Pin
Send
Share
Send


تبريد هي عملية إزالة الحرارة من مساحة مغلقة ، أو من مادة ، ورفضها في مكان آخر لغرض أساسي هو خفض درجة حرارة الفضاء أو المادة ثم الحفاظ على درجة الحرارة المنخفضة هذه. يشير مصطلح التبريد عمومًا إلى أي عملية طبيعية أو اصطناعية يتم فيها تبديد الحرارة. يشار إلى مجال الدراسة الذي يتناول الإنتاج الصناعي لدرجات الحرارة المنخفضة للغاية باسم فيزياء درجات الحرارة المتدنية.

البرد هو عدم وجود الحرارة ، وبالتالي من أجل خفض درجة الحرارة ، واحد "يزيل الحرارة" ، بدلاً من "إضافة البرد". لتلبية القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، يجب إجراء بعض أشكال العمل عند إزالة الحرارة. هذا العمل عبارة عن عمل ميكانيكي تقليدي ، ولكن يمكن القيام به أيضًا بالمغناطيسية أو الليزر أو أي وسيلة أخرى.

التطبيقات التاريخية

حصاد الجليد

يعود استخدام الثلج للتبريد وبالتالي الحفاظ على الطعام إلى عصور ما قبل التاريخ.1 على مر العصور ، كان الحصاد الموسمي للثلج والجليد ممارسة منتظمة لمعظم الثقافات القديمة: الصينية والعبرية واليونانية والرومان والفرس. تم تخزين الثلج والثلج في الكهوف أو المخبأ المبطنة بالقش أو غيرها من المواد العازلة. الفرس تخزين الجليد في حفر يسمى yakhchals. يسمح تقنين الجليد بالحفاظ على الأطعمة خلال الفترات الدافئة. لقد نجحت هذه الممارسة على مر القرون ، حيث بقيت البيوت الجليدية قيد الاستخدام حتى القرن العشرين.

في القرن السادس عشر ، كان اكتشاف التبريد الكيميائي إحدى الخطوات الأولى نحو الوسائل الصناعية للتبريد. نترات الصوديوم أو نترات البوتاسيوم ، عندما تضاف إلى الماء ، خفض درجة حرارة الماء وخلق نوعا من حمام التبريد لمواد التبريد. في إيطاليا ، تم استخدام مثل هذا الحل لتبريد النبيذ.2

خلال النصف الأول من القرن التاسع عشر ، أصبح حصاد الجليد من الشركات الكبرى في أمريكا. عمل نيو إنجلاند فريدريك تيودور ، الذي أصبح معروفًا باسم "ملك الجليد" ، على تطوير منتجات عزل أفضل لشحن الجليد لمسافات طويلة ، وخاصة إلى المناطق الاستوائية.

أنظمة التبريد الأولى

وقد أوضح ويليام كولين أول طريقة معروفة للتبريد الصناعي في جامعة غلاسكو في اسكتلندا في عام 1756. واستخدم كولين مضخة لإنشاء فراغ جزئي فوق حاوية من الإيثر ثنائي الأثير ، ثم غليها ، تمتص الحرارة من الهواء المحيط. خلقت التجربة حتى كمية صغيرة من الجليد ، ولكن لم يكن لها تطبيق عملي في ذلك الوقت.

في عام 1805 ، قام المخترع الأمريكي أوليفر إيفانز بتصميم نظام تبريد على أساس دورة التبريد بضغط البخار بدلاً من تصميمه على المحاليل الكيميائية أو السوائل المتطايرة مثل إيثيل الإيثر.

في عام 1820 ، قام العالم البريطاني مايكل فاراداي بتسييل الأمونيا وغازات أخرى باستخدام ضغوط عالية ودرجات حرارة منخفضة.

حصل جاكوب بيركنز ، وهو أمريكي يعيش في بريطانيا العظمى ، على أول براءة اختراع لنظام تبريد بضغط البخار في عام 1834. بنى بيركنز نظامًا نموذجيًا أوليًا ونجح بالفعل ، على الرغم من أنه لم ينجح تجاريًا.3

في عام 1842 ، صمم الطبيب الأمريكي ، جون غوري ، أول نظام لتبريد المياه لإنتاج الثلج. لقد تصور أيضًا فكرة استخدام نظام التبريد الخاص به لتبريد الهواء للراحة في المنازل والمستشفيات (أي تكييف الهواء). يقوم نظامه بضغط الهواء ، ثم يبرد الهواء المضغوط الساخن جزئيًا بالماء قبل السماح له بالتوسع أثناء القيام بجزء من العمل المطلوب لقيادة ضاغط الهواء. وقد أدى هذا التوسيع الخاضع للهواء إلى تبريد الهواء إلى درجة حرارة منخفضة بدرجة كافية لتجميد الماء وإنتاج الثلج ، أو التدفق "عبر أنبوب لإحداث التبريد بطريقة أخرى" على النحو المنصوص عليه في براءة اختراعه الممنوحة من مكتب براءات الاختراع الأمريكي في عام 1851.4 بنى غوري نموذجًا أوليًا عاملاً ، لكن نظامه كان بمثابة فشل تجاري.

