Yazı İçeriği
Bu yazımızda mekanik buhar sıkıştırmalı soğutma elemanları yazımızda behsettiğimiz termostatik genleşme valflerinin kullanım amaçlarına, seçimine, çalışma prensibine ve arızalarına kısa bir göz atalım. Bu valfleri, TEV (Thermal expansion valve) veya TXV, ya da dilimize uygun haliyle TGV kısaltmalarıyla rastlayabiliriz.
Müyendislik uygulamalarından soğutma sistemlerinde en yaygın kullanılan genleşme valfi tipi kızgınlık kontrollü valf olup genellikle termostatik genleşme valfi (TGV) olarak adlandırılır.
Termostatik Genleşme Valfi Kullanım Amacı
Bir soğutma sisteminin düzenli çalışması için genleşme cihazlarının düzgün çalışması gerekir. Isı absorbe edilmesi ve bundan dolayı soğutma etkisine sebep olan basınç düşüşünü genleşme cihazı kontrol eder.
Ölçme cihazları soğutucu gazın akışını dört tip ile kontrol eder:
- Soğutucu gazın sabitleştirilmiş bir hacimde akmasına izin vererek,
- Evaporatörde sıvı soğutucu gazın seviyesini ayarlamasıyla,
- Sistemin alçak tarafındaki basıncı kontrol ederek,
- Kangalı terk eden kızgın soğutucu gazın sıcaklığına göre,
Termostatik genleşme valfi amacı;
- Evaporatöre doğru miktarda soğutucu akışkan gönderilmesini sağlar
- Soğutucu akışkanın basıncını buharlaşma basınç ve sıcaklığına düşürür.
- Evaporatörde sabit bir kızgınlık (superheat) değeri elde edilmesini sağlar.
- Kızgın buhar halindeki soğutucu akışkanın içerisinde sıvı halde soğutucu akışkan bulunmaz. Böylece kompresöre sıvı yürümesi riski ortadan kalkar.
Termostatik Genleşme Valfi Yapısı
TGV’ler self kontrol mekanizmalı sistemlerdir. Bundan dolayı TGV’nin tipi, iğne çapı ve kuyruk şarj tipi seçimi büyük önem arz etmekte, yaz ve kış yüklerine göre kızgınlık ayarının yenilenmesi gerekmektedir.
TGV elemanları genel olarak valf gövdesi, diyafram, iğne ve yatağı, yay, ayar vidası ve kuyruk kısımlarından oluşur.
Valf evaporatör çıkışındaki sıcaklığı hisseden bir kuyruğa sahiptir. Bu kuyruk kılcal boru ile valf körüğünün üst kısmına bağlanmıştır. Hissedici kuyruk ve kılcal boru güç akışkanı olarak adlandırılan bir akışkan içerir. Güç akışkanı soğutma sisteminde kullanılan soğutucu akışkan ile benzer veya farklı olabilir. Şayet sistemde kullanılan soğutucu akışkandan farklı ise TGV “çapraz şarjlı” olarak adlandırılır.
Paslanmaz çelikten imal edilen valf iğnesi ve yatağı, valfte soğutucu akışkan kontrolünü sağlar. İğne ve yatak üzerindeki basınç farkının artması, valften geçen soğutucu akışkan miktarını arttırır.
Gövdede bulunan yay ise valfi kapatmaya çalışan kuvvetlerden biridir. İğneyi yatağa iterek valfi kapatmaya çalışır. Yay basıncı ayarı değiştirilerek evaporatördeki superheat ayarlayabilir.
TGV’lerin;
- Çalışma sıcaklığı aralıkları –60°C’den +50°C’ye kadar değişmektedir.
- Kapasiteleri yaklaşık 0,5 kW ile 1900 kW arasındadır.
- Rakor veya kaynak bağlantılı olarak temin edilebilirler.
- R134a, R404A/R507, R407C, R22, R410A vb. soğutucu akışkanlar ile çalışabilirler.
Termostatik Genleşme Valfi Seçimi
Genleşme valfi üreticileri genellikle soğutma kademesini, valfin geçirdiği akış debisi yardımıyla gösterirler. Bir miktar kapasite yedeklemek için birçok üreticiler soğutma kapasitesini valfin tam akış debisinin %75’i olarak gösterirler.
