سوپرهیت در سیستم های های تبرید تراکمی چیست؟

سوپرهیت قطعه‌ای ترمودینامیکی در سیستم‌های دارای سیکل تبرید تراکمی نظیر چیلرها، مینی چیلر ها، انواع کولر گازی و …  می‌باشد که درون اواپراتور تعبیه شده و با تغییر فاز گاز مبرد، این گاز را از محیط داخل به محیط خارج منتقل می‌کند و مانع برگشت مایع مبرد به کمپرسور می‌شود. ما در این مقاله قصد داریم بیشتر با ساختار و لزوم وجود این قطعه آشنا شویم.

بررسی چند اصطلاح مرتبط با سوپرهیت

برای آشنایی با سوپرهیت بهتر است با مفهوم چند اصطلاح آشنا باشیم که در ادامه به تعریف آن ها می پردازیم:

دمای اواپراتور

مایع مبرد در اواپراتور دستگاه با دریافت حرارت تبخیر می شود. این عمل در فشار و دمای ثابتی انجام می گیرد. این دمای ثابت، دمای اواپراتور خوانده می شود.

فشار اواپراتور

مایع مبرد در اواپراتور تحت فشار ثابتی تبخیر می شود که به آن فشار اواپراتور گفته می شود و با استفاده از فشارسنج مکش نمایش داده می شود.

دمای اشباع مایع

برای بیان این اصطلاح از یک مثال آغاز می کنیم. مقداری آب درون یک ظرف را در نظر بگیرید. حال به آب حرارت داده و دمای آن به 100 درجه سانتی گراد می رسد و بعد از آن آب شروع به تبخیر شدن می کند. در این حالت دمای آب در 100 ثابت مانده و تغییری نمی کند که به این دما، دمای اشباع مایع مبرد می گویند.

فشار اشباع

مایع مبرد در هر فشاری یک دمای اشباع مخصوص دارد که در یک جدول ترمودینامیکی ارائه می گردد. در جدول زیر فشار چند مبرد به توجه به دمای آن ها ذکر شده است: اعداد ارائه شده در این جدول برای اندازه گیری میزان سوپرهیت کاربرد دارد:

دما [C°]	فشار [bar]
	R717	R22	R134a	R404
-12	2.6793	3.299	1.854	4.043
-10	2.908	3.543	2.007	4.333
-8	3.152	3.801	2.17	4.639
-6	3.412	4.072	2.344	4.961
-4	3.688	4.358	2.527	5.299
-2	3.982	4.659	2.722	5.655
0	4.294	4.976	2.928	6.028
2	4.625	5.308	3.146	6.42
4	4.975	5.657	3.376	6.83
6	5.345	6.023	3.619	7.26
8	5.737	6.406	3.876	7.71
…	…	…	…	…
40	15.549	15.335	10.164	18.157
42	16.429	16.097	10.72	19.049
44	17.347	16.885	11.299	19.974
46	18.302	17.702	11.901	20.932
48	19.297	18.548	12.526	21.925

مفهوم سوپرهیت

به اختلاف دمای گاز نهایی و دمای اواپراتور (دمای تبخیر سیال)، سوپرهیت گفته می شود. به عبارتی سوپرهیت یا گاز فوق داغ، گازی است که دمای آن از دمای اشباع بالاتر رفته باشد. لازم به ذکر است گاز فوق داغ حتما به این معنا نیست که گاز داغ شده باشد بلکه این امر به دمای اشباع یا جوشش مایع بستگی دارد. برای مثال، فرض کنید دمای جوش مایعی 10 درجه سانتی گراد باشد ،در صورتی که دمای ان به 12 درجه سانتی گراد برسد اصطلاحا می گوییم سوپرهیت یا گاز فوق داغ داریم. در صورتی که این گاز واقعا داغ نیست و تنها از دمای اشباع خود بالاتر رفته است.

