دورة التبريد و القوانين الأساسية والتي تعتمد عليها جميع أنظمة التبريد


 دورة التبريد و القوانين الأساسية والتي تعتمد عليها جميع أنظمة التبريد

دورة التبريد

دورة التبريد قبل أن نخوض في تفاصيل دورة التبريد يجب أن نتعرف أولا على بعض القوانين الأساسية والتي تعتمد عليها جميع أنظمة التبريد وهي خمسة قوانين أساسية وهي :

  1. الموائع تمتص الحرارة عندما تتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ( من سائل إلى بخار ) وتطرد الحرارة عند تحولها من بخار إلى سائل .
  2. يغير المائع حالته عند درجة حرارة وضغط ثابتين .
  3. تنتقل الحرارة فقط من الجسم الذي درجة حرارته أعلى إلى الجسم الذي درجة حرارته أقل من الجسم الساخن إلى الجسم البارد ).
  4. الأجزاء المعدنية للمبخر والمكثف يجب أن تكون جيدة التوصيل للحرارة ويجب إختيار المعدن الذي لا يتفاعل مع وسيط التبريد ويعتبر النحاس الأصفر والنحاس الاحمر وألألومنيوم هي أكثر المعادن شيوعاً .
  5. الطاقة الحرارية وأشكال الطاقة الأخرى قابلة للتحول من أى صورة إلى أخرى فعلى سبيل المثال ، يمكن تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية ، وبلعكس يمكن تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية ، وكذا تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكطانيكية وهكذا .

دورة التبريد و دائرة التبريد الأساسية :

كما ذكرنا أن أي سائل يتبخر ويتكثف وهو التغير ما بين الحالة السائلة والحالة الغازية فعند التبخر يجب أن يحصل السائل على الحرارة الكامنة للتبخر بينما عند التكثيف يتم طرد الحرارة الكامنة مرة أخرى .

ويتكون أى دائرة تبريد ميكانيكية من اربعة أجزاء رئيسية هي :

  1. الضاغط Compressr
  2. المكثف Condenser
  3. صمام التحكم Control Valve
  4. المبخرة Evapoator

وسوف نتحدث بالتفصيل عن هذه الاجزاء الرئيسية خلال الفصول القادمة ولكننا سناخذ فكرة سريعة عن هذا الأجزاء خلال هذا المقال .

 دورة انضغاط البخار :

تسمى دورة انضغاط البخار بهذا الاسم نظرا لأن الضاغط يقوم بضغط بخار وسيط التبريد من الضغط المنخفض إلى الضغط العالى ، وهذا الانضغاط يحدث انتقال للطاقة الحرارية من داخل الحيز المبرد إلى الخارج .

حيث يقوم الضاغط بنقل الحرارة من مكان إلى آخر فإنه قد يسمى أيضا بالطلمبة الحرارية Heat Pump

ويتكون نظام التبريد أساساً من جانب الضغط العالى وجانب الضغط المنخفض ، ويتمكن تتبع دورة تبريد بسيطة كالموضحة في شكل 3 -1 ، بداية من خزان السائل Liquid receiver ( أ) وهو عبارة عن وعاء يستعمل في تخزين سائل وسيط التبريد كاحتياطي في دورة التبريد ، ويركب بعد المكثف مباشراً.

ويجب أن يكون حجم خزان السائل كبيراً لاستيعاب كل شحنة وسيط التبريد بالمجموعة في حالة سائلة ، ويكون وسيط التبريد ذو ضغط عالى ، حيث يمر بعد ذلك على جهاز للتحكم في انسياب وسيط التبريد ( ب) خافض الضغط .

وبعد ذلك يمر وسيط التبريد إلى المبخر ( ج ) وعنده يكون المبخرتحت ضغط منخفض ، وهنا يتبخر وسيط التبريد وسيط التبريد ويمتص الحرارة من الحيز المبرد .

ثم يمر البخار بعد ذلك أي الضاغط عن طريق صمام السحب ( د ) والضاغط المستخدم هنا هو الضاغط الترددى ذي الكباس وهو أكثر أنواع الضواغط شيوعاً حيث تعمل هذه الضواغط في دورة ثنائية الأشواط .