بدأ ألكساندر توينينج تجربة التبريد بضغط البخار في عام 1848 وحصل على براءات الاختراع في عامي 1850 و 1853. ويعود الفضل في أنه بدأ التبريد التجاري في الولايات المتحدة بحلول عام 1856.

دنيدن، أول سفينة مبردة ناجحة تجاريا.

في هذه الأثناء ، بدأ جيمس هاريسون المولود في اسكتلندا ثم هاجر إلى أستراليا ، في تشغيل آلة ميكانيكية لصنع الثلج في عام 1851 على ضفاف نهر بارون في روكي بوينت في جيلونج. اتبعت أول آلة لصنع الثلج التجارية في عام 1854 وبراءة اختراعه لنظام التبريد بضغط سائل الأثير بخار الأثير في عام 1855. قدم هاريسون التبريد بضغط البخار التجاري لمصانع الجعة وبيوت تعبئة اللحوم ، وبحلول عام 1861 ، كانت عشرات من أنظمته في عملية.

جربت المخاوف الأسترالية والأرجنتينية والأمريكية من الشحن البحري المبرد في منتصف سبعينيات القرن التاسع عشر ، وهو أول نجاح تجاري قادم عندما قام ويليام سولتاو ديفيدسون بتركيب وحدة تبريد ضغط إلى السفينة النيوزيلندية دنيدن في عام 1882 ، مما أدى إلى ازدهار اللحوم ومنتجات الألبان في أستراليا وأمريكا الجنوبية.

تم تطوير أول نظام تبريد لامتصاص الغاز باستخدام الأمونيا الغازية الذائبة في الماء (يشار إليها باسم "الأمونيا المائية") من قبل فرديناند كاريه من فرنسا في عام 1859 وحصل على براءة اختراع في عام 1860. بسبب سمية الأمونيا ، لم يتم تطوير هذه الأنظمة للاستخدام في المنازل ، ولكن كانت تستخدم لتصنيع الثلج للبيع. في الولايات المتحدة ، كان المستهلكون في ذلك الوقت لا يزالون يستخدمون الصندوق الجليدي مع الثلج الذي يتم جلبه من الموردين التجاريين ، الذين كان الكثير منهم لا يزالون يحصدون الجليد ويخزنونه في مستودع ثلج.

قام ثاديوس لوي ، عالم المنطاد الأمريكي من الحرب الأهلية ، بتجربة خصائص الغازات على مر السنين. كان أحد إنتاجاته الأساسية هو إنتاج كميات كبيرة من غاز الهيدروجين. كما شغل العديد من براءات الاختراع على آلات صنع الثلج. من شأن آلة الثلج المضغوطة أن تحدث ثورة في صناعة التخزين البارد. في عام 1869 ، قام هو والمستثمرون الآخرون بشراء باخرة قديمة قاموا عليها بتحميل إحدى وحدات التبريد التابعة لشركة لوي وبدأوا في شحن الفواكه الطازجة من نيويورك إلى منطقة ساحل الخليج ، واللحوم الطازجة من جالفيستون ، تكساس إلى نيويورك. بسبب افتقار لوي إلى المعرفة بشأن الشحن ، كان العمل فشلًا باهظًا ، وكان من الصعب على الجمهور التعود على فكرة القدرة على استهلاك اللحوم التي كانت بعيدة جدًا عن دار التغليف.

أصبحت الثلاجات الميكانيكية المحلية متوفرة في الولايات المتحدة حوالي عام 1911.5

استخدام تجاري واسع النطاق

بحلول سبعينيات القرن التاسع عشر ، أصبحت مصانع الجعة أكبر مستخدمين لوحدات التبريد التجارية ، رغم أن البعض كان لا يزال يعتمد على الجليد المحصود. على الرغم من أن صناعة حصاد الجليد قد نمت بشكل هائل بحلول نهاية القرن العشرين ، فقد بدأ التلوث والصرف الصحي يتسلل إلى جليد طبيعي مما يجعله مشكلة في الضواحي الحضرية. في نهاية المطاف بدأت مصانع الجعة في الشكوى من الجليد الملوث. وقد أدى ذلك إلى زيادة الطلب على أجهزة التبريد وصنع الثلج الأكثر حداثة والأكثر استعدادًا للمستهلكين. في عام 1895 ، أنشأ المهندس الألماني كارل فون ليند عملية واسعة النطاق لإنتاج الهواء السائل والأكسجين السائل في نهاية المطاف لاستخدامها في الثلاجات المنزلية الآمنة.

