یکی از اجزای حیاتی چیلر صنعتی، اواپراتور (evaporator) است که وظیفه اصلی آن سرد کردن آب یا هوا در سیستمهای مختلف میباشد. اواپراتور چیلر با استفاده از مبرد، گرما را از محیط جذب کرده و دمای آن را کاهش میدهد. عملکرد صحیح اواپراتور تأثیر مستقیم بر کارایی و بهرهوری کل سیستم چیلر دارد. در این مقاله خواهیم گفت اواپراتور چیلر چیست، نحوه عملکرد آن چگونه است و انواع مختلف اواپراتور چیلر را معرفی میکنیم. شناخت انواع اواپراتور چیلر به شما کمک میکند تا بهترین انتخاب را بر اساس نیازهای سیستم خود داشته باشید و کارایی چیلر را بهینه کنید.
اواپراتور چیلر چیست و چه وظیفه ای دارد؟
پیش از معرفی انواع اواپراتور چیلر توضیح مختصری در مورد اینکه اواپراتور چیلر چیست ارائه میدهیم:
اواپراتور چیلر وظیفه سرد کردن آب یا هوا را بر عهده دارد این قطعه مهم چیلر، مانند یک مبدل حرارتی گرما را از آب گرفته و به مبرد منتقل میکند. وقتی آب یا هوا به اواپراتور وارد میشود، مبرد سرد داخل آن گرما را از آب یا هوا میگیرد و باعث میشود دمای آنها کاهش یابد. در این فرآیند، مبرد که یک گاز خاص است، گرما را جذب میکند و به حالت گاز تبدیل میشود. سپس این گاز داغ به بخشهای دیگر چیلر منتقل میشود تا دوباره سرد شود. بهطور ساده، اواپراتور چیلر باعث میشود که آب یا هوا سرد شده و برای استفاده در سیستمهای سرمایشی آماده شود.
انواع اواپراتور چیلر
اواپراتورها بسته به اینکه مبرد مایع تمام سطوح انتقال حرارت را پوشش میدهد یا بخار گاز در قسمتی از آن فوقگرم شده باشد، به دو دسته سیلآلود و خشک طبقهبندی میشوند. اواپراتور با شیر انبساط ترموستاتیک را می توان اواپراتور خشک طراحی کرد در حالی که اواپراتور با شیر شناور از نوع غرقابی است. در ادامه انواع اواپراتور چیلر طبقهبندی شده است:
1. انواع اواپراتور چیلر با توجه به نوع ساخت و ساز
- اواپراتور سیم پیچ لوله بدون پوشش.
- اواپراتور از نوع لوله پره دار یا سطح گسترده.
- اواپراتور از نوع صفحه ای.
- اواپراتور پوسته و لوله.
- اواپراتور پوسته و سیم پیچ.
- اواپراتور لوله در لوله.
2. انواع اواپراتور چیلر با توجه به نحوه تغذیه مبرد مایع
- اواپراتور شناور
- اواپراتور با انبساط خشک.
3. انواع اواپراتور چیلر با توجه به حالت انتقال حرارت
- اواپراتور همرفتی طبیعی
- اواپراتور جابجایی اجباری
4. انواع اواپراتور چیلر با توجه به شرایط عملیاتی
- اواپراتور فراستینگ.
- اواپراتور بدون یخ زدگی.
- اواپراتور یخ زدایی.
5. انواع اواپراتور چیلر با توجه به گسترش
- اواپراتور انبساط مستقیم.
- اواپراتور انبساط غیر مستقیم.
اواپراتور سطحی گسترده (اواپراتور پره ای)
- کویل های پره دار، کویل های بدون لوله ای هستند که صفحه یا باله های فلزی روی آن ها نصب شده است
- پره هایی که به عنوان سطوح جاذب حرارت ثانویه کار می کنند، اثر افزایش تصمیم گیری اواپراتور دارند و در نتیجه کارایی آن را برای خنک کردن هوا و سایر گازها بهبود می بخشند.
- در اواپراتورهای لوله بدون پوشش، بیشتر هوایی که روی سیم پیچ گردش می کند از فضای باز بین لوله ها عبور می کند و با سطح سیم پیچ در تماس نیست.
