انواع کندانسور و برج خنک کن

 

احتراق بنزین در سیلندر موتور ماشین دمایی در حدود 2000 درجه سانتی گراد تولید می کند. که اگر این دمای بالا دفع نشود به اجزای موتور صدمه می رساند.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 گرددتا در اثر گردش هوا که توسط یک فن ایجاد می شود گرمای آب را به هوا انتقال دهد.

از یک پمپ برای افزایش سرعت حرکت آب و انتقال بیشتر گرما برای به گردش درآوردن آب استفاده می شود.

 

شکل 1ــ4ــ مسیر حرکت آب در جداره های موتور اتومبیل

بر اثر تبخیر مبرد در اواپراتور گرمای یخچال جذب مبرد  شده، 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 کندانسور استفاده می شود..

1ــ4ــ انواع کندانسور

کندانسورها به سه دسته تقسیم می شوند (شکل 2ــ4 الف، ب و ج).

1ــ کندانسور هوایی
2ــ کندانسور آبی
3ــ کندانسور تبخیری

 

 

شکل 2ــ4ــ انواع کندانسور آبی، هوایی و تبخیری

در بیشتر واحدهای بسیار بزرگ و برخی از واحدهای کوچک، از کندانسور خنک شونده با آب استفاده می شود. کندانسورهای خنک شونده با هوا بیشتر در واحدهای کم ظرفیت (20 تن و کمتر)کاربرد دارد. اکنون کندانسورهای خنک شونده با هوا در سیستم های تهویه مطبوع خانگی و در جاهایی که ارزش آب بسیار زیاد است یا دفع فاضلاب دشوار می باشد یا در مواردی که نمک های موجود در آب از لحاظ تشکیل قشر رسوبی مشکل جدی دستگاه هایی استاندارد محسوب می شوند. 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 می رود

1ــ1ــ4ــ کندانسور خنک شونده با هوا (هوایی):

اخیرا استفاده از کندانسورهای هوایی در سیستم های تهویه مطبوع متوسط و کوچک به شدت افزایش یافته است. زیرا این نوع کندانسورها به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز ندارند.

و نیز عوامل دیگری مانند دوام و عمر کمپرسور، هزینه برق مصرفی،  بازده سیستم را بسیاری از صاحب خانه ها و خریداران سیستم تهویه مطبوع کوچک را 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 کندانسورهای خنک شونده با هوا را برای آب و هوای بیابانی به کار برده اند.

 کندانسورهای هوایی به دو دسته تقسیم می شوند:

1ــ کندانسور هوایی با جریان طبیعی
2ــ کندانسور هوایی با جریان اجباری

کندانسورهای هوایی با جریان طبیعی دارای دو نوع صفحه و لوله ، یا میله و لوله می باشند.

. کندانسور میله و لوله از یک لوله مارپیچ مسی یا فولادی ساخته شده و بر روی آن تعداد زیادی میله جوش داده می شود تا باعث افزایش میزان انتقال گرما از کندانسور شود. . (شکل 3ــ4)

 

 

شکل 3ــ4ــ کندانسور هوایی با جریان طبیعی

در کندانسورهای هوایی با جریان هوای اجباری لوله های مسی از بین تعداد زیادی پره آلومینیومی عبور کرده تا سطح تبادل گرما را به مقدار قابل توجه ای افزایش می دهد. در کنار ان از یک یا چند فن برای به گردش درآوردن هوا استفاده می شود. (شکل 4ــ4(

 

 

شکل 4ــ4ــ کندانسور هوایی با جریان هوایی اجباری

یکی از معایب عمده دستگاه های

هوایی برای کار با دمای تقطیر حدود 17 تا 22 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای محیط طراحی شده اند.

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 برای تأمین این چنین فشارهایی بسیار بالا است. همچنین دمای آب احتمالا از 42درجه سانتی گراد بالاتر نمی رود. مزایای کندانسور آبی در اینجا کاملا روشن می شود که عبارت از مصرف برق کمتر و دوام و عمر بیشتر کمپرسور است.

2ــ1ــ4ــ کندانسور آبی:

این کندانسورها در جاهایی که آب مناسب و فراوان و ارزان موجود باشد به صرفه ترین کندانسورهاست  .و خوردگی ناشی از آب یا دفع فاضلاب را در نظر می گیریم برای واحدهای 5 تنی که به آب زیادی نیاز است معمولا از یک برج خنک کن استفاده می گردد.