تم إدخال سيارات السكك الحديدية المبردة في الولايات المتحدة في أربعينيات القرن التاسع عشر لنقل منتجات الألبان على المدى القصير. في عام 1867 ، قام ب. جي. ساذرلاند من ديترويت ، ميشيغان ، بتسجيل براءة اختراع لسيارة الثلاجة المصممة بخزانات جليدية عند طرفي السيارة ولوحة جهاز التنفس الصناعي بالقرب من الأرضية ، مما سيؤدي إلى خلق جاذبية الهواء البارد عبر السيارة.

بحلول عام 1900 ، تبنت بيوت تعبئة اللحوم في شيكاغو التبريد التجاري بدورة الأمونيا. بحلول عام 1914 ، كان كل موقع يستخدم التبريد الصناعي. قام مربو اللحوم الكبار ، Armor ، Swift ، و Wilson ، بشراء أغلى الوحدات التي قاموا بتثبيتها على عربات القطار وفي المنازل الفرعية ومنشآت التخزين في مناطق التوزيع البعيدة.

لم يتم تصميم وحدات التبريد للتركيب على منصات الجرارات (الشاحنات أو الشاحنات) إلا في منتصف القرن العشرين. تستخدم المركبات المبردة لنقل البضائع القابلة للتلف ، مثل الأطعمة المجمدة والفواكه والخضروات والمواد الكيميائية الحساسة للحرارة. تحافظ معظم الثلاجات الحديثة على درجة الحرارة بين -40 و +20 درجة مئوية ويبلغ أقصى حمولة لها حوالي 24000 كجم. الوزن الإجمالي (في أوروبا).

المنزل واستخدام المستهلك

مع اختراع ثلاجات صناعية تعتمد في الغالب على مادة كيميائية من الكلوروفلوروكربون ، أصبحت الثلاجات الأكثر أمانًا ممكنة للاستخدام المنزلي والمستهلك. Freon هي علامة تجارية لشركة DuPont Corporation وتشير إلى مركبات الكربون الكلورية فلورية هذه ، وفي وقت لاحق مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية (HCFC) ومركبات الهيدروفلوروكربون (HFC) ، المبردات.

تم تطوير هذه المبردات في أواخر العشرينات من القرن الماضي ، وكانت تعتبر في ذلك الوقت أقل ضرراً من المبردات الشائعة الاستخدام في ذلك الوقت ، بما في ذلك فورمات الميثيل والأمونيا وكلوريد الميثيل وثاني أكسيد الكبريت. كان القصد من ذلك هو توفير معدات التبريد للاستخدام المنزلي دون تعريض حياة شاغليها للخطر. أجاب المبردات CFC هذه الحاجة.

بروتوكول مونتريال

اعتبارًا من عام 1989 ، تم حظر مادة التبريد التي تحتوي على مركبات الكربون الكلورية فلورية عن طريق بروتوكول مونتريال بسبب الآثار السلبية التي تحدثها على طبقة الأوزون. تم التصديق على بروتوكول مونتريال من قبل معظم الدول المنتجة والمستهلكة لمركبات الكربون الكلورية فلورية في مونتريال ، كيبيك ، كندا في سبتمبر 1987. اعترضت منظمة السلام الأخضر على التصديق لأن بروتوكول مونتريال صدق بدلاً من ذلك على استخدام التبريد بمركبات الكربون الهيدروفلورية ، التي لا تستنفد الأوزون ولكنها لا تزال قوية في ظاهرة الاحتباس الحراري الغازات. بالبحث عن بديل للتبريد للاستخدام المنزلي ، طور dkk Scharfenstein (ألمانيا) مركبات الكربون الكلورية فلورية القائمة على البروبان وثلاجة خالية من مركبات الكربون الهيدروفلورية في عام 1992 بمساعدة من Greenpeace.

تم تطبيق مبادئ بروتوكول مونتريال في الولايات المتحدة من خلال تشريع قانون الهواء النظيف في أغسطس 1988. تم تعديل قانون الهواء النظيف مرة أخرى في عام 1990. وكان هذا نتيجة مباشرة لتقرير علمي صدر في يونيو 1974 من قبل رولاند- مولينا6، بالتفصيل كيف أثر الكلور في مركبات الكربون الكلورية فلورية ومركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية سلبا على طبقة الأوزون. دفع هذا التقرير إدارة الأغذية والعقاقير (FDA) ووكالة حماية البيئة (EPA) إلى حظر مركبات الكربون الكلورية فلورية كوقود دفع في عام 1978 (كان 50 في المائة من استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية في ذلك الوقت من أجل وقود الأيروسول الذي يعمل بالوقود).

