سردخانه ها از سیکل تبرید برای سردسازی سالن یا اتاقک مد نظر استفاده می کنند. در این سیکل ها از گاز مبرد جهت سردسازی استفاده می شود. کویل های استفاده شده در سردخانه نیز محلی برای دریافت حرارت از اتاقک داخلی و دفع آن به محیط بیرون محسوب می شوند. در ادامه این مطلب توضیحات بیشتری در این خصوص بیان می شود.
کویل سردخانه چیست
در سیستم های خنک کننده تبریدی مانند سردخانه ها، از کویل های اواپراتور و کندانسور به عنوان دو جز مهم نام برده می شود. هدف استفاده از این کویل ها ایجاد سطح تبادل حرارتی بیشتر با هوای اطراف بوده تا بتوان مقدار انتقال حرارت و برودت را افزایش داد. بنابراین، در سردخانه ها که نیاز به سرمایش یک محیط (اتاقک داخلی) است، از این کویل ها (اواپراتور) جهت تأمین سرمایش استفاده می گردد.
در برخی موارد، زمانی که لازم است تا دمای داخل سردخانه به زیر صفر درجه سانتی گراد کاهش یابد، از دو یا چند کویل اواپراتور استفاده می گردد. انتخاب این کویل ها نیز باید متناسب با ابعاد و ظرفیت سرمایشی سردخانه باشد.
محاسبه ظرفیت کویل ها نیز بر اساس پارامترهایی نظیر تعداد لوله درون کویل، سایز لوله، تراکم فین، نوع فین، تعداد ردیف و جنس لوله ها و فین انجام می گیرد.
همچنین بخوانید: محاسبه بار برودتی سردخانه
انواع کویل سردخانه
سردخانه ها را می توان به دو بخش اصلی داخل اتاقک و بیرون آن تقسیم بندی کرد. در قسمت داخلی که هدف ایجاد برودت است، از کویل های اواپراتور، و در بیرون سردخانه که هدف آزادسازی حرارت است، از کویل های کندانسور استفاده می شود.
این کویل وظیفه خنک سازی و تبدیل مبرد از حالت گازی به مایع را بر عهده داشته، که این کار را با انتقال حرارت گرمای گاز مبرد به محیط اطراف انجام می دهد.
در طرف مقابل، کویل اواپراتور عملی برعکس کندانسور را انجام می دهد، یعنی با جذب حرارت درون اتاقک سردخانه، مبرد مایع اشباع را به بخار داغ تبدیل کرده، که این فرایند موجب سردسازی دمای هوای اطراف کویل می شود. با قرارگیری فن هایی بر روی اواپراتور، می توان جریان هوا را بر روی کویل افزایش داده تا دمای کل اتاقک به طور یکنواختی کاهش یابد.
افزایش سطح حرارتی کویل ها و استفاده از جنس های هادی حرارت، در افزایش بازدهی کویل ها تاثیر بسزایی دارد. همچنین طراحی صحیح و انتخاب مناسب آن ها می تواند موجب بهبود سرماسازی و کاهش مصرف برق سردخانه شود؛ به همین منظور، لازم است تا به پارامترهایی نظیر ابعاد و تعداد ردیف های کویل، جنس لوله ها، و سایر موارد مهم توجه ویژه ای داشت. به طور کلی، انتخاب ظرفیت کمپرسور و کندانسور با توجه به نیاز سردخانه امری مهم و تخصصی محسوب می شود.
بیشتر بخوانید: کمپرسور سردخانه یا موتور سردخانه چیست و انواع آن
تفاوت کویل کندانسور و اوپراتور
در سیکل تبرید، گاز مبرد به واسطه فشار ناشی از کمپرسور و از طریق لوله های مسی در مدار به جریان درآمده و با عبور خود از کویل های سردخانه عملیات تبادل حرارتی را انجام می دهد. اما موقعیت نصب و وظیفه این دو کویل با یکدیگر متفاوت است. از تفاوت های آن ها می توان به جهت تبادل حرارتی اشاره کرد. بدین معنا که کویل اواپراتور گرمای محیط را جذب کرده و باعث تبخیر مبرد می شود، در حالی که کویل کندانسور حرارت مبرد را به محیط بیرون دفع کرده تا دمای آن را کاهش دهد.
