آشنایی با سیستم های تبرید آبشاری

سیستم های تبرید آبشاری:

این سیستم ها برخی از مشکلات سیستم های تک مبردی را حل می کنند. سیستم آبشاری شامل دو مدار جدا از هم با مبرد های متفاوتی هستند که در محدوده خاصی از دما فعالیت می کنند. این دو سیکل به وسیله کندانسور آبشاری به یک دیگر متصل اند که در واقع این جز ارتباطی برای سیکل دما پایین به صورت کندانسور و برای سیکل دما بالا به صورت اواپراتور عمل می کند. مبرد های معمولی برای مدار حرارت بالا عبارتند از R-22، آمونیاک، R-507 و R-404a. برای مدار کم دما، معمولا یک مبرد با فشار بالا با چگالی بخار بالا (حتی در دماهای پایین) انتخاب می شود. سال هاست کهR-503 ، یک مخلوط آیزنتروپیک از R-13 و R-23، یک انتخاب پرکاربرد است، اما R-503 دیگر در دسترس نیست زیرا R-13 یک کلروفلوئورو کربن (CFC) ازن استیل است. مبرد R-23 مبردی که می توان به تنهایی و بدون نیاز به مخلوط کردن آن را به کار گرفت منتهی مراتب مبرد های R-508، مبرد R-23 آیزنتروپیک، و R-116 دارای خواص بهتری اند که در بخش خنک کاری سیکل های دما پایین به طور کامل توضیح داده شدهاست..

سیستم های آبشاری دارای برخی از مزایای حرارتی سیستم های تک مبرده دو مرحله ای می باشند، سیستم ها تک مبرده: تقریبا تمامی گاز فلاش را حذف می کنند و درصدی از فشار بین اواپراتور دما پایین و کندانسور را میان هر کمپرسور تقسیم  می کند. سیستم های آبشاری دارای کمبود حرارت هستند بنابراین نیاز به تامین افزیش دمای اضافی کندانسور آبشاری دارند، زیرا دمای چگالش مبرد دما پایین بیشتر از دمای تبخیر مبرد دما بالا است. یک دمای بهینه برای حداقل مصرف انرژی در کندانسور وجود دارد، همان طور که یک فشار متوسط بهینه برای سیستم های دومرحله ای تک مبرده وجود دارد.

شکل 3 یک مخزن را نمایش می دهد که هنگامی که مدار خاموشاست فشار را محدود می کند. در  دمای اتاق اگر مبرد های R-23 و R-508 در حالت مایع وجود داشته باشند فشار مبرد های درون سیستم از kpa4000 بیشتر می شود. تمامی سیستم های دما پایین باید قادر به جایگزینی این فشار باشند. همان طور که در نمودار 4 نشان داده شده است این فرآیند در یک مخزن حجم ثابت رخ می دهد. هنگامی که سیستم در دمای پایین فعالیت می کند، مبرد در سیستم ترکیبی، از مایع و بخار است که با نقطه A نمایش داده می شود. هنگامی که سیستم خاموش می شود مبرد شروع به گرم شدن می کند . خط حجم ثابت را طی می کند و با افزایش فشار بر منحنی فشار اشباع منطبق می شود. هنگامی که خط بخار اشباع به نقطه B  می رسد با فزایش دما فشار های جزئی افزایش می یابد به علت آن که مبرد در حالت سوپرهیت قرار دارد. سیستم های آبشاری بزرگ معمولا در کاربرد های بزرگ ومهندسی در دسترس هستند اما سیستم ها کوچک تر نیز در دسترس هستند. شکل 5 یک سیستم دو مرحله ای با تجهیزات کمکی مورد نیاز را نشان می دهد.  شکل 6 یک سیستم آبشار سه مرحله ای را نشان می دهد.