بررسی یخچال و سردخانه آمونیاکی - خرید سردخانه

بررسی یخچال و سردخانه آمونیاکی

یخچال های آمونیاکی (نفتی)

اختراع یخچال نفتی به صورت مشترک به نام آلبرت اینشتین (Albert Einstein) و لئو زلارد

 (Leó Szilárd)  به ثبت رسیده است. نفر اول که شهرت جهانی دارد ولی نفر دوم یک دانشمند مجارستانی است که اول دانشجو و دوست و همکار اینشتین در پروژه های تحقیقاتی زیادی شد.

لئو زلارد اختراعات زیادی از جمله دستگاه های شتاب دهنده خطی و سیکلوترون را به نام خود دارد. بسیاری نقش اصلی در اختراع یخچال نفتی را به او نسبت می دهند و ظاهرا آلبرت اینشتین تنها نقش مشاوره و هم فکری با او را داشته است.

احتمالا لئو به این خاطر نام اینشتین را در کنار نام خود به عنوان مخترع یخچال نفتی به ثبت رسانده که از نام این دانشمند در جهت افزایش اعتبار اختراعش سود ببرد. اگر به این صورت باشد بهتر است بدانید که این کار موثر واقع شده چون بلافاصله بعد از ثبت اختراع توانست آن را به یک شرکت معتبر تولید کننده یخچال بفروشد.

یخچال نفتی یکی از جالب ترین سیستم های تبرید هستند که در زمان قدیم مورد استفاده قرار می گرفتند. نفت هیچ نقش مستقیمی در سیکل تبرید نداشت تنها برای تولید حرارت در ژنراتور استفاده می شد. به صورت کلی یخچال نفتی یک سیکل تبرید جذبی آب آمونیاک است که در آن آمونیاک نقش مبرد و آب نقش جاذب را بازی می کنند. 

مقاله آموزشی: هزینه ساخت سردخانه چقدر است؟

قسمت های اصلی سیستم:

1. ژنراتور Generator

2. پمپ حباب Bubble Pump

3. کندانسور Condenser

4. اواپراتور Evaporator

5. جاذب Absorber

سیکل تبرید یخچال نفتی:

اول با حرارت تولید شده توسط شعله نفتی دمای محلول آب و آمونیاک موجود در ژنراتور افزایش پیدا می کند تا جایی که آمونیاک به علت دمای جوش پایین تر بخار شده و از محلول جدا می شود.

بخار آمونیاک از لوله باریکی که پمپ حباب نام دارد بالا می رود و همراه خود مقداری محلول رقیق آب و آمونیاک را به سمت بالا می برد و وارد مسیر جدیدی به سمت جاذب می شود. بخار آمونیاک بعد از عبور از کندانسور هوایی که در پشت یخچال قرار دارد تقطیر می شود.

آمونیاک مایع وارد اواپراتور یخچال شده و با گرفتن حرارت از درون یخچال مجددا تبخیر می شود. تا اینجا عملیات تبرید به پایان رسیده است ولی برای ادامه تبرید باید بخار آمونیاک مجددا وارد محلول آب و آمونیاک شود. برای این کار از گاز کمکی هیدروژن کمک می گیرند این گاز عملیات جذب آمونیاک توسط آب را تسهیل می کند و در پایان مجددا از محلول جدا شده و وارد مخزن هیدروژن می شود.

با این حساب بخار آمونیاک متصاعد شده از اواپراتور (مبرد)، هیدروژن (تسهیل کننده جذب) و محلول رقیق آب و آمونیاک که توسط پمپ حباب به جریان افتاده در یک سری لوله به نام ابزربر درمجاورت هم قرار می گیرند و در طول جاری شدن از لوله که شیب کمی به سمت پایین دارد، به مرور بخار آمونیاک جذب محلول رقیق آب و آمونیاک شده و محلول غلیظ حاصل در مخزنی ذخیره می شود تا سیکل تبرید را ادامه دهند. به علت بازده بالای سیستم های تراکمی در مقیاس مشابه از این سیستم استفاده چندانی نمی شود ولی هنوز در جاهایی که گاز و برق برای تبرید وجود ندارد از یخچال نفتی استفاده می شود.

