کمپرسور

کمپرسور تبرید یا برودتی جزئی اساسی از سیستم سردخانه محسوب می‌شود. کمپرسورها مسئول فشرده‌سازی گاز مبرد هستند که طی آن گاز مبرد با دما و فشار پایین به دما و فشار بالا تغییر وضعیت می‌دهد. انتخاب کمپرسور سردخانه‌ به عوامل مختلفی شامل تناژ سردخانه، بار برودت مورد نیاز، هزینه در نظر گرفته شده برای انرژی و ویژگی‌های منحصربه‌فرد محصول انبار شده بستگی دارد.

کمپرسورها به لحاظ نحوه انجام عمل تراکم به پنج نوع اسکرو، رفت و برگشتی (پیستونی)، اسکرال، روتاری و سانتریفیوژی (گریز از مرکز) و به لحاظ نوع اتصال موتور و سطح دسترسی‌پذیری به سه دسته هرمتیک (بسته)، سمی هرمتیک (نیمه بسته) و باز طبقه‌بندی می‌شوند. همچنین به لحاظ نوع مبرد می‌توان کمپرسورها را به دو دسته کمپرسورهای آمونیاکی و کمپرسورهای فلوئوروکربن (HFC) تقسیم کرد که در دسته دوم مبردهای سنتتیکی همچون R134a or R410a به کار می‌رود.

انواع کمپرسور

کمپرسورها به لحاظ نحوه تراکم به پنج نوع اسکرو، رفت و برگشتی (پیستونی)، اسکرال، روتاری و سانتریفیوژی (گریز از مرکز) و به لحاظ نوع اتصال موتور و سطح دسترسی‌پذیری به سه دسته هرمتیک (بسته)، سمی هرمتیک (نیمه بسته) و باز طبقه‌بندی می‌شوند. همچنین به لحاظ نوع مبرد می‌توان کمپرسورها را به دو دسته کمپرسورهای آمونیاکی و کمپرسورهای فلوئوروکربن (HFC) تقسیم کرد که در دسته دوم مبردهای سنتتیکی همچون R134a or R410a به کار می‌رود.

کمپرسورها به لحاظ نحوه متراکم‌سازی گاز مبرد به دو دسته کمپرسورهای جابجایی مثبت و کمپرسورهای دینامیکی تقسیم می‌شوند. در کمپرسورهای جابجایی مثبت به منظور افزایش فشار، حجم مبرد به صورت فیزیکی کاهش می‌یابد. از جمله کمپرسورهای جابجایی مثبت می‌توان به کمپرسورهای اسکرو، پیستونی، اسکرال و روتاری اشاره کرد.

در عوض در کمپرسورهای دینامیکی، یعنی کمپرسور سانتریفیوژی و محوری، بر مبنای اصل انرژی دینامیک یا حرکتی عمل می‌کنند. در این نوع کمپرسورها شتاب گاز مبرد به واسطه نوعی اهرم افزایش یافته و سپس در نتیجه عبور گاز از دیفیوزر انرژی جنبشی به فشار تبدیل می‌شود.

به دلیل دِبی بسیار بالای کمپرسورهای دینامیکی، به طور معمول از این نوع کمپرسورها، در به غیر از سیستم‌های برودت صنعتی بسیار بزرگ، در سیستم‌های تبرید سردخانه‌ای دیگر استفاده نمی‌شوند.

کمپرسورهای بسته یا هرمتیک (Hermetic) دارای طراحی یک تکه هستند که در آن موتور و کمپرسور هر دو در یک پوسته واحد قرار می‌گیرند. این شکل طراحی از هرگونه آلودگی به بیرون جلوگیری کرده و مانع نشت مبرد می‌شود و در عین حال کار با آن ساده‌تر است. کمپرسورهای هرمتیک به طور گسترده در سیستم‌های برودت و تهویه‌مطبوع کوچک استفاده می‌شوند.

