با سلام خدمت همه همراهان عزیز “گرند استپ “. مقاله پیش رو به توضیح سیکل تبریدی به‌کار رفته در چیلر می‌پردازد. محتوای مقاله، کمی از سطح عامیانه بالاتر است و خواندن آن برای کسانی مناسب است که پیش‌زمینه اندکی از علم ترمودینامیک داشته باشند. این مقاله، برشی از کتاب “اصول عیب‌یابی، تعمیرات و بهره‌برداری از سیستم‌های تبرید تراکمی” نوشته جناب آقای مهندس سید علی شمندی است.
سیکل تبرید تراکمی از چهار جزء اصلی تشکیل شده است:
1- کمپرسور(Compressor)
2-کندانسور(Condenser)
3-دستگاه انبساط(Expansion device)
4-اواپراتور(Evaporator)
وجود این چهار بخش جهت انجام فرآیند تبرید تراکمی الزامی است و عملکرد نامطلوب هرکدام از این بخش‌ها تأثیر مستقیم و چشم‌گیری در بازدهی سیکل خواهد داشت. سیکل‌های تبرید تراکمی با توجه به اندازه و ظرفیت، ممکن است اجزاء دیگری نیز داشته باشند اما هیچکدام از آنها به عنوان بخش اصلی، محسوب نمی‌شوند.
اگر شیر کپسول مایع مبرد را باز کنیم، خواهیم دید که با خروج مبرد از مخزن، دما در اطراف مخزن و شیر مخزن به شدت کاهش می‌یابد و رطوبت موجود در هوای اطراف، یخ می‌زند. این اتفاق به علت کاهش ناگهانی فشار مایع خروجی از کپسول و تبخیر ناگهانی، پس از خروج از شیر، اتفاق می‌افتد. در اینجا با کاهش فشار مایع و پاشش آن توانسته‌ایم دمای محیط اطراف را کاهش دهیم. اما پس از اتمام محتویات کپسول، فرآیند سرمایش به اتمام می‌رسد.
در سیکل‌های تبرید تراکمی، دقیقا به همین روش، فرآیند سرماسازی اتفاق می‌افتد. در حقیقت مایع مبرد با عبور از شیر انبساط یا لوله نویین دچار افت فشار شدید میشود. سپس به صورت مایع پودر شده به داخل اواپراتور پاشش میشود.
این مایع کم‌فشار دارای حداقل دما و آنتالپی است و شرایط لازم برای جذب گرما در اواپراتور را دارد. به دلیل اینکه وضعیت سیال خروجی از شیر انبساط در حالت اشباع می‌باشد، لذا دما و فشار سیال به یکدیگر وابسته هستند پس می‌توان با اندازه‌گیری فشار این قسمت، دمای آن را محاسبه نمود.
در این مرحله، مایع مبرد با دمای پایین وارد اواپراتور میشود. با شروع جذب گرما در اواپراتور، آنتالپی مبرد در فشار ثابت افزایش می‌یابد و مبرد از حالت مایع اشباع به بخار اشباع تبدیل می‌گردد. این فرآیند تا نقطه‌ای خارج از محدوده اشباع ادامه پیدا می‌کند که اصطلاحاً این محدوده را بخار سوپرهیت می‌نامند.سوپرهیت کردن مبرد در این بخش تنها جهت حفظ ایمنی سیکل و جلوگیری از پدیده خطرناک ورود مایع مبرد به کمپرسور می‌باشد. علت استفاده از آکومولاتور در برخی از سیستم‌های تبریدی را می‌توان همین موضوع بیان کرد. البته در کمپرسورهای اسکرال، چون از روغن برای آب‌بندی و خنک‌سازی استفاده میشود، دیگر نیازی به آکومولاتور نیست و همان روغن، کار مایع‌شکن را انجام می‌دهد.
مرحله بعد، یک فرآیند فشرده‌سازی است. این فرآیند توسط کمپرسور با نسبت تراکم مشخص اتفاق می‌افتد. بدیهی است که افزایش آنتالپی در این فرآیند، به دلیل جذب گرمای قطعات کمپرسور و گرمای حاصل از فشرده شدن گاز مبرد است.
