Dozowniki kapilarne są stosowane głównie w zastosowaniach domowych i małych obiektach komercyjnych, gdzie obciążenie cieplne parownika jest w miarę stałe.Systemy te charakteryzują się również niższym natężeniem przepływu czynnika chłodniczego i zazwyczaj wykorzystują sprężarki hermetyczne.Producenci stosują kapilary ze względu na ich prostotę i niski koszt.Ponadto większość systemów wykorzystujących kapilary jako urządzenie pomiarowe nie wymaga odbiornika typu high-side, co dodatkowo obniża koszty.
Rurki kapilarne to nic innego jak długie rurki o małej średnicy i stałej długości instalowane pomiędzy skraplaczem a parownikiem.Kapilara faktycznie mierzy ilość czynnika chłodniczego od skraplacza do parownika.Ze względu na dużą długość i małą średnicę, gdy przepływa przez niego czynnik chłodniczy, następuje tarcie płynu i spadek ciśnienia.W rzeczywistości, gdy przechłodzona ciecz przepływa z dna skraplacza przez kapilary, część cieczy może wrzeć w wyniku spadku ciśnienia.Te spadki ciśnienia powodują obniżenie ciśnienia nasycenia cieczy w jej temperaturze w kilku punktach wzdłuż kapilary.To miganie jest spowodowane rozszerzaniem się cieczy, gdy ciśnienie spada.
Wielkość wypływu cieczy (jeśli występuje) będzie zależeć od stopnia przechłodzenia cieczy ze skraplacza i samej kapilary.Jeśli wystąpi błyskanie cieczy, pożądane jest, aby błysk znajdował się jak najbliżej parownika, aby zapewnić najlepszą wydajność systemu.Im zimniejsza ciecz z dna skraplacza, tym mniej cieczy przedostaje się przez kapilarę.Kapilara jest zwykle zwijana, przepuszczana lub przyspawana do przewodu ssawnego w celu dodatkowego przechłodzenia i zapobiegania wrzeniu cieczy w kapilarze.Ponieważ kapilara ogranicza i mierzy przepływ cieczy do parownika, pomaga utrzymać spadek ciśnienia wymagany do prawidłowego funkcjonowania układu.
Rurka kapilarna i sprężarka to dwa elementy oddzielające stronę wysokiego ciśnienia od strony niskiego ciśnienia w układzie chłodniczym.
Rurka kapilarna różni się od urządzenia dozującego z zaworem rozprężnym tym, że nie ma ruchomych części i nie kontroluje przegrzania parownika w żadnych warunkach obciążenia cieplnego.Nawet w przypadku braku ruchomych części rurki kapilarne zmieniają natężenie przepływu wraz ze zmianą ciśnienia w układzie parownika i/lub skraplacza.W rzeczywistości optymalną wydajność osiąga tylko wtedy, gdy połączy się ciśnienie po stronie wysokiej i niskiej.Dzieje się tak, ponieważ kapilara wykorzystuje różnicę ciśnień pomiędzy stroną wysokiego i niskiego ciśnienia układu chłodniczego.Wraz ze wzrostem różnicy ciśnień pomiędzy górną i dolną stroną układu wzrasta przepływ czynnika chłodniczego.Rurki kapilarne działają zadowalająco w szerokim zakresie spadków ciśnienia, ale generalnie nie są zbyt wydajne.
Ponieważ kapilara, parownik, sprężarka i skraplacz są połączone szeregowo, natężenie przepływu w kapilarze musi być równe prędkości odsysania sprężarki.Dlatego też obliczona długość i średnica kapilary przy obliczonych ciśnieniach parowania i skraplania są krytyczne i muszą być równe wydajności pompy w tych samych warunkach projektowych.Zbyt wiele zwojów w kapilarze wpłynie na jej opór przepływu, a następnie na równowagę systemu.
Jeśli kapilara jest zbyt długa i stawia zbyt duży opór, wystąpi lokalne ograniczenie przepływu.Jeśli średnica jest za mała lub przy nawijaniu jest zbyt wiele zwojów, pojemność rury będzie mniejsza niż pojemność sprężarki.Spowoduje to brak oleju w parowniku, co spowoduje niskie ciśnienie ssania i poważne przegrzanie.W tym samym czasie przechłodzona ciecz będzie przepływać z powrotem do skraplacza, tworząc wyższą wysokość podnoszenia, ponieważ w układzie nie ma odbiornika, który mógłby pomieścić czynnik chłodniczy.Przy wyższej wysokości podnoszenia i niższym ciśnieniu w parowniku natężenie przepływu czynnika chłodniczego wzrośnie z powodu większego spadku ciśnienia na rurce kapilarnej.Jednocześnie wydajność sprężarki spadnie ze względu na wyższy stopień sprężania i niższą wydajność objętościową.Zmusi to system do zrównoważenia, ale przy wyższej wysokości podnoszenia i niższym ciśnieniu parowania może prowadzić do niepotrzebnej nieefektywności.
