المكونات الميكانيكية لدورة التبريد

المكونات الميكانيكية لدورة التبريد

أجزاء دورة التبريد الميكانيكية

· الضاغط

· المكثف

· الفلتر المجفف

· وسيلة التمدد

· المبخر

· مركب التبريد (الفريون – انواعه – رموز الألوان – البدائل الصديقة للبيئة )

· الصمام العاكس

· المجمع

دورة التبريد الرئيسية

تتكون دورة التبريد الرئيسيىة من الضاغط و المكثف و صمام التمدد و المبخر

· الضاغط (Compressor ) :

وظيفته زيادة ضغط مركب التبريد Refrigerant من الضغط المنخفض إلى الضغط العالي ، و كنتيجة لعملية الضعط ترتفع حرارة مركب التبريد .

· المكثف (Condenser ) :

عبارة عن مبادل حراري الغرض منه التخلص من كمية الحرارة الزائدة إلى الجو المحيط به (درجة حرارة المكثف أكبر من درجة حرارة الوسط المحيط ، و غالبا ما يتم تبريد المكثف بالهواء أو بالماء ،و تبريد المكثف يؤدي لتحول مركب التبريد إلى الحالة السائلة .

· صمام التمدد (Expansion Valve ) :

يعمل على خفض ضغط المكثف إلى ضغط المبخر ( تسمى بعملية الخنق Throttling ) و كذلك يتحكم في معدل سريان مركب التبريد إلى المبخر و يتحول مركب التبريد من سائل مشبع إلى خليط من بخار و سائل لمركب التبريد بعد عملية الخنق هذه .

· المبخر(Evaporator ) :

و وظيفته أن يزود وحدة التبريد بسطح انتقال حرارة يمكن أن تمر خلاله من الحيز المبرد أو المنتج المبرد إلى مركب التبريد ، فمركب التبريد يتحول من الحالة السائلة الى الحالة الغازية عند مروره بالمبخر - بسبب الضغط المنخفض – فيقوم بامتصاص الحرارة الكامنة للتبخر من الحيز حوله مما يؤدي لبرودة الحيز ،ثم يقوم الضاغط بسحبه مرة اخرى وضغطه لتبدأ الدورة من جديد

أجزاء دورة التبريد الميكانيكية

الضاغط و المكثف و وسيلة التمدد ( صمام التمدد ) و المبخر و مركب التبريد هي الأجزاء الرئيسية التي لابد منها لعمل أي دورة تبريد ،و لكننا غالبا مانجد أجزاء اضافية أخري في أجهزة التبريد مهمتها تحسين كفاءة الدائرة و التقليل من احتمالات حدوث الأعطال ، من هذه الأجزاء :

الفلتر المجفف و خزان السائل و المجمع و الصمام العاكس

و هناك أجزاء أقل تواجدا في الأجهزة الصغيرة و تظهر بكثرة في أجهزة التبريد بقدرة أكثر من خمسة أطنان ( 60000 BTU/HR) و منها :

مصيدة الزيت و زجاجة البيان و كاتم الصوت و الصمام الكهربائي

الضاغط :

الضاغط هو جهاز يعمل على زيادة ضغط غاز ما

و في دورة تبريد انضغاط البخار يقوم الضاغط بتدوير وسط التبريد ( كالفريون ) في دورة التبريد ، حيث يسحب و سيط التبريد من المبخر ، و يرفع ضغطه إلى ضغط المكثف .

عند الضغط المرتفع تكون درجة حرارة التشبع أو الغليان مرتفعة ، كما هو الحال في المكثف ، حيث درجة حرارة مركب التبريد أعلى من الوسط المحيط بالمكثف ، فيفقد المكثف الحرارة ، مما يؤدي إلى تكثف مركب التبريد . أما في الطرف الآخر من الضاغط حيث المبخر فالضغط منخفض ، و درجة التشبع منخفضة وهذه اقل من درجة حرارة الوسط المحيط بالمبخر ، فيكتسب مركب التبريد الحرارة ، و يؤدي ذلك إلى تبريد الوسط المحيط بالمبخر ، منتجا بذلك التأثير التبريدي للدورة

تصنيف الضواغط

يمكن تصنيف الضواغط حسب طريقة زيادة الضغط إلى قسمين رئيسيين : الضواغط موجبة الإزاحة و الضواغط الديناميكية .

