با یک مثال ساده برای داشتن درکی درست و بهتر از کندانسر شروع می نمائیم
احتراق بنزین در سیلندر موتور ماشین دمایی در حدود 2000 درجه سانتی گراد ایجاد می کند. در صورتی که این دمای بالا دفع نشود به اجزای موتور صدمه خواهد زد لذا از آب برای انتقال گرما استفاده می شود. آب در مسیرهایی که در اطراف سیلندر و سرسیلندر تعبیه شده حرکت کرده و پس از جذب گرمای بدنه موتور به وسیله لوله های لاستیکی از بالا وارد رادیاتور می شود تا در اثر گردش هوا که توسط یک فن ایجاد می شود گرمای آب را به هوا منتقل نماید. برای افزایش سرعت حرکت آب و انتقال بیشتر گرما از یک پمپ برای به گردش درآوردن آب استفاده می شود. (شکل 1ــ4)
شکل 1ــ4ــ مسیر حرکت آب در جداره های موتور اتومبیل
در اواپراتور بر اثر تبخیر مبرد گرمای یخچال جذب مبرد می شود، همچنین در کمپرسور بر اثر تراکم گاز مبرد دمای آن افزایش می یابد لذا برای دفع گرمای جذب شده در اواپراتور و گرمای حاصل از تراکم مبرد در کمپرسور از کندانسر استفاده می شود.
کندانسرها به سه دسته تقسیم می شوند (شکل 2ــ4 الف، ب و ج).
1ــ کندانسر هوایی
2ــ کندانسر آبی
3ــ کندانسر تبخیری
شکل 2ــ4ــ انواع کندانسر آبی، هوایی و تبخیری
در بیشتر واحدهای بسیار بزرگ و برخی از واحدهای کوچک، از کندانسر خنک شونده با آب استفاده می شود. کندانسرهای خنک شونده با هوا بیشتر در واحدهای کم ظرفیت (20 تن و کمتر) به کار می روند. اکنون کندانسرهای خنک شونده با هوا در سیستم های تهویه مطبوع خانگی و در جاهایی که ارزش آب بسیار زیاد است یا دفع فاضلاب دشوار است یا در مواردی که نمک های موجود در آب از لحاظ تشکیل قشر رسوبی مشکل جدی ایجاد می کنند دستگاه هایی استاندارد محسوب می شوند. بسیاری از سیستم های هوایی که ظرفیت متوسط تا بسیار زیاد دارند برای مناطق کم آب یا جاهایی که آب بها گران است یا در محل هایی که آب از کیفیت خوبی برخوردار نیست به کار برده می شوند.
1ــ1ــ4ــ کندانسر خنک شونده با هوا (هوایی): در سال های اخیر استفاده از کندانسرهای هوایی در سیستم های تهویه مطبوع متوسط و کوچک به شدت افزایش یافته است. مهم ترین دلیل این استقبال احتمالا این است که این نوع کندانسرها به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز ندارند.
این عامل معمولا عوامل دیگری مانند هزینه برق مصرفی، دوام و عمر کمپرسور و بازده سیستم را دست کم در نظر بسیاری از صاحب خانه ها و خریداران سیستم تهویه مطبوع کوچک تحت الشعاع قرار می دهد. بیشتر واحدهایی که توان آنها از HP10 کمتر است با هوا خنک می شوند. در واحدهای تا HP20 استفاده از دستگاه های خنک شونده با هوا معمول است و در واحدهای خیلی بزرگ مجهز به کندانسرهای خنک شونده با هوا را برای آب و هوای بیابانی به کار برده اند.
