سیکل تراکمی سرمایش سردخانه

اساس تمامی سیستمهای تبرید مکانیکی گردش مبرد در یک سیکل بسته است که مبرد در طول این سیکل چهار فرایند اصلی تراکم، تقطیر، انبساط و تبخیر را طی کرده تا هدف اصلی تبرید که انتقال حرارت از یک محیط گرم به محیط سرد را انجام دهد. این سیکل در تمامی کاربرد‌های تبرید مثل تهویه‌مطبوع، سردخانه و تبرید خانگی (یخچال و فریزر) وجود دارد. امروزه از کاربرد‌های اصلی تبرید استفاده در سردخانه‌ها برای نگهداری و انتقال مواد‌غذایی می‌توان اشاره کرد که در ادامه به وسیله انیمیشن ذیل به توضیح مراحل سیکل می پردازیم.

مرحله تراکم

سیکل تبرید سردخانه از ورودی اواپراتور (1) که در آن فشار مبرد بهوسیله شیر انبساط کاهش پیدا کرده، شروع میشود. ما در این نقطه از سیکل تبرید مایعی سردی در اختیار داریم که منبسط شده و در نتیجه دمای آن کاهش مییابد. گاز در لولههای اواپراتور در جریان است و با توجه به اینکه اواپراتور داخل سردخانه قرار دارد به کمک فن آن هوای سردخانه با مبرد تبادل حرارت خواهد داشت. در قسمت بعدی سیکل تبرید از طریق لوله مکش (2) این گاز به داخل آکومولاتور (3) (مایعشکن) به وسیله کمپرسور (4) انتقال داده میشود. کمپرسور با تراکم گاز باعث افزایش فشار و همچنین افزایش دمای آن شده و این گاز از طریق لوله رانش وارد کندانسور میشود (5). در سیکل تبرید به خصوص در کاربردهای سردخانه ای قبل از کمپرسور آکومولاتور قرار میدهند تا با استفاده از این مخزن از ورود مایع به کمپرسور و آسیبهای حاصل از آن جلوگیری شود. این وضعیت مخصوصا زمانی رخ میدهد که سردخانه با ظرفیت کامل کار نمیکند و تمامی مبرد داخل اواپراتور تبخیر نمیشود، و یا هنگامیکه کمپرسور به طور مرتب خاموش و روشن میشود. البته میتوان در طراحی سیکلهای تبرید، بخار اشباع داخل اواپراتور را با گرفتن مقداری گرما در انتهای اواپراتور یا توسط یک مبدل جداگانه وارد فاز سوپرهیت (مافوق گرم) کرد تا علاوه بر جلوگیری از ورود مایع به داخل کمپرسور راندمان سیکل تبرید سردخانه را افزایش دهد.

کندانسینگ

قدم بعدی در سیکل تبرید سردخانه مرحله کندانس یا تقطیر است. کندانسور در محیط بیرون از سردخانه و معمولا به همراه کمپرسور که به آن واحد تقطیر(کندانسینگ یونیت) گفته میشود نصب شده و به کمک فن کندانسور با عبور هوای آزاد از روی گاز داغی که در مرحله قبلی سیکل ایجاد شده موجب خنک شدن تا دمای تقطیر آن شده و مبرد را وارد فاز مایع میکند. در برخی از سیکلهای  تراکمی تبرید سردخانه، مخزنی بعد از کندانسور قرار میگیرد که به آن رسیور یا مخزن ذخیره مبرد گفته میشود (6). هدف اصلی از این مخزن، ذخیره مبرد سیستم در آن (مثلا در هنگام تعمیر سیستم تبرید سردخانه) و همچنین مکانی برای جای دادن مبرد اضافی در سیستم که ممکن است در اثر تغییر شرایط کارکرد سیکل به وجود آید (مثل باز و بسته شدن شیر انبساط در اثر تغییر بار در سردخانه). البته با نصب رسیور جرم مبرد مورد نیاز در سیکل تبرید افزایش مییابد و این باعث افزایش هزینه و همچنین پیچیدگی سیکل سردخانه میشود. از دیگر قطعات به کار رفته در سیستمهای تبرید استفاده از شیر دستی یا برقی (7) در خط مایع است که برای باز وبسته کردن جریان مبرد و خاموش و روشن شدن سیستم سردخانه بهکار میرود. یکی از کاربردهای مهم شیر برقی به همراه ترموستات و کنترل فشار پایین برای انجام فرآیند پمپ داون است.

برای افزایش راندمان سیکل تبرید از ارتباط خط مکش و خط مایع در یک مبدل جداگانه میتوان استفاده کرد (8). از مزایای دیگر مبدل مایع-مکش ورود مبرد در حالت مادون سرد و نه اشباع به شیر انبساط است که تاثیر به سزایی در کارکرد دقیق آن در سردخانه ها دارد.

انبساط

مرحله بعدی در سیکل تبرید سردخانه، انبساط است که پس از کندانسور و قبل از اواپراتور قرار دارد (10) که با کاهش فشار مبرد دمای آن نیز کم میشود و در واقع ما بعد از مرحله انبساط مایع سرد و کم فشاری در اختیار داریم که باعث سرد شدن فضای سردخانه میشود و سیکل تبرید را کامل میکند. میزان مبرد عبوری از شیر انبساط بر اساس اختلاف فشار دو سمت شیر انبساط است و در شیر انبساط حرارتی جریان مبرد بر اساس میزان سوپرهیت مبرد در خروجی اواپراتور تعیین میشود که به کمک یک بالب نصب شده در انتهای لوله اواپراتور خوانده میشود. این بالب به کمک یک لوله باریک به بالای دیافراگم شیر انبساط متصل شده است. در داخل بالب و لوله از همان مبرد سیستم پر شده است و شیر از تقابل سه فشار اواپراتور، فشار فنر و فشار وارده از طریق بالب به دیافراگم باز و بسته میشود.

قبل از شیر انبساط و روی خط مایع سیکل تبرید سردخانه، فیلتر درایر قرار دارد (9) که با یک ماده جاذب رطوبت، رطوبت سیکل تبرید را به حداقل میرساند و با استفاده از فیلتر مانع از ورود مواد اضافی موجود در لولهها به شیر انبساط و مسدود کردن آن مینماید.

در هنگام خاموشی سیستم تبرید سردخانه ممکن است بخار مبرد موجود در محفظه کمپرسور تقطیر شده و به مایع تبدیل شود و در لحظه راهاندازی به آن آسیب وارد کرده و همچنین با حل شدن در روغن کمپرسور موجب روانکاری نامناسب آن شود برای جلوگیری از این پدیده در داخل کمپرسور یک المنت حرارتی (12) قرار میدهند تا در طول خاموشی سیکل با گرم نگهداشتن روغن مانع از این اتفاق شوند. از دیگر تجهیزاتی که برای حفاظت سیستمهای تبرید سردخانه استفاده میشود میتوان به سوییچ فشار بالا و پایین (13) اشاره کرد که سوییچ فشار بالا به خط دهش و فشار پایین به لوله مکش وصل میشوند تا زمانیکه فشارها از مقدار مجاز در سیکل تبرید طراحی شده عبور کرد با خاموش کردن سیستم سردخانه از بروز آسیب جلوگیری کنند.

وقتی دمای سردخانه از دمای طراحی بیشتر میشود از طریق ترموستات نصب شده در سردخانه (11) سیگنالی به مدار فرمان تبرید سردخانه فرستاده میشود و با روشن شدن کمپرسور مبرد در سیکل تبرید شروع به گردش کرده و فرایندها طبق توضیحات و انیمیشن انجام میشود.

مطالب مرتبط