شیر انبساط الکترونیکی (اکسپنشن الکترونیکی) چیست و چگونه کار می‎کنند؟

در این مقاله، ما در مورد چگونگی کارکرد شیر انبساط الکترونیکی ( اکسپنشن الکترونیکی) بحث خواهیم کرد که شامل اصول کار آن، محل قرار گرفتن آن‌‌ها را در یک سیستم تبرید و دلیل استفاده از آن‌‌ها خواهد بود.

این مقاله یک نسخه‌‌ی ساده‌‌شده برای کمک به شما در یادگیری اصول تبرید و تهویه مطبوع (HVAC) است.

نگاهی به شیرهای انبساط الکترونیکی واقعی، اطلاعات فنی و تصاویر کامل آن‌ها بیندازید! اینجا کلیک کنید

همه سیستم‏های تهویه مطبوع/تبرید (HVAC/R) می‎توانند از جامع‌‌ترین سری شیرهای انبساط الکترونیکی موجود در بازار بهره‌‌مند شوند.

نمونه کارهای سانهوآ (Sanhua) این امکان را فراهم می‎کند که ضمن افزایش صرفه‌‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه ‏ها، نگرانی‏های زیست‌‌محیطی رو به افزایش را کاهش داده و از مقررات سخت‌‌گیرانه‌‌تر انتشار دی‌‌اکسید کربن پیروی کنید.

در اینجا بیشتر ببینید- قیمت و خرید شیر انبساط الکترونیکی

شیر‏های انبساط الکترونیکی در سیستم‏های تبرید برای کنترل دقیق جریان مبرد به داخل اواپراتور استفاده می‎شوند. این شیرها را می‎توانید در همه جا از جمله موارد زیر پیدا کنید:

• واحدهای جریان مبرد متغیر (VRF)
• اینورتر اسپلیت‌‌های کوچک
• پمپ‏های حرارتی
• چیلرها
• کویل‌‌های هواساز (air handling unit)

و غیره.

ما قبلاً نحوه‌‌ی عملکرد شیرهای انبساط حرارتی را توضیح داده‌‌ایم، این شیرها در سیستم‏های تبرید بسیار رایج هستند، اما به‌‌هیچ‌‌وجه به‌‌اندازه‌‌ی یک شیر انبساط الکترونیکی کارآمد و دقیق نیستند.

شیرهای انبساط الکترونیکی نسخه‌‌ی تکامل‌‌یافته‌‌ی شیر انبساط حرارتی هستند. آن‌‌ها بسیار پیشرفته‌‌تر هستند و باعث می‌‌شوند تا سیستم تبرید با دقت و کارایی بیشتری کار کند. معمولاً شیرهای انبساط الکترونیکی را با نام اختصاری EEV یا EXV می‌‌بینید. هر دو یک معنی را می‌‌رسانند، فقط تولیدکننده‌‌ی آن‌‌ها متفاوت است.

مزایای استفاده از شیر انبساط الکترونیکی

استفاده از شیر انبساط الکترونیکی فواید بسیاری دارد و من اکنون برخی از اصلی‌‌ترین آن‌‌ها را در این صفحه لیست می‌‌کنم. تأکید معمولاً بر این است که با استفاده از این شیر‏های انبساط، مصرف انرژی سیستم تبرید را کاهش داده و عملکرد بهتری خواهید داشت.

• کنترل دقیق
• پاسخ سریع و دقیق به تغییر بار
• تنوع بار گسترده‌‌تر از TXV
• حفظ حداکثر کنترل ظرفیت حتی در بارهای جزئی
• تزریق مقدار دقیق مبرد
• صرفه‌‌جویی در انرژی ~ 15%

شیرهای انبساط الکترونیکی چه شکلی هستند؟

طرح‏های مختلفی برای شیرهای انبساط الکترونیکی وجود دارد، من چند نمونه را قرار داده‌‌ام تا تفاوت ظاهری آن‌‌ها را ببینید. تفاوت در طراحی بستگی به نوع سیستم، مبرد مورداستفاده و فشارهایی که با آن کار می‎کند، بستگی دارد.

