原標(biāo)題：漢森閥件在制冷系統(tǒng)熱氣融霜中的應(yīng)用

　　漢森科技之——浮球閥和氣動(dòng)閥在制冷系統(tǒng)熱氣融霜中的應(yīng)用

　　陳曾清 張黎明

　　中國制冷行業(yè)經(jīng)過幾十年的高速發(fā)展，已成為全球制冷空調(diào)行業(yè)的制造大國和消費(fèi)大國�，F(xiàn)在對制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性、安全性、自動(dòng)化程度等方面提出了更高的要求。在工商制冷系統(tǒng)中，熱氣融霜是蒸發(fā)器融霜應(yīng)用最廣泛的一種方式。同時(shí)熱氣融霜也是系統(tǒng)中最為關(guān)鍵和復(fù)雜的環(huán)節(jié)之一。近年來國內(nèi)冷庫和速凍設(shè)備因熱氣融霜操作等導(dǎo)致安全事故頻發(fā)。本文根據(jù)北美熱氣融霜自控閥件和控制的市場數(shù)據(jù)和國際氨制冷學(xué)會相關(guān)信息，結(jié)合國內(nèi)外制冷系統(tǒng)的實(shí)際情況，從實(shí)用性、安全性、節(jié)能性等方面介紹浮球閥和氣動(dòng)閥在熱氣融霜工藝中的應(yīng)用，給制冷同行帶來不同角度的觀點(diǎn)。

　　1 漢森熱氣融霜制冷系統(tǒng)工藝流程

　　熱氣融霜的實(shí)現(xiàn)方式有很多種。圖1是采用排液浮球閥配合氣動(dòng)閥熱氣融霜工藝流程示意圖，排液浮球閥用作蒸發(fā)器排液的流量控制，氣動(dòng)閥作為回氣截止閥。圖2是一種工業(yè)制冷行業(yè)常見壓力調(diào)節(jié)閥配合兩步開啟電磁閥熱氣融霜工藝流程示意圖，其中壓力調(diào)節(jié)閥為蒸發(fā)器排液的控制閥，兩步開啟電磁閥作為回氣截止閥。圖1所示的工藝設(shè)計(jì)比圖2所示的工藝設(shè)計(jì)在運(yùn)行上更為節(jié)能。這是由于采用圖1所示的融霜設(shè)計(jì)有幾個(gè)優(yōu)勢。首先由于回氣氣動(dòng)閥為常開閥，當(dāng)系統(tǒng)斷電后管路保持暢通，避免因液態(tài)制冷劑氣化導(dǎo)致壓力過高，具有更好的安全性。其次氣動(dòng)閥在蒸發(fā)器正常制冷工作時(shí)無需引入高壓高溫的制冷劑熱氣(兩步開啟電磁閥實(shí)在通過引入高壓氣體至電磁閥內(nèi)部而使閥門打開，打開處于制冷工作狀態(tài)，會有制冷劑在閥門閥芯活塞上方冷凝)則融霜結(jié)束后閥門內(nèi)部活塞上方無制冷劑冷凝液，開啟時(shí)間短，縮短熱氣融霜流程時(shí)間，節(jié)約能耗。另外采用浮球閥排液后可保證融霜熱氣充分冷凝，需要較少熱氣進(jìn)入蒸發(fā)器，確保融霜壓力 。

　　圖1 浮球閥熱氣融霜工藝流程示意圖

　　Fig. 1 Schematic of typical high side float valve gas defrosting process flow

　　圖 2 壓力閥熱氣融霜工藝流程示意圖

　　Fig. 2 Schematic of pressure valve gas defrosting process flow

　　2采用浮球閥的熱氣融霜

　　浮球閥具有通過控制液體流過又阻止氣體流過閥門的特點(diǎn)�；瑝K通過連桿與浮球連在一起。浮球的升降帶動(dòng)滑塊移動(dòng)從而控制液體的流量。圖3給出了浮球閥的剖面圖。當(dāng)液態(tài)制冷劑進(jìn)入浮球閥腔體，液位上升，因浮力的作用浮球上浮帶動(dòng)滑塊移動(dòng)，增加節(jié)流口的開度，通過閥門的流量增加;當(dāng)制冷劑液位降低時(shí)，浮球下移帶動(dòng)滑塊移動(dòng)，使得節(jié)流口開度減小，制冷劑流量減小直至關(guān)閉。閥門關(guān)閉時(shí)液體和氣體制冷劑均不能通過閥門。該機(jī)械型的浮球閥具有簡單可靠、手動(dòng)開啟、安裝便捷、調(diào)節(jié)能力廣，同時(shí)帶有排油放空設(shè)計(jì)，適用于制冷系統(tǒng)中不同場合應(yīng)用。

