متداولترین وسایل انبساط بقرار زیر می باشند :
1- لوله مویی
2- شیر انبساط
3- شیرهای شناور قسمت كم و فشار زیاد
4- شیر انبساط فشار ثابت
لوله مویی
تقریبا" تمامی سیستمهای كوچك تبرید تراكمی ، از لوله مویی بعنوان وسیله انبساط استفده می نمایند . استفاده از لوله مویی ، امروزه در واحدهای بزرگتر ( تا5 اسب بخار ) نیز متداول گشته است . قطر لوله مویی فوق العاده كوچك بوده و رقمی در حدود 5/0 تا 2/5 میلی متر وطول آن در حدود 5/0 تا 5 متر ، می باشد . هزینه بسیار كم وسادگی فوق العاده آن ، استفاده لوله مویی را بسیار متداول گردانده است . مایع مبرد وارد لوله مویی گشته و بخاطر وجود اصطكاك ، از فشار آن كاسته شده وبخشی از مایع تبدیل به بخار می شود .وقتیكه اندازه و طول مویی انتخاب شد ، دیگر نمی توان لوله مویی رادر مقابل نوسانات فشار خروجی و ورودی وبار سیستم ، تنظیم كرد . چون قطر لوله مویی فوق العاده كم است ، باید دقت زیادی بعمل آید تا از مسدود شدن آن به وسیله كثافات ، یخ واملاح رسوبی ، جلوگیری شود.
در شكل 1-9نمایش منحنی دما – فشار لوله مویی را ملاحظه می نمایید .كاهش ناگهانی دمای مایع در لوله مویی ، كه بوسیله منحنی AB نشان داده شده شده است ، در نتیجه تبادل سرما با گاز ورودی ، صورت گرفته است . افزایش دما از نقطه تاC بخاطر این است كه لوله در معرض هوای گرمتر محیط قرار میگیرد .
نقطه C مهمترین نقطه بر روی منحنی است كه نقطه حباب با دمای فلاش نامیده شده وآن دمایی است كه فشار در آن دما ، تا فشار اشباع كاهش می یابد . از نقطه C تا نقطه D ، و فشار در حالت اشیاع كاهش می یابند .قسمت E تا C بصورت خطی بوده ونشان می دهد كه جریان مایع ، توام با اصطكاك می باشد .

3-9- اتصال كمپرسور و لوله مویی
كمپرسور باید بتواند همان مقداری مبردی را كه در لوله مویی به اواپراتور تحویل داده از اواپراتور ، دریلفت نماید . در شكل 2-9 تغییرات مقدار جریان مبرد در كمپرسور و لوله مویی را نسبت به به فشار متغییر مكش ، ملاحضه می نمایید. در فشارهای زیاد كندانسور،مقدار جریان مبرد از میان لوله مویی ، بعلت اختلاف فشار زیاد در آن ، افزایش می یابد .در این شكل همچنین تغییرات مقدار جریان مبرد در كمپرسور ، در دماهای مختلف تلغیظ ، نشان داده شده است . برای مثال ، در دمای 30 در جه سانتی گراد تغلیظ در یك فشار معین مكش ، بمقدارمساوی ، مبرد از لوله مویی و كمپرسور ، جریان می یابد . یك چنین نقطه ای با حرف B در شكل نشان داده شده است . همینطور در دمای 40 C و 50Cبترتیب نقاط B وA نقاط اتصال هستند .

قابل توجه است كه یك چنین فشار مكشی را نمی توان به آسانی برای لوله مویی و كمپرسور انتخاب كرد زیرا با اواپراتور و انتقال حرارت می یابد در نظر گرفته می شوند . اگر این مسئله در نظر گرفته نشود ، اواپراتور ممكن است بیشتر و یا كمتر از اندازه مناسب ، تغذیه شود . اگر فشار مكش زیاد باشد .، ولوله مویی نتواند به اندازه كافی مبرد تحویل اواپراتور دخد ، اواپراتور در نتیجه عدم تغذیه كافی ، آسیب می بیند . در شكل 3-9 یك نقطه تعادل برای یك فشار تغلیظ مشخص ، برای لوله مویی وكمپرسور ، با فشار مكش ، ملاحظه می نمائید .

