مقدمه:
کندانسورها نیز همچون اواپراتورها وسایل انتقال حرارت می باشند که در آنها حرارت بخار مبرد داغ از طریق سطوح لوله ها به عامل تقظیر (مثلا هوا یا آب) منتقل شده و در اثر آن بخار مبرد ابتدا تا دمای اشباع سرد و سپس به مایع تبدیل می شود. با وجودی که در بعضی از سیستم های دمای پایین گاهی از آب نمک یا مبردهای انبساط مستقیم به عنوان عامل تقطیر استفاده می کنند ولی در اکثر موارد هوا یا آب و یا ترکیبی از آنها به کار برده می شود. بطور کلی کندانسورها به سه نوع می باشند : 1- خنک شونده با هوا 2- خنک شونده با آب 3- کندانسور تبخیری در کندانسورهای هوایی از هوا به عنوان عامل تقطیر استفاده می کنند در حالی که در کندانسورهای آبی برای تقطیر مبرد از آب استفاده می شود. در هر دو کندانسور فوق الذکر حرارت دفع شده به وسیله مبرد دمای عامل تقطیر را افزایش می دهد. در کندانسورهای تبخیری هم هوا و هم آب مورد استفاده قرار می گیرد. گرچه در کندانسورهای تبخیری،دمای هوای عبوری مقداری افزایش می یابد اما تقطیر مبرد عمدتا از تبخیر آب پاشیده شده بر روی کندانسور ناشی می شود و وظیفه هوا افزایش شدت تبخیر با دفع بخار آب حاصل از تحول تبخیر می باشد
کندانسورهای هوایی :
در کندانسورهای هوایی از هوا به عنوان عامل تقطیر استفاده می کنند در کندانسورهای هوایی حرارت دفع شده به وسیله میرد دمای عامل تقطیر را افزایش می دهد. جریان هوا در یک کندانسور هوایی ممکن است به صورت طبیعی ، یا به وسیله فن یا دمنده انجام شود. در صورتی که جریان هوا طبیعی باشد،مقدار هوای جریان یافته در کندانسور کم بوده و سطح تقطیر نسبتا بیشتری لازم است. این کندانسورها به دلیل ظرفیت کم شان فقط در کاربردهای کوچک و عمدتا در یخچالها و فریزرهای خانگی مورد استفاده قرار می گیرند. کندانسورهای با جریان طبیعی هوا که در یخچالهای خانگی به کار می روند معمولا از نوع صفحه های یا لوله ای پرده دار هستند در صورت استفاده از لوله های پره دار برای کاهش مقاومت در مقابل جریان آزاد هوا،معمولا پره ها را با فاصله زیاد تری نسبت به هم قرار می دهند. زیاد بودن فاصله پره ها همچنین امکان کثیف شدن کندانسور در اثر ورود کثافات را تقلیل می دهد. کندانسورهای صفحه ای در پشت یخچالها نصب می شوند بطوری که جریانی از هوای محیط بر سطوح آنها ایجاد می شود در حالی که کندانسورهای لوله ای پره دار در پشت یخچال یا تحت زاویه ای در زیر آن نصب می گردد. بدون توجه یه نوع یا محل نصب کندانسور،بایستی یخچال به نحوی استقرار یابد که هوا بتواند آزادانه از روی کندانسور جریان داشته باشد.
همچنین بایستی حتی الامکان از قرار دادن یخچال در محیط گرم مثلا در مجاورت اجاق گاز خود داری گردد. کندانسورهای هوایی با کنوکسیون اجباری را که به فن یا دمنده مجهز می باشند می توان بر اساس محل نصب شان به دو گروه تقسیم نمود :
1- کندانسورهای نصب شده بر روی شاسی
2- کندانسورهایی که دور از کمپرسور نصب می شوند
کندانسورهای هوایی نصب شده بر روی شاسی کندانسورهایی هستند که با کمپرسور و محرک آن بر روی شاسی مشترکی نصب شده و جزء مکمل واحد تقطیر خنک شونده با هوا می باشند. کندانسور نصب شده در دور از کمپرسور ، معمولا به طور جداگانه و با فاصله از کمپرسور نصب شده و می توان آن را در داخل یا بیرون فضا قرار داد. در صورتی که کندانسور در داخل فضا نصب شده باشد. برای جریان مناسب هوای بیرون از کندانسور بایستی امکاناتی ایجاد نمود و چنانچه کندانسور شکل( 1-2) در محل گرمی مثلا زیر شیروانی یا موتور خانه قرار گرفته باشد ، بایستی برای رساندن هوا به کندانسور و تخلیه هوای گرم محیط، کانالهایی مورد استفاده قرار گیرند و چون مقدار هوای لازم زیاد می باشد تنها ، کندانسورهای کوچک در داخل فضا قرار می گیرند. کندانسورهای واقع در فضای بیرون، ممکن است بر روی زمین،روی بام یا دیوار نصب شوند. ولی معمولا آنها را روی بام نصب می نمایند.