در سیستم باز (Open) کمپرسور و الکتروموتور دو بخش مجزا هستند که به واسطه تسمه و یا به طور مستقیم به یکدیگر اتصال یافته‌اند. در سیستم باز کمپرسور و موتور از هم جدا هستند که این موضوع آزادی زیادی برای انتخاب الکتروموتور فراهم می‌آورد هر چند انفصال این دو بخش امکان نشتی مبرد در محل اتصال شفت را سبب می‌شود. همچنین به دلیل خورندگی مس توسط آمونیاک، از این مبرد در سیستم‌های باز استفاده می‌شود که گاز تماسی با الکتروموتور ندارد. از کمپرسورهای باز در کاربری‌هایی با ظرفیت بالا استفاده می‌شود.

در کمپرسورهای نیمه بسته یا سِمی‌هرمتیک (Semi Hermetic) از مزایای سیستم هرمتیک و باز بهره می‌گیریم. سیستم سمی‌هرمتیک به سیستم بسته شباهت بیشتری دارد زیرا الکتروموتور و کمپرسور هر دو در یک پوسته قرار دارند و درنتیجه امکان نشتی کمتر است اما برخلاف سیستم‌های هرمتیک می‌توان این سیستم را از هم جدا و منتاژ کرد به عبارتی به منظور تعمیر دسترسی‌پذیری بیشتری فراهم می‌آورد. در طراحی‌های هرمتیک و سمی‌هرمتیک امکان خنک‌سازی الکتروموتور به واسطه مبرد وجود دارد.

روغن کمپرسور نقشی اساسی در عملکرد و طول عمر کمپرسور دارد. این روغن‌ها به طور خاص برای روان‌سازی قطعات متحرک کمپرسور و همچنین پایین آوردن گرمای درون کمپرسور ساخته شده‌اند. روغن کمپرسور بر اساس عواملی همچون ترکیب شیمیایی، کاربری و سازگاری آنها با مبرد در حال استفاده انتخاب می‌شود. انواع روغن کمپرسور عبارتند از:

روغن‌های مینرال (Mineral): این نوع روغن از مشتقات نفت خام بوده و برای استفاده با مبردهای CFC و HCFC طراحی شده است.

روغن‌های الکیل بنرن (Alkylbenzene): این نوع روغن از مشتقات بنزن است و به طور معمول با مبردهای CFC و HCFC استفاده می‌شود. این نوع روغن به روان‌سازی بالا و سازگاری با مواد مختلف در سیستم برودت شهرت دارد و به نسبت روغن‌های مینرال از ثبات دمای بیشتری برخوردار است.

روغن‌های پلی‌ال‌استر (Polyolester): این نوع روغن از ثبات بیشتر در دماها بالا برخوردار است و با مبردهای HFC و مبردهای طبیعی سازگار است.

سانیسو، بیتزر و دانفوس از تولیدکنندگان برتر روغن کمپرسور هستند. 

توان کمپرسور عامل اصلی در تعیین ظرفیت آن برای گردش مبرد و حفظ دمای مطلوب در سیستم برودت است. توان کمپرسور به طور معمول بر مبنای اسب بخار(HP) و یا کیلووات (kW) محاسبه می‌شود، هرچند اسب بخار معیار معمول‌تری برای انتخاب کمپرسور به شمار می‌رود. هر اسب بخار برابر با 746/0 کیلووات است. در انتخاب توان مورد نظر کمپرسور عواملی همچون ظرفیت سرمایش مورد نیاز، نسبت فشار و دمای دهش به فشار و دمای مکش، نوع مبرد، نحوه کنترل ظرفیت کمپرسور، وضعیت محیطی مانند دما و رطوبت و … را باید در نظر گرفت.

انواع کمپرسور سردخانه

کمپرسرو اسکرو از جمله کمپرسورهای جابجایی مثبت به شمار می‌رود که در انواع کاربری‌های صنعتی از جمله برودت مورد استفاده قرار می‌گیرد. طراحی این نوع  کمپرسور عملکردی پایا و قابل اطمینان دارد و بازدهی کلی سیستم را افزایش می‌دهد.

