צינורות קפילריים פועלים כהתקני התפשטות בעלי סדק קבוע במערכות קירור וחימום (HVAC), ומאפשרים הפחתה פאסיבית של הלחץ בנוזל הקירור. כאשר הקירור בלחץ גבוה זורם לתוך הצינורות הצרים הללו (בדרך כלל בעלי קוטר של כ-0.5 עד 2 מ"מ), נוצרת התנגדות בדפנות הצינור, מה שגורם להפחתת לחץ הדרגתית. מה שקורה אחר כך הוא מאוד מעניין - הנוזל המקרר, שנמצא במצב תת-קירור, עובר היפוך לתערובת של אדי נוזל וגז בלחץ ובטמפרטורה נמוכים יותר, וכך הוא מוכן לספוג חום באופן יעיל יותר במנורת האידוי של המערכת. יתרון גדול כאן הוא שאין כלל רכיבים נעים. הפשטות המכאנית הזו הוכחתה כיעילה לאורך השנים, כפי שטכני מותקן רבים חוו лично בשטח, בעבודתם עם מגוון התקנות HVAC.
מקררים קטנים סומכים לחלוטין על הצורה הפיזיקלית של הצינור הקפילרי לצורך בקרת זרימת הנוזל הקורר. כמות הנוזל הקורר שעוברת דרך הצינור באמת תלויה באורך ובעובי של הצינור. אם מישהו ייצר צינור שאורכו גדול ב-20%, בדרך כלל יראו קיטון של שליש בכמות הנוזל הקורר שעוברת דרכו, שכן החיכוך הפנימי גדל. כשacz narrowing the tube, they create similar kinds of resistance problems as those fancy mechanical expansion valves do. What's interesting about these simple designs is how they automatically adjust when pressures change within the system. Take warmer outside temperatures for instance. As it gets hotter, the condenser pressure goes up, and this actually causes more refrigerant to flow through the capillary tube all on its own, no need for any complicated electronics or sensors to manage it.
כאשר המקרר זורם דרך צינורית הקפילות, הוא עובר ירידה משמעותית בלחץ, לעיתים מעל 100 פסי, במהלך המעבר ממצב נוזל למצב תערובת נוזל ו אידוי הנקראת תערובת דו-פאסית. מרבית ירידת הלחץ מתרחשת בתחילת הדרך, למעשה כ-90% מהירידה מתרחשת בשליש הראשון של הצינורית. עד שמגיעה לכניסה לאיבaporator, הלחצים בדרך כלל מתאזנים לערך בין 60 ל-80 פסי עבור מקררים סטנדרטיים כמו R-410A או דומים הנמצאים בשימוש נפוץ כיום. הדרך שבה הנוזל זורם מתוארת בנוסחה הבאה Q פרופורציונלית ל-_DELTA P מוכפלת ב-D בחזקת ארבע, מחולקת ב-L. כאן, D מייצג את הקוטר הפנימי של הצינורית, בעוד ש-L מייצג את האורך הכולל שלה.
ביצועים של צינורות קפילריים באמת תלויים בקביעת הגאומטריה הנכונה. כשacz הופכים ארוכים יותר, הם יוצרים התנגדות רבה יותר, מה שמגביל את כמות הנוזל המקרר שעובר דרכם. צינורות בעלי קוטר גדול יותר מאפשרים מעבר של יותר חומר. שגיאה במדידות האלה תוביל לבעיות – או שהירידה בלחץ תהיה קטנה מדי או שתהיה צריכה גבוהה מדי של אנרגיה. זה מאוד חשוב עבור מערכות קירור קטנות שמשתמשות בצינורות קפילריים, בגלל שהמרחב הזמין לעבודה קטן מאוד. אפילו שינויים קטנים בממדים משפיעים מאוד כשמוגבלת הבחירה במרחב. כדי שהמערכת תעבוד כראוי, הטכנאי צריך למדוד בדיוק של מילימטרים כדי להתאים את המאפיינים של המערכת מבחינת קיבולת ויעילות.
