اواپراتور

اواپراتور سردخانه یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های خنک‌سازی و تبرید است. این دستگاه نقشی حیاتی در تبادل حرارت و ایجاد سرمایش مطلوب در محیط‌های سردخانه ایفا می‌کند. اواپراتورها نه تنها در سردخانه‌های مختلف (بالای صفر، زیر صفر، تونل انجماد) بلکه در یخچال‌های صنعتی و سایر سیستم‌های سرمایشی نیز به کار می‌روند.

به زبان ساده، اواپراتور سردخانه یک مبدل حرارتی است. وظیفه اصلی آن جذب حرارت از محیط داخلی سردخانه و انتقال آن به بیرون است. این فرآیند باعث می‌شود دمای داخل سردخانه در مقدار تنظیم شده ثابت بماند.

در سیکل تبرید، اواپراتور پس از شیر انبساط یا لوله مویین و قبل از کمپرسور قرار می‌گیرد و سردترین نقطه سیکل محسوب می‌شود. عملکرد آن برعکس کندانسور است.

نحوه کار اواپراتور سردخانه

اواپراتوری که در سردخانه‌ها استفاده می‌شود، معمولاً از نوع هوایی است. ساختار اصلی آن متشکل از یک کویل و یک فن است. کویل از لوله‌های مسی و فین‌های آلومینیومی ساخته شده و گاز مبرد (معمولاً فریون) درون این لوله‌ها جریان دارد.

روش کار اواپراتور سردخانه به شرح زیر است:

1. ماده مبرد که پس از عبور از شیر انبساط فشار و دمایش کاهش یافته، وارد کویل‌های اواپراتور می‌شود.
2. فن، هوای سردخانه را به سمت اواپراتور می‌کشد.
3. هوا از روی کویل‌ها و فین‌ها عبور می‌کند. در این مرحله، تبادل حرارت بین مبرد سرد در داخل لوله‌ها و هوای نسبتاً گرم محیط اتفاق می‌افتد.
4. مبرد با جذب گرمای محیط، از حالت مایع به گاز تبدیل می‌شود (تبخیر). این فرآیند گرماگیر، باعث خنک شدن هوای عبوری می‌شود.
5. هوای خنک شده توسط فن به داخل سردخانه دمیده می‌شود و دمای مطلوب را ایجاد می‌کند.
6. مبرد گازی پس از تبخیر کامل (معمولاً با مقداری سوپرهیت یا گرمای بیش از حد تبخیر برای جلوگیری از ورود مایع به کمپرسور که بسیار مضر است)، از طریق لوله مکش به کمپرسور بازمی‌گردد تا چرخه تبرید دوباره تکرار شود.

کل این مجموعه اجزا که در یک مدار بسته کار می‌کنند، بخشی از چیزی است که به آن چیلر تراکمی گفته می‌شود. فرآیند کلی سردسازی شباهت زیادی به عملکرد یخچال دارد.

اجزای اصلی اواپراتور سردخانه

اواپراتورهای سردخانه از چندین بخش اصلی تشکیل شده‌اند:

