مبردهای مایع
توان جذب حرارتی خیلی زیاد مایعات به هنگام تبخیر، اساس کار سیستم های تبرید مکانیکی مدرن ار تشکیل می دهد. استفاده از تبخیر مایعات به جای ذوب مواد جامد برای ایجاد برودت دارای امتیازاتی است که از آن جمله می توان ساده بودن کنترل تحول را نام برد. به طوری که می توان تبرید را به طور دلخواه شروع یا متوقف کرده شدت تبرید را در محدوده های کوچکی از پیش تعیین نمود و با کنترل فشار تبخیر مایع، دمای تبخیر را تغییر داد. به علاوه می توان بخار را به سهولت جمع آوری و به مایع تبدیل و با برقراری جریان مداومی از ان به کرات از تبخیر آن برای ایجاد برودت استفاده نمود.
تا کنون در مطالعه خواص مختلف سیالات به دلیل آشنایی با آب در تمام مثال ها از آب استفاده میشد ولی به دلیل دمای اشباع نسبتا زیاد و دلایل دیگر، آب برای سیکل تبرید تراکمی، مبرد مناسبی نیست زیرا در دماهای پایینی که در سیستم های تبرید با آن ها مواجه هستیم، بایستی آب تحت فشار های خیلی کم تبخیر شود که از نظر اقتصادی ایجاد و حفظ آن شرایط، دشوار می باشد. سیالات بی شماری وجود دارد که دمای اشباع آن ها از دمای اشباع اب در همان فشار کمتر است ولی دارای خواص دیگری هستند که استفاده از ان ها را به عنوان مبرد، نامطلوب می سازد.
بنابراین عملا تعداد معدودی از سیالات وجود دارند که خواص مناسبی داشته و به عنوان مبرد مورد استفاده قرار میگیرند.
مبردهای برای تمام کاربردهای و شرایط مناسب نیستند
شایان ذکر است که مبردهای برای تمام کاربردهای و شرایط مناسب نیستند. مبرد انتخاب شده برای هر کاربرد بخصوصی باید با نیازهای ویژه ان کاربرد تطابق تنگاتنگی داشته باشد.
از میان تمام سیالاتی که امروزه به عنوان مبرد مورد استفاده قرار می گیرند هیدرو کربن کلریته شده سری متان با نام شیمیایی دی کلرودی فلورمتان CCl2F2) ( دارای صفات ویژه یک مبرد ایده آل عمومی است. این ماده با نام تجاری فریون و با علائم مشخصه ی مختلف تولید که برای جلوگیری از بروز اشتباه در استفاده ازنام های شیمیایی و علائم مشخصه ی آن ها را فعلا تحت عنوان مبرد R-12 مطرح می کنیم. دمای اشباع این مبرد در فشار اتمسفر یک استاندارد -29/8˚C می باشد و می توان در دماهای معمولی آن را در مخازن فولادی تحت فشار، به صورت مایع ذخیره نمود.
تبخیرمبرد
با تبخیر مایع مبردی مثل در داخل مخازن و تخلیه بخار حاصل می توان در فضای عایق کاری شده، سرمای مناسبی ایجاد نمود. تا زمانی که مبرد در فشار اتمسفر یک استاندارد می باشد دمای اشباع آن خواهد بود. تبخیر مبرد در این دما باعث میشود که حرارت فضای به راحتی از دیواره ی مخازن عبور کرده و با جذب به وسیله مبرد با بخار خروجی از مخزن، از فضا خارج می گردد.
چون در طول تحول تبخیر، دمای مایع ثابت می ماند مادامی که مایع تبخیر میشود ایجاد سرما داماه خواهد یافت. هر محفظه ای نظیر مخزن که در طول تبرید در آن مبردی تبخیر میشود، اواپراتور نامیده میشود. اواپراتور یکی از قسمت های اساسی سیستم های تبرید مکانیکی است.
کنترل دمای تبخیر
باکنترل فشاربخار مایع مبرد که با تنظیم شدن خروج بخار از اواپراتور انجام میشود میتوان دمای تبخیر مایع را در اواپراتور کنترل نمود. مثلا اگر در خروجی اواپراتورشیر نیمه بازی قرار گرفته باشد بخار به راحتی از اواپراتور خارج نمیشود و در ضمن افزایش فشار اواپراتور، دمای اشباع مبرد افزایش می یابد. با تنظیم دقیق خروج بخار از اواپراتور به وسیله شیر، می توان فشار بخار روی مبرد مایع را چنان کنترل نمود که مبرد در هردمایی بین و دمای فضا تبخیر شود. درصورتی که شیر خروجی کاملا بسته باشد و از اواپراتور بخاری خارج نشود فشار اواپراتور به حدی افزایش می یابد که دمای اشباع مایع برابر دمای فضا می باشد و به علت عدم وجود اختلاف دما، حرارتی از فضا به مبرد انتقل می یابد. به این ترتیب تبخیر موتفق می گردد و سرمایی ایجاد میشود.
در صورت نیاز به دماهای تبخیر کمتراز دمای اشباع مبرد در فشار اتمسفریک، بایستی فشاراواپراتور را به وسیله پمپ بخار به کمتر از فشار اتمسفر تقلیل داد.
ثابت نگه داشتن مقدار مایع در اواپراتور
ثابت نگه داشتن مقدار مایع در اواپراتوردر صورتی که بخواهیم مقدار مایع موجوددر اواپراتور ضمن تبخیر متوالی آن، ثابت باقی بماند، به جریان مداوم مایع به اواپراتور نیازخواهد بود. یکی از روش های جریان مداوم مایع به اواپراتور استفاده از شناور می باشد که اجازه می دهد معادل مایع تبخیر شده در اواپراتور، مقداری مایع از مخزن ذخیره وارد اواپراتور شود و سطح مایع در اواپراتور ثابت بماند.