أ-

ضواغط موجبة الإزاحة Positive Displacement Compressors :

حيث تتحقق زيادة الضغط نتيجة النقص في حجم الغاز ، فيزداد ضغط الغاز عند نقصان حجمه

و من الأمثلة على الضواغط التي تعمل على هذا المبدأ :

1- الضواغط الترددية Reciprocating Compressors

2- الضواغط الدورانية Rotary Compressors

و منها الضواغط ذات الريش (Vane type )

و الضواغط الحلزونية (Screw Type ) 

و الضواغط اللولبية (Scroll Type )

ب-

ضواغط ديناميكية Dynamic Compressors :

حيث تتحقق زيادة الضغط بتحويل الطاقة الحركية التي يكتسبها الغاز أثناء دورانه في الضاغط إلى طاقة ضغط حسب مبدأ برنولي ،

و من الأمثلة على ذلك :

ضاغط الطرد المركزي Centrifugal Compressor .

و من ناحية ثانية يمكن تصنيف الضواغط حسب طريقة التدوير إلى :

أ-

ضواغط تدار مباشرة :

أي تنقل الحركة من المحرك إلى الضاغط مباشرة ،

و هذه تكون بنوعين :

النوع الأول ضواغط مغلقة Hermitic Sealed :

حيث المحرك و الضاغط في مكان واحد ( علبة واحدة )

والنوع الثاني تعرف بشبه المغلقة Semi Hermitic Sealed :

حيث يتواجد المحرك و الضاغط في مكانين منفصلين

عن بعضهما

ب-

ضواغط تدار بواسطة الأحزمة ( القوايش ) :

حيث تنتقل الحركة من المحرك إلى الضاغط باستخدام القوايش ، و تعرف هذه بالضواغط المفتوحة

الضواغط الترددية Reciprocating compressors

مبدأ العمل

تقوم هذه الضواغط بضغط الغاز بحركة ترددية لمكبس داخل اسطوانة بها صمام لدخول الغاز و آخر لخروجة .

تتم العملية من خلال شوطين للمكبس :

الأول شوط الإدخال :

و الذي يبدأ من وضغ المكبس الأعلى ( النقطة الميتة العليا ) Top dead center ، و ينتهي عند النقطة الميتة السفلى (Bottom dead center ) . بعد دخول الغاز يغلق صمام الإدخال ، ويكون صمام الخروج مغلقا أيضا

الثاني شوط الإنضغاط:

وفيه يضغط الغاز أثناء حركة المكبس للأعلى من النقطة الميتة السفلى إلى النقطة الميتة العليا مما يؤدي لنقص حجمه و ارتفاع ضغطه، عند وصول الضغط إلى الحد المعين المطلوب يفتح صمام الخروج ، و يخرج الغاز من الإسطوانة

تستخدم الضواغط الترددية في دورات التبريد ذات نسبة إنضغاط مرتفعة ، حيث كمية التدفق قليلة نسبيا و ضغط التصريف مرتفع ، من وسائط التبريد التي تستخدم هذه الضواغط R-22 , R-12 و تصنع بقدرات مختلفة تتراوح بين 50 واط في الثلاجات المنزلية إلى 100 كيلو واط في الثلاجات التجارية .

تدار الضواغط الترددية بواسطة محرك كهربائي ، و تحول الحركة الدورانية للمحرك إلى حركة ترددية للمكبس عن طريق عمود المرفق ( الكرنك crank ) و ذراع التوصيل ، و تكون الأجزاء الميكانيكية داخل وعاء مغلق عديم التسرب يعرف بعلبة المرفق (crankcase) .

الضواغط الترددية المغلقة وشبه المغلقة :

في الضواغط المغلقة يوضع المحرك الكهربائي و الضاغط في علبة مشتركة و مغلقة ، و توضع هذه الأجزاء مستندة إلى نوابض لمنع و تقليل الإهتزازات أثناء التشغيل كما تزود بكاتم صوت على خط السحب و يستفاد من مركب التبريد في تبريد المحرك ، التي تمر أسلاكه عبر علبة الضاغط من خلال وصلات معزولة و مانعة للتسرب .

تستخدم الوحدات المغلقة Hermitic Sealedبشكل واسع لأنظمة التبريد ذات السعات الصغيرة ، مثل الثلاجات المنزلية ،

و من مميزات هذه الضواغط قلة الضوضاء ، و صغر الحجم بسبب دمج الأجزاء ، و بساطة عملية التزييت ، و عدم تسرب مركب التبريد ، من مساوئها صعوبة الصيانة حيث لا يمكن الوصول إلى الأجزاء المتحركة بداخلها .

