راحة بال- كيفية عمل الثلاجة ومكوناتها

الثلاجة

الثلاَّجة 

الثلاجة (الجمع: ثَلََاجات) أو البرَّاد (الجمع: بَرَّادات) هي آلة كهربائية تُستخدم لحفظ الطعام والمشروبات باردة. اخترعها الفرنسي فرديناند كاريه عام 1859. تعمل الثلاجة بالطاقة الكهربائية لإنتاج التبريد، مما يساعد في الحفاظ على المواد الغذائية من التلف.

قوانين التبريد

التبريد يعتمد على ستة قوانين فيزيائية أساسية وهي:

1. قانون الغازات: يصف العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة للغازات.

2. قانون الديناميكا الحرارية الأول: يوضح أن الطاقة لا تُفنى ولا تُستحدث من العدم، بل تتحول من شكل إلى آخر.

3. قانون الديناميكا الحرارية الثاني: يشير إلى أن الحرارة تنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم البارد وليس العكس.

4. قانون بويل: ينص على أن حجم الغاز يتناسب عكسيًا مع ضغطه عند ثبات درجة الحرارة.

5. قانون شارل: ينص على أن حجم الغاز يتناسب طرديًا مع درجة حرارته عند ثبات الضغط.

6. قانون الأنتروبي: يوضح أن الأنظمة المغلقة تتجه نحو زيادة الأنتروبي، مما يعكس زيادة في العشوائية.

دائرة التبريد الأساسية

تتكون الدارة التبريدية من اربعة عمليات اساسية وهي:

1. التبخر (Evaporation): يشير إلى عملية تحول وسيط التبريد من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. يحدث التبخر عندما يمتص وسيط التبريد الحرارة من المحيط المحيط به، مما يؤدي إلى تبريد المحيط. يحدث التبخر في المبخر، حيث يتم تدفق وسيط التبريد السائل إلى داخله ويتحول إلى الحالة الغازية.

2. التكثيف (Condensation): هو العكس تمامًا للتبخر، حيث يحدث تحول وسيط التبريد من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة. يتم ذلك عندما يتم تبريد وسيط التبريد الغازي ويزال الحرارة الزائدة منه، مما يجعله يتحول إلى الحالة السائلة. يحدث التكثيف في المكثف، حيث يتم تحويل وسيط التبريد من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة عند تبادله للحرارة مع المحيط الخارجي.

الدارة التبريدية تتكون من أربعة أجزاء رئيسية هي:

• الضاغط
• المكثف
• صمام التحكم (التمدد)
• المبخر

دورة التبريد

يتكون نظام التبريد أساسًا من جانبين:

1. الجانب العالي الضغط: يشمل الأجزاء التي يكون فيها الضغط مرتفعًا، مثل الضاغط والمكثف. في هذا الجانب، يتم ضغط بخار مادة التبريد لزيادة ضغطها ودرجة حرارتها، ثم يتم تمريرها عبر المكثف حيث تُطرد الحرارة الزائدة إلى الخارج وتتحول مادة التبريد من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة.

2. الجانب المنخفض الضغط: يشمل الأجزاء التي يكون فيها الضغط منخفضًا، مثل صمام التمدد والمبخر. في هذا الجانب، يتم تمرير مادة التبريد السائلة عبر صمام التمدد حيث ينخفض ضغطها فجأة، مما يؤدي إلى تبخرها في المبخر. أثناء التبخر، تمتص مادة التبريد الحرارة من الحيز المراد تبريده، مما يؤدي إلى خفض درجة حرارته.

يتبادل هذان الجانبان العمل بشكل مستمر لضمان عملية التبريد الفعالة والمحافظة على درجات الحرارة المطلوبة.

الضاغط:

وظيفة الضاغط (4) في دورة الضغط المرتفع هي رفع ضغط بخار وسيط التبريد الجاف، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. بعد ذلك، يتم نقل هذا البخار إلى المكثف. في المكثف، يفقد بخار الوسيط حرارته العالية وينقلها إلى الجو الخارجي، وفي نفس الوقت يتكثف بسبب فقدانه لحرارة التبخر. نتيجة لذلك، يكتسب الجو الخارجي حرارة من المكثف. هذه العملية هي جزء أساسي من دورة التبريد وتساعد في الحفاظ على درجات الحرارة المنخفضة داخل نظام التبريد.

تصميمات مختلفة وعمومًا تنقسم الضواغط إلى:

• ضواغط ترددية
• ضواغط دورانية
• ضواغط طاردة مركزية
• ضواغط حلزونية.

المكثف الحراري:

وظيفة المكثف في دورة التبريد هي تحويل وسيط التبريد من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة عن طريق إزالة الحرارة الزائدة منه. يتم ذلك عندما يتم تبريد بخار وسيط التبريد المرتفع الضغط وتحويله إلى السائل، وذلك عند مروره عبر المكثف. تقوم وظيفة المكثف بتبادل الحرارة بين وسيط التبريد والمحيط المحيط به، مما يجعل وسيط التبريد يتحول إلى الحالة السائلة بفعل تبريده.

صمام التحكم (التمدد):

الغرض من صمام التحكم في نظام التبريد هو تنظيم تدفق وسيط التبريد بين المكثف والمبخر. يقوم الصمام بخفض ضغط وسيط التبريد بشكل مفاجئ عندما يمر عبره، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارته وتبخره جزئيًا قبل أن يدخل المبخر. هذا الانخفاض في الضغط هو الذي يسمح لوسيط التبريد بامتصاص الحرارة من الحيز المراد تبريده داخل المبخر. بفضل صمام التحكم، يتم الحفاظ على التوازن في دورة التبريد وضمان أن تعمل الأجزاء المختلفة بكفاءة وفعالية.

