شیر انبساط الکترونیکی

شیر انبساط الکترونیک (ETS) از انواع شیر کنترل ظرفیت در سیستم برودتی است که نسبت به انواع قدیمی قابلیت‌های بالاتری دارد. شیر انبساط یا همان ets به‌منظور کنترل و مدیریت دبی مبرد و ثابت نگه داشتن میزان سوپرهیت در انتهای اواپراتور در سیستم‌های تبرید مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله اجزای مهم و اصلی در سیکل تبرید تراکمی است که در کنار کمپرسور، کندانسور و اواپراتور به کار می‌رود. به‌طورکلی  این دستگاه فشار را در سیکل تبرید شکسته و کاهش می‌دهد و برای تنظیم دبی مبرد ورودی کاربرد دارد. در این مقاله به بررسی شیر انبساط الکترونیکی به عنوان یکی از شیرهای پرکاربرد کنترل ظرفیت در سیکل تبرید می‌پردازیم.

شیر انبساط الکترونیکی چیست؟

شیر انبساط الکترونیکی یا (EEV,ETS) با عنوان شیر برقی نیز شناخته می‌شود و با دقت بسیار  بالا عمل کرده و نسبت به انواع ترموستاتیکی و دستی مزایای بسیاری دارد. در شرایطی که نیاز به شیر انبساط با دقت بالا در سیکل است، از این نوع استفاده می‌شود.

اجزای تشکیل شیر انبساط الکترونیکی و نوع عملکرد آن

به طور کلی، در سیستم‌های برودتی و تهویه مطبوع، شیر انبساط برای تولید سرما مایع مبرد را از فشار بالا به مخلوط مایع و بخار با فشار پایین تبدیل می‌کند. عملکرد این شیرها، همانند اسپری‌های بدن است که مایع معطر داخل مخزن با فشار زیاد از سوراخ ریز بر روی اسپری خارج شده و با تماس بر روی پوست و تبخیر شدن احساس سرما بر روی پوست ایجاد می‌کنند. یک شیر انبساط الکترونیکی که در سیستم‌های برودتی به‌منظور کنترل میزان سوپرهیت استفاده می‌شود. نسبت به نوع مکانیکی آن عملکردی با دقت بالاتر و پیچیده‌تر دارد. در این نوع شیر، سیگنال‌هایی توسط یک کنترلر الکترونیکی ارسال می‌شود که توسط شیر دریافت شده و بر روی سوزن داخل شیر اعمال می شود و این امر سبب ورود مبرد به داخل اواپراتور به میزان لازم می گردد. دستور باز و بسته شدن شیر انبساط توسط این سیگنال داده می‌شود. کنترلر با توجه به ورودی‌های دما و فشار خوانده شده توسط سنسورهای نصب شده در خط ساکشن و با توجه به نوع مبرد و میزان سوپرهیت محاسبه شده این عمل را انجام می‌دهند که در نهایت به ثابت ماندن میزان دمای سوپرهیت منجر می‌شود.

موتوری کوچک به نام استپ موتور وظیفه باز و بسته کردن سوزن شیر را دارد. سیگنال به این موتور کوچک داده می‌شود و عمل باز و بسته کردن شیر را انجام می گیرد.

شیر انبساط الکترونیکی دارای اجزای مختلفی است: بدنه موتور، استپ موتور، سوزن تنظیم، پورت تنظیم، مهره قفل شونده و اتصالات ورودی و خروجی. 2 بخش اصلی این دستگاه که یک طراحی حرفه‌ای دارد، بدنه شیر و واحد کنترل هستند. این دو جز کنترل جریان مبرد به اواپراتورهای انبساط مستقیم یا SHELL & TUBE را برعهده دارند. هر بخش وظیفه خاص خود را دارد.

بدنه اصلی

در بدنه اصلی، استپ موتور قرار گرفته است. سیگنال الکتریکی ارسالی توسط کنترلر وظیفه کنترل آن را برعهده دارد. چرخش استپ موتور به‌صورت پیوسته و دائمی نیست و کنترلر الکترونیکی آن را کنترل می‌کند. هر سیگنال ارسال شده برای استپ موتور با توجه به کسری از دور کامل آن را دوران می‌دهد. شفت و سوزن قرار گرفته در مجرای عبوری مبرد، توسط حرکت چرخ‌دنده تغیر موقعیت می‌دهد و عملکرد استپ موتور را موجب می‌شود. سرعت استپ موتورها 200 گام بر ثانیه است که قابلیت بازگشت سریع به موقعیت خود را نیز دارند. سیگنال‌ها یا گام‌های فرستاده شده توسط کنترل ثبت می‌شوند. کنترلر با استفاده از این قابلیت امکان بازگشت سریع به موقعیت قبلی خود را خواهد داشت؛ بنابراین یک شیر انبساط الکترونیکی کنترلی بسیار دقیق بر جریان مبرد اعمال می‌کند.

