Détendeur thermostatique, tube capillaire, détendeur électronique : trois dispositifs de régulation importants

Détendeur thermostatique, tube capillaire, détendeur électronique : trois dispositifs de régulation importants

Le mécanisme de détente est un composant essentiel d'un système frigorifique. Il a pour fonction de réduire la pression du liquide saturé (ou sous-refroidi) sous la pression de condensation dans le condenseur ou le réservoir de liquide jusqu'à la pression et la température d'évaporation après détente. Le débit de fluide frigorigène entrant dans l'évaporateur est ajusté en fonction des variations de charge. Parmi les dispositifs de détente couramment utilisés, on trouve les tubes capillaires, les détendeurs thermostatiques et les vannes à flotteur.

Si la quantité de liquide fournie à l'évaporateur par le mécanisme de régulation est trop importante par rapport à la charge de l'évaporateur, une partie du liquide réfrigérant pénétrera dans le compresseur avec le réfrigérant gazeux, provoquant des accidents de compression humide ou de coup de bélier.

Au contraire, si la quantité de liquide fournie est trop faible par rapport à la charge thermique de l'évaporateur, une partie de la surface d'échange thermique de l'évaporateur ne pourra pas fonctionner pleinement, et même la pression d'évaporation sera réduite ; et la capacité de refroidissement du système sera réduite, le coefficient de refroidissement sera réduit, et la température de refoulement du compresseur augmentera, ce qui affecte la lubrification normale du compresseur.

Lorsque le fluide frigorigène passe par un petit orifice, une partie de la pression statique est convertie en pression dynamique, et le débit augmente brusquement, devenant un flux turbulent ; le fluide est perturbé, la résistance au frottement augmente et la pression statique diminue, permettant ainsi au fluide d’atteindre son objectif de réduction de la pression et de régulation du débit.

La détente est l'un des quatre principaux processus indispensables au cycle de réfrigération par compression.

Le mécanisme de régulation a deux fonctions :

L'une des solutions consiste à réguler et à dépressuriser le fluide frigorigène liquide haute pression sortant du condenseur jusqu'à la pression d'évaporation.

La seconde consiste à ajuster la quantité de liquide réfrigérant entrant dans l'évaporateur en fonction des variations de charge du système.

1. Valve de dilatation thermique

Le détendeur thermostatique est largement utilisé dans les systèmes de réfrigération au fréon. Grâce à son mécanisme de détection de température, il s'adapte automatiquement aux variations de température du fluide frigorigène à la sortie de l'évaporateur afin de réguler le débit de fluide frigorigène.

La plupart des détendeurs thermostatiques sont préréglés en usine avec une surchauffe de 5 à 6 °C. Leur conception garantit que lorsque la surchauffe augmente de 2 °C supplémentaires, le détendeur s'ouvre complètement. À environ 2 °C de surchauffe, il se ferme. Le ressort de réglage permet de contrôler la surchauffe, avec une plage de réglage de 3 à 6 °C.

De manière générale, plus le degré de surchauffe réglé par le détendeur thermostatique est élevé, plus la capacité d'absorption de chaleur de l'évaporateur est faible. En effet, l'augmentation du degré de surchauffe réduit considérablement la surface d'échange thermique à la sortie de l'évaporateur, de sorte que la vapeur saturée, à cet endroit, est surchauffée. Elle occupe alors une partie de la surface d'échange thermique de l'évaporateur, ce qui diminue la surface de vaporisation du fluide frigorigène et d'absorption de chaleur. Autrement dit, la surface de l'évaporateur n'est pas pleinement exploitée.

Cependant, si le degré de surchauffe est trop faible, le fluide frigorigène liquide risque de pénétrer dans le compresseur, provoquant un phénomène indésirable de coup de bélier. Il est donc essentiel de régler la surchauffe de manière appropriée afin de garantir un apport suffisant de fluide frigorigène à l'évaporateur tout en empêchant son entrée dans le compresseur.

Le détendeur thermostatique se compose principalement d'un corps de vanne, d'un capteur de température et d'un tube capillaire. Il existe deux types de détendeurs thermostatiques : à équilibrage interne et à équilibrage externe, selon le système d'équilibrage de la membrane.

détendeur thermostatique à équilibrage interne

La vanne d'expansion thermique à équilibrage interne est composée d'un corps de vanne, d'une tige de poussée, d'un siège de vanne, d'une aiguille de vanne, d'un ressort, d'une tige de régulation, d'un bulbe de détection de température, d'un tube de raccordement, d'un diaphragme de détection et d'autres composants.