وعند هبوط المكبس خلال شوط السحب ويفتح حمام السحب ( د ) ليسمح بدخول البخار القادم من المبخر ويقفل هذا الصمام مرة أخرى عند نهاية الشوط ليبدا شوط الانضغاط ويكون الضغط داخل اسطوانة الضاغط أعلى من الضغط في ماسورة الطرد فيفتح صمام الطرد ( ه ) ويطرد البخار المضغوط إلى المكثف ( و ) وتكون درجة حرارة البخار المضغوط عالية جدا وخلال المكثف ، تنتقل الحرارة من وسيط التبريد إلى الوسط المحيط ( الهواء أو الماء ) حسب نوع المكثف المستخدم وبذلك يتخلص وسيط التبريد من الحرارة ويتكثف إلى سائل ، ويعود السائل إلى خزان السائل ( أ) حيث تبدأ الدورة من جديد مرة أخرى . والآن سوف نبدأ في التحدث عن عناصر دائرة التبريد الأساسية ونبدأ أولاً بالضاغط .

الضاغط Compressor

وظيفة الضاغط في دورة الانضعاط هي رفع ضغط البخار الجاف من الضغط المنخفض إلى الضغط العالى للمكثف ، ويعتبر الضاغط أحد الأجزاء الرئيسية في أى دوؤة تبريد ميكانيكية فبدون الضاغط لايمكن حدوث دورة التبريد وإعادة سائل التبريد إلى حالته الأصلية من حيث المحتوى الحرارى .

والغرض من استخدام الضاغط هو رفع ضغط وسيط التبريد القادم من المبخر لضغط مناظر لدرجة حرارة تشبع أعلى من درجة حرارة الجو المحيط أو الوسط المحيط وهذا يؤدي إلى حدوث التبادل الحرارى بين وسيط التبريد بالمكثف والوسط المحيط كما أنه يؤدي إلى تكثيف وسيط التبريد وتصنع الضواغط بأشكال وأحجام وتصميمات مختلفة وعموماً تنقسم الضواغط إلى :

( أ) ضواغط ترددية .

(ب) ضواغط دورانية .

(ج) ضواغط طاردة مركزية .

(د) ضواغط حلزونية .

 المكثف Condenser

المكثف هو احد عناصر الرئيسية في أى دورة تبريد ، ووظيفة المكثف في دورة انضغاط البخار هي استقبال بخار وسيط التبريد الساخن العالي الضغط والقادم من الضاغط ، وتخليصه من الحرارة التي امتصها في المبخر وهذه الحرارة عبارة عن حرارة التحميض والحرارة الكامنه وكذلك الحرارة الناتجة عن شغل الضاغط وتطرد هذه الحرارة إلى الوسط المحيط فإذا كان الوسط المحيط هو الهواء سمي المكثف بالمكثف المبرد بالهواء ( هوائياً ) وإذا كان الوسط المحيط ماء سمى المكثف بالمكثف المبرد بالماء ( مائيا) أما إذا كان التبريد بالمكثف وسيط التبريد مرة أخرى إلى سائل .

صمام التحكم Control Valve

الغرض من صمام التحكم هو التحكم في سريان وسيط التبريد التبريد من جانب المكثف ذي الضغط العالى في الدورة إلى المبخر ذي الضاغط المنخفض . ففى هذا الصمام يتم خفض ضغط سائل التبريد القادم من المكثف وتبعاً لذلك درجة حرارة التشبع ، حيث أن لكل ضغط توجد درجة حرارة تشبع معنية .

ولكن بدون تغير في الانثالبى ومعنى ذلك أن كمية الحرارة الموجودة في سائل قبل دخولها صمام التحكم تساوى كمية الحرارة بعد خروجها من الصمام ، ولكن سائل التبريد سيكون عند ضغط منخفض ودرجة حرارة منخفضة وهي درجة حرارة التشبع عند هذا الضغط .

ويتحقق خفض الضغط باستخدام فوهة ذات سريان متغير إما من درجة التحكم أو ذات وضعين ويمكن تقسيم صمامات التحكم في سائل وسيط التريد إلى :

  1. صمام التحكم اليدوي .
  2. عوامة جانب الضغط المنخفض.
  3. عوامة جانب الضغط العالى .
  4. الأنبوية الشعرية .
  5. صمام التمدد الاتوماتيكي .
  6. صمام التمدد الثرموستاتى .

 المبخر Evaporator

الغرض من المبخرة في دورة التبريد هو استقبال وسيط التبريد ذي الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المنخفضة ، والقادم من صمام التحكم ، وجعله في ملامس حرارى ملاصق مع الحمل ويستمد وسيط التبريد حرارته الكامنة للتبخر من الحمل وأى كمية حرارة تمتص في المبخر تحول جزءا من السائل عند درجة حرارة التشبع إلى بخار عند نفس الضغط ودرجة الحرارة وتنقسم المبخرات إلى نوعين رئيسيين هما :

  1. نظام جاف .
  2. نظام الغمر.