• بدنه فلزی: معمولاً از جنس فولاد گالوانیزه با پوشش رنگ پودری الکترواستاتیک یا روکش ضد زنگ و ضد خوردگی ساخته می‌شود تا در برابر آسیب‌ها و خوردگی مقاومت بالایی داشته باشد.
• کویل (کویل‌های فین‌دار): بخش اصلی تبادل حرارت است. شامل لوله‌هایی مارپیچی شکل (اغلب مسی) است که فین‌هایی (پره‌هایی، معمولاً آلومینیومی) روی آن قرار گرفته‌اند. طراحی کویل نقش کلیدی در راندمان دارد. استفاده از لوله‌های دارای شیارهای داخلی (inner grooved) و فین‌های موج‌دار سینوسی و همچنین آرایش مثلثی لوله‌ها سطح انتقال حرارت را افزایش داده و راندمان را بهبود می‌بخشد. فاصله بین فین‌ها (Fin spacing) بسته به دمای کارکرد (بالای صفر یا زیر صفر) متفاوت است.
• فن و موتور: فن‌های محوری (Axial fans) هوا را از میان کویل می‌کشند و هوای سرد را به داخل سردخانه پرتاب می‌کنند. کیفیت فن‌ها از لحاظ قدرت پرتاب، مصرف بهینه انرژی، سبکی، و مقاومت در برابر خوردگی مهم است. فن‌ها دارای کلاس‌های حفاظتی (مانند IP54، IP44، IP64) و حرارتی (مانند F) مطابق با استانداردهای بین‌المللی هستند. برخی فن‌ها قابلیت کنترل سرعت دارند.
• تجهیزات برفک‌زدایی (دیفراست): این تجهیزات برای آب کردن برفک یا یخی که روی کویل‌ها تشکیل می‌شود، ضروری هستند. این سیستم به حفظ کارایی اواپراتور کمک می‌کند. المنت‌های الکتریکی از جنس استنلس استیل (ضد زنگ) و واترپروف (ضد آب) اغلب برای این منظور استفاده می‌شوند.
• سینی تخلیه آب: برای جمع‌آوری آبی که از ذوب شدن برفک حاصل می‌شود. این سینی می‌تواند با عایق نیز ارائه شود.
• جعبه برق: برای اتصالات الکتریکی فن‌ها و المنت‌ها.

انواع اواپراتور سردخانه

اواپراتورهای سردخانه بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی می‌شوند:

انواع اواپراتور بر اساس بازه دمایی کارکرد:

این دسته‌بندی عمدتاً بر اساس دمای تبخیر مبرد و دمای هوای محیط سردخانه است:

• اواپراتور DL: برای محدوده دمایی 15- درجه سانتی‌گراد تا 5+ درجه سانتی‌گراد.
• اواپراتور DD: برای محدوده دمایی 25- درجه سانتی‌گراد تا 15- درجه سانتی‌گراد.
• اواپراتور DJ: برای محدوده دمایی 40- درجه سانتی‌گراد تا 25- درجه سانتی‌گراد.

اواپراتورهای سردخانه زیر صفر (مانند سری DD و DJ) برای دماهای پایین‌تر از صفر مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که اواپراتورهای بالای صفر (مانند سری DL) برای دماهای بالاتر از صفر طراحی شده‌اند.

انواع اواپراتور بر اساس ساختار و طراحی:

ساختار داخلی اواپراتورها می‌تواند متفاوت باشد:

• اواپراتور فین‌دار (کویلی پره‌دار / هوایی): رایج‌ترین نوع در سردخانه‌ها است. شامل کویل‌هایی با پره‌ها (فین‌ها) است که تبادل حرارت با هوا از طریق عبور اجباری هوا توسط فن انجام می‌شود. راندمان بالایی دارد و فضای کمتری اشغال می‌کند.
• اواپراتور پوسته و لوله (ساده / Shell & Tube): شامل دسته‌ای از لوله‌ها در داخل یک پوسته است. یک سیال (معمولاً مبرد در لوله‌ها یا پوسته) با سیال دیگر (معمولاً مایع در پوسته یا لوله‌ها) بدون اختلاط تبادل حرارت انجام می‌دهد. این نوع بیشتر برای سرد کردن مایعات در سیستم‌هایی مانند تهویه مطبوع یا نیروگاه‌ها به کار می‌رود. تعمیر و نگهداری آسان و راندمان انتقال حرارت بالا از مزایای آن است.
• اواپراتور پلیت‌ دار (صفحه‌ای تخت / Plate): به جای پوسته، از صفحات نازک و موازی برای تبادل حرارت استفاده می‌شود. جریان دو سیال از میان این صفحات عبور کرده و گرما را منتقل می‌کنند. این نوع معمولاً راندمان بالاتری نسبت به پوسته و لوله دارد اما ممکن است افت فشار بیشتری ایجاد کند. نگهداری آن نیز آسان است.

