اواپراتور

بخش گرماگیر و یا به عبارت دیگر سرد کننده سیستم برودتی ، تبخیر کننده یا اواپراتور است که در واقع نتیجه عملکرد سیستم سرمایشی در آن مشخص می‌شود. وظیفه اصلی آن خنک کردن محیط می باشد. به این صورت که مایع مبرد درون کویل در دمایی پایین تر از دمای محیط می جوشد و گرمای محیط اطراف را جذب می کند.
هوای اطراف اواپراتور را خنک می کند، در واقع گرمای فین و لوله های مسی را به خودش می گیرد و این گرما باعث تبدیل مایع مبرد به گاز می شود و گاز مبرد را وارد کمپرسور می کند به این ترتیب سیکل تبرید تکمیل می شود.

اواپراتور سردخانه معمولا در داخل محیط نصب می شود که جهت سرمایش سردخانه از آن استفاده می شود.

بطور کلی می‌توان گفت نتیجه کارکرد یک سیستم برودتی مانند چیلر یا سردخانه در اواپراتور (Chiller Evaporator) آن سیستم نمایان می‌شود.

انتخاب صحیح نوع اواپراتور متناسب با نوع کاربری چیلر تأثیر بسزایی در طول عمر و راندمان چیلر دارد.

توجه به جزئیات اواپراتور از جمله طول و ضخامت تیوب‌ها، قطر و طول پوسته و کیفیت ساخت از مواردی است که می‌بایست هنگام انتخاب و خرید به آن‌ها توجه شود.

تکنولوژی اواپراتورهای پوسته لوله و آیس بانکی در کشور وجود دارد اما برای تهیه اواپراتورهای صفحه‌ای و فلادد می‌بایست از برندهای خارجی همچون دانفوس و آلفالاوال استفاده کرد

اواپراتور چیلرهای تراکمی از نوع خشک یا مرطوب هستند.
اواپراتور انبساط ، مستقیم و سیلابی هم نامیده می‌شوند.
اواپراتورها هم مانند کندانسورها ممکن است آبی یا هوایی باشند که در چیلرها نوع آبی و در سردخانه‌ها و هواسازها نوع هوایی آن‌ها استفاده می‌شود.

یخچال خانگی

اواپراتور یخچال خانگی به دو صورت داخل یخچال طراحی و نصب میشود. اواپراتور یا صفحه تریزون که اکثراً از جنس آلومینیوم ساخته میشود.دو صفحه آلومینیومی است که روی همدیگر پرس شده و لوله هایی در وسط آن تعبیه شده است جهت گردش گاز فریون در درون آن که در ابعاد مختلف بسته به نوع یخچال طراحی می شوند این نوع اپراتور در درون یخچال قابل مشاهده است.

صفحه تریزون مخفی

این نوع صفحه تریزون در پشت صفحه یخچال هنگامی که دستگاه طراحی میشود نصب می گردد و قابل مشاهده نیست.

فریزر خانگی

در این مدل از پره های بسیار نازک آلومینیومی که اصطلاحاً به آن فین گفته می شود استفاده شده و توسط لوله های آلومینیومی گاز فریون درون آن جریان پیدا میکند.
در فریزر های خانگی جدید بر روی این اواپراتور المنت هایی تعبیه شده که وظیفه آب کردن برفک را بر عهده دارد.

کولر گازی

این نوع اواپراتور ها از جنس آلومینیومی بوده و لوله های آن مسی می باشد. فین های این اواپراتور نزدیک هم است و معمولاً یک خم با زاویه ۲۰ درجه دارد که محل قرارگیری بلوور فن می باشد.

سردخانه

از جنس آلومینیوم میباشد و لوله های آن مسی است بر روی آن بسته به ظرفیت اواپراتور تعداد فن ها متغیر می باشد.
مجموعه این اواپراتور داخل باکسی طراحی شده که فن ها بر روی آن سوار شده که وظیفه سیرکوله کردن هوا را برعهده دارد.

چیلر

این نوع اواپراتور از جنس پوسته و لوله می باشد بدنه آن از جنس آهن و داخل آن لوله های مسی فشار قوی جهت عبور مبرد طراحی شده است.