کندانسورهای هوایی در طرحهای مختلف قائم واقعی در اندازه های کمتر از یک کیلو وات تا kw 500و بیشتر تولید می شوند . بعضی از این کندانسورها با دو یا چند مدار تبرید جداگانه طراحی شده است و می توان از آنها برای چند سیستم تبرید مختلف با مبردهای گوناگون استفاده نمود. در بعضی از این کندانسورها که به مدار مادون سرد کن مایع مجهز هستند برای اطمینان از کار موثر مدار مادون سردکن نباید از مخزن ذخیره مایع استفاده گردد ولی چنانچه از مخزن ذخیره مایع برای تخلیه فشار استفاده می شود بایستی آن را در بالا دست مدار مادون سردکن قرار داد.
کنترل کندانسورهای هوایی :
کنترل در کندانسور های هوایی با تغییر دادن مقدار هوای عبوری از کندانسور یا به نیمه پر نمودن کندانسور از مایع ( به طوریکه سطح موثر تقطیر کاهش یابد) می توان دمای تقطیر را در محدوده مورد نظر نگه داشت. مقدار هوای جریان یافته در کندانسورهای هوایی را می توان با قرار دادن دمپر در مسیر هوا با تغییر دادن سرعت فن یا روشن و خاموش نمودن آن یا ترکیبی از این روشها کنترل نمود.
می توان با قرار دادن یک دمپر تنظیم هوا در خروجی فن که به وسیله موتور حساس به دمای محیط با فشار تقطیر کنترل شده یا به وسیله مکانیزمی که مستقیما با فشار مبرد در کندانسور عمل می نماید ظرفیت کندانسور را در حد پایدار قابل قبولی کنترل نمود ولی این نوع کنترل کننده ها و دمپرها با مشکلات مکانیکی و الکترونیکی ناشی از خوردگی ،تجمع گرد و غبار و انجماد مواجه هستند و به ویژه در مواردی که از فن های محوری استفاده می شود بایستی برای غلبه بر افزایش فشار استاتیک ناشی از بسته شدن جزئی یا کامل دمپرها از موتور قوی تری استفاده نمود. امروزه در تجهیزات کنترل ظرفیت کندانسورهای هوایی برای تغییر سرعت فن از مدارهای الکترونیکی بهره می گیرند. در این نوع کنترل کننده ها از ترمیستوری که دمای محیط یادمای گاز کندانسور را حس می نماید و مقاومت الکتریکی آن با تغییر دما تغییر می یابد استفاده شده است . مقدار الکترونیکی تغییرات مقاومت ترمیستور را آشکار می نماید و با تغییر ولتاژ موتور که ممکن است از نوع قطب چاکدار یا خازنی فاز شکسته باشد سرعت موتور را تنظیم می نماید. بسته به دمای ترمیستور سرعت فن کندانسور می تواند از سرعت کامل تا صفر تغییر نماید چون روشن و خاموش کردن پیاپی فن ( در فواصل زمانی کوتاه ) در دمای تقطیر کندانسور نوساناتی بوجود می آورد معمولا در کندانسورهای هوایی که تنها به یک فن مجهز می باشند از این روش برای کنترل ظرفیت استفاده نمی کنند ولی در کندانسورهای شامل چندین فن و خصوصا در مواردی که کندانسور به دمپر تنظیم هوا یا کنترولر سرعت فن مجهز می باشد می توان با روشن و خاموش نمودن فن ها فشار تقطیر را به راحتی در محدوده وسیعی از شرایط کاری کنترل نمود. معمولا در کندانسورهای چند مداری کنترل ظرفیت با تغییر مقدار هوای عبوری از کندانسور مناسب نیست. همچنین وزش شدید باد به سطح کندانسورهای هوایی ایستاده می تواند هرگونه کاهش ظرفیت حاصل از روشن و خاموش نمودن یا کاهش سرعت فن ها را منتفی سازد. این مشکل با استفاده از منحرف کننده های باد یا استفاده از کندانسورهای خوابیده تا حد زیادی حل خواهد شد. روش دیگر کنترل ظرفیت در کندانسورهای هوایی تغییر دادن سطح تقطیر موثر آنها با افزایش سطح مایع در قسمت تحتانی کندانسور می باشد . هر یک از تولید کنندگان کندانسورهای هوایی برای کنترل ظرفیت کندانسور روش بخصوصی را به کار می برند که معمولا شامل وسایلی برای کم کردن سایر مشکلات مربوط به کار در شرایط سرد می باشند . در صورتی که کنترل ظرفیت کندانسورهای چند مداری با کنترل مبرد انجام می شود برای هر یک از سیستم ها کنترل کننده جداگانه ای به کار می برند.