في الضواغط الترددية شبه المغلقة Semi Hermitic Sealed يكون المحرك الكهربائي و الضاغط بغلاف مشترك ، لكن في حجرتين منفصلتين ، بحيث يمكن الوصول إلى رأس الإسطوانات و المرفق لإجراء الصيانة و الإصلاح للصمامات و المكابس و الأجزاء الداخلية.

مصطلحات و مفاهيم

1. ضغط السحب Suction Pressure : هو ضغط الغاز عند صمام الدخول إلى الضاغط أثناء سحبه من المبخر ، و يمثل هذا الضغط المنخفض في دورة التبريد .

2. ضغط التصريف Discharge Pressure : هو ضغط الغاز عند خروجه من صمام التصريف ، و يمثل الضغط المرتفع في الدورة .

3. نسبة الإنضغاط Compression Ratio : هي النسبة بين ضغط التصريف و ضغط السحب .

4. سعة الضاغط Compressor Capacity : هي كمية الغاز الحجمية التي تمر في الضاغط خلال وحدة الزمن عند ضغط السحب .

5. قدرة الفرملة Brake Power : هي القدرة الميكانيكية اللازمة لإدارة الضاغط .

الضواغط الدورانية Rotary Compressors

تعد الضواغط الدورانية من الضواغط الموجبة الإزاحة ، بمعنى أن الإنضغاط يحدث فيها نتيجة نقص حجم الغاز و منها :

· الضواغط ذات الريش (Vane type )

· و الضواغط الحلزونية (Screw Type ) 

· و الضواغط اللولبية (Scroll Type )

الضواغط ذات الريش (Vane type )

يتكون الضاغط من غلاف اسطواني فيه فتحة سحب لدخول الغاز ، و فتحة تصريف لخروج الغاز ، و يفصل بين الفتحتين ريشة ثابتة في جسم الإسطوانة و تلامس هذه الريشة الإسطوانة الداخلية (Roller ) باستمرار ، و تعمل على فصل الضغط العالي عن الضغط المنخفض في الضاغط . و تؤدي الحركة غير المركزية للإسطوانة الداخلية إلى تقليل حجم الغاز المحصور بين الإسطوانتين الداخلية و الخارجية ، و بذلك يزداد ضغط الغاز و يخرج من فتحة التصريف

الضواغط الحلزونية (Screw Type)

يتكون الضاغط الحلزوني من ترسين حلزونيين ، يحتوي الترس القائد على اربعة بروز (ذكر ) في حين يحتوي الترس الآخر المنقاد ( الأنثى ) على ستة تجاويف مناظرة لبروز الترس الأول و بذلك يقوم الترس الأول بإدارة الترس الثاني ، و يصغر الحيز الذي يتواجد فيه الغاز بين الترسين تدريجيا من المدخل إلى المخرج ، مما يؤدي إلى زيادة ضغط الغاز.

الضواغط اللولبية (Scroll Type )

يتكون الضاغط اللولبي من اللولب الثابت و اللولب المداري و الجسم و عمود المرفق ، حيث يدار اللولب المداري بواسطة عمود المرفق حول مركز اللولب الثابت بزاوية اتجاه ثابتة ، و يتم سحب و ضغط بخار مركب التبريد نتيجة تغير نقطة التماس بين اللولبين نسبة الى المركز فيقل حجم الغاز المحجوز عند محيط اللولبين و يضغط عندما يتحرك الغاز باتجاه المركز

المكثف Condenser

المكثف هو مبادل حراري تنتقل فيه الحرارة من مركب التبريد (ذو درجة الحرارة الأعلى )إلى الوسط المحيط بوحدة التبريد كالهواء أو الماء (الذي يكون أقل حرارة ) ، مما يؤدي لتكثف مركب التبريد و تحوله إلى سائل.

مكثف يبرد بالإنتقال الطبيعي للحرارة

مكثف يبرد بدفع الهواء من خلاله

مكثف يبرد بالماء

الفلتر المجفف

و هو عبارة عن اسطوانة نحاسية أحد طرفيها واسع و يتصل بالمكثف ، والآخر ضيق و يتصل مع الأنبوبة الشعرية ، و يوجد بداخله مصفاتان لتنقية مركب التبريد من الشوائب ، الأولى ذات ثقوب واسعة ناحية المكثف ، و الثانية ذات ثقوب صغيرة ناحية الأنبوبة الشعرية ، و بين المصفاتين توجد حبيبات من سلكات الجل لإمتصاص الرطوبة المختلطة بمركب التبريد كي لا يحصل انسداد في الأنبوب الشعري

