06. fejezet – Adagolók (expanziós szervek)

Az előző fejezetekben a kompresszort és a kondenzátort ismerted meg: az egyik nyomást emel, a másik hőt ad le. A kondenzátorból kilépő meleg, nagynyomású folyadékkal azonban még nem lehet hűteni – előbb le kell csökkenteni a nyomását, és ezzel a forráspontját is, mégpedig pontosan annyi közegből, amennyit az elpárologtató az adott pillanatban el tud forralni. Ez az adagoló dolga.

A fejezet a 2. fejezet fogalmaira épít: a telítési nyomás–hőmérséklet összefüggésre (2.3 pont), a túlhevítésre és az utóhűtésre (2.4 pont), valamint a log p–h diagramra (2.6 pont). Ha ezek bizonytalanok, előbb ott nézz utána.

6.1 A fojtás elve és az adagoló feladata

Hol van az adagoló, és mit csinál?

Az adagoló (más néven expanziós szerv, fojtószerv, expanziós szelep) a kondenzátor és az elpárologtató között, a folyadékvezeték végén ül. A mestervizsga-jegyzet frappáns megfogalmazása szerint az adagoló feladata a hűtőközeg beadagolása az elpárologtatóba – nem öncélú „fojtás”. A fojtás csak az eszköz: a lényeg, hogy az elpárologtatóba a megfelelő mennyiségű közeg jusson.

A hatósági tananyag három feladatot ír elő az adagolónak ([T] 3.4):

1. nyomáscsökkentés a kondenzációs nyomásról az elpárolgási nyomásra;
2. annyi hűtőközeg átengedése, amennyi az elpárologtató helyes üzeméhez a berendezés teljes üzemi tartományában kell – és közben a kompresszor nedves üzemének megakadályozása;
3. üzemszünetben az elpárologtató hűtőközeg-ellátásának megszüntetése.

A [T] szerint a hármat egyszerre az egyszerűbb adagolók nem tudják: a kézi szelepet időnként utána kell állítani, az automatikus (nyomástartó) szelep nem követi a terhelés változását, a kapillárcső pedig üzemszünetben sem zár. Ezért terjedtek el az önműködő, a túlhevítésre figyelő szabályozó szelepek.

Mi történik fojtáskor?

Amikor a folyadék egy szűk keresztmetszeten átpréselődik, a nyomása hirtelen leesik. Hő közben gyakorlatilag nem cserélődik, ezért a fojtás állandó entalpiájú folyamat: a log p–h diagramon függőleges vonal (2.6 pont: h₄ = h₃). A [T] 1.5.1 pontja szerint ilyenkor:

• a telített (vagy utóhűtött) folyadék hőmérséklete erősen lecsökken, és nedves gőz lesz belőle – a nyomás leesése miatt a folyadék egy része azonnal elforr, és ez a forrás hűti le a maradékot az új, alacsony telítési hőmérsékletre;
• a túlhevített gőz hőmérséklete fojtáskor gyakorlatilag nem változik (ezért egy szívóvezetékben fellépő nyomásesés nem hűti a gőzt).

A fojtás után keletkező gőz az elpárologtatóban már nem tud hőt felvenni a párolgásával – ez a gőzhányad tehát „elveszett” hűtőteljesítmény. Minél kisebb, annál jobb.

Utóhűtés   t₃, °C   h₃ = h₄, kJ/kg   x₄
0 K        45       286,3            0,25
3 K        42       279,6            0,23
8 K        37       269,0            0,20

Gőzmentes folyadék az adagoló előtt

Az adagoló a beérkező folyadék áramát méri ki. Ha a folyadékban már a szelep előtt gőzbuborékok vannak, a szelep ugyanakkora nyitással jóval kevesebb közeget enged át – az elpárologtató alultáplált lesz, pedig a rendszerben elég közeg van. A felkészítő jegyzet szerint a buborékmentes folyadék az expanziós szelep kifogástalan működésének előfeltétele, ezért a nézőüveget közvetlenül a fojtószerv elé építik ([RF]). Hogy mitől keletkezhetnek buborékok a folyadékvezetékben, azt a 2.4 pont (az utóhűtés haszna) és a 6.8 pont tárgyalja.

Ugyanígy fontos, hogy az adagolón elég nagy nyomáskülönbség legyen: a [T] szerint a kondenzációs nyomás megfelelő értéken tartása az adagoló problémamentes működésének alapfeltétele, mert ha a nyomás leesik, az elpárologtatóban hűtőközeghiány léphet fel (6.7 pont, 5.6 pont).

Az adagolók csoportosítása

A [T] 3.4.1 pontja az adagolókat aszerint csoportosítja, hogy az átömlő keresztmetszetük állandó-e vagy változik (6.2. ábra).

• Állandó keresztmetszetű adagolók: a rajtuk átáramló mennyiséget és a fojtás mértékét az üzemi körülmények szabják meg. Ilyen a kapillárcső, a fojtótárcsa, a spirális horony és a folyadékvezetékbe épített egyéb nyomáscsökkentők. A kézzel állítható szelep keresztmetszete ugyan változtatható, de üzem közben senki nem állítja, így viselkedése szerint ide tartozik.
• Változó keresztmetszetű adagolók: szinte kivétel nélkül automatikusak. Aszerint különböznek, hogy mire figyelnek: az elpárolgási nyomásra (az automatikus szelep), az elpárologtatóból kilépő gőz túlhevítésére (a termosztatikus és az elektronikus szelep), vagy a folyadékszintre (az úszós szintszabályozó).

6.2 Kapillárcső

Felépítés és működés

A fojtást a vékony csőben áramló folyadék súrlódása hozza létre ([T] 3.4.2.1). A cső mentén a nyomás fokozatosan csökken, közben a folyadék egyre nagyobb része gőzzé válik. A cső áteresztőképességét a [T] szerint a hossza, a belső átmérője és az érdessége, a hűtőközeg fajtája és az üzemi viszonyok (nyomáskülönbség, utóhűtés) határozzák meg.