  • في يناير 1992 ، طالبت وكالة حماية البيئة باسترداد المبردات من جميع أنظمة تكييف الهواء للسيارات أثناء خدمة النظام.
  • في يوليو 1992 ، جعلت وكالة حماية البيئة من تهوية مركبات الكربون الكلورية فلورية ومركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية.
  • في يونيو 1993 ، طالبت وكالة حماية البيئة بإصلاح تسريبات كبيرة في أنظمة التبريد خلال 30 يومًا. تم تعريف تسرب كبير على أنه معدل تسرب يساوي 35٪ من إجمالي شحنة التبريد في النظام (لأنظمة التبريد الصناعية والتجارية) ، أو 15٪ من إجمالي شحنة التبريد في النظام (بالنسبة لجميع أنظمة التبريد الكبيرة الأخرى) ، إذا كان هذا التسرب للمضي قدما لمدة عام كامل.
  • في يوليو 1993 ، وضعت وكالة حماية البيئة متطلبات التخلص الآمن ، والتي تتطلب إخلاء جميع أنظمة التبريد قبل التقاعد أو التخلص منها (بغض النظر عن حجم النظام) ، ووضع المسؤولية على الشخص الأخير في سلسلة التخلص لضمان أن تم القبض على المبردات بشكل صحيح.
  • في أغسطس 1993 ، نفذت وكالة حماية البيئة متطلبات استصلاح المبردات. إذا كان لغرض التبريد تغيير الملكية ، فيجب معالجته واختباره ليتوافق مع متطلبات معهد التبريد الأمريكي (ARI) القياسية 700-1993 (الآن معيار ARI 700-1995) لنقاء مادة التبريد.
  • في نوفمبر 1993 ، طلبت وكالة حماية البيئة من أن جميع معدات استرداد المبردات تفي بمعايير ARI 740-1993.
  • في نوفمبر 1995 ، فرضت وكالة حماية البيئة قيودًا على تنفيس مبردات HFC. لا تحتوي هذه المواد على أي الكلور الذي يمكن أن يلحق الضرر بطبقة الأوزون (وبالتالي يكون لـ ODP (احتمال استنفاد الأوزون) صفر) ، ولكن لا يزال لديه إمكانية عالية للاحتباس الحراري.
  • في ديسمبر 1995 ، تم حظر استيراد وإنتاج المبردات CFC في الولايات المتحدة.

من المزمع حاليًا حظر جميع استيراد وإنتاج مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية في عام 2030 ، على الرغم من أنه من المحتمل تسريع ذلك.

التطبيقات الحالية للتبريد

ربما تكون التطبيقات الحالية الأكثر استخدامًا للتبريد هي لتكييف المنازل الخاصة والمباني العامة ، وتبريد المواد الغذائية في المنازل والمطاعم ومستودعات التخزين الكبيرة. لقد سمح لنا استخدام الثلاجات في مطابخنا لتخزين الفواكه والخضروات بإضافة سلطات طازجة إلى وجباتنا الغذائية طوال العام ، وتخزين الأسماك واللحوم بأمان لفترات طويلة.

في التجارة والتصنيع ، هناك العديد من الاستخدامات للتبريد. يستخدم التبريد لتسييل الغازات مثل الأكسجين والنيتروجين والبروبان والميثان على سبيل المثال. في تنقية الهواء المضغوط ، يتم استخدامه لتكثيف بخار الماء من الهواء المضغوط لتقليل محتواه من الرطوبة. في مصافي النفط والمصانع الكيماوية ومصانع البتروكيماويات ، يتم استخدام التبريد للحفاظ على عمليات معينة في درجات الحرارة المنخفضة المطلوبة (على سبيل المثال ، في ألكلة البوتينات والبيوتان لإنتاج مكون عالي الأوكتان في البنزين). يستخدم عمال المعادن التبريد لتهدئة الفولاذ وأدوات المائدة. عند نقل المواد الغذائية الحساسة للحرارة والمواد الأخرى بواسطة الشاحنات والقطارات والطائرات والسفن البحرية ، يعد التبريد ضرورة.

