مبدل تبخیری داخل یک یخچال به عنوان بخش اصلی که گرما از آن خارج میشود، عمل میکند. در واقع، این قطعه با تبدیل مایع سردکننده به گاز، گرمای داخل یخچال را جذب میکند. طبق مطالعات اخیر، حدود ۶۲ درصد از کل گرمایی که از یخچال حذف میشود، دقیقاً از طریق همین فرآیند در مدلهای بدون یخزدگی انجام میشود. نحوه طراحی این مبدلها با استفاده از پیچهای مسی باعث میشود سطح تماس بیشتری با هوای گرم داخل یخچال داشته باشند، که این امر باعث افزایش کارایی سیستم خنککننده و جلوگیری از تشکیل یخ در دستگاههای جدید بدون یخزدگی میشود. این ویژگی طراحی توضیح میدهد که چرا یخچالهای مدرن نیازی به ذوب دستی یخ ندارند، برخلاف مدلهای قدیمی.
روش تبخیر سیال مبرد به شدت به چیزی به نام جذب گرمای نهان بستگی دارد. به عنوان مثال R-600a، تنها یک گرم از این ماده حدود ۳۸۶ ژول انرژی را هنگام تغییر از حالت مایع به گاز جذب میکند که این مقدار بر اساس تحقیقات منتشر شده توسط IIR در سال ۲۰۲۲ است. آنچه بعداً اتفاق میافتد نیز بسیار جالب است. وقتی سیال مبرد با فشار پایین وارد سیمپیچ اواپراتور میشود، دمای آن حدود ۱۵ تا ۲۵ درجه فارنهایت سردتر از دمایی است که قصد داریم در کل سیستم به آن برسیم. این اختلاف دما به سیستم اجازه میدهد تا گرما را از فضاهایی که دما تا حدود چهل درجه یا کمتر کاهش یافته است، بگیرد. برخی تحقیقات اخیر از آزمایشگاههای علوم مواد در سال ۲۰۲۳ نشان دادهاند که تنظیم فرمولاسیون این سیالات مبرد میتواند توانایی آنها در انتقال گرما را تقریباً تا یکسوم افزایش دهد که این امر تأثیر بزرگی در کاربردهای واقعی خواهد داشت.
روش تنظیم فشار، تأثیر بزرگی بر کارایی فرآیند تبخیر در این سیستمها دارد. وقتی تکنسینها فشار مبخر را از حدود 45 رگبار به حدود 22 رگبار کاهش میدهند، اتفاق جالبی رخ میدهد: مادهٔ خنککننده در واقع در دمای پایینتری جوش میآید، تقریباً ۲۷ درجه فارنهایت سردتر. این بدین معناست که قادر است گرما را بسیار سریعتر جذب کند، همانطوری که در مجله HVAC Tech Journal در سال 2023 اشاره شده است. امروزه، اکثر سیستمهای بدون یخزن از شیرهای الکترونیکی انبساط پیشرفته برای حفظ سطوح دقیق فشار استفاده میکنند. این شیرها حتی در حالت کارکرد کامل سیستم نیز دما را با دقت نیم درجه فارنهایت ثابت نگه میدارند. و این کنترل دقیق تفاوت بزرگی ایجاد میکند، زیرا از ورود مایع خنککننده به کمپرسور جلوگیری میکند که میتواند در طول زمان مشکلات مکانیکی جدی ایجاد کند.
