مقالات
کمپرسور چیست؟نقش آن در سیستم‌های برودتی
کمپرسور دستگاهی است که با دریافت انرژی مکانیکی، فشار گاز را افزایش می‌دهد و شرایط لازم برای انتقال یا استفاده از آن را در یک سیستم فراهم می‌کند. کمپرسورها در صنایع مختلف کاربرد دارند، اما در سیستم‌های برودتی نقش آن‌ها مستقیماً با فشرده‌سازی بخار مبرد و ادامه چرخه تبرید مرتبط است.
در یک سیستم سردخانه‌ای، بخار مبرد پس از خروج از اواپراتور وارد کمپرسور می‌شود و با فشار بالاتر به سمت کندانسور حرکت می‌کند. به همین دلیل کمپرسور یکی از اجزای اصلی سیکل تبرید است و عملکرد آن بر شرایط کاری کل سیستم اثر می‌گذارد.
در ادامه بررسی می‌کنیم کمپرسور دقیقاً چگونه کار می‌کند، چه نقشی در سیستم‌های برودتی دارد و انواع مختلف آن چه تفاوتی با یکدیگر دارند.
کمپرسور چه کاری انجام می‌دهد؟
وظیفه اصلی کمپرسور افزایش فشار گاز است. روش انجام این کار به ساختار کمپرسور بستگی دارد؛ در کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت، فشار با کاهش حجم گاز محبوس‌شده افزایش پیدا می‌کند، در حالی که کمپرسورهای دینامیکی ابتدا سرعت گاز را افزایش می‌دهند و سپس بخشی از این انرژی حرکتی را به فشار تبدیل می‌کنند.
در سیستم‌های برودتی، کمپرسور بخار مبرد را از سمت کم‌فشار دریافت می‌کند و پس از افزایش فشار، آن را از بخش دهش به سمت کندانسور می‌فرستد. این فرایند یکی از پایه‌های شکل‌گیری بخش کم‌فشار و پرفشار مدار تبرید است.
کمپرسور برای کار با گاز یا بخار طراحی می‌شود و از این نظر با پمپ تفاوت دارد؛ پمپ معمولاً برای جابه‌جایی و افزایش فشار مایعات به کار می‌رود.
کمپرسور چگونه کار می‌کند؟
عملکرد کمپرسور در یک سیستم برودتی را می‌توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد: ورود بخار مبرد، فشرده شدن آن و خروج بخار با فشار بالاتر. جزئیات این فرایند در کمپرسورهای مختلف متفاوت است، اما مسیر کلی مبرد در همه آن‌ها بر همین اساس شکل می‌گیرد.
ورود گاز به کمپرسور
بخار مبرد پس از عبور از اواپراتور، از مسیر مکش وارد کمپرسور می‌شود. در این بخش از سیکل، مبرد در فشار پایین قرار دارد و کمپرسور آن را برای ورود به مرحله تراکم دریافت می‌کند.
فشرده شدن گاز
پس از ورود بخار مبرد، فرایند تراکم در داخل کمپرسور انجام می‌شود. با فشرده شدن گاز، فشار آن افزایش پیدا می‌کند و هم‌زمان دمای بخار نیز بالاتر می‌رود.
روش انجام این تراکم به نوع کمپرسور بستگی دارد، اما نتیجه در همه آن‌ها افزایش فشار بخار مبرد و آماده شدن آن برای ورود به بخش پرفشار سیستم است.
خروج گاز از کمپرسور
پس از تراکم، بخار مبرد از بخش دهش کمپرسور خارج می‌شود. در این مرحله مبرد فشار و دمای بیشتری نسبت به زمان ورود دارد و از طریق خط دهش به سمت کندانسور حرکت می‌کند.
در کندانسور، گرمای مبرد به محیط اطراف منتقل می‌شود و ادامه سیکل تبرید شکل می‌گیرد. به این ترتیب، کمپرسور بخار مبرد را از بخش کم‌فشار سیستم دریافت کرده و پس از افزایش فشار، آن را وارد بخش پرفشار مدار می‌کند.
