يعمل المبخر داخل الثلاجة كمكون رئيسي يتم من خلاله نقل الحرارة إلى الخارج. وبشكل أساسي، يمتص الحرارة من داخل الثلاجة عن طريق تحويل مادة التبريد من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. وفقًا للدراسات الحديثة، تتم حوالي 62 بالمئة من إزالة الحرارة من الثلاجة فعليًا من خلال هذه العملية في طرازات منع التجمد. إن تصميم هذه المبخرات على شكل ملفات يساعدها على التلامس مع كمية أكبر من الهواء الدافئ داخل الثلاجة، مما يجعل عملية التبريد أكثر كفاءة ويمنع تراكم الجليد في الأجهزة الحديثة التي تمنع التجمد. وتُفسر هذه السمة التصميمية سبب عدم احتياج الثلاجات الحديثة إلى عملية إزالة الصقيع يدويًا كما كان يحدث في الطرازات القديمة.
تعتمد طريقة تبخر المبردات بشكل كبير على شيء يُعرف بامتصاص الحرارة الكامنة. فخذ على سبيل المثال R-600a، فإن كل جرام واحد من هذا المادة تمتص حوالي 386 جول من الطاقة عند تحوّلها من الحالة السائلة إلى الغازية وفقًا للبحث المنشور من قبل المعهد الدولي للتبريد (IIR) في عام 2022. وما يحدث بعد ذلك مثيرٌ للاهتمام أيضًا. عندما يدخل المبرد ذو الضغط المنخفض إلى ملف المبخر، فإنه يفعل ذلك بدرجات حرارة تتراوح بين 15 وحتى 25 درجة فهرنهايت أدنى من درجة الحرارة المستهدفة النهائية. ويسمح هذا الفرق في درجات الحرارة للنظام بالتقاط الحرارة من المساحات التي قد تنخفض فيها درجات الحرارة نحو أربعين درجة أو أقل. وأظهرت بعض الأبحاث الحديثة الصادرة عن مختبرات علوم المواد في عام 2023 أن تعديل تركيب هذه المبردات يمكن أن يزيد من قدرتها على نقل الحرارة بنسبة تقارب الثلث، مما سيحدث فرقًا كبيرًا في التطبيقات العملية.
الطريقة التي نُنظم بها الضغط لها تأثير كبير على كفاءة عملية التبخر في هذه الأنظمة. عندما يخفض الفنيون ضغط المبخر من حوالي 45 رطل/بوصة مربعة إلى نحو 22 رطل/بوصة مربعة، يحدث شيء مثير للاهتمام وهو أن المبرد يغلي فعليًا عند درجة حرارة أقل، أي بحوالي 27 درجة فهرنهايت أكثر برودة. وهذا يعني أنه يمكنه امتصاص الحرارة بشكل أسرع بكثير، كما ورد في مجلة HVAC Tech Journal عام 2023. في الوقت الحاضر، تعتمد معظم الأنظمة الخالية من الصقيع على تلك الصمامات التوسعية الإلكترونية المتطورة للحفاظ على مستويات الضغط مثالية. فهي قادرة على الحفاظ على درجات الحرارة ثابتة ضمن نطاق نصف درجة فهرنهايت، حتى عندما يعمل النظام بأقصى طاقته. ويُعد هذا النوع من التحكم الدقيق أمرًا بالغ الأهمية لأنه يمنع دخول المبرد السائل إلى الضاغط، حيث قد يتسبب في مشكلات ميكانيكية جسيمة مع مرور الوقت.
تأتي وحدات التبخر الخالية من الصقيع اليوم مزودة بملفات ألومنيوم ذات قنوات دقيقة إلى جانب تصاميم هندسية ذكية إلى حد ما، مما يحسن فعلاً كفاءة انتقال الحرارة. تُظهر الأبحاث أن هذه الأنظمة الجديدة تقلل من تراكم الجليد بنسبة أفضل بحوالي 60 بالمئة مقارنةً بالأنظمة التقليدية المكونة من زعانف وأنابيب. دراسة نُشرت عام 2019 من قبل سويلمز وزملائه تناولت هذا الموضوع باستخدام محاكاة حاسوبية متقدمة تُعرف باسم CFD. ما يجعلها أكثر ذكاءً الآن هو إدراج مستشعرات الرطوبة التي تستطيع فعليًا تحديد الوقت المناسب لبدء دورة إزالة التجمد بدلاً من التشغيل غير الضروري طوال الوقت. وهذا يوفر قدرًا كبيرًا من الطاقة دون السماح بتقلبات حرارية كبيرة، ويحافظ على استقرار درجة الحرارة ضمن نطاق نصف درجة مئوية تقريبًا في أي من الاتجاهين.
