آشنایی با کمپرسور یا موتور سردخانه
سردخانه‌ها امروزه جزء جدایی ناپذیر صنایع غذایی، کشاورزی، دارویی و … هستند. از سردخانه‌ها برای نگهداری طولانی مدت مواد و محصولاتی که احتمال فاسد شدنشان وجود دارد استفاده می‌شود. برای راه اندازی یک سردخانه نیاز به تأسیسات برودتی قدرتمندی وجود دارد؛ که قلب این تأسیسات برودتی کمپرسور سردخانه بوده و مهم‌ترین جزء آن محسوب می‌شود. امروزه با پیشرفت صنایع کمپرسوری، انواع مختلف کمپرسورها با ظرفیت‌های سرمایشی مختلفی تولید می‌شوند و این امکان را برای طراحان فراهم می‌کنند که سردخانه‌هایی با ظرفیت نگهداری مختلف و با بارهای حرارتی متفاوت احداث نمایند. در ساخت سردخانه‌ها ممکن است بسته به نوع طراحی آن از کمپرسورهای رفت و برگشتی، اسکرو، اسکرال و … استفاده شود. در این مقاله قصد داریم در مبحث موتور سردخانه به سراغ انواع کمپرسور سردخانه برویم، با آنها بیشتر آشنا شویم و در پایان ببینیم ملاک‌های انتخاب یک کمپرسور جهت احداث سردخانه چه چیزهایی خواهد بود.
نحوۀ عملکرد کلی سردخانه‌ها
سردخانه‌ها در حقیقت به مانند یک یخچال فریزر بزرگ عمل می‌کنند. به این معنا که نحوۀ طراحی آنها درست مانند یک یخچال ساده بوده و برای خنک سازی محیط داخل از سیکل تبرید تراکمی کمک می‌گیرند. در سیکل‌های تبرید تراکمی از کمپرسور به عنوان قلب اصلی سیکل نام برده می‌شود. این کمپرسور است که نیروی لازم جهت به گردش در آوردن سیال مبرد در طول سیکل را تأمین می‌کند. سیال مبرد بسته به نوع طراحی سردخانه ممکن است از نوع آمونیاک یا گازهای فریونی باشد. شروع سیکل از کمپرسور سردخانه است. سیال مبرد وارد کمپرسور شده و با شروع به فعالیت کمپرسور تا حد بالایی فشرده می‌شود. این عمل باعث بالا رفتن دما و فشار سیال مبرد می‌گردد. در دومین مرحله سیال مبرد وارد بخش کندانسور دستگاه می‌گردد. کندانسور واحدهای سردخانه‌ای ممکن است به صورت هواخنک یا آب خنک طراحی شوند. انتخاب نوع کندانسور بستگی به ظرفیت سرمایشی سردخانه و کاربرد آن دارد. در این مرحله سیال مبرد طی یک فرایند فشار ثابت دمای خود را تا حدی از دست داده و خنک می‌شود.
سومین مرحله از سیکل تبریدی سردخانه‌ها عبور سیال مبرد از یک شیر انبساطی یا همان فشارشکن است. فشار سیال مبرد با عبور از شیر انبساطی به یک باره کاهش می‌یابد که در نتیجه بخش عمده‌ای از سیال به گاز اشباع تبدیل شده و بخشی از آن نیز در حالت مایع اشباع باقی می‌ماند. با کاهش فشار محیط، فشار بخار سیال نیز کاهش یافته و در نتیجه دمای جوش سیال بسیار پایین‌تر از فشار جو خواهد بود. مسئله‌ای که از آن در چهارمین مرحله از سیکل تبرید تراکمی سردخانه استفاده می‌شود.