Jeżeli opór kapilary jest mniejszy niż wymagany ze względu na zbyt małą lub zbyt dużą średnicę, natężenie przepływu czynnika chłodniczego będzie większe niż wydajność pompy sprężarki.Spowoduje to wysokie ciśnienie w parowniku, niskie przegrzanie i możliwe zalanie sprężarki z powodu nadmiernego zasilania parownika.Dochłodzenie może spaść w skraplaczu, powodując niskie ciśnienie statyczne, a nawet utratę uszczelnienia cieczowego na dnie skraplacza.To niskie ciśnienie i wyższe niż normalne ciśnienie parownika zmniejszy stopień sprężania sprężarki, co skutkuje wysoką wydajnością objętościową.Zwiększy to wydajność sprężarki, którą można zrównoważyć, jeśli sprężarka wytrzyma duży przepływ czynnika chłodniczego w parowniku.Często zdarza się, że czynnik chłodniczy przelewa się przez sprężarkę, co powoduje awarię sprężarki.
Z powodów wymienionych powyżej ważne jest, aby w systemach kapilarnych znajdował się dokładny (krytyczny) ładunek czynnika chłodniczego.Za dużo lub za mało czynnika chłodniczego może prowadzić do poważnego braku równowagi i poważnego uszkodzenia sprężarki na skutek przepływu płynu lub zalania.W celu uzyskania prawidłowego rozmiaru kapilary należy skonsultować się z producentem lub zapoznać się z tabelą rozmiarów producenta.Tabliczka znamionowa lub tabliczka znamionowa systemu wskaże dokładnie, ile czynnika chłodniczego wymaga system, zwykle w dziesiątych lub nawet setnych uncji.
Przy dużym obciążeniu cieplnym parownika systemy kapilarne zwykle działają przy wysokim przegrzaniu;w rzeczywistości przegrzanie parownika wynoszące 40° lub 50°F nie jest rzadkością przy dużych obciążeniach cieplnych parownika.Dzieje się tak, ponieważ czynnik chłodniczy w parowniku szybko odparowuje i podnosi 100% punkt nasycenia parą w parowniku, zapewniając systemowi wysoki odczyt przegrzania.Rurki kapilarne po prostu nie mają mechanizmu sprzężenia zwrotnego, takiego jak zdalne światło termostatycznego zaworu rozprężnego (TRV), które informowałoby urządzenie pomiarowe, że pracuje przy wysokim przegrzaniu i automatycznie je korygowało.Dlatego też, gdy obciążenie parownika jest wysokie, a przegrzanie parownika jest wysokie, system będzie działał bardzo nieefektywnie.
Może to być jedna z głównych wad systemu kapilarnego.Wielu techników chce dodać więcej czynnika chłodniczego do układu ze względu na wysokie odczyty przegrzania, ale spowoduje to jedynie przeciążenie układu.Przed dodaniem czynnika chłodniczego sprawdź, czy odczyty przegrzania są normalne przy niskich obciążeniach cieplnych parownika.Gdy temperatura w pomieszczeniu chłodniczym zostaje obniżona do żądanej temperatury, a parownik znajduje się pod niskim obciążeniem cieplnym, normalne przegrzanie parownika wynosi zazwyczaj od 5° do 10°F.W razie wątpliwości należy zebrać czynnik chłodniczy, opróżnić układ i uzupełnić krytyczną ilość czynnika chłodniczego wskazaną na tabliczce znamionowej.
Gdy wysokie obciążenie cieplne parownika zostanie zmniejszone i system przełączy się na niskie obciążenie cieplne parownika, punkt 100% nasycenia parownika zmniejszy się w ciągu kilku ostatnich przejść parownika.Wynika to ze zmniejszenia szybkości parowania czynnika chłodniczego w parowniku z powodu niskiego obciążenia cieplnego.System będzie teraz miał normalne przegrzanie parownika na poziomie około 5° do 10°F.Te normalne odczyty przegrzania parownika będą miały miejsce tylko wtedy, gdy obciążenie cieplne parownika jest niskie.
Jeśli system kapilarny zostanie przepełniony, będzie gromadził nadmiar cieczy w skraplaczu, powodując wysokie ciśnienie w wyniku braku odbiornika w systemie.Spadek ciśnienia pomiędzy stroną niskiego i wysokiego ciśnienia w systemie wzrośnie, powodując wzrost natężenia przepływu w parowniku i przeciążenie parownika, co skutkuje niskim przegrzaniem.Może nawet zalać lub zatkać sprężarkę, co jest kolejnym powodem, dla którego układy kapilarne muszą być napełniane ściśle lub precyzyjnie określoną ilością czynnika chłodniczego.
John Tomczyk is Professor Emeritus of HVACR at Ferris State University in Grand Rapids, Michigan and co-author of Refrigeration and Air Conditioning Technologies published by Cengage Learning. Contact him at tomczykjohn@gmail.com.
Treści sponsorowane to specjalna płatna sekcja, w której firmy branżowe udostępniają wysokiej jakości, bezstronne i niekomercyjne treści na tematy interesujące odbiorców wiadomości ACHR.Wszystkie sponsorowane treści są dostarczane przez firmy reklamowe.Chcesz wziąć udział w naszej sekcji treści sponsorowanych?Skontaktuj się z lokalnym przedstawicielem.
Na żądanie Podczas tego seminarium internetowego dowiemy się o najnowszych aktualizacjach naturalnego czynnika chłodniczego R-290 i jego wpływie na branżę HVACR.
Podczas webinaru dowiesz się jak pomyślnie przejść każdy etap rozwoju biznesu.