انواع اواپراتور

اواپراتور:

  
اواپراتور وسیله ای است که از آن برای سردکردن محیطی خاص استفاده می شود . مایع مبرد ورودی به اواپراتور با گرفتن گرمای سیال خنک شونده ( گاز یا مایع ) ، تبخیر و به بخار اشباع تبدیل می گردد .
در برخی از اواپراتورها بخار مبرد اشباع تولیدشده ،با جذب گرمای سیال خنک شونده ، به بخار مبرد داغ تبدیل شده و سپس از آن خارج می گردد .
کاربرد اواپراتورها در سیستم های تبرید بسیار گسترده و متنوع می باشد ، در فصل حاضر سعی شده است که انواع اواپراتورها ی مورد استفاده در سیستم های تبرید مورد بررسی قرار گیرند .
اواپراتورها را می توان براساس نوع ساختمان ، روش تغذیه مایع مبرد، شرایط کارکرد ، روش گردش هوا ( یا مایع) ، نوع سیستم کنترل مبرد ، و یا کارکرد آنها تقسیم بندی کرد .

اواپراتور پوسته و لوله (آبی یا همان مرطوب) 

در اواپراتور پوسته و لوله (که همان اواپراتور آبی یا اواپراتور مرطوب است) که در شکل زیر نشان داده شده است، دسته ای از لوله ها (تیوب ها یا کویل) درون یک پوسته جاسازی شده است که معمولا سیال مایع (مبرد و یا هر سیال صنعتی) از داخل لوله ها و آب یا هر سیال دیگری از پیرامون لوله ها (داخل پوسته) حرکت می کند. سیال مایع با گرفتن حرارت از سیال پیرامون لوله ها، کم کم از حالت مایع به حالت گازی تغییر فاز می دهد. همزمان با آن، دمای سیال پیرامون لوله ها (که معمولا آب است) کاهش پیدا می کند. کاربرد این دستگاه به عنوان خنک کننده آب چیلر توسط مبرد در شکل زیر نمایش داده شده است.

اواپراتور آبی یا مرطوب (پوسته و لوله) کاربرد گسترده ای در صنعت سرماسازی و سایر صنایع شیمیایی، غذایی و … دارد که خود در ظرفیت ها و طرح های گوناگون طراحی و ساخته می شود. شبیه اواپراتور پوسته و لوله نوع دیگری تحت عنوان صفحه ای نیز وجود دارد که کارکرد آنها تقریبا شبیه هم است ولی نوع پوسته و لوله ساختار مقاوم، قیمت کمتر و کاربرد بیشتری دارد. از مزایای اواپراتور مرطوب این است که راندمان انتقال حرارت بسیار بالایی دارد و در ابعاد کوچک تر، ظرفیت بالایی را فراهم می کند و از نظر قیمت نیز نسبت به انواع دیگر ارزان تر است.
اواپراتور فن دار (هوایی یا همان خشک)

در اواپراتور فن دار (که همان اواپراتور هوایی یا اواپراتور خشک است) ، سیال مایع از درون لوله ای پر پیچ و خم عبور می کند و از پیرامون لوله ها، هوا توسط فن جریان می یابد و به همین خاطر به آن اواپراتور هوایی ، فن دار و یا خشک گفته می شود. سیال مایع با گرفتن حرارت از هوا، کم کم به حالت گازی تغییر فاز می دهد. همزمان با تبخیر شدن سیال مایع، هوا نیز سرد می شود. بنابرین اگر از این سرما در سیستم تهویه مطبوع استفاده شود به یک وسیله سرمایشی تبدیل می شود و اگر در صنعت مورد استفاده قرار بگیرد، باعث تبخیر یک سیال مایع می شود. از مزایای اواپراتور خشک این است که هزینه نگهداری پایینی دارد و در فضای آزاد نصب می شود. همچنین سیال واسطی مانند آب در آن وجود نداشته و از نظر بهداشتی مشکلی را ایجاد نمی کند.

کاربرد اواپراتور در صنعت که به آن اواپراتور صنعتی نیز گفته می شود فراوان است که برخی از مهمترین آنها عبارتند از :
کاربرد آن در صنعت تهویه و در مدار دستگاه هایی که بر مبنای سیکل تبرید تراکمی کار می کنند. مانند چیلرها، پکیج یونیت ها، داکت اسپلیت، دستگاه های GHP و VRF و …
کاربرد در صنایع غذایی برای تغلیظ کردن محصولات با تبخیر نمودن آب اضافی موجود در آن
کاربرد به عنوان جداکننده مواد شیمیایی از یکدیگر با تبخیر نمودن آنها
کاربرد در صنعت داروسازی برای گرفتن رطوبت از محصولات

