تبرید واشنایی با سیکل تبرید

[spow]

مقدمه

سيستم جذبي اولين بار در سال 1860 به وسيله (Fereinand Carre) فرانسوي کشف شد ، به اين ترتيب اگر در سيستم تراکمي بخار ، به جاي يک کمپرسور ژنراتور و يک جاذب قرار دهيم ، نتيجه يک سيستم جذبي ساده خواهد شد. شکل (1) شماي يک سيستم جذبي را نشان مي دهد ، که در آن ژنراتور و جذب کننده ، مبرد تبخير شده در فشار اواپراتور را به فشار کندانسور مي رساند. طرز کار به اين صورت است که بخار تبخير شده در اواپراتور، وارد جذب کننده شده ، درجه حرارت محلول جاذب را بالا مي برد. اين حرارت به کمک يک کويل سرد خارج خواهد شد. محلول جاذب در اين مرحله قوي بوده ، زيرا از مبرد غني مي باشد، اين محلول به کمک پمپ وارد ژنراتور خواهد شد. در ژنراتور درجه حرارت آن با افزايش حرارت بالا رفته و بخار مبرد در درجه حرارت و فشار بالا به طرف کندانسور رانده مي شود. محلول جاذب داخل ژنراتور به علت از دست دادن مبرد مانند سيکل تراکمي به کندانسور و شير انبساط و اواپراتور خواهد رفت.
در سيستم جذبي کار مکانيکي کمي لازم است ، زيرا به جاي کمپرسور که کار مکانيکي زيادي انجام مي دهد ، پمپ با کار مکانيکي صرف نظر کردني به کار رفته و کسب انرژي به صورت انرژي حرارتي از ژنراتور خواهد بود.

شکل (1) سيکل ساده سيستم جذبي

[spow]

سيستم جذبي آب – آمونياک:
در اين سيستم ، مبرد آمونياک و سيال جاذب ، آب مي باشد. سيستم جذبي آب آمونياک که تنها سيستم جذبي بوده که سال ها در صنايع از آن استفاده مي گرديد ، امروزه نيز ، خصوصا در تبريد با درجات حرارت پائين C 32 به کار مي رود. روش ديگر استفاده از سيستم ليتيوم برومايد– آب مي باشد که امروزه براي توليد آب سرد در تهويه مطبوع و غيره به کار مي رود.
با تعيين مقدار حرارتي که در ژنراتور کسب شده و مقدار حرارتي که در جذب کننده و کندانسور از دست رفته مي توان مقدار سرمائي را که در اواپراتور حاصل شده تعيين نمود.
سيستم آب – آمونياک ، در فشار بالا کار کرده و ضريب عملکرد آن نسبت به سيستم ليتيوم برومايد – آب ، خيلي کمتر مي باشد ، که يکي از دلايل اصلي جايگزيني سيستم هاي ليتيوم برومايد – آب ، به جاي سيستم هاي آب – آمونياک مي باشد.

درقديم از سيستم جذبي دريخچال هاي نفتي خانگي استفاده مي گرديد ، که شماي آن در شکل (2) داده شده است. هنوز هم در روستاهائي که برق رساني نشده از آن استفاده مي نمايند که ژنراتور آن با فتيله نفتي گرم مي شود.

شکل (2) اجزاء يک يخچال نفتي را نشان مي دهد.

[spow]

سيستم جذبي تکميل شده:
در سيستم جذبي مذکور، مي توان براي بالا بردن راندمان حرارتي ، تغييراتي داد.
مثلا با تقليل آبي که در اواپراتور جريان خواهد يافت ، راندمان را مي توان بالا برد ، کار ديگري نيز که مي توان براي بالا بردن راندمان انجام داد، قراردادن يک مبدل حرارتي بين جذب کننده و ژنراتور مي باشد ، شکل (3) شماي يک سيستم جذبي تکميل شده را نشان مي دهد ،که درآن يک رکتيفاير و يک آناليز ربراي نقصان مقدار مايعي که احتمالا وارد کندانسور خواهد شد ، در نظر گرفته شده.
آناليزر از يک سري پره تشکيل شده که در بالاي ژنراتور قرار مي گيرد ، محلول قوي جذب کننده از اين پره ها عبور کرده و بخاري که از ژنراتور بالا مي رود به اين وسيله سرد شده و علاوه بر اين مقداري از بخار آب را نيز تقطير خواهد کرد. در رکتيفاير نيز کويل آب سرد خواهيم داشت. مقداري بخار آب و ( قدري آمونياک) تقطير شده ، به ژنراتور بر مي گردد.

شکل (3) سيستم جذبي تکميل شده آب – آمونياک

مبدلي که بين جذب کننده و ژنراتور قرار مي دهند ، مفيده بوده ، زيرا محلول قوي که از جذب کننده به ژنراتور فرستاده مي شود، گرم شده و محلول ضعيف ژنراتور که به جذب کننده برمي گردد ، سرد خواهد شد. در حقيقت با اين مبدل از مقدار حرارتي که به ژنراتور و مقدار سرمائي که به جذب کننده بايد وارد شود ، کاسته خواهد شد.