برجهای خنک کن :
برجهای خنک کن در اصل وسایل بازیابی آب می باشند . آب گرم خروجی از کندانسور به بالای برج خنک کن پمپ می شود و از آنجا به تشتک برج می ریزد . هر چند در این برجها مقداری انتقال حرارت محسوس از آب هوا وجود دارد ولی تقریبا اثر خنک کنندگی تماما از تبخیر قسمتی از آب اسپری شونده در برج حاصل می گردد و حرارت لازم برای تبخیر قسمت تبخیر شونده آب از جرم آب باقی مانده دربرج تامین می شود و درجه حرارت جرم آب باقی مانده کاهش می یابد. بخار حاصل از فرایند تبخیر در برج به وسیله جریان هوایی که توسط یک دمنده ایجاد می شود از برج خارج می گردد . با توجه به اینکه دما و رطوبت هوای از برج افزایش می یابد بدیهی است میزان تاثیر برج خنک کن تا حد زیادی به درجه حرارت مرطوب هوای ورودی بستگی دارد و با کاهش آن افزایش می یابد و عوامل دیگری که عملکرد و برجهای خنک کن را تحت تاثیر قرار می دهند عبارتند از :
1-سطح و زمان تماس آب و هوا 2- سرعت هوای عبوری از برج 3- جهت جریان هوانسبت به سطح تماس آب ( همسو و غیر هم سو ). سطح تمامی آب با هوای شامل : 1- سطح آب در تشتک برج 2- کلیه سطوح خیس شده در برج 3- سطح کل قطرات آب پاشیده شده در برج می باشد . از نظر تئور یک پائین ترین دمای قابل حصول برای آب در برج خنک کن دمای مرطوب هوای ورودی می باشد که در آن شرایط هوای خروجی از بخار آب اشباع خواهد بود ولی اغلب دمای آب خروجی از برج 4 تا 5/5 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای مرطوب هوای ورودی است بنابراین هوای خروجی از بخار آب اشباع خواهد بود ولی اغلب دمای آب خروجی از برج 4تا 5/5 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای مرطوب هوای ورودی است بنابراین هوای خروجی از برج همواره مقداری از حالت اشباع پایین تر خواهد بود. اختلاف بین درجه حرارت آب خروجی از برج و دمای مرطوب هوای وردی به برج مرطوب هوا نزدیک تر خواهد شد. ولی از نظر اقتصادی حداکثر مقدار آبی که می تواند در برج جریان یابد تا اندازه ای با توان مصرفی پمپ محدود می شود.
کاهش درجه حرارت آب در عبور از برج ( اختلاف بین درجات حرارت ورودی و خروجی آب ) range برج نامیده می شود. در سیستمهای با کندانسور آبی مگر در مواقعی که از میان بر استفاده شده باشد range برج همواره برابر افزایش دمای آب در کندانسور خواهد بود. بار یک برج خنک کن را می توان با اندازه گیری و دبی آب برج و دمای آب و خروجی برج با استفاده از معادله زیر بدست آورد:
( دمای آب ورودی- دمای آب خروجی ) ×( ) 19/4 ×( ) دبی آب= (kw ) بار برج
خوردگی در کندانسور و نحوه نگهداری از آن
خوردگی لوله های کندانسور یکی از مشکلات عمده خوردگی در یک واحد نیروگاه بخاری است چرا که سوراخ شدن و تجهیزات دیگر واحد نیروگاهی از قبیل بویلر و توربین را با مشکل مواجه می سازد. به این ترتیب بواسطه آلوده شدن چگالیده و بخار درون سیکل،خسارات شدیدی به بویلر و توربین های نیروگاه وارد می شود.
آلیاژهای پایه مس به علت دارا بودن خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی مناسب،فرم پذیری عالی و خواص حرارتی خوب،کاربردی گسترده در لوله های کندانسور نیروگاهی دارد امااین آلیاژها نیز تحت شرایط مختلف سرویس و در حضور آلاینده های با شدت های مختلف خوردندگی مصون نبوده و مورد تهاجم و خوردگی قرار می گیرند. رفتار خوردگی آلیاژهای بکار رفته در لوله های کندانسور متاثر از ترکیب آلیاژ و شرایط محیطی اعم از دما ،سرعت،میزان اکسیژن محلول و ترکیب آب خنک کن می باشد. در این تحقیق سه آلیاژ پایه مس،برنج آدمیرالتی،برنج آلومینیم دار و مس نیکل 5-5 که بطور گسترده ای در لوله های کندانسور مورد استفاده قرار می گیرد تحت شرایط مختلف دما ،اکسیژن محلول و سرعت آب مورد مطالعه خوردگی قرار گرفتند.
