z freonem 22 i amoniakiem.
Uwzględniając jednak rzeczywiste warunki (wnioski powyŜsze dotyczyły obiegów teoretycznych), zwłaszcza wpływ
obecności oleju smarowego w czynniku chłodniczym, w praktyce stosuje się takŜe obiegi regeneracyjne w urządzeniach
chłodniczych z zastosowaniem freonu 22.
W przypadku stosowania czynników chłodniczych rozpuszczalnych w oleju smarowym, do których naleŜą właśnie
freony, przegrzanie daje dodatkowe korzyści ruchowe. Powoduje ono odparowanie czynnika chłodniczego z mieszaniny
czynnik chłodniczy — olej, co w konsekwencji zmniejsza pienienie się oleju w skrzyni korbowej spręŜarki i jego porywanie
do instalacji. Czynnik pozbawiony oleju ma wyŜszą jednostkową wydajność chłodniczą niŜ roztwór: czynnik-olej. Korzyścią
dodatkową wydzielania się oleju w spręŜarce są lepsze warunki smarowania par ruchowych spręŜarki.
Rys. 3.17. Wpływ regeneracji na współczynnik efektywności chłodzenia.
Wykres dla.
T
0
= 258,3 K (-15°C), T
k
= 303,3 K (30°C) i T
d
= 298 K (25°C)
15
Układy dwustopniowe
Za granicę maksymalnego spręŜu jednostopniowego przyjmuje się p
k
/p
o
< 7.
Przy stosunkach ciśnień p
k
/p
o
powyŜej 7 spręŜanie jednostopniowe staje się nieopłacalne z powodu nadmiernych spadków
sprawności i wydajności chłodniczej. Ponadto wraz ze wzrostem stosunku p
k
/p
o
rośnie temperatura czynnika na końcu
spręŜania. MoŜe ona osiągnąć wartość powodującą obniŜenie, a nawet utratę własności smarowych oleju i w konsekwencji
trudności ruchowe spręŜarki. RównieŜ stopień spręŜania A maleje znacznie wraz ze wzrostem p
k
/p
o
, co równoznaczne jest ze
spadkiem objętościowego natęŜenia przepływu
V&
.
Z tych względów, w przypadku wymaganych duŜych stosunków spręŜania p
t
/p
o
stosuje się spręŜanie wielostopniowe.
W urządzeniach chłodniczych ze spręŜaniem dwu- lub wielostopniowym uzyskać moŜna wiele róŜnych obiegów. Na
przykładzie urządzenia dwustopniowego opisane zostaną zasady działania dwóch obiegów najczęściej stosowanych.
Obieg chłodniczy z dwustopniowym spręŜaniem i
jednostopniowym rozpręŜaniem pokazano na rysunku
3.19, a schemat ideowy urządzenia chłodniczego
realizujący powyŜszy obieg na rysunku 3.20.
SpręŜarka pierwszego stopnia 1 zasysa parę o
parametrach stanu 1 (parę suchą nasyconą) i spręŜa ją do
ciśnienia międzystopniowego p
m
(stan 2). Ciśnienie
międzystopniowe p
m
wyznacza się z warunku
najmniejszej pracy spręŜania. Warunek ten jest spełniony
jeśli stosunki ciśnień w obu stopniach są sobie równe, to
znaczy,
gdy
m
k
o
m
p
p
p
p
=
k
o
m
p
p
p
=
W chłodnicy międzystopniowej 2 podczas
izobarycznej przemiany 2-3 następuje odprowadzenie
ciepła w ilości
q
23
=i
2
– i
3
Chłodziwem moŜe być woda lub niewielkie ilości
rozpręŜonego do ciśnienia p
m
(stan 6') czynnika
chłodniczego wtryskiwanego do chłodnicy
międzystopniowej 2. SpręŜarka drugiego stopnia 3 spręŜa
czynnik chłodniczy do stanu 4.
Podczas jednostopniowego spręŜania do ciśnienia p
k
stan czynnika określony byłby parametrami punktu 2'. Na
wykresie 3.19a widzimy, Ŝe temperatura stanu 2' byłaby o
∆
T wyŜsza od temperatury stanu 4, a ponadto, Ŝe praca
spręŜania dwustopniowego jest mniejsza o pole 3, 2, 2', 4,
3 od pracy spręŜania jednostopniowego (przy załoŜeniu
równości masowych strumieni czynnika chłodniczego w
obu stopniach spręŜania —
II
I
m
m
&
&
=
). Dla przypadku
ogólnego, tj. gdy
II
I
m
m
&
&
≠
praca spręŜania
jednostopniowego l
I
jest takŜe większa od pracy spręŜania
dwu-stopniowego l
II
.
Czynnik o parametrach stanu 4 dopływa do skraplacza i
po izobarycznym oddaniu ciepła przegrzania i skraplania
(oraz niekiedy pewnego przechłodzenia) opuszcza go jako
ciecz o parametrach stanu 5. W urządzeniach, których
chłodnica międzystopniowa jest chłodzona wodą, czynnik
po rozpręŜeniu się w zaworze dławiącym 5 do ciśnienia
parowania p
0
dopływa do parownika w stanie 6, gdzie
odparowuje kosztem ciepła pobranego ze środowiska
chłodzonego.
W przypadku, gdy chłodnica międzystopniowa jest
chłodzona płynnym czynnikiem, niewielka jego część
rozpręŜa się w zaworze dławiącym 7 do stanu 6'
określonego parametrami: T
m
;,p
m
; x
6
’; po czym jest
wtryskiwana do chłodnicy międzystopniowej, gdzie
odparowuje kosztem ciepła q
23
— ciepła chłodzenia
międzystopniowego.
Rys. 3.20. Schemat ideowy parowego spręŜarkowego urządzenia
chiodniczego z dwustopniowym spręŜaniem i jednostopniowym
rozpręŜaniem
1 — spręŜarka pierwszego stopnia; 2 — chłodnica międzystopniowa;
3 — spręŜarka drugiego stopnia; 4 — skraplacz; 5 — zawór
dławiący; 6 — parownik; 7 — zawór dławiący
16
Rys. 3.19. Obieg suchy z dwustopniowym spręŜaniem i chłodzeniem międzystopniowym:
a) w układzie T-s; b) w układzie log p-i
Obieg z dwustopniowym spręŜaniem i
dwustopniowym rozpręŜaniem pokazano na rysunku
3.21, a ideowy schemat układu dla realizacji takiego
obiegu na rysunku 3.22.
Zastosowanie wielostopniowego rozpręŜania
umoŜliwia międzystopniowe odsysanie pary powstającej
podczas rozpręŜania czynnika chłodniczego w zaworze
dławiącym. Wynikające z tego korzyści podano w
poniŜszym opisie.
W obiegu tym do chłodzenia międzystopniowego
wykorzystuje się czynnik chłodniczy, który w tym celu
zostaje zdławiony w zaworze dławiącym drugiego
stopnia 5 i doprowadzony do bezprzeponowej chłodnicy
międzystopniowej 2. Tam w bezpośrednim zetknięciu
chłodzi parę spręŜoną w spręŜarce pierwszego stopnia,
odbierając jej ciepło przegrzania
pI
q
&
w ilości
O
I
m
&
(i
2
—
i
3
) wskutek czego czynnik ulega częściowemu
odparowaniu. Para ta, wraz z parą powstałą w zaworze
dławiącym 5, w łącznej ilości Am, wspólnie z parą z
obiegu pierwszego stopnia, jest zasysana przez spręŜarkę
drugiego stopnia 3. Korzyści stąd płynące (oprócz
korzyści wynikających z chłodzenia międzystopniowego)
powodowane są tym, Ŝe para w ilości
m
&
∆
jest spręŜana
od ciśnienie p
m
do p
k
, a nie od ciśnienia p
0
do p
k
, jak to
miałoby miejsce w przypadku rozpręŜania
jednostopniowego. Zmniejszenie pracy spręŜania z tego
powodu wynosi ∆L =
m
&
∆
(i
2
— 13).
Zasadniczą jednak korzyścią jest zmniejszenie stopnia
suchości czynnika chłodniczego doprowadzanego do
parownika i wynikający stąd wzrost wydajno-ści
chłodniczej o ∆q
0
(rys. 3.21a). Czynnik chłodniczy o
parametrach stanu 7 (ciecz) po rozpręŜeniu się w zaworze
dławiący pierwszego stopnia 6 do stanu 8 ma stopień
suchości x
8
mniejszy od stopnia suchości x
9
, jaki miałby
po rozpręŜeniu jednostopniowym do tego samego
ciśnienia p
0
.
Rys. 3.22. Schemat ideowy parowego spręŜarkowego urządzenia
chłodniczego z dwustopniowym rozpręŜaniem
1 — spręŜarka pierwszego stopnia; 2 — chłodnica międzystopniowa; 3
— spręŜarka drugiego stopnia; 4 — skraplacz; 5 — zawór dławiący
drugiego stopnia; 6 — zawór dławiący pierwszego stopnia; 7 —
parownik
17
Rys. 3.21. Obieg suchy z dwustopniowym spręŜaniem i rozpręŜaniem: a) w układzie T-s; b) w układzie log p-i
Schematy dwustopniowych urządzeń chłodniczych
18
Obiegi dwustopniowych urządzeń chłodniczych do schematów (wcześniejszych)
WYPOSAśENIE UKŁADU CHŁODNICZEGO
Rys. 6.39. WyposaŜenie spręŜarki w osprzęt pomiarowy, sterujący i zabezpieczający (spręŜarka WUCH Dębica typ W92S)
1, 1', 1" —presostaty niskiego ciśnienia; 2, 6, 14 — termometry; 3, 5, 10 —manowakuometry; 4 — zawór bezpieczeństwa; 7 — presostat
wysokiego ciśnienia; 8 — zawór zwrotny; 9 — termostat; 11 — presostat róŜnicowy; 12 — grzałka elektryczna; 13 — chłodnica oleju; 15
— spręŜyna zaworu ssąco-tłocznego; 16 — zawór ręcznie otwierany; 17 — za-wory elektromagnetyczne mechanizmu odciąŜenia i
regulacji wydajności spręŜarki; 18 — zawór odpowietrzający
Automatyczny zawór rozpręŜny
Budowa i opis działania. Na rysunku 12.1 pokazano schemat automatycznego zaworu rozpręŜnego wyposaŜonego w
płaską membranę 2. Zawory te bywają równieŜ budowane z membraną mieszkową, co nie zmienia istoty ich działania. Na
membranę 2 stale działa z jednej strony nacisk spręŜyny 1 oraz ciśnienie atmosferyczne. Na drugą stronę membrany, gdy
zawór jest otwarty,
Rysunek 12. Schemat automatycznego zaworu rozpręŜnego
19
działa ciśnienie panujące w parowniku oraz spręŜyna 6. Gdy spręŜarka zostaje uruchomiona, wówczas ciśnienie w parowniku
spadnie na skutek odsysania, a tym samym spadnie ono równieŜ w komorze automatycznego zaworu rozpręŜnego połączonej
z parownikiem. Pod wpływem nacisku spręŜyny 1 i ciśnienia atmosferycznego membrana wygnie się w stronę iglicy i
przesunie ją popychaczem 3, otwierając drogę przepływu czynnika chłodniczego. Za pomocą śruby regulującej 7 moŜna tak
wyregulować nacisk na iglicę 5, Ŝe ilość czynnika przepływającego przez dyszę będzie się równała ilości czynnika
zasysanego przez spręŜarkę. W tych warunkach w parowniku będzie się utrzymywało stałe ciśnienie. Gdyby w pewnej chwili
ciśnienie w parowniku wzrosło, wówczas membrana zostałaby odgięta w stronę przeciwną od iglicy (ku górze - na rysunku).