اتبخرکنندههای بدون یخ امروزی مجهز به سیمپیچهای آلومینیومی میکروکانال همراه با طراحیهای هندسی بسیار هوشمندی هستند که واقعاً عملکرد انتقال حرارت آنها را بهبود میبخشد. تحقیقات نشان میدهد این سیستمهای جدید در مقایسه با سیستمهای قدیمی لوله و پره، حدود ۶۰ درصد بهتر از تشکیل یخ جلوگیری میکنند. مطالعهای که در سال ۲۰۱۹ توسط سویلمز و همکارانش منتشر شد، به بررسی این موضوع با استفاده از شبیهسازیهای پیچیده کامپیوتری به نام CFD پرداخت. چیزی که این اتبخرکنندهها را امروزه هوشمندتر کرده، استفاده از حسگرهای رطوبت است که دقیقاً تشخیص میدهند چه زمانی باید چرخه ذوب یخ را شروع کنند و از روشن شدن غیرضروری جلوگیری کنند. این امر انرژی قابل توجهی را صرفهجویی میکند، بدون آنکه دمای داخلی تغییرات زیادی داشته باشد و دمای محیط را در محدودهای حدود نیم درجه سانتیگراد در دو سوی نقطه تنظیم شده، پایدار نگه میدارد.
وقتی که سطح اواپراتور را از طریق ویژگیهای طراحی موجدار بهاندازه حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد افزایش میدهیم، در واقع انتقال حرارتی بهبود مییابد، زیرا جریان مبرد دچار آشفتگی بیشتری میشود. اکنون با نگاهی به انتخاب مواد، ترکیبهای مسی-آلومینیومی حدود ۱۸ درصد عملکرد بهتری در انتقال حرارت نسبت به گزینههای متداول تکفلزی نشان میدهند. این موضوع به خوبی کار میکند، زیرا مس هدایت حرارتی بسیار سریعی دارد (حدود ۴۰۱ وات بر متر کلوین)، در حالی که آلومینیوم مقاومت بهتری در برابر مشکلات خوردگی از خود نشان میدهد. شبیهسازیهای کامپیوتری که به آنها دینامیک سیالات محاسباتی گفته میشود، نشان دادهاند که تمام این بهبودها بار کاری کمپرسور را در مدلهای استاندارد یخچال بدون یخزنی بهطور تقریبی ۲۲ درصد کاهش میدهند. این سطح از بازدهی تأثیر واقعیای هم در عملکرد و هم در هزینههای انرژی در طول زمان ایجاد میکند.
وقتی پنکهها در جهات متعدد قرار داده میشوند، به پخش یکنواخت هوا روی سطوح تبخیرکننده کمک میکنند. حفظ حرکت هوا در حدود ۲ تا ۳ متر بر ثانیه باعث میشود اشیا حدود ۱۵٪ سریعتر خنک شوند و از تشکیل نقاط داغ در مناطق مختلف جلوگیری میکند. پنکههای مجهز به پرههای منحنی که توسط موتورهای جدید EC راهاندازی میشوند، در عمل مصرف برق را حدود ۳۵٪ نسبت به پنکههای محوری معمولی کاهش میدهند. یک مطالعه اخیر درباره بهبود جریان هوای شرکت HyCold Tech این موضوع را تأیید میکند و نشان میدهد که این طراحیهای کارآمد تفاوت واقعی در صرفهجویی انرژی سیستمهای خنککننده ایجاد میکنند.
یخچالهای مجهز به سیستم دو بخارکننده میتوانند هر حجره را بهصورت جداگانه کنترل کنند، بدین ترتیب فریزر در حدود ۱۸- درجه سانتیگراد باقی میماند در حالی که دمای حجره یخچال در حدود ۴ درجه نگه داشته میشود. این ساختار از انتقال رطوبت بین بخشها جلوگیری میکند. نتیجه چیست؟ قسمتهای سردتر رطوبت پایینتر از ۵۰٪ را حفظ میکنند، در حالی که سینیهای سبزیجات محیطی مرطوب را در محدوده ۸۵ تا ۹۰٪ نگه میدارند. این دستگاهها همچنین کمپرسورهای خود را کمتر روشن میکنند و تعداد چرخهها را تقریباً ۴۰٪ کاهش میدهند. بر اساس تحقیقات آلبرت لی از سال گذشته، افرادی که غذا را در این نوع یخچالها نگهداری میکنند، متوجه شدهاند که میوهها و سبزیجات تقریباً یک هفته بیشتر نسبت به مدلهای معمولی تازه باقی میمانند. این موضوع منطقی است، زمانی که به اهمیت رطوبت مناسب برای جلوگیری از فاسد شدن زودهنگام مواد غذایی فکر کنیم.