نقش کندانسور در نیروگاه بخار :
سیستم دفع گرما از نیروگاه که با آب خنک کن گردشی در چگالنده ارتباط پیدا می کند به بررسی خاص و جداگانه ای نیاز دارد.
وظیفه اصلی چگالنده عبارت است از مایع کردن بخار خروجی از توربین و از این طریق باز یافت آب تغذیه با کیفیت بالا جهت استفاده مجدد در چرخه . چگالنده در اجرای این وظیفه در واقع کار دیگری هم انجام می دهد که حتی مفیدتر از نقش اصلی آن است. اگر دمای آب خشک کن، به طوری که متداول است،به اندازه کافی پایین باشد،در این صورت در چگالنده که توربین به آن تخلیه می شود فشار پایینی (خلا نسبی) برقرار می شود. این فشار برابر است با فشار اشباع مربوط به دمای بخار در حال چگالش که مقدار آن به نوبه خود به دمای آب خنک کن وابسته است. حالا معلوم شده است که افت آنتالپی و در نتیجه کار توربین است. با کاهش فشار چگالنده فقط به اندازه چند کیلو پاسکال کار توربین و بازده نیروگاه افزایش و جریان بخار بزرگتر هستند. لذا از دیدگاه ترمودینامیکی هر چند دمای آب خنک کن مورد استفاده پایینتر باشد بهتر است. بنابراین بازده نیروگاههای چگالنده دار بسیار بیشتر از نیروگاههای بدون چگالنده است. در همه نیروگاههای امروزی از چگالنده استفاده می شود و چگالنده یک دستگاه اصلی و بسیار مهم در نیروگاه به شمار می رود.
چگالنده ممکن است یک دو یا چهار مسیر برای آب خنک کن داشته باشد. تعداد مسیرها اندازه و کارایی چگالنده را تعیین می کند. در نیروگاهها از چگالنده چهار مسیره به ندرت استفاده می شود. چگالنده یک مسیره چگالنده ای است که در آن خنک کن یکباره از یک انتها وارد تمام لوله ها می شود و از انتهای دیگر آنها را ترک می کند. در چگالنده دو مسیره آب خنک کن از طریق قسمتی از مخزن آب تقسیم شده وارد نیمی از لوله ها می شود و پس از گذشتن از آنها به مخزن آب تقسیم دیگر لوله ها وارد قسمت دیگر مخزن آب تقسیم شده می شود. در صورتی که تعداد کل لوله ها و یکسان باشد چگالنده یک مسیره به جریان آبی که دو برابر جریان آب چگالنده دو مسیره است می شود بنابراین استفاده از چگالنده یک مسیره موجب افزایش بازده گرمایی نیروگاه می شود و آلودگی گرمایی را کاهش می دهد، در مقابل مقدار آب مورد نیاز در آن دو برابر و انرژی لازم برای پمپ کردن چهار برابر است.
تعداد تقسیمات مخزنهای آب غالبا بیشتر از تعدادی است که برای داشتن تعداد معینی مسیر آب خنک کن در چگالنده لازم است. مثلا در یک چگالنده یک مسیره ممکن است مخزنهای این کار نصف چگالنده می تواند در حال کار باشد در حالی که می توان نصف دیگر آن را تمیز کرد.
و یا تحت تعمیر قرار داد . در یک چگالنده دو مسیره تقسیم شده مخزنهای آب به چهار قسمت تقسیم می شوند . در مخزنهای آب تقسیم شده، تعداد لوله های ورودی و خروجی دو برابر است و هر قسمت هم مسیر آب خنک کن خاص خود را دارد. با تعبیه شیرهایی در صفحات مقسم و با معکوس کردن جهت جریان آب می توان عمل شستشو را که از نظر تمیز سازی چگالنده حائز اهمیت است انجام داد.
سیستم آب گردشی آب خنک کن مورد نیاز چگالنده را تامین می کند و از این رو به صورت واسطه ای عمل می کند که توسط آن گرما از چرخه بخار به محیط دفع می شود. همچنین این سیستم آب عمومی محوطه نیروگاه را که مقادیر آنها کم است تامین می کند. در نیروگاههای هسته ای علاوه بر موارد فوق این سیستم آب خنک کن مورد نیاز ساختمان راکتور (برای خنک کردن مدار بسته آب خنک کنی که جهت محدود کردن نشت مواد پرتوزا به محیط در نظر گرفته شده است )، آب لازم برای رقیق سازی و دور ریزی پسماندهای پرتوزای دفع شده و از نیروگاه و در صورت لزوم آب مورد نیاز برای دفع گرمای ناشی از پسماندهای پرتوزا را تامین می کند . مجموع مقادیر این مصارف فرعی تقریبا5 درصد جریان آب خنک کن در چگالنده است.
