در بیشتر تجهیزات برودتی از جمله چیلرها، یخچال ها، کولرهای گازی و … از سیکل ترمودینامیکی تبرید تراکمی استفاده می شود، که چهار بخش اصلی آن کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور هستند.
در این بین، کندانسور یک مبدل حرارتی است که مبرد با عبور از آن حرارت از دست می دهد و از حالت بخار سوپرهیت به مایع تبدیل می گردد. برای این منظور، حرارت دفع شده از مبرد باید توسط یک سیال دیگر جذب شود.
در صورتی که از آب برای خنک کردن مبرد در کندانسور استفاده شود، کندانسور آبی یا آب خنک (Water-Cooled) است و اگر حرارت از مبرد به هوای محیط منتقل شود. کندانسور هوایی یا هواخنک (Air-Cooled) نامیده می شود.
در بخش های بعدی این مقاله، به معرفی بیشتر کندانسور آبی، انواع و ویژگی های آن پرداخته می شود.
سیستم های سرمایشی با کندانسور آبی
از کندانسور آبی در چیلرها، یخ سازها، سردخانه ها و … استفاده می شود. در صورت استفاده از کندانسور آبی در یک سیستم سرمایشی، علاوه بر سیکل تبرید تراکمی، باید سیکل دیگری نیز برای تأمین آب خنک مورد نیاز برای دریافت حرارت از مبرد در کندانسور تعبیه شود.
برای این منظور، سیستم های سرمایشی دارای کندانسور آبی به یک برج خنک کننده نیز نیاز دارند تا حرارت را از آب به هوای محیط منتقل کند. در این سیکل ثانویه، آب گرم خروجی از کندانسور وارد برج خنک کننده شده، دمای آن کاهش می یابد و مجدداً توسط پمپ به کندانسور ارسال می شود.
مزایای کندانسورهای آبی
برای استفاده از کندانسور آبی نیاز برج خنک کننده و تجهیزات مربوط به سیکل ثانویه آب خنک کننده وجود دارد، ولی این کندانسورها مزایای متعددی دارند که استفاده از آن ها را در بسیاری از موارد، خصوصاً در ظرفیت های سرمایشی توجیه پذیر می کند.
مهم ترین مزایای کندانسور آبی عبارتند از:
- بازده انتقال حرارت بالا: به دلیل ضریب انتقال حرارت بزرگتر آب نسبت به هوا، کندانسورهای آبی نسبت به کندانسورهای هوایی بازده انتقال حرارت بالاتری دارند.
- امکان نصب در فضای بسته: با توجه به این که عملکرد این کندانسورها وابسته به هوای محیط نیست، می توانند در فضای بسته نیز به کار خود ادامه دهند و لذا سیستم های سرمایشی دارای کندانسور آبی را می توان در داخل ساختمان نیز نصب کرد. البته در هر صورت باید برج خنک کننده در فضای آزاد نصب شود و بین کندانسور و برج خنک کننده لوله کشی آب انجام گیرد.
- دمای کندانسور پایین: ضریب انتقال حرارت بزرگتر بین آب و مبرد، نسبت به هوا و مبرد موجب می شود که اختلاف دمای مورد نیاز بین مبرد و آب کمتر از اختلاف دمای مورد نیاز بین مبرد و هوا باشد و لذا فشار و دمای مبرد در کندانسور می تواند پایین تر در نظر گرفته شود.
- ابعاد کوچکتر: یک کندانسور آبی نسبت به یک کندانسور هوایی با ظرفیت مشابه ابعاد کوچکتری دارد.
- سر و صدای کمتر: کندانسورهای آبی نیازی به فن ندارند و به همین دلیل، سر و صدای بسیار کمتری نسبت به کندانسورهای هوایی تولید می کنند.
- برای استفاده در ظرفیت های سرمایشی بزرگ مناسب هستند.
- در صورت نگهداری مناسب عمر بالایی دارند.
- هزینه های عملیاتی کمتری دارند.
انواع کندانسورهای آبی
در سیستم های سرمایشی از مبدل های حرارتی مختلفی می توان به عنوان کندانسور آبی استفاده کرد، ولی سه مورد از پرکاربردترین انواع کندانسورهای آبی، کندانسورهای پوسته و لوله ای، صفحه ای و دو لوله ای هم محور هستند.
کندانسورهای پوسته و لوله (Shell & Tube Condensers)
مبدل های حرارتی پوسته و لوله انواع مختلفی دارند، ولی به طور کلی از یک پوسته استوانه ای و چندین لوله موازی که داخل آن قرار می گیرند تشکیل می شوند. یک سیال از داخل پوسته و روی سطح خارجی لوله ها عبور کرده و سیال دیگر در داخل لوله ها جریان پیدا می کند.
