آلة تبريد

مختلف الأجهزة التي تستعمل آلية التبريد

تطبيقات التبريد:

يستعمل التبريد في مجالات كثيرة من أهمها:

في هذا الإطار، يتم في آلة التبريد بالامتصاص نقل الحرارة من الوسط المبرد ذي درجة الحرارة المنخفضة إلى الوسط الخارجي ذي درجة الحرارة المرتفعة عن طريق صرف طاقة حرارية في حين يتم في آلة التبريد الضاغطة البخارية صرف قدرة ميكانيكية. ويستعمل في هذه الآلة جسما تشغيل على الأقل وهما وسيط التبريد والمادة الماصة له. ولقد انتشر في الوقت الحاضر استعمال آلات التبريد العاملة على الماء ومع الأمونيا أو الليثيوم.

إضافةً إلى ذلك، براد (غرفة تبريد)ـ ضاغط ـ مبّرد ـ ممدد توربيني. ويستفاد من آلة التبريد بالهواء على نطاق واسع في عملية تكييف الهواء داخل الطائرات التجارية. وقد تم في الوقت الحالي رفع أداء هذه الآلات بعد استعمال المبادلات الحرارية الإرجاعية فيها.

• اقرأ كذلك
• مكثف حراري
• تخزين الطاقة بالتبريد
• تكييف هواء
• ثلاجة
• تأثير جول-تومسون
• تسييل الغازات
• تكييف الهواء في السيارة
• تبريد على أساس
• وحدة مناولة الهواء

إضافةً إلى ذلك، استعملت آلة التبريد بالهواء قديماً على نطاق واسع قبل أنتشار آلات التبريد البخارية العاملة على الأمونيا والفريونات، وسميت بالهوائية لأنها تستعمل الهواء وسيط تبريد، وتتألف الدورة المبسطة لآلة التبريد الهوائية من أربعة عناصر رئيسية وهي:

في هذا الإطار، حفظ المواد الغذائية، وإنتاج الجليد، ونقل المواد المبردة والبرادات المنزلية والبرادات التجارية، وتكييف الهواء.

أجهزة التبريد بالهواء:

إضافةً إلى ذلك، هناك عدة أنواع من آلات التبريد بالامتصاص منها ما يعمل بوجود مضخة كما في آلة التبريد بالامتصاص مع ضاغط ناظم بخاري التي تستعمل حين تكون درجة حرارة المنبع الحراري للمولد منخفضة.

في هذا الإطار، يمكن إنتاج الأثر التبريدي باستخدام المزدوجة الحرارية التي تتألف من مادتين من أنصاف النواقل، تصل بينهما البعض صفيحتان معدنيتان تشكلان قطبي المزدوجة الحرارية، وذلك بإمرار تيار كهربائي بينهما. وتدعى الآلات التي تعمل وفق هذا المبدأ بآلات التبريد الكهروحرارية التي تمتص فيها كمية من الحرارة في القطب البارد (السالب)، وتنتشر كمية من الحرارة من القطب الموجب. تمتاز أجهزة التبريد (البرادات) العاملة على مبدأ المزدوجات الحرارية بأنها سهلة النقل والصيانة ولا تحتوي على أجزاء متحركة، إضافة إلى كون هذه المبردات تعمل من دون الحاجة إلى وسيط تبريد. إلا أن هذه الآلات غير اقتصادية بالمقارنة مع آلات التبريد البخارية عند فرق درجات حرارة بين القطبين كبير نسبياً.

إضافةً إلى ذلك، أهم تطبيقات التبريد الكهروحراري: أجهزة التبريد وتكييف الهواء المستعملة في الغواصات، والتحكم بدرجة حرارة الأجهزة الإلكترونية، وتبريد المعدات العلمية.

من جهة ثانية، تستعمل دورات التبريد بالامتصاص التي تعمل من دون مضخة في البرادات المنزلية والمكيفات، وتمتاز هذه الآلات بعدم وجود أي أجزاء متحركة فيها، مما يساعدها على العمل مدداً طويلة من الزمن من دون الحاجة إلى أي صيانة تذكر.

