Kapillarrør fungerer som ekspansjonsenheter med fast blende i VVS-systemer, og muliggjør en passiv reduksjon av trykket i væskeformet kjølemiddel. Når kjølemiddel med høyt trykk strømmer inn i disse smale rørene (vanligvis ca. 0,5 til 2 mm tykkelse), skapes det en motstand mot veggene som fører til en gradvis trykkreduksjon. Det som skjer deretter er ganske interessant – den underkjølte væsken omdannes til en blanding av damp og væske ved lavere trykk og temperatur, noe som gjør den klar til effektivt å kunne absorbere varme i fordampingsdelen av systemet. En stor fordel her er at det absolutt ikke er noen bevegelige komponenter involvert. Denne mekaniske enkelheten har vist seg å fungere godt over tid, noe som mange teknikere har observert ved første hånd gjennom erfaring i feltet med ulike VVS-installasjoner.
Små klimaanlegg er helt avhengige av den fysiske formen på kapillærrøret for å kontrollere kjølemiddelstrømmen. Mengden kjølemiddel som går gjennom, avhenger virkelig av hvor langt og bredt røret er. Hvis noen lager røret 20 % lenger, vil de vanligvis se at omtrent en tredjedel mindre kjølemiddel går gjennom, fordi det blir mer friksjon inne i røret. Når rørene blir for smale, skaper de lignende motstandproblemer som de avanserte mekaniske ekspansjonsventilene har. Det som er interessant med disse enkle designene, er hvordan de automatisk justerer seg når trykkene i systemet endres. Ta for eksempel varmere utetemperaturer. Når det blir varmere, øker kondensatortrykket, og dette fører faktisk til at mer kjølemiddel strømmer gjennom kapillærrøret av seg selv, uten behov for komplisert elektronikk eller sensorer som skal regulere det.
Når kjølemiddel beveger seg gjennom kapillærrøret, opplever det et ganske stort trykkfall, ofte over 100 psi, under overgangen fra væskeform til den blandingen av væske og damp vi kaller en tofasblanding. Det meste av dette trykkforløpet skjer egentlig allerede i begynnelsen, omtrent 90 % skjer innenfor den første tredjedelen av rørets lengde. Når det når innløpet til fordamparen, har trykket vanligvis stabilisert seg et sted mellom 60 og 80 psi for standard kjølemidler som R-410A eller lignende som brukes mye i dag. Den måten væsken strømmer på følger i prinsippet denne formelen: Q er proporsjonal med delta P multiplisert med D opphøyd i fjerde potens, dividert med L. Her står D for rørets indre diameter, mens L representerer hele rørets lengde.
Ytelsen til kapillærrør avhenger virkelig av at geometrien er riktig. Når rørene blir lengre, skaper de mer motstand, noe som reduserer hvor mye kjølemiddel som strømmer gjennom dem. Rør med større diameter tillater mer gjennomstrømning. Feil målinger fører til problemer uansett om trykkfallet blir for lite eller for mye energi brukes. Dette er spesielt viktig for de små aircondition-systemene med kapillærrør, fordi det er veldig lite plass å jobbe med. Selv små endringer i dimensjonene betyr mye når plassen er trang. For å få systemene til å fungere ordentlig, må teknikere måle ned til millimeter-nivå, slik at alt stemmer overens med systemets krav til kapasitet og effektivitet.
Indvendig diameter sammen med rørlengden spiller en stor rolle i forhold til å bestemme hvor mye trykkfall som oppstår mellom kondensator og fordamperelementer. Når vi ser på faktiske tall fra ASHRAE's 2022 fundamentals rapport, finner vi ut at en økning av diameteren med bare 0,5 mm fører til omtrent 40 % bedre strømningskapasitet. Derimot fører å legge til enda en meter på rørlengden generelt til trykkfall-økninger mellom 15 % og 22 %. De fleste ingeniører som arbeider med disse systemene, justerer først diameterne når de gjør større endringer i strømning, og går deretter i dybden ved å justere lengdene. Denne tilnærmingen hjelper dem med å oppnå bedre underkjølingseffekter mens hele systemet holder en jevn drift uten uventede svingninger.
For lange rør reduserer fordampetrykket, noe som øker kompressorens arbeid, mens for store diametre øker faren for oversvømming på grunn av væskehammring. Det høyeste system-COP oppnås når trykkfallet holdes mellom 1,8–2,5 MPa og kombineres med passende fordampnings- og kondensasjonstemperaturdifferanser.
Ingeniører bruker to hovedmetoder: empiriske diagrammer som kobler kjølemiddelstrømning til trykkdifferanser, og analytiske modeller som inkluderer dimensjonsløse tall som Reynolds og Mach. Moderne dimensjonering baserer seg i økende grad på computational fluid dynamics (CFD), som oppnår opptil 97 % nøyaktighet i forutsigelse av massestrøm sammenlignet med tradisjonelle dimensjoneringsmetoder.
