عملکرد سیکل تبرید تراکمی بخار
سیکل تبرید تراکمی بخار فرایندی ترمودینامیکی می باشد. این سیکل در دستگاه های سرمایشی مانند چیلرها، یخچال ها، سیستم های برودتی، اسپلیت ها یا کولر گازی، کولر اتومبیل و … مورد استفاده قرار می گیرد.
طراحی سیکل تبرید تراکمی بخار بر اساس تغییر حالت فیزیکی یک سیال می باشد. ظرفیت سرمایشی و گرمایشی سیال مورد استفاده در دستگاه های صنعتی زیاد باشد. سیکل تبرید تراکمی بخار همان سیکل معکوس ماشین های گرمایشی است. به همین خاطر این سیکل، موتور گرمای معکوس نیز نامیده می شود.
تبرید چیست؟
تبرید در لغت یعنی گرفتن گرما از محیطى که باید سرد شود و انتقال آن به محیط بزرگتر که تغییر محسوسى در دماى آن ایجاد نمى شود. در واقع منظور از تبرید، کاهش انرژی گرمایی محیط مورد نظر (آب یا هوا) می باشد. اندازه گرما نیز باید با شاخصی به نام دما قابل لمس و اندازه گیری باشد.
برای مطالعه سایر مقالات تاسیساتی به “سایت مقالات اسپیتی” مراجعه فرمایید.
مراحل فرایند سیکل تبرید تراکمی بخار
مرحله متراکم کردن سیال (Compression)
اولین کاری که در فرایند سیکل تبرید تراکمی بخار اتفاق می افتد متراکم کردن سیال است. عمل متراکم سازی معمولا توسط کمپرسور صورت می گیرد. حالت گازی و فشار و دمای سیال ورودی به کمپرسور پایین می باشد. اما پس از وارد شدن به کمپرسور، دما و فشار سیال بالا می رود. در این مرحله سیال آماده ورود به مرحله بعد فرایند می باشد. در واقع به منظور متراکم کردن و حرکت سیال، نیاز به یک موتور الکتریکی یا احتراقی است.
مرحله ورود سیال به کندانسور (Condensation)
در این مرحله چگالش سیال مبرد انجام می گیرد. دما و فشار سیال مبرد در هنگام خروج از کمپرسور، زیاد بوده و به همین دلیل به کندانسور وارد می شود. طراحی کندانسورها معمولا به صورت مارپیچ است. اما طراحی کندانسورها در چیلرهای تراکمی به صورت مبدل حرارتی می باشد. سیال مبرد در کندانسور خنک شده و چگالیده می شود. به کمک جریان آب یا گردش هوا در اطراف لوله های کندانسور،دما سیال مبرد پایین می اید. فشار سیال در کندانسور ثابت می ماند. پایین آمدن دمای سیال تا جای ادامه دارد که از حالت گازی به مایع تبدیل شود.
مرحله کاهش فشار و انبساط سیال (Throttling and Expansion)
سیال پس از تبدیل شدن به حالت مایع به شیر انبساط وارد می گردد. بعد از ورود به شیر انبساط حجم سیال زیاد شده و فشار آن پایین می آید. به همین علت قسمتی از سیال مایع که در حالت اشباع است، به بخار تبدیل می گردد. در واقع سیالی که از شیر انبساط خارج شده مخلوطی از گاز و مایع است.
مرحله تبخیر (Evaporation)
فرایند تبخیر که در اواپراتور انجام می شود به این صورت است که گرمای محیط توسط سیال مبرد گرفته می شود و باعث خنک شدن فضا می گردد. این انتقال حرارت موجب تبدیل کامل سیال به بخار و دستیابی دوباره به یک مبرد تک فازی می گردد. بعد از عبور سیال از اواپراتور یا مرحله تبخیر، سیال می تواند دوباره به کمپرسور وارد شود. در واقع سیکل تبرید تراکمی بخار در مرحله تبخیر تمام شده و دوباره شروع به کار می کند.
اجزای سیکل تبرید تراکمی بخار
کمپرسور (Compressor)
وظیفه کمپرسور متراکم کردن سیال مبرد است. کمپرسورها دارای انواع مختلفی می باشند. در گذشته معمولا کمپرسورهای پیستونی مورد استفاده قرار می گرفتند. کمپرسورهای پیستونی علاوه بر صدای زیاد، فضای زیادی نیز اشغال می کردند. به همین دلیل امروزه اکثرا از کمپرسورهای اسکرال، اسکرو، روتاری یا دورانی، سانتریفیوژ با توجه به میزان ظرفیت برودتی مورد نیاز، نوع مبرد مصرفی و سایر عوامل استفاده می گردد. کمپرسورهایی که قطعات متحرک کمتری را دارا هستند، صدای کمتری نیز تولید می کنند. همچنین کمپرسورهای امروزی دارای عملکرد بهتری نیز می باشند. در انتخاب کمپرسور باید به نکاتی مانند انتخاب ظرفیت مناسب برای سرمایش، چگونگی عملکرد کمپرسور، نوع کمپرسور و … توجه نمود.
کندانسور (Condenser)
کندانسور فرایند چگالش سیال مبرد را انجام می دهد. کندانسورها دارای دو مدل هوا خنک و آب خنک می باشند. برای خنک کردن سیال مبرد در چیلرهای هواخنک از چند فن توان بالا استفاده می گردد. اما در چیلرهای آب خنک از یک مبدل حرارتی پوسته و لوله برای خنک کردن سیال مبرد استفاده می شود. سیال مبرد در چیلر آب خنک درون لوله قرار گرفته و به کمک جریان آب در اطراف لوله سیال مبرد خنک می شود. به منظور خنک کردن دوباره این آب از یک برج خنک کننده یا کولینگ تاور در کنار چیلر استفاده می گردد. کندانسور باقی وسایل سرمایشی مانند یخچال های معمولی به صورت هوا خنک می باشند.
شیر انبساط (Expansion Valve)
استفاده از شیر انبساط بر خلاف وزن و ابعاد کم و ساختار ساده آن در سیکل تبرید تراکمی بخار بسیار مهم است. در صورت بالا بودن فشار و کم بودن دمای سیال مبرد، شیر انبساط فشار سیال را پایین آورده و سیال را برای ورود به بخش اوپراتور حاضر می کند. دیگر وظیفه شیرهای انبساط کنترل جریان وارد شده به اواپراتور می باشد. طراحی شیر انبساط معمولا به صورت مکانیکی (ترموستاتیکی) یا الکترونیکی می باشد. شیرهای الکترونیکی را می توان از راه دور نیز کنترل نمود. به کمک دستگاه های دیجیتال، شیرهای الکترونیکی به راحتی کنترل می شوند.
اواپراتور (Evaporator)
اواپراتور مشابه با کندانسور یک مبدل حرارتی است. طراحی این مبدل می تواند به صورت پوسته و لوله (مانند چیلرهای تراکمی) یا به شکل ساده انجام شود. دمای مبرد در هنگام ورود به اوپراتور بسیار کم بوده و آماده تبادل حرارت با محیط است. اواپراتورها نیز دارای دو مدل هواخنک یا آب خنک می باشند. اواپراتور مورد استفاده در یخچال فریزرها از نوع هواخنک هستند. اما اواپراتور چیلرهای تراکمی ممکن است از نوع هوا خنک یا آب خنک نیز باشد.
نظرات کاربران