کمپرسور در سیکل تبرید چه نقشی دارد؟
برای درک نقش کمپرسور، بهتر است مسیر حرکت مبرد در سیکل تبرید را به‌صورت یک چرخه ببینیم:
اواپراتور →شیر انبساط → کندانسور → کمپرسور → اواپراتور
در اواپراتور، مبرد با جذب گرما از فضای سردخانه تبخیر می‌شود و به شکل بخار کم‌فشار به سمت کمپرسور حرکت می‌کند. کمپرسور این بخار را دریافت کرده و با افزایش فشار، آن را به سمت کندانسور می‌فرستد.
در کندانسور، مبرد گرمای خود را به محیط پس می‌دهد و از حالت بخار به مایع تبدیل می‌شود. پس از آن، مبرد از شیر انبساط عبور می‌کند؛ در این مرحله فشار آن کاهش پیدا می‌کند و دوباره برای ورود به اواپراتور و جذب گرما آماده می‌شود.
در این چرخه، کمپرسور فشار بخار مبرد خروجی از اواپراتور را افزایش می‌دهد و آن را وارد سمت پرفشار سیستم می‌کند. در ادامه، شیر انبساط باعث افت فشار مبرد پیش از ورود دوباره به اواپراتور می‌شود. عملکرد این اجزا در کنار یکدیگر، بخش کم‌فشار و پرفشار سیکل را شکل می‌دهد و شرایط لازم برای جذب گرما در اواپراتور و دفع آن در کندانسور را فراهم می‌کند.
به همین دلیل، کمپرسور را می‌توان یکی از اجزای اصلی در گردش مبرد و ادامه کار سیکل تبرید دانست؛ اگر اختلاف فشار مناسب میان دو سمت سیستم وجود نداشته باشد، فرایند تبخیر، تراکم، تقطیر و انبساط به شکل موردنظر ادامه پیدا نمی‌کند.
آیا کمپرسور مستقیماً سرما تولید می‌کند؟
خیر؛ کمپرسور به‌تنهایی سرما تولید نمی‌کند و محل اصلی جذب گرما از فضای سردخانه نیز نیست. این فرایند در اواپراتور انجام می‌شود؛ جایی که مبرد با جذب گرمای محیط تبخیر می‌شود و دمای فضای سردخانه کاهش پیدا می‌کند.
وظیفه کمپرسور این است که بخار مبرد خروجی از اواپراتور را فشرده کند و فشار آن را افزایش دهد تا مبرد بتواند در ادامه مسیر، گرمای جذب‌شده را در کندانسور به محیط منتقل کند. به این ترتیب، کمپرسور شرایط لازم برای ادامه چرخه انتقال حرارت و گردش مبرد را فراهم می‌کند.
بنابراین عملکرد سرمایشی یک سردخانه نتیجه کار هماهنگ اجزای مختلف سیکل تبرید است و کمپرسور یکی از بخش‌های اصلی این چرخه محسوب می‌شود، نه دستگاهی که به‌تنهایی سرما ایجاد کند.
انواع کمپرسور چگونه دسته‌بندی می‌شوند؟
از نظر شیوه افزایش فشار گاز، کمپرسورها در دو خانواده اصلی جابه‌جایی مثبت و دینامیکی قرار می‌گیرند. تفاوت اصلی این دو خانواده به روشی برمی‌گردد که انرژی مکانیکی را به افزایش فشار گاز تبدیل می‌کنند.
کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت
در کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت، مقدار مشخصی از گاز در فضای داخلی دستگاه محبوس می‌شود و با کاهش حجم این فضا، فشار گاز افزایش پیدا می‌کند.
کمپرسور پیستونی با حرکت رفت‌وبرگشتی پیستون داخل سیلندر عمل تراکم را انجام می‌دهد. در کمپرسور اسکرو این فرایند میان روتورهای مارپیچی رخ می‌دهد و در کمپرسور اسکرال حرکت دو قطعه مارپیچی باعث کوچک‌شدن تدریجی فضای حاوی گاز می‌شود.
کمپرسورهای دینامیکی
در کمپرسورهای دینامیکی ابتدا سرعت گاز افزایش پیدا می‌کند و سپس بخشی از انرژی حرکتی جریان به فشار تبدیل می‌شود.
کمپرسور سانتریفیوژ یکی از نمونه‌های این خانواده است که در آن پروانه با سرعت بالا به گاز انرژی می‌دهد و مسیر بعدی جریان باعث تبدیل بخشی از سرعت به فشار می‌شود.