Massestrømningshastigheten i disse mindre airconditionanleggene avhenger av flere faktorer, inkludert form og størrelse på rørene, hvilken type kjølemiddel som brukes, og trykkforskjellen inne i systemet. Ser vi spesifikt på R134a-systemer, hvis det skjer en økning på bare 1 bar i inngangstrykket, fører dette vanligvis til en økning i totalstrømningshastigheten på omtrent 18 til 22 prosent, ifølge ASHRAE Handbook fra 2006. Når vi snakker om tilstoppede strømningsforhold, oppstår dette når trykket som kommer ut faller ned til cirka 35 til 40 prosent av det som gikk inn, noe som deretter hindrer at strømmen øker ytterligere. For å gi noen konkrete tall, se på en typisk oppsett der noen kanskje ville installere et rør med en diameter på 1,0 mm og en lengde på cirka 3,3 meter. Under normale driftsforhold med 15 bars trykk påført, ville en slik konfigurasjon levere omtrent 16 kilogram per time med kjølemiddel gjennom systemet. Teknikere som arbeider med disse systemene må huske på alle disse sammenhengene under installasjon og vedlikehold.
Innløpsfasen påvirker ytelsen betydelig. Innløp av underkjølt væske støtter 35 % høyere volumstrøm enn tofasige blandinger på grunn av redusert dampdannelse og tilhørende tap. For eksempel:
Tidlig fordampning inne i røret forårsaker trykkfluktasjoner (2–3 bar), noe som reduserer stabiliteten. Strømningsmodelleringsstudier bekrefter at å vedlikeholde minst 8 K underkjøling hindrer tidlig fordampning i 89 % av små AC-applikasjoner.
Etter en initiell metastabil væskefase akselererer rask ekspansjon i den siste tredjedelen av røret, der temperaturgradienter kan overskride 50°C/m. Dette understreker vikten av nøyaktig ladning av kjølemiddel og systemdesign.
Kapillærrør spiller en nøkkelrolle i dampkompressjonssystemer ved å virke som faste åpne ekspansjonsenheter som kobler den høytrykksdelte kondensatoren til lavtrykkfordamperdelen av systemet. Når kjølemiddelet strømmer inn i disse smale rørene, skjer det et plutselig trykkfall som fører til flashfordampning. Det som skjer her er ganske interessant, faktisk; det høytrykks underkjølte væsken omdannes til en kjøligere mettet blanding som deretter effektivt kan absorbere varme i fordampningskomponenten. En stor forskjell mellom kapillærrør og termostatisk regulerte ekspansjonsventiler er at disse rørene ikke trenger noen sensorer eller bevegelige komponenter i det hele tatt. Dette gjør dem spesielt egnet for applikasjoner der vedlikehold må være minimalt og systemene er helt lukket for ekstern påvirkning.
Kapillærrør brukes mye i applikasjoner med lav kostnad og fast last på grunn av sin pålitelighet og enkelhet. Vanlige systemer inkluderer:
Den liten ac kapillarrør designet er spesielt effektivt i kompakte installasjoner der plass og pålitelighet er viktigst. Disse systemene opererer vanligvis under 5 tonn og fungerer best under stabile omgivelsesforhold. Deres selvkompenserende natur tillater tilpasning til mindre lastendringer uten elektronisk regulering, noe som øker holdbarheten i permanente lukkede systemer.
Kapillærrør gir noen reelle fordeler når det gjelder mindre VVS-systemer. Siden det ikke finnes noen bevegelige komponenter, betyr dette ingen mekanisk slitasje over tid, noe som reduserer både vedlikehold og sammenbrudd. Det faktum at disse rørene tar så lite plass, gjør dem lette å installere i trange omgivelser også. I tillegg hjelper deres evne til å regulere væskestrømmen ganske nøyaktig å opprettholde stabil systemytelse under ulike forhold. En nylig rapport fra 2024 om pålitelighet i VVS-systemer viste faktisk noe interessant – systemer som brukte kapillærrør hadde omtrent 32 prosent færre serviceoppringninger for problemer med ekspansjonsenheter enn de som var avhengige av elektroniske varianter.
Kapillærrør justerer kjølemiddelstrøm automatisk når det skjer endringer i systemets belastning. Når fordamparen har høyere belastning, øker trykkdifferansen, noe som fører til at mer kjølemiddel presses gjennom røret. Omvendt reduseres strømmen automatisk når belastningen synker, uten behov for noen ekstern regulering. Det som gjør disse rørene så nyttige, er at de opprettholder stabil drift gjennom hele denne prosessen, uten at det er nødvendig med avanserte sensorer eller kontrollsystemer. Det finnes imidlertid en ulempe. Siden kapillærrør har faste dimensjoner, fungerer de ikke godt i situasjoner der belastningsvariasjoner overskrider ca. 40 % over eller under det de var opprinnelig konstruert for. Denne begrensningen betyr at operatører må være nøye med å tilpasse bruken til rørets spesifikasjoner.
Valg av riktig kapillærrør innebærer å balansere tre nøkkelfaktorer:
Å få riktig sammensetning av materialer betyr mye disse dager, spesielt når man arbeider med nyere kjølemidler som R-454B eller R-32. Standard kobber-rør fungerer fint for mange vanlige kjølemidler der ute, selv om det noen ganger trenger et lag nikkelbelegg dersom vi jobber med ammoniakkbaserte løsninger. Når materialene ikke passer sammen ordentlig, begynner ting å brytes ned over tid både inne i rørene selv og innenfor kjølemiddelblandingen. Ifølge forskning fra ASHRAE tilbake i 2023 kan denne uoverensstemmelsen faktisk redusere systemets effektivitet med nesten 19 %. Så å velge kompatible materialer er ikke bare god praksis, det er virkelig det som sørger for at systemene kjører pålitelig år etter år samtidig som de beholder sine termiske ytelsesevner.
EN
Siste nytt