آشنایی اولیه با سیستم تبرید

اجزای اصلی سیستم تبرید شامل کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و لوله مویین است. در شرایط پایدار و ایده آل، این سیستم پایدار است و برای کنترل سیستم، نیازی به اجزای دیگر نیست اما در واقعیت به دلیل تغییرات بار سرمایی مورد نیاز، شرایط پایدار وجود ندارد و سیستم نیازمند اجزای کنترلی است.

شکل - 1، سیکل تبرید ایده آل

اکنون تاثیر شرایط محیطی بر عملکرد سیستم بررسی می شود. اگر ظرفیت حرارتی اواپراتور افزایش یابد، مبرد داخل اواپراتور در فاصله دور تری از خروجی اواپراتور، شروع به تبخیر شدن می کند، به عبارت دیگر، میزان سوپرهیت شدن بخار مبرد خروجی از اواپراتور افزایش می یابد. با قرار دادن شیر انبساط به جای لوله مویین، این مورد، کنترل خواهد شد.

شیر انبساط

برای کنترل میزان سوپرهیت شدن بخار مبرد خروجی از اواپراتور، دمای این بخار باید به طریقی بر میزان دبی مبرد ورودی به اواپراتور تاثیر داشته باشد. چون لوله مویین عملا یک لوله باریک است و توانایی بر کنترل دبی نخواهد داشت، به جای لوله مویین باید از شیر انبساط استفاده شود.

شکل - 2، شیر انبساط در سیکل تبرید

• میزان دبی مبرد ورودی به اواپراتور توسط شیر انبساط کنترل می شود.
• میزان دبی مبرد ورودی به اواپراتور، به گونه ای توسط شیر انبساط کنترل می شود که در شرایط کاری مختلف، میزان سوپرهیت شدن بخار مبرد خروجی از اواپراتور ثابت بماند. بنابراین می توان اطمینان داشت که در شرایط کاری مختلف، مبرد مایع وارد کمپرسور نخواهد شد.
• شیر انبساط به صورت شیر انبساط برقی و شیر انبساط مکانیکی ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(حرارتی یا ترموستاتی) وجود دارد. شیر انبساط حرارتی دارای یک حباب حسگر است که به وسیله لوله مویین به شیر وصل می شود. مبرد داخل حباب حسگر معمولا از جنس مبرد سیستم تبرید آن است. در دماهای مختلف بخار مبرد خروجی از اواپراتور، نیروی اعمال شده از سمت مبرد حباب حسگر به شیر انبساط تغییر می کند و به این روش میزان دبی مبرد ورودی به اواپراتور و به تبع آن میزان سوپر هیت شدن بخار مبرد خروجی از اواپراتور، کنترل می شود.

شکل - 3، شیر انبساط 

ریسیور

در سیستم تبرید، بخار مبرد در کمپرسور فشرده می شود و سپس برای دفع حرارت سیستم به محیط خارج، وارد کندانسور می شود. بخار مبرد در کندانسور به مایع تبدیل می شود و پس از خارج شدن از کندانسور، وارد ریسیور می شود. ریسیور، دو وظیفه اصلی دارد که در ادامه بیان شده اند.

• به دلیل تغییر در بار، سطح مایع در کندانسور تغییر می کند. تغییرات سطح مایع کندانسور توسط ریسیور جبران می شود. هنگامی که شیر انبساط باز یا بسته می شود، سطح مایع در کندانسور تغییر می کند. اگر در ریسیور مبرد اضافی وجود نداشته باشد، ممکن است شیر انبساط به دلیل کافی نبودن مبرد، به طور صحیح عمل نکند که می تواند منجر به ناپایداری کل سیستم شود.
• ریسیور مانند یک مخزن اضافه است که در آن بخار مبرد از مبرد مایع جدا می شود.

شکل - 4، ریسیور در سیکل تبرید

ترموستات

چون امکان دارد که به دلایل مختلف، دمای محیط یا ماده ای که نیازمند سرمایش است تغییر کند، برای ثابت نگه داشتن دما از ترموستات و شیر سلنوئیدی استفاده می شود.