اگر بار اواپراتور افزایش یابد ، مبردی كه می باید سرد شود ، با دمای بیشتر از اوپراتورخارج گشته وبنابراین دما و فشار مكش به اندازه دما وفشار در نقطه 2 ، افزایش می یابند . در این فشار مكش ، ظرفیت كمپرسور افزایش یافته و كمپرسور قادر است مقدار بیشتری مبرد از اواپراتور ، بمكد ، اما لوله مویی نمی تواند این مقدار افزایش مبرد را برای اواپراتور ، تامین نماید ومنجر به عدم تغذیه كافی اواپراتور می گردد . بنابراین یك عامل اصلاح كننده برای اعاده تعادل ، بكار امده ومایع به كندانسور باز می گردد. این حالت در كندانسورهائیكه دارای انباره نیستند ، اتفاق می افتد . پس سطح تقطیر در كنداسوركاهش یافته ودر نتیجه فشار كندانسور بالا می رود . وقتی كه فشار كندانسور بالا رود ، ظرفیت كمپرسور كاهش یافته ومقدار جریان در لوله مویی افزایش می یابد و درنتیجه تعادل بر قرار میگردد.
اگر بار اوپراتور كاهش یابد ، دما وفشار مكش تا نقطه 3 كاهش می یابند . در این وضعیت ، لوله مویی بیشتر از اندازه ، مبرد تحویل اواپراتور به كمپرسور سرازیر شده وباعث آسیب رسیدن به كمپرسور می شود .
حالت تعادل هنگامی پیش می آید كه قدری گاز وارد لوله مویی شده وباعث كاهش مقدار جریان مبرد گردد. در این وضعیت ، حالت تعادل در نقطه 4 صورت می گیرد ، اما یك چنین نقطه تعادلی ، باعث كاهش تاثیر سرمازایی میشود ، زیرا حالت مبردی كه وارد لوله مویی می شود ، مخلوطی از مایع وگاز می باشد ( شكل 4-9)در حقیقت مایع در ابتدای لوله مویی در حالت بسیار سرد شده قرار دارد وبعد از انبساط كه تقریبا" بصورت انتالپی ثابت صورت می گیرد ، مبرد در حالت خشك وارداواپراتور میگردد. موقعیت لوله مویی را در یك واحد برودتی در 5-9 ملاحظه می نمائید. لوله مویی بعنوان وسیله كنترل ، در هنگام زمان توقف ، مانع جریان مبرد ، نمی گردد.