1ــ کندانسر هوایی با جریان طبیعی
2ــ کندانسر هوایی با جریان اجباری
کندانسرهای هوایی با جریان طبیعی در دو نوع صفحه و لوله و یا میله و لوله ساخته می شوند. کندانسر میله و لوله از یک لوله مارپیچ مسی یا فولادی ساخته می شود که بر روی آن تعداد زیادی میله جوش داده شده است تا باعث افزایش میزان انتقال گرما از کندانسر شود. . (شکل 3ــ4)
شکل 3ــ4ــ کندانسر هوایی با جریان طبیعی
در کندانسرهای هوایی با جریان هوایی اجباری لوله های مسی از بین تعداد زیادی پره آلومینیومی عبور می کند تا سطح تبادل گرما را به مقدار قابل توجه ای افزایش دهد. همچنین از یک یا چند فن برای به گردش درآوردن هوا استفاده می شود. (شکل 4ــ4)
شکل 4ــ4ــ کندانسر هوایی با جریان هوایی اجباری
کندانسرهای هوایی معمولا برای کار با دمای تقطیر حدود 17 تا 22 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای محیط طراحی شده اند.
یکی از معایب عمده دستگاه های خنک شونده با هوا همین است، زیرا در آب و هوای گرم که دمای محیط بعدازظهرها به C 34 نیز می رسد، دمای تقطیر ممکن است 66 درجه سانتی گراد باشد که مطابق با فشار psia942 برای 12ــ R و یا فشار psia963 مربوط به 22ــ R است. توان الکتریکی مورد نیاز برای تأمین این چنین فشارهایی بسیار بالا می باشد. در چنین شرایطی دمای آب احتمالا از 42درجه سانتی گراد بالاتر نمی رود. دمای تقطیر در کندانسر آبی با فشار تقطیر حدود psia310 برای 21ــ R یا با فشار تقطیر حدود psia210 برای 22ــ R در حدود 38 درجه سانتی گراد است. مزایای کندانسر آبی در اینجا کاملا روشن می شود که عبارت از مصرف برق کمتر و دوام و عمر بیشتر کمپرسور است.
این کندانسرها در جاهایی که آب مناسب و فراوان و ارزان در اختیار باشد به صرفه ترین کندانسر محسوب می شود. مسائل خوردگی ناشی از آب یا دفع فاضلاب را باید در نظر گرفت. برای واحدهای 5 تنی و بزرگ تر که به آب زیادی نیاز است معمولا از یک برج خنک کن استفاده می شود.
1ــ پوسته و لوله
2ــ پوسته و کویل
3ــ لوله داخل لوله
در کندانسرهای آبی پوسته و لوله و کندانسرهای پوسته و کویل گاز داغ از بالا وارد پوسته شده و پس از تبادل گرما با آب سرد داخل لوله یا کویل تقطیر شده و مایع مبرد از پایین پوسته خارج می شود. آب داخل لوله ها نیز پس از جذب گرمای مبرد یا در رودخانه و چاه ریخته می شوند و یا توسط برج خنک کن خنک شده و مجددا مورد استفاده قرار می گیرند. (شکل 5 ــ4)
الف) کندانسر پوسته و لوله
ب) کندانسر پوسته و کویل
الف) کندانسر پوسته و لوله
ب) کندانسر پوسته و کویل
شکل 5 ــ4ــ کندانسر پوسته و لوله و پوسته و کویل
آب سرد در لوله داخلی کندانسر دو لوله ای جریان داشته و گاز داغ نیز در لوله خارجی به گردش درآمده و پس از تبادل گرما تقطیر و از سمت دیگر کندانسر خارج می شود. (شکل 6 ــ4)
شکل 6 ــ4ــ کندانسر دو لوله ای
هرقدر مقدار آبی که با دمای معین از کندانسر گردش می کند بیشتر باشد، فشار تقطیر پایین تر می رود و بدین ترتیب هزینه برق کمتر و عمر و دوام کمپرسور بیشتر می شود ولی در صورتی که آب گران قیمت باشد نقطه موازنه ای باید تعیین شود که در مجموع بهترین شرایط اقتصادی کار سیستم را تامین کند.