در کندانسورهای پوسته و لوله ای آبی معمولاً آب از داخل لوله ها عبور کرده و مبرد در سمت پوسته جریان پیدا می کند و روی سطح خارجی لوله ها تقطیر می شود. در صورت استفاده برای مبردهای فرئونی، لوله ها در کندانسور آبی از جنس مس و در صورت استفاده برای آمونیاک از جنس فولاد انتخاب می شوند.
یکی از پارامترهای مطرح در مورد کندانسورهای پوسته و لوله ای تعداد دفعاتی است که سیال داخل لوله ها طول مبدل را طی کرده و با سیال سمت پوسته تبادل حرارت می کند که اصطلاحاً تعداد پاس مبدل نامیده می شود.
مزایا:
- تمیزکاری آسان
- پیدا کردن و رفع نشتی آسان
- استحکام بالا
- احتمال رسوب و گرفتگی کم
- آسیب پذیری کمتر در برابر یخ زدگی
معایب:
- برای کاربرد در فضاهای کوچک و محدود مناسب نیست
- قیمت بیشتر نسبت به کندانسورهای صفحه ای
کندانسورهای صفحه ای (Plate Condensers)
کندانسورهای صفحه ای از چند صفحه فلزی تشکیل می شوند که در کنار یکدیگر قرار می گیرند. صفحات دارای شیارهای برآمده و فرورفته ای هستند که موجب می شوند بین هر دو صفحه مجاور، مجراهایی برای عبور مبرد و آب ایجاد شوند. بدین ترتیب، با عبور مبرد و آب از این مجراها تبادل حرارت بین آن ها انجام می گیرد و مبرد تقطیر می شود.
کندانسورهای صفحه ای بازده بالا و ساختمان بسیار فشرده ای دارند، ولی تحمل فشار کمتری نسبت به کندانسورهای پوسته و لوله دارند و معمولاً برای ظرفیت های سرمایشی بسیار بزرگ قابل استفاده نیستند.
مزایا:
- طراحی فشرده
- مناسب برای استفاده در فضاهای کوچک و محدود
- مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی به دلیل جنس غیر آهنی
- مجراهای کوچک موجب مغشوش شدن جریان و در نتیجه انتقال حرارت بهتر می شوند
- به صرفه از نظر اقتصادی
معایب:
- کوچکی مجراها موجب افزایش افت فشار می شود
- مجراهای کوچک در برابر رسوب و گرفتگی آسیب پذیرتر هستند
- تحمل فشار کمتر نسبت به کندانسورهای پوسته و لوله
کندانسورهای دو لوله ای هم محور (Coaxial Tube-in-Tube Condenser)
این کندانسورها از دو لوله هم مرکز(لوله کوچک داخل لوله بزرگ) تشکیل می شوند که حول یک محور مشترک به صورت کویل مارپیچ در آمده اند. آب از درون لوله داخلی و مبرد از مجرای حلقوی بین دو لوله عبور می کند. برای انتقال حرارت بهتر، جهت جریان مبرد و آب بر عکس یکدیگر در نظر گرفته می شود. ( درباره کویل کندانسور بیشتر بدانید. )
مزایا:
- بازده بالا
- طراحی فشرده
- خاصیت ضد رسوب بسیار خوب
- مناسب برای کاربرد در فشار و دمای بالا و دبی کم
معایب
- ممکن است قیمت بالاتری نسبت به سایر انواع کندانسورهای آبی داشته باشد.
- در صورت رسوب گرفتن مسیر آب، تنها راه حل تمیزکاری شیمیایی است.
- برای استفاده در خنک کاری فرآیندهای صنعتی بزرگ مناسب نیست.
جمع بندی
کندانسورهای آبی دسته ای کندانسورهای مورد استفاده در صنعت تبرید و تهویه مطبوع هستند که از آب برای خنک کردن مبرد استفاده می کنند. آب خنک مورد نیاز برای این کار معمولاً از برج خنک کننده تأمین می شود و لذا این کندانسورها باید همراه با برج های خنک کننده به کار گرفته شوند.
با این حال کندانسورهای آب مزایای متعددی نسبت به کندانسورهای هوایی دارند که استفاده از آن ها را خصوصاً در سیستم های سرمایشی بزرگ توجیه پذیر می کند.
مهم تری و پر کاربردترین انواع کندانسورهای آبی عبارتند از کندانسورهای پوسته و لوله ای، صفحه ای و دو لوله ای هم محور. البته از انواع دیگری از مبدل های حرارتی نیز می توان به عنوان کندانسور آبی استفاده کرد.