چمبر های آزمایشگاهی

این نوع اپراتور ها از جنس آلومینیوم فشرده بوده که به صورت ورقه ای طراحی می گردد. هر ورقه توسط گسکت بر روی ورقه دیگر سوار می‌شود و نهایتاً بسته به نوع اواپراتور تعداد این صفحات کم و زیاد شده و بر روی هم سوار می شوند.
مبدل حرارتی صفحه ای نوعی مبدل حرارتی است که از صفحات فلزی برای انتقال حرارت بین دو سیال استفاده می کند . این یک مزیت بزرگ نسبت به یک مبدل حرارتی معمولی دارد، زیرا سیالات در معرض سطح بسیار بزرگ تری قرار می گیرند زیرا سیال ها روی صفحات پخش می شوند.

اواپراتور چیست؟

اواپراتور که از لغت انگلیسی Evaporate به معنی بخار گرفته شده است، همان تبخیر کننده است.
درواقع جایی است که مایع سیال با عبور از آن، از حالت مایع به حالت گاز تغییر فاز می‌دهد. این عملیات با گرماگیری از سیال در اواپراتور انجام می شود.
این قطعه در بسیاری از صنایع در دستگاه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
از جمله این صنایع می توان به صنعت مواد غذایی و البته صنعت سیستم های تهویه مطبوع اشاره کرد.

انواع اواپراتور

بطور کلی در صنعت تهویه مطبوع اواپراتور به دو دسته آبی و هوایی تقسیم می‌شود. در ادامه بطور کامل انواع آن، آبی و هوایی را بر اساس نوع ساختار و عملکرد مورد بررسی قرار می‌دهیم.

آبی

در این نوع اواپراتورها تبادل حرارتی مبرد با سیال واسط آب اتفاق می‌افتد و نتیجه عملکرد سیستم در داخل اواپراتور سرد شدن آب خواهد بود.

آب سرد تولید شده در آن توسط پمپ به سمت مصرف کننده‌ها از جمله هواساز، فن کویل، دستگاه و تجهیزات صنعتی ارسال می‌شود و پس از تبادل حرارتی با دمای بالاتر مجدداً به اواپراتور بازمی‌گردد و سیکل تبرید تکرار می‌شود.

در زیر به انواع اواپراتور آبی اشاره شده است.

پوسته و لوله

اواپراتور پوسته و لوله چیلر تراکمی از یک پوسته فولادی که آب سرد شونده در آن جریان دارد و تعدادی لوله مسی که مبرد سرد کننده در آن‌ها جاری است تشکیل شده است.

قطر و طول پوسته و همینطور قطر، تعداد و طول لوله‌های مسی به ظرفیت برودتی و دمای مورد نیاز و همینطور حجم مبرد جریانی بستگی دارد.

برای حفظ فاصله بین لوله‌ها و مغشوش کردن جریان آب داخل پوسته از صفحه‌هایی بنام بافل استفاده می‌شود که در فواصل طولی معین قرار می‌گیرند.

اواپراتور پوسته و لوله از پرکاربردترین انواع اواپراتور در تولید انواع چیلر می‌باشد.

اواپراتور پوسته و لوله

از مزایای اواپراتورهای پوسته و لوله می‌توان به راندمان مناسب، امکان تعمیر و سرویس و طول عمر بالای آن‌ها اشاره کرد.

از تولید کننده‌های موفق اواپراتور آبی پوسته و لوله می‌توان به شرکت آبگین تهویه اشاره کرد.

ساختار اواپراتور پوسته و لوله

اواپراتور صفحه‌ای

امروزه در ساخت مینی چیلرهای مسکونی و صنعتی استفاده از اواپراتورهای صفحه‌ای با سرعت بسیار بیشتری محبوبیت پیدا کرده است. اواپراتور صفحه‌ای از مجموعه‌ای از صفحات شیاردار تشکیل شده که روی هم قرار می‌گیرند و بوسیله واشرهایی هوابند می‌شوند.

این صفحات طوری به هم وصل شوند که مبرد بین دو صفحه جریان می‌یابد و سیال سرد شونده (معمولاً آب) بین جفت صفحات مجاور در جریان است صفحات راه‌راه با یک الگوی شاه ماهی که از نظر فیزیکی صفحات را تقویت می‌کند و همچنین به تلاطم جریان مبرد و آب کمک می‌کند و ضریب انتقال حرارت همرفت عالی را فراهم می‌کند.

اواپراتور صفحه‌ای

از مزایای این نوع اواپراتور می‌توان به حجم کم و راندمان بالای آن اشاره کرد.

از تولید کننده‌های بنام اواپراتور صفحه‌ای می‌توان به شرکت دانفوس و آلفالاوال اشاره کرد.

