نحوه رسیدن به دماهای پایین

نحوه رسیدن به دماهای پایین

سایت دیفراست www.defrost.ir مرجع تعمیرکاران لوازم خانگی

کانال تلگرام گروه تولیدی دیفراست

Telegram.me/defrostgrop

باما همراه شوید

رسیدن به دماهای پایین در هر شاخه از علم تبرید معنا و مرز عددی خود را دارد. برای مثال یک چیلر صنعتی محلول آب + اتیلن گلیکول دمای 7- درجه سانتیگراد یک چیلر دما پایین محسوب میشود ، در یک اتاق سرد رسیدن به دمای 45- تا 50- درجه سانتیگراد دمای پایین حساب شده و در موارد آزمایشگاهی رسیدن به نزدیک 273- درجه (صفرمطلق) دمای پایین محسوب میگردد.

در این مبحث منظور ما از دمای پایین محدوده دمایی 60- درجه سانتیگراد الی 120- درجه سانتیگراد میباشد. رسیدن به این محدوده دمایی میتواند موارد مصرف زیادی داشته باشد ؛ از قبیل موارد پزشکی، تحقیقاتی و نظامی و…

به طور کل جدای از درنظر گرفتن نوع سیستمی که برای این دما طراحی میشود یک اصل کلی گویای این مطلب است که هر چه سیستم کوچکتر باشد به دلیل برخی از دلایل مانند کنترل بهتر تلفات حرارتی و کنترل بهتر عملکرد سیستم و… رسیدن به دماهای پایین تر، ساده تر است.

همانطور که میدانید انواع مختلفی از کمپرسورها مانند : سیلندر و پیستونی ، اسکرال، روتاری و اسکرو و… موجود می باشند.

ابتدا این نکته را بررسی میکنیم که آیا استفاده از هر کمپرسوری جهت رسیدن به دماهای پایین مناسب است؟

برای درک بهتر این موضوع دو مفهوم زیر را مورد بررسی قرار میدهیم.

  • نسبت تراکم Compression Ratio :

نسبت تراکم در یک کمپرسور عبارت است از نسبت فشار مطلق کندانسور به فشار مطلق اواپراتور سیکل تبرید.

برای مثال اگر در یک سیستم با مبرد R22 دمای اواپراتور برابر 40- (فشار معادل گیج 0.77 پی اس آی) درجه سانتیگراد و دمای کندانسور برابر 40+ (فشار معادل گیج برابر 206 پی اس آی) درجه سانتیگراد می باشد. نسبت تراکم برابر است با :

نسبت تراکم = (206 + 14.7) ÷ (0.77 + 14.7) = 14.2

  • راندمان حجمی Volumetric Efficiency :

راندمان حجمی عبارت است از نسبت حجم گازی که در مکش کمپرسور وارد محفظه سیلندر میشود به حجم کل بارگیری سیلندر، برحسب درصد.

VE = (حجم گاز وارده به سیلندر ÷ حجم بارگیری سیلندر) × 100

حال بهتر است برای نمونه نگاهی به نمودار نسبت تراکم به راندمان حجمی دو کمپرسور سیلندر پیستونی و اسکرو انداخته و نتیجه را مشاهده کنیم.

 1

در نمودار فوق مشخص است که در کمپرسور سیلندر پیستونی هرچه نسبت تراکم بیشتر میشود (اختلاف دمای بین اواپراتور و کندانسور زیاد میشود) راندمان حجمی کمپرسور افت پیدا میکند به طوریکه برای نمونه در نسبت تراکم 1 : 10 کمپرسور سیلندر پیستونی کارایی خود را تقریبا از دست میدهد ، اما اگر به کمپرسور اسکرو نگاهی بیندازیم مشاهده میکنیم که این نمودار تقریبا خطی است و حتی در نسبت تراکم 1 : 20 کمپرسور دارای بازدهی تقریبا 80% خواهد بود.

این مثال برای این است که مشخص شود قبل از طراحی یک سیستم برای رفتن به دماهای پایین بررسی و انتخاب کمپرسور مناسب اولین اولویت می باشد.

در این مبحث ابتدا به چند روش جهت رفتن به دماهای پایین اشاره میکنیم و در آخر یکی از جدیدترین متدهای مورد استفاده در حال حاضر جهن رفتن به دماهای پایین را شرح میدهیم.

1- ساب کول کردن مایع :

ساب کولینگ خط مایع یکی از روش هایی است که به واسطه آن میتوان چند درصد راندمان و ظرفیت کمپرسور را افزایش داد و چند درجه محدود در اواپراتور به دماهای پایین تر دست یافت.

جهت سابکولینگ مایع از یک مبدل خطی (سابکولر) استفاده میشود. مایع مبرد از یک سمت وارد شده و از سمت دیگر به سمت شیر انبساط میرود. از سمت دیگر مبرد نیز انشعابی کوچک از خط مایع گرفته شده و داخل مبدل پاشش میشود. خروجی این پاشش نیز بعد از خنک کردن خط مایع و بعد از خروج از مبدل به ساکشن کمپرسور متصل میگردد.