بنابراین تفاوت اصلی دو خانواده در این است که کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت فشار را با کاهش حجم گاز و کمپرسورهای دینامیکی با افزایش سرعت جریان و تبدیل انرژی آن به فشار ایجاد می‌کنند.
چه نوع کمپرسورهایی در سیستم‌های برودتی استفاده می‌شوند؟
در سیستم‌های برودتی می‌توان با کمپرسورهای پیستونی، اسکرو، اسکرال و در برخی کاربردهای بزرگ با کمپرسورهای سانتریفیوژ روبه‌رو شد. تفاوت کاربرد این تجهیزات به ساختار سیستم و محدوده کاری آن‌ها برمی‌گردد.
کمپرسور پیستونی:
کمپرسورهای پیستونی در طیف گسترده‌ای از تجهیزات تبرید تجاری و صنعتی، از واحدهای کوچک‌تر سرمایشی تا برخی سردخانه‌ها و سیستم‌های صنعتی، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کمپرسور اسکرو:
کمپرسورهای اسکرو بیشتر در سیستم‌های تبرید صنعتی و مجموعه‌هایی دیده می‌شوند که به کارکرد مداوم و ظرفیت‌های بالاتر نیاز دارند. این خانواده در بسیاری از تأسیسات برودتی صنعتی و سردخانه‌ای کاربرد دارد.
کمپرسور اسکرال:
کمپرسور اسکرال بیشتر در تبرید تجاری و سبک‌تجاری، یونیت‌های سرمایشی و برخی سردخانه‌های کوچک‌تر کاربرد دارد. ساختار فشرده این خانواده باعث شده در تجهیزات برودتی مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
کمپرسور سانتریفیوژ:
کمپرسورهای سانتریفیوژ بیشتر در چیلرها و سامانه‌های سرمایشی با ظرفیت بالا دیده می‌شوند و نسبت به پیستونی، اسکرو و اسکرال کاربرد متفاوتی در حوزه سرمایش دارند.
تفاوت کمپرسور برودتی با کمپرسور هوا چیست؟
اصل کار در هر دو دستگاه بر پایه فشرده‌سازی گاز و افزایش فشار آن است، اما نوع سیال و هدف استفاده از کمپرسور با یکدیگر تفاوت دارد.
در کمپرسور برودتی، سیال کاری مبرد است و کمپرسور به‌عنوان بخشی از یک مدار بسته فعالیت می‌کند. بخار مبرد از اواپراتور وارد کمپرسور می‌شود، فشار آن افزایش پیدا می‌کند و سپس برای ادامه سیکل تبرید به سمت کندانسور می‌رود. مبرد پس از عبور از سایر اجزای سیستم دوباره به اواپراتور و سپس کمپرسور بازمی‌گردد.
در مقابل، کمپرسور هوا برای دریافت و فشرده‌کردن هوا طراحی شده است. هوای فشرده تولیدشده می‌تواند برای تجهیزات پنوماتیک، ابزارهای بادی، خطوط تولید یا کاربردهای صنعتی مختلف مورد استفاده قرار گیرد و بخشی از سیکل تبرید نیست.
بنابراین هرچند هر دو دستگاه گاز را فشرده می‌کنند، کمپرسور برودتی برای کار با مبرد و حفظ گردش آن در سیکل سرمایش طراحی می‌شود، در حالی که کمپرسور هوا وظیفه تأمین هوای فشرده را بر عهده دارد.
کمپرسور در چه سیستم‌های سرمایشی استفاده می‌شود؟
کمپرسور در بسیاری از سیستم‌های سرمایشی که بر پایه سیکل تبرید تراکمی کار می‌کنند، یکی از اجزای اصلی مدار است. نوع و ساختار کمپرسور با توجه به کاربرد سیستم متفاوت خواهد بود.
از مهم‌ترین کاربردهای آن می‌توان به سردخانه‌های صنعتی، سیستم‌های تبرید تجاری، چیلرهای تراکمی، یخچال و فریزر و برخی سیستم‌های تهویه مطبوع اشاره کرد.
با وجود تفاوت در ابعاد و شرایط کاری این تجهیزات، نقش کلی کمپرسور مشابه است: دریافت بخار مبرد در فشار پایین، افزایش فشار آن و هدایت مبرد به بخش پرفشار سیکل برای ادامه فرایند سرمایش.