أجهزة التبريد بالامتصاص:

آلات التبريد الكهروحرارية:

ومن ناحية أخرى، يبيّن، مكوّنات آلة التبريد بالامتصاص وهي: وعاء الامتصاص، المضخة، المكثف، صمام التمدد، المبخر، ومولد البخار.

قوانين التبريد

كذلك، الأجزاء المعدنية للمبخر والمكثف يجب أن تكون جيدة التوصيل للحرارة ويجب اختيار المعدن الذي لا يتفاعل مع سائل التبريد (الوسيط) ويعتبر النحاس الأصفر والنحاس الأحمر وألألومنيوم هي أكثر المعادن شيوعاً لهذا الغرض .

من جهة ثانية، الطاقة الحرارية وأشكال الطاقة الأخرى قابلة للتحول من صورة إلى أخرى . فمثلًا، يمكن تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية كما في الأفران المنزلية والدفايات الكهربائية . ويمكن تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية،كما يجري في محطات توليد الكهرباء، سواء تعمل بالبترول أو الغاز الطبيعي أو الطاقةالنووية . وكذا تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية كما في محرك الاحتراق الداخلي وهكذا.

من جانب آخر، تنتقل الحرارة فقط من الجسم الذي درجة حرارته أعلى إلى الجسم الذي درجة حرارته أقل (انظر القانون الأول للديناميكا الحرارية).

يغير المائع حالته عند درجة حرارة وضغط ثابتين.

وعلى صعيد آخر، للتبريد دورة تسمى دورة تبريد تقوم بها آلة تبريد وتسمى بالإنجليزية Chiller وبالألمانية Kühlmaschine تعمل بمثابة طلمبة حرارية، تمتص الحرارة من جو الغرفة المراد تبريدها وتطردها إلى الجو الخارجي فيبرد هواء الغرفة، ونشعر بالراحة والاستجمام (اقرأ تكييف الهواء).

علاوةً على ذلك، 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 :

علاوةً على ذلك، الموائع تمتص الحرارة لكي تتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (من سائل إلى بخار، يمتص السائل حرارة تبخر)، وتطرد حرارة التبخير لكي تتكثف وتتحول إلى سائل ثانيا.

الأنبوبة الشعرية capillary tube

كذلك، الوظيفة الأساسية لها هي خفض ضغط سائل وسيط التبريد إلي ضغط المبخر، كما أنها تعمل علي تغير معدل مرور سائل وسيط التبريد بعرقلته في حالة زيادة الغاز داخل الأنبوبة أو زيادته بزيادة السائل داخل الأنبوبة ليناسب كل ذلك مع الأحمال الحرارية المتغيرة على المبخر

علم التبريد

علاوةً على ذلك، هو العلم الذي يدرس درجات الحرارة المنخفضة جدا وتوليد درجات الحرارة المنخفضة. ويستعمل في ذلك غازات مسيلّة مثل النتروجين السائل أو الهيليوم السائل، ومن البديهي أن العملية تبدأ أولا بتسييل غاز النيتروجين وتسييل غاز الهيليوم.

صمام التحكم Control Valve

وفي هذا السياق، يتحقق خفض الضغط باستخدام فوهة ذات سريان متغير إما من درجة التحكم أو ذات وضعين، ويمكن تقسيم أنواع صمامات التحكم إلى :

وعلى صعيد آخر، تستعمل هذه الصمامات عند مدخل المبخر لتخفيض ضغط سائل وسيط التبريد للتحكم في معدل سريانه خلال المبخر، وتوجد نوعيات مختلفة للضغط والتحكم في بعض المتغيرات الأخرى المؤثرة في دوائر التبريد

ومن ناحية أخرى، الغرض من صمام التحكم هو التحكم في سريان وسيط التبريد من جانب المكثف ذي الضغط العالي في الدورة إلى المبخر ذي الضاغط المنخفض. فهذا الصمام يبخ سائل التبريد القادم من المكثف في نصف دائرة المبخر يتمدد السائل ويتبخر.

