شرح دائرة التبريد وانواعها ومكوناتها
دائرة التبريد
تعتمد فكرة التبريد على تبخر أي سائل ينتج عنه تبريد، حيث يمتص السائل الحرارة من الهواء ويتحول إلى بخار، ونجد أن معدل التبريد يعتمد على معدل تبخر ذلك السائل، لذلك فإن كلما تبخر زادت سرعة تبريده، حيث نحتاج إلى سائل سريع التبخر في دائرة التبريد لضمان التبريد السريع، لذلك إذا أحضرنا زجاجة من الفريون وقمنا بقلبها وعن طريق فتح الأسطوانة، يخرج الفريون منها على شكل سائل فتأخذ الحرارة من الأجواء المحيطة بها وتتبخر، وبالتالي تنخفض درجة حرارة الهواء مما يعني حدوث التبريد.
لكن هذه الطريقة بها مشاكل فهي صعبة عمليًا ومكلفة نحتاج إلى
وسائل التبريد
، ولكن يجب أن يكون غير مكلف وله عمر خدمة طويل ولا يضر بالبيئة لذلك تم إنشاء دائرة تبريد مغلقة، والتي توفر التبريد وفقًا لنفس الفكرة ولكن بطريقة أبسط وأكثر اقتصادا دون انبعاث غازات في الغلاف الجوي، وهكذا نترك السائل يخرج من الاسطوانة داخل الأنابيب حتى لا يتبخر ويأخذ الحرارة من الجو المحيط ويتحول إلى غاز، وهنا تصبح الأنابيب باردة مبخر ويمكننا استخدامها كما نفعل.
لكن الغاز المنبعث من الأنابيب هل نطلقه في الهواء؟ بالطبع لا، فنريد استخدام هذا لتوفير المال وحماية
البيئة
لكن الغاز لا يوفر التبريد مما يعطي التبريد للسائل، ولتحويل الغاز إلى سائل نحتاج إلى إجراء عمليتين هما الضغط والتبريد.
الضغط
نقوم بسحب الغاز إلى المبخر من خلال ما يسمى بالضاغط، حيث يدخل الغاز البارد نسبيًا إلى الضاغط من المبخر، لكن هذا الغاز ساخن جدًا لذا يمكننا تحويله إلى سائل يحتاج إلى التبريد حتى نتمكن من تبريد هذا الغاز حتى يتكثف ويعود إلى السائل مرة أخرى، كما يمكن استخدامه في عملية التبريد وهي متصلة بأنابيب مكثف يتكثف فيها الغاز ويتحول إلى سائل.
التبريد
يحدث هذا في المكثف، وهو عبارة عن قناة تحمل غازًا ساخنًا يخرج من قاذف الضاغط ويتكثف فيه الغاز، مما يحوله إلى سائل يمكن استخدامه مما سبق نلاحظ أن المكثف هو عكس المبخر في كل شيء، ولاحظ أن المكثف (ضغط مرتفع ومنطقة درجة حرارة عالية)، المبخر (ضغط منخفض ومنطقة درجة حرارة منخفضة).
لإتمام هذه العملية يجب أن يبقى الضغط في المكثف عالياً حتى نتمكن من تكثيف الغاز، ويجب أن يبقى الضغط في المبخر منخفضاً لتبخير الغاز فيه، وللحفاظ على هذا الضغط يجب استخدام صمام نشر بعد المكثف الذي يحبس الغاز أمامه للحفاظ على الضغط الناتج عن الضاغط.
صمام الانتشار
إنه محبس موضوع في نهاية المكثف تخنق الغاز بحيث يظل الضغط في المكثف عالياً وضغط المبخر منخفضًا ويخرج السائل منه كرذاذ لإعادة استخدامه عند تبريده، والآن ماذا نفعل مع خروج الغاز من صمام الانتشار؟ هل سنملأ أسطوانة جديدة بها ونستخدمها عندما تكون الأولى فارغة، بدلاً من ذلك تغلق دائرة التبريد وتتوسع الأسطوانة وتصبح الأجزاء الرئيسية في الدائرة هي:
- يعرف الضاغط أيضًا باسم (المكبس، الضاغط، المحرك) ووظيفته هي ضغط الغاز.
- المكثف ووظيفته تبريد الغاز.
- صمام التمدد (الانتشار) أو الكابل لتقليل ضغط الغاز.
- المبخر ووظيفته هو تبخر الفريون السائل.
مركب التبريد ( بالفريون )
كانت أول معرفة بشرية بأنواع الفريونات هي الأثير والرجل يستخدمه للتبريد، ثم تم استخدام الأمونيا وثاني أكسيد الكربون، ثم حدث التطور واستخدمت الهيدروكربونات، ولكن بسبب ميلها للاشتعال، فإنها لم تسير بشكل جيد والأمونيا أصبح الأكثر شيوعًا، لكنه كان سامًا ثم استمر البحث حتى تم اكتشاف مجموعة من الهيدروكربونات، والتي تحولت إلى مجموعة واسعة من أنواع الفريونات.[1]
مكونات التبريد
تقوم دائرة التبريد بأربع عمليات رئيسية من خلال أربعة أجزاء رئيسية وهي:[2]
الضاغط
ينفذ عملية ضغط يتم فيها إزالة بخار مادة التبريد من المبخر وارتفاع ضغطه ودرجة حرارته، كما يتم تحويل الطاقة الميكانيكية التي ينقلها الضاغط إلى طاقة حرارية يحملها وسيط التبريد، مما يزيد من ضغطه ودرجة حرارته، وتستخدم دوائر التبريد بالبخار المضغوط أنواعًا عديدة من الضواغط.
