Automatyczne zawory rozprężne, zwane także zaworami presostatycznymi znajdują zastosowanie przede wszystkim w małych urządzeniach o niezmiennym obciążeniu cieplnym. W urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych mogą być stosowane nie tylko jako element rozprężający gaz. 

Zasada działania automatycznego zaworu rozprężnego
     Automatyczne zawory rozprężne, w skrócie popularnie nazywane AZR w sposób ciągły utrzymują stałe ciśnienie w parowniku. Poprzez utrzymywanie stałego ciśnienia utrzymywana jest także stała temperatura. Nie regulują one jednak strumienia przypływającej masy czynnika w zależności od obciążenia cieplnego, a można wręcz rzec, że działają przeciwnie – gdy wzrasta obciążenie cieplne zawór się przymyka.
     Zawory te są stosowane w małych urządzeniach o minimalnych zmianach obciążenia, a także wszędzie tam gdzie pożądana jest stała temperatura parowania (np. w instalacjach gdzie chłodzi się wodę lub mleko [1]). Celem automatycznych zaworów rozprężnych w tych aplikacjach jest ochrona przez zamarzaniem.
     Zawory automatyczne nie mogą być stosowane w instalacjach z wieloma parownikami i jedną sprężarką, ponieważ w rzeczywistych układach każdy parownik jest inaczej obciążony cieplnie – a to w przypadku zastosowania termostatów parownikowych spowodowałoby, że sprężarka otrzymywałaby niejednorodne źródło sygnałów do jej włączania i wyłączania.

     Na rysunku 1 został przedstawiony schemat automatycznego zaworu rozprężnego z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia. Zasada działania jest następująca. Czynnik wypływający ze skraplacza wpływa do komory wysokiego ciśnienia 10. Następnie przepływa przez dyszę 4, wpływa do komory niskiego ciśnienia 9 i odpływa do parownika. Automatyczne zawory rozprężne stosuje się najczęściej w małych urządzeniach, tak więc ciśnienie w komorze niskiego ciśnienia jest ciśnieniem parowania. Gaz w komorze niskiego ciśnienia o ciśnieniu parowania oddziaływuje na membranę 1. Z drugiej strony na membranę oddziaływuje gaz o ciśnieniu atmosferycznym oraz sprężyna 11. Od strony wewnętrznej natomiast na membranę działa suma sił gazu o ciśnieniu parowania i siła naciągu sprężyny 6. Sprężyna jest tutaj częścią elementu regulacji zaworu wraz ze śrubą regulacyjną 7.
     Gdy obciążenie parownika zmniejsza się, ciśnienie także zaczyna spadać, bo czynnik nie odparowuje, a gaz cały czas jest odsysany przez sprężarkę. Obniżające się ciśnienie zmniejsza nacisk na membranę od strony wewnętrznej, co powoduje przesunięcie trzpienia 3 i iglicy 4 w dół. Pozwala to zwiększyć ciśnienie w parowniku. Gdy obciążenie parownika rośnie – rośnie także ciśnienie, a to powoduje ostatecznie przymykanie się zaworu i mniejszy wpływ czynnika do parownika.
     Na rysunku 2 została przedstawiona zmiana ciśnienia w parowniku kontrolowanym przez automatyczny zawór rozprężny w czasie, poczynając od uruchomienia sprężarki (punkt 0). Od punktu 0 do punktu a1 sprężarka pracuje. W punkcie a1 następuje wyłączenie sprężarki. Gdy ciśnienie i temperatura w parowniku wzrośnie do wartości wymaganej (punkt b1) sprężarka zostaje uruchomiona. Powoduje to spadek ciśnienia i temperatury. W ten sposób urządzenie w kolejnych cyklach będzie regulować ciśnienie w parowniku. 

     Zawór składa się z następujących elementów: 1 – sprężyna zamykająca, 2 – iglica, 3 – trzpień, 4 – sprężyna otwierająca, 5 – śruba regulująca naciąg sprężyny otwierającej, 6 – szczelina, 7 – przewód wewnętrznego wyrównania ciśnienia, 8 – przewód zewnętrznego wyrównania ciśnienia, 9 – membrana.

Sposoby umieszczenia w instalacji automatycznych zaworów rozprężnych
(...)

Pozostałe zastosowania automatycznych zaworów rozprężnych
(...)

Ochrona przed nadmiernym ciśnieniem (...)
Regulatory przepływu gazu (...)
W systemach z wieloma parownikami – do utrzymywania stałego ciśnienia (...)

Podsumowanie
     Zastosowanie automatycznych zaworów rozprężnych jest pożądane wszędzie tam gdzie wymagana jest stała temperatura parowania. Sprawdzają się także w instalacjach jako elementy chroniące przed zamarzaniem. Mogą być także z powodzeniem stosowane w małych urządzeniach chłodniczych ze stałym obciążeniem cieplnym. Wadą automatycznych zaworów rozprężnych stosowanych jako główne elementy rozprężające jest ich niewłaściwa reakcja na zmieniające się obciążenie cieplne.

LITERATURA
[1] ANDERSEN S.A. Automatyczne urządzenia chłodnicze, Wydawnictwo Przemysłu Lekkiego i Spożywczego, Warszawa 1964.
[2] LESZCZYŃSKI H.: Aparatura i urządzenia chłodnicze, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1990.
[3] ASHRAE Handbook, Refrigerant control devices, 2001.
[4] Parker Hannifin Corporation: Catalog CIC-2003-1/US, Thermostatic and Constant Pressure (Automatic) Expansion Valves. 2003. 

wydanie 11/2007 

CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ:

TRADYCYJNĄ                         E-WYDANIE