ما هو المبخر في نظام التبريد

المبخر هو أحد مكونات نظام التبريد حيث تحدث العملية الحاسمة لامتصاص الحرارة. يتم وضعه بشكل استراتيجي داخل جانب الضغط المنخفض، ويعمل كجسر بين جهاز التوسيع والضاغط. ويتمثل دورها في تسهيل تحويل مادة التبريد من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية عن طريق امتصاص الحرارة من البيئة المراد تبريدها.

الوظيفة الأساسية للمبخر

في قلب عملية المبخر يتم نقل الحرارة من المساحة أو المنتج المراد تبريده إلى مادة التبريد. عندما يخرج سائل التبريد من صمام التمدد، فإنه يدخل المبخر ويبدأ في "الغليان"، وهو مصطلح يصف تبخر غاز التبريد. يسمح تغيير الطور هذا، الناتج عن بيئة الضغط المنخفض للمبخر، لسائل التبريد بامتصاص الحرارة بكفاءة، مما يؤدي إلى تبخره عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة مساحة التبريد.

لا تقوم عملية التبخر بسحب الحرارة الكامنة من مادة التبريد فحسب، بل تخفض درجة حرارتها بشكل كبير أيضًا. وينتج عن ذلك ملف مبخر مبرد، والذي يعمل بعد ذلك كواجهة تبريد لنظام التبريد. تعد فعالية هذه العملية أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة في المساحة المبردة وضمان عمل النظام ضمن المعلمات المصممة له.

أنواع المبخرات

استنادًا إلى أنواع المبخرات وطريقة نقل الحرارة المدرجة، فمن الواضح أنه تم اختيار تصميم وتشغيل المبخر ليناسب المتطلبات المحددة للتطبيق بشكل أفضل. وإليكم نبذة مختصرة عن الأنواع المذكورة:

حسب نوع البناء

المبخر ذو الملف الأنبوبي العاري: بسيطة التصميم، وتستخدم في التطبيقات التي يكون فيها خطر التلوث منخفضًا. وهي تتكون من ملفات مصنوعة من أنابيب عارية وتكون بشكل عام أقل كفاءة في نقل الحرارة مقارنة بالأنواع الأخرى.

مبخر اللوحة: يتكون من سلسلة من الصفائح المعدنية مع تدفق مادة التبريد فيما بينها. يُعرف هذا النوع بكفاءته العالية في نقل الحرارة ويستخدم بشكل شائع في الأنظمة المدمجة.

مبخر القشرة والملف: يتكون من غلاف كبير بداخله أنبوب ملفوف يتدفق من خلاله سائل التبريد. يحيط السائل الثانوي بالملف داخل الغلاف.

المبخر الأنبوبي ذو الزعانف: تتميز بأنابيب لها زعانف متصلة بأسطحها الخارجية لزيادة سطح التلامس مع الهواء، مما يعزز كفاءة نقل الحرارة. وتوجد هذه عادة في أنظمة تكييف الهواء.

مبخر القشرة والأنبوب: النوع الأكثر استخدامًا، خاصة في التطبيقات الصناعية، يتكون من غلاف يحتوي على أنابيب متعددة يتدفق من خلالها سائل التبريد، كما تمت مناقشته سابقًا.

المبخر الأنبوبي: يتكون من أنبوب داخل آخر مع تدفق مادة التبريد في الأنبوب الداخلي والسائل الثانوي في الفراغ بين الأنبوب الداخلي والخارجي.

وفقا لطريقة انتقال الحرارة

الحمل الحراري الطبيعي: يعتمد على الدورة الطبيعية لغاز التبريد بسبب اختلافات الكثافة التي تنشأ من التغيرات في درجات الحرارة. لا يتطلب هذا الوضع مضخات أو مراوح خارجية لتحريك مادة التبريد.

الحراري الجبري: يستخدم وسائل خارجية مثل المضخات أو المراوح لتوزيع مادة التبريد وزيادة معدل انتقال الحرارة. تعتبر هذه الطريقة أكثر كفاءة وتستخدم عادةً عند الحاجة إلى معدلات أعلى للتبادل الحراري.

