چگونگی اختراع و نحوه کار یخچال نفتی
اختراع یخچال نفتی بطور مشترک به نام آلبرت اینشتین (Albert Einstein) و لئو زلارد (Leó Szilárd) به ثبت رسیده است. نفر اول که شهرت جهانی دارد اما نفر دوم یک دانشمند مجارستانی است که ابتدا دانشجو و سپس دوست و همکار اینشتین در پروژههای تحقیقاتی زیادی شد. (از جمله پروژه ی منهتن که به ساخت اولین بمبهای اتمی آمریکا منتهی شد).
لئو زلارد اختراعات زیادی از جمله دستگاههای شتاب دهنده خطی و سیکلوترون را نیز به نام خود دارد. بسیاری نقش اصلی در اختراع یخچال نفتی را نیز به او نسبت میدهند و ظاهرا آلبرت اینشتین تنها نقش مشاوره و همفکری با او را داشته است.
احتمالا لئو به این دلیل نام اینشتین را در کنار نام خود به عنوان مخترع یخچال نفتی به ثبت رسانده که از نام این دانشمند در جهت افزایش اعتبار اختراعش سود ببرد. اگر این گونه باشد باید بدانید که این ترفند موثر واقع شده زیرا بلافاصله پس از ثبت اختراع توانست آن را به یک شرکت معتبر تولیدکننده یخچال بفروشد.
یخچال نفتی یکی از جالب ترین سیستمهای تبرید هستند که در دوران قدیم مورد استفاده قرارمیگرفتند. برخلاف تصور عامه مردم، نفت هیچ نقش مستقیمی در سیکل تبرید ایفا نمیکرد بلکه تنها برای تولید حرارت در ژنراتور استفاده میشد. به طور کلی یخچال نفتی یک سیکل تبرید جذبی آب آمونیاک است که در آن آمونیاک نقش مبرد و آب نقش جاذب را بازی میکنند. در ادامه به طور مختصر مراحل مختلف سیکل را توضیح میدهیم.
قسمتهای اصلی سیستم:
ژنراتور Generator
پمپ حباب Bubble Pump
کندانسور Condenser
اواپراتور Evaporator
جاذب Absorber
سیکل تبرید یخچال نفتی :
ابتدا با حرارت تولید شده توسط شعله نفتی دمای محلول آب و امونیاک موجود در ژنراتور افزایش مییابد تا جایی که آمونیاک به علت دمای جوش پایینتر بخار شده و از محلول جدا میشود.
بخارآمونیاک از لوله باریکی که پمپ حباب نام دارد بالا میرود و همراه خود مقداری محلول رقیق آب و آمونیاک را نیز به سمت بالا میبرد و وارد مسیر جدیدی به سمت جاذب مینماید. بخار آمونیاک بعد از عبور از کندانسور هوایی که در پشت یخچال قرار دارد تقطیر میشود.
آمونیاک مایع وارد اواپراتور یخچال شده و با گرفتن حرارت از درون یخچال مجدداَ تبخیر میشود. تا اینجا عملیات تبرید به پایان رسیده است ولی برای ادامه تبرید باید بخار آمونیاک مجدداَ وارد محلول آب و آمونیاک شود. برای این امر از گاز کمکی هیدروژن کمک میگیرند این گاز عملیات جذب آمونیاک توسط آب راتسهیل مینماید و در پایان مجدداَ از محلول جدا شده و وارد مخزن هیدروژن میشود.
با این حساب بخار آمونیاک متصاعد شده از اواپراتور (مبرد)، هیدروژن (تسهیل کننده جذب) و محلول رقیق آب و آمونیاک که توسط پمپ حباب به جریان افتاده در یک سری لوله به نام ابزربر درمجاورت هم قرار میگیرند و در طول جاری شدن از لوله که شیب کمی به سمت پایین دارد، به مرور بخار آمونیاک جذب محلول رقیق آب و آمونیاک شده و محلول غلیظ حاصل در مخزنی ذخیره میشود تا سیکل تبرید را ادامه دهند. به علت بازده بالای سیستمهای تراکمی در مقیاس مشابه از این سیستم استفاده چندانی نمیشود اما هنوز در جاهایی که گاز و برق برای تبرید وجود ندارد از یخچال نفتی استفاده میشود.
امروزه با تغییراتی در این سیستم (تبرید جذبی آب آمونیاک) مثلا قراردادن پمپ الکتریکی و فن برای کندانسور و جاذب و… بازده سیستم را افزایش داده و از آن در چیلرهای جذبی گازسوز استفاده نمودند. از محاسن این چیلرها میتوان به مصرف کم الکتریسیته به خاطر عدم وجودکمپرسور، بازده بالا، توانایی کار در محیطهای گرم (بالای ۴۵ درجه سانتی گراد) به علت دارا بودن کندانسور هوایی و… نام برد.
