1. Giới thiệu chung
Van tiết lưu điện tử (EEV - Electronic expansion valve) có chức năng giống như van tiết lưu nhiệt là điều tiết lưu lượng ga lỏng phun vào dàn bay hơi bằng tín hiệu độ quá nhiệt hơi hút sau dàn bay hơi. Van tiết lưu nhiệt (TEV — Thermostatic vanlve) lấy tín hiệu độ quá nhiệt chuyển thành tín hiệu áp suất làm giãn nở màng đàn hồi để mở van, trong khi đó van EEV lấy tín hiệu độ quá nhiệt đưa về bộ vi xử lý, ở đây các tín hiệu được khuyếch đại, so sánh và chuyển thành lệnh kiểu xung để điều khiển van qua môtơ truyền động làm việc theo bước hoặc kiểu điện từ. Hình I giới thiệu sơ đổ nguyên lý của I van EEV trong hệ thống lạnh.
NT
j ) 4 L
Sl eee
LS Ũ
Hinh 1. Van EEV trong hệ thống lạnh
MN - máy nén; NT - ngưng tụ; BC - bình chứa cao áp; VC - van chặn; FSL - phin sấy lọc;
MG - mắt ga; EEV van tiết lưu điện tử; MPS - bộ vi xit ly (microprocessor); S,,S - đầu cam nhiệt.
ưu nhược điểm của EEV so với TEV Uu điểm
- 78 -
-_ Năng suất lạnh của dàn bay hơi tăng lên do độ quá nhiệt giảm từ 4.5 - 5,6 K xuống I,l đến 1,7 K, cải thiện hệ thống lạnh của hệ thống đáng kể.
- _ Không bị nguy cơ tràn lỏng ở chu kỳ nghỉ của máy nén do van đóng chặt hoàn toàn.
- C6 thể mở trễ ở chu kỳ khởi động tránh ngập lỏng dàn lạnh và tràn lạnh về máy nén.
- _ Điều chỉnh tức thời và chính xác lượng lỏng cấp cho dàn tuỳ thuộc vào tải lạnh, yêu cầu không có tính trễ.
- __ Hiệu áp qua van chỉ cần khoảng l bar trong khi van TEV cân tới 5 bar.
- _ Thích ứng hoàn toàn với mọi nhiệt độ và áp suất ngưng tụ theo môi trường làm mát.
Đây là ưu điểm cơ bản cho phép giảm công nén tối đa cho máy nén.
Nhược điểm của van tiết lưu điện từ là đắt hơn nhiều lần. Tuy nhiên hãng Danfoss (Đan Mạch) đã cải tiến bộ vi xử lý thành 1 bộ điều khiển đa chức năng, không chỉ điều khiển EEV mà còn đảm bảo hầu hết các công tác tự động hoá hệ thống lạnh như cài đặt, giám sát báo động nhiệt độ sản phẩm, nhiệt độ buồng lạnh, giám sát báo động và bảo vệ máy nén, xả băng theo nhu cầu và theo chương trình, tự ghi và lưu giữ toàn bộ các dữ liệu hoạt động của hệ thống, sản phẩm và buồng lạnh, báo động từ xa qua internet hoặc điện thoại di động, tự chuẩn đoán lỗi và đưa ra phương hướng xử lý sửa chữa lỗi.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng chế tạo EEV, mỗi hãng chế tạo có những thiết kế riêng biệt khác nhau. Sau đây chúng ta sẽ đi tìm hiểu EEV của một số hãng như Sporlan (Mỹ), Engelhof (Đức), Daikin (Nhật), và Danfoss (Đan mạch).
2. Van tiết lưu Sporlan (Mỹ)
hk: tape: —=
1 - B6 vi xr ly; 2 - M6 to lam viéc theo buéc tuyén tính; 3 - Ong chụp; 4 - Lỗ thoát gas lỏng; 5 - Ống dàn bay hơi; 6 - Ống cấp lỏng vào van
Hình 2 giới thiệu nguyên tắc cấu tạo của van tiết lưu điện từ Sporlan của Mỹ. Bao gồm ống cấp lỏng vào van có khoan rất nhiều ống thoát lỏng, trên đó có ống chụp 3 di chuyển lên xuống sẽ tạo ra sự thay đổi tiết diện thoát lỏng và qua đó điều chỉnh lưu lượng qua van.
Sự di chuyển lên xuống của ống chụp 3 được thực hiện nhờ 1 vít dẫn gắn với mô tơ làm việc theo bước tuyến tính. Vít dẫn có nhiệm vụ truyền chuyển động quay của môtơ thành chuyển động tịnh tiến của ống chụp. Khi ống chụp chuyển động lên trên, van mở rộng cửa thoát gas lỏng vào nhiều hơn. Khi ống chụp chuyển động xuống, van khép bớt cửa thoát, gas lỏng vào ít hơn và khi ống chụp chuyển động xuống vị trí thấp nhất van sẽ đóng hoàn toàn cửa thoát.