• دما توسط ترموستات اندازه گرفته شده و با توجه به تنظیمات دمایی ترموستات، به شیر سلنوئیدی دستور باز یا بسته شدن داده می شود تا ورود یا عدم ورود مبرد به اواپراتور کنترل شود.
• در سیستم های کوچک که یک اواپراتور کوچک دارند، به جای استفاده از شیر سلنوئیدی، به کمپرسور سیستم دستور خاموش یا روشن شدن داده می شود.

شکل - 5، ترموستات در سیکل تبرید

• اگر دمای اندازه گیری شده توسط ترموستات، به دمای مشخصی نزدیک شود، مدار الکتریکی، قطع یا وصل می شود.

دو کاربرد اصلی ترموستات

• ایمنی: جلوگیری از زیاد شدن یا کم شدن بیش از حد دما به عنوان مثال، جلوگیری از یخ زدگی.
• کنترل: کنترل دمای محیط یا ماده مورد نظر

شکل - 6، ترموستات

طرز کار ترموستات

داخل حباب حسگر ترموستات، یک گاز ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(یا مبرد) وجود دارد. با تغییرات دما، این گاز منبسط یا متراکم می شود با انبساط گاز، مدار الکتریکی وصل و با تراکم گاز، مدار الکتریکی قطع می شود. اگر دما از حد مورد نظر کمتر شده باشد، گاز متراکم می شود و باعث قطع شدن کلید مدار می شود. با قطع مدار، شیر سلنوئیدی بسته می شود و اجازه عبور مبرد و ورود آن به اواپراتور داده نمی شود تا دما به مقدار مورد نظر برسد.

شکل - 7، طرز کار ترموستات

شیر سلنوئیدی

• شیر سلنوئیدی، یک نوع شیر الکترو مغناطیسی است.
• شیر سلنوئیدی در اصل یک شیر قطع و وصل است که به صورت برقی کنترل می شود.

به طور کلی، دو نوع شیر سلنوئیدی وجود دارد.

• شیر سلنوئیدی با عملکرد مستقیم: این نوع شیر به صورت مستقیم باز و بسته می شود و نیازی به اختلاف فشار بین ورودی و خروجی نیست.
• شیر سلنوئیدی با عملکرد غیر مستقیم: در این نوع از شیر، دستور ورودی باعث باز شدن یک درگاه فرعی می شود. با باز شدن این درگاه، دیافراگم شیر به دلیل وجود اختلاف فشار در بالا و پایین آن، به ندرت باز می شود.

شیر های سلنوئیدی به دو صورت بسته ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(NC) و باز ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(NO) وجود دارند.

• بسته: اگر دستور الکتریکی به شیر داده نشود، شیر بسته می ماند و از عبور جریان جلوگیری می کند.
• باز: اگر دستور الکتریکی به شیر داده نشود، شیر باز می ماند و از عبور جریان جلوگیری نمی کند.

شکل - 8، شیر سلنوئیدی

نحوه کنترل دما

با افزایش دمای محیط، گاز داخل حباب حسگر ترموستات، منبسط می شود و مدار الکتریکی وصل می شود. به این سبب به شیر سلنوئیدی دستور داده می شود تا باز شود. با باز شدن این شیر، مبرد وارد اواپراتور شده و بعد از مدتی باعث می شود دمای محیط کاهش یابد. با کاهش دمای محیط، گاز داخل حباب حسگر ترموستات، متراکم شده و مدار الکتریکی قطع می شود. به این سبب شیر سلنوئیدی بسته می شود و از ورود مبرد به اواپراتور جلوگیری می کند. دوباره با افزایش دمای محیط، این چرخه تکرار می شود.