　　圖3 浮球閥剖面圖

　　Fig. 3 Sectional view of high side float valve

　　圖4 兩種不同浮球融霜控制比較

　　Fig. 4 Comparison of two different floating ball defrost controls

　　熱氣融霜的關(guān)鍵點(diǎn)是需要排除蒸發(fā)器內(nèi)部的全部液體。為了防止制冷劑液體積聚在蒸發(fā)器換熱盤管的 處和妨礙融霜，需要維持一定的熱氣量通過蒸發(fā)器內(nèi)部，在浮球閥完全關(guān)閉時(shí)也要考慮這種設(shè)計(jì)。因此排液浮球閥用于熱氣融霜時(shí)都標(biāo)配一只手動(dòng)調(diào)節(jié)閥(手動(dòng)開關(guān))。如圖4右側(cè)所示，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥可以允許一定量的熱氣通過閥門，防止液體積聚在盤管內(nèi)部。對于漢森的融霜浮球閥通常旋轉(zhuǎn)1.5圈調(diào)整手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體工況和蒸發(fā)器能力大小作具體調(diào)節(jié)。

　　采用壓力調(diào)節(jié)原理控制排液量受熱氣電磁閥的選型、所需熱氣量、排液壓力閥的選型、蒸發(fā)器內(nèi)部壓降等因素影響非常大，而這些因素很難量化。而排液浮球閥能充分保證只有熱氣全部冷凝成制冷劑液體(100%液體)后才打開，因此采用浮球閥控制排液可避免上述因素的影響。

　　采用浮球排液閥可以降低制冷系統(tǒng)的能耗。圖5和圖6分別給出了采用浮球閥和壓力調(diào)劑閥的融霜效率分析[1]。通過2張圖的對比可以看出采用浮球閥融霜時(shí)，過量的高溫氣態(tài)制冷劑進(jìn)入制冷系統(tǒng)低溫低壓側(cè)的比值僅為3%，而采用壓力調(diào)節(jié)閥的過量熱氣比為25%，這極大程度的減少融霜時(shí)過量熱氣進(jìn)入制冷系統(tǒng)的低溫低壓側(cè)，充分減少了壓縮機(jī)為抵消過量熱氣帶來的額外附加負(fù)荷，同時(shí)大大增加了有效融霜的比例，有效減少了壓縮機(jī)組的額外能耗。

　　圖5 采用浮球閥融霜30min的效率圖

　　Fig. 5 Defrost efficiency diagram with high side float valve for 30 minutes

　　圖6 采用壓力調(diào)節(jié)閥融霜30min的效率分析

　　Fig. 6 Defrost efficiency diagram with pressure regulating valve for 30 minutes

　　表1是國際氨制冷學(xué)會的氨制冷管道手冊中上述2種融霜方式的對比評分[2]。通過系統(tǒng)性的對比，可以發(fā)現(xiàn)采用排液浮球閥融霜明顯比壓力調(diào)節(jié)閥融霜更具有優(yōu)勢。

　　表1 2種融霜方式的評分比較

　　Tab. 1 Comparison of scores of 2 kinds of defrost methods

　　3 采用氣動(dòng)閥的熱氣融霜

　　圖7和圖8分別是漢森一步開啟(HCK2)和兩步開啟(HCK5D)的氣動(dòng)閥結(jié)構(gòu)圖。HCK2氣動(dòng)閥依靠不銹鋼彈簧保持常開狀態(tài),當(dāng)通過閥門導(dǎo)管進(jìn)入高壓氣體時(shí)會壓縮彈簧向下移動(dòng)使活塞密封處堅(jiān)固地貼在閥體上而關(guān)閉閥門。但氣動(dòng)閥關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)會引起的管道震動(dòng)，所以應(yīng)注意制冷劑氣源處于適宜的氣源壓力。釋放高壓氣源的壓力時(shí)，管道內(nèi)的氣體壓力和彈簧壓力大于驅(qū)動(dòng)氣體壓力時(shí)，會使得閥體向上移動(dòng)，閥門即開啟。殘余的高壓氣體從活塞泄壓至系統(tǒng)內(nèi)，閥門上游入口的壓力及彈簧迫使閥門常開。HCK5D氣動(dòng)閥的工作原理與HCK2氣動(dòng)閥一致，最大的區(qū)別是其內(nèi)部有2個(gè)平衡活塞，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩步開啟。