وظیفه اواپراتور :

همانطور که ذکر شد، وظیفه این قطعه تبدیل حالت سیال از مایع به گاز می باشد. اواپراتور در یک سیکل تبرید تراکمی بعد از شیر انبساط یا لوله مویین قرار می گیرد. وظیفه شیر انبساط کاهش فشار مبرد است. همانطور که می دانید با کاهش فشار، نقطه جوش ماده نیز پایین می آید. مبرد که فشارش بسیار پایین است وارد لوله های پر پیچ و خم اواپراتور می شود. با در مجاورت قراردادن سیال درونش و هوای اطراف ( یا سیال دیگری) گرما را به سیال درون لوله منتقل کرده و باعث تغییر فاز یا تبخیر آن می شود.

در واقع در یک سیکل تبرید تراکمی این قطعه مرحله آخر و تکمیل کننده سیکل سرمایش می باشد.

اواپراتورها به دو صورت می توانند محیط را خنک کنند:
در روش اول هوا مستقیما از روی اواپراتور عبور داده شده و گرمای خود را به مبرد درون اواپراتور می‌دهد و خنک می‌شود. از این روش در کولرهای گازی، روفتاپ پکیج ها ، داکت اسپلیت ها و … استفاده می شود.

در روش دوم این قطعه مستقیما هوا را خنک نمی‌کند، ابتدا ماده‌ای را خنک کرده و سپس آن ماده با عملیاتی محیط را خنک می‌کند. برای مثال در چیلر، اواپراتور آب را خنک می‌کند، و سپس این آب بعد از وارد شدن به فن کویل یا هواساز باعث خنک سازی هوا می شود.

نوع ساخت، جنس لوله و پره ها، تعداد ردیف لوله ها، کیفیت مواد به کار رفته، شکل و … در کارایی و بازدهی اواپراتورها موثر می باشند.

اواپراتور صفحه ای (Plate)

این نوع از اواپراتورها از تعداد زیادی صفحات موازی کنار هم تشکیل شده‌اند که یکی در میان، درون این صفحات مبرد و آب قرار دارد. به دلیل انتقال حرارت بالا بین صفحات عملیات گرماگیری از آب و تبخیر مبرد در این نوع از اواپراتورها به راحتی انجام می‌شود.

نحوه عملکرد اواپراتور صفحه ای

اواپراتورهای صفحه‌ای به دلیل ابعاد کوچکتر، کارایی بالاتر و البته در ظرفیت یکسان دارای قیمت مناسب تر نسبت به انواع دیگر، امروزه بسیار مورد توجه چیلرسازان مخصوصا در اروپا می باشد. البته در ظرفیت های بسیار بالا نمی توان از این اواپراتورها در چیلر استفاده کرد.

رسوب گرفتن بیشتر و احتمال ترکیدگی بیشتر از دیگر ویژگی های این نوع از دستگاهها می باشد.

پوسته و لوله (Shell & Tube )
پوسته و لوله خود دارای انواعی است که می توان از نوع ساده ی دولوله، DX، Flooded یا غرقابی و نوع Full Falling Film نام برد.

متداولترین نوع پوسته و لوله در ایران از نوع DX یا انبساط مستقیم می باشد، در این نوع آب در پوسته و مبرد در لوله ها جریان دارد. این لوله‌ها درون همان پوسته اواپراتور قرار دارند و در مجاورت یکدیگر انتقال حرارت داده و باعث خنک شدن آب می‌شوند.

اواپراتورهای پوسته و لوله

نحوه عملکرد اواپراتور پوسته و لوله
این اواپراتورها نسبت به اواپراتورهای صفحه ای دارای ابعاد بزرگتر، راندمان کمتر، قیمت بالاتر، فشار کاری بالاتر، ضریب اطمینان و خرابی کمتر و ظرفیت های تولیدی بالاتری می باشند. در چیلرهایی که معمولا در ایران تولید می شوند، از این نوع اواپراتور استفاده می شود، اما در اروپا معمولا تا ظرفیت‌های حتی ۱۵۰ تا ۲۰۰ تن‌تبرید از اواپراتورهای صفحه‌ای به دلیل افزایش راندمان استفاده می‌شود.