Popychacz 3 połączony z membraną przesunąłby się, więc z nią, umoŜliwiając spręŜynie głębsze wprowadzenie iglicy do
otworu dyszy 4. W ten sposób zmniejszyłby się otwór przepływu. Wydajność dyszy zmaleje, a zatem ciśnienie w parowniku
ulegnie obniŜeniu. Gdy natomiast z jakiegokolwiek powodu ciśnienie w parowniku zmaleje, wówczas membrana wyginając
się w kierunku iglicy wysunie nieco, za pomocą popychacza, iglicę z otworu dyszy i tym samym zwiększy wydajność dyszy,
co spowoduje wzrost ciśnienia w parowniku. Automatyczny zawór rozpręŜny utrzymuje, zatem stałe ciśnienie parowania, a
zatem i stałą temperaturę parowania.
Zmiany temperatury w parowniku. Przykład przebiegu pracy automatycznego zaworu rozpręŜnego w miarę upływu
czasu przedstawiono na rys. 12.2. W górnej części wykresu jest pokazana zmiana temperatury chłodzonej wody. Dolna
krzywa przedstawia zmianę temperatury parowania. W temperaturze - 3 °C spręŜarka zostaje uruchomiona. Wskutek
odsysania pary z parownika następuje w nim gwałtowny spadek ciśnienia i od-powiadający mu spadek temperatury
parowania. Gdy ciśnienie w parowniku
Rysunek 12.2. Przykład zmian temperatury podczas pracy automatycznego zaworu rozpręŜnego
spadnie na tyle, Ŝe spręŜyna i ciśnienie atmosferyczne zdolne są przesunąć iglicę i otworzyć zawór, następuje wtrysk
czynnika w punkcie B. Od tej chwili utrzymuje się stała temperatura, aŜ do punktu C, w którym spręŜarka została wyłączona.
Ciepło napływa nadal do parownika, a powstająca para nie jest juŜ odsysana, wskutek czego następuje w nim wzrost
ciśnienia i temperatury. Pod wpływem wzrostu ciśnienia automatyczny zawór rozpręŜny zamyka się i pozostaje zamknięty,
aŜ do ponownego uruchomienia spręŜarki. Wzrost temperatury w parowniku w czasie postoju spręŜarki przebiega według
odcinka CA
1
. W punkcie A
1
następuje ponowne uruchomienie spręŜarki. Cykl się powtarza.
Wpływ obciąŜenia cieplnego na pracę automatycznego zaworu rozpręŜnego. Praca zaworu przy małym obciąŜeniu
cieplnym przebiega następująco. Po uruchomieniu spręŜarki parownik jest ciepły, co powoduje, Ŝe wtryśnięty czynnik
odparowuje zaraz na początku, jak pokazano na rys. 12.3. Część parownika, w której odbywa się parowanie, zostanie
ochłodzona. Następne dawki czynnika trafią juŜ do zimnego przewodu, wobec czego nie będą tak szybko wyparowywały, jak
początkowe. Ostatnia kropla czynnika zdąŜy więc przed wyparowaniem odbyć dłuŜszą drogę niŜ ostatnia kropla na początku
pracy spręŜarki. W miarę trwania pracy przewód parownika ochładza się coraz bardziej w kierunku spręŜarki. Ciecz ma
moŜność docierania coraz to dalej od automatycznego zaworu rozpręŜnego. Daje to się łatwo zaobserwować po oszronieniu
przesuwającym się stopniowo w kierunku spręŜarki. To przesuwanie się nieodparowanych kropel cieczy trwałoby
Rysunek 12.3. Zjawiska zachodzące na początku pracy automatycznego zaworu rozpręŜnego
nieprzerwanie, aŜ do ich zassania przez spręŜarkę. Mogłoby to spowodować uszkodzenie spręŜarki, a gdyby nawet to nie
nastąpiło, wówczas odparowywanie cieczy w rurze ssącej byłoby marnowaniem energii na chłodzenie przestrzeni poza
komorą chłodniczą. Dlatego z chwilą, gdy oszronienie osiągnie koniec parownika, naleŜy zatrzymać spręŜarkę. Do tego celu
słuŜy automatyczny parownikowy regulator temperatury (termostat) (patrz p. 12.3), który zadziała, gdy temperatura końca
rury zmaleje do temperatury, na jaką został ten regulator nastawiony.
20
Praca zaworu przy duŜym obciąŜeniu cieplnym. Praca ta charakteryzuje się odparowywaniem kropel cieczy, zanim
osiągnęła koniec parownika. Wynika stąd, Ŝe część parownika, do której nie docierają krople czynnika, nie bierze udziału w
chłodzeniu komory. Jest więc nie wykorzystana, a właśnie przy duŜym napływie ciepła parownik powinien pochłaniać ciepło
całą swą powierzchnią. NaleŜy więc stwierdzić, Ŝe automatyczny zawór rozpręŜny nie przystosowuje dopływu czynnika do
obciąŜenia.
Dobór temperatury parowania. W danym urządzeniu chłodniczym ustawia się zawór na taką temperaturę parowania,
aby Ŝądana temperatura, np. komory, została osiągnięta, gdy szron dojdzie do końca parownika. W tym czasie powinno
nastąpić wyłączenie spręŜarki przez parownikowy regulator temperatury (termostat).
Zastosowanie. Automatyczny zawór rozpręŜny moŜe być stosowany w urządzeniach odznaczających się mało zmiennym
obciąŜeniem cieplnym i mających tylko jeden parownik. Automatyczne zawory rozpręŜne są coraz rzadziej stosowane.
Zostały prawie całkowicie wyparte przez termostatyczne zawory rozpręŜne. FACH w Cieszynie produkuje automatyczne
zawory rozpręŜne typu PZ. W przypadku uszkodzenia rurki kapilarnej zamiast Ŝmudnego dobierania rurki o tych samych
właściwościach moŜna zastosować automatyczny zawór rozpręŜny. Trzeba jednak pamiętać o tym, Ŝe silniki elektryczne w
urządzeniach chłodniczych z rurką kapilarną nie mają duŜego momentu rozruchowego, gdyŜ dobierano je do lekkiego
rozruchu, wynikającego z wyrównania ciśnień po stronie ssawnej i tłocznej przez rurkę kapilarną w czasie postoju spręŜarki.
Aby więc nie przeciąŜać silnika, trzeba w automatycznym zaworze rozpręŜnym załoŜyć małą podkładkę nie dopuszczającą
do całkowitego zamknięcia zaworu lub zastosować zawór rozpręŜny z upustem.
Wpływ napełnienia. Zbyt duŜe napełnienie urządzenia chłodniczego nie ma wpływu na pracę automatycznego zaworu
rozpręŜnego. Przy zbyt małym napełnieniu para o wysokim ciśnieniu moŜe się przedostawać ze zbiornika cieczy do
parownika.
Instalowanie. Automatyczny zawór rozpręŜny zamontowuje się zawsze
łącznie z parownikowym regulatorem temperatury (termostatem) wyłączającym silnik spręŜarki w chwili, gdy czujnik
regulatora zamocowany u wylotu
z parownika nada impuls pod wpływem obniŜenia temperatury tego wylotu.
Tablica 12.1. Nieprawidłowe działanie i uszkodzenia automatycznego zaworu rozpręŜnego
Objawy
Przyczyny
Sposób usunięcia
zanieczyszczony filtr w zaworze i
wskutek tego niedostateczny
dopływ czynnika
siatkę filtru przemyć alkoholem,
oczyścić całe urządzenie przez
załoŜenie duŜego filtru o drobnych
oczkach
za mały automatyczny zawór
rozpręŜny
wymienić zawór na inny właściwej
wielkości
zawór jest przeznaczony do
innego czynnika
wymienić zawór na właściwy
Zbyt małe
ciśnienie
ssania
powierzchnia przepływu w dyszy
została zmniejszona przez zanie-
czyszczenie lub przez
zamarzniętą wodę
zawór rozebrać i oczyścić; w razie
stwierdzenia wilgoci naleŜy załoŜyć
odwadniacz lub wymienić wkład
odwadniacza
korozja iglicy i gniazda powoduje
nieszczelność zaworu
naleŜy zawór wymienić
Zbyt duŜe
ciśnienie
ssania
iglica zamarzła w połoŜeniu
otwartym
nie nagrzewać zaworu lampą
lutowniczą; nie uderzać zaworu
młotkiem, zawór wymontować i
wysuszyć; załoŜyć odwadniacz
Nieczułość
zaworu na
zmiany
ciśnienia
wilgoć zawarta w powietrzu za-
marzła na mieszku lub na
membranie po stronie działania
ciśnienia atmosferycznego
zawór wymontować i wysuszyć;
moŜna wprowadzić 2 do 3 cm
3
gliceryny lub nie zamarzającego
oleju; dokręcić szczelnie kapturek
osłaniający śrubę regulacyjną: przed
odkręceniem kapturka usunąć szron
dokoła kapturka
Zastosowanie regulatora ciśnienia (presostatu) zamiast parownikowego regulatora temperatury (termostatu) byłoby błędem.
Automatyczny zawór rozpręŜny utrzymuje stałe ciśnienie, a zatem regulator ciśnienia, który działa pod wpływem zmiany
ciśnienia, nie otrzymywałby Ŝadnych impulsów. Przy ustalaniu przyczyny niedomagania automatycznego zaworu
rozpręŜnego moŜe być pomocna tabl. 12.1.
Termostatyczny zawór rozpręŜny
Budowa. Termostatyczny zawór rozpręŜny ma budowę bardzo zbliŜoną do budowy automatycznego zaworu rozpręŜnego
(rys. 12.4). Bywa on wyposaŜony w membranę płaską lub mieszkową, na którą po jednej stronie działa ciśnienie parowania
oraz nacisk spręŜyny, tak jak w automatycznym zaworze rozpręŜnym. Na drugą stronę nie działa jednak ciśnienie
atmosferyczne, lecz ciśnienie panujące w czujniku przymocowanym u wylotu parownika i połączonym włoskowatą rurką z
przestrzenią nad membraną.
Działanie. Do zaworu dopływa ciekły czynnik, np. R12 (rys. 12.6). JuŜ podczas przepływu przez dyszę zaworu część
cieczy odparowuje, obniŜając temperaturę reszty cieczy.
21
Rysunek 12.4. Schemat termostatycznego zaworu rozpręŜnego; 1 -
membrana płaska, 2 - popychacz, 3 - dysza, 4 - iglica, 5 - spręŜyna,
6 - śruba regulująca, 7 - czujnik, 8 - rurka włoskowatą (kapilara)
Rysunek 12.5. Termostatyczny zawór rozpręŜny typu T2 firmy
Danfoss (dzięki uprzejmości firmy Danfoss);
1 - element termostatyczny (membrana), 2 - spręŜyna, 3 - wymienna
dysza, 4 - iglica
Na całej drodze przepływu przez parownik, aŜ do miejsca, do którego dolatuje skrajna kropla czynnika, odbywa się od-
parowywanie czynnika. Ta część parownika jest wypełniona cieczą i parą nasyconą, panuje tu więc wszędzie jednakowa
temperatura parowania, np.
- 13 °C, której odpowiada ciśnienie parowania (R12) 2 bar.
