تجمد آلة صنع الثلج المبردة بالماء الماء عن طريق نقل حرارته إلى مادة التبريد، ثم تطلق هذه الحرارة في الماء المتدفق عبر المكثف. وفي آلة صنع الثلج المبردة بالماء، يحل الماء المار في المكثف محل الهواء المحيط كوسيلة نهائية لنقل الحرارة بعيدًا عن نظام التبريد.
وتتضمن العملية الكاملة ثلاث دوائر سائلة منفصلة. ويساعد فهم طريقة تفاعل هذه الدوائر المهندسين والمشترين على تقييم تكوين الآلة ومرافقها ومتطلبات التركيب وظروف التشغيل.
ما هي آلة صنع الثلج المبردة بالماء؟
آلة صنع الثلج المبردة بالماء هي جهاز لإنتاج الثلج تعتمد فيه دائرة التبريد على تدفق الماء عبر المكثف لإزالة الحرارة من مادة التبريد. ولا يتحول ماء المكثف إلى ثلج، بل يجب أن يبقى منفصلًا تمامًا عن ماء صنع الثلج الصالح للشرب.
ويشير مصطلح «المبردة بالماء» إلىالمكثف، وليس إلى المبخر أو شكل الثلج المنتج. ويمكن للآلات الدفعية والآلات المستمرة على حد سواء أن تستخدم مكثفات مبردة بالماء. فعلى سبيل المثال، قد تُستخدم هذه التكوينات في آلات صنع ثلج الأنابيب الصناعية، حيث يتوفر في الموقع تدفق مناسب لماء المكثف وقدرة كافية على طرد الحرارة. آلات صنع ثلج الأنابيب، على سبيل المثال، قد تستخدم هذا التكوين حيث يوفر الموقع تدفق ماء مكثف مناسب وقدرة كافية على طرد الحرارة.
الدوائر الثلاث التي تجعل آلة صنع الثلج المبردة بالماء تعمل
تنقل الآلة الحرارة عبر ثلاث دوائر منسقة. ويُفقد ماء صنع الثلج حرارته، وتقوم مادة التبريد بنقل هذه الحرارة، بينما يزيل ماء المكثف الحرارة من نظام التبريد. وتؤدي السوائل وظائف مختلفة ولا تختلط عادةً مع بعضها.
دائرة ماء صنع الثلج
يدخل الماء الصالح للشرب أو الماء المعتمد للاستخدام الصناعي خزانًا أو موزعًا أو مجموعة مبخر. وباعتماد تصميم الآلة، قد تقوم مضخة بتوزيعه على لوحة أو أسطوانة أو أسطوانة عمودية أو أنابيب عمودية. ويجمد جزء من الماء على سطح المبخر بينما يعود الماء المتبقي إلى الخزان أو يُطرد عبر تصريف تحكم فيه.
وتؤثر جودة الماء في تكون الترسبات الكلسية ووضوح الثلج ومستوى النظافة وتردد عمليات التنظيف. ويجب أن تتناسب معالجة الماء مع مواصفات الماء الداخل ومع الحدود التي حددتها شركة تصنيع الآلة؛ إذ قد يؤدي الإزالة المفرطة للمعادن أيضًا إلى تغيير عملية تكوّن الثلج أو استشعار الماء في بعض الطرازات.
دائرة مادة التبريد
تمتص مادة التبريد الحرارة عند المبخر وتُفلتها عند المكثف. وترفع الضاغط ضغط ودرجة حرارة بخار مادة التبريد. وفي المكثف، يطلق هذا البخار الحرارة ويتحول إلى سائل. ثم يخفض جهاز التمدد ضغط مادة التبريد قبل أن تدخل المبخر مجددًا.
يظل مادة التبريد داخل دائرة مغلقة. وتعتمد ضغوط التشغيل الخاصة بها، وأسلوب التحكم فيها، وكميتها المُملوءة، وقواعد الخدمة المطبَّقة عليها على نوع مادة التبريد المحددة وتصميم النظام.
دائرة ماء المكثف
يجري ماء المكثف عبر مبادل حراري ويمتص الحرارة من مادة التبريد الساخنة. وقد يعود هذا الماء إلى برج تبريد أو إلى نظام آخر لإعادة التدوير في رفض الحرارة. أما الترتيب ذي المرور الواحد فيُفرِّغ الماء المسخن بعد مروره مرة واحدة فقط، لكن هذا التكوين قد يستهلك كمية كبيرة من الماء وقد تكون له قيود محلية.
غالبًا ما يتم تنظيم تدفق الماء للحفاظ على ظروف التكثيف المطلوبة. ويمكن أن يؤدي نقص التدفق أو ارتفاع درجة حرارة ماء الدخول أو الترسبات أو إغلاق الصمام إلى ارتفاع ضغط التكثيف وانخفاض السعة.