پس از مدتی در اثر گردش آب بر روی جداره داخلی لوله ها و کویل کندانسر آبی رسوب ایجاد می شود که مانع از انتقال گرما بین گاز مبرد و آب خواهد شد. برای رسوب گیری از اسید با غلظت پایین استفاده می شود. برای این کار مطابق شکل 7ــ4 داخل مخزن اسید ریخته شده و توسط یک پمپ آن را در داخل لوله های کندانسر به گردش در می آورند تا سبب جدا شدن رسوب های داخل لوله شوند. در زمان رسوب گیری شیرهای ورود و خروج آب به سمت برج خنک کن در حالت بسته قرار می گیرند
شکل 7ــ4ــ نحوه انتقال مخزن رسوب گیر به کندانسر آبی
در کندانسر آبی گرمای ماده سرمازا به وسیله آب جذب می شود و سپس گرمای آب به یکی از روش های زیر دفع می شود.
1ــ در صورت امکان تأمین آب تازه با قیمت ارزان، آب گرم خروجی از کندانسر وارد رودخانه یا دریاچه شده و دوباره آب سرد تازه وارد کندانسر می شود.
2ــ با وارد کردن آب خروجی از کندانسر به یک چاه خشک، آب گرم به زمین منتقل می شود. در جاهایی که ماسه ای باشد و آب را بکشد، می توان چاهی به قطر 64 سانتی متر و عمق 100 متر حفر کرد و دیواره آن را آجرچینی کرد و سپس آن را برای دفع کامل آب گرم کندانسرهای 3 تا 10 تنی به کار برد. آب بها در بسیاری از مناطق عامل تعیین کننده ای است و اغلب کشورها اجازه نمی دهند که آب ضایع شود.
3ــ به وسیله برج خنک کن، استخر پاشش، گرمای آب به هوای اطراف منتقل می شود. برای بسیاری از تأسیسات سومین مورد بهترین روش است. برج خنک کن و استخر پاشش آب را در تماس کامل با هوای درحال وزش قرار می دهد. شکل 8-4 یک برج خنک کن را نشان می دهد. آب از طریق انتقال گرمای محسوس که دمای خشک هوای در حال وزش را بالا می برد تا حدودی خنک می شود ولی دلیل اصلی خنک شدن آب مبادله گرمای نهان تبخیر بخش کوچکی از آن است.
شکل 8-4 برج خنک کن
پایین ترین دمایی که می توان بر اثر خنک کردن آب در برج خنک کن به آن رسید معادل دمای مرطوب هواست. در عمل این دما هرگز دست نیافتنی نیست و معمولا دمای نهایی آب حدود 21 درجه سانتی گراد و بالاتر از دمای تر هوا در همان زمان است. در فصل تابستان بر اثر اتلاف 9/0% آب در گردش، معمولا 18 درجه سانتی گراد سرمایش حاصل می شود
برج های خنک کن از نظر نحوه برخورد جریان آب و هوا به دو دسته 1ــ جریان هوای متقاطع 2ــ جریان هوای مخالف تقسیم بندی می کنند. (شکل 9ــ4
شکل 9ــ4ــ انواع برج خنک کن از نظر برخورد جریان آب و هوا
برج های خنک کن از نظر جنس بدنه نیز به دو دسته 1ــ بدنه آهنی 2ــ فایبرگلاس تقسیم بندی می شوند. (شکل 10ــ4)
الف) برج خنک کن از جنس آهن ب) برج خنک کن از جنس فایبرگلاس
شکل 10ــ4ــ انواع برج خنک کن از نظر جنس بدنه
درون برج های خنک کن که از بدنه آهنی ساخته می شود از بالا به پایین و در فواصل مساوی تعداد زیادی تخته به صورت افقی قرار می گیرد. توسط پمپ آب از کف برج به بالا منتقل شده و بر روی چوب ها پاشیده می شود. هم زمان با ریزش آب از تخته های بالا بر روی تخته های پایینی مقداری از ذرات آب تبخیر شده و امکان سرد شدن آب را فراهم می کنند. در برج های خنک کن فایبرگلاس به جای تخته های چوبی از پکینگ های CVP استفاده می شود. این پکینگ ها با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب در خنک سازی جریان آب نقش مؤثری دارند. پکینگ ها به صورت شبکه ای ساخته می شوند و از عمر طولانی برخوردارند.در صورت کاهش دمای هوای بیرون در فصل زمستان کندانسرهای آبی مشکل کاهش بیش از حد فشار روی مبرد قبل از شیر انبساط دارند.زمانی که درجه حرارت آب به C 24 افت نماید در اولین مرحله برای کاهش ظرفیت برج خنک کن و جبران افت فشار مایع مبرد، فن برج را خاموش می کنیم. در مرحله دوم از طریق بای پاس کردن آب برج به وسیله شیرهای دوراهه و سه راهه شکل 11ــ4 و 12ــ4 ظرفیت برج را کم می کنیم. در هر کدام از این روش ها درجه حرارت آب خروجی از برج توسط سنسور حس می شود. اگر دما به پایین تر از نقطه تنظیم (معمولا بین 15 تا 20 درجه سانتیگراد) برسد.
