کمپرسورهای برودتی و تهویه مطبوع، هیت‌پمپ و سیستم‌های چیلر و بطور کلی تمام تأسیسات چه کوچک و چه در مقیاس بزرگ نیازمند کمپرسور برای ایجاد سرما هستند. آنها برای کاهش دما از سیستم فشرده‌سازی استفاده می کنند و بخار را از تبخیر کننده خارج می کنند. اکثر کمپرسورهای برودتی (کمپرسورهای استفاده کننده از مبرد) واحدهای مکانیکی بزرگی هستند که قلب سیستمهای خنک کننده صنعتی ، گرمایش ، تهویه و تهویه هوا (HVAC) را تشکیل می دهند. بسیاری از کمپرسورهای تهویه مطبوع نیز دستگاه های مکانیکی در مقیاس بزرگ هستند. با این حال ، این کمپرسورها مخصوصاً برای سیستمهای تهویه مطبوع طراحی شده اند و عملکردهای گرمایش یا تهویه را ارائه نمی دهند. کمپرسورهای برودتی با گرفتن گاز کم فشار بر روی ورودی و فشرده سازی مکانیکی آن کار می کنند. مکانیسم های مختلف فشرده سازی انواع مختلفی هستند که کمپرسورها را از هم متمایز می کنند. این فشرده سازی باعث ایجاد درجه حرارت و گاز با فشار بالا که یک گام اساسی در چرخه تبرید فراگیر است می شود.

سیکل تبرید

سیکل تبرید یا چرخه پمپ حرارتی مدلی است که انتقال گرما را از مناطقی با دمای پایین به مناطق با دمای بالاتر است. این اصول عملیاتی را در پشت یخچال ، تهویه هوا ، بخاری و سایر دستگاه های "پمپاژ حرارتی" تعریف می کند. این نمودار یک نمای کلی از چرخه تبرید را ارائه می دهد:

حروف A-D اجزای مختلف سیستم را نشان می دهد. اعداد 1-5 حالتهای مختلف فیزیکی مایع مبرد را هنگام حرکت در سیستم نشان می دهد.

  • حالت 1 حالت بعد از عبور مبرد از تبخیر کننده (D) است ، جایی که هوای گرم مایع را گرم می کند و آن را کاملاً به بخار تبدیل می کند.
  • حالت 2 حالت بعد از عبور مایعات از طریق کمپرسور (A) است که باعث افزایش فشار و دمای سیال تا حد بیش از حد گرم می شود.
  • حالات 3 و 4 زمانی است که مایع از تبخیر کننده (B) عبور می کند ، که گرما را به محیط منتقل می کند و مایع را به مایع متراکم می کند.
  • حالت 5 حالت بعد از عبور سیال از دریچه انبساط یا دستگاه اندازه گیری (C) است که باعث کاهش فشار سیال می شود. این مایع را خنک می کند و متعاقباً مایع را به مخلوط مایع / بخار تبدیل می کند.

انواع کمپرسور

تعدادی کمپرسور مختلف وجود دارد که برای تبرید و تهویه هوا مورد استفاده قرار می گیرند. مانند پمپ ها ، ابتدا همه "پمپ های حرارتی" را می توان به عنوان جابجایی مثبت یا جابجایی غیر مثبت (گریز از مرکز) طبقه بندی کرد. کمپرسورهای جابجایی مثبت دارای محفظه هایی هستند که در هنگام فشرده سازی در حجم کاهش می یابند ، در حالی که کمپرسورهای جابجایی غیر مثبت دارای محفظه هایی با حجم ثابت هستند. فراتر از این تمایز ، هر نوع بر اساس مکانیسم خاص خود برای فشرده سازی سیال متفاوت است. پنج نوع اصلی کمپرسور پیستونی، روتاری ، اسکرو ، اسکرال و سانتریفیوژال است.

کمپرسور پیستونی  

 

کمپرسورهای پیستونی که به آنها کمپرسورهای برگشتی نیز گفته می شود ، از موتور پیستونی و سیلندر برای تأمین نیروی فشاری - مانند موتورهای احتراق یا پمپ های پیستونی استفاده می کنند. حرکت برگشتی پیستونی به دلیل قدرت خارجی ، مبرد را درون سیلندر فشرده می کند. کمپرسورهای پیستونی دارای هزینه اولیه کم و طراحی ساده و آسان برای نصب هستند. آنها دامنه خروجی زیادی دارند و می توانند به فشارهای بسیار زیاد برسند. با این حال ، آنها هزینه های تعمیر و نگهداری بالایی ، مشکلات ارتعاش بالقوه دارند ، و به طور معمول طراحی نشده اند تا به طور مداوم با ظرفیت کامل اجرا شوند.