عندما نزيد مساحة سطح المبخر بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة من خلال تصميمات متموجة، فإن ذلك يعزز بالفعل تبادل الحرارة لأنه يُحدث اضطرابًا أكبر في تدفق المبرد. والآن، عند النظر إلى خيارات المواد، فإن الهجين النحاسي-الألومنيوم يُظهر كفاءة أفضل بنحو 18 بالمئة في نقل الحرارة مقارنةً بالخيارات العادية ذات المعدن الواحد. ويعود السبب إلى أن النحاس يوصل الحرارة بسرعة كبيرة تبلغ حوالي 401 واط لكل متر كلفن، بينما يتميز الألومنيوم بمقاومة أفضل لمشاكل التآكل. وقد أظهرت المحاكاة الحاسوبية المعروفة باسم ديناميكا الموائع الحسابية أن جميع هذه التحسينات تقلل من عبء عمل الضاغط بنحو 22 بالمئة للنماذج القياسية من الثلاجات غير المجمدة. وتؤدي هذه الكفاءة إلى فرق حقيقي في الأداء وتكاليف الطاقة على المدى الطويل.
عند وضع المراوح في اتجاهات متعددة، فإنها تساعد على توزيع الهواء بالتساوي على أسطح المبخر. ويؤدي الحفاظ على حركة الهواء بسرعة تتراوح بين 2 إلى 3 أمتار في الثانية إلى تبريد الأشياء بشكل أسرع بنسبة تقارب 15٪، كما يمنع تشكل مناطق ساخنة في أماكن مختلفة. وتُقلل المراوح ذات الشفرات المنحنية، التي تُدار بواسطة محركات EC الجديدة، استهلاك الطاقة بنحو 35٪ مقارنةً بالمراوح المحورية العادية. وتدعم دراسة حديثة أجرتها شركة هاي كولد تك (HyCold Tech) حول تحسينات تدفق الهواء هذه النتائج، حيث أظهرت أن هذه التصاميم الفعالة تحدث فرقاً حقيقياً في توفير الطاقة لأنظمة التبريد.
يمكن للثلاجات المزودة بنظام مبخر مزدوج التحكم في كل حجرة بشكل منفصل، بحيث تبقى درجة حرارة الفريزر حوالي -18 مئوية بينما تظل الثلاجة عند حوالي 4 درجات. ويمنع هذا التصميم انتقال الرطوبة بين الأقسام. والنتيجة؟ تبقى المناطق الباردة ذات رطوبة منخفضة تقل عن 50%، في حين تحافظ أدراج الخضروات على رطوبة مرتفعة ورطبة نسبيًا تتراوح بين 85 و90%. كما أن هذه الأجهزة تعمل بتشغيل الضواغط بوتيرة أقل، مما يقلل عدد الدورات بنحو 40%. وفقًا لبحث أجرته ألبرت لي العام الماضي، يلاحظ الأشخاص الذين يخزنون الطعام في هذا النوع من الثلاجات أن الفواكه والخضروات تبقى طازجة لمدة إضافية تصل إلى أسبوع تقريبًا مقارنةً بالطرازات العادية. وهذا أمر منطقي عندما نفكر في مدى أهمية الرطوبة المناسبة حقًا في منع التلف السريع للمنتجات الزراعية.
تعتمد المبخرات الحديثة على التحكم الدقيق في مادة التبريد لتعظيم أداء التبريد والكفاءة الطاقية. وتوازن الهندسة المتقدمة بين الإخراج الحراري واستهلاك الطاقة، مما يقلل من الهدر ويطيل عمر النظام.
تُستخدم صمامات التمدد كمنظمات دقيقة للتحكم في تدفق مادة التبريد إلى ملفات المبخر. وتقوم هذه الصمامات بخفض الضغط وتحويل السائل عالي الضغط إلى خليط منخفض الضغط من السائل والبخار. الصمامات التمددية الحرارية (TXVs) تُعدّل التدفق ديناميكيًا بناءً على ظروف المبخر الفعلية، مما يضمن توريدًا ثابتًا لمادة التبريد رغم تغير متطلبات التبريد.
يتم منع حدوث جوع مادة التبريد—الذي يؤدي إلى تبريد غير متساوٍ وإجهاد الضاغط—باستخدام أجهزة قياس إلكترونية. وتراقب هذه الأنظمة ظروف المبخر وتنظم التدفق بدقة ±3٪، وفقًا للتقرير 2024 Industrial Refrigeration Report . من خلال تجنب كل من التغذية الناقصة والفرط في التغذية، فإنها تحسّن الموثوقية، وتمدّد عمر المبخر، وتقلّل من فقدان الطاقة.
يؤدي التوزيع الأمثل لمادة التبريد إلى امتصاص حراري متساوٍ على سطح المبخر. وتُفصِل التصاميم ذات المسارين تيار مادة التبريد الخاص بمنطقة الأطعمة الطازجة عن ذلك الخاص بمنطقة التجميد، مما يقلل التباين في درجة الحرارة بنسبة تصل إلى 40٪ مقارنةً بالنظم ذات المسار الواحد. ويتيح هذا التحكم المستهدف في التدفق للمبخرات الخالية من الصقيع الحفاظ على درجات حرارة ثابتة مع استهلاك أقل للطاقة بنسبة تتراوح بين 15 و20٪ مقارنةً بالأنواع التقليدية.
