انواع اواپراتورهای قابل استفاده در سردخانه

اواپراتور قسمتی از سیستم تبرید تراکمی بخار است که وظیفه آن تبادل حرارتی در چرخه تبرید است. اواپراتور با جذب حرارت از یک ماده یا یک محیط، باعث سرد شدن آن می‌شود و حرارت گرفته شده را به یک مبرد در حال جوش منتقل می‌کند.اواپراتورها بر اساس معیارهای مختلف دسته بندی می‌شوند؛ یک نوع دسته بندی بر اساس جریان جابجایی اجباری آزاد است. در این نوع تقسیم بندی با توجه به این که ماده خنک شونده به وسیله‌ی پمپ یا فن از سطوح انتقال حرارت عبور کند یا این که به صورت طبیعی بر اثر اختلاف چگالی (سیال سردتر و گرمتر) جریان یابد، اواپراتورها به دو گروه اواپراتورهای با جابجایی اجباری و با جابجایی آزاد تقسیم می‌شوند.

چرخه تبرید در اوپراتور های سردخانه

نوع دیگر تقسیم بندی بر اساس محل قرار گیری جریان مبرد ماده‌ی سرد شونده است. در بعضی از اواپراتورها ماده مبرد در داخل لوله و سیال خنک شونده در خارج آن قرار دارد. در گونه‌ی دیگر ماده مبرد در داخل پوسته و ماده خنک شونده در داخل لوله‌ها  جریان دارد. انواع دیگری از اواپراتورها به نام اواپراتورهای مرطوب و اواپراتور خشک شناخته می‌شوند. اواپراتورهای مرطوب آن دسته از اواپراتورهایی هستند که در آنها مبرد مایع تمام  سطح انتقال حرارت را می‌پوشاند. اواپراتورهایی که از شیر شناور استفاده می‌کنند و برای مصارف سنگین به کار می‌روند، اواپراتورهای مرطوب هستند.

در اواپراتورهای خشک تمام سطح انتقال حرارت در تماس با مبرد مایع نیست و بخشی از آن با بخار مبرد در حال فوق داغ شدن در تماس است. در اواپراتورهایی با شیر انبساط ترموستاتیک یا لوله موئین، بخشی از سطح انتقال حرارت به منظور فوق داغ کردن بخار استفاده می‌شود و به عنوان اواپراتورهای خشک به حساب می‌آیند.

اواپراتورهای مرطوب و خشک

 در یک اواپراتور مرطوب معمولی مبرد مایع با حرکت  در مسیر جریان به سمت بالا بر اثر جذب حرارت از ماده  گرم‌تر که می‌خواهد سرد شود، به جوش می‌آید. محفظه‌ی تبخیر بخار مبرد را از مبرد مایع به گونه‌ای جدا می‌کند که بخار مبرد به وسیله‌ی کمپرسور مکیده می‌شود و مبرد مایع هم به اواپراتور برمی‌گردد. همچنین محفظه‌ی تبخیر بخار مبرد به دست آمده در دستگاه  انبساط و بخار به وجود آمده بر اثر جوشش مبرد مایع در اواپراتور را جمع‌آوری می‌کند. در یک اواپراتور مرطوب سطح مبرد مایع کنترل شده و ثابت نگه داشته می‌شود. شیر شناور به عنوان وسیله‌ای برای اختناق (دستگاه انبساط) استفاده می‌شود. از آنجا که در این نوع اواپراتور تمام سطح انتقال حرارت در تماس با مبرد مایع است، راندمان انتقال حرارت افزایش می‌یابد.زمانی که مبرد در پوسته است، سطح مبرد مایع در یک حد مشخص نگه داشته می‌شود تا فضای کافی در قسمت بالای پوسته به منظور جداسازی بخار مبرد از مبرد مایع وجود داشته باشد. در قسمت بالای پوسته به منظور جداسازی بخار مبرد از مایع مبرد وجود داشته باشد. در قسمت بالای پوسته، بخار مبرد به وسیله‌ی کمپرسور مکیده شده و از اواپراتور خارج می‌شود. هنگامی که لوله‌های اواپراتور  پر از مبرد مایع شوند.، به دلیل تبخیر مبرد در اواپراتور سطح مایع پایین می‌آید، از این رو یک شیر کنترل شنارو به منظور کنترل سطح مایع لازم است تا سطح مایع ثابت نگه داشته شود.

