اساس کار سیستم تبرید (سردخانه) آمونیاکی
سیستم های تبرید را از نظر روش تغذیه اواپراتور میشود به دو دسته کلی تقسیم کرد:
۱. سیستم DX (Direct Expantion):
در این سیستم به قدری مایع مبرد توسط شیرانبساط به اواپراتور تغذیه میشود که با توجه به بار برودتی روی اواپراتور، کل مایع مبرد ورودی به اواپراتور تبخیر شده و خروجی اواپراتور بخار مبرد سوپرهیت شده داشته باشیم.
۲. سیستم Liquid overfeed یا Liquid circulation:
در این سیستم مایع مبرد چند برابر مقدار مورد نیاز به اواپراتور تغذیه میشود به طوریکه درن اواپراتور در ماکزیمم بار برودتی مثلا یک چهارم مایع تبخیر میشه و خروجی اواپراتور مخلوطی از مایع و بخار است.
شکل زیر نمای ساده ای از این سیستم است.
گاز داغ خروجی از کمپرسور از خط تخلیه کمپرسور وارد کندانسور میشود(کندانسور تبخیری) دمای تقطیر مبرد در کندانسور 35 درجه سانتیگراد و فشار تقطیر(کندانسور) حدود 12.5bar است. گاز در کندانسور تقطیر شده و خروجی کندانسور مایع مبرد اشباع 35 درجه سانتی گراد خارج و وارد رسیور میشود. تا اینجا اساس کار شبیه سیستم تبرید معمولی است.مایع مبرد از رسیور خارج شده و بعد از عبور از شیر انبساط، منبسط شده و فشارش از 12.5 به 2bar شکسته شده. در فشار 2bar دمای اشباع آمونیاک برابر با حدود 10- درجه سانتی گراد است. خروجی شیرانبساط مایع مبرد با فشار 2bar و دمای 10- درجه سانتی گراد و مقداری بخار است که در عبور از شیر انبساط ایجاد شده است.مایع مبرد وارد سپراتور شده و بخار مبرد در بالای مخزن و مایع مبرد در پایین مخزن جمع خواهد شد. در واقع اگر در اواپراتور دمای تبخیر 10- درجه باشد . فشار مایع را در سپراتور پائین خواهیم آورد تا مایع به دمای 10- برسه در واقع مایع مبرد با دمای 10- را در سپراتور آماده میکنیم در این حالت در ورودی اواپراتور دیگه انبساط مایع مبرد نداریم مثل سیستم DX.پمپ مبرد، مایع را از پایین مخزن مکش کرده و به اواپراتورها خواهد فرستاد. گفته شد که در این سیستم اواپراتورها چند برابر تغذیه میشوند. پمپ مبرد چهار برابر دبی مورد نیاز مایع را به اواپراتور میفرستد. در بار کامل، یک چهارم مایع در اواپراتور تبخیر شده و باقی اون مایع خواهد ماند. از اواپراتور مخلوط مایع و بخار مبرد 10- درجه خارج می شود.چون خروجی اواپراتور مخلوط مایع و بخار است نمیشود مستقیم به مکش کمپرسور وصل کرد. خروجی اواپراتور وارد مخزن سپراتور میشود. در سپراتور، مایع از بخار مبرد جدا شده به کف مخزن میریزه و بخار مبرد خشک توسط کمپرسور مکش میشود و دوباره همین سیکل رو طی میکند.
مزایای سیستم Liquid Overfeed
- استفاده موثر از سطح انتقال حرارت کویل
به دلیل توزیع مناسب مایع مبرد در اواپراتورها و اینکه سطح داخلی کویل کاملا با مایع مبرد مرطوب شده است(wetted surface) انتقال حرارت در اواپراتور افزایش یافته و ظرفیت آن 10 تا 15 درصد افزای می یابد.
در سیستم انبساط مستقیم ، جهت جلوگیری از ورود مایع مبرد به کمپرسور بخار مبرد در انتهای کویل اواپراتور سوپر هیت می شود که 5 تا 15 درصد سطح کویل جهت سوپر هیت کردن بخار مبرد اختصاص داده می شود. در این قسمت از کویل اواپراتور به دلیل سوپر هیت شدن بخار مبرد ، اختلاف دمای مبرد و سیال خنک شونده کاهش یافته و همچنین ضریب انتقال حرارت بخار سوپر هیت کمتر از مایع در حال تبخیر است. بنابراین در تقریبا 10 درصد سطح حرارتی کویل انتقال حرارت چندانی انجام نمی شود. در سیستم Liquid Overfeed به دلیل عدم سوپر هیت شدن بخار مبرد، دمای تمام سطح حرارتی کویل تقریبا ثابت بوده و کل سطح کویل اواپراتور صرف تبخیر مبرد و جذب حرارت نهان می شود که نتیجه آن افزایش عملکرد اواپراتور است.
- محافظت کمپرسور از ضربات مایع
وجود مخزن سپراتور باعث می شود که مایع مبرد به خوبی از بخار مکش جدا شده و وارد کمپرسور نشود.