Począwszy od miejsca odparowania skrajnej kropli czynnika następuje stopniowe przegrzanie pary. W miejscu zamocowania
czujnika panuje juŜ więc temperatura wyŜsza, np. -6 °C. W tym miejscu w rurze parownika ciśnienie nadal wynosi 2 bar, lecz
wewnątrz czujnika napełnionego tym samym czynnikiem R12 w stanie ciekłym, w temperaturze - 6 °C, panuje ciśnienie
nasycenia równe 2,52 bar. Membrana znajduje się więc pod działaniem róŜnicy ciśnień 2,52 — 2,00 = 0,52 bar, która
powoduje jej wybrzuszenie ku dołowi i otwarcie przepływu czynnika przez dyszę. Nacisk równy 0,52 bar jest przejmowany
przez spręŜynę. Jeśli spręŜyna była wyregulowana na takie obciąŜenie, to powrót do stanu podanego na rys. 12.6 przebiega
następująco. JeŜeli z jakiegokolwiek powodu do parownika dopłynie więcej czynnika, to skrajna kropla doleci dalej w prawo.
Temperatura i ciśnienie w czujniku zmaleją, np. do - 8 °C, membrana wygnie się do góry, a iglica przymknie przepływ.
Wobec tego do parownika dopłynie teraz mniej czynnika, a ostatnia kropla doleci juŜ do miejsca połoŜonego bardziej w
lewo. Powstająca para będzie się przegrzewać na dłuŜszej drodze, a więc w miejscu zamocowania czujnika temperatura
będzie wyŜsza niŜ
- 8 °C. Ciśnienie w czujniku staje się wyŜsze i przesunie membranę oraz iglicę w dół, dopuszczając więcej
czynnika, dzięki czemu skrajna kropla dobiegnie w parowniku do punktu połoŜonego znów bardziej w prawo.
Opisany przebieg parowania powtarza się. Temperatura czujnika oscyluje zatem między -4 i - 8 °C, co moŜna przedstawić,
przesuwając przy rysunku czujnika linijkę z naniesioną temperaturą (rys. 12.7). Im dokładniej zawór został wykonany i im
krótsza jest droga przenoszenia impulsów na iglicę, tym mniejsza jest róŜnica temperatur, w zakresie których zmienia się
(pulsuje) temperatura czujnika. Gdyby impuls przeniósł się natychmiast, wówczas temperatura czujnika nie ulegałaby
zmianom. Zjawisko towarzyszące zmianom temperatury czujnika jest nazywane pulsacją zaworu termostatycznego.
22
Rysunek 12.7. PołoŜenia linijki z naniesionymi temperaturami przedstawiają zmiany rozkładu temperatur w parowniku
Po zatrzymaniu spręŜarki, jeŜeli czujnik nie nagrzewa się szybciej niŜ parownik, następuje wzrost ciśnienia w parowniku i na
skutek tego zamknięcie zaworu termostatycznego, trwające przez cały czas postoju spręŜarki. Ma to duŜe znaczenie, gdyŜ
zabezpiecza przed napełnieniem parownika ciekłym czynnikiem podczas postoju, co jest niebezpieczne w chwili
uruchomienia, gdyŜ grozi uderzeniem cieczy w cylindrze spręŜarki.
Przegrzanie. Termostatyczny zawór rozpręŜny jest sterowany przez dwie temperatury: temperaturę na początku
parownika równą temperaturze parowania i temperaturę u wylotu z parownika równą temperaturze przegrzania pary.
RóŜnica temperatur przegrzania pary i parowania nazywa się przegrzaniem. W wyniku tego przegrzania para opuszcza
parownik, mając temperaturę wyŜszą niŜ temperatura nasycenia, a więc do spręŜarki płynie para nie zawierająca kropel
cieczy. Przegrzanie musi być na tyle duŜe, aby mieć pewność, Ŝe spręŜarka nie zassie kropel cieczy, a na tyle małe, aby
wykorzystać całą powierzchnię parownika do odbioru ciepła. Praktyka wykazała, Ŝe dobre wyniki daje przegrzanie 2 ÷ 8 K.
Przy zbyt małym przegrzaniu moŜe wystąpić przepełnienie parownika, natomiast przy zbyt duŜym - niedostateczne
napełnienie.
PRZYKŁAD 12.1. Ile wynosi przegrzanie, jeŜeli temperatura w parowniku jest
równa - 6 °C, a temperatura przewodu w miejscu zamocowania czujnika wynosi
+ 2°C?
Rozwiązanie. +2 - ( -6) = 8K
Przegrzanie moŜna określić następująco:
a) zmierzyć temperaturę w miejscu, gdzie jest przymocowany czujnik zaworu termostatycznego;
b) określić ciśnienie w miejscu zamocowania czujnika jednym z dwóch sposobów:
1) jeśli zawór termostatyczny jest z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia, to naleŜy zmierzyć to ciśnienie,
2) odczytać ciśnienie na zaworze ssącym spręŜarki i dodać oszacowany spadek ciśnienia między miejscem
przymocowania czujnika a zaworem ssącym spręŜarki - suma tych ciśnień da szacunkowe ciśnienie w miejscu
czujnika;
c) przeliczyć ciśnienie na temperaturę dla danego czynnika chłodniczego;
d) od temperatury uzyskanej zgodnie z punktem a) odjąć temperaturę uzyskaną zgodnie z punktem c) -
otrzymany wynik jest przegrzaniem.
Regulowanie przegrzania w zaworze. Do regulowania przegrzania w zaworze słuŜy śruba 6 (rys. 12.4). Nie naleŜy
jednak przystępować do tej czynności zbyt pochopnie. Obowiązuje bowiem zasada - nie zmieniać przegrzania nastawionego
przez wytwórnię zaworu. Sposób zmiany przegrzania jest przedstawiony na rys. 12.8. Niektórzy wytwórcy nie wyposaŜają z
tego powodu swych zaworów w śruby regulacyjne. NaleŜy zawsze bardzo starannie ustalić przyczynę niewłaściwej pracy
urządzenia chłodniczego i dopiero gdy zachodzi niewątpliwa konieczność zmiany przegrzania, moŜna przystąpić do
czynności regulacyjnych.
Regulacja śrubą jest bardzo czuła. Trzeba ją przeprowadzać stopniowo, za kaŜdym razem o 1/4 obrotu, wyczekując, aŜ
urządzenie osiągnie równowagę cieplną. Czas osiągnięcia równowagi cieplnej jest róŜny i moŜe trwać nawet pół godziny.
Obróceniu śruby o 1/2 obrotu odpowiada zmiana przegrzania o 1÷2K, zaleŜnie od typu zaworu. Dla przedstawionego typu
zaworu na rys. 12.8 cały obrót odpowiada 2 K. Przed przystąpieniem do regulacji naleŜy sprawdzić, w jakim kierunku naleŜy
obracać śrubę regulacyjną, gdyŜ jest on róŜny w róŜnych zaworach. Gdyby wyregulować zawór na bardzo duŜe przegrzanie,
wkręcając śrubę maksymalnie, wówczas powierzchnia parównika nie byłaby wykorzystana. Parownik jest bowiem wewnątrz
zwilŜany przez czynnik tylko do miejsca, w którym rozpoczyna się przegrzewanie pary. Na przykład na rys. 12.9a
powierzchnia czynna stanowi ok. 60% całkowitej powierzchni parownika, a pozostałe 40% praktycznie nie bierze udziału w
wymianie ciepła. Po wyregulowaniu przegrzania jak na rys. 12.9b prawie cała powierzchnia parownika, tj. ok. 95%,
wymienia ciepło. Nie wykorzystując ok. 5% powierzchni, zyskuje się pewność, Ŝe w przypadku raptownego odparowania -
wskutek wzrostu obciąŜenia cieplnego - do spręŜarki nie dostanie się ciekły czynnik. MoŜliwe to jest przy regulacji jak na
rys. 12.9c, gdy przegrzanie równa się zeru, poniewaŜ cała powierzchnia parownika została wykorzystana na odparowywanie.
Rozkład temperatury w przypadku prawidłowego przegrzania pokazano na rys. 12.9b.
23
Rysunek 12.8. Regulacja przegrzania termostatycznego zaworu rozpręŜnego
(dzięki uprzejmości firmy Danfoss)
Przegrzanie w przewodzie ssawnym. Na rysunku 12.6 temperatura pary czynnika u wylotu z parownika wynosi - 6 °C,
lecz w miarę przybliŜania się do spręŜarki temperatura wzrasta na skutek dopływu ciepła do przewodu z otoczenia. Dlatego
przegrzana para czynnika chłodniczego początkowo ma temperaturę niŜszą, a później wyŜszą niŜ 0 °C. Jeśli temperatura
zmierzona przy spręŜarce wyniesie np. -2 °C, to róŜnica 2 - (- 6) = 8K nazywa się przegrzaniem w przewodzie ssawnym.
Przegrzania w przewodzie ssawnym nie naleŜy mylić z przegrzaniem w zaworze, które na rys. 12.6 wynosiło 7 K i jest
nastawiane za pomocą śruby regulacyjnej. Temperaturę przy spręŜarce naleŜy mierzyć termometrem o czujniku ściśle
przylegającym do przewodu i dobrze izolowanym w celu uniknięcia oddziaływania otoczenia. Nie moŜna do tego pomiaru
uŜywać manometru, gdyŜ na manometrze odczytuje się ciśnienia i odpowiadające im temperatury nasycenia, nie zaś
temperaturę przegrzania, o którą nam chodzi.
Rysunek 12.9. Rozkład
temperatury w parowniku przy
niezmienionym zamocowaniu
czujnika, lecz przy róŜnych
przegrzaniach uzyskanych
przez zmianę nastawienia śruby
regulacyjnej: a) przegrzanie
zbyt duŜe (11 K), b) przegrzanie
prawidłowe (7 K), c) bez
przegrzania
Rozkład temperatury w parowniku. Rozkład
temperatury w parowniku przykładowo przedstawiono na
rys. 12.9. Temperatura w parowniku zmienia się ze zmianą
temperatury środowiska, w którym jest umieszczony
parownik. Zmianę tę przedstawiono na rys. 12.10. Górna
krzywa pokazuje zmianę temperatury solanki, w której
został umieszczony parownik, dolna natomiast jest
wykresem temperatury parowania, jak widać - stale
malejącej. Widoczna na rysunku nierównomierność zmian
temperatury parowania jest wynikiem pulsacji zaworu
termostatycznego.
W odróŜnieniu od automatycznego zaworu rozpręŜnego,
zawór termostatyczny nie utrzymuje stałej temperatury
parowania podczas pracy urządzenia, co przedstawiono na
rys. 12.10. Zawór termostatyczny słuŜy do regulowania
dopływu czynnika do parownika, to znaczy ma doprowadzić
tylko tyle czynnika, ile parownik jest w stanie odparować.
Usiłowanie wyregulowania temperatury parowania za
pomocą zaworu termostatycznego jest, jak wynika z rys.
12.10, bezcelowe.
24
Uruchamianie nowego urządzenia chłodniczego wyposaŜonego w termostatyczny zawór rozpręŜny. Temperatura
parowania zaleŜy od ciśnienia w parowniku, a ciśnienie z kolei - od wielkości spręŜarki. JeŜeli więc przy uruchamianiu
nowego urządzenia stwierdzi się, Ŝe zawór termostatyczny został wyregulowany prawidłowo, o czym świadczy pokrycie
szronem parownika aŜ do czujnika, a temperatura parowania nie jest taka, jaka powinna być według projektu danego
urządzenia, to znaczy, Ŝe wielkość parownika została źle dobrana. Regulowanie przegrzania nie zmieni temperatury
parowania.
JeŜeli temperatura parowania jest wyŜsza niŜ podano w obliczeniach, świadczy to, Ŝe parownik jest za duŜy lub spręŜarka
za mała, a gdy temperatura parowania jest niŜsza- Ŝe parownik jest za mały lub spręŜarka za duŜa. Niekiedy konstrukcja
parownika pozwala na zmniejszenie w razie potrzeby powierzchni czynnej parownika przez przesunięcie czujnika w stronę
zaworu, dzięki czemu uzyskuje się większą róŜnicę temperatur między parownikiem a otoczeniem oraz zwiększenie
obciąŜenia silnika.