همان‌‌طور که می‎توانید تصور کنید یک کولر اسپلیت کوچک به شیر یکسان با یک کاربرد صنعتی با فشار بالا احتیاج نخواهد داشت، بنابراین، طراحی متفاوت خواهد بود، اگرچه اصول کار اساساً یکسان است.

قطعات اصلی شیر انبساط الکترونیکی

همان‌‌طور که دیدیم طرح‌‌های مختلفی برای شیرهای انبساط الکترونیکی وجود دارد. ما قصد داریم روی یک طرح ساده تمرکز کنیم تا دانش پایه شما را بسازیم. در این طرح، از موتور پله‌‌ای (stepper motor) آهنربای دائم استفاده شده است.

در بالای شیر بدنه‌‌ی موتور پله‌‌ای قرار دارد که شامل سیم‌‌پیچ‏های مسی است، این سیم‌‌پیچ‌‌ها برای تولید یک میدان الکترومغناطیسی استفاده می‎شوند که برای کنترل موقعیت شیر به کار می‌‌رود.

در بدنه‌‌ی اصلی موتور پله‌‌ای یک آهنربای دائمی قرار دارد که هم‌‌مرکز هستند. این آهنربای دائمی تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی سیم‌‌پیچ‏ها قرار دارد و تغییر قطب میدان الکترومغناطیسی باعث چرخش آهنربای دائمی می‎شود.

آهنربای دائمی به یک شفت متصل شده است. در برخی از طرح‏ها به جای آن از مجموعه‌‌ی دنده‌‌ای بین موتور و شفت استفاده می‎شود، اما ازآنجایی‌که ما فقط به یک طرح ساده نگاه می‎کنیم، همان یک شفت با اتصال مستقیم را در نظر می‌‌گیریم.

روی شفت رزوه قرار دارد، این رزوه درون یک نگهدارنده قرار می‎گیرد که به بدنه‌‌ی شیر متصل است. در انتهای شفت سوزن شیر قرار دارد. سپس نشیمن شیر را داریم که سوزن به داخل و خارج آن می‎رود تا شیر بسته یا باز شود و جریان مبرد را کنترل کند.

همچنین چند سنسور دما و فشار برای اندازه‌‌گیری مبرد برای محاسبه‌‌ی بخار فوق‌‌گرم (superheat) وجود دارد. این سنسورها به یک کنترل‌‌کننده متصل می‎شوند. سپس کنترل‌‌کننده به موتور پله‌‌ای متصل می‎شود و میزان باز یا بسته شدن شیر را کنترل می‌‌کند.

شیرهای انبساط الکترونیکی چگونه کار می‎کنند

اگر نگاهی به سیستم تبرید بیندازید، می‎توانید قسمت‌‌های اصلی را ببینید که اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط هستند. اواپراتور تمام گرمای ناخواسته را از ساختمان جمع می‎کند و آن را به داخل مبرد منتقل می‎کند که باعث جوش آمدن و تبخیر شدن مبرد می‎شود.

کمپرسور این مبرد تبخیرشده را که یک بخار فشار پایین، دما پایین و کمی فوق‌‌گرم است، مکش می‌‌کند و سپس آن را به حجم کمتری فشرده می‌کند که باعث می‎شود بخار به بخار فوق‌‌گرم فشار بالا و دما بالا تبدیل شود.

سپس مبرد به سمت کندانسور حرکت می‎کند و در آنجا گرمای ناخواسته از مبرد خارج می‎شود و به جو دفع می‎شود. این امر باعث می‎شود که مبرد به‌‌صورت مایع درآید، بنابراین هنگامی‌‌که از کندانسور خارج می‎شود، مایع اشباع با فشار بالا و دمای متوسط خواهد بود. سپس مبرد به شیر انبساط منتقل می‎شود.

شیر انبساط باعث ایجاد اختلاف فشار بین کندانسور و اواپراتور می‎شود، مبرد مایع فشار بالا را نگه می‎دارد و تصمیم می‎گیرد که چه مقدار مبرد به داخل اواپراتور وارد شود.