הקוטר הפנימי בליווי אורך הצינור מושפעים בקביעת רמת הירידה בלחץ בין רכיבי הקונדנסר לאיבapor. כאשר בוחנים מספרים מתוך דוח שיטות ASHRAE לשנת 2022, רואים כי הגדלת הקוטר ב-0.5 מ"מ בלבד תורמת לשיפור של כ-40% בכושר הזרימה. מאידך, הוספת עוד מטר לאורך הצינור מובילה לרוב לירידה של 15–22% בלחץ. רוב המהנדסים שעובדים על מערכות אלו נוטים לערוך שינוי בקטרים תחילה כאשר מבוצעת התאמות נרחבות בזרימה, ורק לאחר מכן הם עוברים לפרטים הקטנים יותר על ידי התאמת האורכים. הגישה הזו עוזרת להם להשיג אפקטים טובים יותר של קירור מוגזם תוך שמירה על תפקוד חלק של המערכת כולה, ללא תנודות לא צפויות.
צינורות ארוכים מדי מפחיתים את הלחץ במאייד ומעמיסים על המנוע, בעוד שקוטרים גדולים מדי מעלים את הסיכון למילוי נוזלי. שיא יעילות המערכת מושג כאשר הירידה בלחץ נשמרת בטווח של 1.8–2.5 MPa ומסווגת עם הפרשי טמפרטורת רווי מתאימים.
מהנדסים משתמשים בשתי שיטות עיקריות: תרשימים אמפיריים המקשרים בין זרימת הנוזל הקוריאנט ללחץ דיפרנציאלי, ומודלים אנליטיים הכוללים מספרים חסרי ממד כמו ריינולדס ומאך. לאחרונה, העיצוב סומך יותר על דינמיקת נוזלים חישובית (CFD), השישית בדיוק של עד 97% בזיהוי זרימת המסה לעומת שיטות מידה מסורתיות.
קצב זרימת המסה ביחידות מיזוג הקטנות הללו תלויה בכמה גורמים, בהם צורת וגודל הצינורות, סוג הנוזל המקרר שנעשה בו שימוש, וההפרש בין הלחצים במערכת. כאשר אנו מביטים ספציפית במערכות R134a, אם יש עלייה של 1 בר בלבד בלחץ הכניסה, הדבר הזה נוטה להגביר את קצב הזרימה הכולל בטווח של 18 עד 22 אחוזים, על פי ספרת ASHRAE משנת 2006. כשמדברים על מצבים של זרימה חסומה (Choked Flow), מדובר במקרה שבו הלחץ היוצא יורד לכ-35 עד 40 אחוזים מהלחץ שהגיע פנימה, מה שמביא לסיום הגידול בזרימה. כדי לתת מספרים קונקרטיים, נבחן את המקרה של התקנה טיפוסית של צינור בקוטר 1.0 מ"מ באורך של כ-3.3 מטר. בתנאי פעולה רגילים עם לחץ של 15 בר, הקונפיגורציה הזו תספק כ-16 קילוגרם לשעה של נוזל קירור דרך המערכת. טכנאים העוסקים במערכות אלו חייבים לשקול את כל היחסים הללו במהלך התקנה ותפעול.
הפאזות בכניסה משפיעות משמעותית על הביצועים. כניסה של נוזל תת-קרור תומכת בקצב זרימה גבוה ב-35% מאשר תערובת דו-פאסית, וזאת עקב ייצור אדי מופחת והתנגדויות נלוות. לדוגמה:
אידוי מוקדם בתוך הצינור גורם ל Daothot בלחץ (2–3 בר), ופוחתת את היציבות. מחקריו על דגימת הזרימה אישרו כי שימור של לפחות 8K מיזוג מוגזם מונע אידוי מוקדם ב-89% מהיישומים הקטנים של מיזוג אויר
לאחר שלב נוזל מטסטבילי ראשוני, ההתפשטות המהירה מואצת בשליש האחרון של הצינור, שם הגרדיאנטים התרמיים יכולים לעלות על 50°צ/מ'. עובדה זו מדגישה את חשיבות הטעינה המדויקת של הנוזל הקולח ואת תכנון המערכת.
