کندانسور یک جزء ضروری در هر سیستم تهویه مطبوعی (HVAC) است. هدف آن جذب گاز مبرد پرفشار است که از کمپرسور ساطع می‌شود و آن را به حالت مایع تبدیل می‌کند. مبرد خنک می‌شود و سپس در دما و فشار عملاً ثابت متراکم می‌شود. در خروجی کندانسور، مبرد در حالت مایع در فشار بالا و با دمای کمی کمتر از دمای میعان قرار می‌گیرد.
کندانسورها در دو نوع هوا خنک و آب خنک وجود دارند. در کندانسور هوا خنک، هوا از بین لوله‌ها جریان می‌یابد و گرمای مبرد را جذب می‌کند. کندانسورهای هوا خنک رایج‌ترین نوع کندانسور هستند و در یخچال‌ها، کولرهای گازی، داکت اسپلیت و سایر سیستم‌های تبرید استفاده می‌شوند.
در کندانسورهای آب خنک، آب از طریق لوله‌ها جریان می‌یابد و گرمای مبرد را جذب می‌کند. کندانسورهای آب خنک معمولاً در سیستم‌های تبرید صنعتی استفاده می‌شوند که ظرفیت بالایی دارند. کندانسور یکی از اجزای اصلی سیستم‌های تبرید است و عملکرد صحیح آن برای کارکرد صحیح سیستم ضروری است.
فهرست مطالب
کندانسورهای آب خنک چیست؟
کندانسور آب‌خنک (Water-cooled condensor)، جزء سردکننده‌ای است که گرمای تولید شده توسط فرآیندهای صنعتی یا تجاری را دفع می‌کند. کندانسورها را می‌توان نوعی مبدل حرارتی در نظر گرفت، زیرا هر دو عملکرد مشابهی دارند. بنابراین، کندانسورهای آب‌خنک اساساً مبدل‌های حرارتی هستند که گرما را از بخار مبرد گرفته و آن را به آبی که از درون آن جریان دارد، منتقل می‌کنند. در این فرآیند، یک مدار دفع گرما وجود دارد که در آن گرمای کندانسور از طریق آب به محیط اطراف منتقل می‌شود. عملکرد داخلی کندانسور مسئول اثربخشی این فرآیند است. طراحی آب‌خنک به کندانسور اجازه می‌دهد تا به عنوان یک مبدل حرارتی تخصصی عمل کند و گاز مبرد داغ و پرفشار خروجی از کمپرسور را به مایع تبدیل کند.
مزایای کندانسورهای آب‌خنک
- عملکرد بی صدا
- صرفه‌جویی در مصرف انرژی
- عملکرد بادوام (با نگهداری مناسب)
- نرخ انتقال حرارت بالاتر
- نصب سریع و آسان
- زمان خنک‌سازی کوتاه‌تر
- در دمای تراکم پایین کار می‌کند.
- نیاز به برق خارجی ندارد.
- کاهش هزینه‌های عملیاتی
- بازیافت انرژی حرارتی برای استفاده در سایر فرآیندهای گرمایشی
- قابل استفاده برای کارخانجات با ظرفیت بالا
- اندازه‌ی کوچک‌تر
- قابلیت قرارگیری در فضای بسته
علاوه بر نوع آب‌خنک، کندانسورهای هواخنک و تبخیری نیز وجود دارند. با این حال، همه کندانسورها صرف نظر از نوع، عملکرد مشابهی دارند. وظیفه آنها خنک کردن یک فرآیند یا تجهیزات با انتقال حرارت از گاز مبرد است.
ارتباط بین کندانسورهای آب خنک و چیلرها
کندانسور در سیستم چیلر صنعتی به عنوان یک انتقال دهنده حرارت بین فرآیند و محیط خارجی عمل می‌کند. چیلرهای آب خنک به طور معمول دارای یک کندانسور هستند که به یک برج خنک کننده متصل می‌شود. رایج‌ترین انواع چیلرهای آب خنک از آب یک برج خارجی برای خنک کردن گاز مبرد در کندانسور استفاده می‌کنند. هنگامی که گرما دفع شد، مبرد تغییر فاز داده و به مایع تبدیل می‌شود تا دوباره در سیستم به گردش درآید.
