سیکل تبرید تراکمی

سیکل تبرید

سیکل‌های پمپ حرارتی (Heat Pump Cycles) ترمودینامیکی یا سیکل‌های تبرید (Refrigeration Cycles) مدل‌های مفهومی و ریاضی برای پمپ‌های حرارتی (Heat Pumps) و یخچال‌ها هستند.

پمپ حرارتی ماشین یا وسیله‌ای است که حرارت را از یک نقطه با منبع (Source) یا دمای پایین‌تر به نقطه دیگر یا چاه یا چاه حرارتی (Heat Sink) در دمای بالاتر منتقل می‌کند که برای این کار از کار مکانیکی یا منبع حرارتی (Heat Source) با دمای بالا استفاده می‌کند.

بنابراین اگر هدف از استفاده از پمپ حرارتی، گرم کردن چاه حرارتی باشد، همانند زمانی که در یک روز سرد داخل خانه را گرم می‌کنیم، می‌توان به آن هیتر (Heater) گفت؛ در صورتی که هدف ما سرد کردن منبع حرارتی باشد، مانند استفاده معمول از فریزر، به آن یخچال (Refrigerator) می‌گویند. در هر دو حالت اصول کارکرد یک‌سان می‌باشد. حرارت از یک نقطه سرد به یک نقطه گرم منتقل می‌شود.

در این مقاله بخوانید: سیستم های هیت پمپ
 

سیکل ترمودینامیکی تبرید

طبق قانون دوم ترمودینامیک حرارت نمی‌تواند خود به خود از یک محل سردتر به یک منطقه گرم‌تر جریان یابد؛ بلکه برای انجام آن، نیاز به انجام کار است. یک کولر گازی نیاز به کار دارد تا بتواند فضای زندگی را خنک کند و حرارت را از فضای داخلی سرد (منبع حرارتی) به فضای خارجی گرم (سینک حرارتی) حرکت دهد.

به طور مشابه، یخچال حرارت را از فضای سرد داخل یخچال (منبع حرارتی) به هوای گرم‌تر آشپزخانه (سینک حرارتی) منتقل کند. اصل کارکرد سیکل تبرید در سال 1824 به وسیله سادی کارنو به صورت ریاضی به عنوان یک موتور حرارتی (Heat Engine) شرح داده شد. یک پمپ حرارتی را می‌توان به عنوان یک موتور حرارتی در نظر گرفت که در جهت معکوس کار می‌کند.

اجزا سیکل تبرید تراکمی

1- کمپرسور 

اصلی‌ترین قسمت سیکل تبرید تراکمی محسوب می‌شود زیرا که وظیفه تراکم و افزایش فشار گاز مبرد را بر عهده دارد. قوای محرکه کمپرسور می‌تواند متر الکتریکی، موتور احتراق داخلی، توربین و یا... باشد. کمپرسور‌های سیکل تبرید تراکمی انواع بسیار مختلفی دارند که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به نوع رفت و برگشتی‌، اسکرو، اسکرال و سانتریفیوژ اشاره کرد.

2- کندانسور یا تقطیرکننده

کندانسر یک مبدل حرارتی است که گاز مبرد را توسط تبادل حرارتی با سیالی دیگر مانند هوا یا آب تقتیر کرده و به مایع مبرد تبدیل می‌کند.

3- شیر انبساط

این شیر جهت افت فشار مایع مبرد در مسیر سیکل تبرید ترکمی به کار میرود. در برخی سیستم‌ها از شیر انبساط و در برخی از یک لوله مویین استفاده می‌شود.

4- اواپراتور یا تبخیر کننده

اواپراتر همانند کندانسور یک مبدل حرارتی بوده که با جذب حرارت از سیال دیگر مانند آب یا هوا (و در نتیجه کاهش دمای آب یا هوا به نزدیک صفر)، مایع مبرد را تبخیر کرده و به گاز مبرد تبدیل می‌کند.

در این مقاله نیز درباره کاربردهای تبرید بخوانید.

طرز کار سیکل  تبرید ترکمی

گاز مبرد، پس از ورود به کمپرسور در اثر کارکرد کمپرسور متراکم شده و با فشار و دمای بالا از مدار خارج می‌شود. پس از خارج شدن از کمپرسور، از طریق لوله فشار قوی به سمت کندانسور ارسال شده و در کندانسور با از دست دادن حرارت به مایع مبرد تبدیل می‌شود.

مایع مبرد پس از خروج از کندانسور وارد شیر انبساط یا لوله مویین شده و پس از خروج از شیر انبساط به شدت فشار آن کاهش یافته و از طریق لوله فشار ضعیف به سمت اواپراتر ارسال می‌شود. مایع مبرد در اواپراتر با گرفتن حرارت محیط مجدد به گاز مبرد تبدیل می‌شود.

این گاز دوباره وارد کمپرسور شده و چرخه تبرید ترکمی تکرار می‌شود. این سیکل بیش‌ترین کاربرد را در دستگاه‌های تهویه مطبوع دارد و اصول اساسی‌ آن را شکل می‌دهد.
 

مبرد‌های مورد استفاده در چرخه تبرید ترکمی

امروزه از مبرد‌هایی‌ که کم‌ترین آسیب را به لایه ازن وارد می‌کنند در چرخه تبرید استفاده می‌شود. برخی از این مبرد‌ها هیچ آسیبی به لایه ازن وارد نمی‌کنند. مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌ا‌ند از:

• HFC-22
• HFC-134a
• R-410a
• R-123

هر کدام از این مبردها دارای ویژگی‌‌ها، مزایا و معایب خاص خود بوده که متناسب و نوع کاربرد و عوامل دیگر انتخاب می‌‌گردد.