Kapillarrør fungerer som ekspansionsudstyr med fast åbning i HVAC-systemer og muliggør en passiv trykreduktion i væskeformet kølemiddel. Når kølemiddel med højt tryk strømmer ind i disse smalle rør (typisk omkring 0,5 til 2 mm tykke), skabes der modstand mod væggene, hvilket medfører et gradvist trykfald. Det, der sker herefter, er ret interessant – den underkølede væske omdannes til en blanding af damp og væske ved lavere tryk og temperatur, hvilket gør den klar til effektivt at kunne absorbere varme i fordamperen i systemet. En stor fordel er, at der slet ingen bevægelige komponenter er involveret. Denne mekaniske enkelhed har vist sig at virke godt over tid, hvilket mange teknikere har erfaret i deres praktiske arbejde med forskellige HVAC-installationer.
Små klimaanlæg afhænger fuldstændigt af kapillarrørets fysiske form for at regulere kølemiddelstrømmen. Mængden af kølemiddel, der passerer igennem, afhænger virkelig af, hvor langt og bredt røret er. Hvis nogen gør røret 20 % længere, vil man typisk se cirka en tredjedel mindre kølemiddelstrøm, fordi der opstår mere gnidning inde i røret. Når rørene bliver for smalle, skaber de samme slags modstandsproblemer, som de avancerede mekaniske ekspansionsventiler gør. Det interessante ved disse enkle designs er, hvordan de automatisk justerer sig, når trykkene i systemet ændres. Tag for eksempel varmere udendørs temperaturer. Når det bliver varmere, stiger kondensatortrykket, og dette medfører faktisk, at mere kølemiddel strømmer gennem kapillarrøret af sig selv, uden at der er behov for komplicerede elektroniksystemer eller sensorer til at regulere det.
Når kølemiddel bevæger sig gennem kapillarrøret, oplever det et ret stort trykdrop, nogle gange over 100 psi, mens det overgår fra væskeform til den blanding af væske og damp, som vi kalder en tofasers blanding. Størstedelen af dette tryktab sker faktisk allerede i begyndelsen – omkring 90 % sker inden for den første tredjedel af rørets længde. Når det når fordamperens indgang, har trykket almindeligvis stabiliseret sig et sted mellem 60 og 80 psi for standardkølemidler som R-410A eller lignende, som almindeligvis anvendes i dag. Den måde, væskens strømning følger, kan beskrives med denne formel: Q er proportional med delta P ganget med D i fjerde potens divideret med L. Her står D for rørets indvendige diameter, mens L repræsenterer den samlede længde.
Ydeevnen af kapillarrør afhænger virkelig af at få geometrien rigtig. Når rørene bliver længere, skaber de mere modstand, hvilket reducerer mængden af kølemiddel, der kan strømme igennem dem. Rør med større diameter tillader dog mere gennemstrømning. At få disse mål forkert medfører problemer uanset om trykfaldet er for lille eller energiforbruget er for stort. Dette er især vigtigt for de små aircondition-systemer med kapillarrør, fordi der simpelthen ikke er meget plads at arbejde med. Allerede små ændringer i dimensionerne betyder meget, når pladsen er begrænset. For at få systemet til at fungere korrekt, skal teknikere måle i millimeter, så alt stemmer overens med systemets krav til kapacitet og effektivitet.
Den indre diameter sammen med rørlængden spiller en væsentlig rolle i forhold til at bestemme, hvor meget trykfald der opstår mellem kondensator og fordamperelementer. Når vi ser på faktiske tal fra ASHRAE's 2022 fundamentals rapport, finder vi ud af, at en forøgelse af diameteren med blot 0,5 mm fører til cirka 40 % bedre flowkapacitet. Derimod fører tilføjelse af endnu en meter til rørlængden generelt til en stigning i trykfaldet på mellem 15 % og 22 %. De fleste ingeniører, som arbejder med disse systemer, justerer som udgangspunkt diametrene, når de foretager større flowændringer, og går derefter i gang med finjustering af længderne. Denne tilgang hjælper dem med at opnå bedre underkølingseffekter og samtidig sikre, at hele systemet kører jævnt uden uventede svingninger.
For lange rør reducerer fordampetrykket og øger kompressorens arbejde, mens for store diametre øger risikoen for oversvømmelse på grund af væskeslag. Det maksimale system-COP opnås, når tryktabet holdes mellem 1,8–2,5 MPa og kombineres med passende mættede temperaturdifferencer.
Ingeniører anvender to primære tilgange: empiriske diagrammer, der relaterer kølemiddelstrømning til trykdifferencer, og analytiske modeller, der inddrager dimensionsløse tal som Reynolds og Mach. Moderne design bygger i stigende grad på computational fluid dynamics (CFD), som opnår op til 97 % nøjagtighed i forudsigelse af massestrøm sammenlignet med traditionelle dimensioneringsmetoder.