سیستم آب گردشی باید گرما را به طور موثر به محیط دفع کند و در عین حال با مقررات دفع گرما به محیط سازگار باشد. دمای ممکن عمل می کند موجب بیشینه شدن کار توربین و بازده نیروگاه و کمینه شدن دفع گرما از نیروگاه می شود. از این رو یک سیستم دفع گرمای خوب کار خود را آسانتر انجام می دهد.
یعنی دفع گرمای آن کم است و حجم آن کوچکتر و آب خنک کن مورد نیازش نیز کمتر است.
مقدار گرمایی که توسط سیستم آب گردشی دفع می شود از گرمای تبدیل شده به کار مفید در چرخه بخار بیشتر است. مقدار گرمای دفع شده در نیروگاههای در حال کار کنونی اعم از نیروگاههای قدیمی یا جدید،5و1 تا 3 برابر کار مفید خروجی از این نیروگاهها است.
اواپوراتورها
اواپراتورها در سیستم تبرید یک مبدل حرارتی است که حرارت را از محیط(آب هوایا ماده دیگر)گرفته ومبرد داخل یا خارج لوله ها را تبخیرمی نماید. در حقیقت عمل اواپراتور انتقال حرارت از هوا و آب یا ماده دیگر به مبرد می باشد.
انواع اواپراتور ها:
اواپراتورها را می توان به سه نوع دسته بندی کرد:
1- دسته بندی اول مربوط به طرز حرکت سیال که باید در اواپراتور سرد شود می باشد که این دسته بندی نیز به دو قسمت است:
الف- اواپراتورهائی که سیال در اثر کنوکسیون طبیعی در آنها جریان می یابد
ب- اواپراتورهائی که سیال بطور کنوکسیون اجباری به کمک دمنده یا پمپ به جریان در می آید
2- دسته بندی دوم مربوط به ساختمان اواپراتورها می باشد که این دسته بندی نیز به سه قسمت است:
الف-لوله ای
ب- صفحه ای
ج- پره دار
3- دسته بندی سوم مربوطه به مبرداست که مبرد در اواپراتور ممکن است درداخل لوله ویا درخارج لوله تبخیرشوداین دسته بندی نیزبه دوقسمت است:
الف- اواپراتورهای خشک
ب- اواپراتورهای مرطوب
کویلهای کنوکسیون طبیعی:
کویلهای کنوکسیون طبیعی بیشتر در سردخانه ها که کویلهادر سقف ویا در طول دیوار قرار می گیرد به کار می رود . مایع مبرد از شیر انبساط شناور داری وارد لوله های اواپراتور شده به کمک حرارتی که از هوای محیط خود میگیرد مبرد را در داخل لوله ها تبخیر خواهد نمود. کویل ها ممکن است بصورت لوله های ساده و یا لوله های پره دار باشند که در حالت پره دار سطح خارجی افزایش خواهد یافت البته اینگونه کویلها که بصورت کنوکسیون طبیعی محیط را خنک میکنند مورد استعمال کمتری در کویلها با کنوکسیون طبیعی ضریب فیلم کمتر بوده بنابراین باید سطح تبادیل بیشتری نسبت به کویلها جریان اجباری داشته باشیم.
کویلهای با کنوکسیون اجباری:
اواپراتورها با کنوکسیون اجباری راواحد سرمایش می نامند . که از یک سری لوله های پره دار و یک یا چند فن تشکیل شده اند که هوا را از روی کویل عبور می دهند.
اواپراتورهای لوله ای:
اواپراتورهای لوله ای معمولا از لوله های فولادی یا مسی ساخته می شوند. لوله های فولادی در اواپراتورهای بزرگ و اواپراتورهای که با آمونیاک کار می کنند به کار می رود و لوله های مسی در اواپراتورهای کوچکتر که با مبردهایی با ترکیبات کلرو فلور کار می کنند مورد استفاده قرار می گیرند. این اواپراتورها در اندازه ها اشکال و طرحهای مختلف برای کاربرد های متفاوت ساخته می شوندو از طرحهای متداول آنها زیگزاگ تخت ومارپیچ بیضوی می باشد که در کویل های مارپیچ اغلب برای سرد کردن مایعات مورد استفاده قرار می گیرد.
