شرح صمام التمدد الحراري

التحكم بتدفق وسيط التبريد هو الجزء الرابع الرئيسي في دورة التبريد مثل الضاغط، والمكثف والمبخر. والتحكم بتدفق وسيط التبريد او ما يسمى صمام التمدد له تأثير مباشر على السعة التبريدية، ، حيث إن زيادة تدفق وسيط التبريد تؤدي إلى طفح المبخر، ونقصانه يؤدي إلى عطشه. والتحكم في انسياب وسيط التبريد يؤدي إلى المحافظة على فرق الضغط لدورة التبريد، ليسمح للوسيط بالتبخر عند ضغط المبخر المنخفض، والتكاثف عند ضغط المكثف العالي . وسنتعرف في مقالنا هذا علي احد اهم صمامات التمدد بشكل مفصل، وهو صمام التمدد الحراري او الثيرموستاتي (thermostatic expansion valves).

صمام التمدد الحراري

ويعرف أيضا باسم صمام التمدد الثيرموستاتي او الترموستاتي وبالإنجليزية يعرف ب (thermal expansion valve او thermostatic expansion valve) (غالبًا ما يتم اختصاره إلى صمام TEV أو TXV أو TX) ويعمل على المحافظة على فرق درجة الحرارة بين وسيط التبريد الخارج من المبخر ودرجة حرارة التشبع عند ضغط المبخر وذلك لتحقيق اكبر استفادة ممكنة من سطح المبخر. ويوجد له مجسات خاصة للتحكم. ومبدأ عمله بشكل مبسط هو انه عند ازدياد حمل التبريد يقوم الصمام بزيادة معدل السريان مما يؤدي إلى حفظ درجة الخارج من المبخر عند درجة المعايرة، أما عند نقص الحمل التبريدي يقوم الصمام بتقليل معدل السريان ويحافظ على ثبات درجة التحميص.

مكونات صمام التمدد الحراري

يتكون صمام التمدد الثرموستاتي من غشاء معدني وقلب الصمام ونابض وبصيلة مع أنبوبة شعرية مملوءة بمائع كما يظهر في الشكل السابق.

كيف يعمل صمام التمدد الحراري

ويمكن شرح عمل هذا الصمام بشكل مبسط كما يلي:
يتم اتزان الغشاء المرن تحت تأثير القوى التالية
قوة المائع الموجود داخل البصيلة والأنبوبة الشعرية ويضغط على الغشاء من فوق FI.
قوة النابض وتؤثر من أسفل الغشاء F3.
قوة المبخر وتؤثر من أسفل الغشاء F2.
عند ارتفاع الحمل تحس البصيلة بارتفاع درجة حرارة الغاز المحمص على مستوى خط السحب، فيزداد ضغط المائع الموجود داخلها مما يؤدي إلى ارتفاع القوة المؤثرة على أعلى الغشاء FI حتى تتجاوز مجموع القوتين F2 وF3 فيتقوس الغشاء إلى أسفل مسبباً فتح

الصمام تدريجياً وبالتالي زيادة معدل سريان مائع التبريد إلى المبخر.

أما عند انخفاض الحمل فإن البصيلة تحس بانخفاض درجة حرارة الغاز المحمص عند خروج المبخر فيقل الضغط PI مما يؤدي إلى انخفاض القوة FI عن مجموع F2 و F3 فيتقوس الغشاء إلى أعلى مسبباً غلق قلب الصمام تدريجياً وبالتالي نقصان معدل سريان وسيط التبريد إلى المبخر.

يتم ضبط ضغط النابض عند قيمة التحميص المطلوبة من قبل الشركة المصنعة ويعاد ضبطه عند اللزوم لتغيير قيمة التحميص.

ويعتبر صمام التمدد الحراري من أكثر الصمامات انتشارا نظرا لأدائه، بالإضافة إلى إمكانية استخدامه في مختلف تطبيقات التبريد بما في ذلك التطبيقات ذات التغيرات الكبيرة في حمل التبريد.

ويعمل هذا الصمام على المحافظة على قيمة ثابتة لتحميص البخار ما بين خط السحب والمبخر الأمر الذي يساعد على حفظ المبخر ممتلئا بوسيط التبريد في جميع ظروف التشغيل.

أداء صمام التمدد الحراري

عند زيادة حمل التبريد تزداد حرارة مائع التبريد في خط السحب للضاغط الأمر الذي يسبب ارتفاع ضغط البصيلة فيبدأ صمام التمدد بتعديل فتحة مرور مائع التبريد في اتجاه الفتح فيزيد معدل سريان مائع التبريد حتى يصل المحبس إلى وضع اتزان جديد. وإذا زاد حمل التبريد مرة أخرى يعدل المحبس وضعه من جديد ويزداد معدل سريان وسيط التبريد مسببا إجهادا إضافيا للضاغط ، وفي هذه الحالة يخشى على الضاغط من الوصول إلى حالة الحمل الزائد (overload).

عند انخفاض حمل التبريد تنخفض درجة حرارة مائع التبريد عند خروج المبخر، وينتج عن ذلك انخفاض ضغط البصيلة فيبدأ صمام التمدد في تعديل وضعه في اتجاه الغلق لتقليل معدل سريان مائع التبريد حتى حدوث الاتزان من جديد وباستمرار انخفاض حمل التبريد يستمر معدل سريان مائع التبريد في النقصان مما يؤدي إلى انخفاض ضغط المبخر الأمر الذي يسبب طفح الضاغط بسائل التبريد الخارج من المبخر عند أحمال التبريد المنخفضة جداً في بعض الحالات الخاصة حيث إن الحمل الحراري غير كاف لتبخير كل كمية مائع التبريد المارة عبر المبخر.

عند توقف الضاغط يبدأ ضغط المبخر في الارتفاع مسبباً حركة الغشاء في اتجاه غلق الصمام ويتوقف السريان عبر الصمام، وتبعا لذلك يبقى الضغط مرتفعاً ناحية المكثف منخفضاً ناحية المبخر.

فعند بدء التشغيل من جديد يحتاج الضاغط إلى عزم كبير ويتعرض إلى إجهادات كبيرة قد تؤدي إلى تلفه ميكانيكياً ، ويعتبر ذلك من عيوب صمام التمدد الحراري، ولحماية الضاغط ننصح باستخدام إحدى الطرق التالية:

إحداث ثقب صغير في مقعد الصمام يسمح بسريان ثانوي صغير لمائع التبريد عند وقوف الضاغط.
وصل أنبوبة شعرية صغيرة بين دخول وخروج الصمام تسمح بمعادلة الضغوط بين المكثف و المبخر بعد توقف الضاغط.
الطريقة الأكثر استخداماً لمعادلة الضغوط تتلخص في عمل ممر تجنيبي يسمح بسريان مائع التبريد إلى المبخر بدون المرور من خلال صمام التمدد،
تعديل خارجي للضغوط باستخدام ممر تجنيبي

ويتم تركيب صمام كهرومغناطيسي (Solenoid Valve) على الممر التجنيبي، بحيث يفتح هذا الصمام فقط إذا ما تم إيقاف الضاغط. أما عند تشغيل الضاغط فيغلق هذا الصمام تلقائياً بحيث لا يمكن لمائع التبريد المرور إلى المبخر إلا عن طريق صمام التمدد.