با افزایش شدت تبخیر در اواپراتور، سطح مایع داخل آن به طور جزیی کاهش می یابد شیر سوزنی باز تر می شود و جریان بیشتری از مایع به اواپراتور برقرار میشود. برعکس، کاهش شدت تبخیر موجب افزایش جزیی سطح مایع میشود و برای کاهش ورود مایع به اواپراتور سوزن شیر در جهت بسته شدن حرکت می کند. هنگامی که تبخیر کاملا متوفق میشودافزایش سطح مایع، شیر شناور را کاملا بسته و جریان مایع را قطع میکند. مجددابا شروع تبخیر و کاهش سطح مایع، شیر شناور باز می گردد و مایع به اواپراتور جریان می یابد.
فشار زیاد مخزن
اگر فشار مخزن به قدری باشد که دمای اشباع مبرد برابر دما محیط گردد مبرد مایع موجود درمخزن و خط تغذیه تبخیر نخواهد شدو ولی فشار زیاد مخزن موجب جریان یافتن مبرد مایع از خط تغذیه و شیر شناور به اواپراتور کم فشارخواهد شد. فشار مبرد در عبور از شیر شناور کاهش یافته و به فشار اواپراتور می رسد. به این ترتیب مبرد مایع می تواند در دمای پایین مورد نظر د اواپراتور تبخیر شود.
هروسیله ای نظیر شیر شناوری که برای تنظیم جریان مبرد به اواپراتور به کار برده شود کنترل کننده ی جریان مبرد نامیده میشود و یکی از اجزا اصلی سیستم های تبرید مکانیکی می باشد.
کنترل کننده ی نوع شناوری چندین عیب دارد که از مهم ترین آن ها حجیم بودن شیر می باشد که استفاده از آن را صرفا به چند کاربرد خاص محدود میکند. شیر انبساط ترموستاتیک، نوع دیگری از کنترل کننده های مرد می باشد که درسطح وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد.
بازیابی مبرد
آزاد ساختن بخار مبرد در اتمسفر هوا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست و باعث الودگی محیط زیست نیز میگردد، به همین دلیل بخار مبرد بایستی در سیستم جمع اوری و پس از تبدیل شدن به مایع، دوباره مورد استفاده قرار گیرد. به این ترتیب نیازی به تغذیه مجدد مبرد به سیستم نمی باشد ولی باری تقطیر بخار بایستی جز دیگری به نام کندانسور به سیستم تبرید اضافه شود.
چون مبرد در اثر جذب حرارت نهان لازم از فضای اواپراتور، تبخیر میشود بایستی در تحول تقطیر و تبدیل به حالت مایع، حرارت نهان لازم از ففضای اواپراتور تبخیر میشود بایستی تقطیر تبدیل به حالت مایع، حرارت نهان خود را به جسم دیگری منتقل نماید و ماده ای که حرارت نهان بخار را جذب کرده و موجب تقطیر ان می گرددکه از متداول ترین ان ها می توان هوا و آب را نام برد آب مورد استفاده به عنوان عامل تقطیر معمولا از آب شهر و ویا آب شهر و یا برج خنک کن تامین میشود ولی هوای مورد استفاده معمولا هوای خارج در دمای محیط میباشد.
برای این که حرارت از بخار مبرد به عامل تقطیر منتقل شود بایستی دمای عامل تقطیر از دمای بخار مبرد کمتر باشد ولی چون فشار و دمای بخار اشباع خروجی از اواپراتور، برابر فشار و دمای مایع تبخیر شونده می باشد دمای بخار همواره به طور قابل ملاحظه ای از دمای عامل تقطیر کمتر خواهد بود و تا زمانی دمای اشباع بخار مبرد در اثر تراکم به حدی بالاتر از دمای عامل تقطیر افزایش نباید انتقال حرارت از بخار مبرد به هوا یا آب که به عنوان عامل تقطیر به کار می روند میسر نخواهد شد.
بخار مبرد
بخار مبرد قبل از تراکم در دما و فشار تبخیر می باشد و چون فشار کم است دمای اشباع مربوط به ان نیز پایین می باشد. در طول تحول تراکم، فشار بخار به حدی افزایش می یابد که دما دمای اشباع آن از دمای عامل تقطیر بیشتر میشود و چون در تراکم و افزایش فشار مبرد در کمپرسور، بر روی بخار کار مکانیکی انجام میشود انرژی داخلی و دمای بخار مبرد افزایش می یابند.
بخار پر فشار و داغ پس از تراکم در کمپرسور، به کندانسور تخلیه میشود و حرارت خود را به عامل تقطیر با دمای پایین تر پس می دهد. چون بخار نمی تواند تا دمایی کمتر از دمای اشباع مربوطه خنک شود، پس دادن پیوسته حرارت به وسیله بخار مبرد در کندانسور، موجب تقطیر ان در دما اشباع و فشار بالاتر می گردد.
حرارت پس داده شده به وسیله بخار مبرذ در کندانسور، توسط عامل تقطیر دفع میشود و مایع مبرد به دست امده که دما و فشاری برابر با بخار مبرد دارد از کندانسور به مخزن ذخیره مایع و ازآنجا به اواپراتور جریان می یابد. ملاحظه میشود ماده مبرد که گاهی سیال عامل نیز نامیده میشود صرفا عامل انتقال حرارت از فضای سردشونده به محیط بوده و حرارت را در اواپراتور از فضا جذب و در کندانسور به عامل تقطیر پس می دهد.