در پاسخ به سوال دستگاه کندانسور چیست به طور خلاصه می توان گفت که کندانسور یا همان دستگاه تقطیر کننده به منظور تغییر فاز سیالات از حالت بخار (گازی) به حالت مایع با استفاده از خنک کردن آن (گرفتن گرمای سیال گازی شکل داغ) در صنایع مختلف به کار می رود. در واقع وظیفه کندانسور ، گرفتن حرارت از سیال گازی با درجه حرارت بالا توسط یک سیال دیگر مانند هوا یا آب و یا هر سیال خنک کننده دیگری است. برای مثال در یخچال خانگی ، طرز کار کندانسور به این شکل است که حرارت مبرد (گاز فریون) جاری در لوله های پشت یخچال را به روش هوا خنک گرفته تا آن را از حالت بخار به حالت مایع تغییر فاز دهد و یا در صنعت شیمی به عنوان تقطیر کننده و غیره به کار می رود.
دستگاه کندانسور در طرح های متعدد (از جمله نوع هوا خنک ، نوع پوسته و لوله ، صفحه ای و غیره) و در سایزهای متنوع ساخته می شود که وظیفه همه آنها یکسان است.
طرز کار کندانسور
در این متن، طرز کار کندانسور پوسته و لوله ای (شل اند تیوب) و وظیفه کندانسور هوا خنک (نوع فن دار) به عنوان کاربردی ترین نوع کندانسورها را توضیح می دهیم.
طرز کار کندانسور پوسته و لوله ای ( کندانسور شل اند تیوب )
همانند شکل زیر مجموعه ای از لوله های با قطر کم (کویل) درون یک لوله با قطر زیاد به نام پوسته قرار دارند که در اکثر مواقع از داخل مجموعه لوله ها ، آب یا هر نوع مایع خنک کننده ای با درجه حرارت پایین جاری شده و از داخل پوسته (محیط بیرونی لوله های با قطر کم یا همان کویل) سیال گازی با درجه حرارت بالا جاری می شود. این دو سیال از طریق جداره (دیواره) مجموعه لوله های با قطر کم با یکدیگر تبادل گرمایی انجام داده و آب یا مایع خنک کننده ، گرمای سیال گازی داغ را می گیرد و کم کم آن را به مایع تبدیل می کند. مایع در قسمت پایینی پوسته جمع شده و از طریق یک مجرا در زیر دستگاه کندانسور خارج می شود.
چون در این مدل از دستگاه ها از آب به عنوان خنک کننده استفاده می شود به آن کندانسور آبی نیز می گویند. این آب که حرارت را از سیال داغ می گیرد خود بایستی به طریقی خنک گردد تا مجددا به مدار بازگردانده شده و توانایی این را داشته باشد که دوباره حرارت را از سیال گازی شکل داغ بگیرد و به همین خاطر این آب که گرم شده با پمپ به برج خنک کننده فرستاده می شود تا در آنجا خنک گردد و دوباره به کندانسور بازگردانده شود.
معمولا فضای درون پوسته در یک حالت خلا نسبی قرار می گیرد زیرا این خلا در اثر اختلاف حجم ویژه بین بخار و مایع چگال شده ایجاد می شود. البته گاهی اوقات برعکس این حالت نیز وجود دارد و مایع خنک کننده (مانند آب) از درون پوسته و سیال گازی داغ از درون مجموعه لوله ها جاری می شود.
از این نوع به طور گسترده در دستگاه هایی مانند چیلر تراکمی آب خنک و یا فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.
تشریح ساختار ، طرز کار و وظیفه کندانسور هوا خنک
در مواقعی که به آب به مقدار کافی دسترسی وجود نداشته باشد و یا خنک کاری به روش آبی به دلایل بهداشتی امکان پذیر نباشد و یا اینکه به توان تقطیر کنندگی کمی نیاز باشد به جای نوع پوسته و لوله (یا همان آبی) از دستگاه کندانسور نوع هوا خنک همانند شکل زیر استفاده می شود که به آن کندانسور هوایی نیز گفته می شود. طرز کار کندانسور هوا خنک بسیار شبیه یک رادیاتور است که در آن سیال گازی داغ از یک طرف وارد لوله های (کویل) دستگاه کندانسور شده و یک یا چند فن ، هوا را از اطراف لوله ها گذرانده و گرمای سیال را می گیرد تا رفته رفته در خروجی لوله ، سیال از حالت گازی به حالت مایع تغییر فاز دهد.
چون این مدل دارای فن است به آن کندانسور فن دار نیز گفته می شود.
از این نوع نیز به طور گسترده در چیلرهای تراکمی هوا خنک و نیز فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.