A kapillárcső méretére a forrásaink kissé eltérő tartományt adnak:

6.1. táblázat. A kapillárcső méretei a forrásokban. A tartományok eltérnek, de mindegyik szerint néhány tized millimétertől 2–2,5 mm-ig terjed a belső átmérő.

A kisebb berendezésekben a kapillárcsövet a szívócső belsejében vezetik, vagy hozzáforrasztják a szívócsőhöz ([T], [R2]). Így egy egyszerű belső hőcserélő jön létre: a hideg szívott gőz utóhűti a kapillárisban áramló közeget, a szívott gőz pedig közben túlhevül. Az előző pontban láttad, miért jó ez: hidegebb közegből fojtáskor kevesebb gőz keletkezik, nő a hűtőteljesítmény.

Önszabályozás – de csak szűk tartományban

A kapillárcső nem teljesen „buta”. A [T] szerint a rajta átáramló tömegáramot nemcsak a nyomáskülönbség, hanem az utóhűtés is befolyásolja: nagyobb utóhűtésnél több közeg áramlik át. Ez bizonyos önszabályozást ad, de a [R2] szerint csak szűkebb teljesítménytartományban, mint egy termosztatikus szelepé. Az önszabályozás előfeltétele a pontos hűtőközeg-töltet – a kapillárcsöves rendszer erre a legérzékenyebb.

Előny és hátrány egyszerre: nem zár

A kapillárcső üzemszünetben nem tud lezárni. Leállás után a kondenzátor és az elpárologtató nyomása rövid időn belül kiegyenlítődik ([T], [R2]).

• Előny: a kompresszor kiegyenlített nyomásra indul, ezért a hajtómotornak kisebb indítónyomaték is elég – a [T] szerint így a kis hermetikus kompresszorok betétmotorjai kedvezőbben illeszthetők.
• Hátrány: állásidőben folyadék vándorol a kondenzátorból az elpárologtatóba. Induláskor ez a folyadék felhabzik, és a kompresszor működését veszélyezteti. Ezért pontosan meghatározott töltet és megfelelően kialakított elpárologtató kell; a [T] szerint ez korlátozza a kapillárcső alkalmazását nagyobb rendszerekben.

A [T] szerint kapillárcsöves berendezésbe nem építenek folyadékgyűjtőt (5.5 pont); a [R2] ugyanakkor a kapilláris előtt szárítószűrővel egybeépített folyadéktartályt említ – a két forrás szóhasználata eltér.

Alkalmazás és méretezés

A kapillárcső egyszerű, olcsó, nincs mozgó alkatrésze, ezért üzembiztos – a kis belső átmérő miatt viszont hajlamos eldugulni, ezért a szerelésnél fokozottan ügyelni kell a tisztaságra ([T]). Jellemző helye a háztartási hűtőszekrény, a kisebb kereskedelmi hűtők és a kis teljesítményű klímaberendezések; a [T] szerint esetenként akár 20 kW-os hőszivattyús klímakészülékben is alkalmazzák. A mestervizsga-jegyzet a régebbi, nem teljesítményszabályozott komfort klímákat is ide sorolja, és egy inverteres split klíma példáján is kapillárcsöves beadagolást mutat be ([K] IV/2).

A járműklímákban cserélhető, fúvókás fojtócső is használatos ([T] 6.1.8). A [T] erről azt írja, hogy mivel a teljesítményt nem tudja szabályozni, az ilyen rendszerekben a kompresszor elé a szívócsőbe cseppleválasztó tartályt kell beépíteni, hogy kis terhelésnél az el nem párolgott közeg ott párologjon el (8.2 pont).

A kapillárcső nem méretezhető tisztán számítással: az áramlás pontos lefolyása nem követhető, és a csövek átmérőjének és érdességének szórása is nagy. A méretet a gyártók kísérletekkel határozzák meg, és diagramokkal, szoftverekkel segítik a kiválasztást ([T], [R2], [K]); a mestervizsga-jegyzet szerint a pontos méretre igazítás a beépítés és a beüzemelés után „próbálgatással” történik.

6.3 Kézi és automatikus (nyomástartó) expanziós szelep

Kézi szabályozószelep

A kézzel állítható adagolószelep keresztmetszetét egy orsóval lehet változtatni. Üzem közben azonban nem követi a terhelés változását: a [T] szerint időnként utána kell állítani, és üzemi viselkedése alapján az állandó keresztmetszetű adagolók közé sorolandó. Részletes alkalmazási szabályt a forrásaink nem adnak rá.

Az automatikus expanziós szelep felépítése

A szelep fő része egy membrán. Felülről egy szabályozó rugó nyomja, amelynek feszességét a szabályozócsavarral állítod be – ezzel adod meg a tartandó elpárolgási nyomást. A membrán alatti tér (a szabályozott tér) a szelep kilépő oldalával, vagyis az elpárologtatóval van összeköttetésben. A membrán a szeleptűt mozgatja, amelyet alulról egy gyenge ellenrugó támaszt ([T] 3.4.3.1, [R2] 25.3).

Működés

• Ha az elpárolgási nyomás csökken, a rugó legyőzi az alulról ható nyomást: a szelep nyit, több közeg jut be, a nyomás visszaemelkedik.
• Ha az elpárolgási nyomás nő, a szelep zár.
• Leálláskor a kompresszor már nem szív, a kisnyomású oldal nyomása megnő, és a szelep lezár ([T], [R2]).

A rugóerő és vele a szelepemelkedés arányos az elpárolgási nyomás eltérésével, ezért a [T] az automatikus szelepet az arányos szabályozók közé sorolja (az arányos szabályozásról: 13.2 pont).

Miért szorult háttérbe?

