اواپراتور سردخانه

برای پاسخ به پرسش: اواپراتور سردخانه چیست و طرز کار آن چگونه است؟ می‌توان گفت که هر سیستم سردسازی، چه برای دماهای زیر صفر (مانند تونل‌های انجماد) و چه بالای صفر مانند سردخانه‌ های نگهداری مواد، از 4 جزء اصلی تشکیل شده است:

1. یونیت کندانسور
2. یونیت اواپراتور
3. کمپرسور
4. شیر انبساط

به مجموعه این اجزا که در یک مدار بسته عمل می‌کنند، چیلر تراکمی گفته می‌شود. این سیستم با به گردش درآوردن ماده مبرد مانند: گاز فریون از طریق لوله‌کشی، هوای داخل سردخانه را خنک می‌کند؛ فرآیندی که شباهت زیادی به عملکرد یخچال دارد.

 انواع اواپراتور

در این بخش به معرفی انواع اواپراتور می پردازیم:

انواع اواپراتور سردخانه براساس دما

اواپراتور سردخانه ای براساس دما به سه نوع تقسیم می‌شود:

• اواپراتور DL: این اواپراتور در محدوده دمایی ۱۵ـ درجه سانتی‌گراد تا ۵+ درجه سانتی‌گراد عمل می‌کند.
• اواپراتور DD: این نوع از اواپراتور قابلیت عمل‌کردن در دمای ۲۵ـ تا ۱۵ـ درجه سانتی‌گراد را دارد.
• اواپراتور DJ: محدوده عملکرد این نوع از اواپراتور بین ۴۰ـ تا ۲۵ـ درجه سانتی‌گراد است.

انواع اواپراتور سردخانه براساس ساختار و طراحی

تقسیم‌بندی انواع اواپراتور سردخانه براساس نوع ساختار و طراحی عبارتند از:

اواپراتور ساده (پوسته و لوله)

از ساده‌ترین و محبوب‌ترین اواپراتورهای بازار اواپراتور لوله ای است که از لوله‌های مسی و ورق‌های آلومینیومی ساخته شده است. اختلاف دمای سیال موجود در لوله‌ها و پوسته موجب انتقال گرمای سیال خارج از لوله‌ها به سیال لوله‌ها می‌شود و به این ترتیب سیال مبرد خنک شده و دوباره به سمت کمپرسور بازمی‌گردد.

اواپراتور فین‌دار (کویلی پره‌دار)

این اواپراتور صنعتی تشکیل‌شده از کویل‌های مسی است و به اواپراتور هوایی مشهور است. مبرد با عبورکردن از پره‌های این اواپراتور گرمای محیط را جذب کرده و تبخیر می‌شود و به این ترتیب عمل خنک‌سازی انجام می‌گیرد.

اواپراتور پلیت‌ دار (صفحه‌ای تخت)

این اواپراتور شبیه به اواپراتور ساده است با این تفاوت که در اطراف لوله‌ها، از صفحات نازک و موازی با یکدیگر، به جای پوسته استفاده می‌شود. این اواپراتور انتقال حرارت بالایی دارد و به دلیل تعمیر و نگهداری آسان، بسیار محبوب است.

انواع اواپراتور سردخانه براساس سیال خنک‌کننده

اواپراتور سردخانه ای براساس سیال خنک‌کننده سه دسته است:

اواپراتور خنک‌کننده هوا

این اواپراتور مستقیما به منظور خنک‌کردن هوا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اواپراتور خنک‌کننده مایع

این اواپراتور مخصوص خنک‌کردن انواع سیال‌های مایع است.

اواپراتور تولیدکننده یخ

این اواپراتور برای تولیدکردن یخ کاربرد دارد.

نحوه عملکرد اواپراتور سردخانه

اپراتور قلب فرآیند خنک‌سازی در سردخانه است. ماده مبرد پس از کاهش فشار در شیر انبساط، وارد اواپراتور می‌شود. در این مرحله، مبرد با جذب گرمای هوای داخل سردخانه، از حالت مایع به گاز تبدیل می‌شود. این فرآیند گرما را از محیط داخل گرفته و هوای سردخانه را خنک می‌کند. سپس مبرد گازی به کمپرسور بازمی‌گردد تا چرخه دوباره تکرار شود.

اجزای اصلی اواپراتور سردخانه

اواپراتور صنعتی از چندین بخش اصلی تشکلی شده است که در ادامه به توضیحات آن خواهیم پرداخت:

کویل اواپراتور سردخانه

کویل اواپراتور سردخانه شامل لوله هایی مارپیچی شکل است که روی آن فین قرار گرفته است. گاز مبرد درون لوله ها جریان دارد و به کمک فین، حرارت را از هوای محیط میگیرد. جنس لوله معمولاً مسی و جنس فین از آلومینویم است.
هر چند کویل اواپراتور سردخانه ساده به نظر می رسد، اما طراحی آن نقش اساسی در راندمان کویل دارد. استفاده از لوله هایی که دارای شیار های داخلی بوده و همچنین استفاده از فین های دارای موج و ساختار مثلثی لوله ها، باعث افزایش راندمان و ضریب انتقال حرارت لوله ها می شود.