حسگر دما

موقعیت حسگر دما، در خط خروجی اواپراتور است. سنسور دما از نوع یک مقاومت حساس به تغییرات دما می باشد این نوع مقاومت از نوع RTD PT1000 و یا ترمیستور از نوع NTC می باشد .

ترنسمیتر فشار

ترنسمیتر فشار در خروجی اواپراتور بعد از سنسور دما نصب می گردد .

ترنسمیتر فشار  یک واحد حسگر فشار می باشد که فشار گاز اندازه گیری شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند . این سیگنال از نوع ولتاژی 4.5 تا 0.5 ولت و یا 20-4 میلی آمپر می باشد .

درایو یا سوپرهیت کنترلر

کنترلر مغز کنترلی شیر انبساط بوده و با دریافت اطلاعات از سنسورهای فشار و دما و برنامه ای که بر اساس میزان سوپرهیت و و دمای متناظر با فشار هر نوع گاز مبرد در داخل خود دارد محاسبات لازم را انجام داده و سپس دستورهای لازم را برای استپ موتور ارسال           می نماید.

انواع شیر انبساط الکترونیکی

شیر انبساط الکترونیکی در انواع مختلفی تولید و استفاده می‌شود:

شیر انبساط برقی مجهز به موتور پله‌ای

شیر انبساط برقی مجهز به موتور پله‌ای یا Stepper Motor به علت دقت بالا، کاربرد بالایی در سیستم‌های کنترلی دستگاه‌های صنعتی دارد. در سیستم‌های تهویه مطبوع و برودتی و در مکان‌های صنعتی عظیم، این فناوری جهت کنترل دبی ماده مبرد مایع، در چیلرهای تراکمی هوا خنک ، چیلرهای تراکمی آب خنک ، سردخانه ها ، پکیج های روفتاپ و ... از این تکنولوژی استفاده می‌شود.

شیر انبساط برقی آنالوگ

شیر انبساط الکترونیکی آنالوگ یا Analog Valves، دارای پین یا سوزنی هستند که در موقعیت‌های مختلف به‌صورت کاملاً باز یا کاملاً بسته قرار می‌گیرد. این شیرها به‌خوبی میزان دبی مبرد ورودی به اواپراتور را کنترل می‌کنند. این نوع پیچیدگی زیادی دارند و نسبت به انواع دیگر ضعیف‌تر عمل می‌کنند.

شیر انبساط برقی پالسی

شیر انبساط الکترونیکی پالسی یا Pulse-Width-Modulated با مکانیزم صفر و یک عمل می‌کند. در این نوع شیر سوزن یا پین فقط به حالت تمام باز یا تمام بسته باقی می‌ماند. کنترل میزان ورودی ماده مبرد به اواپراتور توسط زمان انجام می‌شود. در صورت کنترل کویل‌های مغناطیسی و کنترل زمان فعال بودن مغناطیس سیم‌پیچ‌ها، ظرفیت اواپراتور و میزان ماده مبرد ورودی به درون آن قابل‌کنترل است.

انواع شیر انبساط الکترونیکی از نظر نوع استپر موتور

با توجه به نوع استپر موتور استفاده شده در شیر انبساط الکترونیکی، دو نوع از آن وجود دارد: تک‌قطبی و دوقطبی. در نوع تک‌قطبی، دو فاز وجود دارد که هر یک از فازها یک سر وسط دارند. این نوع از پنج یا شش سیم تشکیل شده که چهار عدد از آن به فاز و باقی سیم‌ها به تغذیه مرتبط می‌شوند. درصورتی‌که سیم‌های مربوط به تغذیه از داخل با هم یکی شده باشند پنج سیم خواهد داشت.