التحكم في مركب التبريد (وسيلة التمدد ) Throttling Devices

إن الهدف من وجود صمامات التمدد ( وسائل التمدد ) في دائرة التبريد البسيطة هو خفض ضغط مركب التبريد الذي تم رفع ضغطه في الضاغط ، كذلك للصمام دور في التحكم بمعدل سريان مركب التبريد و ذلك حسب احتياج دورة التبريد

و صمامات التمدد كثيرة و متنوعة و منها : الأنبوبة الشعرية (Capillary Tube ) و صمام التمدد الآلي(Expansion Valve ) و صمام التمدد الحراري و صمام التمدد الإلكتروني.

الأنبوبة الشعرية

و هي عبارة عن انبوبة طويلة يتراوح طولها بين ( 1 -6 متر ) و يتراوح قطرها من (0.5 – 2 ملم ) توجد على شكل ملف ، توضع على مسار مركب التبريد الخارج من المكثف ، وظيفتها خنق مركب التبريد و تخفيض ضغطه

صمام التمدد

يقوم بنفس عمل الأنبوبة الشعرية و لكن حجم الفتحة يمكن التحكم به يدويا أو أوتوماتيكيا

المبخر

المبخر هو عبارة عن مبادل حراري تنتقل الحرارة فيه من الحيز المراد تبريده إلى مركب التبريد الذي يمر خلال المبخر ، فعند دخول مركب التبريد الى المبخر يجد منطقة ضغط منخفض فيتحول الى بخار مشبع أو محمص و يمتص الحرارة التي يحتاجها للتبخر من الحيز حول المبخر مما يؤدي للتبريد

مركب التبريد ( الفريون ) Refrigerant

مركب التبريد هو الغاز الذي تشحن به دائرة التبريد ، و المواصفات المطلوبة في مركب التبريد هي :

· رخيص الثمن

· آمن أي غير سام و لا يشتعل و لا ينفجر

· أن لا يتفاعل مع المواد و الخامات المصنع منها أجزاء دائرة التبريد

· أن يكون ذو درجة غليان منخفضة ( يتبخر سريعا ) و أن يكون ضغوط تبخره و تكاثفه يمكن الوصول إليها بسهولة 

نظام ترقيم مركب التبريد :

نظرا لوجود أنواع عديدة من الغازات التي تصلح كمركب تبريد و لكون أسماء هذه الغازات أسماء كيميائية غير سهلة و متشابهة ، قامت جمعية مهندسي التبريد و التكييف الأمركية ( أشري ASHRAE ) بإعطاء رقم خاص لكل مركب تبريد لسهولة التداول به.

يرمز لأي مركب تبريد بالرمز R اختصارا لكلمة Refrigerant و يوضع بعده رقم المركب

كما يتم تمييز كل اسطوانة مركب تبريد بلون خاص يعرف به مركب التبريد.

مركبات التبريد التي تحوي الكلور في تركيبها الكيميائي مضرة بطبقة الأوزون ، فتم استحداث بدائل لها صديقة للبيئة

مركب التبريد الضار

البديل الصديق للبيئة

R12

R134a – R406 – R600

R22

R407 c – R410a – R404

R502

R404a – R507

R11

R123

الصمام العاكس

بعض الأجهزة تعكس دورة التبريد بحيث يصبح المكثف مبخرا و المبخر مكثفا ، فيخرج هواء ساخن من الجزء الداخلي لتدفئة المكان ،و للقيام بذلك يستعمل الصمام العاكس.

و هو عبارة عن صمام يخرج منه أربعة أنابيب اثنان منهما يتصلان بالسحب و الطرد أما الإثنان الآخران فيتم توصيلهما بالمكثف و المبخر

في الحالة الإعتيادية ( ملف الصمام غير متغذي بالفولتية) تكون الدورة تبريد ...أي سحب الضاغط متصل بالمبخر و طرده متصل بالمكثف.

عند تغذية ملف الصمام العاكس بالفولتية يقوم بتوصيل سحب الضاغط بالمكثف ، و طرد الضاغط بالمبخر ، فتنعكس الدورة لنحصل على تدفئة بدلا عن التبريد

المجمع Accumulator

و هو عبارة عن اسطوانة مفرغة تركب عند نهاية المبخر ، و يعمل على منع مركب التبريد من الدخول الى الضاغط في الحالة السائلة.

منقووووول

م / علاء محمد

تعديل المقال