Az automatikus szelep a nyomásra figyel, nem a terhelésre. Ennek következményei a [T] és a [R2] szerint:

• a terhelés változásakor nem változtatja az adagolt mennyiséget a terhelés szerint; indulás után, amikor a hűtött tér még meleg, sem engedi be a szükséges mennyiséget, ezért az elpárologtató kihasználtsága gyenge;
• csak egy elpárologtatóval használható: párhuzamosan kapcsolt elpárologtatóknál az egyikben nedves üzem alakulna ki, növekvő terhelésnél ellátási hiány, csökkenőnél túltöltés, ami a kompresszort veszélyezteti;
• csak száraz rendszerű elpárologtatóhoz használják (7.2 pont).

Az alkalmazási területet a forrásaink más-más hangsúllyal írják le. A [T] szerint egyre ritkábban alkalmazzák, főleg kis kereskedelmi és italhűtőkben, ahol a hőforrás hőmérséklete csak szűk tartományban változik; funkcióit egyszerű üzemben a kapillárcső, változó terhelésnél a termosztatikus szelep vette át. A [R2] és az [RF] ott említi, ahol állandó elpárolgási nyomást kell biztosítani: folyadékhűtőknél, klímaberendezéseknél és jégkészítőknél.

Beszabályozás

A [T] 3.4.3.2 szerint az automatikus szelepet a várható átlagos teljesítményre kell beállítani. Ehhez az elpárologtató kilépő oldalán nyomásmérőt és tapintóhőmérőt kell felszerelni, és a telítési hőmérsékletnél 4–7 K-nel nagyobb túlhevítést kell beállítani (2.4. táblázat).

6.4 Termosztatikus expanziós szelep (TXV)

Feladata: túlhevítés-szabályozó

A termosztatikus expanziós szelep (röviden termoszelep, TXV) a [T] szerint a száraz rendszerű elpárologtatók leggyakrabban használt adagolója. Segédenergia nélkül működik, és feladatát tekintve túlhevítés-szabályozó: az elpárologtatóból kilépő gőz túlhevítését igyekszik állandó értéken tartani. Ha ez sikerül, a csőkígyó csaknem teljes hossza forrással hűt, és mégsem jut folyadék a kompresszorba.

A 2.4 pontban már láttad a legfontosabb következményt: a szelep a beadagolt folyadék mennyiségét és ezzel a túlhevítést szabályozza – az elpárolgási hőmérsékletet nem. Azt a kompresszor határozza meg: mennyi gőzt szív el az elpárologtatóból.

Felépítés

A [R2] 25.4 és a [T] 3.4.4 leírása alapján a szelep részei (6.5. ábra):

• szeleptest a fúvókával és a szelepüléssel – a [R2] szerint általában sajtolt sárgarézből, kúpos peremes vagy forraszvéges csatlakozással; a fúvóka a legtöbb típusnál cserélhető, így ugyanaz a szeleptest többféle teljesítményhez használható;
• termofej a membránnal: a membrán a szelepszáron keresztül mozgatja a szeleptűt;
• érzékelő (patron, bulbus), amely kapilláris csővel kapcsolódik a membrán feletti térhez, és az elpárologtatóból kilépő csőre van rögzítve;
• rugó és állítócsavar, amellyel a nyitás kezdetét állítod be;
• a bejáratnál szűrő, amely a fúvóka eldugulását gátolja.

Az érzékelőben könnyen párolgó folyadék vagy gáz van; a [T] szerint esetenként – a vasúti klíma leírásában jellemzően – a hűtőkör közegével azonos anyag. A mechanikus szelep ezért adott hűtőközeghez készül, és a közeg fajtája fel van tüntetve rajta ([T], [R2]).

A három ható nyomás

A membránra három hatás jut ([R2] 25.4, [T] 3.4.4.2, [K] I/3.4):

6.2. táblázat. A termosztatikus szelep membránjára ható nyomások.

Egyensúlyban a nyitó és a záró hatás kiegyenlíti egymást:

p₁ = p₀ + p_r        (egyensúly – a szelepnyitás nem változik)
p₁ > p₀ + p_r        → a szelep tovább nyit
p₁ < p₀ + p_r        → a szelep zár

Hogyan tartja a túlhevítést?

Kövesd végig a szabályozást ([T], [K], [R2]):

1. Kevés a folyadék az elpárologtatóban: a közeg korán elforr, a gőz hosszabb szakaszon túlhevül, a kilépő cső melegebb lesz.
2. Az érzékelő felmelegszik, a töltet nyomása (p₁) nő.
3. p₁ legyőzi a p₀ + p_r összeget: a szelep nyit, több folyadék jut be.
4. A forrás egyre közelebb ér a kilépéshez, a kilépő gőz lehűl, a túlhevítés csökken – a szelep visszazár.

Túladagolásnál fordítva: nő az elárasztás, csökken a túlhevítés, a szelep záródik. Üzem közben a szeleptű folyamatosan mozog, és a tényleges túlhevítés a beállított érték körül ingadozik; a [R2] szerint minél kisebb ez az eltérés, annál jobb a szelep szabályozási viselkedése.

p₀ = p_telítési(−10 °C)               = 2,006 bar  (2.2. táblázat: 2,01)
az érzékelő hőmérséklete: −10 + 4      = −6 °C
p₁ = p_telítési(−6 °C)                = 2,343 bar
p_r = p₁ − p₀ = 2,343 − 2,006         = 0,337 bar ≈ 0,34 bar

Statikus, nyitási és üzemi túlhevítés

A szelep nem egyik pillanatról a másikra nyit ki teljesen. A [T] és a [R2] háromféle túlhevítést különböztet meg:

A szelep nyitása – és vele a hűtőteljesítmény – arányos a nyitási túlhevítéssel, ezért a termosztatikus szelep is arányos szabályozó ([T]). Gyakorlati következmény: kis terhelésnél kisebb, nagy terhelésnél nagyobb túlhevítés alakul ki, a túlhevítés tehát nem „egy szám”, hanem a terheléstől is függ.