اهمیت محاسبه طول لوله اواپراتور به این دلیل است که می توان با توجه به اندازه و ابعاد آن میزان سطح تبادل حرارتی اواپراتور را در نظر گرفت. لازم به دکر است در هر کدام از مدل های این محصول جدول انتخاب اواپراتور قرار داده شده است که می توانید در صفحه مربوط به هر کدام مشاهده کنید.

فن اواپراتور سردخانه

فن اواپراتور سردخانه همان طور که در بخش قبلی گفته شد، باعث عبور هوای سردخانه از کویل اواپراتور و پرتاب هوای خنک به داخل سردخانه می شود. استفاده از فن هایی با برندهای معتبر و کیفیت ساخت بالا یکی دیگر از عوامل مهم در عملکرد نهایی اواپراتور آبی تبادل کار یا انواع دیگر است. فن هایی با قدرت پرتاب مناسب و مصرف بهینه برق و همچنین سبکی و مقاومت در برابر خوردگی از عواملی است که باید به آن دقت شود.

المنت اواپراتور سردخانه

المنت اواپراتور سردخانه یک عنصر گرمایشی است که نقش مهمی در عملکرد بهینه سیستم‌های برودتی داشته و از یخ‌ زدگی بیش از حد جلوگیری می‌کنند. در واقع، المنت اواپراتور مانند یک سیستم ایمنی عمل کرده و به حفظ کارایی سردخانه‌ها و چیلرها کمک می‌کند.

پیشنهاد می کنیم برای اطلاع از علت برفک زدن اواپراتور سردخانه مطلب دلایل یخ زدن انواع اواپراتور سردخانه را مطالعه کنید.

یکی از روش های دیفراست و یخ زدایی اواپراتور استفاده از المنت های الکتریکی است. المنت اواپراتور با استفاده از انرژی الکتریکی، حرارت لازم جهت آب شدن یخ های تشکیل شده داخل اواپراتور را دارد.
استفاده از المنت اواپراتور سردخانه ای با قدرت مناسب جهت آب شدن یخ ها، استفاده از المنت در مکان های مختلف از جمله سینی و لوله درین اواپراتور و همچنین کیفیت مناسب المنت از جمله مواردی است که باید در هنگام خرید اواپراتور به آن دقت کرد.

جدول مشخصات فنی انواع اواپراتور سردخانه

در این بخش جدول انتخاب اواپراتور برندهای مختلف قرار داده شده است.

اواپراتور سردخانه بالا صفر

اواپراتور سردخانه بالای صفر که وظیفهٔ انتقال حرارت محیط داخلی سردخانه به بیرون را بر عهده دارد، با FIN SPACING  شش میلی‌متری تولید می‌شوند و از اجزای اصلی سردخانه‌های بالای صفر، مثل انواع سردخانه میوه می‌باشد. این اواپراتور دارای فن آکسیال مکنده است که قدرت بالایی در انتقال حرارت دارد.

اواپراتور سردخانه بالای صفر بهترین گزینه برای نگه داری میوه‌ها، سبزیجات، لبنیات و… می باشد.

اواپراتور سردخانه زیر صفر

اواپراتور سردخانه زیر صفر، یکی از اجزای اصلی سردخانه‌های زیر صفر است که وظیفهٔ اصلی آن، انتقال حرارت محیط داخلی به فضای بیرون سردخانه است. این اواپراتور با FIN SPACING هفت میلی‌متری ساخته شده و قابلیت استفاده در شرایط دمایی تا ۱۸ـ درجهٔ سانتی‌گراد را نیز دارد. این اواپراتور در سردخانه‌هایی همچون سردخانهٔ نگهداری گوشت منجمد، رستوران‌ها و… کاربرد دارد.

تعیین دمای اواپراتور و اختلاف دمای اواپراتور

برای آنکه عمل جذب گرما از سیال خنک شونده (مثلا هوا در سردخانه) انجام شود، باید اختلاف دمای اواپراتور به درستی انتخاب شود. منظور از اختلاف دمای اواپراتور، تفاضل دمای سیال خنک شونده (مثل هوا در سردخانه) و دمای سطح اواپراتور است.

انتخاب دمای مناسب برای اواپراتور بسیار مهم است، چرا که اگر این دما پایین‌تر از مقدار مناسب انتخاب شود، دمای هوای خروجی از اواپراتور کمتر از میزان مطلوب خواهد بود؛ و بالعکس اگر دمای اواپراتور بالاتر انتخاب شود، یا عمل انتقال حرارت انجام نمی‌شود یا این مقدار کم بوده و دمای سیال خروجی بالاتر از حد مطلوب می‌شود که در هر دو صورت مشکل ساز خواهد بود.