قسمت فشار زیاد وقسمت فشار كم ، در لوله مویی ، گرایش را به تعادل می نمایند پس مایع باقی مانده در كندانسور ، تاشروع مجدد واحد ، به اوپراتور جریان می یابد . تغذیه لوله مبرد در لوله مویی باید فقط با اندازه ی باشد كه بتواند احتیاجات اوپراتور را برآورده سازد . اگر مبرد بیش از اندازه تغذیه شود ، مقدار اضافی آن به كندانسور باز گشته وباعث كاهش سطح موثر بر تغلیظ و در نتیجه افزایش فشار كندانسور در زمان ، می شود این بنوبه خود باعث افزایش مقدار جریان مبرد از میان لوله مویی می گردد . نكته مهم اینست كه توجه داشته باشیم كه تمام مایع اضافی در كندانسور در زمان توقف واحد .، به اوپراتور وارد می شود . این مقدار مایع ، بسرعت اوپراتور را گرم كرده ومنجر به ذوب شدن برفكهای اواپراتور می گردد.
4-9 شیر تنظیم حرارتی انبساط
این نوع وسیله انبساط ، امروزه بعنوان یك از متداولترین ومناسب ترین وسیله انبساط در واحدهای برودتی ،شناخته شده است . این نوع شیر انبساط بر اساس اصل درجه ثابت فوق العاده گرمی خروجی اواپراتور ، عمل می نماید و این باعث می شود كه اوپراتور ، صرف نظر از بار ، كاملا" از مبرد پر شده وهیچگونه مبردی به كمپرسور سرازیر نشود. بخاطر توانایی آن در تحمل تغییرات بار ، این نوع شیر انبساط در سیستم هائیكه بار دائما" تغییر می نماید ، بكار برده میشود . در شكل 6-9 تصویر گویایی از یك شیر تنظیم حرارتی انبساط را ملاحظه میكنید.
طرز عمل:
بالن كوچكی كه حاوی مبرد است ، از یك طرف از طریق یك لوله مویی به دیافراگم راه داشته واز طرف دیگر به خروجی اوپراتور متصل می باشد . دمای مخلوط بخار – مایع اشباع شده با دمای گاز فوق العاده گرمی كه در محل این اتصال ، از اوپراتور خارج می شود ، برابر است . فشار مبرد در بالن ، باعث باز شدن شیر می شود . این فشار ، توسط فشار ناشی از غنر و همچنین فشار اوپراتور ، متعدل می گردد . بنابراین سه نیروی مستقل كه عبارتند از نیروی ناشی از فشار اوپراتور ، نیروی ناشی از تركم فنر ونیروی ناشی از مخلوط بخار مایع در بالن ، با یكدیگر عمل می نمایند . فرض كنید اوپراتور حاوی فریون 12 بوده و دمای آن 5- C وفشار در این دما برابر با P=2.602KG/CM باشد . همچنین فرض كنید كه پیچ تنظیم ، فشاری برابر با P=0.4863 KG/CM را اعمال نماید . بنابراین كل فشاری كه سعی در بستن شیر می نماید . برابر با
P+P=2.6602+ 0.1465kg/cm
افت فشار ناشی از اصطكاك در اواپراتور را میتوان ناندیده گرفت ، بنابراین همانگونه كه در شكل مشاهده میشود ، دما وفشار در اواپراتور ، بجزقسمتی كه حالت فوق العده گرمی اتفاق می افتد ، یكسان می باشند. در شكل فوق ، مقدار فوق العاده گرمی برابر با 5 درجه سانتی گراد و p=p+p=3.1465 دمای اشباع در این فشار برابر صفر درجه سانتی گراد ویا برابر با دمای گاز فوق العاده گرم اواپراتور ، می باشد. پس دیافراگم در نقطه توازن ودر شرایط تعادل ، قرار دارد . هر تغیری در درجه فوق العاده گرمی گاز خروجی از اواپراتور ، باعث تغییر موقعیت شیر می گردد . اگر درجه فوق العاده گرمی كمتر از 5 درجه سانتی گراد شود مجموع فشار اواپراتور وفشار فنر ، از فشار اعمال شده توسط بالن ، بیشتر شده ودر نتیجه شیر بسته شده وجریان مبرد به اواپراتور قطع میگردد. تا هنگامیكه درجه فوق العاده گرمی به مقدار اولیه خود باز نگردد، شیر همچنان بسته خواهد ماند . اگر درجه فوق العاده گرمی بیشتر شود، عمل عكس انجام خواهد گرفت . باید توجه دااشت كه وضعیت تعادل را می توان با تنظیم پیچ تغییر داد .
5-9- شیر انبساط برون تعادلی
عملا" به هنگام جریان مبرد در اواپراتور ، فشار كاهش خواهد یافت . اگر این افت فشار ناچیز باشد ، شیر اتنبساط درون تعادلی كه در شكل 6-9 ملاحظه نمودید ، كارساز خواهد بود .اما اگر افت فشار قابل ملاحظه باشد شیر تنظیم حرارتی انبساط از نوع برون تعادلی كه در شكل 7-9 مشاهده میكنید ، نسبت به نوع درون تعادلی ، برتری خواهد داشت .


بعلت افت فشار در اواپراتور ، دمای اشباع نیز كاهش خواهد یافت . پس، فشار ودمای تبخیر در محل ورودی اواپراتور ، بیشتر از فشار ودما در محل خروجی ( قبل از قسمت مافوق گرمی) می باشد . این وضعیت به درجات بیشتر مافوق گرمی ، برای نقطه تعادل دیافراگم ، نیاز دارد . همچنین بیشتر سطح اواپراتور ، صرف مافوق گرمی شده و این مسئله ، سرمازایی را كاهش می دهد . پس در این وضعیت ، یك شیر برون تعادلی، همانگونه كه در شكل 7-9 نشان داده شده است ، بكار برده میشود .