Mekkora a túlhevítés termosztatikus szelepnél? – a források eltérnek

A 2.4 pontban láttad, hogy a „helyes” túlhevítésre nincs egyetlen szám. A termosztatikus szelepre vonatkozó adatok:

6.3. táblázat. Termosztatikus szelep túlhevítési adatai a forrásokban. Az értékek más-más mennyiségre (statikus, nyitási, üzemi) vagy alkalmazásra vonatkoznak, ezért nem cserélhetők fel egymással.

A táblázatból két tanulság adódik. Egyrészt figyelj arra, melyik túlhevítésről van szó: a [T] 4 K-es és 2–3 K-es értéke két összetevő, nem két egymásnak ellentmondó üzemi érték. Másrészt a különböző források üzemi értékei (5–7 K, 6–7 K, 7 K) nagyságrendben egyeznek, de egy adott gépen mindig a gyártói előírás a mérvadó.

Üzemszünet: miért kell elé mágnesszelep?

Leálláskor a kompresszor nem szív tovább, az elpárolgási nyomás gyorsan nő, és a szelep lezár. A [T] szerint azonban, ha leállás után az üzemi túlhevítés meghaladja a statikus értéket, a szelep kinyithat, és az elpárologtatóba áramló folyadék az újrainduláskor veszélyezteti a kompresszort. Ezért a termosztatikus szelep elé gyakran mágnesszelepet építenek, amely a kompresszor leállásakor zár (8.1 pont). A mestervizsga-jegyzet által leírt leszívatásos (pump down) kapcsolásban a mágnesszelep zárása után a kompresszor a kisnyomású oldalt leszívja, így állásidőben nem jut folyadék a szelepen át az elpárologtatóba (15.11 pont).

Az érzékelő töltete

A [T] 3.4.4.1 és a [R2] háromféle érzékelőtöltetet ír le:

6.4. táblázat. A termosztatikus szelep érzékelőtöltetei ([T] 3.4.4.1, [R2] 25.4). A [T] szerint a folyadéktöltet kis mennyiségű nitrogént és héliumot is tartalmaz, ami a szivárgásvizsgálatot segíti.

A gáztöltetnél azért fontos, hogy az érzékelő legyen a leghidegebb, mert a [R2] szerint a gáztöltetű érzékelőrendszer nyomását a rendszer legalacsonyabb hőmérsékletű része szabja meg. Ha a szelepfej vagy a kapilláris hidegebb az érzékelőnél, a szelep már nem a kilépő gőz hőmérsékletére reagál.

MOP-szelep: nyomáshatárolás induláskor

Mélyhűtőknél és folyadékhűtőknél induláskor – amikor a hűtött tér még meleg – az elpárolgási nyomás és vele a kompresszor teljesítményfelvétele nagy lehet, és a motor túlterhelődhet. Erre valók a MOP-szelepek ([T] 3.4.4.4, [K] I/3.4, [R2] 25.8).

A MOP-szelep induláskor zárva marad, a szívónyomás gyorsan a MOP-értékig csökken, és a motor védve van a túlterheléstől. A [R2] szerint a gyári MOP-határ általában +10 °C vagy −18 °C elpárolgási hőmérsékletnek felel meg (gyártó- és típusfüggő), és a kiválasztásnál a MOP-hőmérsékletnek nagyobbnak kell lennie a tervezett legnagyobb elpárolgási hőmérsékletnél – különben a szelep üzem közben is korlátozna, és úgy viselkedne, mint egy automatikus szelep.

Belső és külső nyomáskiegyenlítés

A membrán alá jutó nyomás honnan származik? Két kivitel van ([T] 3.4.4.2–3.4.4.3, [K] I/3.4, [R2] 25.5).

Miért számít ez? Az elpárologtatóban a közeg áramlása nyomásesést okoz, a kilépő nyomás tehát kisebb a belépőnél, és vele a telítési hőmérséklet is alacsonyabb. A belső kiegyenlítésű szelep a nagyobb belépő nyomást „érzi”, ezért a nyitáshoz nagyobb érzékelőnyomás, azaz nagyobb túlhevítés kell. A [T] szerint ezt nagyobb üzemi túlhevítéssel kell kompenzálni, ami csökkenti az elpárologtató teljesítményét – a belső kiegyenlítés ezért csak kis áramlási ellenállású elpárologtatóknál célszerű.

Belépő nyomás:  p_be = 2,006 + 0,3 = 2,306 bar ≈ 2,31 bar
                → telítési hőmérséklet −6,4 °C (3,6 K-nel melegebb,
                  mint a kilépésnél)

Belső kiegyenlítés: a membrán alatt p_be hat
  p₁ = p_be + p_r = 2,306 + 0,337 = 2,643 bar  → érzékelő: −2,8 °C
  túlhevítés a kilépő nyomáshoz:  −2,8 − (−10) = 7,2 K

Külső kiegyenlítés: a membrán alatt p_ki hat
  p₁ = p_ki + p_r = 2,006 + 0,337 = 2,343 bar  → érzékelő: −6,0 °C
  túlhevítés:  −6,0 − (−10) = 4,0 K

Mikor kell külső kiegyenlítés?

• A [T] szerint akkor, ha a szelep és az érzékelő közötti szakaszon (az elpárologtatóban) a nyomásesés nagyobb a telítési hőmérséklet 1,5 °C-os változásának megfelelő nyomáskülönbségnél.
• Folyadékelosztó (disztribútor) után mindig külső kiegyenlítésű szelep kell ([T], [K], [R2]): az elosztó és az elosztócsövek fojtása miatt a szelep belülről nem érzékeli az elpárologtatóban uralkodó tényleges nyomást. A [K] szerint az elpárologtatók többsége ilyen, többszörös beadagolású.
• Ha az elpárologtató áramlási ellenállása nagyon nagy, a [T] szerint külső kiegyenlítés mellett is periodikus túl- és aluladagolás léphet fel; ilyenkor a csőhossz megosztása és a járatok párhuzamos kapcsolása a megoldás.

