تبرید چیست؟

تبرید عبارت است از جذب حرارت از یک سیال و دفع آن به سیال دیگر. سیال می تواند هوا یا آب و یا هر نوع گاز یا مایع دیگر باشد. در کلیه سیستم های تبرید حفظ سرما مستلزم جذب حرارت از موادی با درجه حرارت کمتر و خارج کردن این حرارت به محیطی با درجه حرارت بالاتر می باشد.

سیستم های تبرید

الف) صنایع مواد غذایی

• نگهداری مواد غذایی
• منجمد کردن مواد غذایی مثل گوشت
• پاستوریزه کردن و نگهداری شیر وبستنی

ب) صنایع شیمیایی

• تقطیر گازها
• رطوبت گیری از هوا
• نگهداری مایع در فشار کم
• دفع حرارت در تحولات شیمیایی

ج) استفاده در تهویه ساختمان ها

بطور کلی سرما را به سه طریق می توان تولید نمود:

1. سیستم تبخیری
2. سیستم تراکمی
3. سیستم جذبی

سیستم های تبرید تبخیری:

سیستم تبخیری به دلیل کم خرج بودن و عملکرد ساده ای که دارد در مناطق خشک به عنوان سیستمی محبوب با راندمان نسبتا خوبی شناخته می شود.

سیكل تبرید كارنو

تحولات سیکل تبرید کارنو به ترتیب زیر است:

1. مرحله تراکم آدیاباتیک
2. مرحله دفع حرارت در درجه حرارت ثابت
3. مرحله انبساط آدیاباتیک
4.  مرحله جذب حرارت در درجه حرارت ثابت

سیستم های تبرید تراکمی

اصول کار سیستم های تراکمی و یا به عبارتی ماشین های مبرد تراکمی بدین صورت است که مقداری کار در کمپرسور به سیستم داده می شود، کمپرسور سیال مبرد را متراکم نموده و سیال که در اثر افزایش فشار به صورت گاز داغ می باشد در کندانسور حرارت خود را به محیط پس می دهد و پس از عبور از شیر انبساط وارد اواپراتور شده و در اثر مکش و ازدیاد حجم تبخیر شده، حرارت محیط اطراف را کسب می کند و درنتیجه هوای اطراف اواپراتور سرد می شود.

اجزای سیكل سیستم های تبرید تراكمی

تمام سیستم های تبرید تراکمی که جهت ایجاد سرما بکار گرفته می شوند از چهار قسمت اصلی تشکیل شده اند. این چهار قسمت عبارتند از :

• کمپرسور
• کندانسور
• شیر انبساط
• اواپراتور

کمپرسور

کمپرسورها در واقع قلب یک سیستم تبرید هستند کمپرسورها بسیار متنوع و هر کدام برای نوعی از دستگاه های تبرید طراحی شده اند. متداول ترین کمپرسورها که در صنعت تبرید مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از :

• کمپرسورهای پیستونی
•  کمپرسورهای دوار
•  کمپرسورهای پیچی
•  کمپرسور حلزونی
• کمپرسورهای گریز از مرکز

کمپرسور پیستونی : کمپرسورهای پیستونی ساختار و عملکردی مشابه موتورهای احتراق داخلی دارد با این تفاوت که در آنها سیستم جرقه و سوخت وجود ندارد.

کمپرسورهای دوار : در این کمپرسور عمل تراکم در اثر حرکت دورانی روتور نسبت به اتاقک تراکم یا سیلندر انجام می گیرد.

کمپرسورهای پیچی : با توجه به پیشرفت های حاصل شده در کمپرسورهای پیچی طی سال های اخیر، استفاده از آنها در در صنعت تهویه مطبوع و صنایع تبرید نیمه سنگین، بسیار متداول گردیده است.

کمپرسورهای حلزونی : کمپرسورهای پیستونی ساختار و عملکردی مشابه موتورهای احتراق داخلی دارد با این تفاوت که در آنها سیستم جرقه و سوخت وجود ندارد.

کمپرسورهای سانتریفیوژ : اساس کار این نوع کمپرسورها بر اساس نیروی گریز از مرکز است و برای ظرفیت های بالا استفاده می شود.

اواپراتورها

اواپراتور در حقیقت یک مبدل حرارتی است که در اثر تبخیر ماده مبرد در داخل آن حرارت از محیط سرد گرفته می شود. از نظر ساختمان اواپراتورها به سه دسته تقسیم بندی می شوند.

کندانسور ها

کندانسورها یا دستگاهای تقطیر کننده ماده مبرد، بعد از کمپرسور قرار گرفته و گاز مبرد پس از ورود به این دستگاه تبادل حرارت کرده و تقطیر می گردد. رسوب برداری کندانسور ها (جهت افزایش بازده و افزایش عمر دستگاه) نیز بصورت دوره ای باید انجام گردد. کندانسورها به سه دسته تقسیم بندی می شوند:

1. کندانسور آبی
2. کندانسور هوایی
3. کندانسور تبخیری

کندانسور های آبی:

کندانسور آبی توسط آب ارسالی از برج خنک کن گاز مبرد را تقطیر می کند. کندانسورهای آبی از نظر ساختار به سه گروه زیر تقسیم می شوند :

کندانسور آبی پوسته و کویل

این کندانسور از یک محفظه استوانه ای شکل که داخل آن یک کویل مسی قرار دارد تشکیل شده است. آب سرد از داخل کویل عبور می کند و ماده مبرد در فضای پوسته جاری است. گاز گرم داخل پوسته از طریق سطح کویل مسی گرمای خود را به آب منتقل می کند.