شکل - 9، نحوه کنترل دما در سیکل تبرید ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(دما بالا)

شکل - 10، نحوه کنترل دما در سیکل تبرید ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(دما پائین)

کنترل فشار

هنگامی که جلوی ورود مبرد به اواپراتور توسط شیر سلنوئیدی گرفته می شود، می دانیم که کمپرسور متوقف نشده و همچنان در حال مکش اواپراتور است اما در اواپراتور مبردی وجود ندارد و بعد از مدتی، فشار خط مکش کاهش می یابد. هنگامی که فشار مکش از مقدار مشخصی کمتر شود، با کمک یک سویچ فشار، به کمپرسور دستور داده می شود تا خاموش شود. سوئیچ فشار فقط در سمت مکش قرار نمی گیرد. باید برای خط دهش نیز یک سوئیچ فشار قرار داده شود. زیرا در شرایطی که جلوی ورود مبرد به اواپراتور گرفته شده است و کمپرسور در حال کار است، فشار و دمای خط دهش افزایش می یابد و اگر کنترل نشود، به سیستم آسیب وارد می شود. بنابراین در سمت خط دهش نیز سوئچ فشار قرار داده می شود تا در صورت افزایش بیش از حد فشار این خط، کمپرسور خاموش شود. می توان به جای استفاده از دو سوئیچ فشار کم فشار و فشار بالا، از یک سوئیچ فشار دو کاره استفاده کرد.

شکل - 11، نحوه کنترل فشار در سیکل تبرید

عوارض ناشی از کار کردن کمپرسور در فشار بالا

• هدر رفتن انرژی و از همه مهم تر آسیب رساندن به تجهیزات سیستم
• افزایش دمای دهش
• افزایش جریان برق ورودی به موتور و به سبب آن افزایش دمای موتور
• آسیب دیدن موتور کمپرسور به دلیل کاهش نرخ خنک کاری آن
• افزایش میزان نیروی اعمال شده بر روی یاتاقان ها

با این که خود کمپرسور ها محافظ داخلی دارند ولی بهتر است که در شرایط خطرناک و خارج از محدوده، کار نکنند.

دستگاه کنترل فشار

• این دستگاه، وسیله ای است که از سیستم در برابر فشار مکش پایین ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(فشار اواپراتور) و فشار دهش بالا ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(فشار کندانسور) حفاظت می کند.
• دستگاه کنترل فشار، دو کاربرد اصلی دارد.

• • ایمنی: به منظور حفاظت از سیستم، در فشار های بیش از حد پایین یا بالا، کمپرسور خاموش می شود.
  • کنترل

• به طور کلی دو نوع دستگاه کنترل فشار وجود دارد

• • تک کاره: فقط قابلیت دریافت داده از سمت خط مکش ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(یا دهش) را دارد و برای دریافت داده از خط دیگر باید یک دستگاه کنترل فشار مجزا بر آن خط نصب شود.
  • دو کاره: به طور همزمان قابلیت دریافت اطلاعات فشار از هر دو خط مکش و دهش را دارد.

جدا کننده روغن

مبرد خروجی از کمپرسور، حاوی روغن کمپرسور نیز است. اگر میزان روغنی که مبرد حمل می کند، زیاد باشد، این روغن به کمپرسور باز نخواهد گشت. برای جلوگیری از عدم بازگشت روغن به کمپرسور، بعد از کمپرسور از جداکننده روغن استفاده می شود.

شکل - 12، جدا کننده روغن در سیکل تبرید

• جداکننده روغن به گونه ای طراحی شده است که در آن روغن از بخار مبرد جدا شود، سپس روغن به کمک یک مکانیزم کنترلی به سمت کمپرسور باز گردد.
• با استفاده از جدا کننده روغن، کمپرسور با کمبود روغن مواجه نخواهد شد.
• با استفاده از جداکننده روغن، از جمع شدن روغن در سایر تجهیزات جلوگیری می شود.

شکل - 13، جدا کننده روغن

عملکرد جدا کننده روغن

• روغن از بخار مبرد خروجی از کمپرسور جدا می شود.
• صافی موجود در جداکننده روغن، از ورود روغن به سیستم تبرید جلوگیری می کند.
• روغن در پایین جداکننده جمع می شود.
• با افزایش سطح روغن در کف جداکننده، شناور بالا آمده، شیر سوزنی باز می شود و روغن به سمت کمپرسور جریان می یابد.
• با کاهش سطح روغن در کف جداکننده، شناور پایین آمده و شیر بسته می شود.