- هنگامی که پره ها به یک سیم پیچ اضافه می شوند، پره ها به فضای باز بین لوله ها کشیده می شوند و به عنوان یک جمع کننده گرما عمل می کنند.
- این پره ها گرما را از قسمتی از هوا که معمولاً با سطح لوله تماس پیدا نمی کند، از بین می برند. در برخی موارد پره ها مستقیماً به لوله پایه لحیم می شوند.
- اندازه پره و فاصله به نوع خاصی از کاربرد که سیم پیچ برای آن طراحی شده است بستگی دارد.
- اندازه لوله اندازه باله را تعیین می کند.
- لوله های کوچک به باله های کوچک نیاز دارند.
- اواپراتور طراحی شده برای کاربرد در دمای پایین باید دارای فاصله پره وسیع باشد تا خطر محدود کردن گردش هوا به حداقل برسد.
- پره بیش از حد ممکن است در واقع ظرفیت تبخیر کننده را با محدود کردن گردش هوا بر روی سیم پیچ به طور غیر ضروری کاهش دهد.
- این اواپراتورها برای کاربردهای تهویه مطبوع در جایی که دمای یخچال بالاتر از 0 درجه سانتیگراد است به دلیل سرعت خنک شدن سریع بهترین مناسب هستند.
- جمع و جور است، فضای کمتری را نسبت به لوله لخت یا اواپراتور صفحه ای برای همان ظرفیت اشغال می کند.
- این اواپراتور از نوع کویل پره ای است زیرا سرعت انتقال حرارت سریع در طول چرخه خاموشی دارد.
- همچنین رطوبت نسبی را در حدود 90 تا 95 درصد حفظ می کند. برای جبران این اتلاف به سطح اواپراتور بزرگتر نیاز دارد.
- به نصب در بالای اواپراتور ممکن است یخ زدایی شود و رطوبت از سطح اواپراتور به پایین سرازیر شود.
- این رطوبت زمان کافی برای خروج نخواهد داشت قبل از اینکه کمپرسور دمای اواپراتور را به 7- تا 6- درجه سانتیگراد کاهش دهد، زمانی که این اتفاق می افتد، یخ زدگی در قسمت پایین اواپراتور جمع می شود که منجر به مسدود شدن شکاف پره می شود. بنابراین گردش آزاد هوا در اطراف سیم پیچ باعث کاهش کارایی اواپراتور می شود.
اواپراتور لوله
- در ساخت و ساز ساده است از این رو تمیز کردن و یخ زدایی آن بسیار آسان است.
- از لوله های فولادی یا لوله های مسی ساخته شده اند.
- لوله فولادی برای اواپراتور بزرگتر استفاده می شود و برای مبرد آمونیاکی قابل استفاده است.
- لوله مسی برای اواپراتور کوچکتر برای استفاده با مبرد غیر از آمونیاک استفاده می شود.
- سیم پیچ لوله لخت در تعدادی اندازه و شکل موجود است.
- شکل رایج سیم پیچ های لوله برهنه زیگزاگ مسطح است.
- سیم پیچ لوله برهنه مارپیچی اغلب برای خنک کردن مایع استفاده می شود.
- این اواپراتور تماس سطحی کمتری را در مقایسه با سایرین فراهم می کند.
- سطح تماس ممکن است با افزایش طول لوله افزایش یابد.
- اگر لوله بیش از حد طولانی باشد، مبرد مایع به طور کامل تبخیر می شود که منجر به گرمایش بیش از حد در خروجی می شود.
- این همچنین باعث افت فشار بیشتر بین ورودی و خروجی اواپراتور می شود. این باعث کاهش فشار مکش به کمپرسور می شود.
- اگر قطر لوله بزرگ باشد، سرعت مبرد کم است و حجم ویژه مبرد بیشتر به سطح لوله می شود تا کامل تبخیر شود. این ممکن است به مبرد مایع اجازه دهد تا خط مکش کمپرسور را با آسیب احتمالی به کمپرسور برساند
- اگر قطر خیلی کم باشد باعث افت فشار در اثر اصطکاک و کاهش راندمان می شود.