کمپرسورهای اسکرو از دو روتور نر و ماده مارپیچ بهره می‌برند که در هم تنیدن آنها با یکدیگر موجب فشرده شدن گاز مبرد می‌شود. طراحی حلزونی این دو روتور موجب سهولت و کارآمدی فرایند فشرده‌سازی می‌شود. با چرخش روتورها گاز مبرد در میان محفظه‌های دو چرخ به دام افتاده و با حرکت گاز در طول رو روتور به تدریج فشرده می‌شود. 

کمپرسورهای اسکرو به طور گسترده در سیستم‌های برودت صنعتی و تجاری به کار رفته و برای سیستم‌هایی با مقیاس بزرگ و با بار برودت متغیر مناسب هستند.

کمپرسور رفت و برگشتی یا پیستونی از جمله کمپرسورهای جابجایی مثبت به شمار می‌رود که به طور گسترده در سیستم‌های برودت و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع کمپسور برای فشرده‌سازی گاز مبرد از ترکیب پیستون و سیلندر استفاده می‌شود. حرکت رفت و برگشتی پیستون در درون سیلندر موجب تغییر فشار درون سیلندر شده و امکان مکش، فشرده‌سازی و دهش گاز مبرد را فراهم می‌آورد.

در سیستم رفت و برگشتی حرکت دورانی به حرکت خطی تبدیل می‌شود که این مکانیسم موجب افزایش تعداد قطعات و در نتیجه افزایش استهلاک، صدای دستگاه و کاهش بازدهی می‌شود. با این حال این نوع از کمپرسورها به نسبت ارزان و قابل تعمیر هستند.  

کمپرسورهای رفت و برگشتی در سه نوع تک مرحله‌ای، دو مرحله‌ای و دیافراگمی طراحی و تولید می‌شوند. در کمپرسورهای تک مرحله‌ای متراکم‌سازی تنها در یک سمت پیستون اتفاق می‌افتد و سمت دیگر پیستون معمولا برای فرایند مکش باز است. اما در کمپرسورهای دو مرحله‌ای متراکم‌سازی گاز در هر دو سمت پیستون رخ می‌دهد که این امر باعث افزایش سطح بازدهی این کمپرسور به نسبت به کمپرسورهای تک مرحله‌ای می‌شود.

کمپرسور اسکرال نوعی کمپرسور جابجایی مثبت به شمار می‌رود که برای فشرده‌سازی گاز از دو مارپیچ که در یکدیگر جاگذاری شده‌اند استفاده می‌کند. در این طراحی یکی از مارپیچ‌ها به صورت ثابت و مارپیچ دیگر در حرکت است. کمپرسور‌های اسکرال معمولا به عنوان کمپرسورهایی با بازدهی بالا، قابل اطمینان و به نسبت کم‌ صدا شناخته می‌شوند با این حال شکل و نحوه حرکت اجزای اصلی آنها به گونه‌ای است که برای ظرفیت‌های بزرگ قابل طراحی نیستند و معمولا هم به صورت هرمتیک ساخته می‌شوند.

کمپرسور روتاری از نوع کمپرسور جابجایی مثبت است که از مکانیسم دورانی برای فشرده‌سازی گاز استفاده می‌کند. این کمپرسور متشکل از پروانه‌هایی است که در درون یک سیلندر می‌چرخند. حرکت تیغه‌ها به مکش، فشرده‌سازی و دهش گاز منجر می‌شود.  

کمپرسور سانتریفیوژ یا گریز از مرکز از جمله کمپرسورهای دینامیک محسوب می‌شود. از این کمپرسور در سیستم‌های برودتی یا تهویه مطبوع با مقیاس بسیار بزرگ استفاده می‌شود. برخلاف کمپرسورهای جابجایی مثبت که برای ایجاد فشار حجم گاز کاهش می‌یابد، در این نوع کمپرسور از دیسک گردانی با سرعت بسیار بالا استفاده می‌شوند که شتاب گاز را به شدت افزایش و در آن نیروی گریز از مرکز ایجاد می‌کند. به دنبال افزایش شتاب گاز وارد یک دیفیوزر که بخشی ثابت است شده و گاز مبرد با شتاب بالا به گاز مبرد با فشار بالا تبدیل می‌شود. نقش دیفیوزر تبدیل انرژی جنبشی به فشار است.