انواع اواپراتور بر اساس سیال خنک کننده:

اواپراتور می‌تواند با سیال‌های مختلفی تبادل حرارت داشته باشد:

• اواپراتور خنک‌کننده هوا: به طور مستقیم هوا را خنک می‌کند. رایج در سردخانه‌ها.
• اواپراتور خنک‌کننده مایع: برای خنک کردن سیالات مایع دیگر استفاده می‌شود. (مثل اواپراتورهای پوسته و لوله).
• اواپراتور تولیدکننده یخ: مستقیماً برای تولید یخ به کار می‌رود.

انواع اواپراتور بر اساس کاربرد:

اواپراتورها بر اساس نوع سردخانه یا کاربرد بهینه سازی می‌شوند:

• اواپراتور سردخانه بالای صفر: معمولاً با فاصله فین کمتر (مثلاً 0.5 سانتی‌متر). برای نگهداری محصولاتی مانند میوه، لبنیات و مواد غذایی در دماهای بالاتر از صفر.
• اواپراتور سردخانه زیر صفر: معمولاً با فاصله فین بیشتر (مثلاً 0.8 سانتی‌متر) برای جلوگیری از تشکیل برفک زیاد. برای نگهداری مواد منجمد مانند گوشت.
• اواپراتور تونل انجماد: برای انجماد سریع محصولات. فاصله فین‌ها بیشتر است و هوادهی فن‌ها نیز معمولاً بیشتر است تا فرآیند سرمایش تسریع شود.

نوع دیگری که در سردخانه‌ها استفاده می‌شود، فن کویل است که در آن به جای مبرد، محلول آب سرد و گلیکول در کویل جریان می‌یابد.

پروسه دیفراست (برفک‌زدایی) در اواپراتور

در اواپراتور، به دلیل دمای بسیار پایین کویل، رطوبت موجود در هوای سردخانه بر روی سطح کویل‌ها و فین‌ها تقطیر شده و سپس منجمد می‌شود و تبدیل به برفک می‌شود. این برفک با گذشت زمان ضخیم‌تر شده و مانند یک عایق، جلوی تبادل حرارت بین مبرد و هوا را می‌گیرد. این موضوع باعث کاهش راندمان اواپراتور و سیستم سرمایشی می‌شود.

برای جلوگیری از کاهش راندمان، نیاز به برفک‌زدایی یا دیفراست اواپراتور است. این فرآیند در اواپراتورهای زیر صفر بسیار حیاتی است و در سردخانه‌های بالای صفر کمتر مورد نیاز است.

روش‌های رایج دیفراست عبارتند از:

• دیفراست الکتریکی: المنت‌های الکتریکی نصب شده در اواپراتور (معمولاً در کویل و سینی درین) پس از توقف فعالیت فن‌ها و کمپرسور، گرم می‌شوند و برفک را ذوب می‌کنند.
• دیفراست با گاز داغ: در این روش، کمپرسور خاموش نمی‌شود و گاز مبرد داغ از خط دهش کمپرسور به کویل اواپراتور هدایت می‌شود و برفک را ذوب می‌کند.
• دیفراست با آب داغ: (کمتر رایج در سردخانه‌های معمول) آب گرم روی کویل پاشیده می‌شود.

سیستم دیفراست باید به درستی تنظیم شود. علاوه بر دیفراست، کاهش ورود هوای گرم و مرطوب به داخل سردخانه (مثلاً با باز و بسته کردن کمتر درب و عایق‌بندی مناسب) نیز به کاهش تشکیل برفک کمک می‌کند.

نحوه انتخاب اواپراتور سردخانه

انتخاب اواپراتور مناسب برای سیستم سردخانه نیاز به دانش فنی دارد. انتخاب صحیح در عملکرد کلی سردخانه تاثیر اساسی دارد.