شکل - 14، نحوه عملکرد جدا کننده روغن

فیلتر درایر

امکان دارد در سیستم تبرید موادی همچون آب ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(رطوبت)، ذرات جامد ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(مثل زنگار فلزات) و کثیفی نفوذ کند. برای حذف این مواد از سیکل تبرید، از فیلتر درایر استفاده می شود. فیلتر درایر در خط مایع و قبل از شیر انبساط نصب می شود.

• برای حفاظت از سیستم تبرید در برابر مواد آسیب زا، از فیلتر درایر استفاده می شود.
• فیلتر درایر با حذف رطوبت مبرد از تشکیل یخ بر دهانه شیر انبساط جلوگیری می کند.
• فیلتر درایر می تواند از جریان یافتن ذرات جامد و اسید جلوگیری کند.
• با حذف مواد اضافی سیستم توسط فیلتر درایر، از احتمال بروز واکنش شیمیایی در سیکل تبرید کاسته می شود.

 شکل - 15، فیلتر درایر در سیکل تبرید

سایت گلاس ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(شیشه بازدید)

برای مشاهده میزان سطح مبرد و همچنین بررسی وجود رطوبت در سیستم، از سایت گلاس استفاده می شود. سایت گلاس بعد از فیلتر درایر نصب می شود.

شکل - 16، سایت گلاس در سیکل تبرید

• رطوبت سیستم توسط سایت گلاس تشخیص داده می شود.
• سایت گلاس به طور معمول بعد از فیلتر درایر نصب می شود.
• سطح رطوبت سیستم به وسیله دو شاخص رنگی موجود در سایت گلاس، به اپراتور نشان داده می شود.

• • سبز: میزان سطح رطوبت سیستم، خطرناک نیست.
  • زرد: میزان سطح رطوبت سیستم در خط مایع و بعد از فیلتر درایر، زیاد است.

• در صورتی که حباب در سایت گلاس مشاهده شود، یک یا چند تا از موارد زیر اتفاق افتاده است.

• • به دلیل گرفتگی فیلتر درایر، افت فشار ایجاد شده توسط آن زیاد است.
  • میزان مادون سرد شدن مبرد ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Sub cooling) کم است.
  • میزان سطح مبرد سیستم، کم است.

توجه: در صورتی که مشخصه رنگ سایت گلاس زرد باشد یا در آن حباب مشاهده شود، فیلتر درایر باید تعویض شود.

شکل - 17، سایت گلاس

شیر قطع و وصل

هنگام تعویض یا سرویس که یک یا چند جزء سیستم، از سیکل خارج شده اند، سایر اجزای سیستم باید نسبت به محیط بیرون ایزوله باشند. برای انجام این کار، از شیر های قطع و وصل یا توپی استفاده می شود. معمولا از نوع دستی این شیر ها استفاده می شود.

شکل - 18، شیر قطع و وصل در سیکل تبرید

• در خطوط مکش، دهش و مایع، از شیر های قطع و وصل یا توپی استفاده می شود.
• شیر های قطع و وصل با بسته نگه داشتن سیکل تبرید باعث می شوند تا سرویس اجزای سیستم، آسان تر اجرا شود.
• هنگام سرویس یکی از اجزا،، سایر اجزای سیستم تبرید نسبت به محیط بیرون ایزوله می شوند.

شکل - 19، شیر قطع و وصل

تنظیم کننده فشار

از این قطعه برای کنترل فشار مبرد سیستم استفاده می شود. سیستم تبرید در شرایط کاری مختلف، با کمک تنظیم کننده فشار می تواند بهتر کار کند.

به کمک تنظیم کننده فشار اواپراتور، حتی در صورتی که شرایط محیط یا سیستم تغییر کند، فشار تبخیر مبرد در اواپراتور در مقدار تنظیم شده باقی می ماند.