Termostatyczny zawór rozpręŜny z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia
Przepływowi czynnika przez parownik przeciwstawia się opór tarcia o ścianki, pokonywany kosztem spadku ciśnienia. W
krótkich parownikach, przy małych obciąŜeniach cieplnych, gdy ilość powstającej pary jest stosunkowo niewielka, spadek
ciśnienia nie występuje lub jest tak niewielki, Ŝe praktycznie nie wpływa na pracę zaworu termostatycznego. Natomiast przy
długich parownikach, gdy występują duŜe obciąŜenia cieplne, ilość powstającej pary i prędkość jej przepływu są duŜe.
Wobec tego spadek ciśnienia na drodze przepływu przez parownik moŜe być znaczny. W tych przypadkach przy końcu
parownika ciśnienie i temperatura będą znacznie niŜsze, niŜ gdyby opory przepływu nie występowały. Aby więc ciśnienie
działające na membranę było odpowiednio wysokie, trzeba parę czynnika bardziej przegrzać. Na przykład gdyby w
przykładzie podanym na rys. 12.16 spadek ciśnienia wywołany oporami przepływu wynosił 0,28 bar, to przy końcu
parownika panowałoby ciśnienie 2 - 0,28 = 1,72 bar, któremu odpowiada temperatura parowania ok. -17 °C. Aby otrzymać
przy czujniku nadal temperaturę -6 °C, przegrzanie musiałoby wynosić -6 - (-17) = 11 K. Odparowywanie czynnika
musiałoby się skończyć wcześniej, aby para na dłuŜszej drodze przepływu ogrzała się od -17 do - 6 °C. DuŜa część
parownika nie byłaby zatem wykorzystana do wymiany ciepła, mimo Ŝe wobec duŜego obciąŜenia potrzebna jest duŜa
czynna powierzchnia parownika. Niedogodności tej uniknięto dzięki zaworom termostatycznym wyposaŜonym w zewnętrzne
wyrównanie ciśnienia. Zawory te, których schemat pokazany jest na rys. 12.11, róŜnią się od zwykłych zaworów
termostatycznych tym, Ŝe pod membranę doprowadza się ciśnienie panujące przy
czujniku, a więc niŜsze niŜ panujące na
początku parownika.
Rysunek 12.11.
Schemat termostatycznego zaworu rozpręŜnego z zewnętrznym
wyrównaniem ciśnienia; 1 - membrana płaska lub mieszkowa, 2 - popychacz, 3 - dysza, 4
- iglica, 5 - spręŜyna,
6 - śruba regulująca,
7 - czujnik, 8 - rurka kapilarna, 9 - ścianka
działowa, 10 - dławniczka
Wskutek tego dla wywołania nad membraną ciśnienia równowaŜnego nie trzeba uzyskiwać duŜego przegrzania. Powierzchnia parownika
moŜe być dobrze wykorzystana na parowanie czynnika. Termostatyczny zawór rozpręŜny z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia typu
TE5 firmy Danfoss pokazano na rys. 12.12.
Rysunek 12.12.
Termostatyczny zawór rozpręŜny z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia typu
TE5 firmy Danfoss; 1 - element termostatyczny (membrana), 2 - wymienna dysza, 3 - korpus
zaworu, 4 - śruba regulacji przegrzania, 5 - zewnętrzne ciśnienie wyrównujące (podłączenie 1/4"
- śrubunek)
25
Zamocowanie czujnika termostatycznego zaworu rozpręŜnego
Przyleganie czujnika. Dla prawidłowej pracy zaworu trzeba, aby czujnik dobrze przylegał do rury ssawnej, tylko wtedy,
bowiem jest zapewniony przepływ ciepła z przewodu do czujnika (lub odwrotnie) i prawidłowe działanie zaworu.
Przymocowanie czujnika drutem, taśmą lub sznurkiem jest niedopuszczalne. NaleŜy stosować tylko metalowe zaciski
dociągane śrubami, np. jak na rys. 12.14. Niedopuszczalne jest zamocowanie czujnika na łuku, bo wówczas styk czujnika z
rurą ogranicza się do jednego punktu. Nieprawidłowe byłoby równieŜ zamocowanie czujnika pod rurą wylotową z
parownika, w miejscu utworzenia zagłębienia.
Rysunek 12.14. Sposób zamocowania czujnika termostatycznego zaworu rozpręŜnego na rurze poziomej
(dzięki uprzejmości firmy Danfoss)
W celu zwiększenia powierzchni styku niektóre wytwórnie wytłaczają w płaszczu czujnika rowek biegnący podłuŜnie.
Wówczas czujnik przyłączony jak na rys. 12.15 ma podwójną linię styku z rurą ssawną.
Miejsce zamocowania czujnika. Najlepszym miejscem zamocowania czujnika jest wierzch poziomego odcinka rury
ssawnej (rys. 12.15a). W zaleŜności od średnicy rury ssawnej naleŜy miejsce zamocowania czujnika przesuwać na średnicy
rury zgodnie z rys. 12.14. W przypadku braku poziomego odcinka w ostateczności moŜna czujnik zamocować na pionowej
części rury ssawnej (rys. 12.15b). Zamocowanie jak na rys. 12.15c zgodnie z kierunkiem przepływu czynnika chłodniczego
jest niepoprawne i wiąŜe się z silnymi zakłóceniami w działaniu zaworu.
Rysunek 12.15. Prawidłowe i nieprawidłowe zamocowanie czujnika
termostatycznego zaworu rozpręŜnego firmy Danfoss: a) właściwe, b)
niezalecane, c) niewłaściwe
Przy poziomym zamocowaniu czujnika naleŜy pamiętać o tym, aby w rurze ssawnej zostało utworzone małe zagłębienie, w
którym podczas postoju osiadają krople czynnika i oleju. Po uruchomieniu spręŜarki są one natychmiast porywane przez
spręŜarkę. Gdyby nie utworzono zagłębienia, wówczas po zatrzymaniu urządzenia chłodniczego nieodparowane cząstki
cieczy zbierałyby się na całej długości dolnej gałęzi parownika, a po uruchomieniu spręŜarki zaczęłyby odparowywać,
obniŜając temperaturę czujnika. Powodowałoby to zamknięcie zaworu, a zatem nadmierne obniŜenie ciśnienia na stronie
ssawnej. Czujnik nie powinien być umieszczony zbyt blisko agregatu, poniewaŜ w czasie postoju nagrzewałby się i
powodował otwieranie zaworu, a więc parownik ulegałby zalewaniu. Czujnik zaworu z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia
powinien być zamocowany przed miejscem przyłączenia przewodu wyrównującego ciśnienie (od strony parownika). Takie
zamocowanie powoduje, Ŝe w razie przecieków ciekłego czynnika do przewodu wyrównawczego czujnik nie będzie
ochładzany i nie wywoła nieprawidłowego zadziałania zaworu (rys. 12.13c).
26
Zamocowanie czujnika na parowniku zanurzonym. Czujnik zaworu zasilającego parownik solankowy moŜe być
zamocowany albo pod solanką, albo teŜ nad nią. Zamocowanie czujnika pod solanką musi się znajdować poniŜej najniŜszego
przewidywanego poziomu solanki (rys. 12.16).
Czujnik moŜe być zamocowany nad solanką tylko wówczas, gdy góra i pokrywa zbiornika są starannie izolowane, aby
nie powodować napływu ciepła z zewnątrz do czujnika i wskutek tego nieprawidłowego działania zaworu.
Niedomagania termostatycznego zaworu rozpręŜnego
Objawy
Przyczyny
Sposób usunięcia
filtr zanieczyszczony
przemyć siatkę filtru umieszczoną
na wlocie do zaworu
termostatycznego, oczyścić całe
urządzenie chłodnicze, zakładając
duŜy filtr o drobnych oczkach
termostatyczny zawór rozpręŜny
jest za mały
dobrać z katalogu zawór
odpowiedniej wielkości, opierając
się na wydajności chłodzenia przy
danej temperaturze parowania i
skraplania
termostatyczny zawór rozpręŜny
jest przeznaczony do innego
czynnika
sprawdzić napis na zaworze; jeśli
zawór jest przeznaczony do innego
czynnika, naleŜy go wymienić
zawór źle wyregulowany,
przegrzanie za duŜe
zmniejszyć przegrzanie
przekręcając
śrubę regulacyjną co 1/4 obrotu,
wyczekując za kaŜdym razem aŜ się
ustali równowaga; w urządzeniach
chłodniczych pracujących przy
temperaturach parowania wyŜszych
niŜ 0 °C (wobec niewystępowania
szronu) przegrzanie mierzy się
specjalnie czułymi termometrami
za mały dopływ czynnika
do zaworu
dopełnić nieco czynnikiem, jeŜeli
nie pomoŜe, to:
a) sprawdzić, czy zawór odcinający
na zbiorniku ciekłego czynnika
spływającego ze skraplacza nie
dławi przepływu;
b) sprawdzić, czy rura czerpna
w zbiorniku ciekłego czynnika jest
szczelna w górnej części;
c) sprawdzić, czy rura czerpna
w zbiorniku ciekłego czynnika nie
dochodzi zbyt blisko dna; usunąć
stwierdzoną nieprawidłowość
Nie cały
parownik
pokryty
szronem
za małe ciśnienie skraplania; za
małe ciśnienie przed zaworem
mimo właściwego napełnienia
czynnikiem i właściwego ciśnienia
skraplania:
a) za mały lub zapchany filtr, lub
odwadniacz;
b) za małe przekroje armatury;
c) przewody za długie lub o zbyt
małej średnicy;
d) przewód cieczy jest nagrzewany
na drodze do zaworu;
e) zawór i parownik są
umieszczone
zbyt wysoko
dla zwiększenia ciśnienia przed za-
worem, podwyŜszyć ciśnienie skra-
plania przez zmniejszenie dopływu
wody chłodzącej; dla wykrycia
miej-
sca dławienia przepływu,
zamontować
wziernik przed zaworem
regulacyjnym; pęcherzyki
przepływające
z cieczą są dowodem dławienia
przepływu; części podejrzane o
dławienie
kolejno wymontować i zastępować
przewodem o dostatecznie duŜej
średnicy; po ustaleniu w ten sposób
części
dławiącej, wymienić ją na większą
cd .objaw
Objawy
Przyczyny
Sposób usunięcia
Nie cały
parownik
pokryty
czujnik umocowany na wygięciu
rury ssawnej, gdzie tworzy się
zbiorniczek parującej cieczy
zmienić miejsce zamocowania czuj-
nika
27
krople wody zamarzły w zaworze
unieruchamiając iglicę
dla sprawdzenia podgrzać zawór;
wymontować zawór, wysuszyć i
wmontować z powrotem, wymienić
odwadniacz lub wkład odwadniacza
szronem
zanieczyszczenia osiadły w dyszy
zaworu
wymontować zawór i oczyścić filtry
czujnik nie przylega na całej
długości do rury ssawnej
umocować czujnik do rury dwoma
ściągaczami
dokoła czujnika opływa ciepłe po-
wietrze
zaizolować czujnik lub umocować
go inaczej, poza strumieniem
ciepłego powietrza
za małe przegrzanie
wyregulować właściwe przegrzanie
krople wody zamarzły w zaworze
unieruchamiając iglicę w połoŜeniu
otwartym
wymienić odwadniacz lub wkład
odwadniacza; zawór zdemontować,
z powrotem zamontować po wysu-
szeniu, lub teŜ wymienić zawór
zawór nie zamyka się wskutek nie-
czystości osiadłych na dyszy
sprawdzić filtr; zawór
zdemontować, przeczyścić i
zamontować z powrotem lub teŜ
wymienić zawór na inny, tejŜe
