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 پروژه های تحقیقاتی زیادی شد. (از جمله پروژه ی منهتن که به ساخت اولین بمبهای اتمی آمریکا منتهی شد).
لئو زلارد اختراعات زیادی از جمله دستگاه های شتاب دهنده خطی و سیکلوترون را نیز به نام خود دارد. بسیاری نقش اصلی در اختراع یخچال نفتی را نیز به او نسبت می دهند 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 سیستم های تبرید هستند که در دوران قدیم مورد استفاده قرارمی گرفتند. برخلاف تصور عامه مردم، نفت هیچ نقش مستقیمی در سیکل تبرید ایفا نمی کرد بلکه تنها برای تولید حرارت در ژنراتور استفاده می شد. به طور کلی یخچال نفتی یک سیکل تبرید جذبی آب آمونیاک است که در آن آمونیاک نقش مبرد و آب نقش جاذب را بازی می کنند. در ادامه به طور مختصر مراحل مختلف سیکل را توضیح می دهیم.
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 می یابد تا جایی که آمونیاک به علت دمای جوش پایین تر بخار شده و از محلول جدا می شود.
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 می نماید. بخار آمونیاک بعد از عبور از کندانسور هوایی که در پشت یخچال قرار دارد تقطیر می شود.
آمونیاک مایع وارد اواپراتور یخچال شده و با گرفتن حرارت از درون یخچال مجدداَ تبخیر می شود. 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 می نماید و در پایان مجدداَ از محلول جدا شده و وارد مخزن هیدروژن می شود.
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 می شود تا سیکل تبرید را ادامه دهند. به علت بازده بالای سیستم های تراکمی در مقیاس مشابه از این سیستم استفاده چندانی نمی شود اما هنوز در جاهایی که گاز و برق برای تبرید وجود ندارد از یخچال نفتی استفاده می شود.
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 محیط های گرم (بالای ۴۵ درجه سانتی گراد) به علت دارا بودن کندانسور هوایی و… نام برد.
یخچال نفتی بر خلاف یخچال برقی و کولر های گازی که بر اساس فرئون فشرده و کمپرسور کار می کنند دارای هیچ قسمت متحرکی نیست و نیروی محرکه خود را مستقیما از شعله آتش نفت می گیرد.
اساس کار یخچال نفتی بر پایه جذب و دفع آمونیاک در آب می باشد.
- در دمای معمولی آمونیاک در آب حل می شود ولی اگر به مخلوط آمونیاک و آب گرما بدهیم چون آمونیاک بسیار جوشنده تر از آب می باشد 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 می کند.
- در سر راه این بخار گرم یک جدا کننده قرار دارد که قطره های آب را از بخار آمونیاک جدا کرده و درون مخزن مخلوط آب و آمونیاک بر می گرداند.( این قسمت را داشته باشید تا بعد زیرا در راه بازگشت این آب جدا شده به مخزن، یک اتفاق دیگر هم می افتد).
- سپس بخارآمونیاک وارد یک سری لوله های پره دار به نام چگالنده شده و گرمای خود را از دست می دهد و به صورت آمونیاک مایع درمی آید. (توجه: این قسمت همانند یخچال های برقی درپشت یخچال قرار دارد).
- سپس این آمونیاک مایع سرد تر شده ( دارای دمایی بالاتر از دمای محیط) وارد محفظه و لوله های پره دار دیگری می شود که درون یخچال جای دارد و در معرض گاز هیدروژنی که درون این محفظه قرار دارد واقع می شود و به سرعت بخار شده و جهت تبخیر، گرمای محیط درون یخچال را جذب می کند.( در نتیجه درون یخچال سرد می شود.)
- سپس مخلوط آمونیاک و هیدروژنی که به صورت مخلوط گازی سرد است، وارد جذب کننده می گردد. درون جذب کننده مخلوط آمونیاک و هیدروژن با آبی که در مرحله دوم از گاز داغ آمونیاک جدا شده بود، تماس داده می شوند.در این جا آمونیاک که درون آب بسیار حل شونده تر از هیدروژن است درون اب حل می شود و هیدروژن جدا شده دوباره به درون محفظه بخارنده ( اواپراتور – که همان محفظه درون یخچال باشد ) باز می گردد.
- 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 می شود.
دلیل تبخیر آمونیاک در هیدروژن چیست؟
برای پاسخ به این پرسش باید به ترمودینامیک محلول ها نگاهی بیندازیم. می کوشیم با یک مثال ساده پاسخ پرسشتان را بدهیم.
آب خالص در ۱۰۰ درجه می جوشد و در صفر درجه یخ می زند ولی اگر به آب مقداری نمک بیفزاییم دیگر در ۱۰۰ درجه نمی جوشد بلکه در دمایی بالاتر از ۱۰۰ درجه می جوشد. اگر به آب مایعی مانند الکل بیفزاییم در صفر درجه یخ نمی زند بلکه در دمایی پایینتر یخ می زند و در دمایی پایین تر از ۱۰۰ درجه نیز تبخیر می شود. همین جریان در باره آمونیاک و گاز هیدروژن اتفاق می افتد.
آمونیاک خالص در دما و فشار اتاق به صورت گاز است ولی آمونیاکی که از کندانسور بیرون می اید دارای دمای بالاتر از اتاق و فشاری به مراتب بیشتر از اتاق می باشد.
(این فشار از طریق بخارهای متصاعد شده از روی چراغ نفتی تامین می شود) پس دقیقا در درلحظه پیش از واردشدن امونیاک به اواپراتور آمونیاک خالص به صورت مایع می باشد.
این آمونیاک وقتی درون اواپراتور با هیدروژن در هم حل بشوند نقطه جوش محلول آمونیاک هیدروژن بسیار بسیار پایین تر از نقطه جوش آمونیاک خالص می باشد بنابراین آمونیاک با هر دمایی هم که وارد اواپراتور شده باشد محلول آمونیاک و هیدروژن فورا تبخیر می شود حتی اگر دمای اواپراتور –دمای درون یخچال – خیلی پایین تر از صفر درجه باشد.