- ایجاد سوپر هیت کم در بخار مکش کمپرسور
به دلیل نزدیک بودن کمپرسور به مخزن سپراتور، طول لوله مکش کوتاه بوده و در نتیجه بخار مکش کمپرسور به میزان کمی سوپرهیت می شود. کم بودن سوپر هیت بخار مکش باعث کاهش دمای تخلیه کمپرسور، جلوگیری از شکست (breakdown)، کاهش فرار روغن از کمپرسور و کاهش رسوب در کندانسور می شود.
- تغییرات فشار تقطیر که به دلیل تغییر شرایط جوی در طول سال ایجاد می شود تاثیری بر تغذیه مبرد به اواپراتورها ندارد
در سیستم انبساط مستقیم ، مایع مبرد خروجی از کندانسور مستقیما به شیر انبساط که در ورودی اواپراتور نصب شده تغذیه می شود.به دلیل تغییرات شرایط جوی در طول سال، فشار تقطیر و در نتیحه فشار مایع مبرد در پشت شیر انبساط تغییر کرده که این امر موجب تغییر ظرفیت شیر انبساط و تغذیه اواپراتور می شود. ولی در سیستم Liquid Overfeed پمپ مبرد همواره فشار ثابتی را تامین می کند، فشار مایع مبرد در پشت شیر کنترل اواپراتور در طول سال تقریبا ثابت بوده و تغییر فشار تقطیر تاثیر چندانی بر تغذیه مبرد به اواپراتور ها ندارد.
- گاز Flash ایجاد شده در اثر انبساط مبرد از فشار بالا به فشار پایین سیستم ، در سپراتور از مایع مبرد جدا شده و به کمپرسور مکش می شود. این امر باعث می شود که اولا گاز Flash وارد اواپراتور نشده ایجاد افت فشار در اواپراتور نکند و نیز مبرد ورودی به اواپراتور به صورت 100 درصد مایع باشد.
- روغنی که همواره گاز داغ خروجی از کمپرسور فرار کرده و وارد سیستم شده است در سپراتور از مایع مبرد جدا شده و روغن کمی به اواپراتورها وارد می شود.
معایب :
موارد زیر می تواند جز معایب این سیستم باشد که البته بیشتر در مورد سیستم های کوچک قابل توجه است ودر سیستم های با ظرفیت بالا، افزایش ظرفیت و راندمان باعث کم اهمیت شدن معایب می شود:
- به دلیل تغذیه اضافی مبرد به اواپراتورها، میزان شارژ مبرد بیشتر بوده و همچنین قطر لوله رفت و برگشت به اواپراتورها بزرگتر باشد که نتیجه آن افزایش هزینه لوله کشی و عایقکاری است.
- هزینه های مصرف انرژی و نگهداری پمپ مبرد.
اجرای سیستم Liquid overfeed با تراکم دو مرحله ای در سیستم آمونیاکی
مایع مبرد از رسیور ابتدا در سپراتور 10- فشارش تا 2bar شکسته خواهد شد. از زیر سپراتور مایع مبرد با دمای 10- به سپراتور 40- وارد شده و فشارش تا حدود 0.3bar- کاهش پیدا میکند و مایع به دمای 40- خواهد رسید.مایع 40- از سپراتور با پمپ مبرد و به اواپراتورها خواهد رفت. مخلوط مایع و بخار از اواپراتور به سپراتور می آید. مایع جدا شده و بخار 40- با فشار 0.3bar- توسط کمپرسور low stage مکش میشود.چون اختلاف فشار بین سپراتور 40- تا کندانسور زیاد است نسبت تراکم بالایی خواهیم داشت. تراکم باید تو دو مرحله انجام شود(البته با کمپرسور اسکرو با رعایت نکاتی میشه در یک مرحله هم تراکم را انجام داد).بخار مبرد از سپراتور 40- درجه توسط کمپرسور low stage از فشار 0.3bar- تا 2bar متراکم میشود.گاز خروجی از کمپرسور low stage باید وارد کمپرسور high stage گردد ولی چون گاز سوپرهیت است ابتدا باید خنک شود.گاز خروجی از کمپرسور مرحله پایین به داخل سپراتور 10- درجه خواهد رفت.
لوله دیسشارژ کمپرسور مرحله پایین تا کف سپراتور رفته است. گاز داغ از مایع داخل سپراتور عبور کرده و خنک می شود.گاز خنک شده به همراه بخارهایی که از اواپراتورهای بالای صفر به سپراتور 10- درجه برمیگردد، توسط کمپرسور high stage مکش شده از فشار 2bar تا 12.5bar متراکم شده و به کندانسور رفته تا این سیکل تبرید آمونیاکی طی و تکرار گردد.البته این نما و توضیحی ساده و پایه ای از عملکرد سیکل آمونیاک است ولی در عمل آرایش های مختلفی از لوله کشی را اجرا می کنند.در سیستم liquid overfeed، از هر مبردی مثل فریون یا آمونیاک میشود استفاده کرد.تنها به دلیل هزینه اولیه بالا معمولا در ظرفیت های بالا از این روش تغذیه در اواپراتورها استفاده میشود.و در ظرفیت بالا و سیستم های تبرید صنعتی به دلیل آنتالپی تبخیر بالا و ارزان بودن، از آمونیاک استفاده میشود. معمولا از آمونیاک، با این روش تغذیه اواپراتور استفاده میشود که به سیستم تبرید آمونیاکی معروف است.