Małe instalacje klimatyzacyjne i chłodnicze są najczęściej wyposażane w kapilary jako urządzenia dławiące. Dotyczy to wielkiej liczby rozpowszechnionych w świecie chłodziarek domowych oraz klimatyzatorów split o małej mocy. Ale także inne małe urządzenia chłodnicze, jak kostkarki do lodu, schładzacze piwa i dystrybutory wody mineralnej cechują się tym najprostszym sposobem wtrysku czynnika chłodniczego. O ile w pierwszej części niniejszego cyklu artykułów na czoło stawiano napełnianie instalacji z regulacją stopnia przegrzania (Ch&K 5/2009), to obecnie będą omówione metody napełniania urządzeń z dławieniem kapilarnym. Na zakończenie zostanie podana wypróbowana metoda napełniania, która zapewnia zadowalające wyniki.

Urządzenia z wtryskiem kapilarnym a instalacje z regulacją stopnia przegrzania

Ogólne różnice pomiędzy urządzeniami z wtryskiem kapilarnym a instalacjami z regulacją stopnia przegrzania są następujące:

- urządzenia z wtryskiem kapilarnym nie mają zbiornika ciekłego czynnika;

Powody: a) w odróżnieniu od mniej zawansowanego technicznie wtrysku kapilarnego, regulacja stopnia przegrzania pozwala na dostosowanie wtryskiwanej do parownika ilości czynnika chłodniczego do wymagań wynikających z obciążenia cieplnego, poprzez regulację stopnia przegrzania za pomocą termostatycznego zaworu rozprężnego. A to często pociąga za sobą konieczność instalowania zbiornika ciekłego czynnika dla uniknięcia cofki czynnika z parownika do skraplacza; b) zgromadzona w zbiorniku większa ilość czynnika chłodniczego mogłaby się podczas postoju sprężarki przedostawać przez kapilarę do zimnego parownika, co przy ponownym uruchomieniu sprężarki mogłoby skutkować uderzeniem hydraulicznym.

- obudowa sprężarki stanowi osadnik ciekłego czynnika;

W związku z niewielkim napełnieniem małych instalacji z wtryskiem kapilarnym, w większości przypadków wystarczy zastosowanie sprężarki hermetycznej, chłodzonej zimną parą, aby zapewnić wystarczającą ochronę przed uderzeniami hydraulicznymi.

Powód: przewód ssący uchodzi bezpośrednio do obudowy sprężarki, przez co ewentualna nieodparowana ciecz opada grawitacyjnie do miski olejowej. Ponieważ właściwe zasysanie do cylindra następuje w górnej części obudowy, to opadająca ciecz, odbierając ciepło od silnika, odparowuje i włącza się do procesu sprężania.

Uwaga: sprężarki hermetyczne z tłokiem mimośrodowym, chłodzone parą sprężoną, stosowane przykładowo w klimatyzacji, wymagają po stronie ssącej osobnego zbiornika na ciekły czynnik.

- urządzenia z kapilarą nie wymagają regulacji odsysania (pump down, pump out);

Powód: przemieszczanie czynnika chłodniczego podczas postoju sprężarki nie stanowi problemu, o ile całkowite napełnienie nie wystarczy do zalania obudowy do wysokości 2/3. W związku z tym, w takim urządzeniu sprężarka będzie załączana i wyłączana zawsze poprzez termostat.

- optymalny punkt pracy instalacji z kapilarą jest sterowany stopniem napełnienia.

Powód: ze względu na brak regulacji napełnienia parownika, np. przy regulacji stopnia przegrzania za pomocą termostatycznego zaworu rozprężnego lub zaworów pływakowych, instalacja z wtryskiem kapilarnym może mieć tylko jeden optymalny punkt pracy dla danego obciążenia. Ten punkt pracy dla danych właściwości konstrukcyjnych może być określony tylko przez dokładną wartość napełnienia. Stąd dokładność napełniania dla tego typu urządzeń jest krytyczna!

Rys. 1. Obudowa sprężarki jako osadnik ciekłego czynnika

Właściwe napełnienie

O właściwym napełnieniu instalacji z wtryskiem kapilarnym można mówić tylko w powiązaniu z temperaturą odparowania oraz z obciążeniem cieplnym. Urządzenie zostało zaprojektowane na takie „normowe warunki pracy”, zarówno w odniesieniu do wydajności głównych elementów składowych, jak i do napełnienia instalacji.

Gdy rzeczywiste warunki pracy różnią się od tych „warunków normowych”, mogą nie być osiągnięte optymalne wartości napełnienia parownika, w związku z brakiem regulacji stopnia przegrzania (p. Ch&K 5/2009). Ta wada systemu z wtryskiem kapilarnym jest, wobec zakresu zastosowań dla małych mocy, na ogół do zaakceptowania.

Na rys. 2 pokazano, jak duży może być stosowany w normalnych, czyli dopuszczonych przez konstruktora warunkach pracy, zakres wydajności parowników. Parowniki są w znacznym procencie wypełnione ciekłym czynnikiem, który dotąd w całości odparowywał i do sprężarki dopływał w postaci pary przegrzanej. Szare pola na manometrach symbolizują zakresy tych normalnych warunków.

Jak widać na kolejnych rysunkach, istnieje takie urządzenie, które jest napełnione optymalnie dla danego punktu pracy, dla większych obciążeń jest niedopełnione, a dla mniejszych – napełnione nadmiernie.

Przy małym obciążeniu, np. gdy chłodziarka domowa pracuje w niskich temperaturach parowania, może nastąpić wtrysk ciekłego czynnika do parownika i czynnik ten w pełni nie odparuje. Na rys. 4 pokazano, w jaki sposób ciekły czynnik odparowuje w misce olejowej. W praktyce czynnik chłodniczy miesza się z olejem rozcieńczając go i powodując spienianie. To zjawisko jest znane praktykom przy większych sprężarkach z wziernikiem w obudowie – przykładowo, gdy w urządzeniu z termostatycznym regulatorem stopnia przegrzania pary, stopień przegrzania pary na ssaniu jest zbyt mały. Taki stan pracy jest niekorzystny w przypadku smarowania sprężarki. Jednakże, w momencie osiągnięcia temperatury żądanej nastąpi wyłączenie sprężarki.

Rys. 2. Prawidłowo napełniona instalacja przy normalnym obciążeniu

Rys. 3. Prawidłowo napełniona instalacja przy wysokim obciążeniu

Problemy z nadmiernym i niedostatecznym napełnieniem (...)

Instalacje niedostatecznie napełnione (...)

Instalacje nadmiernie napełnione (...)

Metody napełniania (...)

Metody laboratoryjne (...)

Polowa metoda napełniania nr 1 (według masy czynnika chłodniczego) (...)

Podsumowanie

Miliony urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych o małych mocach są wyposażone we wtrysk kapilarny. Niewielu monterów instalacji chłodniczych dysponuje doświadczeniem z napełnianiem tego typu urządzeń, ponieważ czynności naprawcze przeważnie są zlecane specjalistom ze strony wytwórcy w ramach gwarancji.

Ogólna znajomość obiegów chłodniczych umożliwia początkującym i niedoświadczonym monterom odróżnienie tej instalacji od urządzeń im „znanych”. Artykuł udowadnia ważność dokładnego napełniania instalacji oraz oddziaływanie niedopełnienia i przepełnienia. Na zakończenie pokazana została niezawodna metoda napełniania przy nieznanych parametrach pracy instalacji, co pozwala na uniknięcie uszkodzeń i osiągnięcie sukcesu.