در نوع دوقطبی نیز دو فاز وجود دارد که در آن برخلاف نوع قبلی، سر وسط وجود ندارد و جریان باید از کل سیم‌پیچ عبور کند. در این صورت گشتاور سیم‌پیچ افزایش می‌یابد. مدار این انواع پیچیده‌تر از نوع تک‌قطبی است و در شیرهای با ظرفیت بالاتر و استپ بیشتر استفاده می‌شوند. این موتورها، چهار سیم دارند.

مزایای استفاده از شیر انبساط الکترونیکی (ETS)

معایب شیرهای انبساط مکانیکی قدیمی، اختراع شیر انبساط الکترونیکی را رقم زد. این شیرها مزایای مختلفی دارند که دقت بالا و عملکرد سریع مهم‌ترین آن‌ها هستند. به‌اختصار مزایای شیر انبساط برقی موارد زیر هستند:

• عملکردی بسیار سریع نسبت به دیگر مدل‌ها
• دقت بسیار بالا (در حد یک استپ کنترل میزان ماده مبرد)
• حجم و وزن پایین نسبت به انواع قدیمی و اشغال کمتر فضا
• تولید بسیار کم سروصدا
• مصرف انرژی بسیار پایین
• قابل‌استفاده در سیستم‌های برگشت‌پذیری چون هیت پمپ ها
• عدم نیاز به روان کاری
• قابلیت اطمینان بسیار بالا
• قابل‌استفاده در انواع مبرد
• ثابت نگه داشتن میزان سوپر هیت در انتهای اواپراتور
• تنظیم دقیق دبی ماده مبرد
• عدم برگشت مایع مبرد به کمپرسور که یکی از بزرگترین دلایل خرابی کمپرسورهای برودتی می باشد .
• نمایش میزان سوپرهیت
• نمایش میزان باز بودن شیر انبساط به صورت درصد
• بالابردن بهروری اواپراتور و در کل دستگاه برودتی
• عدم بروز پدیده هانتینگ که در شیر های قدیمی به شکل قابل ملاحظه ای دیده می شود .
• قابلیت نصب بر روی سیستم های با ظرفیت متغیر از 10 درصد تا 100 درصد

معایب شیر انبساط الکترونیکی

تنها عیب  این نوع ETS، قیمت بالاتر آن نسبت به انواع قدیمی‌تر می‌باشدکه با توجه به مزایای این نوع شیر و تأثیری که بر روی میزان مصرف انرژی و خرابی کمتر کمپرسور و بالا رفتن بهره وری چیلر و دیگر تجهیزات برودتی می‌گردد کاملا قابل  قابل‌چشم‌پوشی است.

در انواع مکانیکی یا ترموستاتی، دقت کمتر، مناسب نبودن برای سیستم‌های با اختلاف فشار پایین و ... مشاهده می‌شود. این سیستم قابلیت کنترل حجم بالا را ندارد. در صورتی که نیاز به کاهش حجم مبرد بالا باشد، شیر انبساط مکانیکی این امکان را نخواهد داشت. این معایب سیکل برودتی را تهدید به نداشتن عملکرد درست می‌کنند. اگرچه انواع مکانیکی کاربردهای خاص خود را دارند اما استفاده از نوع برقی به داشتن عملکردی بدون عیب کمک می‌کند.

شیرهای انبساط الکترونیکی در تهویه کاران

تهویه‌کاران در سیستم‌های تهویه مطبوع و سیستم‌های برودتی از شیرهای جدید دانفوس ، کرل ، اسپرلن ، آلکو استفاده می‌کند. شرکت دانفوس، شیر انبساط الکترونیکی (ETS) جدیدی به نام شیرهای انبساط کالیبری تولید کرده است. این شیرها، با انوع موتورهای جدید از نوع 600 استپی هستند. سرعت بسیار بالاتری دارند و پاسخی سریع‌تر خواهند داشت. این سرعت دقت کنترل سیستم را به بالاترین حد ممکن می‌رساند. سبک بودن، کوچک‌تر شدن، کانکشن‌های مسی و مقرون‌به‌صرفه بودن نسبت به شیرهای برنجی و داشتن جوشکاری بهینه‌تر با قیمت پایین‌تر و دیگر امکانات، تمایل افراد به خرید این شیرها را افزایش می‌دهد. این شیرها دارای درایوهای مخصوص به خود هستند و درایوهای کنترلی قدیمی را کنار گذاشته‌اند. در شیرهای قدیمی از درایوهای، EKD316 و EXD316 بوده که در انواع جدید جای خود را به درایوهای EKE 1A,EKE 1B, EKE 1C داده‌اند.