منتجات الألبان تحتاج إلى التبريد باستمرار ، ولم يكتشف إلا في العقود القليلة الماضية أن البيض كان بحاجة إلى التبريد أثناء الشحن بدلاً من الانتظار حتى يتم تبريده بعد وصوله إلى متجر البقالة. يجب حفظ جميع أنواع اللحوم والدواجن والأسماك في البيئات التي يسيطر عليها المناخ قبل بيعها. التبريد يساعد أيضا في الحفاظ على الفواكه والخضروات الصالحة للأكل لفترة أطول.

كان أحد أكثر استخدامات التبريد تأثيراً في تطوير صناعة السوشي / الساشيمي في اليابان. قبل اكتشاف التبريد ، عانى العديد من خبراء السوشي من أمراض ووفيات كبيرة من أمراض مثل الالتهاب الكبدي أ. ومع ذلك ، لم يتم الكشف عن مخاطر الساشيمي غير المبردة لعقود من الزمان بسبب نقص الأبحاث وتوزيع الرعاية الصحية في جميع أنحاء الريف الياباني. في منتصف القرن تقريبًا ، حققت شركة Zojirushi التي تتخذ من كيوتو مقراً لها ، اختراقات كبيرة في تصميمات الثلاجات مما يجعل الثلاجات أرخص وأكثر إتاحة لمالكي المطاعم وعامة الناس.

طرق التبريد

طرق التبريد يمكن تصنيفها على أنها غير دوري، دوري و الحرارية.

التبريد غير دوري

في هذه الطرق ، يمكن تحقيق التبريد عن طريق ذوبان الجليد أو عن طريق تسخين الثلج الجاف. تستخدم هذه الطرق للتبريد على نطاق صغير كما هو الحال في المختبرات والورش ، أو في المبردات المحمولة.

يدين الجليد بفعاليته كعامل تبريد إلى درجة انصهاره الثابتة التي تبلغ 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت). من أجل الذوبان ، يجب أن يمتص الثلج 333.55 كج / كغ (حوالي 144 وحدة حرارية بريطانية / رطل) من الحرارة. المواد الغذائية المحفوظة في درجة الحرارة هذه أو أعلى بقليل لها عمر تخزين أكبر. يستخدم ثاني أكسيد الكربون الصلب ، والمعروف باسم الثلج الجاف ، أيضًا كمبرد. لعدم وجود طور سائل عند الضغط الجوي العادي ، فإنه يتصاعد مباشرةً من الطور الصلب إلى الطور البخاري عند درجة حرارة -78.5 درجة مئوية (-109.3 درجة فهرنهايت). الثلج الجاف فعال للحفاظ على المنتجات في درجات حرارة منخفضة خلال فترة التسامي.

التبريد دوري

يتكون هذا من دورة التبريد ، حيث تتم إزالة الحرارة من مساحة أو مصدر منخفض الحرارة ورفضها إلى مغسلة ذات درجة حرارة عالية بمساعدة العمل الخارجي ، وعكسها ، دورة الطاقة الديناميكية الحرارية. في دورة الطاقة ، يتم توفير الحرارة من مصدر درجة حرارة عالية إلى المحرك ، ويتم استخدام جزء من الحرارة لإنتاج العمل ويتم رفض الباقي إلى مغسلة منخفضة الحرارة. هذا يرضي القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

ا دورة التبريد يصف التغييرات التي تحدث في المبرد لأنه يمتص ويرفض الحرارة بالتناوب أثناء دورانه عبر الثلاجة. يتم تطبيقه أيضًا على أعمال HVACR ، عند وصف "عملية" تدفق مادة التبريد من خلال وحدة HVACR ، سواء كان نظامًا مُعبَّأًا أو مجزأ.

الحرارة تتدفق بشكل طبيعي من الساخن إلى البارد. يتم تطبيق العمل لتبريد مساحة المعيشة أو حجم التخزين عن طريق ضخ الحرارة من مصدر حرارة منخفض الحرارة إلى بالوعة حرارة أعلى درجة حرارة. يتم استخدام العزل لتقليل العمل والطاقة اللازمة لتحقيق والحفاظ على درجة حرارة أقل في الفضاء المبرد. تم وصف مبدأ التشغيل لدورة التبريد رياضياً بواسطة Sadi Carnot في عام 1824 كمحرك حراري.

تستخدم الأنواع الأكثر شيوعًا من أنظمة التبريد دورة التبريد بضغط الرانكين العكسي على الرغم من استخدام مضخات الحرارة الامتصاصية في أقلية من التطبيقات.

