پمپ های حرارتي (Heat Pumps)

پمپ های حرارتي (Heat Pumps)

پمپ های حرارتی

پمپ حرارتي وسيله است که به دو منظور از آن استفاده مي شود يکي به عنوان يک دستگاه سرماساز و ديگر به عنوان يک دستگاه گرم کننده.

يک پمپ حرارتي از اجزايي همچون کمپرسور،اواپراتور،کندانسو ر،مبر د و شير فشار شکن تشکيل شده است. مبرد در اغلب اين پمپ ها R-12 مي باشد. در يک پمپ حرارتي مبرد کم فشار وارد اواپراتور شده و در يک تحول فشار ثابت حرارت محيط راجذب کرده و سپس وارد کمپرسور شده و در يک تحول آيزنتروپيک فشارش توسط کمپرسورافزايش مي يابد تا حرارتي را که جذب کرده در کندانسور پس دهد که اين تحول نيز آدياباتيک است. سپس مبرد وارد شسر فشار شکن شده ودر يک تحول آنتالپي ثابت ( h3=h4 ) که نقطه 3 نقطه ورودي به شير و نقطه 4 نقطه خروجي از شير است. کاهش فشارداده و دوباره وارد اواپراتور شده و سيکل را از ابتدا شروع مي کند. هر پمپ حرارتي داراي يک ضريب عملکرد است که در صورت استفاده از پمپ به صورت يک گرم کننده يا سرد کننده به صورت زير محاسبه مي شود:

در حالتي که از آن به عنوان گرم کننده استفاده کنيم

و حال اگر ازآن به عنوان سرد کننده استفاده کنيم

که qH گرماي منتقله در کندانسور و ql گرماي منتقله در کندانسور و wc کار ورودي کمپرسور بوده که هر سه بر واحد جرم مي باشند.

× مقدمه:

گرما عبارت است از حرکت مولکولي. تمام اشياء از مولکولهاي بسيار کوچکي تشکيل يافته اند که بطور دائم و با سرعت در حرکتند.هر چه گرما کاهش يابد حرکت مولکولي نيز کاهش پيدا مي کند.و اما سرما واژه ايست نشان دهنده حرارت کم،سرما خود به خود توليد نمي شود بلکه حرارتي است که از جسم گرفته مي شود و اين حالت سرما نام دارد. حرارت هميشه از يک جسم گرمتر به سوي يک جسم سردتر حرکت مي کند يعني از گرماي بيشتر به سمت گرماي کمتر جريان مي يابد. حال اگر بخواهيم اين عمل را برعکس کنيم و حرارت را از يک جسم با دماي پايين تر گرفته و آن را سردتر کرد با يد از يک پمپ حرارتي استفاده کنيم.کليه سيستمهاي تبريد پمپ حرارتي مي باشند که حرارت را ار يک سطح با درجه حرارت پائين جذب وآن را به يک سطح با درجه حرارت بالا تخليه مي کنند.

عمل سرد کردن يا صنعت حفظ مواد غذليي با استفاده از سرما براي اولين بار در قرن هجدهم از اهميت اقتصادي برخوردار گرديد. يخ مصنوعي براي اولين بار بطور تجربي در سال 1820 ساخته شد ولي تکامل توليد يخ مصنوعي تا سال 1834 بطول انجاميد جاکوب پرکينز(jacob perkins) مهندس آمريکايي براي اولين بار دستگاهي براي توليد يخ مصنوعي اختراع کرد که پيشرو دستگاههاي سرد کننده کمپرسي و مدرن امروزي است.گر چه ميشل فاراده (michel faraday) در سال 1824 اصول سرد کردن از نوع جذبي را کشف نمود ولي در سال 1855 يک مهندس آلماني اولين مکانيزم سرد کننده از نوع جذبي را توليد کرد. سيستم مکانيکي سرد کننده خانگي براي اولين بار در سال 1910 به وجود آمد.ج.ام.لارسن در سال 1913 يک دستگاه خانگي دستي ساخت و بالاخره در سال 1918 اولين يخچال اتوماتيک ساخت کارخانه کلويناتور وارد بازارهاي آمريکا گرديد.

از دستگاهاي سرد کننده مکانيکي بعنوان يخچال خانگي ،سرد کننده هاي تجارتي،تهويه مطبوع،تنظيم کننده رطوبت هوا،سرد کننده مواد غذايي،خنک کننده در مراحل مختلف توليد و موارد ديگر استفاده مي شود.

پمپ هاي حرارتي اغلب در اشکال وسيعي به کار مي روند. چهار نوع از اين پمپ ها را به اين ترتيب مي توان نام برد:

× پمپ هاي حرارتي يکپارچه با سيکل برگشت پذير
× پمپ هاي حرارتي ناحيه اي براي ساختمانهاي متوسط و برزگ
× پمپ هاي حرارتي با کندانسور دو دسته اي
× پمپ هاي حرارتي صنعتي


هر چهار نوع کاربردهاي مشترکي دارند اما هر يک پاسخگوي شرايط به خصوصي مي باشند. براي درک چگونگي کار يک دستگاه سرد کننده، دانستن خصوصيات فيزيکي و حرارتي مکانيزم بکار رفته براي گرفتن حرارت ،داراي اهميت زيادي است.حال به توضيحي کوتاه در مورد عمل سرد کردن در يک يخچال مي پردازيم.


در يک يخچال حرارت از لا به لاي لا يه ها ي عايق و هنگامي که درب يخچال باز مي شود به درون آن نشت مي کند. اين حرارت درون يخچال بوسيله واسطه خنک کننده که درون سيستم سرد کننده(اواپراتور) وجود دارد جذب مي شود. واسطه سرد کننده(مايع سرما ساز) در هنگام جذب حرارت از مايع به حالت گاز تغيير شکل پيدا مي کند. پس از جذب حرارت و تبديل واسطه خنک کننئه به گاز،اين گاز توسط تلمبه به خارج دستگاه سرد کننده هدايت مي شود.سپس اين گاز فشرده شده و حرارت آن در اثر فشار زياد و سرد شدن در کندانسور گرفته مي شود. واسطه سرد کننده آن قدر به جريان خود و انجام سيکل ادامه مي دهد تا درجه حرارت مطلوب در درون يخچال بوجود آيد و پس از آن پمپ حرارتي از کار باز مي ايستد.