كيف تعمل آلة صنع الثلج المبردة بماء؟ خطوة بخطوة؟
الترتيب التالي يصف أساسًا دورة التجميد والجمع المستخدمة في الآلات الدفعية مثل آلات صنع ثلج المكعبات وأنابيب الثلج وبعض آلات صنع ثلج الألواح. أما آلات صنع الثلج الرقائقي المستمرة فتستخدم نفس دورة التبريد الأساسية، لكنها تشكّل الثلج وتزيله باستمرار بدلًا من القيام بذلك عبر مرحلة جمع منفصلة.
الخطوة ١: ملء خزان ماء صنع الثلج وتدويره
تفتح صمام الماء لملء الخزان أو المبخر حتى مستوى التشغيل المطلوب. ثم تقوم المضخة أو نظام التوزيع بتوصيل الماء بشكل متجانس إلى سطح التجميد. وتتحقق وحدات التحكم من أن مستوى الماء يتوافق مع المتطلبات قبل استمرار عملية التجميد العادية.
قد يؤدي التوزيع غير الجيد للماء إلى تكوّن ثلج غير متجانس أو إطالة دورة التجميد أو ترك أجزاء من المبخر جافة. وقد يكون السبب في ذلك انخفاض ضغط الإمداد أو انسداد المجاري أو الترسبات الكلسية أو ضبط مستوى الماء بشكل غير صحيح.
الخطوة ٢: ضغط مادة التبريد
تمتص الضاغطة بخار مادة التبريد منخفض الضغط من المبخر وتكبسه ليصبح بخارًا عالي الضغط وعالي الحرارة. ويسمح فرق الضغط هذا لمادة التبريد بالتبخر عند درجة حرارة منخفضة والتكثف عند درجة حرارة أعلى. وتضيف الضاغطة طاقةً إلى الدائرة، لذا يجب أن يرفض المكثف كلًا من الحرارة المستخلصة من الماء والحرارة الناتجة عن طاقة الدخل المُوردة للضاغطة.
الخطوة ٣: إزالة الحرارة باستخدام ماء المكثف
تدخل مادة التبريد الساخنة إلى مكثف مبرَّد بالماء. وتنقل الحرارة عبر جدار المكثف إلى الماء الجاري، مما يؤدي إلى تكثف مادة التبريد إلى سائل عالي الضغط. ويجب أن تبقى درجة حرارة ماء المكثف وتدفقه ضمن الحدود التشغيلية للآلة. آلة أنابيب الثلج بسعة ١٠ أطنانتستخدم مكثفًا مبرَّدًا بالماء، رغم أن متطلبات الماء والمرافق الفعلية تعتمد على التكوين النهائي.
الخطوة 4: قياس مادة التبريد إلى المبخر
يمر سائل التبريد عبر صمام توسع أو جهاز قياس آخر. ويؤدي انخفاض الضغط إلى خفض درجة حرارة انصهاره التشبعية، مما يُنتج خليطًا باردًا من السائل والبخار مناسبًا لامتصاص الحرارة في المبخر.
ينظم صمام التوسع الحراري تدفق مادة التبريد استجابةً لدرجة ارتفاع حرارة البخار عند مخرج المبخر. أما الأنظمة المغمورة فتستخدم ترتيبات مختلفة لتغذية السائل والتحكم في المستوى، لذا يجب أن يتطابق اختيار المكون مع تصميم نظام التبريد.
الخطوة 5: تجميد الماء إلى السماكة المطلوبة
يمتص التبريد المنخفض الضغط الحرارة عبر جدار المبخر ويغلي. ويبرد الماء الموجود على الجانب المقابل حتى نقطة تجمده ويتكون الجليد. وتحدد هندسة المبخر وتوزيع الماء ومدة التجميد وإجراء الحصاد الشكل النهائي للجليد.
قد تنهي مرحلة التجميد مسبار سماكة أو مؤقت أو تحكم بالضغط أو تحكم بالمستوى أو تسلسل برمجي. ويوضّح هذا الدليل العلاقة التقنية بين سطح التجميد وتكوين الجليد بشكل أعمق في قسم مبخر ماكينة الجليد.
الخطوة 6: حصاد الجليد وإعادة بدء الدورة
تطلق الماكينة الجليد المنتج أو تزيله، ثم تستعيد ظروف التجميد الطبيعية. وقد تستخدم ماكينات الدفعات غاز التبريد الساخن أو ماء الحصاد لتسخين المبخر بما يكفي لانفصال الجليد. كما قد تقطع ماكينات الأنابيب الجليد المنفصل إلى الطول المحدد.