هدف سوپرهیت چیست؟

برگشت مایع مبرد به کمپرسور سیستم‌های سیکل تبرید خسارت‌های جبران‌ناپذیری برای دستگاه به همراه دارد. تنها حالتی می‌توان مطمئن بود مایع وارد کمپرسور نمی‌شود، حالت بخار سوپرهیت یا مافوق گرم می‌باشد. در صورتی که مایع تبخیر نشود، بخار قادر نیست به حالت مافوق گرم دست‌یابد. بنابراین بخار اشباع با سوپرهیت شدن، تمام قطرات مایع را تبخیر کرده و اطمینان خواهیم داشت هیچ مایعی وارد کمپرسور نمی‌شود.

روش اندازه گیری سوپرهیت

1. برای اندازه گیری میزان سوپرهیت ابتدا باید فشار سنج ها را وصل نمایید، سپس با مشخص شدن فشار مکش، آن را بخوانید. دقت داشته باشید فشار اندازه گیری شده توسط فشار سنج، فشار نسبی بوده و باید به فشار مطلق تبدیل گردد. فشار مطلق از حاصل جمع فشار نسبی با فشار اتمسفر حاصل می شود.
2. بعد از اندازه گیری فشار، به جدول فشار-دمای مبرد رجوع کرده و دمای اشباع (دمای تبخیر یا دمای اواپراتور) در فشار اندازه گیری شده را بیابید.
3. سپس دمای خروجی از اواپراتور را اندازه گیری کنید.

1. دمای اندازه گیری شدهدر مرحله 3 را از دمای مرحله 2 کم کنید. این اختلاف دما سوپرهیت می باشد.

دمای اشباع – دمای اواپراتور = سوپرهیت

مزایای سوپرهیت چیست؟

همانطور که اشاره شده سوپرهیت درواقع میزان دمای اضافه شده به گاز مکش سیکل تبرید تراکمی می باشد که مقدار آن بالاتر از دمای اشباع است. مزیت سوپرهیت جلوگیری از ورود مایع مبرد به درون کمپرسور دستگاه می باشد. زیرا از آنجایی که مایعات خاصیت تراکم ناپذیری دارند، ورود آن ها به درون کمپرسور موجب شکسته شدن سوسپاپ های کمپرسور می گردد.

در سیستم های تبرید تراکمی نظیر چیلر ها و سیستم های انبساط مستقیم، مایع مبرد به صورت مستقیم به چیلرهای تزریق می شود، زمانی که دستگاه دچار کمبود مبرد شود می توان با اندازه گیری میزان دقیق سوپرهیت گاز مبرد بعد از خارج شدن از اواپراتور، میزان کمبود مبرد را اندازه گیری کرد.

در شیر های ترموستاتیکی سیستم های برودتی با توجه به طراحی که دارند میزان سوپرهیت ثابت می باشد.

در شرایط طبیعی کاری دستگاه اختلاف دمای مبرد 5 تا 10 درجه سانتی گراد (10 تا 20 درجه فارنهایت) می باشد. در صورتی که مقدار دمای سوپرهیت در تمام تغییرات بار ثابت باقی بماند، نشان دهنده مناسب بودن شارژ گاز مبرد در دستگاه می باشد.

تاثیر سوپرهیت در شارژ گاز دستگاه

شارژ گاز دستگاه باید به گونه ای انجام شود که اواپراتور تا انتها مایع مبرد داشته و قادر به جذب گرمای محیط باشد. با تبخیر آخرین قطره مایع مبرد و تبدیل آن حالت به صورت گاز، موجب بالا رفتن دما می گردد که در حالت نرمال زمانی که به کمپرسور دستگاه می رسد باید برابر 8 درجه سوپرهیت باشد. پس زمانی که از اصطلاح سوپرهیت استفاده می کنیم یعنی هیچ مایع مبردی وجود ندارد و اهمیت وجود آن این است گه مانع وجود مایع به موتور دستگاه شده و به قطعات مکانیکی نظیر میل لنگ، شاتون، رینگ و پیستون آسیب وارد نمی شود.

جمع بندی

در این مطلب با اهمیت و مزایای سوپرهیت و نحوه اندازه گیری آن آشنا شدیم. دلیل سوپرهیت شدن مبرد اطمینان از عدم ورود مایع به کمپرسور و موتور دستگاه می باشد.