برای انتخاب اواپراتور، نیاز به در نظر گرفتن عوامل مختلفی است:

• بار برودتی مورد نیاز: ابتدا باید بار برودتی سردخانه را محاسبه کرد. سپس بر اساس آن کمپرسور انتخاب می‌شود و در نهایت اواپراتور با توجه به توان کمپرسور (و نه صرفاً بار برودتی) انتخاب می‌شود.
• دمای تبخیر مبرد (Te).
• اختلاف دمای اواپراتور (ΔTe): این اختلاف، تفاضل دمای هوای سردخانه و دمای سطح اواپراتور است. انتخاب صحیح ΔTe بسیار مهم است. ΔTe پایین‌تر به معنای سطح اواپراتور بیشتر، هزینه اولیه بالاتر و رطوبت نسبی بالاتر در سردخانه است (مناسب برای میوه). ΔTe بالاتر به معنای سطح اواپراتور کمتر، هزینه کمتر، اما رطوبت نسبی پایین‌تر و افزایش تشکیل برفک است.
• نوع مبرد (R): اواپراتورها برای کار با مبردهای مختلفی طراحی می‌شوند (مانند R22, R134a, R404A, R407C, R410A, R507A). نوع مبرد در انتخاب و راندمان اواپراتور تاثیر دارد.
• محدوده دمایی سردخانه: اواپراتور باید با توجه به دمای کاری سردخانه (بالای صفر، زیر صفر، تونل انجماد) انتخاب شود.
• رطوبت نسبی مورد نیاز: به خصوص در سردخانه‌های میوه، حفظ رطوبت بالا اهمیت دارد و بر انتخاب ΔTe و نوع اواپراتور تاثیر می‌گذارد.
• سرعت هوای مورد نیاز.
• جهش حرارتی (Thermal Gap): تفاوت دما بین داخل سردخانه و مبرد. هرچه کمتر باشد کارایی بیشتر است اما هزینه اولیه بالاتر می‌رود.

با داشتن اطلاعات لازم (توان کمپرسور، ΔTe، نوع مبرد) می‌توان با مراجعه به کاتالوگ تولیدکنندگان اواپراتور و استفاده از جداول مربوطه، اواپراتور با ظرفیت مناسب را انتخاب کرد. کاتالوگ‌ها معمولاً جداول و راهنماهایی برای اصلاح ظرفیت بر اساس مبرد یا ΔTe متفاوت ارائه می‌دهند. برخی شرکت‌ها برنامه‌های نرم‌افزاری نیز برای کمک به انتخاب ارائه می‌دهند.

تعمیر و نگهداری اواپراتور سردخانه

نگهداری منظم و صحیح اواپراتور برای افزایش عمر مفید و حفظ راندمان آن ضروری است.

نکات مهم در تعمیر و نگهداری اواپراتور عبارتند از:

• تمیزکاری منظم: تمیز کردن سطح کویل‌ها، فین‌ها و فن‌ها از گردوغبار، یخ، و آلودگی‌ها برای جلوگیری از کاهش راندمان.
• بررسی و تنظیم سیستم دیفراست: اطمینان از عملکرد صحیح سیکل برفک‌زدایی.
• بررسی نشتی مبرد و روغن: کنترل میزان شارژ مبرد و جلوگیری از نشت آن.
• رعایت دستورالعمل تولیدکننده: پیروی از توصیه‌ها و موارد ذکر شده در کاتالوگ دستگاه.
• بررسی و تعویض قطعات فرسایشی: مانند لاستیک‌ها و پیچ‌ها.
• کنترل دما و رطوبت: رعایت شرایط مناسب برای نگهداری محصولات که بر عملکرد اواپراتور تاثیر می‌گذارد.
• بررسی و تعویض فیلترها: شامل فیلترهای مبرد و هوا به صورت دوره‌ای.

با رعایت این نکات می‌توان عمر و راندمان اواپراتور و کل سیستم سردخانه را افزایش داد.

جهت مشاوره در خصوص خرید انواع اواپراتورها و انتخاب بهترین گزینه برای سردخانه خود، توصیه می‌شود با کارشناسان متخصص سایت “سردخانه سازان” تماس حاصل فرمایید.

پرسش و پاسخ در رابطه با اواپراتورهای سردخانه‌ای