در عرصه‌ی ساخت و تولید یخچال و وسایل خنک‌سازی و یا تهویه همواره در یک سیکل بسته از انبساط سیال استفاده می‌شود و شیر انبساط ترموستاتیکی و یا شیر انبساط الکترونیکی پای ثابت این فرایند هستند. در حال حاضر تولید شیر انبساط بیشتر به منظور استفاده در فرایند سردسازی و تهویه می‌باشد.
در این مقاله ابتدا به نقش شیر انبساط در سیکل و مکانیزم علمکرد آن خواهیم پرداخت، سپس سیستم شیر انبساط الکترونیکی و ترموستاتیکی را تشریح خواهیم کرد و مزایا و معایب آنها را بیان خواهیم کرد.
مکانیزم شیر انبساط و نقش آن در سیکل‌ها
با یادآوری سیکل تبرید می‌توان نقش شیر انبساط را بهتر درک کرد. همانطور که می‌دانید مبرد در داخل سیکل جریان می‌یابد و با عبور از اواپراتور عمل دریافت حرارت از محیط سیستم (بخشی از سیستم که نیاز به خنک‌سازی دارد مانند داخل یخچال یا هوای داخل اتاق) انجام می‌شود، سپس در کمپرسور فشرده و در کندانسور حرارت را از دست می‌دهد. حالا برای ورود به اواپراتور، مبرد به فشار کمتر احتیاج دارد تا حرارت را دریافت کند و مایع تقطیرشده امکان تغییر فاز داشته باشد. این وظیفه‌ی مهم را شیر انبساط بر عهده دارد.
وظایف شیر انبساط :
- کاهش فشار ورودی اواپراتور
- کاهش دمای مبرد به وسیله‌ی تبخیر جزئی آن
- مدیریت جریان جرم سیال ورودی به اواپراتور
شیر انبساط در تهویه کاربردهای زیادی دارد و در دو دسته‌ی همسان‌ساز داخلی و خارجی موجود می‌باشد که هر کدام مکانیزم عملکرد خود را دارد و در صورتی که مبرد از آب برای سردسازی استفاده کند از این شیر انبساط در چیلرهای آب خنک نیز استفاده می‌شود.
شیر انبساط ترموستاتیکی
شیر انبساط ترموستاتیکی که با TEV نمایش داده می‌شود رایج‌ترین وسیله در یخچال‌ها و وسایل تهویه می‌باشد. شیر انبساط ترموستاتیکی بیشتر روی جریان جرم تاکید دارد و با تنظیم جریان جرم مناسب‌ترین فشار را برای اواپراتور تامین می‌کند.
شیر انبساط ترموستاتیکی در حقیقت وسیله‌ای است که با میزان کارکرد اواپراتور رابطه‌ِ مستقیم دارد. اگر بار روی اواپراتور کم باشد یعنی نیازی به خنک‌سازی زیاد نداشته باشیم شیر انبساط میزان جریان جرم مبرد را کاهش می‌دهد و اگر بار اواپراتور بیشتر باشد جریان جرم نیز افزایش می‌یابد.
این کار باعث می‌شود تا اواپراتور، کمپرسور و سایر اجزای سیکل تبرید یا تهویه در ایده‌ال‌ترین حالت ممکن کار کردند و بازده بالایی داشته باشند. شیر انبساط ترموستاتیکی با اینکه در نام آن از کلمه‌ی «ترمو» استفاده شده است اما درجه حرارت را کنترل نمی‌کند و هیچ تاثیری روی آن ندارد.
در سیستم‌های خانگی کوچک معمولا به جای شیر انبساط از لوله مویین استفاده می‌شود اما برای سیستم‌های بزرگتر نظیر نیروگاه‌های صنعتی تبرید، تهویه هوا در ابعاد بزرگ و تهویه مرکزی ساختمان‌ها از شیر انبساط ترموستاتیکی استفاده می‌شود.
شیر انبساط الکترونیکی
شیر انبساط الکترونیکی بسیار دقیق‌تر از نوع ترموستاتیکی آن است و طراحی آن نیز پیچیده‌تر است. EEV جریان مبرد ورودی به اواپراتور را با انبساط مستقیم کنترل می‌کند. این کار به وسیله‌ی سیگنال‌هایی که از یک سنسور الکترونیکی به آن می‌رسد انجام می‌شود. از یک موتور کوچک به نام STOPER برای باز کردن یا بستن درگاه شیر استفاده می‌شود.
این STOPERها به وسیله‌ی یک کنترلر الکترونیکی و با نسبت مورد نیاز می‌چرخند تا فشار لازم را تامین کنند. با این حال تعداد سیگنال‌هایی که از سنسور ارسال می‌شود مرجعی برای تغییر فشار یا همان تغییر موقعیت شیر برای جریان مشخصی از سیال می‌باشد.
چند قابلیت مهم شیر انبساط الکترونیکی:
- قابل استفاده برای سیستم‌های بدون نیاز به روان‌کاری
- اشغال فضای کمتر برای نصب: ارتفاع کم، حجم کم و وزن کم
- سر و صدای خیلی کمتر نسبت به نوع ترموستاتیکی آن
- عملکرد سریع و مصرف انرژی نسبتا پایین
- قابل استفاده برای سیستم‌های برگشت‌پذیر نظیر پمپ‌ها و جریان‌‌های رفت و برگشتی
مزایا و معایب استفاده از شیرهای انبساط ترموستاتیکی و الکتریکی
ابتدا به مزایای این دو خواهیم پرداخت
شیر انبساط ترمودستاتیکی:
- قیمت تجهیزات آن بسیار کمتر است.
- عملکرد مداوم
- تنظیم راحت و دستی آن
- هزینه‌های تعمیر و نگهداری بسیار کم
شیر انبساط الکترونیکی:
- کاملا مطمئن و بدون خطا
- بهینه‌سازی دما و جلوگیری از Overheating
- بهبود عملکرد کمپرسور
- قابلیت استفاده برای انواع مختلف سیال
در مورد معایب آنها نیز می‌توان برای نوع الکتریکی قیمت نسبتا بالاتر آن را در نظر گرفت، برای نوع ترموستاتیکی هم دقت کمتر، عدم کنترل حرارت زیاد، مناسب نبودن برای اختلاف فشارهای پایین را نام برد که تا حد زیادی عملکرد صحیح سیکل را دستخوش تغییر می‌کند. با این حال هر کدام کارایی مخصوص خود را دارند و برای مصارف مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
جمع بندی
شیر انبساط کاربرد گسترده‌ای در صنعت دارد و سیستم‌های مختلف کولینگ و تهویه از قابلیت‌های این وسیله‌ی ساده اما بسیار کاربردی بهره می‌برند. این شیر در دو نوع الکترونیکی و ترموستاتیکی موجود می‌باشد. اصول اولیه‌ی مکانیزم این شیرها بر کنترل جریان جرم و در نتیجه کنترل فشار می‌باشد. هر کدام از این شیرها مزایا و معایب خاص خودشان را دارند و بسته به کارکرد و میزان دقت موردنیاز از آنها استفاده می‌شود.
منابع:
https://www.achrnews.com/articles/95056-electronic-expansion-valvesthe-basics
https://www.brighthubengineering.com/hvac/58501-thermostatic-expansionvalve-or-tev/
https://theengineeringmindset.com/how-electronic-expansion-valveswork/
https://www.hengel.com/fr/system/files/guide_-differences_between_a_thermostatic_expansion_valve_and_an_electronic_expansion_valve.pdf
