• Az angol megnevezés magyar fordítása jól érzékelteti az expanziós szelep funkcióját.

Ez alatt a „metering valve”, azaz adagoló szelep elnevezést értjük, ami nyomáscsökkentő szerepe mellett utal arra is, hogy ez az elem felelős azért, hogy az elpárologtató hőcserélő pontosan olyan mennyiségű folyadékkal lássa el, ami az adott üzemi körülmények között – melyek a természetesen folyamatosan változnak - optimális működést biztosít.

Az expanziós szelep szerepe hétköznapi nyelven fogalmazva abban áll, hogy az általa létrehozott fojtás, nyomáskülönbség:

·     a magas nyomású oldalon, a hűtőközeg kondenzációs hőmérsékletét a környezet felé történő jobb hőátadás érdekében, magas értéken tartsa

Az expanziós szelep folyamatosan „reagál” az elpárologtató-egység kilépésénél levő nyomás- és hőmérséklet értékre, illetve azok változásaira.

Ha az expanziós szelep túl sok hűtőközeget juttatna az elpárologtató hőcserélőbe, más szóval elárasztani azt, akkor jelentősen csökkenne hőfelvétel, azaz a hűtőhatás. Ez ugyancsak veszélyes lenne a kompresszorra is, hiszen a folyadék – amennyiben a szívócsőben sem tud elpárologni – megjelenne a kompresszor szívóoldalán, ami a folyadékütéshez vezetne.

Ha azonban az expanziós szelep kevés hűtőközeget juttatna az elpárologtató hőcserélőbe, akkor az elpárolgás során kisebb lenne a hőfelvétel, így csökkenne a hűtőhatás.

Az expanziós szelepnek a mindenkori üzemi viszonyok között annyi folyadékot kell az elpárologtató hőcserélőbe juttatnia, ami annak kilépéséig biztosan elpárolog. Sem többet, sem kevesebbet. Így biztosítható az elpárologtató hőcserélő fizikai paramétereiből adódó maximális hőelvonó képesség, azaz hűtőteljesítmény. Ennek megvalósítása az ún. túlhevítési érték állandó értéken történő tartásával megy végbe. A túlhevítési érték azt mutatja, hogy az állandó hőmérsékleten és állandó nyomáson végbemenő elpárolgás után a már gőz állapotú hűtőközeget hány fokkal melegítjük, „hevítjük” elpárolgási hőmérséklete fölé.

·    amennyiben ez a túlhevítési érték túl alacsony, vagy esetleg nulla, ez arra utal, hogy a kilépésnél folyadék jelenhet meg

·     amennyiben túl magas, úgy az elpárologtató egységbe adagolt folyadék mennyisége túl kevés

Vegyünk egy példát a tárgyalt hűtőköri vázlat esetében:

Hűtőközeg: R407C

Elpárolgási nyomás: 4 bar

Nyomásból számított száraz telített hűtőközeg gőz hőmérséklete: -3.7°C

Mért hőmérséklet az elpárologtató egység kilépésénél: 5°C

Túlhevítés értéke: [5-(-3,7)]=[5+3,7]=8,7 K

Hogyan szabályozza az expanziós szelep az elpárologtató egységbe juttatott telített (és utóhűtött) folyadék mennyiségét a túlhevítés állandó értéken tartásával?

 6.3.12. ábra. Expanziós szelep felépítése

 Forrás: Thermo King hűtéstechnikai oktatóanyag

• A mechanikus, termosztatikus adagolószelep „fej” részében egy membrán van, aminek felső (zárt) teréhez egy kapilláris csővel egy hőérzékelő patron kapcsolódik. Ebben a térben nem környezeti nyomás van, hanem az érzékelő patron töltetének hőmérséklettől függő nyomása. A töltet általában egy könnyen párolgó folyadék, vagy gáz, jellemzően a hűtőkörben levő hűtőközeggel megegyező anyag. Hőérzékelő patron közvetlen „fémes” kapcsolatban van az elpárologtató egység kilépő csövével.
• A membrán másik, alsó terét egy csővel közvetlenül az elpárologtató kilépő terével kötik össze, így ez a tér a tényleges, az elpárologtató kilépésénél levő nyomásértéken van.
• A membránhoz közvetlenül csatlakozik az adagolószelep nyitási, áteresztési keresztmetszetét szabályozó tű. Az adagolószelepben még található egy rugó is, melynek előfeszítését egy csavar segítségével lehet állítani. Ez a rugó a membránra alulról hat, a kilépő oldal nyomása által a membránra kifejtett erővel együtt.
• Hogyan is történik a túlhevítési érték állandó értéken tartása egy termosztatikus expanziós szelep esetében?
• Ha az elpárologtató egységbe kevés folyadék/hűtőközeg jut, növekszik a túlhevítési érték, ezáltal megnő a hőérzékelő patronban, annak kapilláris csövében és így a membrán feletti térben a nyomás. Ennek hatására a szelep nyit (szemben rugóerővel és a membrán alsó terének nyomásából adódó erővel) emelkedik a hőcserélőbe bevezetett hűtőközeg mennyisége.
• Hasonlóan az előzőekben leírtakhoz, ha nő a belépő/beengedett hűtőközeg mennyisége, a túlhevítés mértéke csökken, emelkedik az elpárologtató egységben a nyomás, így a membránra alulról ható nyomás is, minek következtében a szelep zárni kezd.
  

Vasúti alkalmazások esetében is megtalálhatóak az un. MOP (maximális működtetési nyomás) típusú expanziós szelepek, melyek egyben nyomáshatároló szerepet is betöltenek, azaz nagy hőterhelés esetén, pl. a légkondicionáló berendezés indításakor, a MOP pont felett korlátozzák az expanziós szelep nyitását, ezáltal a szívóoldali nyomást, ami a kompresszor teljesítményfelvételét befolyásolja. A termosztatikus expanziós szelep mellett vasúti alkalmazásokban is terjednek az elektronikus adagolószelepek.

Ezek szabályozása azonban már hőmérsékletérzékelők, és nyomásjeladók adatai alapján történik.