در مرحله بعد، سیال دارای بیشترین آنتالپی و دما می‌باشد و همواره لوله خروجی کمپرسور داغ‌ترین لوله در سیکل تبرید می‌باشد. به همین دلیل سنسور دمای بالا (Discharge Temperature) در این موقعیت نصب میشود. با افزایش میزان سوپرهیت، مقدار آنتالپی و دمای این قسمت نیز افزایش می‌یابد. در این مرحله، گاز مبرد داغ و پرفشار وارد کندانسور میشود و شروع به تبادل حرارت با محیط می‌کند. در این مرحله، مبرد گرما از دست می‌دهد. در کندانسور، گاز داغ پس از تبادل حرارت با محیط، به حالت اشباع تبدیل میشود و در ادامه با از دست دادن حرارت بیشتر، به صورت مایع متراکم یا سابکولد از کندانسور خارج میشود. کندانسور وظیفه چگالش گاز داغ و تبدیل گاز به مایع را بر عهده دارد. کندانسور ممکن است به صورت آب‌خنک(Water cooled) یا هواخنک(Air cooled) تولید شود که از نظر ظاهری با یکدیگر متفاوت هستند. با عبور گاز از کندانسور، آنتالپی به تدریج کاهش می‌یابد. دمای سیال در ابتدای کندانسور به سرعت کاهش می‌یابد سپس با خارج شدن گاز از حالت بخار سوپرهیت و ورود به حالت اشباع، دماس سیال ثابت میشود و با تغییر فاز از حالت گاز به مایع، آنتالپی سیال در فشار ثابت، کاهش می‌یابد.
به صورت پیش‌فرض، فشار ورودی و خروجی کندانسور، برابر در نظر گرفته شده ولی در واقع، حرکت گاز و مایع در کندانسور، با افت فشار همراه است. جهت افزایش بازدهی سیکل تبرید توصیه می‌گردد، مایع خروجی از کندانسور تا دمای پایین‌تر از دمای اشباع متناظر با فشار اشباع تنزل کند.به عبارت ساده‌تر، مایع خروجی از کندانسور، سابکولد(مادون سرد) میشود.
سابکولد در خروجی کندانسور موجب میشود در فرآیند شیر انبساط، بخار مبرد کمتری وارد شود و مبرد خروجی از شیر انبساط، استعداد جذب گرمای بیشتری را داشته باشد. به عبارت ساده‌تر، مبرد ورودی به اواپراتور دارای آنتالپی کمتری است. این عامل موجب ارتقاء راندمان سیکل تبرید می‌باشد. از طرفی وجود گاز مبرد در فرآیند شیرانبساط همواره نامطلوب است و می‌تواند موجب اخلال در عملکرد این بخش شود. توجه به این نکته ضروری است که افازیش بیش از حد سابکولد، نه‌تنها موجب افزایش بازدهی نمی‌شود، بلکه منجر به کاهش بازدهی و افت فشار قبل از شیر انبیاط شده و در برخی موارد می‌تواند موجب ورود مایع مبرد به کمپرسور و خرابی سیکل گردد.
ادامه فرآیند مربوط به دستگاه انبساط می‌باشد. در این فرآیند فشار مبرد به صورت لحظه‌ای شکسته میشود و معمولاً به خاطر سرعت این فرآیند، انتقال حرارت چشم‌گیری اتفاق نمی‌افتد. لذا در نمودار فشار-آنتالپی(P-H) خط مربوط به این فرآیند به صورت عمودی ترسیم می‌گردد. پس آنتالپی در آن فرآیند هیچ‌گونه تغییری پیدا نمی‌کند.
در رابطه با نقطه ورودی مبرد به اواپراتور می‌توان اینگونه عنوان کرد که هرچه این نقطه دارای آنتالپی بیشتری باشد (در نمودار P-H بیشتر به سمت راست کشیده شود) قابلیت جذب گرما در اواپراتور و درنتیجه بازدهی دستگاه، کاهش می‌یابد. در واقع کار مفید سیکل تبرید(گرمای جذب شده توسط سیکل)، فرآیند حاصل از درون اواپراتور می‌باشد. بنابر این هرچه نقطه ورودی اواپراتور در نمودار P-H به سمت چپ تمایل داشته باشد(آنتالپی آن کمتر باشد) راندمان دستگاه افزایش می‌یابد.
فرایند اواپراتور در سیکل تبرید ایده‌آل در اواپراتور به صورت فشار ثابت است ولی در واقع به علت وجود لوله‌ها و اتصالات مسیر، فشار انتهای اواپراتور نسبت به فشار ابتدای آن اندکی دچار افت میشود. در سیکل تبرید، کار داده شده برای انجام فرآیند تبرید، معادل اختلاف آنتالپی نقاط ورودی کمپرسور و خروجی آن است. به علاوه، گرمای جذب شده توسط اواپراتور، معادل اختلاف آنتالپی نقاط ورودی و خروجی اواپراتور است.