قیمت کندانسور قطعاً بر قیمت چیلر تاثیرگذار است. ظرفیت چیلر هر چقدر که باشد، استفاده از کندانسور در آن اجباری است. تفاوتی نمی‌کند از چیلر ۱۵ تن استفاده می‌کنید یا از چیلر ۶۰ تن یا حتی چیلر ۳۰۰ تن، در تمام آنها باید از کندانسور متناسب با ظرفیت خودش بهره برد.
چیلر آب خنک و نحوه عملکرد آن
چیلر آب خنک (Water Cooled Chiller) با تولید آب سرد، سرمایش مورد نیاز تجهیزاتی مانند فن‌کوئل‌ها و هواسازها را تأمین می‌کند. در واقع در این نوع از چیلرها با استفاده از آب سرد اقدام به خنک نمودن مایع مبرد می‌شود و این برخلاف روش استفاده شده در چیلر هوا خنک است که از هوا برای انجام این کار بهره برده می‌شود.
همان‌طور که می‌دانید عملکرد چیلرهای تراکمی که به سیکل تبرید معروف است به چهار مرحله اصلی زیر تقسیم می‌شود:
- فرآیند تراکم یا Compression که توسط کمپرسور انجام می‌شود.
- فرآیند چگالش یا Condensation که توسط کندانسور انجام می‌شود.
- فرآیند اختناق یا Throttling که توسط شیر انبساط انجام می‌شود.
- فرآیند تبخیر یا Evaporation که توسط اواپراتور انجام می‌شود.
تنها تفاوت اصلی در فرآیند کاری چیلر آب خنک در مرحله دوم یعنی چگالش صورت می‌گیرد که در آن کندانسور از آب برای انجام این کار استفاده می‌کند.
همان‌طور که می‌دانید در چرخه تبرید تراکمی، گاز مبرد به شکل بخار داغ یا Superheat، با دمایی پایین وارد کمپرسور می‌شود. کمپرسور نیز آن را متراکم کرده و فشار و دمای مبرد را بالا می‌برد. در مرحله بعد بخار داغ که اکنون دمای بالایی دارد از کمپرسور خارج شده و وارد کندانسور می‌شود. در کندانسور فرایند چگالش انجام می‌شود و به کمک آب خنک ورودی از برج خنک کننده، گرمایش ماده مبرد جذب می‌شود. در نتیجه این عملیات گاز مبرد تبدیل به مایعی با دمای بالا خواهد شد. در ادامه و توسط شیر انبساط، افت فشار زیادی در جریان مبرد ایجاد می‌گردد که ضمن کاهش دمای آن، باعث تبخیر مقداری از مایع مبرد نیز می‌شود. جریان سرد مبرد بلافاصله پس از خروج از شیر انبساط وارد اواپراتور شده و با ادامه جذب گرما، به شکل بخار داغِ دما پایین از اواپراتور خارج و مجدداً به کمپرسور باز می‌گردد تا از این طریق فرایندهای ترمودینامیکی سیکل تبرید در چیلر تکمیل شده و آب سرد مورد نیاز تولید گردد.
انواع مبدل‌های حرارتی در کندانسورهای آب‌خنک
مبدل‌های حرارتی نقشی بسیار مهم و حیاتی را در صنایع مختلف بازی می‌کنند. این مبدل‌ها به تنهایی می‌توانند مصرف سوخت، میزان هزینه‌ها و حتی ردپای کربن را به شدت کاهش دهند و به همین دلایل است که آنها به بخشی جدایی ناپذیر از هر کارخانه تولیدی تبدیل شده‌اند. طراحی پوسته و لوله یکی از رایج‌ترین انواع مبدل‌های مورد استفاده در انتقال حرارت است و معمولاً در مواردی استفاده می‌شود که یک فرآیند به مقادیر زیادی سیال برای گرم کردن یا خنک شدن نیاز دارد. استفاده و ساخت مبدل شل اند تیوب کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد و در دستگاه‌های صنعتی تبریدی، صنایع تولید برق و انواع دستگاه‌های تهویه مطبوع به‌کار گرفته می‌شود. برای آشنایی بیشتر این نوع مبدل در ادامه با تهویه آسمان همراه باشید.
- مبدل Tube in tube یا double-tube: در این نوع کندانسور، آب به داخل لوله داخلی پمپ می‌شود و مبرد در لوله خارجی جریان می‌یابد. جریان‌های خلاف جهت برای دستیابی به بازده بالای انتقال حرارت حفظ می‌شوند.