• الأنبوية الشعرية.
• صمام التمدد الاتوماتيكي.
• صمام التمدد الثرموستاتى.

دورة التبريد

وتتكون أي دائرة تبريد ميكانيكية من أربعة أجزاء رئيسية هي :

دائرة التبريد الأساسية :

ومن ناحية أخرى، يتبخر السائل باكتسابه حرارة ويتكثف عندما تنتزع حرارة منه . فالتبريد عملية دورية يتحول فيها السائل من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ثم إلى حالة سائلة ثم حالة غازية وهكذا. فلكي يتبخر سائل لا بد وأن يحصل على حرارة، بينما عند التكثيف يتم طرد جزءا من الحرارة الكامنة في الغاز مرة أخرى.

صمام التمدد اليدوى hand expansion valve :-

صمام العوامة float valve :

صمام التمدد الإلكتروني electronic expansion valve:

علاوةً على ذلك، وظيفته الأساسية خفض ضغط سائل وسيط التبريد إلي ضغط المبخر، كما يقوم بوظيفة التحكم في معدل سريان وسيط التبريد ليتناسب مع تغيرات الحمل الحراري . ويعمل هذا الصمام للحفاظ علي درجة تحميص ثابتة عند مخرج المبرد مما يضمن التحول الكامل لسائل التبريد إلى الحالة الغازية الكاملة .

ومن ناحية أخرى، يعمل هذا الصمام عن طريق محبسين، أحدهما لدرجة الحرارة والآخر للضغط . وعن طريق جهاز إلكتروني يمكن التحكم بدقه في درجة تحميص وسيط التبريد عند مخرج المبخر، وبالتالي يتشابه عمله مع عمل صمام التمدد الترموستاتي.

صمام التمدد الترموستاتى thermostatic expansion valves:

صمام الضغط الثابت (constant pressure expansion valve)

إضافةً إلى ذلك، وظيفته الأساسية خفض ضغط سائل وسيط التبريد إلي ضغط المبخر، ويعمل هذا الصمام علي الحفاظ علي ضغط شبه ثابت داخل المبخر، ومع تغير الحمل الحراري علي المبخر والتغير الذي يطرأ نتيجة لذلك في ضغوط المبخر، فأن هذا الصمام يعمل لأعادة الاتزان لضغط المبخر بالسماح بمرور كميات أكبر أو أقل من سائل التبريد، مستجيباً بذلك لتغيرات الحمل الحراري .

من جانب آخر، وظيفة صمام العوامة خفض ضغط سائل وسيط التبريد إلي ضغط المبخر، وهو مزود بعوامة تتأثر بمنسوب السائل داخل الإناء المثبت عليه هذا الصمام، مما يسمح بمرور السائل بمعدلات تتناسب مع الحمل الحرارى للمبخر الذي يعمل عن طريق الغمر والمتصل بالإناء المذكور .

إضافةً إلى ذلك، وتعتبر أبسط أنواع الصمامات وذلك لخفض الضغط لتغير معدل سريان سائل وسيط التبريد، وليس بها أي مستشعر وتستعمل مع أحمال التبريد شبة الثابتة مثل المصانع إنتاج الثلج .

وعلى صعيد آخر، - لهذه الصمامات سعات مختلفـة تعتمد علي نوع وسيط التبريد، والأحمال الحرارية للمبخرات ودرجات الحرارة في كل من المبخر والمكثف وفرق الضغط الحقيقي قبل وبعد الصمام، وينقسم هذا الصمام إلي نوعين : نوع التعادل الداخلي ويستعمل في المبخرات ذات القدرة الصغيرة والتي يكون فاقد الضغط خلاله صغير، ونوع التعادل الخارجي في المبخرات الأخرى .

المكثف Condenser

في هذا الإطار، وظيفة 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.

المبخر Evaporator

خزان السائل :

ومن جهة أخرى، المجتمع Accumulator وهو جهاز أمان لمنع سائل وسيط التبريد من المرورإلى خط السحب ومنه إلى الضاغط ويوجد في دائرة التبريد التي تستعمل الأنبوبة الشعرية.