دستگاه کندانسور هوایی یا همان هوا خنک به راحتی از آلودگی های سطحی پاکسازی می شود و برای پایدار نگه داشتن راندمان آن باید سعی شود همواره سطح کویل و پره های آن تمیز نگه داشته شود.
این دو نمونه ، مدل های پر کاربرد کندانسور در صنعت هستند.
در کل دو نوع چیلر تراکمی ، چیلر تراکمی با کندانسور هوایی و چیلر تراکمی با کندانسور آبی وجود دارد که در این متن به بررسی ویژگی های هر یک خواهیم پرداخت. چیلر با کندانسور آبی با نام چیلر با کولینگ تاور cooling tower یا همان برج خنک کننده نیز شناخته می شود که در اینجا به ساختار آن نیز اشاره می کنیم. چیلر تراکمی با کندانسور آبی و هوایی پر کاربردترین نوع چیلرها در صنعت هستند که تفاوت های جزئی با هم دارند که مهمترین آنها را بررسی می کنیم.
چیلر تراکمی با کندانسور هوایی و چیلر تراکمی با کندانسور آبی از نظر قطعات بسیار شبیه هم هستند. در هر دو نوع، کمپرسور به عنوان متراکم کننده مبرد در مدار، شیر انبساط به عنوان منبسط کننده مبرد در مدار، اواپراتور به عنوان مبدل حرارتی پوسته و لوله ای که در آن آب توسط مبرد سرد می شود و مبدل حرارتی کندانسور وجود دارد. نقطه اختلاف آنها در نوع کندانسور است.
چیلر با کندانسور هوایی
در چیلر با کندانسور هوایی یا همان چیلر تراکمی هوا خنک که در شکل زیر قسمت کندانسور با کادر زرد رنگ نمایش داده شده است، تعدادی مبدل حرارتی کندانسور از نوع هوا خنک (شبیه رادیاتور) وجود دارد که به شکل V روبروی هم قرار گرفته و از درون لوله های پر پیچ و خم آن، سیال مبرد عبور می کند. فن های موجود در بالای کندانسور، هوا را از میان کندانسور هوایی عبور داده و گرمای اضافه مبرد را می گیرند و به هوای اتمسفر منتقل می کنند. چیلر تراکمی با کندانسور هوایی معمولا در فضای آزاد مانند پشت بام یا حیاط یک ساختمان نصب می شود ولی چیلر تراکمی با کندانسور آبی یا همان چیلر آب خنک معمولا در موتورخانه نصب و با لوله کشی به کولینگ تاور موجود در فضای آزاد متصل می شود.
چیلر تراکمی با کندانسور آبی
در چیلر تراکمی با کندانسور آبی یا همان چیلر تراکمی آب خنک که کندانسور آن در شکل زیر با کادر زرد نمایش داده شده، مبدل حرارتی کندانسور از نوع پوسته و لوله است که از درون لوله های آن مبرد عبور کرده و با آبی که از اطراف لوله ها (درون پوسته) جریان می یابد، تبادل حرارتی انجام داده و آب، گرمای اضافی مبرد را می گیرد. اکنون آبی که گرم شده، خود نیاز به خنک شدن دارد. به همین خاطر آب گرم شده با پمپ به کولینگ تاور (یا همان برج خنک کننده) ارسال می شود تا در آنجا خنک شده و مجددا به کندانسور برگردد. به همین خاطر به این سیستم، چیلر با کولینگ تاور نیز گفته می شود. بنابرین چیلر تراکمی با کندانسور آبی به کولینگ تاور نیاز دارد ولی چیلر با کندانسور هوایی به کولینگ تاور نیازی ندارد.
بخشی از آبی که به برج خنک کننده (کولینگ تاور) با پمپ ارسال می شود، در برج تبخیر شده و باید آب تازه جایگزین آن شود. بنابرین سیستم چیلر با کولینگ تاور یا همان چیلر تراکمی با کندانسور آبی مصرف آب دارد ولی چیلر تراکمی با کندانسور هوایی مصرف آب ندارد. از نظر نگهداری نیز چون آب موجود در کولینگ تاور مستعد رشد میکرو ارگانیسم ها، باکتری و … است، به مواد افزودنی شیمیایی جهت جلوگیری از این رویداد و نیز تعویض دوره ای آب نیاز دارد و طبیعی است که در چیلر تراکمی با کندانسور هوایی با چنین مسائلی مواجه نخواهیم بود و نگهداری و پاکسازی دوره ای آن به پاکسازی سطح لوله های کندانسور و پره های آن محدود می شود. از نظر قیمت نیز چیلر با کندانسور هوایی نسبت به سیستم چیلر و کولینگ تاور کمی گرانتر است. زیرا هزینه تولید کندانسور هوا خنک نسبت به کندانسور پوسته و لوله آب خنک و کولینگ تاور آن بیشتر است.
