نویسنده علی موسی‌زاده، مدیر برودت شرکت شتابان شمال
چکیده استفاده از سیستم تبرید تراکمی با استفاده از مواد تغییر فازدهنده به عنوان یک سیستم تبرید غیر دینامیک نقش بسیار مهمی در صنعت حمل و نقل یخچالی خصوصا در حمل کالاهای نیازمند شرایط دمایی پایین و ثابت دارد. وجه تمایز این سیستم نسبت به سیستمهای تبریدی با ااپراتور هوایی (فن کویل)، استفاده از ظرفیت گرمای نهان ذوب ماده تغییر فاز دهنده به عنوان باطری برودتی با دمای ثابت است. این سیستمها از نظر ساختار همانند سایر سیستمهای تبرید تراکمی دارای چهار فرآیند تراکم، تقطیر، انبساط و تبخیر است و لی هدف این نوع سیستمها به جای کاهش دمای هوای محیط، گرماگیری از ماده تغییر فاز دهنده و تغییر فاز کامل آن از مایع به جامد است.
شرح تمامی مایعات برای تغییر شکل به از فاز مایع به فاز جامد (انجماد) در دمای ثابت، نیازمند از دست دادن انرژی گرمایی زیادی است. برای مثال برای تبدیل یک کیلوگرم آب صفر درجه سانتیگراد به یخ صفر درجه سانتیگراد لازم است تا حدودا 340 کیلوژول از آن گرما گرفته شود. این گرمای جذب شده سبب تغییر دمای آب نمی‌شود و فقط حالت آنرا از مایع به جامد تغییر می‌دهد. و برعکس برای تغییر شکل یک کیلوگرم یخ صفر درجه سانتیگراد به آب صفر درجه سانتیگراد لازم است تا حدودا 340 کیلوژول به آن گرما داده شود. این مقدار انرژی گرمایی، گرمای نهان ذوب (Latent Heat ) نام دارد که در مواد مختلف و در دماها و فشارهای مختلف تغییر می‌کند. از این خاصیت ماده به عنوان منبع ذخیره گرما یا ایجاد برودت استفاده‌های بسیار زیادی در صنایع مختلف می‌شود. از مزیت‌های سیستمهای تبرید با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در ناوگان یخچالی، دستیابی به دماهای پایین، ثبات دما، عدم نیاز به کارکرد سیستم تبرید در هنگام حمل و اطمینان از ذخیره برودتی است و از معایت آن عدم امکان تغییر دما، وزن و هزینه زیاد تجهیزات، ظرفیت محدود و پایان پذیر برودت و لزوم شارژ سیستم در مکان ثابت است. مواد تغییر فاز دهنده دارای خواصی نظیر ضریب انبساط پایین در اثر تغییر دما، عدم خاصیت خورندگی و ترکیب با سایر مواد، گرمای نهان ذوب بالا و . . . است. سیستم تبرید تراکمی از چهار بخش اصلی کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور تشکیل شده است که به ترتیب وظایف افزایش فشار مبرد گازی، مایع سازی مبرد، کاهش فشار مبرد مایع و در نتیجه کاهش دما، انتقال گرمای محیط به مبرد و تبخیر آن را برعهده دارند. در سیستمهای تبرید با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده، اواپراتور به شکل فن کویل نبوده و به صورت مخازن سطحی (مخازن فلزی با ارتفاع کم و سطح زیاد) حاوی موا تغییر فاز دهنده است (شکل 1). در داخل این مخازن لوله مارپیچ با طول زیاد قرار دارد و فضای مابین سطح خارجی لوله مارپیچ وسطح داخلی مخزن با ماده تغییر فاز دهنده پر شده است (شکل 2). مبرد خروجی از شیر انبساط به صورت دو فازی (Saturate) از طریق لوله مارپیچ وارد مخزن شده و پس از جذب گرمای ماده تغییر فاز دهنده، مخزن را در فاز گازی (Superheat) ترک مینماید. سیستم تبرید تا جذب کل گرمای نهان ذوب ماده تغییر فاز دهنده و تبدیل آن به فاز جامد کار می‌کند. فرآیند گرماگیری از ماده تغییر فاز دهنده و تبدیل آن به فاز جامد در صنعت حمل یخچالی به عنوان شارژ پلیت شناخته می‌شود. پس از آن سیکل تبرید که قوای محرکه کمپرسور آن از برق شهری تامین می‌شود متوقف شده و خودرو یخچالی حمل را آغاز مینماید و در طول زمان حمل ماده تغییر فاز دهنده به عنوان منبع سرد به جذب گرما از فضای داخل یخچال می پردازد . با جذب گرما توسط ماده تغییر فاز دهنده، ماده جامد به آرامی ذوب شده و تا زمانی که آخرین ذره ماده تغییر فاز دهنده ذوب شود گرما گیری ادامه دارد و دمای محفظه یخچال ثابت است و پس از آن دمای محفظه یخچال شروع به افزایش مینماید. مدت زمان ذوب کامل ماده تغییر فاز دهنده و در نتیجه ثبات دمای محفظه یخچال در دمای مطلوب، وابسته به جرم ماده تغییر فاز دهنده موجود در پلیت های یخچال و بار گرمایی وارده به یخچال است. هر چقدر جرم ماده تغییر فاز دهنده بیشتر و بار گرمایی وارده به یخچال کمتر باشد مدت زمان حفظ دمای مطلوب در داخل یخچال بیشتر خواهد بود.
شكل 1- پلیت های حاوی ماده تغییر فاز دهنده نصب شده در سقف داخل کانتینر یخچالی
شكل 2- لوله های مارپیچ عبور مبرد و فضای ماده تغییر فاز دهنده در داخل پلیت برش خورده
