تبرید با چرخه هوا ، شیوه رایج خنک سازی هوای محفظه سرنشینان هواپیماهای مسافربری است. سامانه چرخه هوا قادر است حتی در هوای گرم محیط، دماهایی تا C°۳۰- را تولید کند. براساس الزامات وزن، نشتی، قابلیت اطمینان و نگهداری، سرمایش سیار به عنوان حوزه ای بالقوه برای استفاده از سامانه های چرخه هوا محسوب می شود. همینطور این سامانه ها کمتر به عملیات بار-ناقص (عملیات سرمایش با کمتر از ظرفیت سرمایشی کامل) حساس هستند.
محققی بنام اسپنس به همراه همکاران خود گزارشی از طراحی، ساخت و آزمایش یک واحد چرخه هوا برای سرمایش سیار جاده ای ارائه کرده است. اهداف پروژه عبارت است از جانمایی سامانه چرخه هوا در محفظه یک واحد کانتینر یخچالی مدل Thermo King SL200 و دستیابی به ظرفیت سرمایشی معادل با این سامانه.
SL200 در اصل از چرخه تراکم بخار استفاده می کند و عملکردی معادل با kW۱۲ در دمای C°۰ کانتینر و kW ۷٫۲ در دمای کانتینر C°۲۰-، در دمای محیط C°۳۰ را داراست. به علت محدودیت های منابع پروژه، تولید قطعات واحد چرخه هوا بصورت اختصاصی مد نظر نبوده است. واحد چرخه هوا در صورت امکان از قطعات موجود در بازار ساخته شده که این شامل محرک دیزلی و فن های چرخش هوا که از واحد SL200 گرفته شده نیز می شود.
برای کمپرسور دو مرحله ای و توربین، قطعات استاندارد مورد استفاده در توربوشارژر اگزوز استفاده شده اند. البته توربین نیازمند تغییراتی است تا با سیستم چرخه هوا منطبق شود. انتخاب مبادله کننده حرارت نیز با ملاحظه هزینه و محدودیت فضای داخلی SL200 انجام شده است. شماتیک سیستم چرخه هوا که از آخرین مقاله اسپنس و همکاران گرفته شده در نشان داده شده است. آنها در طراحی خود تصمیم گرفتند که بین مراحل کمپرسور خنک کاری انجام ندهند اما این کار را با قرار دادن یک پس خنک کن بزرگتر با کاهش در افت فشار و بهبود بازدهی جبران کردند. بر اساس یافته این تحقیق، ضریب عملکرد سامانه در نسبت فشار برابر با ۲٫۱۴ و دبی جرمی kg/s ۰٫۲۷۸حدود ۰٫۴۱ است.
در شماره ۲ هوا از محفظه یخچال گرفته و به مبادله کننده گرما می رود. در اینجا این هوا گرمای خود را به جریان هوا با شماره ۶ می دهد.خنک سازی هوا باعث می شود کمپرسور برای تأمین افزایش فشار مشخص کار کمتری انجام دهد واین امر به نوبه خود باعث افزایش بازده چرخه می شود. این هوا وارد کمپرسور مرحله اول می شود (شماره ۳). در این مرحله فشار و دمای هوا افزایش می یابد. بدون استفاده از خنک کننده میانی، این هوا در شماره ۴ وارد کمپرسور مرحله دوم می شود.
در نتیجه هوا داغتر و پرفشارتر در شماره ۵ وارد پس خنک کن می گردد. در پس خنک کن این هوای داغ بوسیله فن توسط هوای محیط خنک می شود. اما در ادامه این هوا با هوای خروجی یخچال که نسبتا گرمتر است مبادله گرما دارد و دمایش افزایش می یابد. این هوا وارد توربین می شود(شماره ۷). انبساط هوا در توربین کاهش دما وفشار آنرا در پی دارد (شماره ۸). این هوای خنک وارد محفظه یخچال می شود (شماره ۹).