[spow]

سيکل تبريد جذبي- آمونياک :

تفاوت سيکل تبريد جذبي آمونياک با شکل تراکم بخار در نحوه تراکم سيال است. در سيکل جذبي، بخار آمونياک توسط آب جذب مي شود، در فشار پايين و سپس محلول مايع تا فشار زياد توسط پمپ مايع پمپ مي شود. شکل (2)

شکل (1)

دراين سيکل بخار آمونياک در فشار پايين از اواپراتور خارج شده و وارد جاذب مي شود و در آنجا جذب محلول رقيق آمونياک مي گردد. اين فرآيند در درجه حرارت کمي بالاتر از محيط صورت مي گيرد و مقدار کمي گرما به محيط انتقال پيدا مي کند. اين مايع توسط پمپ از درون مبدل حرارتي به مولد پمپ مي شود. (در مبدل حرارتي با آمونياک ضعيف تبادل حرارتي انجام داده و پيش گرم مي شود.) و در مولد در درجه حرارت بالاتري ثابت نگه داشته مي شود و در اثر انتقال حرارت از منبع درجه حرارت بالا بخار آمونياک از محلول جدا شده (چون در اينجا محلول آمونياک و آب مورد بررسي است و به دليل اينکه درجه حرارت اشباع آمونياک پايين تر از آب است زودتر بخار مي شود.) و اين بخار به درون چگالنده مي رود و به صورت به شير انبساط راه مي يابد و محلول ضعيف هم از طريق يک مبدل حرارتي به جاذب باز مي گردد.

شکل (2)

[spow]

ويژگي برجسته اين سيستم در بين سيستمهاي تبريد نياز به کار کم فقط براي پمپ مايع است و پمپ کردن فقط براي مايع صورت مي گيرد. اين نتيجه از اين واقعيت به دست مي آيد که براي يک

فرآيند بازگشت پذير جريان پايدار که در آن از تغييرات انرژي جنبشي و پتانسيل صرف نظر شده باشد کار برابر
است و حجم مخصوص مايع بسيار کمتر از بخار است.
از طرفي براي اين سيستم يک منبع درجه حرارت بالا ( ) لازم است و بايد در دسترس باشد. تعداد تجهيزات سيستم جذبي بيشتر از تراکم بخار است و معمولا در حالتي که يک منبع درجه حرارت بالا در دسترس باشد به صرفه مي باشد.
سيکل جذبي اثبات مي کند که يک فرآيند تراکم مي تواند با کوچکترين حجم مخصوص ممکن صورت گيرد، زيرا همانطور که گفته شد در يک فرآيند برگشت پذير جريان پايدار که انرژي جنبشي و پتانسيل تغييرات کمي داشته باشند کار برابر است.
در سيکل جذبي قطعات بيشتري وجود دارند و در حقيقت پمپ، جاذب و مولد سه وسيله اي هستند که کار کمپرسور را در سيکل تبريد تراکمي انجام مي دهند. ولي در عين حال احتياج به کار کمتري وجود دارد. براي بهبود خلوص بخار آمونياک ورودي به کندانسور بعد از مولد يک تقطير کننده قرار مي گيرد. که اين دستگاه تقطير مقدار آب باقي مانده به صورت بخار را از سيکل خارج مي کند و بر مي گرداند. همچنين محلول قوي آمونياک که از جاذب به مولد مي آيد، در قسمت بالاي مولد وارد مي شود که به آن آناليزر گفته مي شود. اين وسيله براي بالا بردن راندمان مولد مي باشد به طوري که با حرکت محلول از بالا به پايين و انتقال حرارت از پايين به بالا آمونياک محلول قوي جدا شده و آب و محلول ضعيف باقي مانده دوباره به جاذب بر مي گردد.

[spow]

ایجاد برودت توسط سیستم جذبی:

بعضی از مواد دارای خاصیت جذب یک ماده در فشار و درجه حرارت مشخصی می باشند. بعضی از مواد ممکن است بدون وقوع فعل و انفعالات شیمیایی ، ماده دیگر را جذب کند و یا ممکن است ماده ای ماده دیگر را در حالت سردی جذب کرده و پس از گرم شدن رها سازد.
در سیستم جذبی بجای استفاده از انرژی مکانیکی برای ایجاد تغییرات لازم در ماده سرمازا به منظور تکمیل سیکل تبرید از انرژی حرارتی استفاده می شود.
سیستم های جذبی دارای کمترین قطعات متحرک هستند، بنابراین موقع کار آرام و بی صدا بوده و در تاسیسات تجارتی و خانگی از آنها استفاده می شود.
سیستم تبرید جذبی آب-آمونیاک:
این نوع سیستم سرد کننده در وسائل تبرید خانگی و صنعتی که درجه حرارت اوپراتور نزدیک و یا زیر 32 است مورد استفاده فراوانی دارند.
آب سرد میل ترکیبی شدیدی با بخار آمونیاک داشته و هر دو متقابلا در شرایط مختلف قابلیت حل شدن در یکدیگر را دارا می باشند. هر دو این سیالات پایدار بوده و با اکثر موادی که در سیکل تبرید وجود دارند، سازگار می باشند. یک استثناء قابل ملاحظه در این مورد مس است برای سیستم های آمونیاکی مناسب نیست.
مبرد آمونیاک دارای حرارت نهان تبخیر بسیار بالا بوده اما کمی سمی میباشد که این امر موجب عدم استفاده از این ماده در سیستم هایی که دارای فشار نسبتا بالایی هستند، می گردد.
به هر حال یکی از اساسی ترین مسائلی که موجب عدم استفاده از این نوع سیستم می شود این است که آب در واقع ماده ای نسبتا فرار بوده و در نتیجه بخارآمونیاک خروجی از ژنراتور شامل مقادیر محسوسی از بخار آب می باشد که این آب از کندانسور اواپراتور عبور کرده و باعث بالا رفتن درجه حرارت اواپراتور و کاهش اثر تبرید می گردد. این عمل بر اثر انتقال مقداری مبرد تبخیر نشده به خارج از اواپراتور انجام می گیرد. به همین علت نیز از رکتیفایر و آنالیزر در این نوع سیتم ها استفاده زیادی می گردد که راندمان سیستم بالا رود. زیرا این وسائل موجب جدا شدن بخار آب مخلوط و برگشت آن به ژنراتور، پیش از رسیدن به کندانسور می گردند.

