در این مقاله به معرفی یکی از اجزای چیلر تراکمی به نام اواپراتور چیلر (تبخیر کننده) پرداخته و کاربرد آن در چیلر های تراکمی تشریح می شود.در ادامه انواع مختلف و پرکاربرد اواپراتور چیلر تراکمی و نحوه استفاده از آنها در سیکل تراکمی و عوامل موثر جهت افزایش بازده اواپراتورها آورده شده است.
قبل از معرفی انواع مبدل حرارتی چیلر , می بایست در مورد نقش آن و شرایط کارکرد آن در سیکل تراکمی چیلر کمی توضیح داد.
در چیلر تراکمی گاز ابتدا توسط کمپرسور، متراکم می‌گردد. این گاز سپس به کندانسور وارد شده توسط آب یا هوای محیط، خنک شده و به مایع تبدیل می‌شود. این مایع با عبور از شیر انبساط یا لوله موئین وارد خنک کننده (اواپراتور) می‌شود که در فشار کمتری قرار دارد، این کاهش فشار باعث تبخیر مایع گردیده و مایع سردکننده با گرفتن حرارت نهان تبخیر خود از محیط، باعث ایجاد برودت در موادی که با قسمت خنک کننده در ارتباط هستند می‌شود. پس از آن گاز حاصل از تبخیر، به کمپرسور منتقل می‌شود. با عبور سریع بخار در خلاء کندانسور، به علت تبدیل بخار به آب و اختلاف حجم بین بخار و آب، مایع ایجاد می‌گردد
قسمتی که مایع با تبدیل شدن به گاز در فشار پایین باعث , گرفتن دمای محیط اطراف خود می گردد را , اواپراتور می نامند - که با مکانیسم تماس غیرمستقیم با آب در گردش سیکل سرمایش , باعث سرد شدن آب می گردد.
معرفی انواع اواپراتور چیلر تراکمی :
اواپراتور صفحه ای :
اواپراتور های صفحه ای برای چیلرهایی با ظرفیت پایین مناسب می باشد. اواپراتور صفحه ای ساختاری مانند مبدل حرارتی صفحه ای دارد و از مجموعه صفحاتی تشکیل شده است که در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. سیال و مبرد به صورت یک در میان در بین صفحات اواپراتور از نوع بریز جریان دارند و پس از انتقال از صفحه ای به صفحه دیگر، جهت جریان ۱۸۰ درجه تغییر می کند. طرح چرخش جریان، دو کانال از سیال با آشفتگی بسیار زیادی را ایجاد می کند، که در جهات مختلف بر روی ناحیه سطحی با ضریب انتقال حرارت بالا و مشخصات عملکردی مناسب جریان دارد. صفحات اواپراتور بریز به شکلی در کنار یکدیگر قرار می گیرند که هر یک از جریان ها بتواند به طور متناوب در طول اواپراتور حرکت کنند. هر یک از لایه ها یا جریان ها با یک خروجی و یک ورودی توسط یک منیفولد در انتهای مسیر جریان ارتباط پیدا می کند.
مزایا
اندازه کوچک مبدل های حرارتی صفحه ای سبب می گردد، فضایی که چیلر برای جایگذاری نیاز دارد، به مراتب کمتر شود. بنابراین، سایز کوچک اواپراتور صفحه ای ، برای بارگیری و نصب چیلر مزیت به شمار می آید. بعلاوه، میزان سیال مبرد در اواپراتور صفحه ای در مقایسه با اواپراتورهای پوسته و لوله به میزان قابل توجهی کمتر می باشد. زیرا، مبدل حرارتی صفحه ای دارای مسیر جریان کمتری بوده و حجم مبرد در جریان در آن کمتر می باشد. بنابراین، پوند وزنی کمتری مورد نیاز می باشد تا گاز مبرد چیلر شارژ گردد.