اواپراتورهای صفحه ای:
اواپراتورهای صفحه ای انواع مختلفی دارند. بعضی از انواع آنها از دو صفحه فلزی که روی شان شیارهایی برای عبور مبرد ایجاد شده است ساخته می شوند. این نوع از اواپراتور های صفحه ای به دلیل شکل پذیری به فرم دلخواه ساخت اقتصادی وسهولت تمیز شدن بطور وسعی در یخچالها وفریزرهای خانگی مورد استفاده قرار می گیرند. نوع دیگر اواپراتورهای صفحه ای از لوله ای واقع بین دو صفحه فلزی تشکیل شده است. صفحات فلزی در انتها به یکدیگر جوش می شوند. در این اواپراتور ها برای ایجاد تماس حرارتی مطلوب بین صفحات و لوله حامل مبرد فضای بین صفحات را با محلول اتکتیک پر و یا خلا می کنند بطوری که فشار اتمسفریک بیرون باعث تماس حرارتی خوبی بین لوله ها و صفحات گردد.
اواپراتورهای پره دار:
کویل های پره دار نوعی از اواپراتورهای لوله ای می باشند که درآنها به منظور افزایش سطح خارجی و در نتیجه بهبود راندمان سرد کردن هوا با سایر گازها پرهایی به عنوان سطوح ثانویه جذب حرارت بر روی لوله ها قرار گرفته اند. در اواپراتورهای لوله ای قسمت اعظم هوا بدون تماس با سطوح کویل سرد ازآن عبور می کند ولی با افزودن پره هایی به لوله سطوح تبادل حرات به داخل فضای باز بین لوله ها نفوذ کرده وبه صورت جمع کننده های حرارتی عمل می کند و حرارت قسمتی از هوا را که معمولا با سطوح اولیه تماس نمی یابد گرفته وبه لوله هدایت می کند.
اواپراتورهای خشک:
در اواپراتورهای خشک قسمتی از سطح تبادل خشک و صرف داغ کردن بخار می شود. کویل انبساط مستقیم نوع جداگانه ای از اواپراتور نبوده بلکه یک اواپراتور خشک با کنوکسیون اجباری میباشد. در این حالت کویل هوای محیط را بدون اینکه واسطه ای(مثل آب) داشته باشد خنک می شود.مزایای اصلی سرد کن های انبساط خشک نسبت به سرد کن های تر نیاز به شارژمبرد کمتر و اطمینان از برگشت روغن به کمپرسور می باشد.
اواپراتورهای مرطوب:
اواپراتور های مرطوب اواپراتورهائی هستند که مبرد در تمام سطح حرارتی به صورت مایع می باشد.یک اواپراتورمرطوب در شکل زیر نشان داده شده است که در آن مایع از شیر انبساط شناورداری وارد لوله های اواپراتور خواهد شد. وقتی مایع وارد لوله ها شد حرارت محیط مجب تبخیر و جوش آن میگردد . مخاوط مایع و بخار از لوله به طرف محفظه تفکیک که شناور در آن می باشد خواهد رفت عمل این محفظه تفکیک مایع و بخار از هم خواهد بود که در آن مایع به اواپراتور برگشته و بخار به طرف کمپرسور خواهد رفت این محفظه تفکیک مچنین گازی را که بعد از شیر انبساط خواهیم داشت از مایع تفکیک خواهد نمود و مانع ورود گاز به اواپراتور خواهد شد. در این حالت چون همواره تمام سطح اواپراتور با مایع تماس دارد اواپراتور با عملکرد خوبی کار خواهد کرد زیرا ضریب فیلم سمت مبرد که مایع است بالا می باشد.در یک اواپراتور که از نوع پوسته و لوله می باشد مبرد می تواند در پوسته و مایعی که باید سرد شود در داخل لوله ها جریان داشته باشد و یا بر عکس مبرد در داخل لوله ها و مایعی که باید سرد شود در داخل پوسته جریان داشته باشد.
ظرفیت اواپراتور (Evaporator Capacity )
دبی گرمایی که از محیط سرد شونده و از طریق دیواره های کویل به اواپراتور انتقال می یابد و معمولاً برحسب ( kW) و یا (Btu/hr) بیان می گردد.
هر اواپراتوری که برای کاربردی خاص، انتخاب و یا طراحی می شود، بایستی دارای ظرفیت انتقال حرارت مناسبی باشد که بتواند سرمای لازم را در شرایط کاری مورد نظر ایجاد نماید.
گرما می تواند از طریق سه روش مختلف انتقال حرارت به اواپراتور برسد.
دراواپراتورهای سرد کننده هوا، بیشتر گرما از طریق جابجایی هوا از محصولات به اواپراتور انتقال می یابد. همچنین مقداری از گرما توسط تشعشع مستقیم محصولات و دیواره های سالن سرد به اواپراتور می رسد.
در مواردی که محصول با سطح خارجی اواپراتور درتماس مستقیم است، انتقال گرما از طریق هدایت صورت می گیرد.