کندانسورهای آبی در سه نوع ساخته می شوند:

1ــ پوسته و لوله
2ــ پوسته و کویل
3ــ لوله داخل لوله

در کندانسورهای آبی پوسته و لوله و کندانسورهای 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 دفع می شود و یا توسط برج خنک کن خنک شده و مجددا  مورد استفاده قرار می گیرند. (شکل 5  ــ4)

الف) کندانسور پوسته و لوله

ب) کندانسور پوسته و کویل

 

 

الف) کندانسور پوسته و لوله

ب) کندانسور پوسته و کویل

شکل 5  ــ4ــ کندانسور پوسته و لوله و پوسته و کویل

آب سرد در لوله داخلی کندانسور دو لوله ای جریان داشته و گاز داغ نیز در لوله خارجی ،پس از تبادل گرما تقطیر و از سمت دیگر کندانسور خارج می شود. (شکل 6  ــ4)

 

 

شکل 6  ــ4ــ کندانسور دو لوله ای

هرقدر مقدار آبی که با دمای مشخص از کندانسور می گذرد، بیشتر باشد، فشار تقطیر پایین تر می اید در نتیجه هزینه برق کمتر و عمر و دوام کمپرسور بیشتر میگردد در صورتی که آب گران قیمت باشد نقطه موازنه ای باید تعیین شود که در مجموع بهترین شرایط اقتصادی کار سیستم را تامین کند.

در اثر گردش آب بر روی جداره داخلی لوله ها و کویل کندانسور آبی رسوب ایجاد کرده که مانع از انتقال گرما بین گاز مبرد و آب می شود. رسوب گیری از اسید با غلظت پایین اانجام می شود. برای این کار مطابق شکل  داخل مخزن اسید ریخته شده وبا یک پمپ آن را در داخل لوله های کندانسور  می فرستند، تا بدین وسیله رسوب های داخل لوله جداشوند. 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 کندانسور آبی

در کندانسور آبی گرمای ماده سرمازا به وسیله آب جذب می شود و سپس گرمای آب به روش های زیر دفع می شود.

1ــ آب گرم خروجی از کندانسور وارد رودخانه یا دریاچه شده و دوباره آب سرد تازه وارد کندانسور می شود.

2ــ با وارد کردن آب خروجی از کندانسور به یک چاه خشک، آب گرم به زمین منتقل می شود..

3ــ به وسیله برج خنک کن، استخر پاشش، گرمای آب به هوای اطراف انتقال می یابد.. برج خنک کن و استخر پاشش آب را در تماس کامل با هوای درحال وزش قرار 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 دمای مرطوب هواست. 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 را با توجه به عوامل مختلف تقسیم بندی می کنند.

برج های خنک کن از لحاظ نحوه برخورد جریان آب و هوا به دو دسته 1ــ جریان هوای متقاطع 2ــ جریان هوای مخالف

 

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

 

 

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 با بدنه آهنی 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 محیا می شود. در برج های خنک کن فایبرگلاس به جای تخته های چوبی پکینگ های CVP بکارمی رود. پکینگ ها با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و کاهش سرعت جریان آب در خنک سازی جریان آب موثر اند. پکینگ ها به صورت شبکه ای  با عمر طولانی ساخته شده اند.در صورت کاهش دمای هوای بیرون در زمستان کندانسورهای آبی مشکل کاهش فشار روی مبرد قبل از شیر انبساط را دارند.اگر 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 خاموش می شود. در مرحله بعدی با بای پاس کردن آب برج با شیرهای دوراهه و سه راهه شکل ظرفیت برج را کم می کنیم. در هر یک از روش ها درجه حرارت آب خروجی از برج توسط سنسور حس میشود. اگر دما به پایین تر از نقطه تنظیم (معمولا بین 15 تا 20 درجه سانتیگراد) برسد.شیر بای پاس عمل نماید. تمام یا قسمتی از آب برج بای پاس شده تا فشار روی مبرد در کندانسور و قبل از شیر انبساط در حد قابل قبول ثابت گردد. . در بای پاس نمودن برج از طریق المنت حرارتی یا تزریق بخار مانع از یخ زدگی آب برج می شویم، شکل زیرشیر دو راهه کندانسور و ساختمان و طرز کار آن را نشان می دهد

 

 

شکل 13ــ4ــ شیر دوراهه کندانسور

در برج خنک کن با بخار شدن قسمتی از آب در جریان سیرکوله برج، بقیه آب خنک شده که میزان مصرف آب تقریبا با این میزان بخار شدن آب برابر است.