بیشتر بخوانید: نحوه عملکرد چیلر تراکمی
اواپراتور صفحه ای چیلر
اواپراتور صفحه ای به چند مدل تقسیم می شود برخی از آنها از دو ورقه فلزی مسطح ساخته شده اند که به گونه ای برجسته و جوش داده شده اند تا مسیری را برای جریان مبرد بین دو ورق فراهم کنند.
- این نوع اواپراتور به دلیل تمیز کردن آسان، اقتصادی بودن ساخت به طور گسترده در یخچال های خانگی و فریزرهای خانگی استفاده می شود.
- نوع دیگری از اواپراتور شامل سیم پیچی است که بین دو صفحه فلزی که در لبه ها به هم جوش داده شده اند نصب شده است.
- این تماس حرارتی خوبی بین صفحات جوش داده شده و سیم پیچ حامل مبرد ایجاد می کند.
- اواپراتور نوع صفحه ای ممکن است به صورت تکی یا بانکی استفاده شود.
- صفحه را می توان برای نصب سقف در اتاق نگهداری، فریزر با هم گروه بندی کرد.
- صفحه ممکن است برای جریان موازی یا جریان سری مبرد چند برابر باشد.
- اینها برای تجهیزات با ظرفیت کمتر مورد نیاز برای اوج بار استفاده می شوند.
اواپراتور غرقابی (اواپراتور فلودد)
- در یک اواپراتور غرقابی، سطح مبرد مایع همیشه ثابت است.
- یک شیر کنترل شناور به عنوان یک دستگاه انبساط استفاده می شود که سطح مایع را در اواپراتور ثابت نگه می دارد.
- آکومولاتوری که بین اواپراتور و کمپرسور قرار می گیرد. هر قطره مایعی را که از روی آن عبور می کند می گیرد و آن را به پایین اواپراتور تخلیه می کند.
- به دلیل گرمای تامین شده توسط ماده ای که باید خنک شود، مبرد مایع در کویل اواپراتور تبخیر می شود و در نتیجه سطح مایع پایین می آید.
- یک انباشته برای حفظ سطح مایع در اواپراتور، مایع بیشتری را به اواپراتور می رساند. بنابراین سطح در آکومولاتور پایین می آید و بنابراین شناور پایین می آید و دریچه شناور باز می شود. از این رو سطح مایع از گیرنده به آکومولاتور وارد می شود. با افزایش سطح مایع در باتری، شناور بالا می رود و شیر شناور بسته می شود.
- از آنجایی که مبرد گرما را از ماده گرمتر جذب می کند، بخار حاصل از تبخیر مایع موجود در کویل که سبک تر است، بالا می رود و به بالای باتری منتقل می شود و از آنجا به سمت مکش کمپرسور می رسد.
- صفحه بافل هرگونه قطرات یا ذرات مایع موجود در بخار را متوقف می کند.
- مزیت اواپراتور غرقابی این است که کل سطح مبرد اواپراتور تحت تمام شرایط بارگذاری است.
- بنابراین، سرعت انتقال حرارت بالایی نسبت به اواپراتور انبساط خشک با همان اندازه دارد.
بیشتر بخوانید: محافظت از چیلر هوا خنک در مقابل یخ زدگی
موارد کاربرد اواپراتور غرقابی
- اینها در صنایع شیمیایی و صنایع غذایی استفاده می شوند.
- اینها در راحتی و نصب خنک کننده هوا مورد استفاده قرار می گیرند.
- اینها در جعبه های سردخانه و فریزرها یافت می شوند.
اواپراتور انبساط خشک
- در اواپراتور انبساط خشک، مبرد مایع از سیم پیچ یا لوله اواپراتور عبور می کند و زمانی که به انتهای اواپراتور می رسد، تبخیر می شود، به طوری که فقط بخار باید در خط مکش کمپرسور وارد شود، بنابراین شیر انبساط ترموستاتیک یا مویین، استفاده شده.
- کولرهای انبساط خشک اصطکاک کمی دارند. اینها از نظر طراحی ساده هستند و لوله در معرض انجماد یا پارگی نیستند. انتقال حرارت به طور کلی کم و هزینه اولیه کم آن نیز است.