 8

2- استفاده از سیستم دو مرحله :

این سیستم میتواند با هر دو نوع کمپرسورهای سیلندر پیستونی و اسکرو هر دو انجام پذیرد. جهت به دست آوردن نسبت تراکم نهایی، نسبت تراکم مرحله اول در نسبت تراکم مرحله دوم ضرب میشود. همانطور که در شکل زیر مشاهده میشود در این مدل سیستم ها همواره مرحله میانی تراکم باید به واسطه تزریق مبرد مایع خنک شود تا دمای خروجی مرحله دوم تراکم در حالت متعادلی قرارگیرد.

اگر در این سیستم به جای 3 کمپرسور از 2 کمپرسور استفاده میشود باید ؛ همواره حجم بارگیری کمپرسور مرحله دوم نصف حجم جابه جایی کمپرسور مرحله اول یا دور کمپرسور مرحله دوم نصف دور کمپرسور مرحله اول باشد.

با سیستم های دو مرحله ای به سبب تراکم دو مرحله ای گاز میتوان در اواپراتور برودت بیشتری ایجاد کرد و به دماهای پایین تری دست یافت.

Untitled-1

3- استفاده از سیستم کسکید Cascade :

در این سیستم دو یا سه سیکل کاملا جداگانه در کنار هم نصب میشوند. متداول ترین سیستم های کسکید ، سیستم های کسکید دوگانه است. البته سیستم های کسکید سه گانه نیز موجود است ولی تعداد آنها خیلی کم است.

این سیستم ها به دو بخش و دو سیکل دما بالا و دما پایین تقسیم میشوند. معمولا در سیکل دما بالا از مبردهایی نظیر R404A , R507 استفاده میشود و در سیکل دما پایین مبردهایی نظیر، R13 , R23 , R508 مورد استفاده قرار میگیرند.

وجه اشتراک این دو سیکل مجزا در این است که اواپراتور سیکل دما بالا نقش کندانسور سیکل دما پایین را ایفا میکند.

 9

4- استفاده از سیستم اتو کاسکید Auto Cascade :

این سیستم ، سیستمی است که در چند سال اخیر در اغلب ژورنال های تبرید مورد بحث قرار گرفته است. با استفاده از این سیکل میتوان به مرز دمای 150- درجه سانتیگراد نیز دست یافت.

این سیکل چگونه کار میکند؟

در ابتدا نگاهی به شکل زیر بیندازید :

 100

در این سیستم از مخلوط دو یا چند مبرد با نقطه جوش متفاوت استفاده میشود. معمولا در این سیکل از کمپرسورهای هرمتیک تا نهایت 10 اسب بخار استفاده میشود. کمپرسور در این سیکل دارای نسبت تراکم کم با راندمان حجمی بالاست. مهم ترین و رمزآلودترین قسمت این سیکل که کمپانی های مختلف آن را جزء اسرار خود میدانند، مهندسی شیمی میزان درصد ترکیب مبردهای مختلف در این سیستم می باشد.

فرض کنید مبرد R1 و R2 با دو نقطه جوش متفاوت با یکدیگر به نسبت های مشخص مخلوط شده اند و به این سیستم تزریق گشته اند به طوریکه مبرد R1 دارای نقطه جوش بالاتری از مبرد R2 می باشد.

بعد از وارد شدن مخلوط مبرد R1 + R2 متراکم شده از کمپرسور به کندانسور به دلیل اینکه مبرد R1 دارای نقطه جوش بالاتری است در خروج از کندانسور مبرد R1 به صورت مایع و مبرد R2 هنوز در فاز گازی می باشد.

مخلوط مایع + گاز R1 + R2 وارد عضوی به نام جداکننده فاز میگردد. مبرد R1 مایع از پایین جداکننده و مبرد R2 گاز از بالای جداکننده ، جدا میشوند. گاز وارد یک هیتکس چنجر شده و مایع از سمت دیگر هیتکس چنجر به واسطه عبور از شیر انبساط یا کپیلاری تیوب و ایجاد برودت باعث تقطیر شدن مبرد دارای نقطه جوش پایین شده R2 و آن را از فاز گازی به حالت مایع در خروج مبدل تبدیل می نماید.

مایع مبرد R2 از بعد از خروج از هیتکس چنجر از شیر انبساط رد شده و در اواپراتور ایجاد برودت میکند. این اساس کار سیستم های Auto Cascade می باشد.

همانطور که عرض شد در این سیستم ها میتوان به جای مخلوط یک مبرد از مخلوطی از چندین مبرد با نقطه جوش های متفاوت استفاده کرد و با استفاده از چندین هیتکس چنجر مبردهای مخلوط را در چندین مرحله جدا نمود و در نهایت در اواپراتور به دماهای خیلی پایین رسید.

 10-(2)

شاید برای شما سوال مطرح شود که معمولا در این سیستم ها از چه مبردهایی استفاده میشود؟

همانطور که گفته شد ؛ مخلوط و میزان درصد مخلوط معمولا از اسرار کمپانی های سازنده می باشد ولی معمولا از ایده آل ترین مبردها جهت استفاده در این مدل سیستم ها میتوان به مبردهای طبیعی مانند اتان R170 – پروپان R290 و… و مخلوط آنها با دیگر مبردها با دماهای جوش متفاوت اشاره کرد.

پاسخ بدهید

ایمیلتان منتشر نمیشودفیلدهای الزامی علامت دار شده اند *

*

error: قابل کپی برداری نمی باشد!