این مورد، همیشه برای سرد کردن مایعات در جائیکه مایع با سطح کویل اواپراتور درتماس است، صادق است.
صرفنظر از اینکه گرما چگونه به سطح خارجی اواپراتور می رسد، همیشه گرما از طریق هدایت از دیواره های کویل اواپراتور عبور کرده و به مبرد داخل آن می رسد.
بنابراین ظرفیت اواپراتور، یعنی دبی گرمایی که از جداره های کویل اواپراتور عبور می کند را همانند مسائل دیگر سطوح انتقال از طریق هدایت، می توان از معادله زیر به دست آورد.
ظرفیت اواپراتورها
ظرفیت اواپراتورها یا کویل های سرد کننده، شدت جذب حرارت از فضای سرد شونده یا محصول، به وسیله سطوح اواپراتور برای تبخیر مبرد داخل آن است و معمولا بر حسب وات بیان می شود. اواپراتور انتخاب شده برای هر کاربرد خاص باید ظرفیت انتقال حرارت کافی برای تبخیر مبرد به منظور جذب حرارت با شدت لازم را داشته باشد تا در شرایط طراحی بتواند سرمای لازم را ایجاد نماید…
انتقال حرارت به اواپراتور با هر سه روش جا به جایی، تشعشع و هدایت صورت می گیرد. مثلا در کاربردهای سرد کردن هوا، قسمت اعظم حرارت به وسیله جریانهای جا به جایی به وجود آمده توسط فن ها یا چرخش ثقلی ناشی از اختلاف دمای بین اواپراتور و فضای سرد، و مقداری نیز از طریق تشعشع از محصول و دیوارهای فضا به اواپراتور و فضای سرد، و مقداری نیز از طریق تشعشع از محصول و دیوارهای فضا به اواپراتور منتقل می شود. در مواردی نظیر سرد کن های مایع که مایع سرد شونده با سطح خارجی اواپراتور در تماس حرارتی است و انتقال حرارت با روش هدایت مستقیم از محصول به اواپراتور صورت می گیرد. برای انتقال خوب حرارت، چرخش سیال سرد شونده به وسیله پمپ و یا به روش ثقلی ضروری است.
بدون توجه به چگونگی رسیدن حرارت به سطح خارجی اواپراتور، انتقال حرارت از سطوح اواپراتور به مبرد داخل آن به وسیله هدایت صورت می گیرد. بنابراین ظرفیت اواپراتور که شدت انتقال حرارت از سطوح خارجی آن می باشد، به شدت انتقال حرارت هدایتی بستگی دارد.
به منظور بالا بردن شدت انتقال حرارت در اواپراتورها، بایستی جنس لوله ها حتی الامکان از موادی با ضریب هدایت حرارتی بالا انتخاب شود. فلزاتی نظیر آهن، فولاد، برنز، مس و آلومینیم ضریب هدایتی بالایی دارند و در ساخت اواپراتورها مورد استفاده قرار می گیرند. باید توجه داشت جنس فلز انتخابی طوری باشد که با ماده مبرد ترکیب نشود. مثلا آهن و فولاد تحت تاثیر هیچ یک از مبردها قرار نمی گیرد ولی چنانچه رطوبتی در سیستم وجود داشته باشد موجب پوسیدگی آنها می گردد. برنز و مس با هر مبردی غیر از آمونیاک، آلومینیم با هر مبردی غیر از کلرید متیل،
منگنز و آلیاژهای آن با هر مبردی غیر از کلرید متیل و هیدروکربنهای فلوئور دار به کار می روند. چون مقاومت فلز اواپراتور در مقابل انتقال حرارت به ویژه هنگامی که جنس اواپراتور مس یا آلومینیم مقدار سطح داخلی خیس شده، سرعت و ضریب هدایت مبرد، مقدار روغن موجود در اواپراتور جنس محصول سرد شونده، شرایط سطح خارجی، سرعت سیال در روی کویل (گاز یا مایع) و نسبت سطح داخلی به خارجی بستگی دارد. واضح است که انتقال حرارت در مایعات بیشتر از گازها می باشد و شدت جذب حرارت به وسیله مبرد از سطوح اواپراتور با افزایش سطح خیس شده داخلی افزایش می یابد. به همین دلیل اواپراتورهای تر که بطور کامل با مایع مبرد پر می شوند از اواپراتورهای انبساط خشک به مراتب موثر تر هستند. این امر در مورد سطح خارجی اواپراتور نیز صادق است یعنی انتقال حرارت از سطح خارجی اواپراتور در حالت تماس با مایع، بیشتر از انتقال حرارت در تماس با هوا یا سایر گازها می باشد.