کمپرسور روتاری (دوار)

کمپرسورهای روتاری دو عنصر چرخشی مانند چرخ دنده ها دارند که بین آنها مبرد فشرده می شود. این کمپرسورها بسیار کارآمد هستند زیرا اقدامات گرفتن در مبرد و کمپرسور مبرد به طور همزمان اتفاق می افتد. آنها قطعات بسیار کمی متحرک ، سرعت چرخش کم ، هزینه اولیه اولیه و تعمیر و نگهداری دارند و در محیط های کثیف بخشنده هستند. با این حال ، آنها به حجم کمتری از گاز محدود شده و فشار کمتری نسبت به انواع دیگر کمپرسورها ایجاد می کنند. نمودار زیر عملکرد کمپرسور روتاری را نشان می دهد:          


کمپرسور اسکرو

 

کمپرسورهای اسکرو از یک جفت روتور یا مارپیچ استفاده می کنند که به یکدیگر فشار می دهد تا مبرد را بین آنها فشرده کند. آنها می توانند فشار زیادی را برای مقدار کمی از گاز تولید کنند و نسبت به کمپرسورهای معکوس انرژی کمتری مصرف کنند. هزینه های اولیه و نگهداری پایین تا متوسط و قطعات متحرک کمی دارند. با این حال ، آنها در محیط های کثیف ، سرعت چرخش زیاد و اصطحلاک بیشتر از سایر کمپرسورها دارند.      


کمپرسور اسکرال

کمپرسورهای اسکرال از دو دیسک مارپیچ که برای فشرده سازی مبرد استفاده شده اند ، استفاده می کنند. دیسک بالایی ثابت است در حالی که دیسک پایین به صورت مداری حرکت می کند. کمپرسورهای اسکرال واحدهای آرام و دارای عملکرد صحیح هستند و تعداد کمی از قطعات متحرک و بالاترین نسبت کارایی در انواع کمپرسورها هستند. همچنین برای کنترل مبردها در مایع انعطاف پذیرتر هستند. با این حال ، به دلیل نحوه طراحی و کارکرد پیچیده سیستم، کمپرسورهای اسکرال را نمی توان به راحتی تعمیر کرد و فقط به وسیله ابزارهای پیشرفته و اتوماتیک امکان تعمیر وجود دارد. کمپرسورهای اسکرال معمولاً در سیستم های تهویه مطبوع، خنک کن ها و چیلرهای تجاری استفاده می شوند.    

کمپرسور سانتریفیوژال 

کمپرسورهای سانتریفیوژال از چرخش چرخ پروانه برای اعمال نیروی گریز از مرکز بر مبرد در داخل یک محفظه گرد استفاده می کنند. برخلاف سایر طراحی ها ، کمپرسورهای گریز از مرکز بر اساس اصل جابجایی مثبت کار نمی کنند ، اما دارای محفظه هایی با حجم ثابت هستند. آنها به خوبی برای فشرده سازی حجم زیادی از مبرد تا فشار نسبتاً کم مناسب هستند. نیروی فشاری تولید شده توسط چرخ پروانه اندک است ، بنابراین سیستمهایی که از کمپرسورهای سانتریفیوژال استفاده می کنند ، معمولاً از دو یا چند مرحله (چرخ پروانه ها) به صورت سری استفاده می کنند تا نیروهای فشاری بالایی تولید کنند. کمپرسورهای سانتریفیوژال برای طراحی ساده ، تعداد کمی از قطعات متحرک و راندمان انرژی هنگام کار چند مرحله مطلوب هستند.            

کمپرسور برودتی

معمولاً کمپرسورها برای کار با نوع خاصی از مبرد طراحی شده اند. انتخاب یک کمپرسور تبرید مناسب یا کمپرسور تهویه مطبوع نیاز به پیدا کردن یک کمپرسور برای مبرد مورد نظر برای کاربرد دارد. مبردهایی مانند R-13 یا R-134a از انجمن مهندسان گرمایشی ، برودتی و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) به مبردها داده می شود. مبردهای ایده آل از خواص ترمودینامیکی مطلوب برخوردار بوده و از نظر شیمیایی بی اثر (غیر خورنده) ، سازگار با محیط زیست (قابل تخریب) و ایمن (غیر سمی ، غیرقابل اشتعال) هستند. مایع مورد نظر باید دارای یک نقطه جوش تا حدودی زیر دمای هدف ، گرمای بالای تبخیر ، چگالی مایعات متوسط ، چگالی بالای گاز و دمای بحرانی بالا باشد.