شیر بای پاس عمل نمود. تمام یا قسمتی از آب برج بای پاس می شود تا فشار روی مبرد در کندانسر و قبل از شیر انبساط در حد قابل قبول ثابت بماند. با توجه به بحث بای پاس نمودن برج، اگر احتمال یخ زدگی آب برج وجود داشته باشد از طریق المنت حرارتی یا تزریق بخار مانع از آن می شویم. شکل 13ــ4 شیر دو راهه کندانسر و ساختمان و طرز کار آن را نشان می دهد
شکل 13ــ4ــ شیر دوراهه کندانسر
در برج خنک کن با بخار شدن بخشی از آب در جریان سیرکوله برج، بقیه آب خنک می شود و میزان مصرف آب تقریبا با این میزان بخار شدن آب برابر است. برای تبخیر شدن یک گالن آب حدود Btu8700 گرما لازم است. به عبارت دیگر با تبخیر هر گالن آب حدود Btu7800 گرما از برج دفع می شود. حال فرض کنیم ظرفیت برج خنک کن ton100 تن تبرید باشد در این صورت:
با تقسیم این عدد به 7800 میزان مصرف آب در ساعت 138 گالن یعنی حدود 525 لیتر خواهد بود. البته این عدد با لحاظ نمودن راندمان تبخیر 100 درصدی برای برج می باشد که در عمل راندمان برج بین 60 الی 80 درصد خواهد بود لذا تبخیر آب به ازای هر تن سرمایی را حدود 600 لیتر در ساعت در نظر می گیرند.
3ــ1ــ4ــ کندانسر تبخیری: کندانسر تبخیری تلفیقی از کندانسر هوایی، کندانسر آبی و برج خنک کن می باشد. (شکل 14ــ4)
شکل 14ــ4ــ کندانسر تبخیری
1ــ بخار متراکم و داغ ماده سرمازا از کمپرسور وارد کویل داخل کندانسر تبخیری شده و گرمای آن به آبی که بر روی کویل پاشیده می شود انتقال می یابد. در این حالت کویل دائما با پاشش آب خیس نگه داشته می شود
2ــ بخشی از آب با گرمای ماده سرمازا تبخیر می شود و گرمای نهان تبخیر بسیار بالای آب اثر سرمایشی و تقطیر مناسبی ایجاد می کند و بخش کوچکی از آب بخار شده را سرد و مایع می کند.
3ــ آب تبخیر نشده با جذب گرما از ماده سرمازا گرم می شود و بنابراین اگر مطابق مرحله بعدی خنک نمی شد از لحاظ ایجاد سرمایش بیشتر دیگر قابل استفاده نبود.
