原標題：漢森閥件在制冷系統(tǒng)熱氣融霜中的應用

　　漢森科技之——浮球閥和氣動閥在制冷系統(tǒng)熱氣融霜中的應用

　　陳曾清 張黎明

　　中國制冷行業(yè)經過幾十年的高速發(fā)展，已成為全球制冷空調行業(yè)的制造大國和消費大國。現(xiàn)在對制冷系統(tǒng)的經濟性、節(jié)能性、安全性、自動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)器融霜應用最廣泛的一種方式。同時熱氣融霜也是系統(tǒng)中最為關鍵和復雜的環(huán)節(jié)之一。近年來國內冷庫和速凍設備因熱氣融霜操作等導致安全事故頻發(fā)。本文根據北美熱氣融霜自控閥件和控制的市場數據和國際氨制冷學會相關信息，結合國內外制冷系統(tǒng)的實際情況，從實用性、安全性、節(jié)能性等方面介紹浮球閥和氣動閥在熱氣融霜工藝中的應用，給制冷同行帶來不同角度的觀點。

　　1 漢森熱氣融霜制冷系統(tǒng)工藝流程

　　熱氣融霜的實現(xiàn)方式有很多種。圖1是采用排液浮球閥配合氣動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所示的工藝設計比圖2所示的工藝設計在運行上更為節(jié)能。這是由于采用圖1所示的融霜設計有幾個優(yōu)勢。首先由于回氣氣動閥為常開閥，當系統(tǒng)斷電后管路保持暢通，避免因液態(tài)制冷劑氣化導致壓力過高，具有更好的安全性。其次氣動閥在蒸發(fā)器正常制冷工作時無需引入高壓高溫的制冷劑熱氣(兩步開啟電磁閥實在通過引入高壓氣體至電磁閥內部而使閥門打開，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)則融霜結束后閥門內部活塞上方無制冷劑冷凝液，開啟時間短，縮短熱氣融霜流程時間，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�；瑝K通過連桿與浮球連在一起。浮球的升降帶動滑塊移動從而控制液體的流量。圖3給出了浮球閥的剖面圖。當液態(tài)制冷劑進入浮球閥腔體，液位上升，因浮力的作用浮球上浮帶動滑塊移動，增加節(jié)流口的開度，通過閥門的流量增加;當制冷劑液位降低時，浮球下移帶動滑塊移動，使得節(jié)流口開度減小，制冷劑流量減小直至關閉。閥門關閉時液體和氣體制冷劑均不能通過閥門。該機械型的浮球閥具有簡單可靠、手動開啟、安裝便捷、調節(jié)能力廣，同時帶有排油放空設計，適用于制冷系統(tǒng)中不同場合應用。

　　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

　　熱氣融霜的關鍵點是需要排除蒸發(fā)器內部的全部液體。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)器內部，在浮球閥完全關閉時也要考慮這種設計。因此排液浮球閥用于熱氣融霜時都標配一只手動調節(jié)閥(手動開關)。如圖4右側所示，手動調節(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部。對于漢森的融霜浮球閥通常旋轉1.5圈調整手動調節(jié)閥的開度，實際應用中需要根據具體工況和蒸發(fā)器能力大小作具體調節(jié)。

　　采用壓力調節(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，過量的高溫氣態(tài)制冷劑進入制冷系統(tǒng)低溫低壓側的比值僅為3%，而采用壓力調節(jié)閥的過量熱氣比為25%，這極大程度的減少融霜時過量熱氣進入制冷系統(tǒng)的低溫低壓側，充分減少了壓縮機為抵消過量熱氣帶來的額外附加負荷，同時大大增加了有效融霜的比例，有效減少了壓縮機組的額外能耗。

　　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)的氣動閥結構圖。HCK2氣動閥依靠不銹鋼彈簧保持常開狀態(tài),當通過閥門導管進入高壓氣體時會壓縮彈簧向下移動使活塞密封處堅固地貼在閥體上而關閉閥門。但氣動閥關閉時產生的震動會引起的管道震動，所以應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，管道內的氣體壓力和彈簧壓力大于驅動氣體壓力時，會使得閥體向上移動，閥門即開啟。殘余的高壓氣體從活塞泄壓至系統(tǒng)內，閥門上游入口的壓力及彈簧迫使閥門常開。HCK5D氣動閥的工作原理與HCK2氣動閥一致，最大的區(qū)別是其內部有2個平衡活塞，能夠自動實現(xiàn)兩步開啟。

　　圖7 一步開啟氣動閥結構圖

　　Fig. 7 Schematic diagram of one-step valve

　　圖8 兩步開啟氣動閥結構示意圖

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

　　圖9 氣動閥的安裝示意圖

　　Fig. 9 Installation diagram of gas-powered valve

　　當管道公稱直徑超過50mm時，在開啟閥門前應先泄壓蒸發(fā)器內部的壓力。因為當閥門關閉時會一直有氣體制冷劑泄壓至低壓側。氣動閥適合應用在關閉時間較短的場合，如熱氣融霜或對泄壓至低壓側不敏感的應用。閥門安裝和儲存時需確保閥門潔凈和干燥，一步開啟氣動閥可垂直安裝或水平安裝在管道上，閥體上箭頭方向應與制冷劑流動方向一致。制冷管道內應保持潔凈、干燥。

　　當管道公稱直徑小于等于50mm時，采用一步開啟氣動閥時可選用1只電磁閥用于關閉氣動閥，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，同時切斷氣源時活塞上方熱氣泄壓量較小。而內部的導孔帶有過濾網，可以降低熱氣的速度。如果兩只一步開啟氣動閥同時工作, 為了保證工作穩(wěn)定，每個氣動閥均應配內置過濾網。

　　以圖9所示采用氣動閥融霜有內平衡(使用兩步開啟氣動閥)和外平衡(使用一步開啟氣動閥)兩種安裝方式。由于一步開啟氣動閥內部只有一只活塞，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推薦旁通時間控制在5~7min[8]。兩步開啟氣動閥由于內部有兩只活塞，無需并聯(lián)旁通電磁閥，內部可實現(xiàn)自動泄壓，閥門進出口壓差小于0.8 bar時閥門全部開啟。

　　相比于其他類型兩步開啟閥，漢森的氣動閥均具有如下優(yōu)勢：閥門熱氣源進口均自帶過濾網，延長閥門使用壽命;內部結構非常簡單易懂，方便操作人員檢修和維護;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部，因此無制冷劑在閥門活塞上方冷凝，減少開啟時間，導閥常閉設計使系統(tǒng)斷電后更加安全;手動開啟閥桿長度可視，操作非常便捷。

　　Bruce Nelson對比了內平衡和外平衡兩種不同氣動閥應用，并給出了的綜合評分[3]。

　　表2 內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，其特點各不相同。本文介紹了采用融霜排液浮球閥和氣動閥的融霜原理和特點。實際工程應用中，熱氣融霜受融霜持續(xù)時間、霜層厚度、融霜頻率、工況溫度、熱氣溫度和壓力、蒸發(fā)器材質等因素影響，能耗和效率變化較大，需要根據實際情況具體分析，選擇融霜效率高、安全性強的融霜方式。

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