wielkości
Cały parow-
nik oszronio-
ny; spręŜarka
pracuje na
mokro
zawór jest nieszczelny wskutek wy-
robienia iglicy
wymienić zawór
Cały paro-
wnik oszro-
niony; sprę-
Ŝarka pracuje
na mokro;
czasem wy-
stępuje stu-
kanie w cy-
lindrze zmu-
szające do
natychmias-
towego za-
trzymania
urządzenia;
po dłuŜszej
pracy oszro-
nienie cofa
się do czuj-
nika
zawór otwiera się podczas postoju,
przepuszczając czynnik na stronę
ssawną, poniewaŜ:
a) czujnik umocowany poza
komorą chłodniczą nagrzewa się
szybciej niŜ parownik;
b) czujnik jest umocowany w
komorze, lecz długość przewodu
ssawnego między czujnikiem a
przejściem do ciepłego
pomieszczenia jest za krótka;
c) czujnik jest umieszczony w izo-
lacji, lecz izolacja dokoła czujnika
jest za cienka
a) czujnik przenieść do komory, a
gdy to jest nie wykonalne -umieścić
na przewodzie cieczy zawór
elektromagnetyczny, zamykający
przepływ podczas postoju; w
przypadku niemoŜności wykonania
obu zabiegów zmniejszyć zawartość
czynnika w urządzeniu do
minimum, wtedy ilość cieczy
zbierającej się w parowniku moŜe
nie zagraŜać uderzeniem cieczy w
cylindrze;
b) zwiększyć długość przewodu
ssawnego między czujnikiem
a wyjściem przewodu z komory;
c) poprawić zaizolowanie
cd. objaw
Objawy
Przyczyny
Sposób usunięcia
czynnik skrapla się w skrzyni kor-
bowej spręŜarki podczas postoju
(wobec niŜszej w niej temperatury)
niŜ parownika np. w urządzeniach,
których spręŜarki są ustawione na
wolnym powietrzu
przestawić spręŜarkę do
ogrzewanego pomieszczenia albo
wbudować zawór
elektromagnetyczny na
przewodzie ssawnym, albo
podgrzewać elektrycznie skrzynię
korbową spręŜarki od spodu grzałką
w osłonie
przedostawanie się czynnika ze
skraplacza do skrzyni korbowej
spręŜarki przez nieszczelne zawory
spręŜarkowe
poprawić szczelność zaworów przez
dotarcie lub zamontować zawór
zwrotny między spręŜarką a skra-
placzem
za duŜy termostatyczny zawór roz-
pręŜny
dobrać właściwy zawór wg wskazó-
wek podanych w katalogu wytwórni
czujnik zamocowany w niewłaści-
wym miejscu
przenieść czujnik do komory chłod-
niczej albo starannie go zaizolować
Silne waha-
nia tempera-
tury parowa-
nia urządze-
nia o jednym
parowniku
krzepnięcie niewłaściwie
dobranego oleju w przewodzie
ssawnym lub w zaworach
urządzenie zatrzymać, przepłukać,
osuszyć, napełnić odpowiednim
olejem
28
Nierówno-
mierna praca
urządzenia
chłodniczego
o wielu
parownikach
wzajemne oddziaływanie zaworów
na siebie wskutek połączenia rur
ssawnych bez kolektora
zainstalować kolektor na ssaniu
niejednakowej długości przewody
od rozdzielacza do parowników
zainstalować przewody o
jednakowej długości i średnicy
rozdzielacz nie został
zainstalowany w pozycji pionowej
rozdzielacz zainstalować w pozycji
pionowej
parowniki rozmieszczone w
róŜnych miejscach komory są
niejednakowo obciąŜone, wskutek
niejednakowego dopływu ciepła do
kaŜdego z nich
kaŜdy parownik wyposaŜyć w od-
dzielny zawór termostatyczny
poszczególne części parownika
Ŝebrowego są niejednakowo omy-
wane przez powietrze wskutek
skierowania strumienia powietrza
poprzecznie do kierunku przepływu
czynnika
zmienić kierunek przepływu powie-
trza tak, aby był zgodny z
kierunkiem przepływu czynnika
lub, aby był przeciwny do tego
kierunku
Nierówno-
mierny
rozdział
czynnika
przez roz-
dzielacz
przewody rozdzielcze mają za duŜą
średnicę, wskutek czego prędkość
przepływu jest za mała, aby
zapewnić
równomierny rozdział
sprawdzić w katalogu jaka powinna
być właściwa średnica i w razie po-
trzeby wymienić
Automatyczne regulowanie ciśnienia i temperatury:
Zasada działania regulatorów ciśnienia i regulatorów temperatury
Regulatory ciśnienia, zwane równieŜ presostatami, są wyłącznikami prądu działającymi pod wpływem przyrostu lub spadku
ciśnienia. Presostaty są stosowane jako zabezpieczenie spręŜarek przed zbyt niskim ciśnieniem ssania lub zbyt wysokim
ciśnieniem tłoczenia w urządzeniach chłodniczych, mroźniczych i klimatyzacyjnych.
Rysunek 12.23. Uzyskiwanie ruchu posuwistego pod wpływem zmian ciśnienia i temperatury
Elementem wywołującym ruch posuwisty, potrzebny do zwierania lub rozwierania styków, jest przewaŜnie membrana
mieszkowa (rys. 12.23a) połączona z urządzeniem chłodniczym. Wzrost ciśnienia powoduje przesuwanie się ruchomego
denka mieszka w prawo, a następnie przez układ dźwigni zwarcie styków uruchamiających silnik i spręŜarkę. Przy spadku
ciśnienia denko mieszka przesuwa się w lewo, styki zostają rozwarte, silnik przestaje pracować. RóŜnicę ciśnień włączania i
wyłączania spręŜarki przyjęto nazywać róŜnicą łączeń, którą w skrócie będziemy nazywać róŜnicą i oznaczać literą R.
Zamiast nazwy „róŜnica łączeń" niektórzy stosują nazwę „strefa martwa", poniewaŜ w jej granicach regulator nie reaguje na
zmiany ciśnienia. Z tego teŜ powodu „róŜnica łączeń" bywa nazywana „nieczułością nastawialną".
Działanie regulatora temperatury, inaczej termostatu, jest bardzo zbliŜone do działania regulatora ciśnienia (presostatu).
Zasadniczą róŜnicą budowy jest to, Ŝe mieszek termostatu jest połączony kapilarą ze zbiorniczkiem wypełnionym gazem lub
cieczą i jej parą (tzw. czujnikiem - rys. 12.23b i c). Pod wpływem zmiany temperatury środowiska, w którym czujnik został
29
umieszczony, następuje w nim zmiana ciśnienia, a zatem wystąpią ruchy mieszka przenoszone na styki za pomocą dźwigni w
taki sam sposób, jak w presostacie. Presostaty i termostaty są stosowane do uruchamiania i zatrzymywania spręŜarek
chłodniczych lub wentylatorów skraplaczy chłodzonych powietrzem. Praca chłodziarki wyposaŜonej w presostat podłączony
do strony niskiego ciśnienia przebiega następująco. Po zatrzymaniu ruchu napływ ciepła do parownika powoduje
odparowanie ciekłego czynnika i wzrost ciśnienia. Z chwilą gdy ciśnienie osiągnie wielkość, na jaką został nastawiony
presostat, następuje zwarcie styków, silnik rusza i spręŜarka zaczyna pracować. W czasie pracy spręŜarki ciśnienie w
parowniku stopniowo maleje do chwili, kiedy presostat wyłączy dopływ prądu i spręŜarka przestanie pracować. Wtedy
opisany proces rozpocznie się ponownie, a więc wystąpi stopniowy wzrost ciśnienia w parowniku, wyłączenie spręŜarki,
powolny spadek tego ciśnienia, zatrzymanie spręŜarki itd. Jest to, jak widać, praca cykliczna, przy czym cykl składa się z
pracy spręŜarki oraz postoju.
Przykład zmian ciśnienia ssania w spręŜarce uruchamianej i wyłączanej przez presostat przedstawiono na rys. 12.24. Z
rysunku tego widać, Ŝe zwiększenie róŜnicy łączeń powoduje przedłuŜenie czasu pracy spręŜarki. Zwiększenie tej róŜnicy
moŜna uzyskać przez obniŜenie ciśnienia wyłączania, podwyŜszenie ciśnienia wyłączania albo teŜ przez jedno i drugie
jednocześnie.
Presostaty i termostaty umoŜliwiają regulowanie czasu pracy w zaleŜności od nastawionej róŜnicy łączeń. Współczesne
chłodziarki mają np. krótszy cykl niŜ budowane dawniej. Praca trwa 10÷15 min, a postój 15÷20 min. Wielkością, którą
równieŜ moŜna, w pewnych granicach, dobierać za po mocą presostatów i termostatów jest temperatura chłodzonego
ośrodka.
Rysunek 12.24
.
Zmiany ciśnienia ssania w spręŜarce wyposaŜonej w presostat
niskiego
Odbywa się to przez zmianę zakresu ciśnień (temperatur), przy których pracuje spręŜarka. JeŜeli np. jakiś agregat pracuje w
zakresie temperatur parowania 0÷4 °C, a drugi w zakresie temperatur 3÷7 °C, to w obu przypadkach róŜnica jest ta sama (4
°C), lecz średnia temperatura w pierwszym przypadku jest 2 °C, w drugim zaś 5 °C. Wynika z tego, Ŝe chcąc podwyŜszyć
średnią temperaturę chłodzonego ośrodka, trzeba podwyŜszyć zakres temperatur i odwrotnie. ZaleŜność tę pokazano na rys.
12.25. Po obniŜeniu zakresu uzyskano niŜszą średnią temperaturę. RóŜnica R
pozostała bez zmiany.
Rysunek 12.25. Zmiany ciśnienia ssania wynikłe
wskutek obniŜenia zakresu i zmniejszenia róŜnicy
Zmiana róŜnicy R na r powoduje nie tylko obniŜenie średniej temperatury, lecz równieŜ skrócenie pracy spręŜarki z wielkości
T na t.
Nastawianie zakresu odbywa się przez zwiększenie lub zmniejszenie nacisku spręŜyny stale działającej na mieszek (rys.
12.26a, b). Zwiększenie nacisku spręŜyny powoduje przesuwanie się zakresu w stronę wyŜszych temperatur.
Rysunek 12.26. Schematy urządzeń do zmiany zakresu pracy presostatu
lub termostatu
30
Zwykle pod gałką regulacji zakresu jest umieszczona tarcza, na której moŜna odczytać nastawienie i kierunek, w jakim
naleŜy gałkę pokręcać, aby zwiększyć temperaturę.
Rysunek 12.27. Uproszczony schemat presostatu typu KP firmy Danfoss; 1 - śruba
ustawiania niskiego ciśnienia LP, 2 - śruba ustawienia róŜnicy DP, 3 - główna dźwignia, 4
- główna spręŜyna, 5- śruba ustawienia wysokiego ciśnienia HP, 6- spręŜyna róŜnicy, 7-
prowadzenie, 8 - mieszek, 9 - podłączenie niskiego ciśnienia, 10 - podłączenie wysokiego
ciśnienia, 11, 13 - ramię, 12 - przerzutnik, 14 - przełącznik (styki), 15 - wejście kabla
elektrycznego
W innych rozwiązaniach spręŜyna jest połączona ze wskazówką pokazującą na odpowiedniej podziałce ciśnienie, a w
termostatach - temperaturę uruchomienia albo ciśnienie (temperaturę) zatrzymania. Przed przystąpieniem do nastawiania
zakresu trzeba więc przede wszystkim stwierdzić, czy podziałka umieszczona obok podziałki róŜnica (rys. 12.27) dotyczy
ciśnienia wyłączania czy ciśnienia włączania. Bardzo często producent nie przewiduje dla pewnych typów moŜliwości
regulacji róŜnicy. W kaŜdym przypadku naleŜy się stosować do instrukcji producenta sprzętu.