با ورود سیال مبرد به بخش اواپراتور، با توجه به اختلاف دمای موجود بین سیال مبرد جاری در اواپراتور و محیط اطراف، سیال مبرد گرمای محیط را جذب کرده و تماما به گاز اشباع تبدیل می شود و در نتیجه دمای محیط اطراف به شکل چشمگیری کاهش می یابد. سیال مبرد پس از عبور از بخش اواپراتور دوباره به کمپرسور سردخانه برخواهد گشت. اواپراتور سردخانه می‌تواند به شکل‌های متفاوتی ساخته شود. برای مثال ممکن است سرمایش از سمت دیواره‌های سردخانه یا از کف صورت بگیرد. یا حتی می‌توان از یک مبدل حرارتی پوسته لوله برای تکمیل فرایند سرمایش سردخانه کمک گرفت. در مجموع این کل فرایندی است که در سرخانه‌ها انجام می‌شود تا محیط سردخانه خنک شود.
دسته‌بندی سردخانه‌ها بر مبنای انواع کمپرسور سردخانه
کمپرسورهایی که در سردخانه ها مورد استفاده قرار می گیرند، ممکن است از نوع هرمتیک ویا سمی هرمتیک باشند. همچنین طراحی کمپرسورها می تواند به صورت تک مرحله ای یا چند مرحله ای صورت گرفته باشد. با توجه به اینکه کمپرسور قلب متحرک سیکل های تبرید تراکمی به حساب می آید، انتخاب نوع موتور روی ظرفیت سرمایشی سردخانه و گنجایش آن نیز تاثیر می‌گذارد. اینکه از کدام یک از انواع کمپرسور سردخانه بالا در ساخت سردخانه‌ها استفاده شود، بستگی به گنجایش حجمی سردخانه، ظرفیت سرمایشی سردخانه و کاربرد آن دارد. در ادامه به صورت مختصر به معرفی هر یک از این دسته‌ها خواهیم پرداخت.
بررسی موتور سردخانه ای هرمتیک و سمی هرمتیک
کمپرسورها معمولاً به سه شکل باز، بسته و نیمه بسته طراحی می‌شوند. منظور از هرمتیک همان کمپرسورهای بسته بوده و سمی هرمتیک نیز به معنای کمپرسورهای نیمه بسته می‌باشد. در کمپرسورهای بسته یا همان هرمتیک موتور و سایر اجزای کمپرسور در داخل یک پوسته قرار گرفته و طراحی آن به شکلی است که امکان دسترسی به قطعات داخلی کمپرسور وجود ندارد. به همین خاطر است که اگر کمپرسورهای هرمتیک دچار مشکل شوند، امکان تعمیرات آنها به شکل کلی وجود ندارد و اغلب به صرفه نیست. از سیستم‌های هرمتیک برای راه اندازی سردخانه‌های کوچک و با ظرفیت سرمایشی پایین استفاده می‌شود. مهم ترین مزیت کمپرسورهای هرمتیک این است که از آسیب‌های محیطی مانند ورود ذرات گردوغبار و … به داخل محیط کمپرسور و موتور در امان خواهد بود.
کمپرسورهای سمی هرمتیک سردخانه‌ای تقریباً از نظر شکل طراحی شبیه کمپرسورهای هرمتیک هستند. به شکلی که همچنان از یک پوستۀ واحد جهت محافظت از موتور و قطعات کمپرسور استفاده می‌شود. اما یک تفاوت اصلی بین سیستم‌های سمی هرمتیک و هرمتیک وجود دارد. و آن این است که در صورت لزوم امکان دسترسی به قطعات داخلی کمپرسور نیز فراهم خواهد بود. از کمپرسورهای سمی هرمتیک برای راه اندازی سردخانه‌هایی با ظرفیت‌های سرمایشی متفاوت می‌توان سود برد.
