کمپرسور برودتی

کمپرسور چیست و چطور کار می کند؟

انواع مختلف کمپرسور یخچالی و کمپرسور کولری زیر مجموعه ای از کمپرسور برودتی هستند. این کمپرسورها عمل تهویه هوا و خنک کردن هوا را انجام می دهند و از آن ها در بسیاری از منازل، شرکت ها، کسب و کارها و صنایع استفاده می شود. نام کمپرسور از این جهت به این محصولات اطلاق شده است که این دستگاه سیالات مختلف را فشرده (کمپرس) می کند. البته عنوان کمپرسور کلمه ای انگلیسی است و در فارسی به این دستگاه ها عنوان «متراکم کننده» داده شده است. ولی از آنجایی که استفاده از کلمه کمپرسور همچنان متداول‌تر است، در این متن نیز با همین نام به آن ها اشاره خواهیم کرد. به صورت بسیار خلاصه، در مورد سازوکار کمپرسور ها می توان گفت که این دستگاه ها با صرف انرژی مکانیکی، سیال را با سرعت به درون خود مکیده و سپس آن را فشرده می کنند. البته دمای سیال بر اثر این فرآیند افزایش پیدا می کند. بنابراین در مرحله ی بعد، کمپرسور سیال را از یک چرخه ی خنک سازی عبور می دهد تا دمای آن کاهش پیدا کند. کمپرسورها اصلی ترین جزو و عنصر دستگاه های سرمایشی و گرمایشی صنعتی و خانگی، دستگاه های تهویه هوا و کولرها هستند. البته نوع کمپرسور به کار رفته بسته به نوع دستگاه متغیر خواهد بود. برای مثال،‌ کمپرسورهایی که در کولرها استفاده می شوند مخصوص سیستم های سرمایشی طراحی شده اند و توانایی تولید گرما و یا تهویه هوا را ندارند.

سازوکار کمپرسور یخچالی به این روش است که گازهای کم فشار را به داخل می کشند و با روشی مکانیکی آن ها را متراکم می کنند. چیزی که در این میان باعث طراحی و شکل گیری کمپرسورهای مختلف می شود، روشی است که آن ها با استفاده از آن گازها را متراکم می کنند. نتیجه‌ی عملکرد کمپرسور ایجاد گازی پر فشار و با دمای بالا است که در مراحل بعدی خنک سازی یخچال نقش بسیاری مهمی را ایفا خواهند کرد. همانطور که بیان شد، تفاوت کمپرسور ها در تفاوت شیوه‌ی متراکم سازی آن ها است، در ادامه ی این متن به معرفی انواع مختلف کمپرسور نیز خواهیم پرداخت.

کمپرسور یخچال در مرکز چرخه ی سرمایشی است. کمپرسور در واقع شبیه یک پمپ عمل می کند و که جریان مبرد (سردکن) را کنترل می کند و به فشار و دمای آن می افزاید. کمپرسور علاوه بر این بخار آب را جذب می کند تا فشار و دمای پایین را قبل از فرستادن آن به کندانسور حفظ کند.

چرخه‌ی خنک ساز چیست؟

درک کارکرد یک کمپرسور یخچالی بدون در نظر گرفتن و درک چرخه‌ی خنک ساز ممکن نیست. در ادامه به توضیح در مورد این چرخه خواهیم پرداخت. به صورت کلی، در طی چرخه ی خنک ساز شامل تبدیل مایع به گاز و سپس تبدیل مجدد گاز به مایع می شود. چرخه‌ی خنک ساز شامل ۵ مرحله‌ی اصلی می شود: تبخیر، فشرده سازی، میعان، دریافت و انبساط. در ادامه هریک از این مراحل را شرح خواهیم داد. ولی پیش از آن باید دو اصل را یادآوری کنیم. هنگام انجام عمل تبخیر، مایع گرمای محیط را گرفته و محیط را خنک می کند. از سوی دیگر، هنگام انجام عمل میعان، گاز گرمای خود را به محیط داده و تبدیل به مایع می شود.

• تبخیر: در این مرحله، مبدر مایع وارد اواپراتور (تبخیر کننده) می شود. هنگام انجام عمل تبخیر، مدل گرما را از محیط جذب می کند و باعث ایجاد خنکی می شود. لوله های تبخیری در بالای بخش های داخلی یخچال قرار دارند. در این بخش، مایع مبرد در این لوله ها در گردش در می آید و با دریافت گرمای داخل یخچال، دمای آن افزایش پیدا کرده و تبدیل به گاز می شود.

