ف…………………………………………………………………………72
شکل (4-5) تغییرات دمای اندازه گیری شده شده از یک هدف با لباس تی شرت و کاپشن پشمی و دمای محیط 14 درجه سانتیگراد در فواصل مختلف……………………………………………….74
شکل (4-6) مقایسه نتایج اندازه گیری دماسنج جیوه ای با سنسور مادون قرمز…………………76
فصل اول
مقدمه
1-1 تاریخچه سیستم تبرید و تهویه مطبوع
آسایش و راحتی زندگی انسان یکی از اهداف پیشرفت های بشری بوده و انسانها همواره در پی ابداع و ساخت وسایلی برای رسیدن به این هدف بوده اند. یکی از مصادیق راحتی زندگی، تأمین درجه حرارت مطلوب برای مکان زندگی انسان بوده تا در دماهای بالای تابستان و پایین زمستان امکان زندگی بدون مشقت برایش فراهم شود. این امر مستلزم استفاده از سیستم خنک کننده در تابستان ها و گرمایش در زمستان ها می باشد. استفاده از سیستم خنک کننده در تابستان ها علاوه بر تأمین راحتی زندگی، امکان نگهداری سالم مواد غذایی فاسد شدنی را نیز فراهم می کند. بدین منظور سیستم های تبرید توسعه و بهبود پیدا کرده اند. این سیستم ها برای تأمین راحتی انسان و تهویه مطبوع استفاده می شوند. در واقع از تهویه مطبوع می توان به عنوان نوعی درمان هوا برای انسان نام برد، یعنی به طور همزمان وظیفه کنترل دما، رطوبت، پاکیزگی، بو را به عهده دارد. موضوع تبرید و تهویه مطبوع که نیاز انسان برای حفظ مواد غذایی و آسایش انسان است با گذشت زمان تکامل یافته و تاریخ آغاز آن به قرن ها پیش بر می گردد. هر جنبه ای از تاریخ تبرید بسیار جالب است، در دسترس بودن مبرد، محرک اول و تحولات در کمپرسور و روش های تبرید همه بخشی از این تاریخ است[1].
در زمانهای گذشته تبرید با استفاده از طبیعت صورت می گرفت، مانند استفاده از یخ به عنوان خنک کننده های تبخیری. در اروپا، امریکا و ایران تعدادی خانههای یخ برای ذخیره سازی یخ ساخته شده بود. مواد مانند خاک اره یا چوب تراشه به عنوان عایق در این خانه های یخ استفاده می شد. بعدها، چوب پنبه به عنوان مواد عایق مورد استفاده قرار گرفت. ادبیات نشان می دهد که یخ همیشه در دسترس اشراف زادگان بوده و می توانستند آن را نگه داری کنند. در هند، امپراطوران مغول در طول تابستان های سخت در دهلی و آگرا بسیار علاقه مند استفاده از یخ بودند.
در سال 1806، تجارت یخ آغاز شد. تجارت یخ در شمال امریکا یک کسب و کار پر رونق تلقی می شد. یخ در محفظهی قطارهای عایق شده توسط عایق های چوب پنبه به قطر30 سانتیمتر به ایالت های جنوبی امریکا منتقل میشد. معاملات یخ در چند کشور دیگر از جمله بریتانیا، روسیه، کانادا، نروژ و فرانسه نیز محبوب بود. در این کشورها یخ یا از مناطق سردتر منتقل می شد و یا در فصل زمستان برداشت و در خانه های یخ ذخیره شده تا در تابستان استفاده شود. تجارت یخ در سال 1872 به اوج خود رسید هنگامی که امریکا به تنهایی 225.000 تن یخ به کشورهای مختلف از جمله چین و استرالیا صادر می کرد. با این حال، با ظهور تبرید مصنوعی تجارت یخ به تدریج کاهش یافت.