Termostatik genleşme valfi sıklıkla çalıştığı geniş sıcaklık kademesine göre adlandırılır. Örnek olarak düşük sıcaklıklı sistemler için bir genleşme valfi sadece tasarım sıcaklığında soğutucu akışkan akışını kontrol etmek için evaporatörü sıcaklığın aşağı çekilmesi esnasında uygun olarak besleyebilir.
Güç akışkanı ile evaporatör basıncı arasındaki fark 0,3 bar ise valfin tam açılması gerekir, evaporatör 5 °C çalıştığında emme hattı kızgınlığının 3K olmalıdır. Benzer bir valf bir evaporatörü –40 °C’de çalışılacak şekilde beslerse 10K kızgınlık için 0,3 bar basınç farkı sağlamak gerekir. Böylelikle düşük sıcaklık şartlarında evaporatörün önemli bir kısmı verimsiz olur. Çünkü gazın kızgınlığı için geniş bir alan gerekir. Valf üzerindeki kızgınlık ayarının düşürülmesi düşük sıcaklık şartlarında doğru olabilir. Fakat yüksek çalışma sıcaklıklarında kızgınlığın düşürülmesi sıcaklık aşağı çekilirken evaporatörden kompresöre sıvı yürümesine de neden olabilir.
Düşük sıcaklıkta çalışma problemlerinin bir çözümü bir çapraz şarjlı bir valf kullanmaktır. Örnek olarak sistemdeki akışkandan farklı bir güç akışkanı kullanılır. Güç akışkanı karakteristikleri, bütün çalışma şartlarında valfi açmak için gereken kızgınlığın sabite yakın değerde olacak şekilde seçilmelidir.
Termostatik Genleşme Valfi Çalışma Prensibi
Kompresör çalıştığında evaporatör basıncı hızlı şekilde düşer ve böylece basınç farkı kompresör çalıştıktan kısa süre sonra artar. Bunun etkisiyle kuyruktaki akışkan genleşip büzülerek diyaframın üstünde sıcaklıkla orantılı bir basınç oluşturur. Bu belli bir noktaya geldiğinde yay kuvvetini yener ve iğne seti aşağıya doğru hareket ederek açılmaya başlar.
Soğutma sistemindeki yük arttığında soğutucu akışkanın buharlaşma seviyesi artar, buna bağlı olarak kızgınlık seviyesi de artar. Kızgınlık arttığında güç akışkanının basıncı artar ve kuyruğun sıcaklığının artması iğne setini aşağı doğru daha itilerek soğutucu akışkan debisini de artırır. Bu ideal bir durumdur. Soğutucu akışkanın buharlaşma seviyesi ile yük ve genleşme valfi tarafından gönderilen soğutucu akışkan debisi orantılıdır.
Diğer taraftan sistem yükü azaldığında soğutucu akışkanın buharlaşma seviyesi azalır ve emiş basıncı düşecektir. Sonuç olarak kızgınlık değeri de azalır. Termostatik genleşme valfinde aynı şekilde diyaframın denge konumu bozulacak ve valf kısarak evaporatöre daha az soğutucu
akışkan girmesine neden olacaktır. Valfteki soğutucu akışkanın akış debisi evaporatörde buharlaşan soğutucu akışkanın buharlaşma seviyesiyle orantılıdır. Böylelikle TGV ile kompresör arasında daima bir denge kurulur.
Durma anında ise evaporatör sıcaklığı oda sıcaklığına yaklaşır ve kızgınlık değeri sıfır olur. Güç akışkanı ile soğutucu akışkan basınçları eşitlenir ve böylelikle küçük bir artık yay kuvveti iğneyi yukarı doğru iter ve TGV’yi kapatır. Şayet TGV çapraz şarjlı veya durma konumunda küçük bir kızgınlık değeri mevcutsa TGV durma konumunda kapalı kalacaktır.
Dıştan Dengelemeli Termostatik Genleşme Valfi
TGV’nin kontrolü evaporatördeki sıcaklığa bağlı yapılmaz, fakat evaporatörden ayrılan soğutucu akışkan buharının kızgınlığının değerine göre yapılır. Genellikle de sıvı hattında evaporatörün girişine monte edilir.
