اواپراتور چیلر تراکمی و معرفی انواع آن

در این مقاله به معرفی یکی از اجزای چیلر 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.

تعمیر چیلر تراکمی و جذبی

مقایسه

4.00 out of 5

طراحی و ساخت اواپراتور چیلر

مقایسه

0 out of 5

طراحی و ساخت چیلر رفت و برگشتی

مقایسه

4.67 out of 5

اواپراتور چیلر چیست

یکی از اجزای اصلی و مهم در چیلر ، اواپراتور می باشد. از نظر صنعتی اواپراتور چیلر یک نوع مبدل حرارتی به حساب می آید.  اواپراتور چیلر، حرارت موجود در آب در گردش  که باید در چیلر سرد شود جذب و این حرارت را به مبرد در حال تبخیر انتقال می دهد. بنابر این در این فرآیند آب درگردش سیستم سرمایش  سرد می شود. سپس مبرد تبخیر شده از اواپراتور چیلر خارج شده و به سمت کمپرسور انتقال می یابد.

نمونه ای از اواپراتور چیلر از نوع پوسته و لوله

انواع اواپراتور چیلر تراکمی

سه نوع متداول از اواپراتور که در چیلرهای تراکمی ( چیلر هوا خنک و چیلر  آب خنک ) بسیار مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

• اواپراتور صفحه ای یا اواپراتور بریز (Brazed Plate evaporator)
• اواپراتور پوسته و لوله انبساط مستقیم (Direct Expansion (DX) Shell and Tube)
• اواپراتور پوسته و لوله سیلابی (Flooded Shell and Tube)

انواع اواپراتور چیلر تراکمی

انواع اواپراتور چیلر تراکمی  از نوع پوسته و لوله اکثرا در طراحی چیلرهای بزرگ با کمپرسور رفت و برگشتی و همچنین چیلر اسکرو پرکاربرد بوده و مورد استفاده قرار می گیرند. درحالیکه، جهت طراحی چیلرهای کوچک، اواپراتور صفحه ای که به آنها بریز نیز گفته می شود مناسب تر می باشد. اواپراتورهای پوسته و لوله در مقایسه با مبدل حرارتی صفحه ای (اواپراتور بریز ) پر کاربردتر می باشد. در مقایسه وزنی، اواپراتورهای پوسته و لوله نسبت به اواپراتور صفحه ای (بریز) بزرگتر و سنگین تر هستند.

لوله های برخی از انواع اواپراتور به صورت داخلی و یا خارجی، جهت افزایش (تقویت) شدت آشفتگی و افزایش انتقال حرارت بین سیال و مبرد مورد استفاده قرار می گیرند. در حقیقت، فاکتور آشفتگی، میزان فرآیند انتقال حرارت را با کمک افزایش سطح تماس سیال با مبدل حرارتی، بهبود می بخشد. در بخش مبرد و در سمت آب، بیشترین سطح تماس به معنی حداکثر انتقال حرارت و بالاترین میزان بازده می باشد. بهبود عملکرد لوله ها، از طریق فرآیند پره گذاری و خازن گذاری در طول عملیات ساخت حاصل می شود.

اواپراتور صفحه ای چیلر تراکمی

اواپراتور صفحه ای چیلر یا اواپراتور بریز     

اواپراتور های صفحه ای برای چیلرهایی با ظرفیت تقریبی بیش از 60 تن 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 180 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.

یک نمونه اواپراتور صفحه ای چیلر

افزایش راندمان انتقال حرارت

اواپراتور صفحه ای چیلر در مقایسه با سایر انواع اواپراتور چیلر، صرف نظر از هزینه اولیه، راندمان انتقال حرارت بالایی دارد. در لایه ها یا جریان های چندگانه، سیال به سمت سطح مبدل حرارتی در حرکت است، بنابراین در نتیجه افزایش سطح تماس، میزان انتشار حرارت سریع تر خواهد شد. همچنین، مقطع عرضی نازک صفحات اواپراتور بریز (صفحه ای) و ساختار شیاردار آن، باعث ایجاد جریان آشفته در سیال شده و این خصوصیات افزایش راندمان انتقال حرارت بین سیالات را به همراه دارد.

