مبرد التبريد الفائق: تعرف على الأنواع المختلفة للدرجات الحرارة المنخفضة ودورة التبريد المستخدمة في التطبيقات الصناعية والطبية.
مبرد التبريد الفائق | أنواع درجات الحرارة المنخفضة والدورة
تلعب مبردات التبريد الفائق دورًا حيويًا في أنظمة التبريد الصناعية والعلمية التي تتطلب درجات حرارة منخفضة للغاية. في هذا المقال، سنتعرف على أنواع مبردات التبريد الفائق ودورة التبريد المستخدمة لتحقيق درجات الحرارة المنخفضة.
أنواع درجات الحرارة المنخفضة
- النيتروجين السائل: يُستخدم النيتروجين السائل في العديد من التطبيقات مثل تجميد الأطعمة والبحوث العلمية. درجة حرارته تصل إلى -196 درجة مئوية.
- الهليوم السائل: يُستخدم الهليوم السائل لتحقيق درجات حرارة أقل من النيتروجين السائل ويُستخدم في التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة منخفضة جداً مثل المغناطيسات الفائقة التوصيل. درجة حرارته تصل إلى -269 درجة مئوية.
- الهيدروجين السائل: على الرغم من ندرة استخدامه بسبب خطورته وكلفته العالية، إلا أنه يمكن أن يحقق درجات حرارة تصل إلى -253 درجة مئوية.
دورة التبريد
دورة التبريد هي العملية التي يتم من خلالها خفض درجة الحرارة باستخدام مبردات التبريد. هناك عدة دورات تبريد مستخدمة لتحقيق درجات حرارة منخفضة في مبردات التبريد الفائق ومنها:
دورة كارنوت
دورة كارنوت هي دورة نظرية تستخدم لفهم الحد الأقصى للكفاءة التي يمكن تحقيقها في عملية تبريد. تتمثل دورة كارنوت في أربع خطوات:
- توسيع متساوي الحرارة: التبريد يتم عند درجة حرارة منخفضة ثابتة.
- تمدد متساوي الإنتروبي: التبريد يتم دون تغيير في الإنتروبي، مما يؤدي إلى خفض درجة الحرارة.
- ضغط متساوي الحرارة: التسخين يتم عند درجة حرارة عالية ثابتة.
- ضغط متساوي الإنتروبي: التسخين يتم دون تغيير في الإنتروبي، مما يؤدي إلى رفع درجة الحرارة.
دورة رانكن
دورة رانكن هي دورة حرارية تُستخدم في أنظمة التبريد وتستخدم عادةً في التطبيقات الصناعية. تتكون دورة رانكن من أربع عمليات أساسية:
- ضغط متساوي الإنتروبي: يتم ضغط المبرد السائل بواسطة مضخة لرفع ضغطه.
- تبخير متساوي الحرارة: يتم تبخير السائل في المبخر لتحويله إلى غاز.
- توسيع متساوي الإنتروبي: يتم توسع الغاز في التوربين مما يؤدي إلى خفض درجة حرارته وضغطه.
- تكثيف متساوي الحرارة: يتم تكثيف الغاز في المبادل الحراري لتحويله إلى سائل مرة أخرى.
دورة ليكيلت
تُستخدم دورة ليكيلت في مبردات التبريد الفائق، وخاصة في التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة منخفضة جداً، مثل توصيل الكهرباء الفائق وتبريد المغانط الفائقة التوصيل. تتميز دورة ليكيلت بالخطوات التالية:
- ضغط الغاز في مضخة ضغط.
- تبريد الغاز في المبادل الحراري.
- توسع الغاز في صمام التمدد لتبريد أكبر.
- إعادة تسخين الغاز قبل الدخول في مضخة الضغط مرة أخرى.
تقدم هذه الدورات المختلفة تقنيات متنوعة لتحقيق التبريد الفائق واستخدامات متعددة بناءً على التطبيقات المطلوبة ودرجات الحرارة المستهدفة.