کمپرسور سمی هرمتیک
کمپرسور سردخانه سیلندری پیستونی
کمپرسورهای سیلندری پیستونی یا همان کمپرسورهای رفت و برگشتی، جزء پرقدرت‌ترین کمپرسورهای موجود در بازار هستند. سال‌های سال است که از کمپرسورهای پیستونی در ساخت سیکل‌های تبرید تراکمی استفاده می‌شود. در طراحی سردخانه‌ها نیز این کمپرسورها جزء انتخاب‌های متداول به حساب می‌آیند. دلیل این اولویت انتخاب، تنوع ظرفیت سرمایشی کمپرسورهای سیلندری پیستونی است. از این کمپرسورها می‌توان برای راه اندازی سردخانه‌هایی با گنجایش‌های مختلف و ظرفیت‌های سرمایشی متفاوت بهره برد. کمپرسورهای سردخانه‌ای سیلندری پیستونی ممکن است دارای یک تا چند محفظه پیستون باشند و کار فشرده سازی سیال مبرد را انجام دهند.
کمپرسور سیلندری پیستونی
کمپرسور سردخانه اسکرو
در میان انواع کمپرسور سردخانه کمپرسورهای اسکرال جزء کمپرسورهایی هستند که در سالیان گذشته به عنوان جایگزین مناسب کمپرسورهای رفت و برگشتی مطرح شده‌اند. نحوۀ طراحی کمپرسورهای اسکرال به گونه‌ای است که از دو مارپیچ برای فشرده سازی سیال مبرد استفاده می‌شود. مارپیچ بالایی ثابت بوده و گردش مارپیچ پایینی باعث فشرده سازی سیال مبرد می‌گردد. در کمپرسورهای اسکرال اتلاف انرژی به حداقل میزان ممکن می‌رسد و بازدهی عملکرد موتور در حد ایده‌آلی خواهد بود. به همین خاطر است که در ساخت انواع سردخانه‌ها با ظرفیت‌های سرمایشی مختلف از کمپرسورهای اسکرال استفاده می‌شود. کمپرسورهای اسکرال گاهی به صورت هرمتیک و گاه به شکل سمی هرمتیک طراحی و ساخته می‌شوند که بنا به نوع کاربرد مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم ترین مزیت کمپرسورهای اسکرال طول عمر بالای آنها است. با توجه به اینکه قطعات متحرک در کمپرسورهای اسکرال به حداقل میزان ممکن می‌رسد، در نتیجه از میزان اصطکاک بین قطعات و صدمات احتمالی نیز تا حد بالایی کاسته می‌شود.
کمپرسور-اسکرو
کمپرسور سردخانه اسکرو
کمپرسورهای اسکرو از نظر نوع عملکرد تقریباً شبیه نوع اسکرال هستند. با این تفاوت که در کمپرسورهای اسکرو عمل فشرده سازی سیال با کمک دو رزوه مارپیچ گردان صورت می‌گیرد. این شکل از فشرده سازی باعث می‌شود تا کمپرسورهای اسکرو حتی توانایی فشرده سازی مقادیر کم سیال مبرد را نیز داشته باشند.مهم ترین مزیت کمپرسورهای اسکرو مصرف پایین انرژی الکتریکی در آنهاست. ضمن اینکه به واسطۀ نوع طراحی کمپرسورهای اسکرو، این کمپرسورها دیگر نیازی به سوپاپ مکش و دهش نخواهند داشت و عمل خنک سازی قطعات داخلی کمپرسور و رزوه‌های آن به کمک پاشش روغن روی قطعات انجام می‌گیرد. کمپرسورهای سردخانه‌ای اسکرو ممکن است به صورت هرمتیک و یا سمی هرمتیک طراحی شوند. از این کمپرسورها در طراحی سردخانه‌هایی با ظرفیت سرمایشی متفاوت می‌توان بهره برد.