از دیگر تفاوت های این دو کویل می توان به سایز و ابعاد آن ها اشاره کرد. کندانسورها اغلب دارای ابعاد و سطح حرارتی بزرگتری بوده تا بتوانند مبرد را به طور موثری خنک کنند. همچنین نحوه طراحی و انتخاب کندانسور وابستگی بیشتری به دما و رطوبت محیط داشته و این شرایط نیز در مناطق مختلف تنوع زیادی دارد؛ اما کویل اواپراتور درون سردخانه قرار گرفته و تغییرات دمایی آن تعیین شده است.
از طرف دیگر، در کویل اواپراتور به دلیل کاهش دمای زیاد و رسیدن به نقطه شبنم، مشکلاتی همچون یخ زدگی اواپراتور امری شایع است. برای حل این موضوع نیز لازم است تا اقداماتی انجام شود. اما در کویل کندانسور این موضوع کلا منتفی است؛ اما احتمال آسیب دیدگی فیزیکی و گرفتگی بین فین های آن ناشی از عبور گرد و غبار و آلودگی محیط وجود دارد.
ساختار کویل های سردخانه
کویل های سردخانه که با نام کویل های فین پلیت تیوب نیز شناخته می شوند، از لوله مسی، فین آلومینیومی، صفحه تیوب و هدر یا کلکتور یا جمع کننده تشکیل شده اند. این موارد از اصلی ترین بخش های کویل ها هستند. در ادامه به توضیح نکاتی در خصوص این موارد بیان شده است.
بیشتر بخوانید: آموزش استفاده درست از سردخانه بالای صفر چیست ؟
شکل هندسی فین
از فین ها جهت افزایش سطح تبادل حرارتی و در نتیجه بهبود انتقال حرارت بر روی لوله های کویل استفاده می شود. همچنین، افزایش آشفتگی جریان هوا بر روی سطح فین ها می تواند باعث افزایش نرخ انتقال حرارت شود.
بنابراین برای ایجاد این آشفتگی، اغلب از فین های موجدار استفاده می شود. نمونه هایی از آن با نام فین های سینوسی شکل و جناغی وجود دارد. همچنین می توان با ایجاد برجستگی هایی به نام لوور بر روی فین ها، میزان جریان آشفته هوا را افزایش داده و در نتیجه بازدهی انتقال حرارت کویل را بهبود بخشید.
جنس و تعداد فین
جنس فین های کویل معمولا از آلومینیوم یا مس ساخته می شود. در کویل های گران قیمت تر استفاده از مس نسبت به آلومینیوم به دلیل ضریب انتقال حرارت بالاتر خود، دارای ارجحیت است؛ اما از طرفی، باید توجه داشت که وزن فین های مسی به نسبت سنگین تر بوده و نیاز به طراحی دقیق و نصب صحیح بر روی لوله های کویل دارد، تا بتواند وزن آن را تحمل کند. در مواردی که کویل در معرض خوردگی زیاد قرار بگیرد، از کویل های پوشش دار استفاده می شود. این پوشش که لایه بسیار نازکی بر روی لوله ها و فین های کویل است، موجب افزایش عمر آن و جلوگیری از خوردگی فین و لوله ها می شود.
از نظر تعداد فین بر روی لوله، با توجه به نوع کویل، اغلب از 6 الی 14 فین در هر اینچ استفاده می شود. به طور کلی، استفاده از تعداد فین بیشتر از نظر مهندسی مناسب تر است، چرا که ضریب کنارگذر هوا (یا ضریب بای پس) کاهش یافته، که به معنای افزایش بازدهی کویل خواهد بود.
اما باید توجه داشت که اولا این افزایش تعداد فین موجب کاهش بیش از حد عبور جریان نشود، و از طرفی قیمت کویل نیز مقرون به صرفه باشد. همچنین در کویل اواپراتور که خطر یخ زدگی بر روی فین ها وجود دارد، فواصل بیشتری بین فین ها لحاظ می شود.