اتبخرکنندههای مدرن به کنترل دقیق مبرد وابسته هستند تا عملکرد سرمایشی و بازده انرژی را به حداکثر برسانند. مهندسی پیشرفته، خروجی حرارتی را با مصرف انرژی متعادل میکند، ضایعات را کاهش میدهد و عمر سیستم را افزایش میدهد.
شیرهای انبساط به عنوان تنظیمکنندههای دقیق عمل میکنند و جریان مبرد را به سمت کویلهای اتبخرکننده کنترل میکنند. آنها فشار را کاهش داده و مایع با فشار بالا را به مخلوطی از مایع و بخار با فشار پایین تبدیل میکنند. شیرهای انبساط ترموستاتیکی (TXVs) به صورت پویا جریان را بر اساس شرایط لحظهای اتبخرکننده تنظیم میکنند و تأمین مداوم مبرد را علیرغم تغییرات در نیازهای سرمایشی تضمین میکنند.
قحطی مبرد—که منجر به سرمایش نامنظم و تنش روی کمپرسور میشود—با استفاده از دستگاههای الکترونیکی اندازهگیری جلوگیری میشود. این سیستمها شرایط اتبخرکننده را نظارت کرده و جریان را با دقت ±۳٪ تنظیم میکنند، مطابق با گزارش صنعتی تبرید ۲۰۲۴ . با جلوگیری از هم کمتغذیهشدن و هم بیشازحدتغذیهشدن، این روش قابلیت اطمینان را بهبود میبخشد، عمر تبخیرکننده را افزایش میدهد و اتلاف انرژی را کاهش میدهد.
توزیع بهینهشده مبرد اطمینان حاکم است که جذب گرما بهصورت یکنواخت در سطوح تبخیرکننده صورت گیرد. طراحیهای دو مسیره، جریان مبرد را برای مناطق غذای تازه و انبار یخچال از هم جدا میکنند و نوسان دما را تا ۴۰٪ نسبت به سیستمهای تکمسیره کاهش میدهند. این کنترل جریان هدفمند به تبخیرکنندههای بدون یخ اجازه میدهد دمای ثابتی را حفظ کنند، در حالی که ۱۵ تا ۲۰٪ کمتر از مدلهای معمولی انرژی مصرف میکنند.
اواپراتورهای بدون یخزدگی تا ۴۰٪ از مصرف کل انرژی یک یخچال را با کنترل نرخ انتقال حرارت به خود اختصاص میدهند. عملکرد ناکارآمد باعث میشود کمپرسورها چرخههای طولانیتری داشته باشند و مصرف برق را ۱۸ تا ۲۵٪ افزایش دهند (مشاوره طراحی سبز ۲۰۲۴). اواپراتورهای پربازده، مقاومت حرارتی را به حداقل میرسانند و تغییر فاز سریعی را ممکن میسازند که بار کمپرسور را کاهش میدهد.
یخچالهای خانگی با استفاده از دو معیار کلیدی ارزیابی میشوند:
مطالعهای در سال 2024 نشان داد که سیستمهای دو تبخیرکننده سالانه 240 کیلوواتساعت انرژی بیشتر از واحدهای تک تبخیرکننده صرفهجویی میکنند. مدارهای سرمایشی مستقل، کنترل رطوبت دقیقتری در بخش مواد غذایی تازه فراهم کردند و همزمان بازدهی فریزر را به میزان 7.2٪ بهبود بخشیدند ( مطالعه سیستم دو تبخیرکننده 2024، ScienceDirect ).