1-1-1 تبرید مصنوعی
تاریخ تبرید مصنوعی در سال 1755 آغاز شد، اساس سیستم تبرید مدرن، توانایی مایعات برای جذب مقدار زیادی حرارت (گرمای نهان) به عنوان جوش و تبخیر می باشد. ویلیام کولن (William Cullen) از دانشگاه ادینبورگ این روش را در سال 1755 با قرار دادن آب در تماس حرارتی با اتر تحت یک گیرنده از یک پمپ خلاء نشان داد. میزان تبخیر اتر با توجه به پمپ خلاء افزایش یافته و آب می تواند منجمد شود. این فرآیند شامل دو مفهوم ترمودینامیکی، فشار بخار و گرمای نهان است. مایع در تعادل گرمایی با بخار خود، در فشاری به نام فشار اشباع، که بستگی به درجه حرارت دارد، قرار دارد. به عنوان مثال اگر فشار آب روی اجاق گاز افزایش بیابد، آب نیز در دمای بالاتری به جوش میآید. مفهوم دوم این است که تبخیر مایع نیاز به گرمای نهان بالایی در طول تبخیر دارد. اگر گرمای نهان از مایع گرفته شود، مایع سرد می شود. تا زمانی که پمپ خلاء فشار را در فشار اشباع حفظ کند درجه حرارت اتر مورد نظر ثابت باقی خواهد ماند. این امر مستلزم حذف تمام بخارات تشکیل شده به علت تبخیر میباشد. وقتی درجه حرارت پایین مورد نظر باشد، باید فشار اشباع پایین تر بیاید که توسط پمپ خلاء انجام می شود. جزئی از سیستم تبرید مدرن که امروزه در آن خنک کنندگی انجام می شود با این روش تولید شده است که اواپراتور (Evaporator) نام دارد. در این فرآیند خنک سازی بخارات باید به صورت سیکل بسته به حالت مایع بازیافت شود تا به طور مداوم چرخه انجام شود. فرآیند تراکم نیاز به دفع گرما به محیط اطراف دارد، این امر را می توان در درجه حرارت محیط با افزایش فشار تراکم انجام داد. فرآیند تراکم در نیمه دوم قرن هجدهم کشف شد. یو. اف. کلوت و جی. مونگ اسید سولفوریک مایع (So2) را در سال 1780 کشف نمودند در حالی که ون ماروم و ون تروستویک آمونیاک مایع را در سال 1787 کشف کردند. نکته مهم این است که، بخارهای تبخیر شده می تواند در درجه حرارت بیشتر از محیط اطراف متراکم شود. در نتیجه کمپرسور نیاز دارد در فشار بالا بماند. اولیور ایوانز یک سیکل تبرید بسته برای تولید یخ بوسیله اتر تحت مکش توصیف کرد. شکل (1-1) سیکل تبرید بسته برای تولید یخ به وسیله اتر تحت مکش را نشان می دهد[1].
شکل (1- 1) سیکل تبرید بسته برای تولید یخ به وسیله اتر تحت مکش
در شکل بالا سیال سرد کننده (اتر و یا مایع فرار دیگر) در اواپراتور (B) گرما را از آب اطرافش در ظرف (A) گرفته، پمپ (C) بخار دور تساوی و آن را فشرده به فشار بالاتر که در آن می توانید به مایعات در لوله های متراکم D، دادن حرارت به آب در رگ مایع E. چگال جریان از طریق وزن لود H شیر، که حفظ اختلاف فشار بین کندانسور و اواپراتور. پمپ کوچک در بالای H برای شارژ دستگاه با مبرد استفاده.