détendeur thermostatique à équilibrage externe

La différence de structure et d'installation entre un détendeur thermostatique à équilibrage externe et un détendeur à équilibrage interne réside dans le fait que l'espace sous la membrane du détendeur à équilibrage externe n'est pas relié à la sortie du détendeur, mais qu'un tube d'équilibrage de petit diamètre est utilisé pour le raccordement à la sortie de l'évaporateur. Ainsi, la pression du fluide frigorigène agissant sur la face inférieure de la membrane n'est pas Po à l'entrée de l'évaporateur après détente, mais la pression Pc à la sortie de l'évaporateur. Lorsque la force exercée sur la membrane est équilibrée, on a Pg = Pc + Pw. Le degré d'ouverture du détendeur n'est pas affecté par la résistance à l'écoulement dans le serpentin de l'évaporateur, ce qui pallie les inconvénients du détendeur à équilibrage interne. Le détendeur à équilibrage externe est généralement utilisé lorsque la résistance du serpentin de l'évaporateur est élevée.

Le degré de surchauffe de la vapeur lorsque le détendeur est fermé est généralement appelé surchauffe à la fermeture. Cette surchauffe est égale à la surchauffe à l'ouverture du détendeur. La surchauffe à la fermeture dépend de la précontrainte du ressort, qui peut être ajustée à l'aide du levier de réglage.

La surchauffe lorsque le ressort est réglé au plus lâche est appelée surchauffe minimale à l'état fermé ; à l'inverse, la surchauffe lorsque le ressort est réglé au plus serré est appelée surchauffe maximale à l'état fermé. Généralement, la surchauffe minimale à l'état fermé du détendeur ne dépasse pas 2 °C et la surchauffe maximale à l'état fermé est d'au moins 8 °C.

Dans un détendeur thermostatique à équilibrage interne, la pression d'évaporation s'exerce sous la membrane. Si la résistance de l'évaporateur est relativement élevée, la perte de charge lors de la circulation du fluide frigorigène sera importante, ce qui affectera considérablement le détendeur. L'efficacité de l'évaporateur augmentera alors, entraînant une hausse de la surchauffe à sa sortie et une sous-utilisation de sa surface d'échange thermique.

Pour les détendeurs thermostatiques à équilibrage externe, la pression agissant sous le diaphragme est la pression de sortie de l'évaporateur, et non la pression d'évaporation, ce qui améliore la situation.

2. Capillaire

Le capillaire est le dispositif de régulation le plus simple. Il s'agit d'un tube de cuivre très fin, de longueur déterminée, dont le diamètre intérieur est généralement compris entre 0,5 et 2 mm.

Caractéristiques du capillaire en tant que dispositif de régulation

(1) Le capillaire est tiré d'un tube en cuivre rouge, qui est facile à fabriquer et peu coûteux ;

(2) Il n’y a pas de pièces mobiles, et il n’est pas facile de provoquer une panne et une fuite ;

(3) Elle présente les caractéristiques de l'auto-compensation,

(4) Après l'arrêt du compresseur frigorifique, la pression du côté haute pression et la pression du côté basse pression du système frigorifique s'équilibrent rapidement. Au redémarrage, le moteur du compresseur frigorifique se met en marche.

3. Détendeur électronique

Le détendeur électronique est un modèle à vitesse variable, utilisé dans les climatiseurs Inverter à commande intelligente. Ses avantages sont les suivants : une large plage de réglage du débit ; une grande précision de contrôle ; une compatibilité avec la commande intelligente ; et une capacité à gérer rapidement les variations de débit de fluide frigorigène à haut rendement.

Avantages des détendeurs électroniques

Large plage de réglage du débit ;

Haute précision de contrôle ;

Adapté au contrôle intelligent ;

Peut être appliqué avec une grande efficacité aux variations rapides du débit de réfrigérant.

L'ouverture du détendeur électronique peut être adaptée à la vitesse du compresseur, de sorte que la quantité de réfrigérant fournie par le compresseur corresponde à la quantité de liquide fournie par le détendeur, ce qui permet de maximiser la capacité de l'évaporateur et d'obtenir un contrôle optimal du système de climatisation et de réfrigération.

L'utilisation d'un détendeur électronique permet d'améliorer l'efficacité énergétique du compresseur Inverter, d'assurer une régulation rapide de la température et d'optimiser le rendement énergétique saisonnier du système. Pour les climatiseurs Inverter haute puissance, les détendeurs électroniques sont indispensables comme régulateurs de débit.

La structure d'un détendeur électronique comprend trois parties : détection, commande et exécution. Selon son mode d'entraînement, on distingue les détendeurs électromagnétiques et les détendeurs électriques. Ces derniers se subdivisent en détendeurs à action directe et détendeurs à décélération. Un détendeur à action directe est actionné par un moteur pas à pas, tandis qu'un détendeur à action directe est actionné par un moteur pas à pas et un réducteur.