Beépítés

A [T] 3.4.4.6 és a [K] alapján:

• A szelepet a folyadékvezetékbe, az elpárologtató elé, ahhoz a lehető legközelebb kell beépíteni. A [K] szerint kereskedelmi hűtőknél a szelep általában a hűtött térben, az elpárologtató burkolata alatt ül, közvetlenül a folyadékelosztó bemenetére csatlakozva.
• A [K] szerint a mágnesszelep, a nézőüveg és az expanziós szelep közvetlenül az elpárologtató elé kerül (a folyadékvezeték elemeinek sorrendje: 8.1 pont).
• Folyadékelosztó esetén az elosztót a szelep után úgy kell elhelyezni, hogy a nyílásai lefelé nézzenek, és az elosztócsövek azonos hosszúak és átmérőjűek legyenek ([T]); a [R2] szerint azonos ellenállásúak. A [T] szerint ez – a hibátlan forrasztással együtt – biztosítja, hogy minden járat ugyanannyi közeget kapjon.
• Több elpárologtató esetén mindegyiknek saját szelepe és saját érzékelője van. A [K] hibalistája szerint egy másik szelep beadagolása is megzavarhatja az érzékelőt – az érzékelő mindig a saját elpárologtatója kilépő csövén legyen.

Az érzékelő elhelyezése

Az érzékelő a szelep „szeme”: ha rossz helyen van, a szelep vakon adagol. A [T] 3.4.4.6 szerint:

• a szívócső vízszintes szakaszára, az elpárologtató kilépő csonkjához közel kell rögzíteni;
• tiszta csőfelületre, fémszalaggal vagy fémbilinccsel; a [K] szerint szorosan, jó hőátmenetet biztosító gyári bilinccsel;
• ne érje külső hőhatás; ha az érzékelő és a környezete között nagy a hőmérséklet-különbség, párazáró szigetelés kell;
• nem szerelhető a gyűjtőcsőre, függőleges csőszakaszra, a belső hőcserélő után és nagyméretű szerelvények közelébe.

A [K] arra is ad útmutatást, hogy a cső kerületén hová kerüljön: kis csőátmérőknél – kb. 18 mm-ig – a cső tetejére („12 óra” állásba), nagyobb átmérőknél fokozatosan lejjebb, 42 mm-től „4 óra” állásba (6.9. ábra). A külső kiegyenlítő vezetéket a [K] szerint az érzékelő után, attól legalább kb. 10 cm-re, a cső felső részébe kell bekötni.

Beszabályozás

A beszabályozás célja a [T] 3.4.4.7 szerint, hogy az elpárologtató minél jobban el legyen árasztva, és közben a túlhevítés minél kisebb legyen – de a szabályozás ne váljon instabillá.

A [T] szerint a statikus túlhevítés erős csökkentése instabilitást, növelése az elpárologtató gazdaságtalan működését okozza, ezért a szelepet úgy célszerű beállítani, hogy a jelleggörbéje a névleges teljesítmény közelében érintse az MSS-görbét (6.10. ábra). Ehhez gyárilag általában a kb. 4 K-es statikus túlhevítést állítják be, amelyet a [T] szerint csak nagyon indokolt esetben szabad változtatni.

1. A berendezést HŰTÉS üzemmódban, állandósult üzemben vizsgáld.
2. Manométer az elpárologtató kilépő csonkja közelében (a szívóoldalon),
   tapintó- vagy felületi hőmérő a patron közelében, jó hőkontaktussal.
   (A [R2] a nyomást az elpárologtató belépő csövén méri; nyomásesésnél
   ez a túlhevítést alábecsüli – 6.c mintapélda –, ezért a jegyzet a [T]
   szerinti kilépő oldalt követi.)
3. Túlhevítés = mért csőhőmérséklet − telítési hőmérséklet (2.4 pont;
   abszolút nyomással, zeotrop keveréknél a harmatponthoz).
4. Hasonlítsd a gyártói célértékhez (6.3. táblázat csak tájékoztat).
5. Állítás kis lépésekben: a [T] és a [K] szerint az állítócsavar
   óramutató irányú (jobbra) forgatása ZÁRJA a szelepet → a túlhevítés NŐ;
   ellenkező irányban a túlhevítés csökken. (A gyártói leírást ellenőrizd.)
6. Minden lépés után várd meg az állandósult állapotot, és mérj újra.
7. Ne legyen nyomás- és hőmérséklet-ingadozás (lengés). Ha a kívánt
   értéken a szelep leng, nagyobb túlhevítés kell, vagy a szelep mérete
   nem megfelelő.

A blokkszelep

A járműklímák egyik legelterjedtebb adagolója a [T] szerint a blokkszelep: tömb formájú termosztatikus szelep, amelyen a folyadék- és a szívóág is áthalad, és kívülről sem mérni, sem állítani nem lehet – teljesítménye csak cserével változtatható.

6.5 Elektronikus expanziós szelep (EEV)

Mitől „elektronikus”?

A [T] szerint az elektronikus szelepek is az üzemi túlhevítést szabályozzák, de „tökéletesebben”, mint mechanikus társaik. A mestervizsga-jegyzet felépítése szerint a rendszer részei (6.11. ábra):

• elektromos működtetésű szelep (motoros szelep vagy mágnesszelep);
• hőmérséklet-érzékelő a kilépő szívócsövön (a túlhevített gőz hőmérséklete);
• nyomástávadó a szívócsövön (az elpárolgási nyomás, ebből a telítési hőmérséklet);
• működtető elektronika, amely a mért értékekből kiszámítja a túlhevítést, összeveti a beprogramozott értékkel, és ennek megfelelően mozgatja a szelepet.