بعد از اواپراتور، یک سنسور (ترنسدیوسر) فشار و یک سنسور دما وجود دارد که دائماً فشار و دما را اندازه‌‌گیری می‎کنند و این داده‏ها را به کنترل‌‌کننده می‎فرستند. همه‌‌ی شیرهای انبساط الکترونیکی از این روش استفاده نمی‌‌کنند، این امر به تولیدکننده و سیستم بستگی دارد.

بعضی از شیرهای ساده از یک ترمیستور (یا مقاومت گرمایی) در خروجی اواپراتور استفاده می‎کنند، برخی از دو ترمیستور یکی در ورودی و دیگری در خروجی استفاده می‎کنند و سپس از اختلاف دما برای محاسبه‌‌ی بخار فوق‌‌گرم استفاده می‎کنند. اما ما قصد داریم در این مثال روی روش سنسور فشار و دما تمرکز کنیم، زیرا این روش بسیار قابل‌اعتماد است و به‌احتمال‌زیاد در واقعیت با آن روبرو خواهید شد.

فشار توسط کنترل‌‌کننده اندازه‌‌گیری و تبدیل می‎شود. کنترل‌‌کننده با استفاده از داده‏های ذخیره‌‌شده برای مبرد مورداستفاده در سیستم، دمای اشباع را پیدا می‌‌کند و آن را با دمای واقعی اندازه‌‌گیری‌‌شده مقایسه می‎کند، تفاوت بین این دو میزان فوق‌‌گرم شدن مبرد است.

سپس کنترل‌‌کننده تصمیم می‎گیرد که آیا شیر انبساط باید باز شود تا مبرد بیشتری به اواپراتور وارد شود یا بسته شود تا مقدار ورودی کاهش یابد.

پس از تصمیم‌‌گیری، کنترل‌‌کننده سیگنال‏های الکتریکی را به موتور پله‌‌ای شیر انبساط ارسال می‌کند تا سیم‌‌پیچ‏ها را برق‌‌دار کند و یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد کند و قطب آن را تغییر دهد، این کار باعث می‎شود آهنربای دائمی بسته به قطب ایجادشده در جهت عقربه‏های ساعت یا خلاف آن بچرخد.

هر دفعه که سیگنالی ارسال می‎شود، آهنربای دائمی کسری از دور می‎چرخد تا تنظیمات بسیار دقیقی بر روی میزان فوق‌‌گرم اعمال شود.

شفت متصل به آهنربای دائمی نیز خواهد چرخید و با این چرخش قسمت رزوه درون نگهدارنده باعث کشیده شدن مجموعه به سمت پایین می‎شود. با به پایین کشیده شدن مجموعه، سوزن شیر به نشیمن نزدیک می‌‌شود و شکاف بین سوزن و نشیمن را کاهش می‎دهد و جریان مبرد را محدود می‎کند.

هنگامی‌‌که سیگنال باز کردن شیر ارسال می‎شود، مجموعه‌‌ی شیر در جهت مخالف می‎چرخد و قسمت رزوه مجموعه را به سمت بالا می‎کشد، این کار شیر را باز می‎کند و سوزن را از نشیمن دور می‎کند و اجازه می‎دهد مبرد بیشتری جریان یابد. کنترل‌‌کننده دائماً فشار و دما را اندازه‌‌گیری می‎کند و سیگنال‏هایی را برای تنظیم موقعیت شیر متناسب با بار ارسال می‎کند.

هنگامی‌‌که بار خنک‌‌کاری افزایش می‎یابد، مبرد درون اواپراتور خیلی سریع‌‌تر به جوش می‌‌آید و فشار و دمای خط مکش نیز افزایش می‌‌یابد، شیر انبساط این را حس می‎کند و باز می‎شود تا مبرد بیشتری وارد شود.

هنگامی‌‌که بار خنک‌کاری کاهش می‎یابد، مبرد با سرعت کمتری جوش می‎آید و فشار و دمای خط مکش کاهش می‎یابد، شیر انبساط شروع به بسته شدن می‎کند تا مبرد کمتری به اواپراتور وارد شود و میزان فوق‌‌گرم مناسب را حفظ کند.