برای روشن شدن موضوع به بیان یک مثال می‌پردازیم. برای یک سردخانه میوه، فرض کنیم دمای هوای ورودی به اواپراتور 2 درجه سانتی‌گراد باشد. اگر اختلاف دمای اواپراتور 10 درجه سانتی‌گراد انتخاب شود، دمای سطح اواپراتور 8 درجه سانتی‌گراد زیر صفر خواهد بود. از آنجایی که دمای خروجی معمولا 3 تا 5 درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای سطح اواپراتور خواهد بود، پس دمای هوای سردخانه به 4 درجه سانتی‌گراد زیر صفر خواهد رسید که برای نگهداری سیب بسیار پایین است و باعث خرابی آن می‌شود.

اما اگر اختلاف دمای اواپراتور را 5 درجه سانتی‌گراد انتخاب کنیم، دمای سطح اواپراتور 3 درجه سانتی‌گراد خواهد بود و در نتیجه مطابق موارد گفته شده دمای هوای سردخانه 1 درجه سانتی‌گراد بالاتر از صفر خواهد بود که برای نگهداری سیب مناسب است.

همان‌طور که دیدیم انتخاب اختلاف دمای مناسب برای اواپراتور بسیار مهم است. این اختلاف دما هم‌چنین بر روی سطح اواپراتور نیز تاثیر دارد.

با توجه به رابطه: Q = UA ΔT

در ظرفیت و جنس یکسان، با افزایش اختلاف دمای اواپراتور، مساحت موثر انتقال حرارت کاهش خواهد یافت و بالعکس با کاهش  اختلاف دمای اواپراتور، مساحت موثر انتقال حرارت افزایش می‌یابد.

عامل دیگری که تحت تاثیر اختلاف دمای اواپراتور قرار می‌گیرد، رطوبت سردخانه است. از آن جایی که با کاهش دما، فشار جزئی بخار آب نیز کاهش می‌یابد، با افزایش اختلاف دمای اواپراتور، مقدار رطوبت گیری افزایش یافته و رطوبت بیشتری تبدیل به آب می‌شود، که نتیجه آن کاهش رطوبت هوای سردخانه خواهد بود.

برای انتخاب اختلاف دمای اواپراتور مناسب با توجه به میزان رطوبت مورد نیاز می‌توان از مقادیر زیر استفاده کرد:

همان‌طور که گفته شد، افزایش اختلاف دمای اواپراتور باعث کاهش سطح اواپراتور خواهد شد، که این یعنی هزینه کمتر اواپراتور.

در سردخانه میوه از آنجایی که رطوبت بسیار مهم است، در صورتی که برای صرفه جویی در هزینه‌ ها، اقدام به انتخاب اختلاف دمای اواپراتور بالا کنیم، مشکلات زیر بوجود می‌آید:

• تامین نشدن رطوبت مورد نیاز
• کاهش دمای هوای خروجی از اواپراتور
• یخ زدن میوه‌ها
• تشکیل برفک بیشتر در سردخانه به علت جذب رطوبت بیشتر

همان‌طور که دیدیم، انتخاب اختلاف دمای اواپراتور مناسب خصوصا در سردخانه‌های میوه بسیار مهم است. در بعضی موارد حتی با وجود انتخاب اختلاف دمای بالاتر، رطوبت هم‌چنان کم خواهد بود که باید با تجهیزات مخصوص اقدام به اضافه کردن رطوبت کرد.

روش انتخاب اواپراتور

برای انتخاب اواپراتور برای سیستم تبرید، به موارد زیر نیاز داریم:

• دمای تبخیر Te
• اختلاف دمای سیال خنک شونده و دمای اواپراتور ΔTe
• نوع مبرد R
• مقدار توان برودتی کمپرسور Qe

نکته بسیار مهم: ابتدا باید بار برودتی محاسبه شده و سپس کمپرسور انتخاب شود. بعد از آن با توجه به توان کمپرسور و نه توان برودتی اقدام به انتخاب اواپراتور نمود.

به نقل از وبسایت intarcon، برای انتخاب صحیح یک اواپراتور تبرید، باید مجموعه‌ای از عوامل را در نظر بگیرید مانند: بار سرمایشی مورد نیاز تجهیزات تبرید، رطوبت نسبی، محدوده دما و سرعت هوای مورد نیاز.

علاوه بر این، باید به عوامل دیگری مانند: جهش حرارتی، یعنی تفاوت دما بین داخل محفظه و مبرد استفاده‌شده توجه کنیم. یافتن تعادل در شکاف حرارتی ضروری است؛ زیرا هرچه شکاف حرارتی کمتر باشد، کارایی بیشتر می‌شود. به این ترتیب، دستگاه با نرخ فشرده‌سازی پایین‌ تری کار می‌کند و تجهیزات انرژی کمتری مصرف می‌کنند. اما از سوی دیگر، هزینه آن نیز بیشتر خواهد بود و سرمایه‌گذاری اولیه بالاتری نیاز دارد.