شکل - 20، تنظیم کننده فشار در سیکل تبرید

• هدف اصلی از استفاده تنظیم کننده فشار اواپراتور، ثابت نگه داشتن فشار اواپراتور است.
• تغییرات فشار در خروجی تنظیم کننده فشار، تاثیری بر مقدار باز شدن دهانه ورودی آن ندارد، زیرا تنظیم کننده فشار با بیلوز قرار داده شده در آن در تعادل است.
• بر روی تنظیم کننده فشار، محلی برای وصل کردن فشار سنج تعبیه شده است تا بتوان تنظیم کننده فشار را برای کار در فشار مورد نظر تنظیم کرد.

شکل - 21، شماتیک تنظیم کنده فشار

سیستم کنترل فشار کندانسور

در کندانسور هوا خنک برای کنترل فشار کندانسور می توان از تنظیم کننده فشار استفاده کرد همچنین برای جلوگیری از کاهش فشار در ریسیور می توان از شیر فشاری استفاده کرد.

شکل - 22، سیستم کنترل فشار کندانسور

• سیستم کنترل فشار کندانسور شامل تنظیم کننده فشار و شیر فشاری است.
• برای ثابت نگه داشتن فشار کندانس مبرد در کندانسور حتی در شرایط محیطی سرد، از تنظیم کننده فشار استفاده می شود. دلیل ثابت نگه داشتن فشار کندانس، اطمینان یافتن از حفظ اختلاف فشار حداقلی در ورود و خروج شیر انبساط است.
• با افزایش فشار داخل کندانسور، شیر تنظیم کننده فشار باز می شود تا فشار کندانسور کاهش یابد. با کاهش یافتن فشار کندانسور، تنظیم کننده فشار بسته می شود و این چرخه بار ها تکرار می شود.
• در صورتی که فشار کندانسور کاهش یابد، باعث می شود تا فشار خط مکش نیز کاهش پیدا کند. قبلا بیان شد که اگر فشار خط مکش از مقدار مشخصی کمتر شود، کمپرسور خاموش می شود، پس برای جلوگیری از خاموش شدن کمپرسور به خاطر کم بودن فشار کندانسور، باید از تنظیم کننده فشار کندانسور استفاده کرد تا فشار کندانسور از مقدار مشخصی کمتر نشود.
• بسیاری از مشکلات کنترلی کندانسور هایی که در شرایط ناپایدار جوی کار می کنند، با استفاده از سیستم های کنترل فشار کندانسور، قابل حل است.

شکل - 23، کنترل فشار 

شیر فشاری ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(NRD)

• برای اطمینان یافتن از ثابت ماندن میزان فشار ریسیور در یک مقدار مشخص، از شیر فشاری استفاده می شود. شیر فشاری بین خط دهش و ریسیور نصب می شود.
• شیر فشاری در یک فشار مشخص شروع به باز شدن می کند. به عنوان مثال در شکل زیر، شیر فشاری در فشار 4 bar شروع به باز شدن می کند و در فشار 3 bar، شیر به صورت کامل باز می شود.

شکل - 24، کنترل فشار 

نحوه کار سیستم کنترل فشار کندانسور

• اگر فشار کندانسور کم شود، برای افزایش فشار به دستور سوئیچ فشار، فن کندانسور خاموش می شود.
• تنظیم کننده فشار کندانسور بسته می شود. با بسته شدن تنظیم کننده، مبردی از کندانسور عبور نمی کند در نتیجه مبردی وارد ریسیور نخواهد شد. از طرفی ریسیور در این مدت در حال تغذیه اواپراتور خواهد بود و فشار ریسیور کاهش خواهد یافت.
• در صورتی که اختلاف فشار بین خط دهش و ریسیور به 4 bar برسد، به منظور ثابت نگه داشتن فشار ریسیور، شیر فشاری باز خواهد شد.
• در صورتی که فشار کندانسور افزایش یابد، شیر فشاری بسته، تنظیم کننده فشار باز و در نهایت فن کندانسور روشن می شود.