التبريد دوري يمكن تصنيفها على النحو التالي:

  1. دورة البخار ، و
  2. دورة الغاز

يمكن تصنيف التبريد بدورة البخار على النحو التالي:

  1. بخار ضغط التبريد
  2. بخار امتصاص التبريد

دورة ضغط البخار

يتم استخدام دورة ضغط البخار في معظم الثلاجات المنزلية وكذلك في العديد من أنظمة التبريد التجارية والصناعية الكبيرة. يقدم الشكل 1 مخططًا تخطيطيًا لمكونات نظام التبريد بضغط البخار النموذجي.

الشكل 1: بخار ضغط التبريد

الديناميكا الحرارية للدورة يمكن تحليلها على الرسم البياني7 كما هو مبين في الشكل 2. في هذه الدورة ، يدخل المبرد الدوار مثل الفريون إلى الضاغط كبخار. من النقطة 1 إلى النقطة 2 ، يتم ضغط البخار عند الانتروبيا الثابتة ويخرج الضاغط من الحرارة الزائدة. من النقطة 2 إلى النقطة 3 ومن النقطة 4 ، ينتقل البخار المحمص عبر المكثف الذي يبرد الحرارة الزائدة ويزيلها أولاً ثم يكثف البخار في سائل عن طريق إزالة حرارة إضافية عند ضغط ثابت ودرجة حرارة ثابتة. بين النقطتين 4 و 5 ، يمر المبرد السائل عبر صمام التمدد (يُطلق عليه أيضًا صمام الخانق) حيث ينخفض ​​ضغطه بشكل مفاجئ ، مما يؤدي إلى تبخر الفلاش والتبريد التلقائي لما يقل عن نصف السائل عادةً.

الشكل 2: الرسم البياني درجة الحرارة إنتروبي

ينتج عن ذلك خليط من السائل والبخار عند درجة حرارة وضغط أقل كما هو موضح في النقطة 5. ينتقل خليط البخار السائل البارد عبر لفائف المبخر أو الأنابيب ويتم تبخيره تمامًا عن طريق تبريد الهواء الدافئ (من المساحة التي يتم تبريدها ) يتم تفجيرها بواسطة مروحة عبر ملف المبخر أو الأنابيب. يعود بخار التبريد الناتج إلى مدخل الضاغط عند النقطة 1 لإكمال الدورة الديناميكية الحرارية.

تعتمد المناقشة أعلاه على دورة التبريد بضغط البخار المثالية ، ولا تأخذ في الاعتبار التأثيرات الواقعية مثل انخفاض الضغط الاحتكاكي في النظام ، أو التراجع الديناميكي الحراري الطفيف أثناء ضغط بخار التبريد ، أو سلوك الغاز غير المثالي ( لو اي).

يتوفر المزيد من المعلومات حول تصميم وأداء أنظمة التبريد بضغط البخار في كتيب "Perry's Chemical Engineers" الكلاسيكي.8

دورة امتصاص البخار

في السنوات الأولى من القرن العشرين ، كانت دورة امتصاص البخار التي تستخدم أنظمة الأمونيا المائية شائعة وتستخدم على نطاق واسع ، ولكن بعد تطوير دورة ضغط البخار ، فقدت الكثير من أهميتها بسبب معامل الأداء المنخفض (حوالي واحد) الخامسة من دورة ضغط البخار). في أيامنا هذه ، يتم استخدام دورة امتصاص البخار فقط في حالة توفر الحرارة المهدورة ، حيث يتم اشتقاق الحرارة من مجمعات الطاقة الشمسية ، أو عندما لا تتوفر الكهرباء.

تشبه دورة الامتصاص دورة الانضغاط ، باستثناء طريقة رفع ضغط بخار التبريد. في نظام الامتصاص ، يتم استبدال الضاغط بامتصاص يعمل على إذابة مادة التبريد في سائل مناسب ، ومضخة سائلة تزيد الضغط ومولد يعمل ، عند إضافة الحرارة ، على إخراج بخار التبريد من سائل الضغط العالي. تتطلب المضخة السائلة بعض العمل ، لكن بالنسبة إلى كمية معيّنة من المبرد ، تكون أصغر بكثير مما هو مطلوب بواسطة الضاغط في دورة ضغط البخار. في الثلاجة الممتصة ، يتم استخدام مزيج مناسب من المبردات والمادة الماصة. التركيبات الأكثر شيوعًا هي الأمونيا (مادة التبريد) والماء (مادة ماصة) ، والمياه (مادة التبريد) وبروميد الليثيوم (مادة ماصة).

دورة الغاز

عندما يكون مائع العمل عبارة عن غاز مضغوط وموسع ولكنه لا يغير الطور ، تسمى دورة التبريد أ دورة الغاز. الهواء هو في معظم الأحيان هذا السائل العمل. نظرًا لعدم وجود تكثيف وتبخر في دورة الغاز ، فإن المكونات المقابلة للمكثف والمبخر في دورة ضغط البخار هي المبادلات الحرارية الساخنة من الغاز إلى الغاز في دورات الغاز.