امروزه با تغییراتی در این سیستم (تبرید جذبی آب آمونیاک) مثلا  قراردادن پمپ الکتریکی و فن برای کندانسور و جاذب و... بازده سیستم را افزایش داده و از آن در چیلرهای جذبی گازسوز استفاده می کردند. از مزایا این چیلرها می توان به مصرف کم الکتریسیته به خاطر عدم وجود کمپرسور، بازده بالا، توانایی کار در محیط های گرم (بالای ۴۵ درجه سانتی گراد) به علت دارا بودن کندانسور هوایی و… نام برد.

یخچال نفتی بر خلاف یخچال برقی و کولر های گازی که طبق فرئون فشرده و کمپرسور کار می کنند دارای هیچ قسمت متحرکی نیست و نیروی محرکه خود را مستقیما از شعله آتش نفت می گیرد. اساس کار یخچال نفتی بر پایه جذب و دفع آمونیاک در آب است.

ساز و کار یخچال نفتی به صورت مرحله به مرحله است:

1)در دمای معمولی آمونیاک در آب حل می شود اما اگر به مخلوط آمونیاک و آب گرما بدهیم چون آمونیاک خیلی جوشنده تر از آب است. آمونیاک شروع به جوشیدن کرده و از مخلوط آب و آمونیاک به صورت گاز بخار آمونیاک گرم متصاعد شده و مقداری بخار آب با خود همراه کرده تبخیر می کند.

2)در سر راه این بخار گرم یک جدا کننده قرار دارد که قطره های آب را از بخار آمونیاک جدا کرده و درون مخزن مخلوط آب و آمونیاک بر می گرداند.

3)بخار آمونیاک درون یک سری لوله های پره دار به نام چگالنده شده و گرمای خود را از دست می دهد و به صورت آمونیاک مایع در می آید.

4)این آمونیاک مایع سرد تر شده (دارای دمایی بالاتر از دمای محیط) وارد محفظه و لوله های پره دار دیگری می شود که درون یخچال جای دارد و در معرض گاز هیدروژنی که درون این محفظه قرار دارد واقع می شود و به سرعت بخار شده و جهت تبخیر گرمای محیط درون یخچال را جذب می کند.

5)مخلوط آمونیاک و هیدروژنی که به صورت مخلوط گازی سردی است وارد جذب کننده می شود درون جذب کننده مخلوط آمونیاک و هیدروژن با آبی که در مرحله دوم از گاز داغ آمونیاک جدا شده بود تماس داده می شوند. در این جا آمونیاک که درون آب بسیار حل شونده تر از هیدروژن است درون آب حل می شود و هیدروژن جدا شده دوباره به درون محفظه بخارنده اواپراتور، که همان محفظه درون یخچال باشد؛ بر می گردد.

6)مخلوط آب و آمونیاک دوباره به درون مخزن مخلوط آب و آمونیاک برگشته و توسط گرمای شعله نفت دوباره بخار شده و مراحل ۱ تا ۶ به صورت چرخه دوباره تکرار می شود.

مقاله آموزشی: بررسی کمپرسور پیستونی

دلیل تبخیر آمونیاک در هیدروژن 

به طور مثال آب خالص در ۱۰۰ درجه می جوشد و در صفر درجه یخ می زند اما اگر به آب مقداری نمک اضافه کنیم دیگر در ۱۰۰ درجه نمی جوشد در دمایی بالاتر از ۱۰۰ درجه می جوشد. اگر به آب مایعی مثل الکل اضافه کنیم در صفر درجه یخ نمی زند در دمایی پایین تر یخ می زند و در دمایی پایین تر از ۱۰۰ درجه تبخیر می شود. همین جریان درباره آمونیاک و گاز هیدروژن اتفاق می افتد.

آمونیاک خالص در دما و فشار اتاق به صورت گاز است ولی آمونیاکی که از کندانسور بیرون می آید دارای دمای بالاتر از اتاق و فشاری به مراتب بیشتر از اتاق می باشد.

