سیکل تبرید تراکمی

یکی از مهم ترین مفاهیم حاکم بر سیستم‌های سرمایشی سیکل تبرید تراکمی است که طیف گسترده‌ای از محصولات سرمایشی مانند چیلر ها، روفتاپ پکیج‌ها، اسپلیت (کولر گازی)، داکت اسپلیت و سردخانه‌های فریونی بر اساس این مفهوم طراحی و ساخته می‌شوند که در این مقاله قصد داریم به توضیح جامع آن بپردازیم و اجزای آن را با هم تحلیل کنیم و نقش هرکدام را به خوبی بررسی کنیم.

1. کمپرسور

کمپرسور مانند قلب تپنده برای سیکل است، سیکل تبرید تراکمی یک سیکل بسته است یعنی نقطه شروع نقطه پایان نیز خواهد بود و مبرد، که سیال در حال چرخش در سیکل است، پس از شارژ دیگر از آن خارج نخواهد شد.

و ما در این مقاله کمپرسور را نقطه شروع در نظر گرفته‌ایم، سیکل تبرید تراکمی بر اساس دفع گرمای نهان به وسیله ایجاد تراکم کار خواهد کرد و وظیفه متراکم کردن بر عهده کمپرسور است.

با متراکم کردن حجم گاز کاهش پیدا می‌کند و به این ترتیب فشار و دمای مبرد افزایش پیدا خواهد کرد که این افزایش دما در واقع به خاطر آزاد شدن گرمای نهان است.

دلیل اصلی استفاده از کمپرسور دقیقا هم کاهش حجم و آزاد کردن گرمای نهان است که در مراحل بعدی دلیل این مهم را بررسی خواهیم کرد.

کمپرسور در زمان متراکم کردن به دلیل کار الکتروموتور خود علاوه بر آزاد کردن گرمای نهان که باعث می‌شود مبرد دمایی بالایی پیدا کند خود به دلیل کار کردن و مصرف انرژی الکتریکی گرما ایجاد خواهد کرد که این گرما نیز به مبرد منتقل خواهد شد.

برای آشنایی بیشتر با انواع کمپرسور و نحوه کار کردن آن‌ها بر روی این لینک کلید نمایید.

درواقع ما می‌دانیم که انرژی گرمایی همیشه از جایی که دما بالاست به جایی که دما پایین است منتقل می‌شود و این انتقال تا زمانی که دو جسم یا دو سیال هم دما شوند ادامه پیدا خواهد کرد (به شرط اینکه زمان کافی برای انتقال حرارت وجود داشته باشد) و اگر بخواهیم این روند برعکس شود یعنی محیط سرد شود باید کاری انجام شود که این کار توسط کمپرسور انجام می‌شود و مبرد زمانی که از کمپرسور خارج می‌شود دارای دمای زیادی است که حاصل جمع گرمای نهان آزاد شده خود مبرد و گرمای ایجاد شده توسط کار الکتریکی کمپرسور است.

که ما باید این گرما را به نحوی دفع نماییم تا مبرد خنک شود تا بتوان از آن برای ایجاد سرمایش استفاده کرد (گرما همیشه از جایی که دمای یالایی دارد به جایی که دمای پایین است منتقل می‌شود پس ما بایید دمای مبرد را تا حد امکان پایین آوریم)

2. کندانسور

کندانسور به معنی تقطیر کنندس (تبدیل گاز به مایع) همانطور که در بخش کمپرسورها در سیکل تبرید تراکمی توضیح دادیم بعد از خروج مبرد از کمپرسور دارای حجم پایین به دلیل متراکم‌شدن، فشار بالا و دمای بالاست و نیازمند کاهش دمای مبرد بودیم که وظیفه این کاهش دما با کندانسور است.

در واقع کندانسور یک مبدل حرارتی است که با در کنار هم قرار دادن دو ماده (سیال مبرد و سیال ثانویه) این امکان را بروآرده خواهد کرد که گرمای مبرد که دمای آن بالاتر از سیال ثانویه است منتقل شود و به این ترتیب مبرد دمایش پایین خواهد آمد.