موتور سردخانه آمونیاکی
دراغلب سیکل تبرید تراکمی از گازهای مبرد فریونی یا همان CFC, HFC استفاده می شود. اما گاهی نیز از سیال‌های دیگری مانند آمونیاک در ساخت سردخانه‌ها استفاده می‌شود؛ که کمپرسور به کار رفته در سردخانه‌های آمونیاکی را اصطلاحاً کمپرسور آمونیاکی می‌نامند. گاز آمونیاک پس از خروج از کمپرسور تماماً در حالت بخار متراکم بوده و با دما و فشار بالایی وارد بخش کندانسور می‌شود؛ که در این مرحله عمل کندانس روی سیال آمونیاک انجام شده و از حالت گازی به حالت مایع اشباع درمی‌آید.
استفاده از آمونیاک جهت راه اندازی سردخانه‌ها محاسنی دارد از جمله اینکه طول عمر سردخانه را افزایش می‌دهد. زیرا در سیکل‌های آمونیاکی میزان اصطکاک‌ها کمتر شده و در نتیجه قطعات دستگاه دیرتر فرسوده می‌شوند. مزیت دیگر این سردخانه‌ها امکان استفاده از یک موتورخانۀ مرکزی برای کل فضای سالن‌های سردخانه است. این مزایا سبب شده تا برای راه اندازی سردخانه‌هایی با تناژ بالا از این سیال مبرد و موتور سردخانه آمونیاکی استفاده شود.
راهنمای انتخاب کمپرسور سردخانه
در انتخاب کمپرسور مناسب برای احداث یک سردخانه موارد مشخصی را باید در نظر گرفت. نخست اینکه هدف اصلی از راه اندازی سردخانه چیست و قرار است چه محصول یا محصولاتی را در آن نگهداری کرد. سپس لازم است مشخص کنید که برای نگهداری این محصولات نیاز به چه محدودۀ دمایی دارید و تناژ کلی سردخانه قرار است چه مقداری باشد. پس از مشخص کردن این موارد نوبت به طراحی سردخانه می‌رسد. برای انتخاب یک کمپرسور مناسب برای ساخت سردخانه در این مرحله لازم است تمامی بارهای گرمایی وارد شده به سردخانه یا هدررفت گرما را در فضای سردخانه محاسبه کرد. فراموش نکنید که هدف اصلی در سردخانه‌ها مدیریت دمای محیط سالن‌های آن است. و در واقع وظیفۀ کمپرسور و سیکل تبرید تراکمی در سردخانه‌ها همین است. این بارهای گرمایی شامل انرژی گرمایی هدررفته از دیواره‌ها، انرژی گرمایی حاصل از ورود افراد به سالن‌ها، بار گرمایی حاصل از روشنایی سالن‌ها، بار گرمایی حاصل از فن‌های اواپراتور و … می‌شود. پس از محاسبۀ تمامی این بارهای گرمایی نوبت به انتخاب تجهیزات مناسب برای راه اندازی سردخانه می‌رسد.
جمع‌بندی
کمپرسورها به عنوان قلب متحرک سیکل‌های تبرید تراکمی عمل می‌کنند. در حقیقت این کمپرسور است که انرژی لازم برای گردش سیال مبرد در طول سیکل را فراهم می‌کند. سردخانه‌ها دسته‌ای دیگر از صنایع تبریدی هستند که به منظور حفظ و نگهداری محصولات غذایی، کشاورزی، دارویی و … ساخته می‌شوند. کمپرسور سردخانه‌ها بسته به نوع کارایی سردخانه و تناژ آن مشخص می‌شود. موتور سردخانه‌ها برمبناهای متفاوتی دسته بندی می‌شوند. از جمله دسته بندی‌های معمول، دسته بندی بر مبنای کمپرسورهای سردخانه‌ای زیر صفر و بالای صفر، کمپرسورهای هرمتیک و نیمه هرمتیک، نوع طراحی کمپرسور و … است. برای انتخاب کمپرسور مناسب در میان انواع کمپرسور سردخانه موجود انجام این موارد لازم است : 1- تعریف 2- محاسبات بارهای گرمایی 3- محاسبات حاشیه‌ای جهت انتخاب سایر دستگاه‌ها 4- انجام برآورد قیمت.