3ــ1ــ4ــ کندانسور تبخیری: کندانسور تبخیری تلفیقی از کندانسور هوایی، کندانسور آبی و برج خنک کن می باشد. (شکل 14ــ4)

 

 

شکل 14ــ4ــ کندانسور تبخیری

طرز کار کندانسور تبخیری :

1ــ بخار متراکم ، داغ ماده سرمازا از کمپرسور وارد کویل داخل کندانسور تبخیری می شود و گرمای آن به آبی که بر روی کویل پاشیده می شود منقل می شود. در نتیجه کویل دائما با پاشش آب مرطوب می گردد .

2ــ قسمتی از آب با گرمای ماده سرمازا بخار شده و گرمای نهان تبخیر بسیار بالای آب اثر سرمایشی و تقطیر مناسبی تولیدمی  نماید و بخش کوچکی از آب بخار شده را سرد و مایع می نماید.

3ــ آب تبخیر نشده با جذب گرما از ماده سرمازا گرم شده و اگر مطابق مرحله بعدی خنک نگردد از نظر ایجاد سرمایش بیشتر دیگر قابل استفاده نخواهد بود .

4ــ هوا از بین ذرات آب در حال ریزش از شیپوره پاشش آب عبور کرده و با تبخیر قسمتی از آب سرمایش مناسبی ایجاد می نماید. اگر باد زن و شیپوره های پاشش آب به درستی ایفا نقش کنند آب در مقایسه با دمای مرطوب هوای خروجی چند درجه خنک تر می گردد،و در حدود 5% آب در گردش تبخیر شده و این کمبود به وسیله یک شیر شناور تأمین و وارد مخزن می گردد. تبخیر بخشی از آب، غلظت نمک را در آب باقیمانده بالا برده و تصفیه و نمک زدایی آب واجب می باشد. اگر سر ریز کوچک و با ریزش مدوام  برای ان تعبیه گردد، غلظت نمک در آب مخزن بالا نمی رود.

کندانسور تبخیری به شکل واحدهای تکی برای ظرفیت های تا 100 تن سردسازی تولید می گردند ،اگر ظرفیت بالاتری باشد چند واحد بمار می بریم. و نیز این نوع کندانسورها را بیشتر برای واحدهای 10 تا 50 تن بکار می بریم. بیسترین کاربرد این  کندانسور در مواردی که آب کمیاب یا گرانقیمت باشد،و یا دفع آب زائد مشکل ایجاد کند یا استفاده از برج خنک کن عملی نباشد. مناسب می باشد. کندانسور ماده سرمازا و تجهیزات خنک کننده آب با هم تلفیق شده وکندانسور تبخیری فضای کمی اشغال می کند.

اجزا یک کندانسور تبخیری را نشان می دهد. شماره 1 و 2 محل ورود و خروج آب خنک شونده، شماره 3 محل جمع شدن آب در کف کندانسور، شماره 4 افشانک های پاشش آب از بالای کندانسور و شماره 5 فن کندانسور را نشان می دهد.

 

شکل 15ــ4ــ اجزاء کندانسور تبخیری

 

جدول 16ــ4ــ ظرفیت واحد تقطیر بر حسب (Wk)

 

 

انتخاب کندانسینگ یونیت

در انتخاب مدل کندانسینگ یونیت از جدول 16ــ4 کمک می گیریم.با دانستن ظرفیت واحد تقطیر بر حسب (KW) و بدست آوردن دمای مکش گاز کمپرسور مدل کندانسینگ یونیت  قابل تعیین است.

محاسبه دمای مکش :

. 1ــ دمای سالن نگهداری محصول it (نوع محصول تعیین کننده است)

2ــ رطوبت نسبی سالن

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 محاسبه می کنیم

 

Teــ دمای مکش کمپرسور (معادل دمای جوش مبرد)
tiــ دمای سالن
TDــ اختلاف دمای سالن و ماده مبر

 

کندانسور چیست؟

درسیستم­های دارای انتقال حرارت، کندانسور یا گالنده (Condenser) دستگاه برای کندانس کردن ماده­ای از حالت گازی به مایع که به وسیله سرد کردن آن انجام می­شود.

در این کار حرارت نهان (Latent Heat) ماده گرفته می­شود و به سیال خنک­کن (Coolant) کندانسور داده می­شود.