• فشرده سازی (کمپرس): در این مرحله کارکرد کمپرسور یخچال مشخص می شود. کمپرسور مهم ترین بخش یخچال است،‌چراکه بدون وجود آن هیچ یک از مراحل دیگر هم انجام نخواهند شد. عملکرد کمپرسور یخچال همانند عملکرد قلب در بدن و سیستم گردش خون است. کمپرسور که قطعه‌ای مکانیکی است، انرژی لازم برای حرکت سیال مبرد در طی چرخه‌ي خنک ساز را تامین می کند. پس از آنکه سیال مبرد در بخش تبخیر گرمای داخل یخچال را دریافت و تبدیل به گاز شد، حال وقت آن است که کمپرسور وارد عمل شده و گاز را از داخل این لوله ها به سمت خود بکشد تا فشار داخل لوله های تبخیر همیشه کم باقی بماند. از آنجایی که چرخه‌ی خنک ساز یک چرخه‌ی بسته است، تعادل همیشه باید حفظ شود. به عبارت دیگر، اگر کمپرسور یخچال بخار ایجاد شده را سریع تر از عملکرد بخش تبخیرکننده خارج کند، فشار منفی ایجاد شده و دمای این بخش هم کاهش پیدا می کند (در نتیجه سیال مبرد به دمای کافی برای تبخیر و خنک کردن یخچال نخواهد رسید). از سوی دیگر، اگر عملکرد کمپرسور یخچال دیرتر از عملکرد بخش تبخیر کننده باشد، فشار و دمای این بخش افزایش پیدا خواهد کرد.

• میعان (کندانسور): پس از آنکه کمپرسور یخچال گاز را با فشار بالا به سمت خود کشید و آن را کاملا متراکم کرد، دما و فشار آن بسیار افزایش پیدا می کند. این گاز پرفشار و بسیار داغ وارد لوله های کندانسور می شود.کندانسورها عموماً لوله هایی از جنس مس، طویل و پیچ در پیچ هستند که در قسمت پشت یخچال قرار می گیرند. گاز پرفشار و داغ حین عبور از مسیر کندانسور گرمای خود را به محیط می دهد و بنابراین با انجام عمل میعان مجدداً تبدیل به مایع مبرد می شود. البته انواع مختلفی از کندانسور وجود دارند، در برخی از آن ها گرما توسط هوای محیط جذب می شود و در برخی از مدل های دیگر گرما توسط مایع (آب) جذب می شوند. مقدار گرمایی که در این مرحله خارج می شود، در واقع مجموعی از مقدار گرمای ناشی از مرحله‌ی تبخیر شدن (گرمای داخل یخچال) به‌علاوه‌ی مقدار گرمای ایجاد شده توسط مکش و متراکم‌سازی توسط کمپرسور یخچال است.

 

• مرحله دریافت: در این مرحله فشار بالاتر از فشار مورد نیاز در بخش تبخیر است. بنابراین فشار باید کاهش پیدا کند. این کار را بخشی از این چرخه به نام «شیر فشار شکن» یا «شیر انبساط» انجام می دهد. کار اصلی فشارشکن در سیستم خنک‌ سازی کاهش فشار ماده واسط است. سیال مبرد از کندانسور وارد و به تبخیر کننده می‌رود. همچنین فشارشکن، میزان عبور جریان سیال مبرد را به تبخیر کننده تنظیم می ‌کند. یکی دیگر از وظایف شیر فشار شکن این است که مقدار ماده ورودی را به ‌اندازه میزان تبخیر سیال مبرد نگاه می ‌دارد. به این معنی که، تنها مقداری از سیال عبور می‌ کند که حتما بخار می‌ شود. کار کنترل و تنظیم دمای یخچال توسط فشارشکن با تغییر ورودی ‌های آن و بر اساس نیاز ما انجام می گیرد.

• انبساط: هنگامی که مایع مبرد وارد شیر انبساط می شود، دمای آن در نزدیکی نقطه جوش است. با عبور مایع مبرد از شیر انبساط و ورود آن به بخش تبخیر، مایع مبرد مجدداً دمای محیط را دریافت کرده، به دمای جوش رسیده و تبخیر می شود. در این لحظه یک چرخه‌ی خنک ساز به اتمام می رسد. در سیستم های برودتی مثل یخچال ها، این چرخه به صورت مداوم در حال تکرار است.

