انواع اواپراتور

وظیفه اصلی اواپراتور جذب گرما از هوا است. جذب گرما از هوا همان فرآیندی است که باعث ایجاد سرمایش در چرخه تبرید می‌شود.

اواپراتورها شامل مجموعه‌ای از کویل‌ها هستند که با مبرد پر شده‌اند. این کویل‌ها بخش اصلی اواپراتور هستند. به یاد داشته باشید که مبردها گرما را با استفاده از گرمای هوا جذب کرده و به حالت جوش در می‌آیند و از مایع به بخار تغییر فاز می‌دهند.

کویل‌های اواپراتور سطح تماس بیشتری ایجاد می‌کنند که هوا بتواند از روی آن عبور کند. این کار فرآیند حذف گرما را سرعت می‌بخشد. افزایش سطح تماس همیشه باعث افزایش سرعت گرمایش و سرمایش می‌شود.

برای درک تأثیر سطح تماس بر انتقال گرما، به مثال پخت استیک توجه کنیم. وقتی استیک را می‌پزیم، آن را با سطح صاف روی تابه قرار می‌دهیم. سطحی که با تابه در تماس است، همان جایی است که انتقال گرما انجام می‌شود.

حالا فرض کنید بخواهیم استیک را به صورت غیرمتعارف بپزیم، همان‌طور که در تصویر نشان داده شده است. می‌دانیم که این روش اشتباه است و استیک به طور یکنواخت پخته نمی‌شود.

در این حالت، سطح تماس گرما با استیک بسیار کمتر است، بنابراین زمان بیشتری برای پخت کامل نیاز دارد و استیک به‌طور یکنواخت نمی‌پزد. این مثال نشان می‌دهد که هر چه سطح تماس بیشتر باشد، فرآیند گرمایش یا سرمایش سریع‌تر انجام می‌شود.

در کویل‌های اواپراتور، مبرد ابتدا به صورت مایع است. این مبرد گرما را از هوای داخلی جذب می‌کند تا به بخار تبدیل شود.

بنابراین، در اواپراتور مبرد در دو حالت وجود دارد:

1. حالت مایع
2. حالت بخار

بسیار مهم است که بدانید مبرد در هر بخش از چرخه تبرید در چه حالتی قرار دارد.

سیستم‌های مختلف تبرید

الزامات خاص برای یک اواپراتور بستگی به نوع سیستم مورد نظر دارد. سه دسته اصلی سیستم‌ها عبارتند از:

1. سیستم‌های تبرید
2. تهویه مطبوع
3. چیلرها

در ادامه، به بررسی انواع اواپراتورهای مورد استفاده در هر نوع سیستم می‌پردازیم.

سیستم‌های تبرید

سیستم‌های تبرید دستگاه‌هایی هستند که اجسام را سرد نگه می‌دارند. این سیستم‌ها می‌توانند به دو نوع تقسیم شوند:

1. سیستم‌های تبرید خانگی
2. سیستم‌های تبرید تجاری

سیستم‌های تبرید خانگی شامل وسایلی هستند که در خانه‌های معمولی استفاده می‌شوند، مانند:

• یخچال
• فریزر
• رطوبت‌گیر

سیستم‌های تبرید تجاری برای خنک کردن در مقیاس بزرگتر استفاده می‌شوند، مانند:

• یخچال‌های سوپرمارکت
• انبارهای سردخانه‌ای
• سیستم‌های خنک‌کننده رستورانی

ویژگی‌های اواپراتور در سیستم‌های تبرید

• کوچک و فشرده
• مقرون‌به‌صرفه
• آسان برای تمیز کردن

سیستم‌های تبرید برای خنک کردن یک فضای کوچک و ثابت طراحی شده‌اند. برای مثال، حجم متوسط یک یخچال خانگی حدود 20 فوت مکعب است.

سه نوع اصلی از اواپراتورها که معمولاً در سیستم‌های تبرید خانگی و تجاری استفاده می‌شوند، عبارتند از:

1. اواپراتورهای لوله‌ای ساده
2. اواپراتورهای صفحه‌ای
3. اواپراتورهای فین‌دار

این سه نوع اواپراتور در هر دو نوع سیستم‌های خانگی و تجاری استفاده می‌شوند. اما از آنجایی که سیستم‌های تجاری بزرگتر هستند، اندازه اواپراتورهای آن‌ها نیز بزرگتر خواهد بود.