Z rysunku 12.24 wynika, Ŝe:
ciśnienie wyłączania = ciśnienie włączania — róŜnica ciśnień
ZaleŜność ta jest czasem wypisana na presostatach (np. Danfoss, Ranco) w skróconej formie
wyłączanie = włączanie - róŜnica
(stop)
(start)
(diff.)
co oznacza, Ŝe wskazówki pokazują ciśnienie włączania oraz róŜnicę, a ciśnienie wyłączania trzeba
obliczyć z tej zaleŜności. Na innych typach, mających podziałkę róŜnic oraz podziałkę ciśnienia wyłączania
(np. Sauter), ta sama zaleŜność musi być stosowana w następującej formie
włączanie = wyłączanie + róŜnica
(stop)
(start)
(diff.)
Przykład regulacji presostatu przedstawiono na rys. 12.28.
Rysunek 12.28. Regulacja presostatu (dzięki uprzejmości firmy Danfoss)
Instalowanie presostatów
Presostaty niskiego ciśnienia (minimalne). Zawdzięczają one swą nazwę podłączaniu do przewodu ssawnego. Są
stosowane zarówno w urządzeniach handlowych, jak i przemysłowych. Szczególnie wygodne jest stosowanie presostatu
niskiego ciśnienia w urządzeniach wielokomorowych, gdyŜ wtedy regulator ten wyłącza urządzenie chłodnicze zaleŜnie od
najniŜszego ciśnienia panującego w przewodzie ssawnym, a niezaleŜnie od ilości przyłączonych parowników. Dlatego
regulatory te są nazywane równieŜ presostatami minimalnymi.
Presostat niskiego ciśnienia moŜna zainstalować bezpośrednio przy spręŜarce. Dzięki temu przewód doprowadzający
ciśnienie do presostatu jest krótki. RównieŜ przewody elektryczne do silnika są wtedy krótkie.
Presostaty niskiego ciśnienia nie mogą być stosowane wówczas, gdy parownik jest zasilany przez kapilarę. W czasie
postoju bowiem, wskutek wyrównywania ciśnień poprzez kapilarę, ciśnienie po stronie ssawnej wzrosłoby, co
spowodowałoby ponowne uruchomienie urządzenia przez presostat. W rezultacie urządzenie byłoby praktycznie stale w
ruchu. Presostaty niskiego ciśnienia nie mogą być równieŜ stosowane z automatycznymi zaworami regulacyjnymi, które, jak
wiemy, utrzymują w parowniku stałą temperaturę, a więc i stałe ciśnienie, gdy tymczasem do wyłączania i włączania
31
presostatów potrzebna jest zmiana ciśnienia w pewnych granicach.
Rysunek 12.33. Schemat zainstalowania
presostatów: a) niskiego ciśnienia, b)
wysokiego ciśnienia, c) róŜnicowego
Rysunek 12.34
.
Sposoby montowania presostatów
Presostaty niskiego ciśnienia mają dwie właściwości, o których naleŜy zawsze pamiętać:
1. W przypadku pęknięcia mieszka w presostacie moŜe nastąpić utrata czynnika chłodniczego, co trudno zauwaŜyć
szczególnie, gdy jest bezwonny.
2. W razie nieszczelnych zaworów spręŜarki mogą wystąpić krótkie cykle pracy, tzn. włączanie i wyłączanie urządzenia
chłodniczego. Po wyłączeniu urządzenia przez presostat czynnik chłodniczy przepływa przez nieszczelne zawory na stronę
niskiego ciśnienia. Powoduje to zadziałanie presostatu i uruchomienie urządzenia. Natychmiast jednak spręŜarka obniŜa
ciśnienie, mieszek kurczy się i presostat znów zatrzymuje urządzenie chłodnicze. Opisany przebieg powtarza się dopóty,
dopóki nie zostanie skasowana nieszczelność zaworów.
Presostaty wysokiego ciśnienia (maksymalne). RóŜnią się one od presostatów niskiego ciśnienia tym, Ŝe są
dostosowane do pracy pod wyŜszym ciśnieniem, gdyŜ podłącza się je do strony tłocznej (rys. 12.33b). Styki rozwierają się z
chwilą, gdy zostaje osiągnięte maksymalne dopuszczalne ciśnienie; stąd pochodzi nazwa presostat maksymalny.
Zadaniem presostatu maksymalnego jest zatrzymanie spręŜarki, aby nie dopuścić do nadmiernego obciąŜenia. Presostat
maksymalny jest często umieszczany we wspólnej obudowie z presostatem minimalnym i wówczas podłącza się go tak, jak
na rys. 12.33c.
Stosowanie presostatów maksymalnych jest szczególnie wskazane w urządzeniach chłodniczych, w których skraplacz jest
chłodzony wodą, poniewaŜ w razie przerwy w dopływie wody temperatura i ciśnienie mogłoby nadmiernie wzrosnąć, do
czego nie dopuści presostat maksymalny. Presostaty maksymalne często są wyposaŜane w urządzenia blokujące,
uniemoŜliwiające automatyczne uruchomienie urządzenia chłodniczego z chwilą powrotu ciśnienia do wartości włączania.
Zmusza to obsługę do usunięcia przyczyny nadmiernego wzrostu ciśnienia.
Presostaty róŜnicowe. W przypadku zaniku smarowania przy smarowaniu ciśnieniowym spręŜarka uległaby
uszkodzeniu. Aby temu zapobiec, naleŜy ją wyłączyć, gdy podczas pracy ciśnienie oleju zanika lub, gdy podczas rozruchu
pompa olejowa trwale nie daje wymaganego ciśnienia. Zadanie to spełnia presostat róŜnicowy. Ma on dwa przeciwdziałające
mieszki. Jeden jest połączony z przewodem tłocznym pompy oleju spręŜarki, drugi zaś ze swobodną przestrzenią skrzyni
korbowej spręŜarki (rys. 12.35).
Rysunek 12.35. Schemat zainstalowania presostatu róŜnicowego; / - presostat
róŜnicowy, 2 - strona tłoczna pompy oleju w spręŜarce, 3 - swobodna przestrzeń
w skrzyni korbowej, 4 - przewody do źródła prądu, 5 - przewody do wyłącznika
Dzięki temu presostat działa w zaleŜności od róŜnicy ciśnienia oleju i ciśnienia panującego w skrzyni korbowej. JeŜeli ta
róŜnica jest za mała, wówczas warunki smarowania są złe i wtedy następuje wyłączenie spręŜarki z pracy. Aby jednak nie
następowało wyłączenie spręŜarki, gdy spadek ciśnienia jest przejściowy, presostat róŜnicowy ma wbudowany cieplny
przekaźnik czasowy, który powoduje, Ŝe dopiero po upływie kilkudziesięciu sekund spręŜarka zostaje wyłączona. Przekaźnik
ten opóźnia rozruch spręŜarki, aby umoŜliwić osiągnięcie właściwego ciśnienia smarowania.
Instalowanie termostatów
Zasada działania termostatów jest taka sama jak i presostatów z tą róŜnicą, Ŝe mieszek nie jest podłączony do strony
niskiego ciśnienia, lecz do czujnika (rys. 12.36). W presostacie niskiego ciśnienia mieszek odkształca się w zaleŜności od
zmian ciśnienia po stronie ssawnej spręŜarki, w termostacie natomiast - od zmian ciśnienia w czujniku, wywołanych zmianą
temperatury. Aby więc uzyskać takie same warunki pracy, naleŜy obydwa te urządzenia róŜnie ustawiać.
32
ZaleŜnie od sposobu umieszczenia czujnika termostaty moŜna podzielić na komorowe, parownikowe i do cieczy.
Termostaty komorowe regulują temperaturę powietrza w pomieszczeniach chłodzonych (rys. 12.36), jak komory, szafy,
skrzynie chłodnicze itp. Czujniki termostatów komorowych często są wykonywane z rurki o średnicy 4÷6 mm zwiniętej w
spiralę. Ma to na celu uzyskanie duŜej powierzchni umoŜliwiającej szybkie dostosowywanie się temperatury czujnika do
temperatury otoczenia.
Rysunek 12.36. Schemat zainstalowania termostatu
komorowego; 1 - spręŜarka, 2 - łącznik prądu, 3 - mieszek
termostatu, 4 - styki termostatu, 5 - czujnik
Czujnik powinien być tak umieszczony, aby miał temperaturę niŜszą o 1÷2
°C niŜ pozostałe elementy termostatu (rys.
12.37). Para zawarta w kapilarze skrapla się bowiem zawsze w najchłodniejszym miejscu. JeŜeli czujnik nie został
umieszczony w tym najchłodniejszym miejscu, to przestaje być elementem regulującym. Z tego samego powodu korpus
termostatu nie powinien być umieszczany w pomieszczeniu o niŜszej temperaturze, a rurka kapilarna nie powinna być
przeprowadzana przez mur razem z przewodem ssawnym. Powinno się ją starannie poprowadzić bez ostrych załamań.
Termostaty parownikowe róŜnią się od komorowych tym, Ŝe czujnik nie pozostaje pod wpływem temperatury panującej w
komorze, lecz umocowany bezpośrednio na parowniku znajduje się pod wpływem temperatury parownika (rys. 12.38).
Termostaty parownikowe są stosowane w szafach chłodniczych, których parowniki są zasilane przez rurkę kapilarną, przez
automatyczny zawór ciśnieniowy lub termostatyczny zawór rozpręŜny. Czujnik tego termostatu jest mniejszy niŜ termostatu
komorowego ze względu na łatwiejszy przepływ ciepła z metalu do metalu niŜ z powietrza
do metalu.
RóŜnicę w termostacie parownikowym ustawia się w szerszych granicach niŜ w komorowym, tj. 5,5 ÷14 K (w
komorowym 1 ÷2
K). W termostatach przeznaczonych do instalowania w szafach chłodniczych znajduje się włącznik prądu
uruchamiany ręcznie oraz urządzenie do odszraniania, włączane ręcznie i wyłączane automatycznie lub ręcznie.
Rysunek 12.37. Umieszczenie czujnika termostatu (dzięki
uprzejmości firmy Danfoss)
Rysunek 12.38. Umieszczenie czujnika termostatu parownikowego
Automatyczne regulowanie ciśnienia parowania i skraplania - zawory stałego ciśnienia
Jeśli urządzenie chłodnicze ma kilka parowników zasilanych przez termostatyczne zawory rozpręŜne, to moŜna w nich
uzyskać temperatury parowania róŜniące się najwyŜej o 3 K.