کندانسور آبی پوسته و لوله

این کندانسور از یک محفظه استوانه ای شکل که داخل آن یکسری لوله های افقی به موازات هم نصب شده اند، تشکیل شده است. در این نوع کندانسور، گاز داغ مبرد در فضای پوسته جریان دارد و آب سرد از داخل لوله ها عبور می کند. برخی از این گونه کندانسورها دارای لوله های ساده و صاف و برخی دیگر برای افزایش سطح تبادل حرارت دارای لوله های فین دار هستند.

کندانسور آبی دو لوله ای

این نوع از کندانسور های آبی از دو لوله متداخل هم مرکز تشکیل می شود که در یکی از لوله ها گاز داغ و در لوله دیگر آب جریان پیدا می کند.

برج خنك كننده

در برج خنک کننده آب خروجی از کندانسور خنک می شود و به سمت کندانسور باز می گردد. برج های خنک کن دارای انواع و اقسام مختلفی هستند.

انواع برج خنک کننده:

از نظر جهت جریان هوا

• جریان موافق
• جریان مخالف
•  جریان متقاطع

از نظر نوع فن

• گریز از مرکز
• جریان محوری

از نظر گردش آب

• بسته
• باز

از نظر ساختار

• مکعبی
• ذوزنقه ای
•  مدور یا بطری شکل

روش های کنترل ظرفیت برج خنک کن

کاهش دمای هوای بیرون در برخی از روزهای سال، سبب کاهش بیش از حد فشار روی مبرد قبل از شیر انبساط می شود. برای رفع این مشکل و کاهش ظرفیت برج خنک کن میتوان دور فن برج خنک را تغییر داد و یا آن را خاموش کرد و یا از طریق بای پس کردن آب برج بوسیله شیرهای دو راهه و سه راهه ظرفیت برج را کم کنیم. در هر کدام از این روش ها، درجه حرارت آب خروجی از برج توسط سنسور حس می شود.

کندانسور های هوایی

کندانسور هوایی با دارا بودن یک یا چند بادزن و عبور هوا از روی کویل حاوی گاز داغ موجب تقطیر مبرد می شود. کندانسورهای هوایی برای مناطقی که رطوبت نسبی هوا بالاست کاربرد بیشتری دارند.

کندانسور های تبخیری

این نوع از کندانسورها ترکیبی از کندانسور هوایی و آبی است و عمل دفع گرما در این حالت بوسیله تبخیر آب در دستگاهی به نام برج خنک کننده صورت می گیرد. گرمای نهان تبخیر آب برج خنک کننده از آب درون لوله های خروجی از کندانسور گرفته می شود و آن را خنک می کند.

شیر انبساط

شیر انبساط در خط مایع و بین کندانسور و ورودی اواپراتور نصب می گردد. شیر انبساط در نقطه مقابل کمپرسور در یک سیستم تبرید قرار دارد، در حالی که کمپرسور فشار مبرد را بالا می برد و آنرا در سیستم به حرکت در می آورد، شیر انبساط فشار بالای سمت کندانسور را کاهش می دهد و مبرد را برای ورود به اواپراتور آماده می نماید.

سیستم جذبی

طرح یک مثال:

فرض کنیم دو ظرف داشته باشیم که در یکی آب و در دیگری محلول لیتیوم بروماید باشد و فرض کنیم که هوا به وسیلۀ پمپ خلاء (وکیوم) از این ظروف تخلیه شده باشد، ظرفی که آب در آن است تبخیر کننده (اواپراتور) و ظرفی که در آن لیتیوم بروماید است جاذب (ابزوربر) نام دارد .

برای رفع مشکل رقیق شدن لیتیوم بروماید به سیستم یک ژنراتور اضافه می کنیم.

برای رفع مشکل تبخیر کامل آب اواپراتور به سیستم یک کندانسور اضافه می کنیم.

برای افزایش راندمان به سیستم یک مبدل حرارتی اضافه می کنیم.

طبقه بندی چیلرهای جذبی:

از نظر منبع گرمایی عملیات تغلیظ

1. چیلر جذبی آبگرم
2. چیلر جذبی بخار
3. چیلر جذبی شعله مستقیم

از نظر چرخه تغلیظ ماده جاذب

1. چیلر جذبی تک اثره
2. چیلر جذبی دو اثره

چیلر جذبی آبگرم

در این چیلرها که فقط در یک نوع تک اثره تولید می شوند از آب داغ جهت تامین گرمای مورد نیاز ژنراتور استفاده می کنند.

چیلر جذبی بخار

چیلرهای جذبی بخار در دو مدل دو اثره بخار با منبع تغذیه بخار پرفشار و تک اثره بخار، با منبع تغدیه بخار کم فشار وجود دارند.

چیلر جذبی شعله مستقیم

چیلرهای جذبی شعله مستقیم دارای دو ژنراتور (دو اثره) می باشند و انرژی گرمایی مورد نیاز جهت تولید برودت را از مشعل موجود در قسمت ژنراتور دمای بالا دستگاه دریافت می نمایند.