المكثف
يقوم بعملية تكثيف يدخل فيها بخار عالي الضغط ودرجة حرارة المبرد إلى المكثف، ثم يبرد عن طريق التبادل الحراري بينه وبين الهواء أو
الماء
حسب نوع المكثف المستخدم، ونتيجة لذلك يفقد المبرد معظم درجة حرارته تحت التعرض لضغط مرتفع عند قيمة ثابتة ويتحول المبرد إلى سائل، ويسمى الضغط المتزايد المستمر ضغط التكثيف، كما أن هناك عدة أنواع من المكثفات التي تستخدم في دوائر التبريد.
صمام الخانق
يوسع الصمام الخانق المبرد ويخرج من المكثف ويقلل من ضغطه ودرجة حرارته ويمر عبر فتحة صمام ضيقة حيث يخنق ويؤدي إلى
انخفاض الضغط
ودرجة الحرارة وهناك عدة أنواع من أجهزة الاختناق.
المبخر
يقوم بعملية تبخير يدخل فيها سائل التبريد ذو
الضغط المنخفض
ودرجة الحرارة إلى المبخر ويمتص الحرارة من المنطقة المبردة ويتحول إلى بخار مشبع، وتحدث هذه العملية عند ضغط منخفض يسمى ضغط التبخر، وتُستخدم عدة أنواع من المبخرات في دوائر التبريد المختلفة.
أنواع التبريد
هناك ستة أنواع أساسية من أنظمة التبريد يمكنك الاختيار من بينها لتلبية احتياجات التبريد الخاصة بحمولتك كل واحد له نقاط قوته وضعفه، وللتعرف على الأنواع المختلفة لأنظمة التبريد وتحديد نقاط القوة والضعف فيها حتى تتمكن من اتخاذ قرار مستنير بناءً على احتياجاتك، والأنواع هما:[3]
أنظمة التبريد من سائل إلى سائل
أبسط هذه الأنظمة هو نظام تبريد سائل إلى سائل في هذا النوع من النظام ويحتوي مصنعك على وفرة من بعض أنواع سائل التبريد المتاح بالفعل ولكنك لا تريد توفير سائل التبريد هذا للضاغط.
أنظمة التبريد الجاف ذات الحلقة المغلقة
يشبه نظام التبريد الجاف ذو الحلقة المغلقة إلى حد كبير المبرد في السيارة، ويستخدم النظام مبرد سائل مبرد بالهواء لنقل الحرارة من سائل التبريد ذو الحلقة المغلقة الذي يتم ضخه عبر صفوف من الأنابيب ذات الزعانف التي يتم نفخ الهواء المحيط بها.
نظام تجفيف مغلق الحلقة مع نظام التبريد
هو نفس نظام التجفيف ذو الحلقة المغلقة ولكنه يضيف مبرد سائل إضافي، ويستخدم هذا النظام عادة في مكان به لمبة جافة عالية جدًا في الصيف لتوفير درجة حرارة مناسبة لسائل التبريد للحمل مع مبرد تقليم سائل إلى سائل مضاف يمكن للعميل استخدام مصدر مياه لخفض درجة الحرارة إلى النقطة المحددة المطلوبة.
أنظمة التبريد التبخيري ذات الحلقة المفتوحة
نظام التبريد التبخيري ذو الحلقة المفتوحة مختلف تمامًا عن الأنظمة الثلاثة الأولى المذكورة أعلاه هذا النظام لديه القدرة على استخدام المصباح الرطب المصمم كأساس لدرجة حرارة مخرج مياه التبريد.
أنظمة التبريد التبخيري ذات الحلقة المغلقة
النظام التبخيري ذو الحلقة المغلقة هو نظام هجين. نظام التبخير ذو الحلقة المغلقة عبارة عن برج مفتوح به مبادل حراري مغلق الحلقة مدمج في البرج، حيث يبقى ماء البرج في الخارج في البرج ولا يدور عبر أنابيب المبرد، وإن أنابيب سائل التبريد عبارة عن حلقة مغلقة، يتدفق فيها محلول الجليكول الماء من البرج إلى الحمولة والعودة، ويتم ضخ مياه البرج المنفصلة من الحوض إلى قمة البرج ويتم رشها عبر المبادل الحراري (عادةً مجموعة من الأنابيب) مع نفخ الهواء أو سحبه عبر البرج عبر الحرارة.
أنظمة تبريد المياه المبردة
النوع الأخير من نظام التبريد الذي سنناقشه هو نظام الماء المبرد، حيث يحتوي المبرد عادة على جهاز ضغط ميكانيكي يحول الطاقة إلى مبرد مضغوط باستخدام نوع من الضاغط ويتم نقل المبرد المضغوط إلى مكثف يرفض الحرارة من المبرد إلى الغلاف الجوي أو نوع من سائل التبريد، كما يتغير المبرد المضغوط الحالة من غاز إلى سائل في المكثف ويتم توصيله بأنابيب إلى المبخر حيث يتم قياسه أو توسيعه في المبخر.