A [R2] egy másik megoldást is leír: két hőmérséklet-érzékelővel – az egyik az elpárolgási hőmérsékletet, a másik a kilépő gőz hőmérsékletét méri –, a kettő különbsége a túlhevítés. Ilyen rendszerben további érzékelők figyelhetik a belépő és a kilépő levegő hőmérsékletét és a leolvasztás befejezését is.

Miért jobb?

A [T], a [K] és a [R2] alapján:

• Kisebb túlhevítés. Az elektronikus szelepnek nincs szüksége statikus túlhevítésre (Δt_st = 0), ezért az üzemi túlhevítés a [T] szerint 1–2 K lehet; a [K] szerint „a szokásos 7 K helyett” akár 1–2 K. Így az elpárologtató nagyobb része hűt forrással, nő a hűtőteljesítmény.
• Kisebb nyomáskülönbségnél is adagol. Ezért alacsonyabb kondenzációs nyomással is üzemeltethető a gép, ami a [T] szerint éves szinten komoly energia-megtakarítást jelenthet. A [R2] szerint megfelelő túlméretezéssel a legkisebb kondenzációs hőmérséklet 15–25 °C-ra csökkenthető.
• Gyorsabb reakció, és a [T] szerint független az elpárologtató hűtőközeg oldali nyomásveszteségétől.
• Hűtőközeg-független. A vezérlőben az alkalmazott hűtőközeg beállítható, közegcserénél a szelepet nem kell cserélni ([T]).
• Kiegészítő funkciók. A szabályozó a [T] szerint egyebek mellett mágnesszelep- és MOP-funkciót, ventilátor-, leolvasztás- és páramentesítőfűtés-vezérlést, termosztátfunkciót, kijelzést és adatkommunikációt is elláthat.

A három változat

A [T] 3.4.5.2 és a [R2] 25.6 háromféle elektronikus adagolót ír le:

6.5. táblázat. Az elektronikus adagolók változatai ([T] 3.4.5.2, [R2] 25.6).

A [K] a komfort split klímánál, az [RF] a VRF-rendszereknél mutat be elektronikus szelepet; az [RF] VRF-leírása szerint a szelep általában 480 lépésben szabályoz, és a vezérlés a túlhevítést 6–8 K között tartja. Ezek rendszer- és gyártófüggő értékek: mindig az adott gép szervizleírásából dolgozz.

A léptetőmotor villamos felépítését és vizsgálatát a 10.7 pont, a szelep vezérlését, bekötését és paraméterezését a 13.6 pont tárgyalja.

6.6 Úszós szabályozók (elárasztott rendszerek)

Az eddigi adagolók száraz rendszerű elpárologtatóhoz készültek, ahol a közeg teljesen elpárolog és túlhevül. Az elárasztott elpárologtatóban (7.2 pont) a közeg nem túlhevül, a kilépő gőz telített – itt a túlhevítés nem használható szabályozójelként. A [T] 3.4.6 szerint ezért a folyadékszint alapján szabályoznak: az elpárologtatóban, a folyadékleválasztóban vagy a kondenzátor oldalán. A [T] szerint elárasztott elpárologtatót ammóniás és nagy ipari készülékeknél használnak.

• Kisnyomású úszós szabályozó: az elpárologtató vagy a különálló folyadékleválasztó szintjét tartja. Ha a szint csökken, nyit, ha nő, zár. Egyes kivitelekben a szintlengések csillapítására csillapító tartályt építenek közbe ([T]).
• Nagynyomású úszós szabályozó: a kondenzátorban vagy a folyadéktartályban lévő folyadék szintjét tartja. Ha a szint emelkedik, nyit, és a fölösleget a kisnyomású oldalra engedi; ha süllyed, zár. A [T] szerint központi folyadékleválasztós, szivattyús rendszereknél alkalmazható jól.

A [T] a nagynyomású úszós szabályozó több előnyét is felsorolja: rendeltetésszerű üzemben csaknem a teljes töltet a kisnyomású oldalon van; nincs szükség nagynyomású folyadékgyűjtőre és a folyadék utóhűtésére; meghibásodásakor sem okozhat folyadékütést; leálláskor a nyomás lassan egyenlítődik ki, így az újraindulás könnyebb.

A mechanikus úszós szabályozók mellett a [T] villamos (például elektronikus úszós vagy kapacitív szintérzékelős) és – a legnagyobb rendszerekben – nyomási segédenergiájú, szervoműködésű szintszabályozókat is említ ([T] 3.4.6.1–3.4.6.4).

6.7 Kiválasztás és méretezés szempontjai

Mit kell tudnod a kiválasztáshoz?

A gyártói katalógusokban a szelepek teljesítménye a [T] szerint az elpárolgási hőmérséklet, az utóhűtés és a szelepre jutó nyomásesés függvényében szerepel. A kiválasztáshoz a [T] 3.4.4.5 és a [R2] 25.4 alapján ismerni kell:

Hűtési feladat, a szükséges hűtőteljesítmény
Hűtőközeg (az érzékelőtöltet ehhez van méretezve)
Elpárolgási és kondenzációs hőmérséklet, a tartományukkal együtt
Az utóhűtés a szelep előtt (megvan-e egyáltalán)
A lehetséges üzemi túlhevítés
Folyadékelosztó esetén: az elosztó és az elosztócsövek ellenállása,
  a csövek száma, átmérője, hossza
Belső vagy külső kiegyenlítés kell-e
A csatlakozások kialakítása

A [R2] további szempontokat ad:

• a kívánt hűtőteljesítmény essen a szelep teljesítménytartományába; fagyasztó- és sokkolókamráknál számolni kell vele, hogy az elpárolgási hőmérséklet és a teljesítmény széles tartományban mozog;
• a [R2] szerint a termosztatikus szelepek a névleges teljesítményük 25 %-áig (esetenként 15 %-áig) stabilan működnek;
• a túl nagyra választott szelep lengéshez, a túl kicsire választott megnövekedett túlhevítési zónához vezet;
• a katalógusadatokat – különösen nagyobb szelepeknél – az üzemi hőmérséklettel és a tényleges nyomáseséssel korrigálni kell.