- مبدل Shell and coil: این نوع کندانسور از یک یا چند مارپیچ محصور شده در یک پوسته جوش داده شده تشکیل شده است. این نوع را می‌توان به صورت افقی یا عمودی قرار داد و به طور کلی کم حجم‌ترین و کم‌هزینه‌ترین گزینه است.
- مبدل پوسته و لوله یا Shell and tube: آب از طریق لوله‌ها پمپ می‌شود در حالی که مبرد به داخل پوسته جریان می‌یابد. نصب باله‌های خنک‌کننده در پوسته می‌تواند باعث انتقال حرارت بهتر شود. مبدل حرارتی شل اند تیوب مقرون به صرفه و نگهداری آنها نسبتاً آسان است. همچنین در کارخانه‌های بزرگ فرآوری مواد شیمیایی بسیار رایج هستند.
مبدل شل اند تیوب
مبدل حرارتی شل اند تیوب (Shell and tube) یا مبدل حرارتی لوله و پوسته، همان‌گونه که از نامش بر می‌آید، یک نوع مبدل حرارتی است که در ساختار آن از چندین لوله که در درون یک پوسته خارجی جای گرفته‌اند، استفاده شده است. این مبدل‌ها وظیفه انتقال گرما از یک مایع سیال به سیال دیگر را برعهده دارند.
مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله دارای طراحی ساده، ویژگی‌های قوی و هزینه‌های خرید و نگهداری نسبتاً پایین هستند. آنها همچنین دارای سرعت انتقال حرارت بسیار بالایی هستند اگرچه به فضای بیشتری نسبت به مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای با ظرفیت تبادل حرارتی مشابه نیاز دارند.
روش کار این مبدل حرارتی به شکلی است که جریال سیال گرم وارد لوله‌ها شده و پس از عبور از آنها و در تماس با سیال سرد درون پوسته، گرمای خود را از دست داده و از سمت دیگر لوله‌ها خارج می‌شود. البته لازم به ذکر است که این چرخه قابل تبدیل و جایگزینی است و می‌توان جریان ورودی و خروجی سیال به آن را معکوس کرد.
اما چرا برای این نوع مبدل، نام شل اند تیوب یا پوسته و لوله را انتخاب کرده‌اند؟ این نوع از مبدل‌ها از دسته‌ای از لوله‌ها (تیوب) که درون یک پوسته (شل) سیلندری شکل جاسازی شده‌اند، تشکیل شده است و به همین دلیل از این نام برای این دسته از مبدل‌ها استفاده می‌کنند. یک سیال از داخل تیوب‌ها و سیال دیگر هم از اطراف تیوب‌ها (داخل پوسته) جریان پیدا کرده و بر اثر اختلاف دمای میان آن دو ، حرارت از یک سیال به سیال دیگر و از طریق دیواره تیوب‌ها منتقل می‌شود.
تغییرات زیادی می‌تواند در طراحی پوسته و لوله وجود داشته باشد. به‌طور معمول، انتهای هر لوله از طریق سوراخ‌هایی در صفحات لوله به پلنوم‌ها (که گاهی به آن جعبه آب گفته می‌شود) متصل می‌شوند. لوله‌ها ممکن است مستقیم یا خمیده به شکل U باشند که به آنها لوله U می‌گویند.
جمع‌بندی
کندانسورهای آب‌خنک شاید به خاطر نصب سریع و آسان، عملکرد بادوام، عملکرد بی صدا و صرفه‌جویی در مصرف انرژی شناخته‌شده باشند. این کندانسورها راه‌حلی ایده‌آل برای بسیاری از کاربردهای خنک‌سازی فرآیندهای صنعتی هستند، مانند تولیدات پزشکی، آبجوسازی، تولیدات لبنی، فرآوری مواد غذایی و موارد دیگر. راز موفقیت ترکیبی از مزایای کندانسورهای آب‌خنک تا حدودی در عملکرد داخلی آنها نهفته است. این واحدها دارای طراحی آب‌خنک با بازدهی بالا هستند که به عنوان یک مبدل حرارتی تخصصی عمل می‌کند تا گاز داغ و پرفشار خروجی از کمپرسور را به مایع تبدیل کند.
