Външното тяло и разширителният вентил: как се дозира хладилният агент

Какво има във външното тяло

ENERGY STAR описва безканалната сплит система така: външното тяло извлича топлина от въздуха навън, дори когато е студено, а хладилният агент я пренася до вътрешните тела; лятото системата работи обратно. Европейската комисия определя мулти сплит системата като едно външно тяло с няколко вътрешни, а VRF системите като развитие, при което към всяко вътрешно тяло се подава различен поток хладилен агент.

Хладилният цикъл има четири части: изпарител, компресор, кондензатор и дроселно устройство. Подробно ги обясняваме в текста за изобретяването на климатика. Тук ни интересува последната, защото именно тя решава колко агент влиза в изпарителя.

Защо е нужно дроселно устройство

Учебният курс по хладилна техника на Индийския технологичен институт в Харагпур (NPTEL) обяснява, че дроселното устройство намалява налягането на агента и управлява потока му така, че от изпарителя да излиза само прегрята пара. Течност не бива да влиза в компресора. Курсът изброява седем вида устройства: ръчен вентил, капилярна тръба, дюза, автоматичен вентил за постоянно налягане, терморегулиращ вентил, поплавъчен вентил и електронен вентил.

Капилярната тръба и дюзата са с постоянен отвор. Всички останали са с отвор, който се променя с потока.

Капилярната тръба

Капилярната тръба е дълга тясна тръба с постоянен диаметър, обикновено от 0,5 до 3 мм и с дължина от 1 до 6 м. Името е подвеждащо: повърхностното напрежение тук не играе роля, налягането пада заради триенето и ускоряването на агента.

Потокът през нея зависи само от разликата в наляганията между кондензатора и изпарителя. Компресорът и тръбата сами намират равновесна точка, но тръбата не може да се нагажда към дневните и сезонните промени на външната температура и товара, затова извън разчетния режим ефективността е ниска. Тясната тръба може и да се запуши. Предимствата ѝ са цената, липсата на движещи се части и това, че при спиране наляганията се изравняват, а двигателят на компресора тръгва по-леко. Затова тя е типична за малки фабрично сглобени уреди с херметичен компресор.

Терморегулиращият вентил и патентът от 1927 г.

Терморегулиращият вентил поддържа постоянно прегряване на парата на изхода на изпарителя. Чувствителен елемент (балон), закрепен за изходящата тръба, усеща температурата ѝ и според нея вентилът се отваря или притваря. Така подаването на агент следва нуждата, а течност не стига до компресора.

Един от ранните патенти за такова управление е US 1,747,958 „Thermostatic control for automatic refrigerating systems“ на Хари Е. Томпсън от Детройт. Заявката е подадена на 24.08.1927 г., а патентът е публикуван на 18.02.1930 г. В него разширителният вентил има подвижен елемент, бутало, отделено с метален мех (силфон), и отделен термочувствителен блок с разширяваща се течност, който натиска буталото при промяна на температурата. Блокът може да се сменя, без да се губи хладилен агент.

Вентилите стават и основа на цели компании. Датският инженер Мадс Клаузен, роден през 1905 г., експериментира с разширителни вентили, докато вносът им от САЩ е забранен. По данни на основаната от него компания първият му вентил е направен на 25.11.1932 г., а до лятото на 1933 г. той вече има собствено предприятие.

Електронният вентил (EEV)

Електронният вентил заменя балона с датчици и електроника. В описания в курса NPTEL вариант игла пред отвора се движи според тока през нагревателен елемент. През 80-те години се налага управлението със стъпков двигател.

Патентът US 4,523,436 „Incrementally adjustable electronic expansion valve“ на Джон Шедел и Ричард Лорд е заявен на 22.12.1983 г. и публикуван на 18.06.1985 г.; срокът му е изтекъл. Стъпков двигател чрез винт плъзга втулка над процеп. Всяка стъпка е около 0,025 мм, а процепът е дълъг около 19 мм, което дава около 760 различни отвора. Микрокомпютър чете температурите по тръбите, помни положението на вентила без датчик и при пускане го затваря докрай, за да има отправна точка.

Авторите обясняват защо търсят ново решение: обикновеният терморегулиращ вентил реагира бавно, има широк обхват на регулиране и тесен обхват на товара, а по-ранните аналогови електрически вентили често „гонят“ стойността или наводняват компресора с течност.

Защо това е важно за мулти сплит системите

Когато едно външно тяло захранва няколко вътрешни, които работят с различен товар, постоянният отвор не може да следи промените. VRF системите по самото си определение подават различен поток към всяко вътрешно тяло, а това изисква дроселиране с променлив отвор и електронно управление. Повече за самите системи има в текста за мулти сплит климатиците.

Ако работите по подобрение

Подобрения има в много посоки: конструкция на иглата и седлото, задвижване, алгоритъм за прегряването, датчици. Алгоритъмът сам по себе си е трудно патентоспособен, но в комбинация с устройство може да бъде; вижте софтуерът и патентите. Проверете съществуващите решения в Espacenet и формулирайте точно претенциите.