عند صمام الخلخلة لا يحدث تغير في الإنثالبية (Enthalpy)، ومعنى ذلك أن كمية الحرارة الموجودة في السائل قبل دخوله صمام التحكم تساوي كمية الحرارة بعد خروجه من الصمام. ومع ذلك، يكون سائل التبريد قد أصبح في ضغط منخفض ودرجة حرارة منخفضة بسبب التمدد. هذا الانخفاض في الضغط ودرجة الحرارة يسمح لسائل التبريد بامتصاص الحرارة بكفاءة عند مروره عبر المبخر، مما يسهم في عملية التبريد الفعالة.ويتحقق خفض الضغط في صمام الخلخلة باستخدام فوهة ذات سريان متغير. 

ويمكن تقسيم صمامات التحكم للتبريد إلى:

• عوامة جانب الضغط المنخفض 
• عوامة جانب الضغط العالي 
• الأنبوية الشعرية صمام التمدد الاتوماتيكي 
• صمام التمدد الثرموستاتي.

المبخر:

يستقب المبخر وسيط التبريد ذي الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المنخفضة، القادم من صمام التحكم والخلخلة. المبخر مصنوع في هيئة أنبوب معدني متعرج ليزيد ملامسة سطحه البارد بالجو داخل الحيز المراد تبريده.
وتنقسم المبخرات إلى نوعين رئيسيين هما:

• نظام هوائي 
• نظام مائي.

الأجزاء الإضافية في دورة التبريد:

وهناك أجزاء أخرى في دورة التبريد، توجد هذه الأجزاء في معظم أنظمة التبريد والتكييف، سواء كانت تجارية، صناعية، أو منزلية. على سبيل المثال، يمكن العثور عليها في وحدات التبريد المركبة على الأسطح، في أجهزة التكييف المنزلية مثل المكيفات الشباكية والمكيفات المركزية، وفي أنظمة التبريد الصناعية المستخدمة في مصانع التبريد والتجميد والمخازن الباردة. تعتمد الأجزاء المحددة والتكوين على نوع النظام والتطبيق الخاص به، والأجزاء الإضافية في دورة التبريد تشمل:

1. المبادل الحراري (Heat Exchanger): وظيفته تبادل الحرارة بين وسيط التبريد والمحيط المراد تبريده، مثل مبادل الحرارة في المكثف والمبخر.

2. مكثف السائل (Liquid Receiver): يستخدم لتخزين وسيط التبريد السائل الزائد قبل دخول المبخر، وذلك لضمان استمرار تدفق السائل إلى المبخر عند الحاجة.

3. مجفف الرطوبة (Moisture Indicator): يستخدم لاسترشاد الفنيين بشأن محتوى الرطوبة في وسيط التبريد، حيث يتم استبدال المجفف بانتظام لضمان فعالية النظام.

4. صمامات الامان (Safety Valves): تستخدم للحماية من ارتفاع الضغط داخل النظام، حيث تقوم بتحرير الضغط الزائد لمنع حدوث أي أضرار.

5. مقياس الضغط (Pressure Gauge): يستخدم لقياس الضغط داخل النظام، مما يسمح للفنيين بمراقبة أداء النظام والتأكد من سلامته.

6. صمام التمدد (Expansion Valve): يستخدم لتنظيم تدفق وسيط التبريد وتحديد كمية السائل الذي يدخل المبخر، مما يؤثر على أداء التبريد.

7. مفتاح الضغط (Pressure Switch): يستخدم لفحص ومراقبة مستوى الضغط داخل النظام، وفي حالة وجود أي ارتفاع غير طبيعي في الضغط، يقوم بتوقيف عمل النظام لتجنب أي مشاكل.

8.فاصل الزيت: ويوجد في وحدات التبريد التي تعمل في درجات حرارة منخفضة جدًا، كفريزرات التبريد العميق، حيث يوجد فاصل الزيت بين خط الطرد للضاغط والمكثف، والغرض الأساسي من فاصل الزيت هو تخلص بخار وسيط التبريد الساخن ذي الضغط العالي من الزيت الزائد والغير مرغوب فيه بالنسبة لأجزاء الدائرة الأخرى مثل المكثف والمبخر، حيث يتم فصل الزيت وإعادته إلى علبة مرفق الضاغط عن طريق ماسورة.

9.الثرموستات (Thermostat) :وهو ضابط الحرارة وضابط الضغط العالي، وضابط الضغط المنخفض وغيرها من العناصر الهامة (راجع الرسوم البيانية لدورة ذات انضغاط البخار).

دورة التبريد والديناميكا الحرارية

 أيّ دورة تبريد تتركب أساسًا من أربع عمليات هي:

1. التحكم في الضغط (Compression): حيث يتم زيادة الضغط على وسيط التبريد بواسطة الضاغط، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارته.

2. التكثيف (Condensation): في هذه العملية، يتم تبريد وسيط التبريد المضغوط وتحويله من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، وذلك بإزالة الحرارة الزائدة منه.

3. التمدد (Expansion): في هذه العملية، يخفض وسيط التبريد الضغط ويمر عبر صمام التمدد، مما يسبب تبريده وتحوله إلى الحالة السائلة المتجمدة.

4. التبخير (Evaporation): يحدث هنا تبخر وسيط التبريد في المبخر، حيث يمتص الحرارة من المحيط المراد تبريده، مما يؤدي إلى تبريد المحيط وعملية التبريد النهائية.

هذه العمليات الأربعة تشكل أساس دورة التبريد وتسمح بنقل الحرارة من المكان الذي يراد تبريده إلى مكان آخر يكون به درجة حرارة أقل، مما يساعد في تحقيق التبريد المطلوب.