وقتی بحث فریون‌ها و یا آمونیاک پیش می‌آید اولین چیزی که به ذهن انسان خطور می‌کند سیستم‌های برودتی می‌باشد. اینجا هم دقیقا چنین چیزی صادق است. در اینجا منظور از شیرآلات آمونیاکی و فریونی شیرهای انبساط و کنترل هستند که در سیکل‌ها نقش مهمی دارند و جزو تجهیزات ضروری در سیستم‌های برودتی هستند. با این حال در ادامه به این دو شیر می‌پردازیم تا با نوع کارکرد و تفاوت‌های آن‌ها آشنا شوید.

قبل از آن باید در نظر داشته باشید که منظور از شیرآلات در سیستم‌های ترمودینامیکی دقیقا چه چیزهایی هستند. در پایین انواع شیرآلات آورده شده است:

• شیر قطع جریان
• شیر رگولاتور یا تنظیم
• شیرهای دما و فشار
• خط مایع
• شیر صافی (متخلخل)
• شیر چک
• شیر اطمینان
• ترموستات‌‌ها
• شیر انبساط ترموستاتیکی
• شیر انبساط الکتریکی

حالا می‌توانید از این شیرها با هر نوع مبردی استفاده کنید و هر کدام باید ویژگی‌های خاص خود را دارند تا بتوان آن‌ها را کنترل کرد.

شیرآلات آمونیاکی

آمونیاک به عنوان مبرد در بسیاری از سیکل‌های تبرید حضور دارد. سیکل تبرید جذبی به طور کلی بر مبنای ساختار واکنشی آمونیاک پایه‌گذاری شده است. شیرآلات آمونیاکی نیز مطابق این مکانیزم و برای کنترل مقادیر آمونیاک در سیکل به کار می‌رود. اصولا نوع مبردی که این شیرها کنترل می‌کنند تعیین‌کننده‌ی نام آن‌هاست. این شیرها دارای سوئیچ‌های تغییر وضعیت‌ هستند که با جریان سیال باز یا بسته می‌شوند. فشار و جریان جرم عامل اصلی تنظیم این شیرها می‌باشد.

جریان جرم مبرد یعنی آمونیاک هنگام عبور از شیرهای انبساط و یا شیر تنظیم با توجه به میزان فازهای مختلف بخار و مایع آن تعیین می‌کند که چه مقدار فشار را برای خروج تامین کند. در سیکل تبرید شیر انبساط باید فشار متناسب با اواپراتور را تامین کند و برای این کار از جریان جرم و دبی مایع و بخار این فشار را تنظیم می‌کند. در ضمن دما هم طی این عملیات تغییر می‌کند چون فاز بخار به طور کلی از شیر انبساط خارج نمی‌شود و صرفا مایع وارد اواپراتور می‌شود.

شیرآلات فریونی

شیرآلات فریونی برای کنترل جریان فریون‌ها به کار می‌رود. فریون‌ها یا هالوکربن‌ها که مبردهای اولیه سیستم‌های تبرید بوده‌اند بیشتر در سیستم‌های تبرید تراکمی کارکرد دارند و شیرآلات مخصوصی برای کنترل این مبردها وجود دارد. تنها تفاوت این شیرآلات با نوع آمونیاکی آن‌ها در نوع مبرد و سیستم کنترل آن‌هاست.

در یک سیستم انبساط مستقیم، سرعت مبرد در لوله‌ها و کویل‌های اواپراتور و خط‌ِ مکش بسیار مهم است و عملکرد درست شیر انبساط برای ایجاد این سرعت بسیار اساسی است. سیستم عملکرد این شیرها هم مبتنی بر جریان جرم است و تنها تفاوت آن در سایز و نوع لوله‌های استفاده شده است.

فضای داخلی این شیرآلات باید یک محیط غیرخورنده باشد از این رو از روغن‌های غیرمحلول در مبرد برای این کار استفاده می‌شود چرا که خورندگی در داخل شیرها می‌تواند باعث ایجاد عیوب در عملکرد صحیح آن شود.

مزایای استفاده از شیرآلات فریونی و آمونیاکی

اولین موضوع در مورد این شیرها هزینه‌های تعمیر و نگهداری است که تقریبا صفر است، چرا که اگر روغن‌کاری سیستم و فشار کاری آن تنظیم باشد به ندرت پیش می‌آید که خراب شود. در ضمن از نظر هزینه‌های اولیه خرید این شیرآلات هم بسیار مقرون به صرفه می‌باشد. در حقیقت قیمت شیرهای فریونی و آمونیاکی در مقایسه با انواع سلونوئیدی و همه‌کاره به نسبت کمتر است. بازده انرژی شیر انبساط فریونی و آمونیاکی تابعی از میزان دمای ورودی و تغییر در فاز آن می‌باشد و با فرمول خاص آن در ترمودینامیک اثبات می‌شود.

این شیرآلات در انواع سایزها برای استفاده در سیکل‌های بزرگتر نظیر سیکل سردخانه‌ها و تونل‌های انجماد و همچنین در سایز کوچکتر برای استفاده در سیکل یخچال‌ها و یخ‌سازها وجود دارد. این شیرها می‌توانند دستی یا اتوماتیک باشند. شیرهای دستی برای قطع و وصل کامل جریان کاربرد دارند اما شیرهایی که در داخل سیکل استفاده می‌شوند مانند شیر انبساط و شیر تخلخل کاملا اتوماتیک عمل می‌کنند. این شیرآلات بدون دریافت انرژی الکتریکی کار می‌کنند و عملکرد آن صرفا مبتنی بر  قوانین مکانیکی و ترمودینامیکی می‌باشد.

نکته‌ی بعدی دامنه‌ی دمایی این شیرهای انبساط است. برای شیرآلات آمونیاکی و فریونی و یا سایر مبردها نرخ دمایی آن‌ها میانگین دمای حالت دوفازی می‌باشد. یعنی دمایی که مبرد در مایع یا بخار اشباع دارد. فشار کاری نیز تابعی از دمای حالت دو فازی می‌باشد و چون در خروجی شیر انبساط باید مایع اشباع خارج شود باید به فشار کاری اواپراتور هم دقت شود تا کارایی شیر انبساط در حالت بهینه قرار بگیرد.

جمع بندی

شیرآلات فریونی و آمونیاکی در صنعت سیستم‌های برودتی کاربرد بسیار زیادی دارند و به منظور استفاده در سیکل‌ها و یا خط مایع و قطع و وصل و مواردی از این دست استفاده می‌شوند. این شیرآلات دوام بالایی دارند و با کارکرد متناسب با دما و فشار کاری سیکل می‌توانند تا سال‌ها بدون مشکل کار کنند. انواع مختلف این شیرآلات در اندازه‌ها و شرایط کاری متفاوت وجود دارند و صنایع مختلف که با سیستم‌های برودتی کار می‌کنند این شیرآلات را متناسب با فعالیت خود انتخاب می‌کنند.

منابع:

http://www.parker.com/parkerimages/Parker.com/Literature/Refrigerating%20Specialties%20Division/Literature/Catalogs/C12.pdf

https://www.danfoss.com/en/markets/refrigeration-and-air-conditioning/dcs/industrial-refrigeration/#tab-overview