معایب
به دلیل باریک بودن مسیر جریان در بین صفحات اواپراتور بریز ، این مسیرها در برابر رسوبات و گرفتگی بسیار مستعد می باشد. در صورتیکه، یک صافی استاندارد تولید شده در کارخانه معتبر و مخصوص اواپراتور صفحه ای ، در ورودی سیال به داخل مسیر جریان در صفحات استفاده شود، امکان حذف ذرات ریز و آلودگی های موجود در سیال وجود دارد. در اواپراتور بریز ، امکان طراحی بخش تمیز کننده داخلی به صورت مکانیکی وجود ندارد.
اواپراتور پوسته و لوله :
در اواپراتور چیلر از نوع پوسته و لوله انبساط مستقیم ، مبرد از طریق لوله و آب در اطراف لوله و در داخل پوسته جریان دارد. در حالیکه، حرارت از سیال گرم تر یا مخلوط آب و ضدیخ گرم تر به مبرد سردتر انتقال می یابد. مبرد موجود در لوله ها به بخار تبدیل شده و آب سردتر می گردد. صفحات بافل موجود در داخل پوسته به آب در جریان در پوسته جهت دهی داده و سبب پیدایش جریان آشفته در پوسته می شود. بنابراین، این آشفتگی میزان انتقال حرارت را بین آب و مبرد افزایش می دهد.
معمولا در طراحی انواع چیلرهای تراکمی ( انواع چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک ) با کمپرسور رفت و برگشتی ( چیلر رفت و برگشتی ) و کمپرسور اسکرال ( چیلر اسکرال ) ، از اواپراتور پوسته و لوله انبساط مستقیم استفاده می شود. اواپراتور پوسته و لوله از نوع انبساط مستقیم به روغن این اجازه را می دهد تا به همراه مبرد در داخل لوله ها به سمت موقعیتی در چیلر که در آن مکان، مبرد و روغن از هم جدا شده و روغن به پمپ روغن برگشت داده می شود، به جریان درآید. بنابراین، انجام روغن کاری در این گروه از کمپرسورها مورد نیاز می باشد.
در اواپراتور چیلر از نوع پوسته و لوله انبساط مستقیم، مسیری که آب در آن جریان دارد باید به صورت مکانیکی تمیز شود. از طرفی تمیز کردن مکانیکی پوسته به دلیل وجود بفل در داخل لوله امکان پذیر نمی باشد.
اواپراتور مستغرق :
اواپراتور چیلر از نوع پوسته و لوله مستغرق تحت عنوان کولر سیلابی نیز شناخته می شوند. در اواپراتور مستغرق، آب یا مخلوط آب و ضد یخ در داخل لوله ها جریان داشته، در حالیکه مبرد در داخل پوسته در حرکت می باشد. محلول مبرد به صورت یکنواخت در امتداد پایین اواپراتور توزیع می شود.
بعلاوه، در هنگام تمیز کردن لوله ها مبرد نیازی به تخلیه یا شارژ مجدد ندارد. عموما بازده اواپراتور مستغرق از نظر طراحی در مقایسه با اواپراتور صفحه ای و اواپراتور پوسته و لوله انبساط مستقیم بیشتر نمی باشد. اما، در انواع چیلر با اواپراتور پوسته و لوله مستغرق تمایل به دارا بودن کمپرسوری با بازده زیاد نظیر کمپرسور سانتریفیوژ می باشد.
در چیلرهای تراکمی ( چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک ) که از اواپراتور های پوسته و لوله مستغرق استفاده می کنند، تعداد لوله های گذرنده از داخل مجرا قابل تغییر می باشد. بعلاوه با افزایش تعداد لوله ها میزان سرعت و آشفتگی افزایش می یابد. بنابراین، این امر سبب می گردد تا بازده مبدل افزایش و بهبود یابد. به عبارت دیگر، با کاهش تعداد مسیرهای گذرنده، سرعت سیال داخل لوله ها کاهش یافته، که این امر سبب کاهش افت فشار می گردد. بنابراین، با جایگذاری تعداد مسیرهای زیاد میزان انتقال حرارت بهبود می یابد، همچنین به دلیل افزایش افت فشار ، توان مورد نیاز برای پمپاژ جریان آب خنک افزایش می یابد. از طرفی باید تعادل اقتصادی بین پمپاژ زیاد (توان) و قدرت کم کمپرسور رخ دهد.