We wszystkich urządzeniach chłodniczych, gdy temperatury parowania są róŜne, tylko w parowniku o najniŜszej
temperaturze parowania ciśnienie jest równe ciśnieniu ssania spręŜarki. W pozostałych parownikach trzeba zapobiec
obniŜaniu ciśnienia poniŜej odpowiadającego danej temperaturze parowania. W tym celu stosuje się zawór stałego ciśnienia,
który umieszcza się na kaŜdym przewodzie ssawnym tych parowników. Zawór stałego ciśnienia ma za zadanie zapobiec
spadkowi ciśnienia w parowniku poniŜej tej. wartości, na jaką został wyregulowany. Przez ograniczenie spadku ciśnienia w
parowniku ogranicza się obniŜenie temperatury parowania. Dzięki temu jest utrzymywana stała temperatura pomieszczenia,
nawet w przypadku nieznacznych wahań obciąŜenia komory. Zawór stałego ciśnienia (rys. 12.39) jest zbudowany w ten
sposób, Ŝe komora zaworu jest podzielona przez mieszek na dwie części. Z jednej strony mieszka działa ciśnienie
atmosferyczne i siła spręŜyny, a z drugiej, od dołu, ciśnienie ssania. Siłę spręŜyny moŜna regulować. Gdy ciśnienie ssania
maleje, wówczas pod działaniem spręŜyny i ciśnienia atmosferycznego talerzyk przybliŜa się do gniazda, dzięki czemu
spręŜarka odsysa mniej pary z parownika i ciśnienie w parowniku nie maleje.
33
Rysunek 12.39. Zawór stałego ciśnienia KVP firmy Danfoss;
1 - pokrywa zabezpieczająca, 2 - uszczelniacz, 3 - śruba regulacyjna, 4 - spręŜyna główna, 5 -
korpus zaworu, 6 - mieszek, 7 - płytka zaworu, 5 - gniazdo zaworu, 9 - tłumik, 10 - króciec
manometru, 11 - pokrywa, 12 - uszczelka, 13 - korek
Zawór stałego ciśnienia umieszcza się w dowolnym miejscu na przewodzie ssawnym parownika, za czujnikiem
termostatycznego zaworu rozpręŜnego (rys. 12.40). MoŜna go umieścić poza komorą w maszynowni. Regulację zaworu
przeprowadza się podczas pracy urządzenia. KaŜdy producent podaje w instrukcji szczegóły regulacji zaworu stałego
ciśnienia.
Rysunek 12.40. Zastosowanie zaworu stałego ciśnienia (dzięki
uprzejmości firmy Danfoss)
Zawory stałego ciśnienia słuŜą do regulowania ciśnienia parowania, a więc i temperatury w poszczególnych parownikach
urządzenia chłodniczego o kilku parownikach. Są one równieŜ stosowane w urządzeniach o jednym parowniku, gdy jest
konieczne zabezpieczenie chłodzonej cieczy przed zamarznięciem, np. mleka, piwa, wina, lub niedopuszczenie w urządzeniu
klimatyzacyjnym temperatury parowania poniŜej 0 °C.
Oprócz konieczności utrzymania stałego ciśnienia parowania w pewnych układach takŜe jest konieczne utrzymanie
stałego ciśnienia skraplania. Jest to moŜliwe, gdy skraplacz jest chłodzony wodą. Zawory te dają modulującą regulację
ciśnienia skraplania i praktycznie utrzymują je na stałym poziomie.
Zawory elektromagnetyczne
Zawór elektromagnetyczny (rys. 12.46) wraz z termostatem spełnia w układzie pokazanym na rys. 12.47 tę samą rolę, co i
termostatyczny zawór rozpręŜny.
Inne zastosowanie zaworu elektromagnetycznego polega na zabezpieczeniu parownika przed zalaniem podczas postoju.
MoŜe ono wystąpić, gdy termostatyczny zawór rozpręŜny jest nieszczelny albo gdy z jakichkolwiek powodów czujnik
zostanie podgrzany. Przykład takiego zabezpieczenia pokazano na rys. 12.48. Zawór elektromagnetyczny jest tu połączony
(elektrycznie) równolegle z silnikiem elektrycznym. JeŜeli zadziałanie presostatu spowoduje wyłączenie silnika, to
jednocześnie zawór elektromagnetyczny odetnie dopływ czynnika do termostatycznego zaworu rozpręŜnego.
Odległość między zaworem elektromagnetycznym a termostatycznym zaworem rozpręŜnym powinna wynosić co
najmniej 300 mm, aby nie dopuścić do oszronienia zaworu elektromagnetycznego i do związanych z tym spięć.
34
Rysunek 12.46. Zawór elektromagnetyczny typu EZO Fabryki Automatyki Chłodniczej w Cieszynie; 1 -
cewka, 2 - rurka antymagnetyczna, 3 - trzpień zaworu (iglica), 4 - rdzeń Ŝelazny, 5 - tłoczek, 6 - dysza, 7 -
uszczelka zaworu, 8 - wkręt uziemiający, 9 - osłona, 10 - podstawa cewki, 11 - dławik, 12 - korpus, 13 -
korek, 14 - wrzeciono regulacyjne ręcznego otwarcia zaworu, 15 - zderzaki górny i dolny
Rysunek 12.47. Przykład sterowania komory przez termostat i zawór elektromagnetyczny;
1 - spręŜarka, 2 - skraplacz, 3 i 4 - parowniki, 5 - zawór elektromagnetyczny, 6 - zawór zwrotny
Rysunek 12.48. Zabezpieczenie parownika przed zalaniem w czasie postoju za pomocą zaworu elektromagnetycznego; / - spręŜarka, 2 -
odolejacz, 3 - skraplacz wodny, 4 - zbiornik cieczy ze skraplacza, 5 - presostatyczny zawór wodny, 6 - odwadniacz, 7 - wziernik, 8 -
regeneracyjny wymiennik ciepła, 9 - zawór elektromagnetyczny, 10 - zawór rozpręŜny z rozdzielaczem, 11 - parownik lamelowy, 12 -
termostat komorowy, 13 - manometr, 14 - presostat wysokiego i niskiego ciśnienia w jednej obudowie, wg katalogu firmy Danfoss
35
Aparatura pomocnicza urządzeń chłodniczych
Odolejacze
Czynnik chłodzący opuszczający spręŜarkę unosi ze sobą olej w postaci drobniutkich kropelek. Wskutek unoszenia oleju
maleje jego zawartość w skrzyni korbowej, co moŜe prowadzić do zatarcia spręŜarki. Porwany olej wędruje do skraplacza. W
urządzeniach amoniakalnych olej jako cięŜszy niŜ amoniak zbiera się na dnie skraplacza. Natomiast we freonowych urządze-
niach olej tworzy z freonami ciekły roztwór, który wędruje dalej do parownika, a to przyczynia się do zmniejszenia
wydajności chłodniczej.
Aby zapobiec zbieraniu się oleju w skraplaczu, między spręŜarką a skraplaczem instaluje się odolejacz- Jest to zbiornik,
do którego wpływa para czynnika z olejem i w którym, wskutek nagłej zmiany kierunku i zmniejszenia szybkości przepływu,
następuje wytrącenie większych cząstek oleju (rys. 10.1). Tego typu odolejacz zatrzymuje jednak tylko większe krople
(40÷60% oleju), dlatego w sprawniejszych odolejaczach (rys. 10.2) ślimakowa prowadnica nadaje amoniakowi ruch wirowy,
dzięki czemu krople oleju są odrzucane przez siłę odśrodkową na ścianki, po których ściekają w dół. JednakŜe część oleju
płynie dalej z amoniakiem i osiada dopiero na pierścieniach Biernackiego. Są to krótkie rurki ceramiczne lub stalowe
umieszczone warstwowo na siatce w górnej części odolejacza. Olej spływa z nich do dolnej części odolejacza, skąd jest
spuszczany do naczynia podczas postoju.
Rysunek 10.1. Odolejacz typu OA (WUCh Dębica)
Rysunek 10.2. Odolejacz typu OR (WUCh Dębica)
W większych odolejaczach tego typu znajduje się zbiornik umieszczony poniŜej odolejacza i stale z nim połączony, do
którego spływa olej. Spuszczanie oleju na zewnątrz następuje po odcięciu zaworami zbiornika od odolejacza i po odessaniu
pary amoniaku; w tym celu zbiornik jest połączony ze stroną ssawną.
36
W celu polepszenia odolejania niektóre odolejacze są otoczone koszulką wodną do chłodzenia ścianek. Automatyczne
odprowadzenie oleju odbywa się dzięki zaworowi pływakowemu, otwierającemu połączenie ze spręŜarką wówczas, gdy
poziom oleju w odolejaczu wzrośnie do największej dopuszczalnej wartości.
W odolejaczach innego typu, tzw. płuczkowych, para amoniaku zawierającego olej jest doprowadzana pod powierzchnię
ciekłego amoniaku, co zapewnia dobre odolejenie.
Odolejacze do freonu mają nieco odmienną budowę, gdyŜ oddzielony olej jest ogrzewany, aby wydzielić rozpuszczony w
nim czynnik chłodniczy.
Rysunek 10.3. Odolejacz freonowy firmy Danfoss; 1 - pływak, 2
- zbiornik oleju, 3 - iglica, 4 - spręŜyna, 5,6- uszczelki, 7 - dysza,
8 - łącznik, 9 - obsada dyszy, 10 - króciec wylotowy, 11 -
króciec wlotowy, 12 - śruba mocująca, 13 - oddzielacz, 14 -
pokrywa komory pływaka, 15 - obejma
Działanie odolejacza (rys. 10.3) przeznaczonego do pracy z R12, R22 lub chlorkiem metylu jest następujące: para czynnika
po wejściu do odolejacza przez dolny króciec 11 opływa komorę pływaka sterującego spustem oleju do skrzyni korbowej. Po
przejściu przez oddzielacz 13 para wolna od oleju płynie przez górny króciec 10 do skraplacza. Oddzielony olej spływa przez
otworki w pokrywie komory pływaka 14 w dół do komory. Z chwilą gdy poziom oleju podniesie się na tyle, Ŝe pływak 1
zostanie uniesiony, następuje otwarcie zaworu iglicowego 3 i olej spływa do skrzyni korbowej spręŜarki pod ciśnieniem
skraplania. Prowadzenie pary czynnika dokoła komory pływakowej ma na celu podgrzanie oleju znajdującego się w komorze
pływaka. Wówczas czynnik chłodniczy rozpuszczony w oleju wydziela się i do skrzyni korbowej powraca czysty olej. Gdyby
w odolejaczu nie było takiego podgrzewania, to do skrzyni korbowej wracałby olej z rozpuszczonym w nim czynnikiem. W
skrzyni korbowej, gdzie ciśnienie jest mniejsze niŜ w odolejaczu, następowałoby wtedy raptowne wydzielenie się pary
czynnika z oleju powrotnego i powstałaby piana oleju.
Odolejacze są dobierane stosownie do wielkości urządzenia chłodniczego.
Osuszacze pary
W celu zapewnienia dopływu suchej pary amoniaku do spręŜarki stosuje się osuszacze instalowane między parownikiem
a spręŜarką. Krople ciekłego czynnika są oddzielane w nich od pary opuszczającej parownik. Osuszacze są budowane
przewaŜnie jako pionowe zbiorniki. Wytrącenie kropel cieczy następuje przez zmianę prędkości i kierunku przepływu,
podobnie jak to się dzieje w odolejaczach.
Wytrącony ciekły czynnik spływa z powrotem do parownika albo do specjalnego zbiornika.
Olej zbiera się w dolnej części osuszacza w specjalnym wgłębieniu, skąd spuszcza się go okresowo.
We freonowych urządzeniach chłodniczych zachodzi konieczność ciągłego transportu oleju przez wszystkie aparaty i z tego
powodu nie moŜna stosować osuszaczy opisanego typu, natomiast między parownikami a spręŜarką umieszcza się
wymiennik ciepła, w którym odparowują resztki ciekłego freonu. Następuje tu przegrzanie pary, co zapobiega uderzeniom
cieczy w spręŜarce i przeciwdziała poceniu się lub obmarzaniu nieizolowanego przewodu ssawnego.