أما ماكينات الثلج الرقائقي المستمرة فتعمل بشكل مختلف: حيث يتكون الجليد ويتم إزالته ميكانيكيًا أثناء استمرار عملية التبريد. وتستخدم ماكينات الدفعات وحدات تحكم لبدء ووقف عملية الحصاد، بينما تستخدم ماكينات التشغيل المستمر وحدات تحكم تشغيلية وأمان لتنظيم إمداد الماء والتبريد وإزالة الجليد وشروط الإيقاف.
المكونات الرئيسية لماكينة الجليد المبردة بالماء
وتتفاوت التركيبة الدقيقة حسب نوع الجليد والسعة، لكن المكونات التالية تقوم بالوظائف التشغيلية الأساسية.
| المكون | الوظيفة |
| المبخر | ينقل الحرارة من ماء صنع الجليد إلى مادة التبريد ويشكل الجليد |
| الضاغط | يدور مادة التبريد ويرفع ضغط البخار وحرارته |
| المكثف المبرَّد بالماء. | ينقل الحرارة من مادة التبريد إلى ماء المكثف |
| جهاز التوسع | يقلل ضغط مادة التبريد ويتحكم في تدفقها إلى المبخر |
| المستودع (إن وُجد) | يخزن سائل التبريد عالي الضغط ويدعم توفير سائل مستقر |
| مضخة الماء أو موزع الماء | يُوصل ماء صنع الجليد عبر المبخر أو من خلاله |
| خزان الماء ووحدة التحكم في المستوى | يحافظ على الحجم المطلوب من ماء صنع الجليد |
| وحدة التحكم في ماء المكثف (إن وُجد) | يستخدم صمامًا أو تحكمًا بالمضخة أو نظام تحكم خارجي للحفاظ على تدفق ماء المكثف المطلوب أو حالة التكثيف. |
| نظام الحصاد | يُحرِّر أو يزيل الثلج بعد أن يصل إلى الحالة المطلوبة. |
| وحدة التحكم وأجهزة الاستشعار | تشغيل عمليات التعبئة المتسلسلة، والتجميد، والحصاد، والحماية، وإعادة التشغيل. |
توضح هذه الوظائف النظام بدلًا من قائمة عالمية للأجزاء. ويمكن لمنشأة صناعية غامرة، وآلة مكعبات جاهزة التجميع، وآلة ثلج رقائقي مستمرة أن تستخدم أنظمة تحكم مختلفة في مادة التبريد ومعدات الحصاد.
التحقق من تكوين المكثف وتكوين الموقع
قبل اختيار آلة ثلج مبردة بالماء، تأكَّد من متطلبات التكوين والموقع التالية:
- تكوين المكثف:حدد ما إذا كانت الآلة تحتوي على مكثف مدمج مبرد بالماء أم تتطلب معدات منفصلة لطرد الحرارة.
- متطلبات ماء المكثف:تحقق من معدل التدفق المطلوب، ودرجة حرارة المدخل المسموح بها، وضغط الماء، وأحجام الموصلات، وحدود جودة الماء، وحمولة طرد الحرارة، وترتيب الصمامات التنظيمية.
- طريقة تصريف الماء:تأكد مما إذا كان الماء المسخن سيعود إلى حلقة برج التبريد أم سيُصرَف عبر نظام تدفق لمرة واحدة. وتتطلب أنظمة أبراج التبريد سعة كافية، ورأس مضخة مناسب، ومعالجة للماء، وحماية من التجمد؛ بينما يجب أن تتوافق أنظمة التدفق لمرة واحدة مع اللوائح المحلية الخاصة باستخدام الماء وتصريفه.
- ظروف التشغيل المُصنَّفة:لا تفترض أن آلة الثلج المبردة بالماء ستُحقِّق إنتاجها المُصنَّف في كل ظروف الموقع. فالإنتاج يعتمد أيضًا على نوع الثلج، ودرجة حرارة ماء المدخل، وحالة التكثيف، ونظام مادة التبريد، وأساس التصنيف.
- نطاق الاقتباس السعري:قارن العروض المقترحة في ظل ظروف تشغيل متطابقة، وتأكد مما إذا كانت المضخات المساعدة، وأبراج التبريد، والأنابيب، ومعدات معالجة الماء مشمولة.
للمراجعة الفنية للمشروع، قدِّم للمورد السعة اليومية المطلوبة، ونوع الثلج، وفولتية الموقع وتكرار التيار، ودرجات حرارة الهواء المحيط وماء المدخل، وظروف إمداد ماء المكثف والعودة منه، والترتيب المتاح لطرد الحرارة. ويجب على المورد حينها تأكيد الإنتاج المُصنَّف، ومتطلبات المرافق، والمعدات المشمولة، و نطاق الاقتباس السعريللتكوين المقترح.