ومن جهة أخرى، في المبخر يتبخر وسيط التبريد ويتمدد في الضغط المنخفض في المبخر . وبتمدد بخار الوسيط تنخفض درجة حرارته، ونظرا لأن الأنبوب المتعرج للمبخر موجودا على ناحية الغرفة المراد تبريدها، يكتسب المبخر حرارة من هواء الغرفة فتنخفض درجة حرارة الغرفة ( يستمد وسيط التبريد حرارته الكامنة للتبخر من تلامسه لهواء الغرفة ) .

وعلى صعيد آخر، يقوم بتخزين وسيط التبريد الموجود بدائرة التبريد، يعمل على ضمان دخول وسيط التبريد على شكل سائل للمبخر .

الفلتر :

• وتنقسم المبخرات إلى نوعين رئيسيين هما :
• نظام جاف.
• نظام الغمر.
• الأجزاء الاضافية في دورة التبريد :

في هذا الإطار، فاصل الزيت Oil Separator ويوجد في وحدات التبريد التي تعمل في درجات حرارة منخفضة جداً كفريزرات التبريد العميق، حيث يوجد فاصل الويت بين خط الطرد للضاغط والمكثف، والغرض الأساسي من فاصل الزيت هو تخلص بخار وسيط التبريد الساخن ذو الضغط العالي من الزيت الزائد والغير مرغوب فيه بالنسبة لأجزاء الدائرة الأخرى مثل المكثف والمبخر، حيث يتم فصل الزيت وإعادته إلى علبة مرفق الضاغط عن طريق ماسورة وسوف نشرح ذلك بالتفصيل فيما بعد :

ملحقات دائرة التبريد البسيطة :

وفي السياق ذاته، يقوم بفصل الزيت الخارج من الكومبريسور ثم يقوم بارجاعه اليه، يركب بعد الكومبريسور مباشرة.

فاصل الزيت oil separator :

من جهة ثانية، وهناك أجزاء أخرى في دورة التبريد ضرورية لسلامة عمل هذه الأجراء الرئيسية أو تمكينها من أداء عملها وسوف تجد هذه الأجزاء في أي وحدة تبريد سواء أكانت هذه الوحدة وحدة تبريد تجارية أو صناعية أو وحدة تبريد منزلية وهذه الأجزاء الإضافية هي :

كذلك، وهناك عناصر أخرى مهمة كذلك لازمة لسلامة عمل الأجزاء الرئيسية وهي المبادل الحرارى، والمجفف، وخزان السائل، وبالنسبة للدوائر الكهربائية فيوجد الثرموستات وهو ضابط الحرارة وضابط الضغط العالي، وضابط الضغط المنخفض وغيرها من العناصر الهامة.

وفي السياق ذاته، تقوم العين الزجاجية بتبين حالة وسيط التبريد إذا كان غاز\سائل أو خليط بينهما وتبين إذا كان هنالك رطوبة إذا كان لونها اصفر وإذا لا يوجد يكون لونها اصفر وإذا تواجد فقاعات فهذا يعني أن النظام يحتاج إلى شحن المزيد من وسيط التبريد

ومن ناحية أخرى، يقوم بتصفية وسيط التبريد من بخار الماء وعادة يتم تركيبه في خط السائل liquid line .

العين الزجاجية sight glass :

الضاغط Compressor

• وتصنع الضواغط بأشكال وأحجام وتصميمات مختلفة وعموماً تنقسم الضواغط إلى :
• ضواغط ترددية.
• ضواغط دورانية.
• ضواغط طاردة مركزية.
• ضواغط حلزونية.

من جهة ثانية، وظيفة الضاغط في دورة الانضغاط هي رفع ضغط بخار السائل الوسيط من ضغط منخفض إلى ضغط أعلى، فترتفع درجة حرارة البخار المنضغط وتتسرب الحرارة عن طريق أنبوب المكثف إلى الخارج .