کاربرد کمپرسور در سردخانه‌ها
در سردخانه، کمپرسور بخشی از سیستم تبریدی است که شرایط لازم برای انتقال گرمای جذب‌شده از داخل سالن به بیرون را فراهم می‌کند. این تجهیز در سردخانه‌های نگهداری بالای صفر، سالن‌های زیر صفر، تونل‌های انجماد و دیگر تأسیسات برودتی صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شرایط کاری کمپرسور در این کاربردها یکسان نیست. دمای موردنیاز سالن، نوع مبرد و طراحی سیکل باعث می‌شوند کمپرسور در هر سیستم تحت شرایط متفاوتی کار کند؛ به همین دلیل کاربرد آن در یک سردخانه بالای صفر با یک تونل انجماد از نظر شرایط عملکرد یکسان نیست.
چرا عملکرد یک کمپرسور در همه شرایط یکسان نیست؟
یک کمپرسور در تمام سیستم‌ها و شرایط کاری، ظرفیت و عملکرد ثابتی ندارد. مشخصات عملکرد هر مدل به شرایطی بستگی دارد که کمپرسور در آن کار می‌کند و با تغییر این شرایط، ظرفیت برودتی، توان مصرفی و سایر پارامترهای عملکرد نیز تغییر می‌کنند.
نوع مبرد یکی از عوامل مؤثر است؛ زیرا مبردهای مختلف خواص ترمودینامیکی و فشارهای کاری متفاوتی دارند. دمای تبخیر و تقطیر نیز روی فشار مکش، فشار دهش و نسبت فشار کمپرسور اثر می‌گذارند.
برای مثال، کاهش دمای تبخیر یا افزایش دمای تقطیر می‌تواند نسبت فشار کمپرسور را افزایش دهد و ظرفیت برودتی، توان مصرفی و دمای دهش آن را تغییر دهد. به همین دلیل یک عدد ظرفیت را نمی‌توان بدون توجه به شرایطی که برای آن اعلام شده است به همه سیستم‌های برودتی تعمیم داد.
اگر بعد از آشنایی با عملکرد کمپرسور می‌خواهید مدل‌های مورد استفاده در پروژه‌های برودتی و معیارهای بررسی این تجهیزات را دقیق‌تر ببینید، می‌توانید به صفحه کمپرسور سردخانه مراجعه کنید.
سوالات متداول درباره چیستی کمپرسور
کمپرسور دستگاهی است که گاز را دریافت می‌کند و با فشرده‌کردن آن، فشار گاز را افزایش می‌دهد. این تجهیزات در صنایع مختلف از جمله سیستم‌های برودتی، هوای فشرده و تهویه مطبوع کاربرد دارند.
در سردخانه، کمپرسور بخار مبرد خروجی از اواپراتور را فشرده کرده و با فشار بالاتر به سمت کندانسور می‌فرستد. این فرایند به حفظ اختلاف فشار و ادامه گردش مبرد در سیکل تبرید کمک می‌کند.
خیر. جذب گرما از فضای سردخانه در اواپراتور انجام می‌شود. کمپرسور با ایجاد شرایط فشار مناسب، ادامه چرخه انتقال حرارت و گردش مبرد را ممکن می‌کند.
کمپرسور عمدتاً برای افزایش فشار گازها استفاده می‌شود، در حالی که پمپ معمولاً برای جابه‌جایی و افزایش فشار مایعات به کار می‌رود.
کمپرسور برودتی با مبرد کار می‌کند و بخشی از مدار بسته سیستم سرمایش است. کمپرسور هوا برای فشرده‌کردن و تأمین هوای فشرده در کاربردهای مختلف طراحی می‌شود.
در اصطلاح رایج گاهی به کمپرسور «موتور سردخانه» گفته می‌شود، اما از نظر فنی موتور و کمپرسور دو بخش با وظایف متفاوت هستند. موتور انرژی مکانیکی لازم برای کار کمپرسور را تأمین می‌کند. در برخی کمپرسورها موتور و مجموعه تراکم داخل یک پوسته قرار دارند و در برخی ساختارهای صنعتی، الکتروموتور به‌صورت جداگانه به کمپرسور متصل می‌شود.