 

سیستم‌های تهویه مطبوع (Air Conditioning Systems)

سیستم‌های تهویه مطبوع سیستم‌هایی هستند که شرایط آسایش را فراهم می‌کنند. نمونه‌هایی از سیستم‌های تهویه مطبوع شامل موارد زیر هستند:

• دستگاه‌های کولر پنجره‌ای
• دستگاه‌های اسپلیت سیستم
• دستگاه‌های سقفی (Rooftop units)

این واحدها می‌توانند برای مصارف خانگی یا تجاری استفاده شوند.

از آنجایی که هدف سیستم‌های تهویه مطبوع خنک کردن هوا است، اواپراتورهای مورد استفاده در این سیستم‌ها باید جریان هوا را مدنظر قرار دهند.

در سیستم‌های تهویه مطبوع، هوا به صورت مداوم از طریق اواپراتور عبور داده می‌شود تا مبرد داخل آن بتواند گرمای هوا را جذب کند. برخلاف سیستم‌های تبرید، در سیستم‌های تهویه مطبوع باید هوا را از طریق سیستم به جریان بیندازیم، زیرا در سیستم‌های تبرید (مثل یخچال) حرکت هوا معمولاً کم است.

در سیستم‌های تهویه مطبوع، عمدتاً از اواپراتورهای فین‌دار (Finned Tube Evaporators) استفاده می‌شود. این نوع اواپراتورها بیشترین سطح تماس را در میان سه نوع اواپراتوری که تاکنون معرفی شده‌اند، دارند.

اواپراتورهای فین‌داری که در سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شوند، می‌توانند شکل‌های مختلفی داشته باشند. چهار نوع از این اواپراتورها که در تصویر گرافیکی نشان داده شده‌اند، همگی اواپراتورهای فین‌دار محسوب می‌شوند. در بخش‌های بعدی، به بررسی هر یک از این کویل‌ها و نحوه جریان هوا در آن‌ها خواهیم پرداخت.

چیلرها (Chillers)

چیلر دستگاهی است که برای تولید آب سرد استفاده می‌شود. چیلرها معمولاً تجهیزات بزرگی هستند که در محیط‌های صنعتی به کار می‌روند، مانند:

• خنک کردن ماشین‌آلات
• قالب‌گیری تزریقی
• خنک‌سازی ساختمان‌های بزرگ

جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص چیلر ، بر روی عنوان چیلر چیست؟ چگونه کار میکند؟ کلیک نمایید.

اواپراتورهای مورد استفاده در چیلرها معمولاً اواپراتورهای پوسته و لوله (Shell and Tube Evaporators) هستند که در این شکل زیر نشان داده شده‌اند. یک اواپراتور پوسته و لوله شامل یک مجموعه لوله مسی داخل یک پوسته خارجی بزرگ است.

لوله‌های مسی شامل آبی هستند که قرار است خنک شود.

پوسته خارجی اواپراتور یک محفظه بزرگ شامل مایع مبرد است. این پوسته کاملاً بسته و بدون نشتی طراحی شده است تا از خروج مبرد جلوگیری شود. گرما از آب به پوسته خارجی که مبرد در آن وجود دارد، منتقل می‌شود و باعث خنک شدن آب می‌شود.

اواپراتورهای پوسته و لوله معمولاً در خنک‌سازی مقادیر زیادی آب بسیار کارآمد هستند. به همین دلیل، این نوع اواپراتورها برای چیلرهایی در محیط‌های صنعتی یا تجاری که به مقادیر زیادی آب سرد نیاز دارند، استفاده می‌شوند.

در ادامه، انواع اواپراتورها را با جزئیات بیشتری بررسی خواهیم کرد.

وظیفه اواپراتور جذب گرما است که این کار منجر به سرمایش می‌شود. نوع اواپراتور بستگی به نوع دستگاهی دارد که در آن استفاده می‌شود. این تفاوت منطقی است، زیرا نیازهای یک سیستم تبرید با نیازهای یک سیستم تهویه مطبوع متفاوت است.