تفاوت اواپراتور پوسته لوله و صفحه‌ای در چیلر چیست؟
خلاصه و نتیجه گیری :
در این مقاله سعی شد به توضیح و معرفی مختصر دستگاه اواپراتور اشاره شود. همچنین روش کار و انواع آن نیز معرفی شد. همانطور که ذکر شد اواپراتورها مرحله نهایی سرمایش در یک سیکل تبرید می باشند پس می توان نتیجه گرفت انتخاب و استفاده درست از این دستگاهها بسیار مهم و حیاتی می باشد. تعمیر و نگه داری این دستگاهها نیازمند مراقبت ویژه است. برای مثال به دلیل رسوب گرفتن زیاد در اواپراتورهای صفحه‌ای نصب سختی‌گیر آب در مسیر می‌تواند موثر باشد. همچنین در زمستان باید آب درون این قطعه را خالی کرد چراکه یخ زدن آب درون آن و افزایش حجم آن باعث ترکیدگی لوله های اواپراتور می شود.

دستگاه اواپراتور چیست ؟

در پاسخ به سوال دستگاه اواپراتور چیست و چگونه کار می کند می توان گفت که یک نوع مبدل حرارتی است که در آن یک سیال مایع وارد دسته ای از لوله ها (کویل) شده و چون فشار پایینی دارد.
با جذب کمترین حرارت از سیال اطراف لوله ها (سیال اطراف لوله ها می تواند گازی مانند هوا و یا مایعی مانند آب و … باشد) به نقطه جوش خود رسیده و تبخیر می گردد و بدین ترتیب از حالت مایع به حالت گاز تغییر فاز می دهد و به همین خاطر به آن تبخیر کننده نیز گفته می شود زیرا هدف این است که مایع ورودی به کویل تبخیر گردد. عملکرد اواپراتور به نوع سیالات، سطح، جنس لوله ها، اختلاف درجه حرارت و ..‌. بستگی دارد. طرز کار اواپراتور در ادامه با جزئیات بیشتر توضیح داده شده است. نحوه کار این وسیله در این متن در دو نوع پوسته و لوله (آبی یا مرطوب) و فن دار (هوایی یا هوا خنک یا خشک) توضیح داده شده است.

کاربرد اواپراتور در صنعت

اواپراتور به دو شکل متفاوت در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. در حالت اول به عنوان تبخیر کننده سیال درون لوله ها به کار می رود (یعنی هدف این است که مایع وارد شده به کویل با گرفتن حرارت از سیال داغ اطراف کویل از حالت مایع به گاز تبدیل شود و یا به اصطلاح تبخیر گردد) و در حالت دوم به علت جذب حرارت از سیال اطراف کویل، موجب کاهش دمای آن شده و در نتیجه عمل سرماسازی سیال اطراف کویل را انجام می دهد.

طرز کار اواپراتور به عنوان تبخیر کننده

اگر دستگاه اواپراتور به عنوان تبخیر کننده به کار رود، سیالی که قرار است تبخیر شود (هر سیال مایعی) وارد کویل (دسته ای از لوله ها) شده و در فشار تقریبا برابر یا بیشتر از فشار اتمسفر و با گرفتن حرارت از سیال داغ (آب داغ یا بخار داغ یا هر سیال گازی یا مایع با درجه حرارت بالا) اطراف کویل ، تبخیر می گردد که این نوع کاربرد گسترده ای در صنایع غذایی، دارویی، شیمیایی و هر نوع کاربرد صنعتی دیگر به عنوان تبخیر کننده دارد.

وظیفه اواپراتور به عنوان دستگاه سرمایشی

همانطور که اشاره شد، در یک مورد وظیفه اواپراتور می تواند سرمایش باشد. در واقع با جاری کردن سیال مبرد مانند گاز فریون R22 یا R407C و … درون کویل و جاری کردن هوا توسط فن (در نوع فن دار) یا آب (در نوع پوسته و لوله) توسط پمپ از اطراف کویل، مبرد در دمای معمولی محیط و در فشاری کمتر از فشار اتمسفر ، گرمای هوا یا آب را جذب کرده و درجه حرارت هوا یا آب را کاهش می دهد. علت کم کردن فشار مبرد جاری در کویل با روش هایی مثل استفاده از شیر انبساط این است که مبرد این خاصیت را دارد که در فشارهای کم با گرفتن حرارت از سیالی با دمای محیط (مثل آب یا هوا) تبخیر گردد و از حالت مایع به حالت گاز تغییر فاز دهد.

اگر مبرد با گرفتن حرارت از هوا، هوا را سرد کند می توان از آن به عنوان اواپراتور سردخانه یا هواساز سرمایشی (کویل dx) استفاده کرد.