تحسين أداء المبخر في التبريد

لكي يعمل المبخر بأعلى أداء داخل نظام التبريد، يجب استيفاء بعض الشروط المثالية:

1. مساحة السطح القصوى: يجب أن يمتلك المبخر أكبر مساحة سطحية ممكنة يمكن تبريدها باستمرار. ويضمن هذا التعظيم وجود مساحة واسعة لامتصاص الحرارة، وبالتالي تحسين كفاءة انتقال مرحلة مادة التبريد من السائل إلى البخار.
2. تعزيز دوران الهواء (السائل).: يعد دوران الهواء (السائل) الفعال والسريع حول المبخر أمرًا ضروريًا. إن الحفاظ على أسطح المبخر نظيفة وخالية من الصقيع يضمن قدرة الوحدة على تبادل الحرارة دون أي حواجز عازلة قد تعيق الأداء.
3. الفرق الأمثل في درجة الحرارة: الحفاظ على فرق درجة الحرارة من 8 درجات مئوية إلى 10 درجات مئوية بين المبرد والهواء المحيط بالمبخر يسهل نقل الحرارة بكفاءة دون إثقال كاهل النظام.
4. ارتفاع ضغط الشفط: يرتبط ارتفاع ضغط الشفط داخل المبخر بزيادة السعة والكفاءة العالية من وحدة التكثيف، مما يتيح للنظام الأداء الأمثل.
5. إدارة الرطوبة التي تسيطر عليها: يجب تصميم المبخر بحيث يقلل من استخلاص بخار الماء. ومن خلال القيام بذلك، يحافظ النظام على مستوى رطوبة أعلى وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على المظهر ومحتوى الرطوبة ووزن البضائع القابلة للتلف، مثل الطعام.

المبخر في نظام التبريد

أنظمة التبريد، جزء لا يتجزأ من مختلف التطبيقات الصناعية والتجارية، تعتمد بشكل كبير على كفاءة المبخرات. من بين الأنواع السائدة، هناك نوعان رئيسيان هما المبخر ذو الغلاف والأنبوب والمبخر ذو الغلاف والملف - وغالبًا ما يستخدم هذا الأخير في بعض المبردات المبردة بالهواء.

المبخرات ذات القشرة والأنبوب

مزايا:

• إنها تتميز بقدرات رائعة على نقل الحرارة، وذلك بفضل مساحة السطح الواسعة التي توفرها الأنابيب.
• تعد المتانة ميزة أساسية، مما يسمح لها بالتعامل مع فروق الضغط الكبيرة وظروف التشغيل القاسية.
• يتم تسهيل الصيانة، بما في ذلك التنظيف والفحص، من خلال التصميم، الذي غالبًا ما يتميز بحزم أنابيب قابلة للإزالة.

سلبيات:

• يمكن أن تكون هذه المبخرات ضخمة الحجم، وتتطلب مساحة أكبر، وهو ما قد لا يكون مثاليًا للإعدادات المدمجة.
• يمكن أن يكون الاستثمار الأولي أعلى، مما يعكس مدى تعقيد التصميم وتكاليفه المادية.
• هناك قابلية للتحجيم والتلوث، الأمر الذي يتطلب الصيانة الروتينية لضمان التشغيل الأمثل.

مبخرات القشرة والملف

مزايا:

• التصميم المدمج يجعلها مناسبة تمامًا للمبردات المبردة بالهواء حيث تكون المساحة أعلى من قيمتها.
• في كثير من الأحيان أكثر اقتصادا من حيث التكاليف الأولية بالمقارنة مع تصاميم القشرة والأنابيب.
• يمكن أن يكون فعالاً في التطبيقات التي يكون فيها شحن غاز التبريد المنخفض أمرًا مرغوبًا فيه.

سلبيات:

• عادةً ما تكون كفاءة نقل الحرارة أقل من تصميمات الغلاف والأنبوب.
• قد لا يكون من السهل تنظيفه وصيانته بسبب التصميم الملفوف.
• يمكن أن تكون أقل متانة، خاصة إذا لم تكن الملفات محمية بشكل كافٍ أو مصنوعة من مواد مرنة.

أنواع المبردات المناسبة

• لمبخرات القشرة والملف: تصميمها المدمج وشحن غاز التبريد المنخفض يجعلها مناسبة للمبردات الصغيرة الحجم. غالبًا ما تستخدم المبردات المبردة بالهواء هذه المبخرات، مستفيدة من خصائصها الموفرة للمساحة وفعاليتها من حيث التكلفة.

• للمبخرات ذات القشرة والأنبوب: نظرًا لكفاءتها ومتانتها، فإن هذه المبخرات مناسبة تمامًا للتطبيقات المتوسطة والكبيرة الحجم، مما يجعلها الخيار الأمثل للمبردات المبردة بالمياه التي تتطلب تبريدًا مستقرًا وعالي السعة.

استنتاج

في دورة التبريد، يعد اختيار المبخر أمرًا محوريًا. المبخرات ذات الغلاف والأنبوب هي العمود الفقري للمبردات المبردة بالماء في التطبيقات الأكبر، مما يوفر نقلًا عاليًا للحرارة ومتانة. من ناحية أخرى، تم تصميم المبخرات ذات الغلاف والملف لتلبية المتطلبات المدمجة للمبردات الأصغر حجمًا والمبردة بالهواء. ويتوقف الاختيار بينهما على نطاق النظام، واحتياجات الكفاءة، وقيود المساحة، مما يؤكد الدور الحاسم للمبخر في أداء أنظمة التبريد.