Qua việc chuyển động lên xuống của vít dẫn và ống chụp van có thể đóng mở ở 760 bước hay 760 vị trí khác nhau. Môtơ bước như đã nêu trên được điều khiển bởi bộ vi xử lý MPS. Bộ vi xử lý này sẽ duy trì độ quá nhiệt 8,3 K (15°F) của hơi hút tại cửa hút vào xi lanh máy nén. Điều đó có thể thực hiện được nhờ đo đạc nhiệt độ của gas lạnh ở cửa vào đàn bay hơi và hơi gas sau khi đã đi qua cuộn dây của động cơ máy nén vì đây là loại máy nén kín hoặn nửa kín làm mát bằng gas lạnh. Độ quá nhiệt ở đây là độ tăng nhiệt độ của hơi ra từ dàn bay hơi đến cửa hút vào xi lanh máy nén khi đã đi qua để làm mát vòng dây động cơ. Động cơ máy nén gây ra độ quá nhiệt khoảng 8,3 đến II,I K. Bằng cách đo đạc và điều chỉnh độ quá nhiệt hơi hút sau động cơ ở khoảng 8,3 K thì độ qua nhiệt hiệu quả sau dàn bay hơi giảm xuống chỉ còn I,I đến 1/7 K. Điều đó có nghĩa hiệu suất trao đổi nhiệt của dàn bay hơi tăng lên. Như ta đã biết độ quá nhiệt của van tiết lưu nhiệt thông thường là 4,5 đến 5,6 K.
Các thermistor đo đạc các nhiệt độ đó sẽ báo về cho bộ vi xử lý biết nhiệt độ quá nhiệt thực đã vượt 8,3 K là bao nhiêu cũng như tốc độ biến thiên độ quá nhiệt là bao nhiêu.
Từ các thông tin đó, bộ vi xử lý sẽ đưa ra các xung (các lệnh) điều chỉnh kim van thích hợp. VỊ trí kim van được hiệu chỉnh lại sau mỗi 3 giây. Bộ vi xử lý và van tiết lưu điện tử giới hạn độ quá nhiệt không vượt quá 30,5 K để tránh quá tải cho máy nén. Đó cũng chính là điểm MOP (Maximum Operating Temperature) và nó được thermistor lắp ở dàn bay hơi cảm nhận.
Bộ vi xử lý và van tiết lưu điện tử cũng kết hợp với nhau để điều chỉnh nhiệt độ ngưng tụ. Van tiết lưu có thể mở ở vị trí bất kỳ để đảm bảo cấp đủ lỏng cho dàn bay hơi trong khi nhiệt độ ngưng tụ và áp suất ngưng tụ có thể hạ xuống phù hợp với nhiệt độ của
- 80-
môi trường làm mát. Đây cũng chính là một ưu điểm quan trọng của van tiết lưu điện tử vì ta biết khi nhiệt độ bay hơi giảm, năng suất lạnh tăng và công nén giảm. Điều đó đặc biệt quan trọng cho chế độ chạy giảm tải của hệ thống điều hoà không khí.
Trong khi van tiết lưu nhiệt cần một hiệu áp suất qua van tối thiểu là 4,8 bar để hoạt động hiệu quả thì van tiết lưu điện tử chỉ cần 1,0 bar. Như vậy với van tiết lưu điện tử Sporlan hệ thống lạnh có thể hoạt động ở tỷ số áp suất rất nhỏ và đạt hiệu suất lạnh cao và Tất cao.
3. Van tiết lưu Engelhof
Hình 3 giới thiệu cấu tạo của van tiết lưu điện tử Engelhof của Đức.
Hình 3
Đây là van có năng suất lạnh tương đối nhỏ (từ 0,5 - 16 kW R22 ) gồm 2 phần riêng biệt.
Phần 1 là phân thuần cơ khí giống như một van tiết lưu tay kiểu góc. Phần 2 là phần truyền động gồm 1 mô tơ hoạt động theo bước được điều khiển bởi một bộ vi xử lý. Van có thể sử dụng cho tất cả các loại ga lạnh khác nhau và chỉ dùng cho dàn bay hơi trực tiếp.
-81-
4. Van tiét luu Daikin
Hình 4 giới thiệu cấu tạo của van tiết lưu điện tử Daikin (Nhật).
Yh 777
ki ` ơ_
Hình 4
1. Đế van; 2. hộp xốp; 3.Ngăn truyền động; 4. Ngăn vít; 5. Bánh răng; 6. Nắp không thấm nước; 7. Môtơ xung; 8. Chỉ tiết hàn; 9. Thân van; 10. Kim vận. Khi vận hành: 0- 2000 xung (mở hoàn toàn), Khi đóng van: 0 xung (đóng hoàn toàn
Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của van cũng giống như các van đã giới thiệu. Tuy nhiên thiết kế có cải tiến để có thể dễ dàng tháo rời phần truyền động ra khỏi phần van cơ khi.
Moto diéu khiển van nhận xung từ bộ vi xử lý để mở hoặc khép bớt cửa van. Khi mở to hết cỡ môtơ nhận đủ 2000 xung, còn khi đóng hoàn toàn là 0 xung.