دورة الغاز أقل كفاءة من دورة ضغط البخار لأن دورة الغاز تعمل على دورة Brayton العكسية بدلاً من دورة Rankine العكسية. على هذا النحو ، لا يتلقى السائل العامل الحرارة ويرفضها عند درجة حرارة ثابتة. في دورة الغاز ، يكون تأثير التبريد مساوياً لمنتج الحرارة المحددة للغاز وارتفاع درجة حرارة الغاز في الجانب ذي درجة الحرارة المنخفضة. لذلك ، بالنسبة إلى نفس حمولة التبريد ، فإن دورة التبريد بالغاز تتطلب معدل تدفق كبير للكتلة وستكون ضخمة.

بسبب انخفاض كفاءتها وأكبر حجم ، دورة الهواء لا تستخدم المبردات غالبًا في الوقت الحاضر في أجهزة التبريد الأرضية. ومع ذلك ، فإن آلة دورة الهواء شائعة جدًا على الطائرات النفاثة التي تعمل بالطاقة التوربينية الغازية لأن الهواء المضغوط متاح بسهولة من أقسام ضاغطات المحركات. تخدم وحدات تبريد وتهوية هذه الطائرات النفاثة أيضًا غرض الضغط على الطائرة.

التبريد الحرارية

يستخدم التبريد الحراري تأثير Peltier لإنشاء تدفق حراري بين تقاطع نوعين مختلفين من المواد. يستخدم هذا التأثير بشكل شائع في المخيمات وأجهزة التبريد المحمولة ولتبريد المكونات الإلكترونية والأدوات الصغيرة.

التبريد المغناطيسي

التبريد المغنطيسي ، أو إزالة المغناطيسية اللاأدبية ، هي تقنية تبريد تعتمد على التأثير المغنطيسي ، وهي خاصية جوهرية للمواد الصلبة المغناطيسية. غالبًا ما يكون المبرد ملحًا مغنطيسيًا ، مثل نترات المغنيسيوم والسيريوم. ثنائيات الأقطاب المغناطيسية النشطة في هذه الحالة هي تلك الخاصة بقذائف الإلكترون في الذرات المغنطيسية.

يتم تطبيق مجال مغناطيسي قوي على مادة التبريد ، مما يجبر مختلف أقطابها المغناطيسية على محاذاة هذه درجات حرية المبرد ووضعها في حالة الانتروبيا المنخفضة. يمتص المشتت الحراري الحرارة الصادرة عن المبرد بسبب فقده للإنتروبيا. ثم يتم كسر التلامس الحراري مع المشتت الحراري بحيث يتم عزل النظام ، ويتم إيقاف تشغيل المجال المغناطيسي. يؤدي ذلك إلى زيادة القدرة الحرارية لغاز التبريد ، مما يقلل درجة حرارته أقل من درجة حرارة المشتت الحراري.

نظرًا لوجود عدد قليل من المواد التي تظهر الخصائص المطلوبة في درجة حرارة الغرفة ، فقد اقتصرت التطبيقات حتى الآن على عمليات التجميد والبحوث.

أساليب أخرى

طرق أخرى للتبريد تشمل آلة دورة الهواء المستخدمة في الطائرات. أنبوب دوامة يستخدم لتبريد البقعة ، عندما يتوفر الهواء المضغوط ؛ والتبريد الحراري الصوتي باستخدام الموجات الصوتية في الغاز المضغوط لدفع نقل الحرارة وتبادل الحرارة.

وحدة التبريد

قد يتم تصنيف الثلاجات المنزلية والتجارية بالكيلو جرام / ثانية ، أو Btu / h للتبريد. يتم تصنيف معظم الثلاجات التجارية في الولايات المتحدة بالأطنان من التبريد ، ولكن في أماكن أخرى بالكيلوواط. طن واحد من قدرة التبريد يمكن تجميد طن واحد قصير من الماء عند 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) في غضون 24 ساعة. بناء على ذلك:

الحرارة الكامنة للجليد (أي حرارة الانصهار) = 333.55 كيلو جول / كجم B 144 وحدة حرارية بريطانية / رطل
طن واحد قصير = 2000 رطل
مستخلص الحرارة = (2000) (144) / 24 ساعة = 288000 وحدة حرارية بريطانية / 24 ساعة = 12000 وحدة حرارية بريطانية / ساعة = 200 وحدة حرارية بريطانية / دقيقة
التبريد طن واحد = 200 وحدة حرارية بريطانية / دقيقة = 3.517 كيلو جول / ثانية = 3.517 كيلو واط9

التعريف الأقل شيوعًا هو: 1 طن من التبريد هو معدل إزالة الحرارة اللازم لتجميد طن متري (أي 1000 كجم) من الماء عند 0 درجة مئوية في 24 ساعة. استنادًا إلى حرارة الانصهار التي تبلغ 333.55 كج / كغ ، 1 طن من التبريد = 13،898 كج / ساعة = 3.861 كيلو وات. كما يمكن أن يرى ، 1 طن من التبريد أكبر بنسبة 10 ٪ من 1 طن من التبريد.