انواع کمپرسور برودتی

انواع مختلفی از کمپرسورهای برودتی و کمپرسور یخچال وجود دارد که از اساس ساز و کار و کارکرد خود دسته بندی می شوند. در این میان می توان به کمپرسورهای رفت و برگشتی، کمپرسور مارپیچی و یا کمپرسور های سانتریفیوژی (کمپرسور گريز از مركز) اشاره کرد. در ادامه سازوکار هریک از این مدل ها را به اختصار توضیح خواهیم داد.

کمپرسورهای نوع روتاری و چرخشی (پیچی)

این نوع کمپرسور برودتی در واقع بخش هایی شبیه به دوک های پیچ خورده دارند که باعث می شود گازها هنگام ورود به بخش تبخیر کننده متراکم شوند. کمپرسورهای نوع روتاری و چرخشی یکی از بهترین انواع کمپرسور برودتی هستند، چراکه به آرامی کار می کنند و به حداقل میزان نگهداری هم احتیاج دارند. در این نوع کمپرسورها تنها کافیست بعد از مدلی روغن و فیلتر روغن را تعویض کنید. در برخی از کمپرسورهای روتاری (دوار)، ریزپردازنده هایی برای کنترل دقیق حرکت دوار کمپرسور وجود دارد تا این حرکت همیشه با دقت کامل انجام شود. در انتها به این نکته نیز اشاره کنیم که کمپرسورهای نوع روتاری و چرخشی دارای دو نوع یک و دو قلو هستند.

کمپرسورهای رفت و برگشتی

این دسته از کمپرسورها از یک پیستون متحرک جهت مکش و متراکم سازی استفاده می شود. با حرکت پیستون، حجم داخل کمپرسور تغییر می کند. افزایش حجم داخل کمپرسور برودتی منجر به کاهش فشار و در نتیجه ورود گاز به داخل کمپرسور می شود. از سوی دیگر، کاهش حجم منجر به افزایش فشار و خروج گاز از داخل کمپرسور خواهد شد.  از این کمپرسورها برای مصارف مختلفی استفاده می شود. از این کمپرسور برودتی هم برای مصارف ساده‌تر و خانگی و هم برای مصارف صنعتی پیچیده و قوی می توان استفاده کرد، ولی استفاده از آن برای اهداف ساده‌‌تر بیشتر متداول است.

کمپرسورهای مارپیچ

اصول کار کمپرسور مارپیچ به این شکل است که از دو تیغه ساخته می شود. معمولاً یکی از تیغه ها ثابت بوده و تیغه‌ی دیگر متحرک است. تیغه‌ی مارپیچ متحرک در داخل تیغه‌ی ثابت قرار می گیرد و حرکت آن باعث می شود که بخش های گاز کوچک تر و پرفشار تر شوند. سازوکار کمپرسور مارپیچ به این شکل است که حجم یکسانی از گاز را در سمت هریک از دو تیغه نگاه می دارد تا کمپرسور تعادل بیشتری داشته باشد و لرزه های ناشی از چرخش مارچیپی تیغه ها نیز کاهش پیدا کند.

کمپرسور گریز از مرکز (کمپرسور سانتریفیوژ)

در این نوع کمپرسور یخچالی، همانطور که از نام آن هم پیداست، عمل متراکم سازی سیال مبدر از طریق نیروی گریز از مرکز انجام می شود. در این کمپرسورها قسمت های قابل چرخشی قرار دارند که با سرعت بسیار زیاد می چرخند. انرژی حاصل معمولاً به بخش دیگری به نام «پخش کننده» انتقال پیدا می کند. «پخش کننده» در واقع بخشی از انرژی حاصل از سرعت را به انرژی فشاری تبدیل می کند. کمپرسورهای گریز از مرکز قدرت بسیار زیادی دارند و عموماً برای مصارف صنعتی از آن ها استفاده می شود. 

عوامل موثر در انتخاب کمپرسور یخچال

هنگام انتخاب بین مدل های مختلف کمپرسور یخچال ، به عوامل مختلفی می توان توجه کرد و انتخاب خود را با در نظر گرفتن آن ها انجام داد. در ادامه به برخی از آن ها اشاره خواهیم کرد و برای مثال و درک بیشتر، هنگام بیان هرکدام از مشخصه ها، دو مدل کمپرسور گریز از مرکز و کمپرسور پیچی را نیز با یکدیگر مقایسه خواهیم کرد.