[spow]

به وسیله اضافه نمودن سیال سوم به سیستم که معمولا یک گاز بی اثر مانند هیدروژن ( که از مبرد سنگین تر است) می باشد، می توان تعادلی بین قسمت فشار ضعیف و فشار قوی سیستم بوجود آورد. که این باعث می شود تا در سیستم پمپ و یا قسمت متحرکی وجود نداشته باشد.
این نوع سیستم ها به مقدار وسیعی در یخچالهای خانگی و گاهی برای خانه های ماشینی ( سیار) و تریلرها استفاده می گردند. در این نوع ژنراتور بوسیله احتراق مستقیم پروپان یا وسایل برقی و یا هر دو گرم می شود.
این سیکل بر اساس قانون دالتون که می گوید: فشار مخلوط چند گاز برابر مجموع فشارهای جزئی یک یک گازهای مخلوط شده می باشد فشار کلی اعمال شده توسط گازها در تمام سیستم یکنواخت میباشد، به هر حال به خاطر وجود هیدروژن و فشار جزئی آن که بر روی قسمت فشار پائین سیستم اعمال می شود، اواپراتور و جذب کننده ، فشار جزئی بخار آمونیاک که در این قسمت ها پائین تر از فشار آن در ژنراتور و کندانسور که گاز هیدروژن وجود ندارد می باشد. بنا براین آمونیاک می تواند در فشار و درجه حرارت پائین د راواپراتور تبخیر و در همان حال در فشار و در درجه حرارت بالا در کندانسور تقطیر گردد.

[spow]

حرارت داده شده به ژنراتور، باعث جوشیدن امونیاک و حرکت آن به سمت جدا کننده می شود. در اینجا بخار موجود به همراه بخار آمونیاک تبدیل به مایع شده و بر اثر نیروی ثقل از طریق لوله 7 شکل به سمت جذب کننده که توسط هوا خنک می شود، جاری می گردد. در این حال بخار آمونیاک مستقیما به کندانسور هوایی رفته و در آنجا تقطیر می گردد. مایع آمونیاک نیز بر اثر نیروی وزن خود به سمت اواپراتور جاری شده و در آنجا با جذب حرارت از محیط تبخیر می گردد. بخار آمونیاک همراه گاز هیدروژن پس از گذشتن از اواپراتور به جذب کننده رفته و در آنجا بخار آمونیاک در ماده جاذب حل می شود و گاز هیدروژن که هیچ میلی به ترکیب شدن با ماده جاذب ندارد به سمت اواپراتور باز می گردد. هر دو لوله 7 شکل به منظور نگهداشتن گاز هیدروژن در اواپراتور و جذب کننده و جلوگیری از رفتن آن به ژنراتور، جدا کننده و کندانسور استفاده می شود.

مقایسه سیستم لیتیم-بروماید با سیستم آب-آمونیاک:
در مورد سیستم لیتیم- بروماید بخار اب خالص ژنراتور را ترک می کند. زیرا برومید لیتیم که به صورت نمک است قابلیت تبخیر ندارد در نتیجه کار بسیار ساده تر خواهد شد. زیرا جدا کن و رکتیفایر در این مورد حذف می شوند، در حالیکه در مورد سیستم آمونیاک-آب وجود آنها الزامی است. به علاوه مسئله جمع شدن آب در اواپراتور که در مورد سیستم آمونیاک-آب وجود داشت، در مورد این سیستم منفی است. فشار کل این سیستم حدود 0.15 بار (100 میلیمتر جیوه مطلق) می باشد. در نتیجه سیستم برای فشارهای زیاد طراحی نمی شود.فشار در داخل سیستم کمتر از یک اتمسفر است، در نتیجه امکان انفجار وجود ندارد. آمونیاک مبردی سمی است و از آن نمی توان مستقیما برای سیستم های تهویه مطبوع استفاده کرد.