צינורות קפילריים ממלאים תפקיד מרכזי במערכות דחיסה אידואית על ידי הפעלה ככלי הרחבה בעלי ספיקה קבועה, אשר מחברים את החלק הגבוה בלחץ בקומפרסור עם החלק הנמוך בלחץ באבנית המערכת. כאשר הנוזל הקורר זורם לתוך הצינורות הצרים האלה, נוצרת ירידה חדה בלחץ שגורמת לתהליך של אידוי פתע. בתהליך הזה קורה דבר מעניין - הנוזל הנמוך הטמפרטורה והגבוה בלחץ משתנה לתערובת רוויה וקרירה שאח"כ יכולה לספוג חום באופן יעיל בתוך רכיב האבנית. ההבדל העיקרי בין צינורות קפילריים לvan טרמוסטטיים הוא בכך שהצינורות האלה כלל אינם זקוקים לחישורים או לרכיבים נעים. זה הופך אותם למתאימים במיוחד ליישומים שבהם יש צורך בשטיפת תחזוקה ומערכות סגורות לחלוטין ממגע חיצוני.
צינורות קפילריים משמשים רבות ביישומים בעלי עלות רגישה ועומס קבוע עקב אמינותם ופשטותם. מערכות נפוצות כוללות:
ה צינור קפילרי קטן ל-AC עיצוב הוא במיוחד יעיל במערכות קומפקטיות שבהן שטח ואמינות הן בעלות חשיבות מכריעה. מערכות אלו פועלות בדרך כלל מתחת ל-5 טון ומבצעות בצורה הטובה ביותר בתנאי סביבה יציבים. אופיין המתקזז של עצמן מאפשר התאמה לשינויים קטנים בעומס ללא שליטה אלקטרונית, מה שמעמיק את הקיימות במערכות חתומות קבועות.
צינורות קפילריים מביאים יתרונות אמתיים כשמתייחסים למערכות קירור וחימום קטנות יותר. מאחר שאין כלל רכיבים נעים מעורבים בתהליך, זה אומר שאין בלאי מכאנלי לאורך זמן, מה שמפחית את צורכי התחזוקה והתקלות. העובדה שהצינורות תופסים שטח קטן מאוד הופכת אותם לקלים להטמעה גם במערכות צפופות. בנוסף, היכולת שלהם לשלוט באופן די מדויק בזרימת הנוזל עוזרת לשמור על ביצועים יציבים של המערכת בתנאים שונים. דווח עדכני מ-2024 שנערך על נושא מהימנות במערכות קירור וחימום חשף משהו מעניין - מערכות המשתמשות בצינורות קפילריים נזקקו לכ-32 אחוז פחות קריאות שירות עקב תקלות במנחמי פליטה בהשוואה לאלה המשתמשים במערכות אלקטרוניות.
צינורות קפילריים מכווננים את זרימת המקרר לבד כאשר יש שינוי בעומס המערכת. כאשר העומס על המאדים גבוה יותר, הפרש הלחץ גדל, מה שמדחוף יותר מקרר דרך הצינור. להפך, כאשר העומס יורד, הזרימה פשוט פוחתת באופן טבעי ללא התערבות חיצונית. מה שעושה לצינורות הללו כל כך שימושיים הוא היכולת לשמור על תפעול יציב כל הזמן הזה מבלי שיהיה צורך בחיישנים או מערכות שליטה מתקדמות. יש כאן caveat אחד. מאחר שצינורות קפילריים בעלי ממדים קבועים, הם לא מתפקדים היטב בסיטואציות שבהן הפסדי עומס עולים על 40% מעל או מתחת למה שתוכנן במקור. הגבלה זו פירושה שמבצעים חייבים להיות זהירים בבחירת דרישות היישום לפי מפרט הצינור.
בחירת צינור קפילרי נכון כוללת איזון של שלושה גורמים מרכזיים:
בימינו חשוב מאוד להשיג את השרשורים הנכונים של חומרים, במיוחד כשמפעילים גזים קרים חדשים כמו R-454B או R-32. צינורות נחושת רגילים פועלים יפה עם הרבה גזים קרים נפוצים, אם כי לפעמים הם זקוקים לשכבת ציפוי של ניקל אם מדובר בפתרונות המבוססים על אמוניה. כששרשורי החומרים לא מתאימים, דברים מתחילים להשתנות עם הזמן – גם בתוך הצינורות עצמם וגם בתערובת הגז הקירור. לפי מחקר של ASHRAE משנת 2023, אי התאמה זו יכולה להוריד את יעילות המערכת בכ-19%. לכן בחירת חומרים תואמים זו לא רק פעולה טובה, אלא זו שמאפשרת למערכות לפעול באופן מהימן לאורך השנים תוך שמירה על יכולות הביצוע התרמי שלהן.
EN
חדשות חמות