سیستمهای نوظهور از سنسورهای مادون قرمز و الگوریتمهای هوش مصنوعی برای تنظیم جریان مبرد به صورت لحظهای استفاده میکنند. یک نمونه اولیه با تشخیص باز شدن درب و تغییرات رطوبت محیط، چرخههای ذوب را تا 63٪ کاهش داد و مصرف انرژی جانبی را به میزان 19٪ پایین آورد.
پاک نگه داشتن سیمپیچها و حفظ جریان مناسب هوا برای بهرهوری بیشتر از یک سیستم تبخیری بسیار مهم است. در طول ماهها، گرد و غبار، کثیفی و سایر مواد موجود در هوا روی سطوح فلزی داخلی رسوب میکنند که این امر میتواند باعث کاهش تا حدود ۱۷ درصدی توانایی جذب حرارت آنها شود. به همین دلیل پاک کردن این قطعات هر سه ماه یکبار با استفاده از مواد توصیهشده توسط سازنده منطقی است. تمیزکاری منظم از تشکیل لایههای زیستی مقاوم جلوگیری میکند و باعث میشود سیستم در طول تغییرات فازی حیاتی بهطور کارآمد کار کند. برای واحدهای مدرن بدون یخزدگی، چندین کار استاندارد نگهداری وجود دارد که بهتر است همراه با هم انجام شوند: تمیز کردن آلایندهها از روی سیمپیچها با مسواک، خارج کردن گرد و غبار با مکنده، و اطمینان از اینکه دрен کندانس با مواد زائد مسدود نشده باشد.
علائم اولیه کاهش عملکرد شامل موارد زیر است:
این علائم نشاندهنده انتقال حرارت مختل است و اغلب نیازمند بازرسی توسط متخصص است. یخچالهایی که بدون نگهداری منظم هستند، ۲۳ درصد بیشتر از دستگاههایی که تحت مراقبت پیشگیرانه قرار میگیرند، انرژی مصرف میکنند.
اکنون پوششهای آبگریز از بالههای اواپراتور در برابر تجمع باقیماندهها محافظت میکنند بدون آنکه عملکرد حرارتی را تحت تأثیر قرار دهند. آزمایشهای آزمایشگاهی نشان میدهند سطوح ریزمتنجر شده پس از پنج سال همچنان ۹۸ درصد از بازده اولیه خود را حفظ میکنند، در مقایسه با ۷۸ درصد برای واحدهای بدون پوشش. سازندگان به طور فزایندهای این پوششها را با عوامل تمیزکننده تجزیهپذیر ترکیب میکنند که در طول چرخههای ذوب معمول، مواد آلی رسوبکرده را تجزیه میکنند.
عملکرد اصلی اواپراتور یخچال جذب گرما از داخل یخچال است، که در آن مایع مبرد به گاز تبدیل میشود و به این ترتیب گرما را حذف کرده و به خنککردن کمک میکند.
اواپراتورهای مدرن با نوآوریهای طراحی مانند سیمپیچهای آلومینیومی میکروکانال، شیرهای الکترونیکی انبساط و توزیع دو مسیره مبرد، کارایی را افزایش میدهند که انتقال حرارت را بهینه کرده و مصرف انرژی را کاهش میدهد.
نگهداری منظم، از جمله تمیز کردن سیمپیچها و اطمینان از جریان هوا مناسب، بسیار مهم است زیرا از تجمع گرد و غبار جلوگیری میکند که میتواند کارایی جذب حرارت را حدود ۱۷ درصد کاهش دهد و عملکرد بهینه اواپراتور را تضمین میکند.
سیستم دو اواپراتوری امکان کنترل مستقل دما و رطوبت در قسمتهای مختلف یخچال را فراهم میکند، شرایط دقیقی را حفظ کرده و چرخههای کاری کمپرسور را تقریباً ۴۰ درصد کاهش میدهد.
EN
اخبار داغ