فرض كنید اواپراتور حامل فریون 22 توسط یك شیر تنظیم حرارتی انبساط از نوع درون تعادلی ، تغذیه شده و فشار ودمای اشباع در محل ورودی اواپراتور ، بترتیب
-5 p=2.6602 درجه سانتی گراد ، باشند. این فشار توسط دیافراگم ، اعمال می شود . اگر فنر فشار p=0.4836 را اعمال نماید ، بالن باید فشاری برابر با p= 3.1465 را اعمال نماید . اگر در اواپراتور ، افت فشار وجود نداشته باشد ، درجه مافوق گرمی برابر با 5 درجه سانتی گراد ، خواهد بود . اما ، همانگونه كه در شكل 7-9 ملاحظه مینمایید ، اگر افت فشار برابر با 2.4833kg/cm باشد ، دما در این فشار ، برابر با 7- درجه سانتی گراد خواهد بود . پس برای اینكه دمای صفر درجه مورد نیاز در محل اتصال بالن ، تامین شود ،7+ درجه سانتی گراد در محل ورودی قسمت مافوق گرم ، مورد نیاز خواهد بود ، در نتیجه حالت مافوقی گرمی ، زودتر از حد معمول در اواپراتور شروع شده وباعث كاهش ظرفیت اواپراتور میشود . این عیب توسط یك شیر برون تعادلی ، بر طرف میگردد. در این طرح ، فشار در محل خروجی اواپراتور ، بر دیافراگم اعمال شده ودیافراگم از ورودی اواپراتور جدا میشود . پس افت فشار در اواپراتور بی اثر میگردد.
6-9- عملكرد شیر تنظیم حرارتی انبساط
سیال موجود در بالن ولوله اتصال ، حجم ثابتی را اشغال مینمایند . پس رابطه فشار – دما برای این سیال ، از تحول در حجم ثابت پیروی می نماید . (شكل8-9)
دما در فشار اعمال شده توسط سیال بالن ، برابر با دمای اشباع در نقطه aمی باشد . تا نقطه b دما وفشار سیال در بالن ، افزایش می یابند . در نقطه b ،تمام سیال در بالن ، تبخیر شده ودر حالت خشك اشباع ، قرار دارد .این نقطه ، نقطه خشك شیر تنظیم حرارتی انبساط ، نامیده میشود . افزایش بیشتر دما ، باعث افزایش ناچیز در فشار خواهد گشت وچون ، از این مرحله به بعد ، افزایش چشمگیری در فشار بالن مشاهده نمیشود وشیر از این به بعد باز نخواهد شد واین حالت در حداكثر فشار كاری اواپراتور اتفاق می افتد .


شیر انبساط ، علاوه بر تنظیم جریان مبرد برحسب باید بتواند در هنگام توقف دستگاه ، نیز جریان سیال را كنترل نماید.
یكی از طرق برطرف نمودن این عیب در دماهای پائین ، استفاده از شیر با شارژ متفاوت می باشد . در این نوع شیر انبساط ، سیال بالن اواپراتور ، فرق می كند خصوصیات سیال بالن باید مشابه خصوصیات دیگر مبردها ، باشد بطوریكه یك درجه مافوق گرمی گاز ورودی ، یك واحد اختلاف فشار بین فشار اواپراتور وفشار بالن ، بوجود آورد
7-9- شیر انبساط خودكار یا شیر فشار ثابت
در شكل 11-9 یك شیر انبساط خودكار ملاحظه می كنید . این شیر بر اساس ثابت نگاهداشتن فشاری معین در اواپراتور تویط تنظیم فنر ، عمل می نماید . ثابت نگاهداشتن فشار اواپراتور ، توسط دو نیروی متضاد به نامهای فشار اواپراتور وفشار فنر تحقق می یابد . فشار اوپراتور سعی در بستن شیر ، در حالیكه فشار فنر سعی در بازكردن آن ،می نمایند.