Evaporatörün büyük ve girişi ile çıkışı arasında yaklaşık olarak 15 kPa’dan daha fazla bir basınç düşümü varsa, ayrıca basınç kaybının önemli olduğu durumlarda basınç bağlantısı evaporatör çıkışına bağlanır. Bu bağlantıya basınç dengeleme hattı denir. Bu durumda valf dıştan dengelemeli TGV olarak aksi takdirde içten dengelemeli TGV olarak adlandırılır.
Dıştan dengeleme kullanılması gereken bir durumda, içten dengelemeli bir TGV’nin kullanılması halinde valf kısacak ve evaporatöre olması gerekenden daha az soğutucu akışkan girişi olacaktır.
Hissedici Eleman (kuyruk) Montajında Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar
• Kuyruk, emiş hattına ve evaporatöre mümkün olduğunca yakın bir noktaya monte edilmelidir.
• Emiş hattı temiz ve düz olmalıdır. Eğri bir boru üzerine monte edilen kuyruk, sıcaklığı doğru olarak hissedemeyeceğinden dolayı TGV’nin doğru çalışmamasına sebep olacaktır.
• Kuyruk, gevşek olarak takılmamalı, metal kelepçeler ile kullanılmalıdır.
• İmalatçının montaj önerileri dikkate alınmalıdır.
• Küçük çaplı emiş hatlarında kuyruk, borunun üstüne monte edilmelidir.
Termostatik Genleşme Valfi Arızaları
Herhangi bir mevsimde ayarlanan kızgınlık değerleri yüke bağlı olarak zamanla değişmektedir. Bu değişimler iki farklı soruna neden olabilir.
Yukarıda bahsedilen bu ideal denge durumu küçük yük artışlarında geçerlidir, yük değişimi çok büyüdüğünde valf bu oransallığı koruyamaz. Yük keskin olarak azaldığında TGV kızgınlık değerini koruyamaz ve sıvı yürümesi oluşur. Bu durumda yağ köpürmesi ve sıvı vuruntusu gibi problemlerden dolayı mekanik kompresör arızaları oluşur.
Tersi durumda yük çok aşırı şekilde arttığında kızgınlık da arttığı için gaz soğutmalı (hermetik) kompresörlerin sargılarının aşırı ısınıp yumuşamasına ve sargı yanıklarına neden olur. Ayrıca yüksek kızgınlıkta çalışma, evaporatörün ve dolaysısıyla soğutmanın verimini düşürür.
Bu her iki durumun önlenebilmesi için yükün mevsimlere bağlı olarak çok fazla değiştiği soğuk depolarda TGV kızgınlık ayarı yaz/kış mevsimlerine göre yenilenmelidir.
Termostatik Genleşme Valfi Kullanan bir sistemde karşılaşılan durumlar?
Kızgınlık ayar yayı kırılırsa?
Termostatik Genleşme Valfinde iki kuvvet var: Valfi açmaya çalışan kuyruk basıncı ve kapamaya çalışan evaporatör basıncı ek olarak kızgınlık ayar yayı basıncı. Eğer yay basıncı olmazsa valf açık kalacak ve kompresöre sıvı soğutkan girecektir.
Kuyrukta mikroskobik boyutta bir kaçak olursa?
Sızıntı az ise, kızgınlık kademeli olarak artabilir veya evaporatöre kademeli olarak daha az akışkan gelir. Bu, ilk başlarda kızgınlık ayar yayı gevşetilerek ortadan kaldırılabilir. Bu önlem tabii ki geçicidir.
Kuyrukla bağlandığı boru arasında metal oksidasyonu meydana gelirse?
Kuyruk, temiz, parlak ve düz bir bakır boru üzerinde sıkıca bağlanmalıdır. Aksi takdirde valf sıvı taşımasına neden olabilir.
TGV içindeki dıştan dengeleme bölümü ile genleşme bölümü arasında kaçak olursa?
Evaporatördeki basınç düşümü az ise bu durumun tüm sistem üzerindeki etkisi az olacaktır. Ancak basınç düşümü fazla ise sıvı akışkan, dıştan dengeleme hattı vasıtasıyla evaporatörü by-pass ederek emiş hattına taşacaktır. Eğer bu sıvı emiş hattına ters yönde akacak olursa valfi tıkayabilecektir. Dıştan dengeleme hattı normal çalışma süresince asla karlanmamalı ve aşırı soğuk olmamalıdır.
Eğer düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılan bir TGV klima cihazına takılırsa?