• سرعت

کمپرسورهای گریز از مرکز سرعت بالایی دارند. برخی از مدل های آن ها سرعتی تا حدود ۶۰ هزار دور در دقیقه دارند. به همین منظور است که بسیاری از صنایع که احتیاج زیادی به کمپرسور دارند، از این مدل استفاده می کنند. البته استفاده از کمپرسور پیچی هم در صنایع مختلف بسیار متداول است و اهمیت بسیار بالایی دارد، ولی در مقایسه با کمپرسور سانتریفیوژی، سرعت خاص و چشمگیری ندارد.

۲- افزایش فشار

در کمپرسور های گریز از مرکز، افزایش فشار به نوع طراحی دستگاه نیز بستگی خواهد داشت. هرچه زاویه انحنا و تیغه های سانتریفیوژ بیشتر باشد، فشار نیز بیشتر خواهد بود. به عبارت دیگر، بین این دو متغیر رابطه‌ مستقیمی وجود دارد. به صورت قانون کلی، می توان ادعا کرد که در بیشتر کمپرسورها فشار تقریباً در سطح ثابتی قرار دارد. ولی در کمپرسور پیچی این‌طور نیست و بسته به شرایط محیطی و نوع کاربرد، فشار ممکن است تغییر کند.

۳- کارایی

کارایی کمپرسور یخچال تا حدی بستگی به طراحی و ظرفیت کلی آن دارد. از این حیث، عموماً می توان گفت که کمپرسور گریز از مرکز و کمپرسور پیچی عملکردی نزدیک به یکدیگر دارند. تفاوت اصلی زمانی ایجاد می شود که قرار باشد این کمپرسورها در مواقعی خارج از شرایط طراحی شده عمل کنند. برای مثال،‌ اگر کمپرسور پیچی در محیط هایی خنک قرار بگیرد، این امکان را دارد که گاز را با فشار کمتری به سمت کندانسور ارسال کند.

۴- سروصدا

طبیعی است هیچ‌کس دوست ندارد یخچالی پر سروصدا را در خانه نگهداری کند! بنابراین هنگام انتخاب کمپرسور یخچال به این نکته نیز باید توجه کرد. از حیث مقایسه سروصدا، کمپرسور پیچی را می توان پرصدا دانست. به صورت کلی عوامل ایجاد صدا در کمپرسور شامل لرزش آن، جریان سیال داخل آن و عوامل مکانیکی است. از حیث سروصدا، کمپرسور های سانتریفیوژی صدای کم‌تری از کمپرسور پیچی دارند. البته صدای ناشی از عملکرد کمپرسور موضوع چندان مهمی نیست. چراکه عموماً با استفاده از تکنولوژی و قطعات مختلف آن را کاهش می دهند و مانع از خروج آن از محیط یخچال می شوند.

۵- هزینه های متفرقه

این قبیل هزینه های کمپرسور که به آن هزینه‌‌های چرخه‌ی عمر نیز گفته می شود، شامل هزینه تعمیر، نگهداری و نصب است. این هزینه ها در کمپرسورهای پیچی بسیار پایین هستند. یک کمپرسور پیچی می تواند تا ۳۰ سال بدون مشکل کار کند. در صورتیکه به خوبی از آن نگهداری شود، این رقم بسیار بالاتر نیز خواهد رفت. از سوی دیگر، کمپرسورهای سانتریفیوژی احتیاج به مراقب و نگهداری بیشتری دارند. دلیل این امر را شاید بتوان سرعت چرخش بسیار بالا در آن ها دانست.

۶- وزن و حجم

کمپرسورهای سانتریفیوژی حجم و وزن کمتری دارند. موضوع حجم و وزن در صنایع و مواقعی که با محدودیت  فضا مواجه هستند از اهمیت بالایی برخوردار است. به صورت کلی، اگر یک کمپرسور پیچی و یک کمپرسور گریز از مرکزی که وزن و حجم یکسانی دارند را با یکدیگر مقایسه کنیم، عملکرد کمپرسور گریز از مرکز حدود ۲ برابر بیشتر خواهد بود.

در صورتیکه در مورد هر نوع از کمپرسورهای برودتی سوالی دارید ، همینجا پاسخ داده خواهد شد.