تمام اواپراتورها از فلزاتی مانند مس و آلومینیوم ساخته می‌شوند، زیرا این مواد رسانای خوب گرما هستند. رسانای خوب به گرما اجازه می‌دهد که به‌راحتی از هوای بیرون کویل‌ها به مبرد داخل کویل‌ها منتقل شود.

چهار نوع اصلی اواپراتور وجود دارد:

1. اواپراتورهای لوله‌ای ساده
2. اواپراتورهای صفحه‌ای
3. اواپراتورهای لوله‌ای پره‌دار
4. اواپراتورهای پوسته و لوله

در ادامه هر یک از این انواع را بررسی می‌کنیم.

اواپراتور لوله‌ای ساده

اواپراتورهای لوله‌ای ساده ابتدایی‌ترین نوع اواپراتور هستند. این اواپراتورها معمولاً شامل لوله‌هایی از جنس مس یا آلومینیوم هستند.

مبرد در داخل این لوله‌ها قرار دارد و گرما را از هوا جذب کرده و در داخل لوله به بخار تبدیل می‌شود. انتقال گرما از سطح فلز لوله‌های مبرد صورت می‌گیرد.

این اواپراتورها معمولاً در یخچال‌ها و فریزرهای خانگی یافت می‌شوند، زیرا نسبت به سایر اواپراتورهایی که در ادامه معرفی می‌کنیم، کمتر کارآمد هستند. این نوع اواپراتور برای نیازهای خنک‌سازی در مقیاس بزرگ مناسب نیست.

مزایای اواپراتور لوله‌ای ساده

• تمیز کردن آسان
• یخ‌زدایی آسان

اواپراتور صفحه‌ای

اواپراتورهای صفحه‌ای مسطح هستند و از دو صفحه تشکیل شده‌اند که به یکدیگر متصل شده‌اند. این صفحات معمولاً از آلومینیوم ساخته می‌شوند، زیرا آلومینیوم رسانای خوبی برای گرما است.

مبرد مایع از داخل یک لوله که بین دو صفحه قرار دارد عبور می‌کند. لوله مبرد، که قسمت برجسته صفحه است، گرما را از هوا جذب می‌کند.

صفحات آلومینیومی با افزایش سطح تماس، امکان انتقال گرمای بیشتری را فراهم می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود که اواپراتورهای صفحه‌ای کارایی بیشتری نسبت به اواپراتورهای لوله‌ای ساده داشته باشند.

کاربردهای اواپراتورهای صفحه ای

• یخچال‌های خانگی
• فریزرهای خانگی
• دستگاه‌های خنک‌کننده نوشیدنی
• کابینت‌های بستنی

مزایای اواپراتورهای صفحه ای

• تمیز و یخ‌زدایی آسان
• کاهش خطر نشتی مبرد
• ایمنی بالا در استفاده

اواپراتور لوله‌ای پره‌دار

اواپراتورهای لوله‌ای پره‌دار پیچیده‌تر و کارآمدتر هستند. هر پره یک صفحه کوچک است که به بدنه اواپراتور متصل شده است.

پره‌ها انتقال گرما به کویل‌های اواپراتور را افزایش می‌دهند. هرچه تعداد پره‌ها بیشتر باشد، انتقال گرما نیز بیشتر خواهد بود.

اواپراتور پوسته و لوله

اواپراتور پوسته و لوله از مجموعه‌ای از لوله‌های مسی در داخل یک پوسته بزرگ خارجی تشکیل شده است. این نوع اواپراتور برای سرمایش حجم زیادی از آب بسیار کارآمد است.

ساختار و عملکرد اواپراتور پوسته و لوله

• آب گرم از داخل لوله‌های مسی عبور می‌کند.
• پوسته خارجی شامل مایع مبرد است که گرما را از آب جذب می‌کند.
• پوسته به‌طور کامل آب‌بندی شده تا از نشت مبرد جلوگیری کند.

این نوع اواپراتور معمولاً در چیلرها برای کاربردهای صنعتی یا تجاری استفاده می‌شود که نیاز به مقادیر زیادی آب سرد دارند.