4ــ هوا از لا به لای ذرات آب در حال ریزش از شیپوره پاشش آب عبور می کند و با تبخیر بخشی از آب سرمایش مناسبی ایجاد می کند در صورتی که بادزن و شیپوره های پاشش آب خوب کار کنند آب در مقایسه با دمای مرطوب هوای خروجی چند درجه خنک تر می شود. در حدود 5% آب در گردش تبخیر می شود و این کمبود به وسیله یک شیر شناور تأمین و وارد مخزن می شود. تبخیر بخشی از آب، غلظت نمک را در آب باقیمانده بالا می برد و بنابراین تصفیه و نمک زدایی آب ضروری است. اگر سر ریز کوچک و با ریزش مدوام تعبیه شود، غلظت نمک در آب مخزن بالا نخواهد رفت. کندانسر تبخیری به صورت واحدهای تکی برای ظرفیت های تا 100 تن سردسازی ساخته می شود و اگر ظرفیت بالاتری مورد نیاز باشد از چند واحد استفاده می شود. اما این نوع کندانسر را بیشتر برای واحدهای 10 تا 50 تن بکار می برند. استفاده از این نوع کندانسر در مواردی ضرورت پیدا می کند که آب کمیاب یا گرانقیمت باشد، دفع آب زاید مشکل ایجاد کند یا استفاده از برج خنک کن عملی نباشد. کندانسر تبخیری فضای اندکی اشغال می کند زیرا کندانسر ماده سرمازا و تجهیزات خنک کننده آب با هم تلفیق شده و در یک محفظه جای گرفته اند. شکل 15ـ4 اجزا یک کندانسر تبخیری را نشان می دهد. شماره 1 و 2 محل ورود و خروج آب خنک شونده، شماره 3 محل جمع شدن آب در کف کندانسر، شماره 4 افشانک های پاشش آب از بالای کندانسر و شماره 5 فن کندانسر را نشان می دهد.
شکل 15ــ4ــ اجزاء کندانسر تبخیری
جدول 16ــ4ــ ظرفیت واحد تقطیر بر حسب (Wk)
2ــ4ــ انتخاب کندانسینگ یونیت برای انتخاب مدل کندانسینگ یونیت از جدول 16ــ4 استفاده می شود. با مشخص بودن ظرفیت واحد تقطیر بر حسب (KW) و بدست آوردن دمای مکش گاز کمپرسور می توانیم مدل کندانسینگ یونیت را تعیین نماییم. برای محاسبه دمای مکش می بایستی اطلاعات زیر را در اختیار داشته باشیم. 1ــ دمای سالن نگهداری محصول it (با توجه به نوع محصول تعیین می شود) 2ــ رطوبت نسبی سالن (با توجه به نوع محصول تعیین می شود) 3ــ اختلاف دمای هوای سالن و ماده مبرد جریان داخل کویل اواپراتور (TD) 4ــ نوع اواپراتور از نظر جریان هوا (طبیعی یا اجباری) با توجه به رطوبت نسبی سالن سردخانه و نوع جریان هوا در اواپراتور از جدول 17ــ4 مقدار اختلاف دمای سالن و ماده مبرد (TD) را بدست می آوریم. برای بدست آوردن دمای مکش از رابطه زیر استفاده می نماییم:
Teــ دمای مکش کمپرسور (معادل دمای جوش مبرد)
tiــ دمای سالن
TDــ اختلاف دمای سالن و ماده مبر
جدول 17ــ4ــ تعیین TD سردخانه برحسب تغییرات رطوبت نسبی اختلاف دمای هوای سالن و ماده مبرد جریانی در داخل کویل اواپراتور) TD(
پس از تعیین دمای مکش کمپرسور و با داشتن ظرفیت واحد تقطیر به جدول 16ــ4مراجعه و مدل واحد تقطیر را بدست می آوریم. برای مثال در صورتی که ظرفیت واحد تقطیر KW14 و دمای مکش کمپرسور منفی 14 درجه سانتیگراد باشد برای انتخاب مدل ابتدا در بالای جدول دمای مکش منفی 13.5 درجه سانتیگراد را انتخاب کرده و به سمت پایین حرکت می کنیم تا به عدد ظرفیت واحد تقطیر برسیم در این ستون سه مدل می تواند چنین ظرفیتی را تأمین نماید. مدل های 12ــ AM/570ــ TC، 12ــ WM/570ــ TC و 22ــ HW/900ــ TC برای ظرفیت kW14 و دمای مکش منفی 12 درجه سانتیگراد مناسب می باشد
از مدل 21ــ AM/ 057ــ TC برای شرایط اقلیمی که امکان استفاده از کندانسر هوایی باشد استفاده می شود و از مدل های 21ــ WM/570ــ TC و 22ــ WH/900ــ TC برای شرایطی که امکان استفاده از کندانسر آبی باشد استفاده می شود.