وجود هر گونه رسوب بر روی سطوح خارجی و داخلی اواپراتور به صورت عایق حرارتی عمل می نماید و موجب کاهش ضریب هدایت حرارتی سطوح اواپراتور و کاهش شدت انتقال حرارت می گردد. کثیفی سطح خارجی در اواپراتورهای سرد کننده هوا، معمولا به وسیله گرد و غبار موجود در هوا و یا گریس و سایر مواد چسبنده به سطح کویل های تر، و یا تشکیل برفک در روی اواپراتورهایی که در دمای زیر انجماد عمل می کنند به وجود می آید و در اواپراتورهای سرد کن مایع از تشکیل جرم و خوردگی لوله ها، کثیف شدن سطح داخلی لوله های اواپراتور به دلیل زیاد بودن مقدار روغن در اواپراتورو همچنین کم بودن سرعت جریان مبرد در اواپراتور ، حاصل می شود . در صورت پایین بودن سرعت جریان مبرد حبابهای بخار به وجود آمده در اثر جوشیدن آن به سطح داخلی لوله های اواپراتور را کاهش می دهد ولی با افزایش سرعت مبرد، روغن و حبابهای موجود به وسیله جریان مبرد می شود و شدت انتقال حرارت بهبود می یابد . بنابراین بازای قطر معین لوله با افزایش سرعت مبرد ضریب هدایتی فیلم داخلی افزایش می یابد ولی باید توجه داشت که اگر سرعت جریان مبرد بیش از حد مجاز افزایش یابد باعث افت فشار زیاد در لوله ها شده به جای افزایش ظرفیت کویل موجب کاهش آن می گردد .این موضوع تا حدی به روش لوله کشی کویلها بستگی دارد و در قسمتهای بعدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. ضریب هدایتی فیلم سطوح خارجی نیز همچون سطوح داخلی، با افزایش سرعت سیال بهبود می یابد ولی این بار نیز به دلایلی غیر ازظرفیت مجاز اواپراتور، در بعضی از موارد سرعت ماگزیمم جریان سیال، محدود می گردد. هر گونه افزایش در آشفتگی جریان چه در داخل و چه در خارج اواپراتور، شدت انتقال حرارت از سطوح آن را بطور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. بطور کلی آشفتگی داخلی سیال، بازیاد شدن اختلاف درجه حرارت در طرفین دیواره لوله، کم بودن فاصله لوله های کویل نستب به یکدیگر، و زبری سطوح داخلی لوله ها، افزایش می یابد. در بعضی موارد برای بهبود انتقال حرارت، داخل لوله را پرده دار می کنند. آشفتگی خارجی نیز با سرعت سیال در روی سطح کویل، فاصله گذاری لوله ها و شکل پره ها تغییر می کند.
مزیت استفاده از لوله های پره دار :
مزیت حاصل از پره دار کردن سطوح عبارت است از افزایش ضرایب هدایت فیلمهای سطوح داخلی و خارجی و افزایش نسبت خارجی به داخلی لوله ها و در مواردی که شدت انتقال از سطح داخلی اواپراتور به ماده مبرد، بیشتر از شدت جذب حرارت به وسیله سطح خارجی اواپراتور از سیال سرد شونده می باشد، ظرفیت کل اواپراتور به وسیله ظرفیت سطح خارجی محدود می شود. در این صورت می توان با استفاده از پره ها، مساحت سطح خارجی را به حدی افزایش داد که مقدار حرارت جذب شده به وسیله این سطوح، تقریبا برابر حرارت انتقالی از سطح داخلی لوله ها به مایع مبرد شود و مقدار کل Uافزایش یابد.
با توجه به اینکه انتقال حرارت به مایعات بیشتر از شدت انتقال حرارت یا بخار می باشد، معمولا مورد فوق بیشتر در سرد کردن هوا پیش می آید زیر شدت انتقال حرارت از سطح داخلی اواپراتور به مایع مبرد، بیشتر از شدت انتقال حرارت از هوا به سطح خارجی اواپراتور می باشد. به همین دلیل استفاده از اواپراتورهای پره دار در کاربردهای سرد کردن هوا متداولتر است. در کاربردهای سرد کردن مایع به ویژه اگر از آمونیاک به عنوان مبرد استفاده شده باشد چون هر دو طرف لوله با مایع در تماس است و شدت انتقال حرارت در هر دو طرف تقریبا برابر می باشد بدون استفاده از پره اواپراتورهای لوله ای با راندمان بالایی کار می کنند. ولی در سردکنهای مایعی که از مبردهای فلور و کربنی استفاده می شود ممکن است شدت انتقال حرارت در طرف سیال سرد شونده از شدت انتقال حرارت در طرف مبرد تجاوز نماید.
1