انواع کندانسور چیلر تراکمی
تمامی چیلرهای تراکمی دارای دو عدد مبدل حرارتی تحت عنوان کندانسور چیلر و اواپراتور چیلر هستند که به همراه کمپرسور، شیر انبساط جریان و مبرد، یک سیکل دائمی سرمایش آب یا هوا را ایجاد می کنند. کندانسور و اواپراتور علاوه بر چیلر تراکمی در مدار سایر دستگاه های سرمایشی و گرمایشی مانند داکت اسپلیت ، VRF و غیره نیز به کار می روند.
کندانسور چیلر تراکمی در دو نوع کاملا متفاوت وجود دارد. همانطور که گفته شد کندانسور یک نوع مبدل حرارتی است که در آن انتقال گرما بین مبرد و آب و یا بین مبرد و هوا صورت می گیرد. اگر مبرد گرما را به آب دهد به آن کندانسور چیلر تراکمی آب خنک (کندانسور آب خنک) گفته می شود و اگر مبرد گرما را به هوا دهد به آن کندانسور چیلر تراکمی هوا خنک (کندانسور هوا خنک) گفته می شود که در شکل زیر هر دو آنها (با کادر زرد) نشان داده شده اند.
کندانسور چیلر تراکمی آب خنک
کندانسور چیلر تراکمی آب خنک همواره از نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube) است (در برخی کاربردها نیز از نوع صفحه ای فشرده استفاده می شود) که مبرد داخل لوله هایی (معمولا از جنس مس) جریان یافته و آب از اطراف لوله ها جریان می یابد و گرمای مبرد از دیواره لوله ها به آب منتقل می گردد. این آب که گرم شده، خود به خنک شدن نیاز دارد تا مجددا به کندانسور برگشته و گرما را از مبرد بگیرد. به همین خاطر دستگاه دیگری به نام برج خنک کننده در کنار چیلر تراکمی آب خنک نصب می شود تا بتواند آبگرم خروجی از کندانسور آن را خنک کند. مبرد با دادن گرمای اضافی خود به آب، از حالت گازی شکل به حالت مایع تغییر فاز می دهد.
جزئیات ساختار کندانسور آب خنک (پوسته و لوله) :
کندانسور چیلر تراکمی هوا خنک
کندانسور چیلر تراکمی هوا خنک که ابعاد بزرگتری دارد از نوع مبدل حرارتی هوا خنک است که مبرد داخل لوله هایی از آن جریان یافته و هوا از اطراف لوله ها (توسط فن) دمیده می شود و گرما از جداره لوله ها به هوا منتقل می شود. چون مبرد مستقیما گرمای اضافه خود را به هوا می دهد، دیگر در چیلر تراکمی هوا خنک به برج خنک کننده و آب نیازی نیست. مبرد با دادن گرمای اضافی خود به هوا، از حالت گازی شکل به حالت مایع تغییر فاز می دهد.
جزئیات ساختار کندانسور هوا خنک :
اواپراتور چیلر تراکمی
اواپراتور چیلر تراکمی اغلب از نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله است. این بار بر خلاف کندانسور که مبرد گرما را به آب یا هوا می داد (تا از حالت گازی به حالت مایع تبدیل شود)، در اواپراتور ، مبرد جاری در لوله های اواپراتور، گرما را از آب موجود در اطراف لوله ها جذب می کند. در نتیجه دمای آب اطراف لوله ها کاسته شده و دمای آب به نزدیک صفر یا زیر صفر تقلیل می یابد. این آب سرد شده با پمپ برای مصارف سرمایشی به دستگاه های تهویه ای مانند هواساز و فن کویل و یا به دستگاه های صنعتی جهت خنک کاری پمپاژ می گردد.
البته اواپراتور می تواند از نوع مبدل حرارتی هوا خنک نیز باشد. به این معنی که اواپراتور هوا خنک درون دستگاه هواساز جاسازی می شود و مبرد جاری در لوله های اواپراتور، گرمای هوای دمیده شده توسط فن از اطراف لوله ها را جذب کند و منجر به کاهش دمای هوای ورودی به ساختمان به صورت مستقیم می شود که در این صورت به این نوع اتصال چیلر و هواساز (که اواپراتور چیلر درون هواساز جاسازی می شود)، اتصال نوع DX مخفف Direct Expansion گفته می شود. مزیت استفاده از این نوع اتصال این است که به جای سرد کردن آب و پمپاژ آن به دستگاه هواساز ، مبرد مستقیما دمای هوای گرم را در هواساز کاهش می دهد تا از اتلاف انرژی جلوگیری شود.
نویسنده: مهندس امیرعلی غیاثوند