(این فشار از طریق بخارهای متصاعد شده از روی چراغ نفتی تامین می شود) پس دقیقا در لحظه قبل از وارد شدن آمونیاک به اواپراتور آمونیاک خالص به صورت مایع است.

این آمونیاک وقتی درون اواپراتور با هیدروژن در هم حل بشوند نقطه جوش محلول آمونیاک هیدروژن بسیار پایین تر از نقطه جوش آمونیاک خالص است آمونیاک با هر دمایی هم که وارد اواپراتور شده باشد محلول آمونیاک و هیدروژن فورا تبخیر می شود حتی اگر دمای اواپراتور (دمای درون یخچال) خیلی پایین تر از صفر درجه باشد.

سردخانه آمونیاکی:

سردخانه آمونیاکی سابقه ی چند صد ساله دارد. در اولین یخچال های صنعتی ساخته شده از گاز آمونیاک (NH3)  به عنوان سیال مبرد استفاده می شد. امروزه سیستم های تبرید مدرن که از اصول طراحی، مصالح ساختمانی و کنترل هایی استفاده می کنند که به ما امکان می دهد مواد غذایی را با موفقیت در بازارهای جهانی ذخیره و توزیع کنیم.

 برای تأسیسات سردخانه بزرگ، آمونیاک به عنوان مبرد انتخابی تبدیل شده است زیرا بیشترین اثر خنک کننده خالص و اغلب کمترین اسب بخار ترمز در هر تن تبرید  را دارد. نگرانی اصلی هر صاحب تاسیساتی که از سیستم تبرید آمونیاک استفاده می کند باید ایمنی کارکنان باشد، اگرچه حفظ محصول، به ویژه هنگامی که در مقادیر بالا ذخیره می شود، نیز باید به دقت مورد توجه قرار گیرد.

عملکرد این سردخانه شبیه به سردخانه های تراکمی و فریونی است، به این صورت که در سردخانه های آمونیاکی سیستم دارای ادواتی مثل کمپرسور، کندانسور، ریسیور تانک، اواپراتور و عامل ابساط(شیر سوزنی) می باشد با این تفاوت که پمپ مبرد(آمونیاک) عضو دیگری است که بسیار پر اهمیت است.

نحوه عملکرد سردخانه آمونیاکی:

طرز کار سردخانه های آمونیاکی خیلی شبیه به سردخانه های فریونی است به این صورت که آمونیاک در کمپرسور به صورت بخار تحت تراکم قرار گرفته و با فشار بالا و دمای بالا وارد کندانسور می شود در کندانسور عمل تقطیر صورت گرفته و آمونیاک از حالت گاز به حالت مایع خالص در می ‌آید.

خروجی از کندانسور آمونیاک به ریسیور تانک و مخزن آمونیاک می ‌رسد در این قسمت فشار آمونیاک ۱۲ بار است و دمای آن ۳۵ درجه سانتی گراد.

رسیور تانک یا مخزن آمونیاک در سردخانه های آمونیاکی، از دو قسمت تشکیل می شود:

قسمت مایع آمونیاک در کف مخزن و قسمت گاز آمونیاک در بالای مخزن قرار می گیرد از کف مخزن مسیری به قسمت بالای سپراتور وصل می شود.

ولی قبل از رسیدن مایع آمونیاک به سپراتور باید از یکی از قسمت های اصلی سیکل به نام (عامل انبساط) عبور کند. با گذشت مایع از این قسمت 2 نتیجه حاصل می شود:

1)شکست فشار از 12 بار به 2 بار

2)کاهش دما تا 10- درجه سانتی گراد

و حالت آمونیاک در این مرحله به صورت مخلوط و پودر است.