فرض كنید فشار اواپراتور كمتر از فشار تعیین شده فنر ، بشود در نتیجه شیر باز شده وجریان مایع به اواپراتور صورت گرفته وباعث سرد شدن سطوح اواپراتور ، میگردد .وقتیكه این عمل ادمه پیدا می كند ، سطوح بیشتری از اواپراتور سرد شده وتبخیر بیشتری از مایع صورت می گیرد ودر نتیجه فشار اواپراتور بالا رفته وبا فشار ناشی از فنر ، متعادل میگردد. اگر فشار اواپراتور بیشتر از فشار فنر گردد ، شیر شروع به بستن شدن كرده ودر نتیجه مبرد كمتری به اوپراتور وارد شده واین باعث كاهش سطوح موثر اواپراتور می شود. این عمل تا هنگامیكه فشار اوپراتور مساوی با فشار فنر نگردد، باعث كاهش فشار در اواپراتور می شود . وقتیكه دستگاه متوقف گردد، فشار اواپراتور افزایش یافته وباعث بسته شدن شیر میشود .
وقتیكه دستگاه دوباره شروع بكار كردن مند ،عمل مكش در اواپراتور آغز شده ودر نتیجه فشار آن كاهش یافته و به مقدار كمتر از فشار فنر رسیده ونتیجتا" جریان مبرد از میان شیر ، دوباره صورت می گیرد .
عیب اساسی شیر انبساط خودكار ، راندمان كم ان در مقایسه با شیر تنظیم با شیر تنظیم حرارتی انبساط ، می باشد . در موقع نصب اجزاء مختلف یك سیستم برودتی ، همنگامیكه مسئله اتصال اواپراتور كمپرسور به میان آید ، برای جلوگیری از نوسانات فشار در اواپراتور ، باید مقدارتبخیر مبرد حتما" ثابت نگاهداشته شود . پس نمیتوان بدون كاهش راندمان ، نوسانات بار را مورد توجه قرار داد .
وقتی كه بار اواپراتور سنگین باشد ، و ظرفیت انتقال حرارت در هر واحد سطح اوپراتور ، زیاد باشد ، همانگونه كه در شكل 12-9 ملاحظه می نمائید برای اینكه سطح مفید اواپراتور محدود شود ، جریان مبرد متوقف میگردد.


كم شدن بار ودر نتیجه ظرفیت كم انتقال حرارت در هر واحد سطح با باز شدن


شیر وافزایش سطح مفید اواپراتور ، صورت می گیرد . شكل ( 13-9).
بعلت پائین بودن راندمان در شرایط سنگینی بار ، شیر انبساط خودكار ، معمولا"در واحدهای كوچكی كه دارای بار نسبتا"ثابتی هستند ، بكار می رود .
8-9- شیرهای شناور
شیر شناور فشار كم: شیر شناور كم ، برحسب مقدار مبرد خروجی از اواپراتور به كمپرسور ویا مقدار تبخیر مبرد در اواپراتور ، با تنظیم جریان مبرد به اواپراتور سطح مایع را در اواپراتور ، ثابت نگاه میدارد . اگر بار سرمایی افزایش یابد ، دما وفشار اواپراتور بالا رفته ودر نتیجه كمپرسور موقتا" مبرد بیشتری را از آنچه كه شیر تحویل اواپراتور میدهد ، پمپ می كند . در این هنگام ، برای اینكه سطح مایع ثابت نگاهداشته شود ، شیر باز میشود . اگر بار سرمایی كاهش یابد فشار اواپراتور پائین آمده وكمپرسور مقدار كمتری مبرد را پمپ نموده ودر نتیجه سطح مایع در مخزن شیر افزایش یافته وشیر بسته می شود . باید توجه داشته كه این نوع شیر ، همیشه سطح مایع را در اواپراتور بمقدار مورد نیاز ، بدون در نظر گرفتن دما وفشار اواپراتور ، ثابت نگاه میدارد . این نوع شیر را میتوان مستقیما" در اواپراتور ویا در مخزنی خارج از واحد ، نصب كرد . در شكل 14-9 شیر شناور فشار كم را ملاحظه مینمائید .
شیر شناور فشار زیاد
شیر شناور فشار زیاد نیز همانند شیر شناور فشار كم ، سطح مبرد را در اواپراتور ثابت نكاه میدارد . تنها فرقی كه این شیر باشیر قبلی دارد ، اینست كه این نوع شیر درقسمت فشار زیاد نصب شده و با ثابت نگاه داشتن سطح مایع در مخزن ، مقدار مبرد ورودی به اواپراتور را كنترل میكنید. مقدرا تلغیظ مبرد در كندانسور ومقدار تبخیر آن در اواپراتور بوسیله شیر شناور فشار زیاد با تنظیم سطح مایع ودر نتیجه باز وبسته شدن سوزن شیر ، تنظیم میگردد . برای اینكه مقداركنترل بیشتری بر انبساط مایع مبرد صورت گیرد ، یك شیر فشار شكن نیز ، همانگونه كه در شكل 15-9 نشان داده شده است ، در مدار میرود.
شیرهای انبساط و الكتریكی : مطابق شكل 13-17 شیر انبساط الكتریكی برای كنترل عدم وجود مایع در جریان خروج اواپراتور از یك ترمیستو ر كمك میگیرد . هنگامی كه مایع وجود نداشته باشد درجه حرارت ترمیستور افزایش یافته ومقاومت آن را كاهش داده وجریان بیشتری از گرمكن داخل شیر عبور می كند . بنابراین شیرهای باز شده ودبی مبرد را افزایش می دهد . یكی از كاربردهای شیر انبساط الكتریكی در پمپها ی حرارتی می باشد كه جهت دبی مبرد به منظور تعریض گرمایش وسرمایش معكوس میشود. چون كنترل این شیر مستقل از فشار مبرد است ، جریان در شیر انبساط الكتریكی ممكن است در هر جهتی باشد .
شكل 13-15 : مشخصات فشار – در جه حرارت برای سیال مولد از نوع مبرد 22كه كار آن نیاز به مقدار مافوق داغ بیشتری دارد.