Massestrømningshastigheden i disse mindre airconditionanlæg afhænger af flere faktorer, herunder rørenes form og størrelse, hvilken type kølemiddel der anvendes, samt trykforskellen inden for systemet. Hvis vi specifikt ser på R134a-systemer, vil en stigning på blot 1 bar i indgangstrykket som udgangspunkt øge den samlede strømningshastighed med mellem 18 og 22 procent ifølge ASHRAE Handbook fra 2006. Når vi taler om tilstrømningsbegrænsede forhold (choked flow), opstår disse, når ugangstrykket falder til omkring 35 til 40 procent af indgangstrykket, hvilket herefter forhindrer yderligere stigning i strømning. For at give nogle konkrete tal, kan man se på en typisk opsætning, hvor en person måske installerer et rør med en diameter på 1,0 mm og en længde på cirka 3,3 meter. Under almindelige driftsforhold med 15 bar tryk påført, vil en sådan konfiguration levere cirka 16 kilogram per time med kølemiddel gennem systemet. Teknikere, der arbejder med disse systemer, skal huske alle disse sammenhænge i forbindelse med installation og vedligeholdelsesarbejde.
Indløbsfasen påvirker ydelsen markant. Underkølet væskeindstrøm understøtter 35 % højere flowhastigheder end tofasers blandinger på grund af reduceret dannelse af damp og tilhørende tab. Eksempelvis:
Tidlig fordampning inden i røret forårsager trykudsving (2–3 bar), hvilket reducerer stabiliteten. Strømningsmodelleringsstudier bekræfter, at vedligeholdelse af mindst 8 K underkøling forhindrer tidlig fordampning i 89 % af små AC-anvendelser.
Efter en indledende metastabil væskefase accelererer den hurtige udvidelse i den sidste tredjedel af røret, hvor temperaturgradienter kan overstige 50°C/m. Dette understreger vigtigheden af præcis pÃ¥fyldning af kølemiddel og systemdesign.
Kapillarrør spiller en nøglerolle i fordampningskompressionssystemer ved at virke som faste orifice-udvidelsesenheder, der forbinder den høje tryk kondensordel med den lave tryk fordampningsdel af systemet. Når kølemidlet strømmer ind i disse smalle rør, sker der et pludseligt trykfald, som medfører flashfordampning. Det, der sker her, er faktisk ret interessant den højttrykkende underkølede væske omdannes til en køligere mættet blanding, som herefter effektivt kan absorbere varme i fordampningskomponenten. En stor forskel mellem kapillarrør og termostatiske ekspansionsventiler er, at disse rør slet ikke behøver nogen sensorer eller bevægelige dele. Dette gør dem især velegnede til anvendelser, hvor vedligeholdelsen skal være minimal, og systemerne er helt lukkede af for ekstern påvirkning.
Kapillarrør anvendes bredt i applikationer med lav omkostningsfølsomhed og fast belastning på grund af deres pålidelighed og enkelthed. Almindelige systemer inkluderer:
Den små klimaanlæg kapillarrør design er særligt effektivt i kompakte installationer, hvor plads og pålidelighed er afgørende. Disse systemer fungerer typisk under 5 tons og yder bedst under stabile omgivelsesforhold. Deres selvkompenserende natur tillader tilpasning til mindre belastningsændringer uden elektronisk kontrol, hvilket forbedrer holdbarheden i permanente, forseglede systemer.
Kapillærrør giver nogle reelle fordele, når det gælder mindre HVAC-systemer. Da der absolut ingen bevægelige komponenter indgår, betyder dette, at der ikke sker mekanisk slid over tid, hvilket reducerer både vedligeholdelsesbehov og fejl. Det faktum, at disse rør optager så lidt plads, gør dem nemme at installere i trange installationer også. Derudover hjælper deres evne til at regulere væskestrømmen ret præcist med at opretholde stabil systemydelse under forskellige forhold. En nylig rapport fra 2024 om HVAC-pålidelighed viste faktisk noget interessant – systemer med kapillærrør havde omkring 32 procent færre serviceopkald på grund af problemer med ekspansionsudstyr sammenlignet med systemer, der anvendte elektroniske versioner.
Kapillærrør justerer kølemiddelstrømmen automatisk, når der sker ændringer i systemets belastning. Når fordampningen har en højere belastning, stiger trykdifferencen, hvilket presser mere kølemiddel gennem røret. Omvendt mindskes strømmen naturligt, når belastningen falder, uden behov for ekstern indgriben. Det, der gør disse rør så nyttige, er, at de opretholder stabil drift gennem hele denne proces uden behov for avancerede sensorer eller kontrolsystemer. Der er dog en ulempe. Da kapillærrør har faste dimensioner, fungerer de ikke optimalt i situationer, hvor belastningsudsving overstiger cirka 40 % over eller under det oprindeligt designede niveau. Denne begrænsning betyder, at operatører skal være forsigtige med at afstemme anvendelseskravene med rørets specifikationer.
Valg af det rigtige kapillærrør indebærer at afbalancere tre nøglefaktorer:
Det betyder meget at få de rigtige materialkombinationer med disse dage, især når man arbejder med nyere kølemidler såsom R-454B eller R-32. Almindelig kobber-rør virker fint til mange almindelige kølemidler, men nogle gange kræver det et lag nikkelbehandling, hvis vi arbejder med ammoniakbaserede løsninger. Når materialerne ikke passer ordentligt sammen, begynder ting at bryde ned over tid, både inde i selve rørene og i kølemidlets sammensætning. Ifølge forskning fra ASHRAE tilbage i 2023 kan denne uoverensstemmelse faktisk reducere systemets effektivitet med op til 19 %. Så at vælge kompatible materialer er ikke kun god praksis, det er virkelig det, der sikrer, at systemer kører stabilt år efter år og samtidig fastholder deres termiske ydeevne.
EN
Seneste nyt