تتراوح معظم وحدات تكييف الهواء السكنية بين 1 إلى 5 أطنان من التبريد.

أنظر أيضا

  • فيزياء درجات الحرارة المتدنية
  • الحرارة
  • مبرد
  • ثلاجة

ملاحظات

  1. ↑ تكييف الهواء والتبريد الزمني. ASHRAE.org. تم استرجاعه في 4 أغسطس 2008.
  2. Adv ظهور التبريد الميكانيكي يغير الحياة اليومية والاقتصادات الوطنية في جميع أنحاء العالم. العلم وأوقاته: 1800-1899. تم استرجاعه في 4 أغسطس 2008.
  3. ub Aubrey F. Burstall ، 1965. تاريخ الهندسة الميكانيكية. (Cambridge، MA: The MIT Press. ISBN 026252001X).
  4. process تحسين عملية الإنتاج الاصطناعي للجليد. مكتب براءات الاختراع الأمريكي ، براءات الاختراع 8080 ، 1851. تم استرجاعه في 4 أغسطس 2008.
  5. الأعاجيب الحديثة تاريخ الثلاجة.history.com. تم استرجاعه في 4 أغسطس 2008.
  6. ماريو مولينا ، وف. رولاند. 1974. بالوعة الستراتوسفير للكلوروفلوروميثان: تدمير ذرة الكلور للأوزون. طبيعة 249:810-812, 28.
  7. ↑ ليندا مانينغ. 2001. دورة ضغط البخار المثالية. جامعة نيفادا. تم استرجاعه في 4 أغسطس 2008.
  8. . R.H. Perry و D.W. أخضر. عام 1984. دليل بيريز للمهندسين الكيميائيين ، 6th ed. (New York، NY: McGraw Hill، Inc. ISBN 0070494797) ، 12-27 إلى 12-38.
  9. ↑ دليل وحدات SI. NIST. تم استرجاعه في 4 أغسطس 2008.

المراجع

  • Althouse و Andrew D. و Carl H. Turnquist و Alfred F. Bracciano. 2003. التبريد الحديثة وتكييف الهواء ، الطبعة ال 18. Tinley Park، IL: Goodheart-Wilcox Publishing. ISBN 1590702808.
  • أندرسون ، أوسكار إدوارد. عام 1972. التبريد في أمريكا: تاريخ التكنولوجيا الجديدة وتأثيرها. برينستون ، نيوجيرسي: مطبعة كنيكات. ISBN 0804616213.
  • Burstall، Aubrey F. 1965. تاريخ الهندسة الميكانيكية. كامبريدج ، ماساتشوستس: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ISBN 026252001X.
  • ماثور ، م. ميهتا. عام 1986. الديناميكا الحرارية وهندسة الطاقة الحرارية: في وحدات MKS و SI. نيودلهي: جاين.
  • مولينا ، ماريو جيه ، وإف. رولاند. 1974. بالوعة الستراتوسفير للكلوروفلوروميثان: تدمير ذرة الكلور للأوزون. طبيعة 249:810-812, 28.
  • Perry و R.H. و D.W. أخضر. عام 1984. دليل بيريز للمهندسين الكيميائيين ، 6th ed. New York، NY: McGraw Hill، Inc. ISBN 0070494797.
  • شاختمان ، توم. 2000. الصفر المطلق: والغزو من البرد. بوسطن ، ماساتشوستس: شركة هوتون ميفلين ردمك 0618082395.
  • Stoecker و W.F. و J.W. جونز. عام 1982. التبريد وتكييف الهواء. نيويورك ، نيويورك: ماكجرو هيل للنشر. ISBN 9780070616196.
  • وولريش ، ويليس ريموند. 1967. الرجال الذين خلقوا البرد: تاريخ التبريد. نيويورك ، نيويورك: معرض الصحافة.

روابط خارجية

تم استرداد جميع الروابط في 27 يوليو 2020.

شاهد الفيديو: تبريد المنازل بلماء مع عباس جاسب البهادلي (أغسطس 2021).

Pin
Send
Share
Send