 

مدار کندانسور

 

کندانسورها نوعی مبدل حرارتی اند که در آن­ها حرارت بخار داغ به یک سیال دیگر همانند هوا یا آب منتقل و در اثر آن بخار ابتدا تا دمای اشباع سرد و سپس به مایع تبدیل می­شود. در بعضی از سیستم­های تبرید گاهی از آب نمک یا مبردهای انبساط مستقیم به عنوان عامل جذب حرارت یا تقطیر استفاده می­شود اما بیشتر اوقات هوا یا آب و یا ترکیبی از آن­ها به چشم می خورد

. کندانسورها از نظر سیال و فرآیند خنک­کاری دارای 3 دسته می باشند

-1 کندانسورهای خنک شونده با هوا یا کندانسورهای هواییAir-cooled condensers)

این کندانسورها از هوا به عنوان عامل تقطیر کمک می گیرند.

کندانسورهای خنک شونده

 

2  کندانسورهای خنک شونده با آب (Water-cooled condensers)

این کندانسورها برای تقطیر مبرد از آب کمک می گیرند.

 

کندانسورهای خنک شونده با آب

 

3  کندانسورهای تبخیری (Evaporative condensers)

ازهم هوا و هم آب به عنوان عامل خنک­ کن ، استفاده می شود.

کندانسورهای تبخیری

 

در کندانسورهای خنک شونده با آب وهوا، حرارت دفع شده به وسیله بخار، دمای سیال خنک کن را بالا میبرد. در کندانسورهای تبخیری اگرچه دمای هوای عبوری مقداری بالا می رود اما تقطیر مبرد بیشتر از تبخیر آب پاشیده شده بر روی کندانسور می باشد واز طرفی وظیفه هوا دور کردن بخار آب حاصل از تبخیر و افزایش شدت تبخیر می­باشد.

عامل تقطیردر کندانسورهای هوایی  هوا می باشد. جریان هوا در یک کندانسور هوایی شاید بصورت طبیعی، یا به وسیله فن دمنده انجام گیرد. در صورتی که جریان هوا طبیعی باشد، مقدار هوای جریان یافته در کندانسور کم بوده و سطح تقطیر بیشتری نیار است. این کندانسورها به دلیل ظرفیت کم فقط در کاربردهای کوچک و بیشتر در یخچال ها فریزرهای خانگی بمار می رود. کندانسورهای با جریان طبیعی هوا که در یخچال­های خانگی استفاده می شوند معمولا از نوع صفحه­ای یا لوله­ای پره­دار هستند.

در زمان استفاده از لوله­های پره­دار برای کاهش مقاومت در برابرجریان آزاد هوا، پره­ها با فاصله زیادتری از هم قرار می­دهند. زیاد بودن فاصله پره­ها و کثیف شدن کندانسور در اثر ورود آلاینده­ها را کاهش می­دهد. کندانسورهای صفحه ای در پشت یخچال­ها نصب می­شوند بطوریکه جریانی از هوای محیط بر سطوح آن­ها ایجاد می­شود، در حالی که کندانسورهای لوله­ای پره­دار در پشت یخچال یا تحت زاویه­ای در زیر آن نصب می­گردند.

 

لوله ای پره دار

اخیرا استفاده از کندانسورهای هوایی در سیستم­های تهویه مطبوع متوسط و کوچک به شدت یافته است. زیرا این نوع کندانسور به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز ندارند.

این عامل معمولا عوامل دیگری همچون هزینه برق مصرفی، دوام و عمر کمپرسور ، بازده سیستم را درنظر بسیاری ازخریداران سیستم تهویه مطبوع کوچک را به خود جلب می کند.

بیشتر واحدهایی که توان آن­ها کمتر از 10 hp  الی 20 hp می باشد با هوا خنک می­شوند. در واحدهای خیلی بزرگ مجهز به کندانسورهای خنک­شونده با هوا را برای آب و هوای بیابانی به کار برده­اند.

کندانسورهای هوایی  برای دمای تقطیر حدود 17 تا 22 درجه سانتی­گراد بالاتر از دمای محیط طراحی شده­اند.  که یکی از معایب عمده دستگاه­های خنک­شونده با هوا می باشد، زیرا در آب و هوای گرم که دمای محیط بعد از ظهرها به 43 درجه سانتی گراد نیز می­رسد، دمای تقطیر ممکن است 66 درجه سانتی­گراد برسد

توان الکتریکی برای تامین این چنین فشارهایی بسیار بالا است. در این شرایط دمای آب احتمالا از 24 درجه سانتی­گراد بالاتر نمی­رود.

مزایای کندانسور آبی کاملا روشن می­شود

مصرف برق کمتر و دوام و عمر بیشتر کمپرسور.