مزایای سردخانه آمونیاکی:

1)دارای بالاترین اثر تبرید را بین مبردها (آمونیاک)

2)بوی شدید آمونیاک برای تشخیص نشتی آسان

3)دوست‌ دار محیط زیست

4)ارزان بودن مبرد سردخانه آمونیاکی (قیمت هر کیلوگرم R22، دو نیم برابر آمونیاک و هر کیلوگرم7، R134، برابر آمونیاک است)

5)هزینه عملیاتی پایین برای سردخانه ‌های بزرگ (چرخه آمونیاکی ۱۰ تا ۲۰ درصد هزینه کمتری نسبت ‌به چرخه گاز R22 دارد)

6)ضریب عملکرد بالاتر سیکل (ضریب عملکرد سیکل آمونیاکی حدود ۱۰% بالاتر از ضریب عملکرد سیکل فریونی است)

7)انتقال حرارت بالاتر آمونیاک (۳٫۵ تا۴ برابر برای کندانسور و ۱٫۵ تا ۲ برابر برای اواپراتور) که باعث ارزان ‌تر شدن اواپراتور و کندانسور می‌ شود)

8)نیاز به لوله با قطر کمتر (از آنجایی که لوله کشی سهم پایینی از هزینه ‌های سردخانه را در ‌بر دارد، این مورد برای سردخانه های بزرگ مزیت محسوب می ‌شود)

9)عدم اختلاط آمونیاک با روغن 

معایب سردخانه آمونیاکی:

1)سمی بودن آمونیاک

2)قابل اشتعال بودن آمونیاک (شرایط خاص)

3)نیاز به بازرسی مداوم به ‌منظور جلوگیری از نشت وسیع گاز

4)قوانین ایمنی سخت گیرانه 

5)کارکرد آمونیاک با فشار پایین ‌تر از فشار جو درون خط کم فشار (که هنگام سوراخ شدن لوله‌ ها باعث مکیدن هوا و آب به ‌داخل و تشدید خوردگی می‌ شود)

6)حساسیت شدید به‌حضور آب (در حضور آب قطعات غیرآهنی مثل مس و برنج به‌ شدت توسط آمونیاک خورده می ‌شوند)

7)عدم بازدهی مناسب برای سردخانه کوچک

8)داده های طراحی در کندانسور تبخیری

مقاله آموزشی: رفع عیب مکانیکی دستگاه های تبرید

تجهیزات سردخانه های آمونیاکی:

• کمپرسور

• کندانسور

• سپراتور

• مخزن رسیور

• اواپراتور

• کول 

• آیس بانک

• پمپ آمونیاک 

• مخزن روغن گیر

کمپرسور در سیکل تبرید سردخانه آمونیاکی 

کمپرسور در سیکل تبرید تراکمی، گاز سرد شده از فشار پایین سیکل (فشار اواپراتور) تا فشار بالای سیکل (فشار کندانسور) را متراکم می کند. در سیستم های آمونیاکی کمپرسور از سپراتور (جدا کننده بخار از مایع) مکش می کند و وظیفه ثابت نگه داشتن فشار سپراتور، با توجه به دمای کاری مورد نیاز را دارد. کمپرسور ها در سیکل آمونیاکی معمولا از دو نوع سیلندر پیستونی و اسکرو هستند.

کندانسور در سردخانه آمونیاکی

وظیفه کندانسور تقطیر گاز خروجی از کمپرسور، به وسیله انتقال حرارت با محیط است. کندانسور های سیکل تبرید به سه نوع هوایی، آبی و تبخیری دسته بندی می شوند که در سیکل تبرید آمونیاکی از نوع تبخیری استفاده می شود.

کندانسور تبخیری ترکیب یک کندانسور آبی و برج خنک کن در یک مجموعه است. یک کندانسور تبخیری از کویل لوله، طشتک آب، فن (ها)، پمپ آب، نازل پاشش آب، قطره گیر و هیتر تشکیل شده است. ظرفیت کندانسور به دمای خیس هوای ورودی وابسته است و هرچه این دما پایین تر باشد ظرفیت کندانسور بیشتر می شود.

سپراتور یا جدا کننده بخار و مایع

وظایف سپراتور در سردخانه آمونیاکی:

جدا کردن فاز بخار از مایع ها، ایجاد تناسب فشار در مدار خود، ایجاد توان موتوری از طریق پمپاژ مایع به اواپراتور و برگشت مبرد دو فازی خروجی از اواپراتور به سپراتور

مخزن رسیور

وظیفه مخزن، نگهداری مایع آمونیاک، دریافت و نگهداری مایع تقطیر شده از کندانسور و نگهداری مبرد برای تغذیه سپراتور است.