Nyáron jó, télen kicsi – a nyomáskülönbség szerepe

A szelep áteresztése a rajta lévő nyomáskülönbségtől is függ. Ha a kondenzációs nyomás lecsökken, ugyanaz a szelep kevesebb közeget enged át.

p₀ (−10 °C)  = 2,01 bar
Nyár: p_c (40 °C) = 10,17 bar  →  Δp = 10,17 − 2,01 = 8,16 bar
Tél:  p_c (20 °C) =  5,72 bar  →  Δp =  5,72 − 2,01 = 3,71 bar

Összefoglaló kiválasztási táblázat

6.6. táblázat. Az adagolók összehasonlítása a 6.2–6.6 pont alapján. A jellemző alkalmazások tájékoztató jellegűek; a gyártó választása egy adott gépnél ettől eltérhet.

6.8 Tipikus hibák és felismerésük

A kiindulópont: szívónyomás és túlhevítés

Az adagoló hibáját ritkán látod közvetlenül. Amit mérsz, az a szívónyomás (belőle az elpárolgási hőmérséklet) és a túlhevítés. A mestervizsga-jegyzet kereskedelmi hűtőgépekre ezt a két jellemzőt párosítva adja meg a lehetséges hibaokokat; a hatósági tananyag a szívóág állapotát (fagyos vagy száraz) is figyelembe veszi. A kettőt egy mátrixba rendezve a 6.13. ábra adódik.

Alacsony szívónyomás, nagy túlhevítés – „száraz szívóág”: alultáplált elpárologtató. A [K] és a [T] szerint lehetséges okok:

• kevés a hűtőközeg (szivárgás);
• gőz a folyadékvezetékben: nagy szintkülönbség, nagy súrlódási veszteség, hosszú vagy kis keresztmetszetű vezeték, eltömődött szűrő;
• dugulás: eltömődött szárítószűrő, adagolószelep vagy fúvóka; nedvesség, szennyeződés, gyanta a szelepben; a [T] szerint az elsavasodott, nedves vagy szennyezett olajtól a szelep be is fagyhat;
• alulméretezett fúvóka vagy túl nagyra állított túlhevítés;
• az érzékelő elvesztette a töltetét (a termofejből elszökött a töltet), nem megfelelő a töltete, vagy gáztöltetnél a töltet a szelepfejben kondenzálódott;
• a külső kiegyenlítő eltömődött, elzáródott, vagy rossz helyen van;
• túl nagy az elpárologtató nyomásesése;
• túl kicsi a nyomáskülönbség a szelepen: alulméretezett elosztó vagy túl alacsony kondenzációs hőmérséklet (6.7 pont).

Alacsony szívónyomás, kis túlhevítés – „fagyos szívóág”: kevés a hőterhelés. A [T] szerint a berendezés nagyon kis túlhevítéssel vagy anélkül üzemel. Oka lehet, hogy a szelep túl sok folyadékot ad – de gyakrabban az, hogy csökkent a légáram az elpárologtatón: hibás ventilátor, eltömődött szűrő, szennyezett vagy eljegesedett elpárologtató, elzárt légút. A [K] listája ugyanezeket sorolja (kis hőterhelés, rossz légeloszlás, rossz közegelosztás, olajlerakódás az elpárologtatóban), és azt is, hogy egy másik szelep beadagolása megzavarhatja az érzékelőt. A [R2] arra figyelmeztet, hogy eljegesedett elpárologtatónál a szelep hőterhelés híján lezárhat, a kompresszor órákig alacsony szívónyomáson járhat, és közben elhordhatja az olajat.

Magas szívónyomás, kis túlhevítés: túltáplált elpárologtató. A [K] és a [T] szerint:

• a szelep túlzottan nyitva van, túlméretezett a fúvóka, vagy a túlhevítés túl kicsire van állítva;
• a szelep belül átereszt;
• az érzékelő elhelyezése hibás: rossz a hőkontaktus, vagy meleg éri (nincs szigetelve) – a szelep a valóságosnál nagyobb túlhevítést „érez”, és túl sokat ad;
• nem megfelelő töltet a termofejben;
• hibás helyre kötött külső kiegyenlítő;
• a kompresszor hibás, kis teljesítményű (ilyenkor a szelep ártatlan).

Magas szívónyomás, nagy túlhevítés. A [T] szerint ilyenkor a nagynyomású gőzoldal ereszt át a szívóoldalra – például a kompresszor valamelyik szelepe –, ami nem az adagoló hibája (17.3 pont).

Tünetek a termoszelep hibáira

A [T] 6.3.17 hibatáblázata néhány jellegzetes tünetet közvetlenül az adagolóhoz köt:

6.7. táblázat. Az adagolóhoz köthető tünetek a [T] 6.3.17 hibatáblázatából (vasúti klíma példáján, de a jelenségek általánosak).

Az elektronikus szelep hibakeresése

Az elektronikus szelepnél a hiba lehet a szelepben, az érzékelőkben vagy a vezérlésben. A [T] 6.2.4 ehhez sorrendet ad:

1. Mérd meg a túlhevítést saját műszerrel.
2. Hasonlítsd össze a berendezés érzékelőinek (a [T] szóhasználatában:
   jeladóinak) értékét a saját mérésed
   értékével. Ha eltérnek, cseréld az érzékelőt, és ellenőrizd újra.
3. Mérd meg a léptetőmotor tekercseinek ellenállását (10.7 pont).
4. Üzem közben ellenőrizd, hogy a tekercsek megkapják-e a működtető
   feszültséget.
5. Nézd meg, van-e mechanikai sérülés a szelepen.
6. Ha minden jel és feszültség rendben van, de a szelep mégsem jól
   működik, valószínűleg mechanikai hiba okozza.