Evaporatöre akışkan gitmeyecek ve emiş basıncı çok düşecektir. Alçak basınç otomatiği muhtemelen devreyi açacaktır. Aksi takdirde kompresör sargıları yanabilir.
İğne ile yatağı arasında kaçak başlarsa?
Eğer kaçak çok fazla ise akışkan emiş hattına taşacaktır. Aksi durumda sistemin çalışması esnasında az bir etkisi olur. Bununla beraber sistem durduğunda yüksek basınçlı akışkan alçak tarafa akacaktır. Basınç kontrollü bir sistem sık sık durup çalışacak, evaporatör serpantini ısınacaktır.
Bir R12 valfi R22 akışkan kullanan bir sisteme takılırsa?
Kuyruk içindeki basınç, kuyruğun bağlandığı yerdeki akışkanın (R22) basıncından oldukça düşük olacağından, valf bataryaya yeterli akışkan göndermeyecektir. Böylece emiş basıncı düşük kalacaktır.
Sıvı şarjlı bir TGV, ısı pompasına monte edilirse?
Sistem ters çevrimde (reverse cycle) çalışırken kuyruk içinde yüksek basınç oluşacaktır. Örnek olarak, kuyruğu basma hattına bağlı sıvı şarjlı bir valfte 450-500 Psig civarında bir basınç söz konusudur. Bu da valfi tahrip eder.
Sıvı akışkan emiş hattında takılıp kalıyorsa?
Basınçta büyük iniş çıkışlar olacaktır. Sıvı akışkan bu hatta her takılıp kaldığında valf kısılacak ve emiş basıncında hızlı bir düşüş meydana gelecektir. Her ne zaman sıvı buharlaşırsa yeni bir birikme bunu izleyecektir. Çünkü evaporatör sıvı ile doludur. Emiş basıncı 5-10 Psig veya daha fazla oynayacaktır. Bununla beraber aynı sonuçlar, valf gereğinden büyük, küçük olduğunda veya kızgınlık yanlış ayarlandığında da ortaya çıkacaktır.
Dış hava direkt olarak kuyruk üzerine üflenirse?
Valf sıvı taşmasına neden olabilecektir. Taşmanın bir miktarı valf ayarlanabilerek giderilebilse de en iyi yol kuyruğu izole etmektir.
TGV’nin ilerisine bir solenoid valf takılırsa ve kompresör çalıştığı halde hala kapalı kalırsa?
Valf açacaktır. Basınç ne kadar düşerse valf o kadar açılacaktır. Bu her gaz toplama işleminde (pump down) tekrarlanacaktır. Valf basınç düşük kaldığı sürece açık kalmaya devam edecektir.
Sistem çalışırken yüksek basınçlı akışkan dıştan dengeleme hattına girerse?
Valf kapayacaktır. Dıştan dengeleme hattına üç yollu solenoid valf takıldığında kullanılan bir prensiptir. Böylece TGV’yi kapamak amacıyla diyaframın altına yüksek basınçlı sıvı tatbik edilir.
Evaporatör fan motoru durursa?
Evaporatördeki ısı yükü ortadan kalkacak ve emiş basıncı oldukça düşecektir. Sıvı akışkanın taşma tehlikesi de ortaya çıkacaktır (slugging).
Kuyruğun berisinde bir ısı değiştirgeci varsa?
Valf ısı değiştirgecinden dolayı daha yüksek sıcaklık hissedecektir. Bu durum evaporatörde sürekli sıvı taşmasına sebep olacak ve muhtemelen ortam sıcaklığı arzu edilenin altında kalacaktır.
Eğer TGV gövdesi kuyruğundan daha soğuk oluyorsa?
Bu durum yalnızca valf ortam içine yerleştirildiğinde gerçekleşir. Böylece valfin açma basıncı düşecek ve yüke oranla daha az akışkan evaporatöre gönderilecektir.
Çoklu evaporatörlü sistemde valflerden birinin kızgınlığı 10 °C’ye ayarlıyken diğerleri 6 °C’ye ayarlanırsa?
10 °C kızgınlığa ayarlı valf, az akışkan gönderirken 6 °C kızgınlıktaki sistem normal çalışacaktır. 6 °C valflerdeki basınç düşümü (hepsi aynı anda besleniyor) 10 °C valfe gidecek olan akışkana engel olacaktır.