5. Van tiết lưu điện tử của Danfoss
Hình 5 giới thiệu van tiêt lưu điện tử AKV10 và hình 5 giới thiệu van AKVI5 của Danfoss.
-82-
Hinh5
1. Cửa vào; 2. Cửa ra; 3. Lô thoát; 4. Phin lọc; 5. Đế van; 6. Lối sắt; 7. Đệm nhôm; 8.
Cuộn day; 9. Nit AMP; 10. Mii; 11. Vong 0; 12. Vong 0.
Hinh 6
- 83 -
1. Cửa vào; 2. Cửa ra; 3. Lỗ thoát; 4. Piston; 6. Lối sắt; 7. cuộn đây; 8. Lối sắt; 9. Lỗ trên van lái; 10. Phin lọc; I1. Nắp; 12. Thân van; 13. Lò xo; 14. Lỗ thoát.
Thực chất, các van tiết lưu điện tử của Danfoss là các van điện từ. Kiểu AKVI10 là van điện từ đóng mở trực tiếp còn các van lớn hơn AKVI5 và 20 là loại van điện từ tác động gián tiếp, khác hẳn với nguyên tắc cấu tạo của van tiết lưu điện từ Sporlan, Engelhof, và Daikin.
Nguyên tắc làm việc của nó cũng khác hẳn, đó là đóng mở van giống như van điện từ. Bộ vi xử lý AKCI14 sẽ đo độ quá nhiệt ở cửa ra, vào của van và điều khiển đóng mở van trong chu kỳ 6 giây. Hình 6 giới thiệu chu kỳ đóng mở của van AKV. Ví dụ ở 6 giây đầu tiên do độ quá nhiệt lớn nên bộ điều khiển cho van mở với thời gian dài, 6 giây tiếp theo độ quá nhiệt giảm nên thời gian mở ít hơn, và 6 giây tiếp theo thì thời gian mở chỉ còn I phần nhỏ của 6 giây.
Như vậy cứ mỗi 6 giây van lạ nhận l xung để mở van tuỳ vào độ quá nhiệt. Thời gian mở gần hết thậm chí hết cả 6 giây, nhưng nếu độ quá nhiệt nhỏ thì thời gian mở chỉ là một phẩn của 6 giây. Bằng cách đó van AKV có khả năng điều chỉnh lưu lượng cấp cho dàn bay hơi một cách chính xác. Khi dừng máy van đóng hoàn toàn đường lỏng giống như một van điện từ. Van có năng suất lạnh từ 0,5 đến 800 kW (R22) và có thể dùng cho tất cả các loại ga lạnh trừ NH;. Ga lạnh NH; có loại van riêng là AKVA10, 15, 20.
Hình 7 giới thiệu kết nối của bộ điều khiển AKCI 14 với van tiết lưu điện tử AKV. Trong đó AKCI14 là bộ điều khiển của hệ thống làm lạnh thích ứng ADAP - KOOL; AKA14 là bộ hiển thị; NRV là van một chiêu, EVR là van điện từ thông thường và các đầu cảm biến nhiệt độ S, đến S,.
Hình 7 -84-
Không giống như bộ vi xử lý dùng cho các van tiết lưu điện tử của Sporlan, Engelhof và Daikin, bộ điều khiển AKCI 14 được phát triển thành bộ điều khiển đa chức năng khi kết hợp với các đầu cảm biến nhiệt độ hoặc áp suất. Các chức năng đó có thể là:
Điều khiển cấp lỏng cho tới 3 dàn bay hơi của 3 phòng lạnh khác nhau, Có thermostat với chức năng báo động,
Điều chỉnh nhiệt độ phòng kiểu ON/OFF hoặc liên tục,
Cài đặt thermostat ban đầu với đồng hồ có sẵn trong bộ điều khiển, Nối hiển thị LCD cho nhiệt độ sản phẩm,
Xá băng bằng hơi nóng hoặc điện trở, có chương trình xả băng khi có nhu cầu, Dừng máy theo nhiệt độ hoặc theo thời gian,
Điều khiển thích ứng điện trở sưởi cửa gió và khay hứng nước ngưng, Thông báo các thông số làm việc của máy nén,
Ngoài van tiết lưu điện tử, có thể lắp đặt, kết nối với van tiết lưu nhiệt, Hiệu ứng được đầu cảm,
Tự động chuẩn đoán lỗi và yêu cầu dịch vụ. Hệ thống điều khiển lạnh thích ứng ADAP - KOOL với van tiết lưu điện tử có khả năng tiết kiệm điện năng tiêu thụ rất cao nhờ:
Thích ứng với các môi trường làm mát bên ngoài giống như các van tiết lưu điện tử khác vì hệ thống tự điều chỉnh được với bất kỳ áp suất và nhiệt độ ngưng tụ nào. Đây là nguyên nhân giảm công nén lớn nhất.
Xả băng theo nhiệt độ phù hợp.
Điều chỉnh nhiệt độ vô cấp và tự động chạy ban đêm.