الکساندر توینگ (Alexander Twining) در سال 1850 اختراعی را ثبت کرد که برای سیستم فشرده سازی بخار از اتر و آمونیاک (NH3) و دی اکسید کربن (CO2) استفاده می کند. جیمز هریسون در سال 1856 مسئول ساخت یک سیستم تبرید تراکم بخار عملی بود. وی سیستم فشرده سازی بخار با استفاده از اتر، الکل و آمونیاک را در آن زمان ساخت. چارلز تیلیر از فرانسه در سال 1864، یک سیستم تبرید با استفاده از دی متیل اتر ساخت که نقطه جوش نرمال آن 23.6- درجه سانتیگراد بود[2]. دیوید بویل (David Boyle)، اولین سیستم آمونیاک را در سال 1871 در سان فرانسیسکو ساخت. همچنین جان انریت یک سیستم مشابه در سال 1876 در بوفالو نیویورک ساخت. فرانتس ویلهانسون در آلمان در سال 1886 با دی اکسید کربن (CO2) و بر اساس سیستم فشرده سازی بخار سیستم تبریدی ایجاد کرد. کمپرسور دی اکسید کربن نیاز به فشار حدود 80 اتمسفر داشت و در نتیجه ساخت و ساز آن بسیار سنگین بود. لینده در سال 1882 و لاو در سال 1887 تلاش کردند تا سیستم های مشابهی در ایالات متحده آمریکا بسازند. سیستم دی اکسید کربن یک سیستم بسیار امن است و تا سال 1960 در کشتی ها برای تبرید مورد استفاده قرار می گرفت. رائول پیکتت با استفاده از مبرد گوگرد دی اکسید (SO2) در همان زمان این سیکل را درست کرد اما فشار آن به اندازه ای بود که هوا به درون آن نشت می کرد. پالمر در سال 1890 از اتیل کلرید (C2H5Cl) در کمپرسور های دوار استفاده کرد. او برای کاهش اشتعال پذیری اتیل کلرید ، آن را با برومو اتان (C2H5Br) مخلوط کرد. ادموند کپلند و هری ادواردز در سال 1920 از ایزو بوتان در یخچال فریزرهای کوچک استفاده کرد. آنها در سال 1930 مبرد را با مبرد متیل کلرید (CH3Cl) جایگزین کردند[3].
یخچال فریزر خانگی با استفاده از یخ طبیعی (جعبه یخ خانگی) در سال 1803 اختراع شد و برای تقریبا 150 سال بدون تغییر زیادی مورد استفاده قرار گرفت. تلاش ها، به منظور توسعه یخچال و فریزر خانگی با استفاده از سیستم های مکانیکی از سال 1887 شروع شد. یخچال و فریزر مکانیکی خانگی اولیه پر هزینه بودند، و نیز به صورت خودکار نبودند و خیلی قابل اعتماد نبودند. با این حال، توسعه یخچال فریزر مکانیکی خانگی در مقیاس بزرگ بود ولی توسعه کمپرسورهای کم بود. شرکت جنرال الکتریک برای اولین بار یخچال و فریزر های خانگی را در سال 1911 معرفی کرد، یخچال های مکانیکی خانگی در سال 1918 در ایالات متحده آمریکا به طور گسترده راه اندازی شد. در سال 1925 ، ایالات متحده آمریکا حدود 25 میلیون یخچال و فریزر های خانگی تولید کرد که تنها 75000 عدد از آنها مکانیکی بودند. در یخچال و فریزرهای اولیه به طور عمده از دی اکسید گوگرد به عنوان مبرد استفاده می شد. ولی با این حال در بعضی ها نیز از کلرید متیل و کلرید متیلن استفاده می شد. در سال 1930 این مبرد توسط فریون12 (R-12) جایگزین شد،. در ابتدا، کمپرسور این یخچال ها از نوع کمپرسور باز بود که به تسمه مجهز بودند. شرکت جنرال الکتریک در سال 1926 برای اولین بار از یخچال و فریزری با یک کمپرسور بسته و غیر قابل نفوذ (هرمتیک) رونمایی کرد. خیلی زود کمپرسور باز به طور کامل توسط کمپرسور های غیر قابل نفوذ جایگزین شد. ابتدا کندانسور یخچال و فریزرها از آب سرد استفاده می کردند، اما خیلی زود با کندانسورهایی که با هوا، سرد می شود جایگزین شدند.
یخچال فریزر های خانگی بر اساس اصل جذب برای اولین بار توسط شرکت الکترولوکس در سال 1931 در سوئد، ساخته شده است. در ژاپن یخچال های مکانیکی برای اولین بار در سال 1924 ساخته شد. اولین بار یخچال و فریزر های خانگی جداگانه در سال 1939 معرفی شدند. استفاده از یخچال و