آشفتگی سیال در بارگذاری های کم مبدل حرارتی قابل رویت می باشد، بنابراین این امر سبب می گردد، مبدل حرارتی صفحه ای برای چیلر هایی که در بار جزئی کار می کنند – ایده­آل و مناسب باشد. مبدل های حرارتی بریز چیلر در مقایسه با دیگر انواع مبدل پوسته و لوله کوچک تر می باشد. مبدل صفحه ای نسبت به یک مبدل حرارتی پوسته و لوله متشابه از نظر اندازه و سایز تا 25 درصد کوچک تر می باشد.

اواپراتور صفحه ای چیلر

سایز اواپراتور صفحه ای

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.

رسوب گرفتگی صفحات اواپراتور

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.

مبدل های حرارتی از نوع صفحه ای در طراحی چیلر تراکمی به عنوان راهی برای افزایش کارایی از طریق بهبود بازدهی جریان سیالات استفاده می شود. هدف از این روش، افزایش میزان پیش سرمایش سیال و همچنین افزایش ظرفیت کلی سیستم سرمایش می باشد.

مقطعی از اواپراتور پوسته و لوله انبساط مستقیم

همچنین از تبخیر کننده مبدل حرارتی صفحه می توان برای کاربردهای خنک کنندگی آب یا خنک کنندگی مایعات استفاده کرد. اواپراتورهای از جنس استنلس استیل به ویژه برای کاربردهای مواد غذایی و نوشیدنی مناسب هستند.

اواپراتور چیلر از نوع پوسته و لوله انبساط مستقیم

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.

یک نمونه اواپراتور پوسته چیلر

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 پوسته و لوله سیلابی

اواپراتور چیلر از نوع پوسته و لوله سیلابی

اواپراتور چیلر از نوع پوسته و لوله سیلابی تحت عنوان کولر سیلابی نیز شناخته می شوند. در اواپراتور سیلابی، 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 کولر توزیع می شود.

بعلاوه، در هنگام تمیز کردن لوله ها مبرد نیازی به تخلیه یا شارژ مجدد ندارد. عموما بازده اواپراتور سیلابی 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 سیلابی تمایل به دارا بودن کمپرسوری با بازده زیاد نظیر کمپرسور سانتریفیوژ می باشد.

ترتیب مسیرهای جریان در اواپراتور چیلر سیلابی

تاثیر تعداد لوله های گذرنده از داخل مجرا در بازدهی مبدل

در چیلرهای تراکمی ( چیلر  هوا خنک و چیلر آب خنک ) که از اواپراتور های پوسته و لوله سیلابی 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.

روشی که بیشتر در انتخاب مسیرهای عبوری مبدل حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد، مشخص کردن محدوده افت فشار قابل قبول می باشد و این امر به سازنده این اجازه را می دهد تا پیشنهاد لازم جهت ترتیب مسیرهای بهینه برای بارگذاری و تجهیزات تحت نظر را ائه دهد.

تکنسین در حال تعمیر اواپراتور چیلر

در اواپراتورهای پوسته و لوله انبساط مستقیم ، اولویت و ترتیبی برای مسیر سیال وجود ندارد، زیرا آب در داخل پوسته در جریان می باشد. دو عامل فضای داخلی  پوسته و تغییرات بافل ها سبب افزایش یا کاهش در جریان آب می شود.

در هنگام تمیز کردن اواپراتور چیلر سیلابی، هرگاه آب در امتداد لوله های اواپراتور سیلابی جریان یابد، می توان بخش آب گذرنده را به صورت مکانیکی تمیز کرد. براشینگ  یک روش معمول برای تمیز کردن این اواپراتور می باشد. قابلیت تمیز کردن مکانیکی ناحیه آب گذرنده در اواپراتور پوسته و لوله سیلابی، یکی از مهمترین مزیت ها در طراحی این دسته از اواپراتورها می توان برشمرد.

مزایا و معایب انواع اواپراتور چیلر

در این بخش مزایا و معایب سه نوع اواپراتور چیلر در یک جدول به صورت مختصر به شرح ذیل آورده شده است.

مزایا و معایب انواع اواپراتور چیلر تراکمی

برداشت و ترجمه از theengineeringmindset ,allseasonshire , carrier

تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس

“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس کاری حرفه ای و اخلاقی است”