W agregatach freonowych chłodziarek domowych osuszacz jest przewaŜnie integralną częścią parownika (rys. 24.2 i
24.4). Dzięki zwiększonemu przekrojowi przepływu przez taki osuszacz powstają warunki do odparowania resztek freonu.
Zbiorniki
W urządzeniach chłodniczych stosuje się zbiorniki róŜnego przeznaczenia,pionowe lub leŜące.
Zbiornik cieczy ze skraplacza. SłuŜy do zbierania ciekłego czynnika skroplonego w skraplaczu i zapewnienia
równomiernego dopływu do zaworów rozpręŜonych. Zbiorniki te są umieszczane bezpośrednio pod skraplaczami i z tego
wynika ich budowa pozioma.
Zbiornik cieczy z osuszacza. Jest umieszczony poniŜej osuszacza, zwykle na poziomie maszynowni, skąd ciekły czynnik
jest kierowany do przewodu cieczy płynącej do parowników pod ciśnieniem skraplania, doprowadzonym do zbiornika
odpowiednim przewodem.
Zbiornik drenaŜowy. Zadaniem tego zbiornika jest przetrzymywanie ciekłego czynnika podczas odszraniania parowników
oraz podczas naprawy.
W układach pompowych, w których obieg czynnika chłodniczego jest uzyskiwany za pomocą pompy, zbiornik
drenaŜowy jest jednocześnie osuszaczem (oddzielaczem cieczy). Aparaty oraz przewody większych urządzeń chłodniczych
są izolowane.
37
Odwadniacze (filtry chemiczne)
Nie moŜna całkowicie ustrzec się przed przedostawaniem się wilgoci do instalacji chłodniczej podczas montaŜu. Woda w
instalacji chłodniczej moŜe prowadzić do bardzo powaŜnych awarii. Efektem istnienia wolnej wody w urządzeniu
chłodniczym pracującym z czynnikiem R12 było zazwyczaj zamarzanie zaworu rozpręŜnego lub kapilary. Konsekwencje
pojawienia się wolnej wody w instalacjach z czynnikami nowej generacji i stosowanymi wraz z nimi olejami estrowymi są
znacznie powaŜniejsze. W tym przypadku problemem jest rozpad oleju w obecności wolnych cząsteczek wody (hydroliza),
którego produktami są alkohol i kwas. W efekcie moŜna się spodziewać zmniejszonej Ŝywotności uzwojeń silników
spręŜarek, a przede wszystkim zjawiska platerowania miedzią i zacierania się spręŜarek (zjawisko to w urządzeniach
pracujących z czynnikami R12 i R22 występuje równieŜ, ale w znacznie mniejszym stopniu).
MoŜliwość pojawienia się wolnej wody w instalacji wynika ze zmiany jej rozpuszczalności w czynniku chłodniczym
(malejącej wraz ze spadkiem temperatury). Przykładowo rozpuszczalność wody w ciekłym czynniku R22 o temperaturze +40
°C wynosi ok. 1200 ppmW, zaś przy temperaturze - 30 °C ok. 150 ppmW. Rolą odwadniacza jest związanie takiej ilości
wody, aby jej zawartość nie przekroczyła maksymalnej jej rozpuszczalności w czynniku w najniŜszej temperaturze
występującej w układzie. Stosowanie odwadniaczy w instalacji jest konieczne (z wyjątkiem urządzeń amoniakalnych), ale nie
zwalnia montera od podjęcia wszelkich środków w celu ograniczenia przedostawania się wilgoci do instalacji podczas jej
montaŜu (p. 29.1.1) i późniejszego jej usunięcia (p. 29.4).
Odwadniacz jest zbiorniczkiem ciśnieniowym, wewnątrz którego jest umieszczony wkład filtrujący i odwadniający.
Nowe urządzenia chłodnicze pracujące z nowymi czynnikami i urządzenia, w których wymieniono eliminowany czynnik
chłodniczy, zastępując go substytutem, wymagają nowego podejścia do zagadnienia filtracji i odwadniania.
Obecnie nie stosuje się środków odwadniających takich jak chlorek wapnia i siarczan wapnia, zmalało teŜ znaczenie
silakaŜelu (Ŝel krzemionkowy) i alumoŜelu (Ŝel wodorotlenku aluminium). W nowoczesnych odwadniaczach stosuje się sita
molekularne tzw. zeolity. Są to silikaty aluminium o budowie krystalicznej, mające budowę porowatą. W porach sita
molekularnego osiada woda (cząsteczki wody), natomiast cząsteczki czynnika chłodniczego, mające większe rozmiary nie
mieszczą się w tych kanalikach. Sita molekularne są wyrabiane w postaci kulek, tabletek lub spiekanych z kulek brył
szczelnie wypełniających odwadniacz. W odwadniaczach przeznaczonych do urządzeń freonowych stosowane jest sito
molekularne 4A. Do nowych czynników chłodniczych i odpowiadających im środków smarnych stosuje się sito molekularne
3A. Bardzo często jest stosowany dodatkowo aktywowany tlenek glinowy mający zdolność absorbowania kwasów
powstających wskutek hydrolizy olejów estrowych. Zdania producentów spręŜarek nt. stosowania aktywowanego tlenku
glinu (ma właściwości katalityczne) są podzielone, równieŜ przemysł czynników chłodniczych nie zajął ostatecznego
stanowiska.
Bardzo waŜna jest rola filtra mechanicznego, którą spełnia dobry filtr odwadniacz. NiepoŜądane cząstki zanieczyszczeń
mechanicznych znajdujące się w instalacji chłodniczej muszą zostać zatrzymane w wyniku filtracji. Najbardziej skuteczną
metodą zatrzymania cząstek stałych w filtrze odwadniaczu jest przepuszczenie ciekłego czynnika chłodniczego z małą
prędkością przez włókninowe złoŜe filtracyjne. Dobry odwadniacz powinien charakteryzować się wysoką skutecznością
filtracji i wystarczającą pojemnością dla zanieczyszczeń przy umiarkowanym wzroście oporów przepływu związanych z ich
zatrzymaniem.
Rodzaje odwadniaczy moŜna przedstawić na przykładzie oferty firmy Danfoss:
DN - odwadniacze do czynników nowych (R134a, R404a itp.). Wkład zawiera dodatek tlenku glinu. Odwadniacz jest
skuteczny równieŜ przy wysokiej temperaturze skraplania i moŜe być stosowany w instalacjach
klimatyzacyjnych i chłodniczych samochodów. Wobec wycofania z produkcji odwadniaczy DX stosowany jest
równieŜ w instalacjach z R12, R22 i R502.
DCR - odwadniacze z wymiennymi wkładami typu 48DN (odpowiednik dla DN), 48DA (stosowany po spaleniu
spręŜarki) oraz 48F (zatrzymujący drobne zanieczyszczenia do 15 |xm i stosowany po uŜyciu wkładu 48DA).
DB - odwadniacz z wkładem typu DN przeznaczony do instalacji ze zmiennym kierunkiem przepływu czynnika,
umoŜliwiający redukcję liczby połączeń (rys. 10.4).
CN - odwadniacz spełniający jednocześnie rolę zbiornika cieczy, szczególnie przydatny dla małych agregatów.
Wkłady odwadniaczy oferowanych przez firmę Danfoss są wkładami typu stałego (spiekanymi), co czyni je bardziej
odpornymi na wibrację i duŜe róŜnice ciśnień (bez zagroŜenia przedostawaniem się ziaren wkładu do instalacji). Wszystkie
typy odwadniaczy są oferowane w wersji z przyłączami do lutowania (co ma na celu eliminację potencjalnych źródeł
nieszczelności), a odwadniacze DN równieŜ z przyłączami skręcanymi.
Rysunek 10.4. Odwadniacz typu DB produkcji Danfoss do instalacji ze zmiennym
kierunkiem przepływu czynnika
38
Rysunek 10.5. Sposób montaŜu filtru z kierunkiem przepływu w dół
Rysunek 10.6. Sposób montaŜu filtru z wymiennym wkładem
Filtr trzeba wymienić, gdy:
— wziernik wskazuje na zawilgocenie czynnika w instalacji (kolor Ŝółty indykatora we wziernikach produkcji Danfoss),
— spadek ciśnienia na filtrze jest zbyt duŜy (we wzierniku montowanym za filtrem widać pęcherze parowe podczas
normalnego działania instalacji),
— wymieniane są główne elementy instalacji, np. spręŜarka,
— instalacja została rozszczelniona, np. wymiana dyszy w zaworze rozpręŜnym.
Nigdy nie naleŜy stosować filtrów, które juŜ były uŜywane, gdyŜ moŜe to dać efekt odwrotny od spodziewanego. Po
wymianie spalonej spręŜarki i czyszczeniu instalacji zamontowuje się dwa filtry z wymiennymi wkładami typu „burn-out"
(rys. 10.7).
Rysunek 10.7. Sposób montaŜu filtrów po wymianie spalonej spręŜarki
Zawartość kwasów powinna być sprawdzana regularnie i wkłady wymieniane, aŜ do chwili uzyskania pozytywnych wyników
testu. Wtedy filtr na rurociągu cieczowym moŜe być zastąpiony zwykłym filtrem, a filtr (wkład) po stronie ssawnej usunięty.
Sprawną wymianę filtra zapewnia układ przedstawiony na rys. 10.8. Po zamknięciu zaworu 1 i odczekaniu na opróŜnienie
filtra zamyka się zawór 3 i otwiera zawór 2. Układ pracuje nadal dzięki obejściu filtra, który moŜe być wymieniony.
Rysunek 10.8. Układ połączeń zapewniający sprawną wymianę filtru
Wzierniki
Poziom czynnika chłodniczego w zbiorniku i poprawny jego przepływ moŜna obserwować przez wzierniki (rys. 10.9).
Wzierniki pozwalają wykryć:
— czy róŜnica wysokości między parownikiem a zbiornikiem skraplacza nie jest za duŜa,
— czy spadek ciśnienia w przewodzie cieczy lub w armaturze nie jest za duŜy,
— czy przewód cieczowy przeprowadzony przez pomieszczenie o temperaturze wyŜszej niŜ temperatura skraplania nie
nagrzewa się nadmiernie.
39
Rysunek 10.9. Przykład zainstalowania wziernika dla zbadania urządzenia chłodniczego
We wszystkich tych przypadkach powstają pęcherzyki pary czynnika chłodniczego widoczne przez wziernik
zainstalowany na czas sprawdzania przed zaworem rozpręŜnym (rys. 10.9) lub teŜ w tym samym miejscu na stałe. W celu
zainstalowania wziernika w przewodzie cieczy o duŜej średnicy wykonuje się bocznik (rys. 10.9).
Rysunek 10.11. Wziernik Ansul z wykrywaczem wilgoci
Wziernik firmy Ansul (rys. 10.11) jest przewidziany do R12 i R22. Jeśli R12 nie zawiera wilgoci, płytka A pozostaje
niebieska, taka jak powierzchnia C namalowana na obrzeŜu dla porównania. Jeśli R12 zawiera wilgoć, płytka A staje się
róŜowa, jak powierzchnia E.
Do stwierdzenia zawilgocenia R12 słuŜy zielona płytka B, która zmienia kolor na róŜowy w przypadku wystąpienia
wilgoci; powierzchnia D jest pomalowana kolorem zielonym w celu porównawczym.
_____________________________________________________________________________________________KrzeM®
♦
DOMOWE I HANDLOWE URZĄDZENIA CHŁODNICZE – TADEUSZ R. FODEMSKI
♦
CHŁODNICTWO – TADEUSZ SZOLC
♦
OKRĘTOWE URZĄDZENIA CHŁODNICZE – PIOTRKOWSKI