سیال ثانویه می‌تواند هوا، آب یا ترکیبی از این دو باشد که دمای آن از دمای مبرد پایین ‌تر است و با این انتقال حرارت مبرد که دمایش پایین آمده از حالت دو فازی مایع و گاز با دمای بالا (به دلیل متراکم‌شدن مبرد از حالت گازی به حالت دو فازی تبدیل خواهد شد) به حالت مایع تبدیل خواهد شد.

ما می‌دانیم که فاصله بین مولکول‌ها در سه حالت جامد، مایع و گاز به ترتیب کاهش پیدا خواهد کرد یعنی فاصله بین مولکولی در حالت مایع کم‌تر از حالت گازی است که در علم ترمودینامیک با بررسی آن می‌توان به مفاهیم انتالپی و انتروپی پی برد.

3. شیر فشارشکن یا انبساط (اکسپنشن ولو)

اکسپنشن ولو که ما بین کندانسور و اواپراتور قرار دارد وظیفه اصلی آن پایین‌آوردن فشار (نقطه مقابل کمپرسور) و کنترل دبی ورودی مبرد به اواپراتور است.

درواقع سه پارامتر فشار، حجم و دما کاملا با هم در ارتباط مستقیم هستند که با تغییر در هرکدام در پارامتر دیگری دچار تغییر خواهیم شد.
شیر فشار‌شکن درواقع با کاهش فشار باعث می‌شود مبرد دمایش به خاطر کاهش فشار پایین‌تر آمده و آماده جذب گرما از جایی که دما بالاست شود.

و با کنترل دبی ورودی مبرد به اواپراتور زمان کافی برای انتقال حرارت بین حجم خاصی از مبرد با دمای پایین با سیال ثانویه فراهم خواهد کرد.

4. اواپراتور

اواپراتور هم مانند کندانسور یک نوع مبدل حرارتی است که به دلیل جایگاه قرار‌گیری آن وظیفه‌ای عکس کندانسور را در سیکل تبرید تراکمی ایفا می‌کند.

اواپراتور به معنی تبخیر‌کننده است (تبدیل مایع به گاز) که آخرین جزء اصلی سیکل به شمار می‌آید و مبرد بعد از عبور از اکسپنشن ولو و کاهش فشار در آنتالپی ثابت با ورود به اواپراتور به دلیل کاهش دمای ایجاد شده، گرمای سیال ثانویه که می‌تواند آب یا هوا باشد را جذب نماید نکته حائز اهمیت این است که حتما دمای مبرد باید پایین‌تر از دمای سیال دوم باشد تا توانی خنک‌کردن آن را داشته باشد.

اواپراتور‌ها بر اساس نوع کاربری خود دارای انواع مختلفی هستند که هرکدام دارای مزایا و معایب خاصی هستند که با کلیک بر روی لینک زیر می‌توانید بیشتر راجع به آن مطالعه فرمایید.

انواع اواپراتورها و کاربرد آن

مبرد بعد از عبور از اواپراتور به دلیل جذب گرمای سیال دوم که دمای بالا تری نسبت به مبرد داشته، دمای مبرد بالا خواهد رفت و همانطور که در بخش‌های قبل گفتیم، با افزایش دما، مبرد از حالت مایع به حالت گازی تغییر فاز خواهد داد.

سیکل تبرید تراکمی یک سیکل بسته است پس مبرد بعد از عبور از اواپراتور مجدد وارد کمپرسور خواهد شد و این چرخه بار‌ها و بارها تکرار خواهد شد تا بتوان محیطی را خنک کرد.

نکته: به دلیل ساختار کمپرسورها، مبرد در هنگام ورود به به کمپرسور می‌بایست کاملا در حالت گازی باشد تا آسیبی به کمپرسور وارد نشود از این رو اکسپنشن با کنترل دبی ورودی مبرد به اواپراتور این امکان را می‌دهد که کاملا بعد از خروج به حالت گازی تبدیل شود و برای اطمینان از این امر مقداری دمای بالا‌تری پیدا خواهد کرد که به آن سوپرهیت گفته می‌شود.