شیر انبساط ترموستاتیک

در حالتی که مبرد در داخل لوله‌های اواپراتور در جریان باشد و سیال خنک شونده در پوسته باشد، به جای شیر کنترل شناور، شیر انبساط ترموستاتیک پیشنهاد می‌شود. در این حالت مبرد در قسمت انتهایی دسته‌ی لوله‌ها مافوق داغ شده و در انتهای محفظه که محل مکش آن به وسیله کمپرسور است، جمع می‌شود. در این نوع اواپراتور به منظور افزایش سطح تماس سیال خنک شونده و لوله‌های حاوی مبرد، صفحات هدایت کننده‌ای در اواپراتور تعبیه می‌شود که این صفحات باعث ایجاد تلاطم بیش‌تر و افزایش ضریب کلی انتقال حرارت می‌شوند.

عملکرد اوپراتور در چیلرها

در سیستم‌های تهویه مطبوع (چیلرها) آب به عنوان مبرد ثانویه در اواپراتور با دفع حرارت به مبرد سرد می‌شود. سپس این آب خنک به دستگاه هواساز یا فن کوئل پمپ شده و در آنجا با جذب حرارت از داخل فضا (هوا) باعث خنک شدن هوای محل مورد نظر می‌شود. سپس این آب گرم شده دوباره به اواپراتور برگشته، خنک شده و چرخه تکرار می‌شود.هرچند اواپراتورهای خشک بازده کمتری نسبت به اواپراتورهای مرطوب دارند، اما طراحی آن‌ها ساده‌تر و قیمت اولیه آن‌ها کمتر است. همچنین مقدار تغذیه مبرد به آن‌ها کمتر، اندازه‌ی آنها کوچک‌تر و مشکل بازگشت روغن به کمپرسور در آن‌ها کمتر و در نتیجه استفاده از آن‌ها رایج تر است.

اواپراتور کویل انبساط مستقیم

همان طور که اشاره شد در اواپراتورهای خشک یا مرطوب سیال خنک شونده مانند آب در داخل اواپراتور خنک می‌شود. سپس از جریان آب خنک خروجی از اواپراتور، می‌توان به عنوان مبرد ثانویه برای خنک کردن هوای اتاق یا محل مورد نظر استفاده کرد. اما اگر از کویل‌های اواپراتور به همراه مبرد جاری در آن به طور مستقیم به منظور خنک کردن هوا به صورت جریان جابجایی طبیعی یا اجباری استفاده شود، چنین اواپراتوری کویل انبساط مستقیم نامیده می‌شود.

عملکرد اوپراتور در سیستم های تبریدی

در سیستم‌های تبریدی که اواپراتور با توجه به وضعیت موجود باید در نزدیکی کمپرسور قرار گیرد، از اواپراتور کویل انبساط مستقیم استفاده می‌شود که علت آن راندمان بالای این نوع کمپرسور در خنک کردن مستقیم است. اما اگر قرار باشد کویل در فاصله زیادی نسبت به کمپرسور باشد، بهتر است از روش سرد کردن غیر مستقیم استفاده شده به گونه‌ای که از اواپراتورهای خشک یا مرطوب به منظور سرد کردن سیال ثانویه (آب) و پمپ کردن آن تا کویل خنک کن هوا استفاده میشود. فواصل زیاد بین اواپراتور و کمپرسور تأثیراتی از قبیل نشت احتمالی مبرد، هزینه بالای خرید مبرد و همچنین افت فشار در خط و در نتیجه کاهش راندمان اواپراتور و ضریب عملکرد را در بر خواهد داشت.

استفاده از پره برای اوپراتورها

استفاده از پره برای کویل‌های اواپراتورها باعث افزایش در مساحت سطح خارجی اواپراتور و بهبودی راندمان آن‌ها در سرد کردن هوا می‌شود. اما استفاده از تعداد بیش از حد پره‌ها نه تنها باعث بالاتر رفتن راندمان حرارتی اواپراتور نمی‌شود، بلکه منجر به کاهش ظرفیت اواپراتور از طریق محدود کردن میزان هوای جریان یافته روی کویل اواپراتور می‌شود.