Összefoglalás

• Az adagoló a kondenzációs nyomásról az elpárolgási nyomásra csökkenti a folyadék nyomását, és adagolja a közeget: annyit, amennyit az elpárologtató el tud forralni, folyadékütés nélkül. A fojtás állandó entalpiájú; a keletkező gőz annál kevesebb, minél nagyobb az utóhűtés.
• A kapillárcső egyszerű, olcsó, nem szabályoz és nem zár; állásidőben a nyomás kiegyenlítődik. A pontos töltet létfontosságú – mérlegre töltünk.
• Az automatikus szelep az elpárolgási nyomást tartja, a terhelést nem követi, ezért csak egy elpárologtatós, közel állandó terhelésű gépre való.
• A termosztatikus szelep a túlhevítést tartja: p₁ = p₀ + p_r. Az üzemi túlhevítés a statikus és a nyitási túlhevítés összege. A források számértékei eltérnek (6.3. táblázat) – a gyártói előírás a mérvadó.
• Nagy nyomásesésű elpárologtatónál és folyadékelosztó után mindig külső kiegyenlítés kell. Az érzékelő a vízszintes kilépő csövön, jó hőkontaktussal, szigetelve, a kiegyenlítő vezeték előtt legyen.
• A MOP-szelep gáztöltetével induláskor korlátozza a szívónyomást, és védi a motort a túlterheléstől.
• Az elektronikus szelep statikus túlhevítés nélkül, 1–2 K-es túlhevítéssel is tud dolgozni, kis nyomáskülönbségnél is adagol, de folyadékütés elleni védelmet és megbízható érzékelőket igényel.
• Elárasztott rendszerben úszós szabályozó tartja a folyadékszintet.
• A hibakeresés kiindulópontja a szívónyomás és a túlhevítés együttes értékelése (6.13. ábra) – de mielőtt a szelephez nyúlsz, zárd ki a töltetet, a légoldalt és az érzékelő hibáját.

Ellenőrző kérdések

1. Melyik három feladatot kell egy adagolónak ellátnia, és melyik egyszerű adagoló melyiket nem tudja?
2. Miért keletkezik gőz a fojtáskor, és hogyan csökkenthető a mennyisége?
3. Milyen előnye és milyen hátránya van annak, hogy a kapillárcső üzemszünetben nem zár?
4. Rajzold fel a termosztatikus szelep membránjára ható három nyomást! Melyik nyit, melyik zár, és mi történik, ha nő a túlhevítés?
5. Mit jelent a statikus, a nyitási és az üzemi túlhevítés? Melyiket állítod a rugóval?
6. Mikor kell külső nyomáskiegyenlítésű szelepet alkalmazni, és hová kötöd be a kiegyenlítő vezetéket?
7. Miben különbözik egymástól a léptetőmotoros, a termomotoros és az impulzusszélesség-modulált elektronikus adagoló? Miért veszélyes a „majdnem jó”, tűrésen belül tévesen mérő érzékelő?
8. A szívónyomás alacsony, a túlhevítés kicsi, a szívóág deres. Miért nem szabad azonnal a szelep állítócsavarjához nyúlni?

Tudáspróba

1. Hogyan jelenik meg a fojtás a log p–h diagramon?

• a) Vízszintes vonalként, mert a nyomás állandó.
• b) Függőleges vonalként, mert az entalpia állandó.
• c) Az izentrópa mentén, ferde vonalként.
• d) A telítési határgörbe mentén.

2. Mi történik egy kapillárcsöves hűtőgépben a kompresszor leállása után?

• a) A kapillárcső lezár, a két oldal nyomása megmarad.
• b) A mágnesszelep zár, és a kompresszor leszívja a kisnyomású oldalt.
• c) A kondenzátor nyomása tovább nő, mert a ventilátor leáll.
• d) A nagy- és a kisnyomású oldal nyomása kiegyenlítődik.

3. Melyik nyomás hat nyitó irányban a termosztatikus expanziós szelep membránjára?

• a) Az érzékelő töltetének nyomása.
• b) Az elpárolgási nyomás.
• c) A rugó nyomása.
• d) A kondenzációs nyomás a szelep bemenetén.

4. Mi az összefüggés a termosztatikus szelep háromféle túlhevítése között?

• a) Δt_st = Δt_ü + Δt_ny
• b) Δt_ny = Δt_st · Δt_ü
• c) Δt_ü = Δt_st + Δt_ny
• d) Δt_ü = Δt_st − Δt_ny

5. Egy lamellás léghűtő elpárologtatón folyadékelosztó van a szelep után. Milyen szelepet kell beépíteni?

• a) Belső kiegyenlítésűt, mert az elosztó csökkenti a nyomásesést.
• b) Automatikus expanziós szelepet.
• c) Bármelyiket, csak a túlhevítést kell nagyobbra állítani.
• d) Külső kiegyenlítésűt.

6. Hogyan reagál az automatikus (nyomástartó) expanziós szelep, ha az elpárolgási nyomás csökken?

• a) Nyit, és több közeget enged az elpárologtatóba.
• b) Zár, mert kisebb a terhelés.
• c) Nem reagál, mert csak a túlhevítésre figyel.
• d) Teljesen lezár, és leállítja a kompresszort.

7. Miért lehet az elektronikus expanziós szelep üzemi túlhevítése kisebb, mint a termosztatikus szelepé?

• a) Mert nagyobb a fúvókája.
• b) Mert csak folyadékleválasztóval együtt működik.
• c) Mert nincs szüksége statikus túlhevítésre.
• d) Mert az elpárolgási hőmérsékletet szabályozza.

8. A szívónyomás alacsony, a túlhevítés nagy, a nézőüvegben buborékok láthatók. Mi a legvalószínűbb ok?

• a) Túl nagyra választott fúvóka az expanziós szelepben.
• b) Hűtőközeghiány.
• c) Leállt az elpárologtató ventilátora.
• d) Az érzékelőt meleg éri.

(Megoldások: B. függelék.)

A fejezet forrásai