اواپراتور در سیستم تبرید سردخانه

وظیفه اصلی اواپراتور در سیستم تبرید سردخانه آمونیاکی، جذب حرارت از محیطی است که باید سرد شود که این کار با تبخیر مبرد در اواپراتور صورت می شود.

 اواپراتور انواع مختلفی دارد:

ایر کولر که در سردخانه های زیر صفر و بالای صفر و تونل های انجماد استفاده می شود، و چیلر است.

کویل آیس بانک

در سیستم تبرید جهت ذخیره انرژی دمایی آب، یخ صفر درجه سانتی گراد را تهیه و ذخیره می کند و از طریق گرمای نهان تشکیل این انرژی سرمایی را به ۸۰ برابر بیشتر از آب سرد هم وزن خود خنک می کند.

سیستم آیس بانک انرژی را در ساعات غیر اوج مصرف برق، به صورت یخ ذخیره می کند که معمولا در تاسیسات کوچک و بزرگ برودتی که نیاز به ذخیره سازی برودت دارند مثل: صنایع لبنی، نوشابه سازی و تهویه مطبوع صنعتی استفاده می شود از این کویل در تولید یخ سازهای قالبی استفاده می شود.

پمپ آمونیاک

وظیفه ی پمپ آمونیاک، پمپاژ مایع به اواپراتورها و جبران افت هد مایع در مسیر لوله کشی بین سپراتور و اواپراتور است.

مخزن روغن گیر

چون آمونیاک با روغن قابل ترکیب نیست و تغذیه اواپراتورها، سیلابی است برای جلوگیری از ورود روغن به اواپراتور، باید روغن را از مبرد جدا کرد. به همین دلیل در سردخانه آمونیاکی زیر سپراتورها مخزنی نصب می شود که این وظیفه را انجام می دهد و به آن مخزن روغن گیر می گویند.

چون چگالی روغن از آمونیاک بیشتر است روغن از کف سپراتور وارد مخزن روغنگیر شده و موجب می شود که روغن به سمت اواپراتورها پمپ نشود. هر موقع قسمتی از مخزن روغنگیر برفک نزند معلوم می شود که مقداری روغن در مخزن وجود دارد که با باز کردن شیر گاز داغ ابتدا روغن را شل کرده و آن را تخلیه می کنند.

مقاله آموزشی: معرفی انواع یخچال نوشیدنی

منطقه کاربرد:

• کارخانه آب سرد صنعتی

• انبارها و انبارهای سرد

• اتاقهای انجماد عمیق

• واحدهای مایع سازی گاز

• کارخانه های تولید یخ

• واحدهای انجماد صنعتی

تفاوت سردخانه آمونیاکی و فریونی

سردخانه آمونیاکی سابقه استفاده بیشتری در صنایع دارد و از آن در سردخانه های صنعتی و بزرگ استفاده می شود چون هم ارزان تر است و هم بیشترین اثر خنک کننده را دارد.

یونیت تبرید آمونیاکی فضای بیشتری را نسبت به سردخانه فریونی اشغال می کند در سردخانه های کوچک یا اتاقکی و کانکسی از مبرد فریونی استفاده می شود.

گاز آمونیاک سمی و کشنده است ولی اگر نشتی اتفاق بیفتد به دلیل بوی تند آن سریع متوجه شده و آن را برطرف می کنند. ضریب انتقال حرارت گاز آمونیاک بالا است که موجب می شود از کنداکسور و اواپراتور های ضعیف تری نسبت به فریونی استفاده شود که باعث کمتر شدن هزینه ها می شود.

گاز های فریونی معمولا مخرب لایه اوزون هستند. غیرقابل اشتعال وغیر سمی هستند و برخلاف گاز آمونیاک در سردخانه آمونیاکی قوانین سرسختانه ای ندارند.

سردخانه آمونیاکی در مقایسه با سردخانه فریونی مصرف برق و انرژی کمتری دارد و با دوام تر است.