　　圖7 一步開啟氣動(dòng)閥結(jié)構(gòu)圖

　　Fig. 7 Schematic diagram of one-step valve

　　圖8 兩步開啟氣動(dòng)閥結(jié)構(gòu)示意圖

　　Fig. 8 Schematic diagram of two-step gas-powered valve

　　圖9 氣動(dòng)閥的安裝示意圖

　　Fig. 9 Installation diagram of gas-powered valve

　　當(dāng)管道公稱直徑超過50mm時(shí)，在開啟閥門前應(yīng)先泄壓蒸發(fā)器內(nèi)部的壓力。因?yàn)楫?dāng)閥門關(guān)閉時(shí)會一直有氣體制冷劑泄壓至低壓側(cè)。氣動(dòng)閥適合應(yīng)用在關(guān)閉時(shí)間較短的場合，如熱氣融霜或?qū)π箟褐恋蛪簜?cè)不敏感的應(yīng)用。閥門安裝和儲存時(shí)需確保閥門潔凈和干燥，一步開啟氣動(dòng)閥可垂直安裝或水平安裝在管道上，閥體上箭頭方向應(yīng)與制冷劑流動(dòng)方向一致。制冷管道內(nèi)應(yīng)保持潔凈、干燥。

　　當(dāng)管道公稱直徑小于等于50mm時(shí)，采用一步開啟氣動(dòng)閥時(shí)可選用1只電磁閥用于關(guān)閉氣動(dòng)閥，推薦使用HS6(4mm)熱氣電磁閥;DN50以上直徑閥門，推薦使用HS8A (13mm)熱氣電磁閥。為避免制冷系統(tǒng)開啟以及融霜過后液體制冷劑的沖擊，尤其對DN50或DN50以上采用一步開啟閥門,可并聯(lián)1只小型電磁閥平衡蒸發(fā)器的壓力。

　　現(xiàn)場安裝的熱氣氣源導(dǎo)閥必須安裝在熱氣融霜熱氣電磁閥的上游，且安裝位置盡量靠近氣動(dòng)閥。這樣有利于減少沿管道方向的溫降，維持全部熱氣至活塞上方，同時(shí)切斷氣源時(shí)活塞上方熱氣泄壓量較小。而內(nèi)部的導(dǎo)孔帶有過濾網(wǎng)，可以降低熱氣的速度。如果兩只一步開啟氣動(dòng)閥同時(shí)工作, 為了保證工作穩(wěn)定，每個(gè)氣動(dòng)閥均應(yīng)配內(nèi)置過濾網(wǎng)。

　　以圖9所示采用氣動(dòng)閥融霜有內(nèi)平衡(使用兩步開啟氣動(dòng)閥)和外平衡(使用一步開啟氣動(dòng)閥)兩種安裝方式。由于一步開啟氣動(dòng)閥內(nèi)部只有一只活塞，需要并聯(lián)一只旁通電磁閥。對于制冷量為30~150KW的蒸發(fā)器，Bruce Nelson推薦旁通時(shí)間控制在5~7min[8]。兩步開啟氣動(dòng)閥由于內(nèi)部有兩只活塞，無需并聯(lián)旁通電磁閥，內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泄壓，閥門進(jìn)出口壓差小于0.8 bar時(shí)閥門全部開啟。

　　相比于其他類型兩步開啟閥，漢森的氣動(dòng)閥均具有如下優(yōu)勢：閥門熱氣源進(jìn)口均自帶過濾網(wǎng)，延長閥門使用壽命;內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常簡單易懂，方便操作人員檢修和維護(hù);均為常開閥門，只有在熱氣融霜過程中才有熱氣被引入閥門內(nèi)部，因此無制冷劑在閥門活塞上方冷凝，減少開啟時(shí)間，導(dǎo)閥常閉設(shè)計(jì)使系統(tǒng)斷電后更加安全;手動(dòng)開啟閥桿長度可視，操作非常便捷。

　　Bruce Nelson對比了內(nèi)平衡和外平衡兩種不同氣動(dòng)閥應(yīng)用，并給出了的綜合評分[3]。

　　表2 內(nèi)平衡和外平衡融霜方式的評分比較

　　Tab. 2 Comparison of scores of internal and external balance defrosting methods

　　熱氣融霜的方式有很多種，其特點(diǎn)各不相同。本文介紹了采用融霜排液浮球閥和氣動(dòng)閥的融霜原理和特點(diǎn)。實(shí)際工程應(yīng)用中，熱氣融霜受融霜持續(xù)時(shí)間、霜層厚度、融霜頻率、工況溫度、熱氣溫度和壓力、蒸發(fā)器材質(zhì)等因素影響，能耗和效率變化較大，需要根據(jù)實(shí)際情況具體分析，選擇融霜效率高、安全性強(qiáng)的融霜方式。

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