شكل 13-16 : درجه حرارت سیال مولد و اواپراتور در یك شیر انبساط ترموستاتیك .
13-13 . كاربرد – چون آزادی كمی انتخاب دستگاه انبساط وجود دارد ، در صورت بزرگتر .كوچكتر از حد بودن تاسیسات ، كار آن با اشكال مواجه خواهد شد . یك شیر انبساط بزرگتر از اندازه ، اغلب باعث پر خورانی شده وممكن است موجب رفتن مایع از اوپراتور به داخل كمپرسور شود. شیر خیلی كوچك ، مایع كافی به اواپراتور نمی رساند و ایجاد نقطه تعادل در فشارهای پایین مكش ، ظرفیت سیستم را كاهش می دهد .
هنگام كار در زمستان فشار تبخیر در سیستمهای به كار برنده برج خنك كننده ، كندانسور تبخیر یا هوایی افت میكندو اختلاف فشار در شیر احتملا" كافی نخواهد بود . برای ایجاد تعادل در جریان ، فشار مكش باید به منظور ایجاد اختلاف فشار لازم افت كند پایین فشار تقطیر ظرفیت را بالا خواهد برد وپایین بودن فشار مكش ظرفیت را كاهش خواهد داد . برخی مواقع فشار تقطیر باید در زمستان به صورت كاذب بالا نگه داشته شود تا شیر انبساط اواپراتور را به صورت مناسب تغذیه كند . خطر دیگر در هنگام كار موتور كمپرسور بسته در فشار های ورودی ودبی پایین این است كه موتور به اندازه كافی خنك نمی شود و می سوزد . چون بخار با مایع ورودی شیر مخلوط می شود ، نرسانیدن مبرد كافی به اواپراتور مساله ای غیر عادی نیست . حجم مخصوص زیاد بخار در مقایسه با مایع بدین معناست كه شیر به تنهای می تواند بخار را با حداكثر با دبی جرمی معادل مبرد مایع از خود عبور دهد . دو علت عمده از بین رفتن آبندی مایع در شیر عبارت است از : 1- پركردن غیر كافی مبرد2- ارتفاع زیاد شیر انبساط روی كندانسور یا گیرنده ( ریسیور ) . اگر شیر بالاتر از كندانسور یا گیرنده قرار داشته باشد ، اختلاف ارتفاع استاتیك ممكن است فشار را درشیر به اندازه كافی برای تبخیر قسمتی از مایع به بخار كاهش دهد . برخی مواقع مبدل حرارتی مایع به بخار این ایراد را برطرف می كند .