عملکرد واحد چرخه هوا که در نشان داده شده در دو وضعیت عملیاتی C°۰ و C°۲۰- در تجهیز گرماسنجی Thermo King اندازه گیری شده تا امکان مقایسه با ظرفیت سرمایشی واحد تراکم بخار SL200 فراهم باشد. واحد چرخه هوا در دمای C°۲۰- ظرفیت بار-کامل kW ۷٫۸ (۸٪ بیش از SL200) را از خود نشان می دهد. اما در C°۰ ظرفیت سرمایشی kW۹٫۵ بدست آمده است (۲۱٪ کمتر از واحد SL200). اما مصرف سوخت واحد چرخه هوا در هر دو حالت تقریبا 200% بیش از واحد تراکم بخار است.
در حالت آزمایش بار-ناقص در دمای C°۲۰- که ظرفیت سرمایشی kW ۳٫۴ یعنی ۴۴٪ ظرفیت بار-کامل است، مصرف سوخت واحد چرخه هوا کاهش متناظری داشته که نشانگر آنست که ضریب عملکرد کلی واحد با تغییر بار تقریبا ثابت می ماند. برعکس، در شرایط بار-ناقص مشابه، واحد تراکم بخار SL200 به ۷۳٪ میزان سوخت حالت بار-کامل خود نیاز دارد. این امر نشانگر آنست که مصرف سوخت واحد چرخه هوا در حالت بار-ناقص تنها ۸۰٪ بیشتر از واحد تراکم بخار است. این در حالی است که این عدد در حالت بار-کامل ۲۰۰٪ است.
جمع بندی
- امروزه سامانه های یخچالی ترابری مواد غذایی به شیوه سرمایش بر اساس چرخه تراکم بخار عمل می کنند.
- به منظور دستیابی به الزامات توافق ATP و اقناع نیازهای سرمایشی در بازه وسیعی از شرایط عملکردی، سامانه های سرمایش سیار با ۱٫۷۵ برابر بار محاسبه شده ساخته می شوند.
- ضریب عملکرد سرمایش سیار بسیار پایین است، از ۰٫۵ در C°۲۰- تا ۱٫۵ ̴ ۱٫۷۵ در C°۳ و دمای محیط C°۳۰ .
- وسایل نقلیه کشنده سنگین تر از ۳۳ تن مسئول ۸۰٪ ترابری مواد غذایی در انگلستان هستند.
- سامانه های سرمایش در این وسایل، بدون استثناء با موتور دیزل کمکی راه اندازی می شود.
- مصرف متوسط سوخت وسایل نقلیه کشنده (جدای از دیزل کمکی سرمایش) ۲۴ لیتر بر ساعت است. مصرف سوخت موتور دیزل کمکی تقریبا ۲ لیتر بر ساعت است (۸٪ مصرف موتور اصلی).
- ظرفیت و اندازه سامانه تراکم بخار را می توان با استفاده از ذخیره انرژی گرمایی به کمک یوتکتیک کاهش داد. برای مسافت های کوتاه می توان به کلی از سامانه تراکم بخار صرفنظر کرد.
- در شرایط رانندگی برون شهری، گرمای کافی از موتور وسایل کشنده آزاد می شود تا سامانه سرمایش جذبی را راه اندازی نماید؛ اما در رانندگی شهری این گرما ناکافی است. این کمبود را می توان با استفاده از منبع گرمای کمکی یا ذخیره انرژی یوتکتیک جبران کرد. همینطور سایر مسائلی که باید به آنها توجه شوند عبارتند از اندازه و جانمایی سامانه سرمایش جذبی.
- تبرید با چرخه هوا برای ترابری مواد غذایی بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد. مهمترین معایب سامانه فعلی ضریب عملکرد پایین در مقایسه با سامانه های تراکم بخار است.
- تولید مستقیم توان از گرما در اگزوز موتور به منظور راه اندازی سیستم سرمایشی می تواند در آینده تکنولوژی امیدوار کننده ای باشد. سایر تکنولوژی هایی که نیازمند تحقیقات و ملاحظات بیشتری هستند عبارتند از سامانه های چرخه استرلینگ، سرمایش مغناطیسی و سامانه های سرمایش به کمک انرژی خورشیدی.
برای کسب اطلاعات بیشتر و اطلاع از شرایط خرید محصولات امگا می‌توانید با شماره تلفن ۵۶۲۳۱۰۰۲-۰۲۱ و یا دیگر پل‌های ارتباطی با ما تماس بگیرید. همچنین می‌توانید با دنبال کردن صفحه اینستاگرام اومگا از آخرین اخبار و رویدادها نیز مطلع شوید.