سایز لوله و نوع لوله
لوله ها و تیوب های مورد استفاده در سیستم های تبرید اغلب از لوله های مسی در سایزهای 4/1، 2/1 و 8/3 و در برخی موارد 2/1 اینچ است. در برخی کاربردهای خاص نیز از سایز 16/5 اینچ نیز استفاده استفاده می شود.
یکی از نکات مهم در انتخاب سایز لوله، بحث افت فشار جریان سیال است. هر چه قطر لوله کاهش یابد، هر چند از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود، اما افت فشار سیال در آن افزایش خواهد داشت.
هدر یا کلکتور
از هدر یا کلکتور برای جمع آوری و توزیع یکنواخت مبرد درون لوله های کویل استفاده می شود. معمولا این کلکتورها نیز از جنس مس ساخته می شوند، اما در برخی موارد جهت کاهش هزینه ها از آلیاژهای نیکل-مس نیز استفاده می گردد.
عوامل موثر در عملکرد کویل
برای افزایش بازدهی و کارایی کویل های سردخانه عوامل مختلفی تاثیرگذار هستند. برخی از مهم ترین این نکات در موارد زیر بیان شده است:
- ضخامت و سایز مناسب لوله: در صورتی که ضخامت لوله خیلی کم باشد، احتمال سوراخ شدن و نشت مبرد وجود داشته، و همچنین فرایند جوشکاری آن دشوارتر خواهد بود. از طرفی، افزایش بیش از حد ضخامت موجب کاهش انتقال حرارت آن خواهد شد. سایز مناسب لوله نیز باید متناسب با نیاز مورد نظر باشد. در صورتی که از سایزهای پایین تر از حد مورد نظر استفاده شود، مبرد کمتری درون آن جریان یافته و بازدهی سیستم را کاهش می دهد.
- آرایش لوله ها: آرایش لوله ها یا نحوه چیدمان آن ها نیز می تواند در توزیع حرارت و بازدهی کویل تاثیرگذار باشد. معمولا آرایش مثلثی لوله ها دارای بازدهی بیشتری نسبت به مربعی دارد.
- استفاده از فین مناسب: شکل هندسی فین و ضخامت آن نیز از نکات بسیار تاثیرگذار در بحث بازدهی کویل است. ضخامت های پایین فین و طول گام کمتر آن ها و همچنین آشفتگی بیشتر جریان در این ناحیه باعث افزایش انتقال حرارت و بازدهی کویل می شود.
- اکسپند مناسب لوله ها: اکسپند یا انبساط صحیح لوله نیز از موارد مهم در ساخت کویل ها است، در صورتی که اکسپند لوله نامناسب باشد، موجب لق زدن فین ها شده که علاوه بر کاهش بازدهی کویل، کاهش عمر آن را نیز در پی خواهد داشت.
جمع بندی
کویل های سردخانه شامل کویل های اواپراتور و کندانسور شده که از اجزای اصلی سیکل تبرید به شمار می روند. از کویل اواپراتور جهت ایجاد برودت در سالن سردخانه و از کویل کندانسور جهت دفع حرارت مبرد به محیط خارجی استفاده می شود. جنس و سایز لوله ها، ابعاد و شکل فین ها، هدر و کیفیت ساخت این کویل ها از نکات بسیار مهم به شمار رفته که بازدهی آن را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند.
سوالات متداول
انواع کویل سردخانه چیست؟
کویل های سردخانه شامل دو کویل اواپراتور (داخل سرداخانه)، و کویل کندانسور (بیرون سردخانه) می شود.
تفاوت کویل اواپراتور و کندانسور سردخانه چیست؟
موقعیت قرارگیری و جهت انتقال حرارت، ابعاد کویل، شکل و گام فین ها.
لوله های کویل سردخانه از چه جنسی است؟
از جنس مس برای ساخت لوله های کویل استفاده می شود.