 گردش مبرد درداخل اواپراتور ( Evaporator Circuiting )
افت فشار جریان مبرد در داخل کویل و یا لوله های اواپراتور می تواند بر روی ظرفیت کمپرسور تأثیر گذارد . بدین ترتیب که با افزایش افت فشار فوق ، بخار مبرد ورودی به کمپرسور فشار کمتری نسبت به آنچه که لازم است خواهد داشت و درنتیجه ظرفیت وراندمان کمپرسور کاهش خواهد یافت. برای اجتناب از تلفات ظرفیت کمپرسور ، لازم است که جریان مبرد در داخل اواپراتور با کمترین افت فشار صورت گیرد . از سوی دیگر برای ایجاد جریان مبرد از میان اواپراتور وجود یک مقدار مشخص از افت فشار الزامی است در غیر اینصورت جریان وجود نخواهد داشت. برای جاروب حبابهای بخار ایجاد شده بر روی سطوح داخلی لوله ( این حبابها باعث کاهش نرخ انتقال حرارت سمت مبرد می شوند ) و برگرداندن روغن به کمپرسور ، لازم است که سرعت مبرد به حد کافی بالا باشد . از طرفی با افزایش سرعت مبرد ، افت فشار نیز افزایش می یابد . لذا یک طرح خوب و بهینه برای گردش مبرد در داخل اواپراتور آن است که افت فشار جریان مبرد در داخل اواپراتور مینیمم بوده و در عین حال مبرد دارای سرعتی باشد که بتواند حبابهای بخار را انتقال و روغن را به کمپرسور برگرداند . اواپراتور می تواند از چند مدار ( Circuit) مختلف تشکیل شده باشد . به طور کلی افت فشار هر یک از مدارهای اواپراتور بستگی به عواملی چون قطر لوله ، طول مدار ، و بار مدار (Circuit load ) خواهد داشت . بار مدار مشخص کننده مقدار دبی مبردی است که بایستی ازمیان آن مدار عبورنماید . هر چه بار مدار افزایش یابد ، مقدار دبی مبرد و افت فشار آن نیز افزایش می یابد . بنابراین برای قطر لوله مشخص با افزایش بار مدار ، برای اجتناب از افت فشارهای بیش از حد ، لازم است که طول مدار کوتاهتر باشد .
اواپراتور تک مدار:
 این اواپراتورها می توانند در محدوده مشخص از بار بصورت مناسب عمل نمایند . هنگامیکه بار افزایش یابد (یعنی نرخ گرمای ورودی به اواپراتور زیاد باشد ) سرعت مبرد از محدوده طراحی فراتر رفته و این باعث ایجاد یک افت فشار بیش از حد خواهد شد . مبرد بصورت مایع از بالای اواپراتور وارد شده و بصورت بخار از قسمت پائین آن خارج می شود . هنگامیکه مبرد تبخیر می شود حجم آن افزایش می یابد . بدین جهت سرعت مبرد و افت فشار در واحد طول مسیر به صورت تصاعدی در طول مسیر مبرد داخل مدار ، افزایش می یابند و در انتهای کویل که مبرد ۱۰۰%بخار
است ، مبرد دارای ماکزیمم سرعت و افت فشار خواهد بود . افت فشار بیش از حدی که در انتهای مدار یک اواپراتور تک مدار ، رخ می دهد را می توان کاهش داد . برای این منظور مدار موجود را در پائینترین قسمت اواپراتور به دو مدار تقسیم می کنند ( Splitting ) . این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است . در این صورت مبرد در مسیر تک مداره حرکت کرده تا زمانیکه سرعت مبرد به ماکزیمم مقدار مجاز خود برسد . از این نقطه به بعد مدار به دو مسیر موازی تقسیم شده و جریان مبرد بصورت مساوی در این دو مسیر موازی ادامه خواهد یافت . بدین ترتیب سرعت مبرد به نصف مقدار خود کاهش یافته و افت فشار در واحد طول نیز به ۸/۱ مقدار آن در پائینترین قسمت اواپراتور تک مداره خواهدرسید .
زیرا افت فشار با توان دوم سرعت متناسب می باشد . لذا اگر سرعت نصف شود افت فشار به ۴/۱ کاهش می یابد . و از آنجایی که طول هر شاخه موازی ، نصف طول تک مدار است ، بنابراین افت فشار در واحد طول به ۸/۱مقدار آن در پائینترین قسمت اواپراتور تک مداره خواهد رسید .
دراینصورت می توان بار مدار را نیز بدون اینکه افت فشار بیشتر از مقدار مجاز خود گردد، افزایش داد. همچنین سرعت جریان مبرد نیز در محدوده مورد انتظار باقی خواهد ماند .
روش دیگر کاهش افت فشار در اواپراتور ، نصب پخش کننده های مبرد در بالا و پائین اواپراتور می باشد بطوریکه مبرد بصورت همزمان به یکسری مدارهای موازی تغذیه شود .
این وضعیت در شکل زیر نشان داده شده است . عیب اصلی این نوع مدار بندی اواپراتور آن است که بارگذاری مدارهای مختلف نا مرتب بوده و نمی توان برای هر مدار به اندازه ای که مبرد لازم دارد ، عمل تغذیه را انجام داد.
اختلاف دما بین هوای عبوری از کویل مدار اول خیلی بیشتر از مدار آخر بوده و بدین جهت مدار اول به مبرد بیشتری نیاز خواهد داشت . از این نوع مدار بندی معمولاً در سیستمهایی استفاده می شود که تغذیه مبرد آنها به حدی است که در انتهای کویلهای اواپراتور نیز ، مقداری مایع وجود خواهد داشت که سطح لوله ها رامرطوب نگه دارد