یخچال نفتی بر خلاف یخچال برقی و کولرهای گازی که بر اساس فرئون فشرده و کمپرسور کار میکنند دارای هیچ قسمت متحرکی نیست و نیروی محرکه خود را مستقیما از شعله آتش نفت میگیرد.
اساس کار یخچال نفتی بر پایه جذب و دفع آمونیاک در آب میباشد.
در دمای معمولی آمونیاک در آب حل میشود ولی اگر به مخلوط آمونیاک و آب گرما بدهیم چون آمونیاک بسیار جوشنده تر از آب میباشد آمونیاک آغاز به جوشیدن نموده و از مخلوط آب و آمونیاک به صورت گاز بخار آمونیاک گرم متصاعد شده و مقداری بخار اب نیز با خود همراه کرده تبخیر میکند.
در سر راه این بخار گرم یک جدا کننده قرار دارد که قطرههای آب را از بخار آمونیاک جدا کرده و درون مخزن مخلوط آب و آمونیاک بر میگرداند.( این قسمت را داشته باشید تا بعد زیرا در راه بازگشت این آب جدا شده به مخزن، یک اتفاق دیگر هم میافتد).
سپس بخارآمونیاک وارد یک سری لولههای پره دار به نام چگالنده شده و گرمای خود را از دست میدهد و به صورت آمونیاک مایع درمیآید. (توجه: این قسمت همانند یخچالهای برقی درپشت یخچال قرار دارد).
سپس این آمونیاک مایع سردتر شده (دارای دمایی بالاتر از دمای محیط) وارد محفظه و لولههای پره دار دیگری میشود که درون یخچال جای دارد و در معرض گاز هیدروژنی که درون این محفظه قرار دارد واقع میشود و به سرعت بخار شده و جهت تبخیر، گرمای محیط درون یخچال را جذب میکند.( در نتیجه درون یخچال سرد میشود.)
سپس مخلوط آمونیاک و هیدروژنی که به صورت مخلوط گازی سرد است، وارد جذب کننده میگردد. درون جذب کننده مخلوط آمونیاک و هیدروژن با آبی که در مرحله دوم از گاز داغ آمونیاک جدا شده بود، تماس داده میشوند. در اینجا آمونیاک که درون آب بسیار حل شوندهتر از هیدروژن است درون اب حل میشود و هیدروژن جدا شده دوباره به درون محفظه بخارنده ( اواپراتور – که همان محفظه درون یخچال باشد) باز میگردد.
مخلوط آب و آمونیاک دوباره به درون مخزن مخلوط آب و آمونیاک بازگشته و توسط گرمای شعله نفت دوباره بخار شده و مراحل ۱ تا ۶ به صورت چرخه دوباره تکرار میشود.
دلیل تبخیر آمونیاک در هیدروژن چیست؟
برای پاسخ به این پرسش باید بهتر مودینامیک محلولها نگاهی بیندازیم.
میکوشیم با یک مثال ساده پاسخپرسشتان را بدهیم.
آب خالص در ۱۰۰ درجه میجوشد و در صفر درجه یخ میزند ولی اگر به آب مقداری نمک بیفزاییم دیگر در ۱۰۰ درجه نمیجوشد بلکه در دمایی بالاتر از ۱۰۰ درجه میجوشد. اگر به آب مایعی مانند الکل بیفزاییم در صفر درجه یخ نمیزند بلکه در دمایی پایینتر یخ میزند و در دمایی پایینتر از ۱۰۰ درجه نیز تبخیر میشود. همین جریان در باره آمونیاک و گاز هیدروژن اتفاق میافتد.
آمونیاک خالص در دما و فشار اتاق به صورت گاز است ولی آمونیاکی که از کندانسور بیرون میآید دارای دمای بالاتر از اتاق و فشاری به مراتب بیشتر از اتاق میباشد.
(این فشار از طریق بخارهای متصاعد شده از روی چراغ نفتی تامین میشود) پس دقیقا در درلحظه پیش از واردشدن امونیاک به اواپراتور آمونیاک خالص به صورت مایع میباشد.
این آمونیاک وقتی درون اواپراتور با هیدروژن در هم حل بشوند نقطه جوش محلول آمونیاک هیدروژن بسیار بسیار پایینتر از نقطه جوش آمونیاک خالص میباشد بنابراین آمونیاک با هر دمایی هم که وارد اواپراتور شده باشد محلول آمونیاک و هیدروژن فورا تبخیر میشود حتی اگر دمای اواپراتور –دمای درون یخچال – خیلی پایین تر از صفر درجه باشد.