- خنک کننده های انبساط خشک معمولاً مبرد هاله کربنی استفاده می شوند.
مقایسه بین اواپراتور نوع سیلابی و اواپراتور انبساط خشک
اواپراتور انبساط خشک → اواپراتور نوع سیلابی
1. مقدار محدودی از مبرد به اواپراتور تغذیه می شود → کویل اواپراتور با مقدار اضافی مبرد پر شده است.
2. سرعت انتقال حرارت کمتر است → سرعت انتقال حرارت بسیار زیاد است.
3. برای نصب با ظرفیت کم استفاده می شود ← برای نصب با ظرفیت زیاد استفاده می شود.
4. با برنامه های بار ثابت استفاده می شود → می توان آن را با برنامه های بار نوسان استفاده کرد.
اواپراتور پوسته و لوله
- اواپراتور پوسته و لوله شبیه کندانسور پوسته و لوله است. این شامل پوسته، صفحات و لوله های لوله، جعبه های والر و اتصال مبرد است. در اندازه های کوچکتر ممکن است پوسته لوله استاندارد باشد، اما پوسته جوش داده شده برای اندازه های بزرگ استفاده می شود.
- اواپراتور پوسته و لوله افقی دو پاس مجهز به جعبه آب محصور شده و در حالت افقی نصب شده است.
- ورق لوله معمولاً به ضخامت 1 اینچ به پوسته جوش داده می شود و برای دریافت لوله سوراخ می شود.
- لوله ها از طریق سوراخ ورقه لوله مربوطه وارد شده و جوش داده می شوند تا اتصال گاز تنگ شود.
- بخار مبرد از کمپرسور در لوله منبسط شده و آب سرد از طریق پوسته به گردش در می آید.
- اگر اواپراتور به صورت غرقابی کار می کند، آب از طریق لوله و مبرد مایع از طریق پوسته به گردش در می آید.
- ارتفاع مبرد مایع در پوسته توسط شیر شناور کنترل می شود.
- اغلب مبرد مایع از طریق نازل به داخل پوسته اسپری می شود و آب از طریق لوله به گردش در می آید.
- مبرد مایع در پایین پوسته جمع آوری شده و توسط پمپ دوباره به گردش در می آید.
- سرعت انتقال حرارت کمتر است و برای واحد کوچک استفاده می شود.
سخن پایانی
اواپراتور چیلر یکی از اجزای حیاتی در انواع چیلر است که نقش مهمی در کاهش دما و حفظ کارایی سیستمهای تهویه مطبوع دارد. با توجه به انواع مختلف اواپراتور از جمله ساختارهای متفاوت، نحوه تغذیه مبرد، انتقال حرارت و شرایط عملیاتی، میتوان انتخاب مناسبی برای نیازهای مختلف انجام داد.
درک انواع اواپراتورها و تفاوتهای آنها به شما کمک میکند تا بهترین گزینه را برای سیستم سرمایشی خود انتخاب کنید و کارایی بهینه را از آن دریافت کنید. انتخاب صحیح اواپراتور میتواند تأثیر زیادی در کاهش مصرف انرژی و افزایش عمر مفید دستگاهها داشته باشد.
سوالات متداول
اواپراتور چیلر قسمتی از سیستم چیلر است که گرما را از آب یا هوا گرفته و آن را سرد میکند تا به سیستم سرمایشی کمک کند.
در اواپراتور انبساط مستقیم، مبرد بهطور مستقیم وارد لولهها میشود و با آب یا هوا در تماس است، اما در نوع غیرمستقیم، از یک مبدل حرارتی برای انتقال گرما استفاده میشود.
اواپراتورهای پوسته و لوله و اواپراتورهای صفحهای برای سیستمهای بزرگ و صنعتی مناسب هستند زیرا توانایی بالایی در انتقال گرما دارند.
انتخاب نوع مناسب اواپراتور باعث افزایش کارایی سیستم سرمایشی، کاهش مصرف انرژی و بهبود عملکرد کلی چیلر میشود.
اواپراتور فراستینگ یکی از انواع اواپراتور چیلر است که در شرایط دمای پایینتر از حد معمول برای جلوگیری از یخزدگی به کار میرود.