تمثل المبخرات الخالية من الصقيع ما يصل إلى 40٪ من إجمالي استهلاك الطاقة في الثلاجة من خلال تنظيم معدلات انتقال الحرارة. يؤدي التشغيل غير الفعال إلى إجبار الضواغط على دورة تشغيل أطول، مما يزيد من استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 18 و25٪ (استشارات التصميم الأخضر 2024). وتقلل المبخرات عالية الأداء من المقاومة الحرارية، مما يتيح تغيرات طورية سريعة تخفف من عبء العمل على الضواغط.
يتم تقييم ثلاجات المنازل باستخدام معيارين رئيسيين:
كشفت دراسة أجريت في عام 2024 أن أنظمة المبخر المزدوج توفر 240 كيلوواط ساعة سنويًا مقارنةً بالوحدات ذات المبخر الواحد. وقد مكّنت الدوائر التبريدية المستقلة من التحكم الدقيق بالرطوبة في أقسام الأغذية الطازجة، بينما حسّنت كفاءة الفريزر بنسبة 7.2٪ ( دراسة 2024 حول المبخر المزدوج، ScienceDirect ).
تستخدم الأنظمة الناشئة مستشعرات الأشعة تحت الحمراء وخوارزميات الذكاء الاصطناعي لضبط تدفق المبرد في الوقت الفعلي. قلّل نموذج أولي واحد دورة إزالة الصقيع بنسبة 63٪ من خلال اكتشاف فتحات الباب وتغيرات الرطوبة المحيطة، مما خفض استهلاك الطاقة المساعدة بنسبة 19٪.
إن الحفاظ على نظافة الملفات وضمان تدفق هواء جيد أمر بالغ الأهمية للحصول على أقصى أداء من نظام المبخر. ومع مرور الشهور، تتراكم الغبار والأتربة والشوائب الأخرى من الهواء على الأسطح المعدنية الداخلية، مما قد يقلل فعليًا من كفاءة امتصاص الحرارة بنسبة تصل إلى 17 في المئة تقريبًا. ولهذا السبب، من المنطقي تنظيف هذه المكونات كل ثلاثة أشهر باستخدام ما توصي به الشركة المصنعة. يساعد التنظيف المنتظم في منع تكون الأغشية الحيوية العنيدة ويحافظ على تشغيل النظام بكفاءة أثناء التغيرات الطورية الحرجة. بالنسبة للوحدات الحديثة الخالية من الصقيع، هناك عدة مهام صيانة قياسية تكون أكثر فعالية عند إجرائها معًا: تنظيف الأوساخ من على الملفات باستخدام الفرشاة، وشفطها جيدًا، والتأكد من أن مصارف التكثيف ليست مسدودة بالرواسب.
تشمل العلامات المبكرة لانخفاض الأداء:
تشير هذه الأعراض إلى ضعف في انتقال الحرارة وغالبًا ما تتطلب فحصًا احترافيًا. تستهلك الثلاجات التي لا تُحافظ عليها بانتظام طاقة أكثر بنسبة 23٪ مقارنةً بتلك التي تلتزم ببروتوكولات الصيانة الوقائية.
توفر الطلاءات الكارهة للماء الآن حماية لأطراف المبخر من تراكم الرواسب دون التأثير على الأداء الحراري. تُظهر الاختبارات المعملية أن الأسطح المصممة بنسيج دقيق تحتفظ بنسبة 98٪ من كفاءتها الأولية بعد خمس سنوات، مقارنةً بنسبة 78٪ للوحدات غير المطلية. يدمج المصنعون بشكل متزايد هذه الطلاءات مع عوامل تنظيف قابلة للتحلل البيولوجي تُفكك الرواسب العضوية خلال دورات إزالة التجمد الروتينية.
الوظيفة الأساسية لمبخر الثلاجة هي امتصاص الحرارة من داخل الثلاجة، وتحويل سائل التبريد من الحالة السائلة إلى الغازية، مما يؤدي بشكل فعال إلى إزالة الدفء والمساهمة في عملية التبريد.
تحسّن المبخرات الحديثة الكفاءة من خلال ابتكارات في التصميم مثل ملفات الألمنيوم ذات القنوات الدقيقة، وصمامات التمدد الإلكترونية، وتوزيع المبرد ذو المسار المزدوج، والتي تعمل على تحسين انتقال الحرارة وتقليل استهلاك الطاقة.
تعد الصيانة الدورية، بما في ذلك تنظيف الملفات وضمان تدفق الهواء بشكل صحيح، أمرًا بالغ الأهمية لأنها تمنع تراكم الأوساخ الذي يمكن أن يقلل كفاءة امتصاص الحرارة بنسبة تصل إلى حوالي 17٪، مما يضمن تشغيل المبخر بأداء مثالي.
يتيح نظام المبخر المزدوج التحكم المستقل بدرجة الحرارة والرطوبة في أقسام مختلفة من الثلاجة، مع الحفاظ على ظروف دقيقة وتقليل دورة عمل الضاغط بنسبة تقارب 40٪.
EN
أخبار ساخنة