انواع کندانسور

به طور کلی، کندانسور را می توان به 3 نوع تقسیم کرد:

1. کندانسور هوا خنک

کندانسور هوا خنک برای خنک کردن گرمای مبرد استفاده می شود تا مبرد از حالت گازی به مبرد مایع تبدیل شود. به طور کلی، این نوع کندانسور از یک سیم پیچ باله ای استفاده می کند که معمولاً از لوله و باله مسی ساخته شده است که سطح را افزایش می دهد تا گرما از مبرد در کندانسور دور شود.

هوایی که تا کندانسور ادامه می یابد کم خواهد بود، بنابراین نیاز به افزایش سطح کندانسور وجود دارد. کندانسور هوا خنک همانطور که از نام پیشنهاد شده است از هوا در ارتباط با سرعت گردش هوا استفاده می کند. طراحی کندانسور هوا خنک باید از سرعت گردش هوا در کمترین حرکت ممکن اما با کیفیت بالا در انتقال حرارت مراقبت کند.

سرعت هوای افزایش یافته باعث می شود فن سخت تر کار کند. سرعت معمولی هوایی که برای تهویه استفاده می شود 2.5 و 6 متر بر ثانیه است که ممکن است تغییر کند. کندانسور هوا خنک برای تبریدهای کوچک مانند یخچال، کولر، حمام سرد مناسب است که می‌توان به موارد زیر دسته‌بندی کرد:

1. گردش طبیعی هوا

کندانسور لوله پره ای به طور گسترده استفاده می شود و از لوله های مسی U شکل و ورق آلومینیومی نازک برای افزایش قابلیت سطح تهویه ساخته شده است. کندانسور لوله تخت در پشت یا زیر یخچال ها نصب می شود تا بتواند گرما را متناسب با آن تهویه کند.

2. گردش فن

تهویه حرارتی از مبرد از روش گردش هوای طبیعی استفاده می کند اما باعث گردش بیشتر هوا به داخل کندانسور می شود که می توان آن را به دو نوع تقسیم کرد.

شاسی نصب شده است که با کمپرسور و یک موتور نصب می شود که در آن همه قطعات را در یک واحد ترکیب می کند که اصطلاحاً به آن تراکم می گویند. این نوع کندانسور برای یک سیستم خنک کننده کوچک مناسب است. پشت آن تمیزی است همانطور که روی زمین است. هوای عبوری از کندانسور کاملاً تمیز نیست و ممکن است حاوی خاک و ذرات باشد و بر قابلیت تهویه تأثیر بگذارد.

کندانسور از راه دور که جدا از کمپرسور نصب می شود. می توان از آن برای هر دو فضای داخلی و خارجی استفاده کرد که در آن جهت باد باید برای تعیین مکان کندانسور در نظر گرفته شود. کندانسور از راه دور از یک دمنده برای افزایش مقدار هوای عبوری از سطح کندانسور استفاده می کند. از مزایای آن می توان به کاهش شکل و اندازه کندانسور اشاره کرد.

2. کندانسور آب خنک

3. کندانسور تبخیری

کندانسور تبخیری هم از آب و هم از هوا برای انتقال گرما از مبرد در حالت گازی برای متراکم شدن به مایع استفاده می شود. اصل کندانسور تبخیری این است که هم کندانسور آب خنک و هم برج خنک کننده در یک واحد جمع شوند.

انواع دیگری از کندانسورها وجود دارند:

کندانسور سطحی

کندانسورهای سطحی معمولاً در نیروگاه ها و محیط های صنعتی استفاده می شوند. آنها از شبکه ای از لوله ها تشکیل شده اند که از طریق آن یک سیال خنک کننده در گردش است و تراکم بخار را افزایش می دهد. سپس مایع تغلیظ شده جمع آوری و خارج می شود و سیستم کارآمدتری را پشت سر می گذارد.

کندانسور پوسته و لوله

کندانسورهای پوسته و لوله از طرحی استفاده می کنند که در آن بخار از طریق لوله ها جریان می یابد در حالی که سیال خنک کننده آنها را در یک پوسته احاطه کرده است. این طراحی سطح را برای تبادل حرارت به حداکثر می رساند و فرآیند تراکم را افزایش می دهد. این کندانسورها در صنایع مختلف از جمله فرآوری شیمیایی و تبرید کاربرد دارند.

اجزای اصلی یک مبدل پوسته و لوله عبارتند از لوله ها، بافل ها، پوسته ها، سر جلو، سر عقب و نازل ها. اتصال انبساط یک جزء مهم در مورد مبدل لوله ثابت برای شرایط طراحی خاص است. اجزای دیگر عبارتند از میله های اتصال و جداکننده ها، صفحات برخورد، نوارهای آب بندی، تکیه گاه ها و لنگه ها. معیارهای انتخاب برای ترکیب مناسبی از این اجزا به فشارهای عملیاتی، دما، تنش های حرارتی، ویژگی های خوردگی سیالات، رسوب گیری، تمیزی پذیری و هزینه بستگی دارد.

بخار اشباع شده از توربین در سطح بیرونی لوله ها متراکم می شود، در حالی که آب خنک کننده در داخل لوله ها جریان دارد. کندانسور معمولاً به چهار پاس تقسیم می شود تا چینش لوله های آب خنک کننده را تسهیل کند. وظیفه اصلی کندانسور ایجاد و حفظ فشار کم (خلاء) در اگزوز توربین و جمع آوری میعانات خالص برای آب تغذیه دیگ است.

کاربردهای اصلی کندانسور

1. تبرید و تهویه مطبوع

کندانسورها نقش مهمی در سیستم های تبرید و تهویه مطبوع دارند. در این کاربردها، یک مبرد تحت یک چرخه فشرده سازی، تراکم، انبساط و تبخیر قرار می گیرد. کندانسور جایی است که مبرد گرما را به محیط اطراف آزاد می کند و باعث می شود که از حالت بخار به حالت مایع تبدیل شود. این فرآیند برای حفظ دمای مطلوب در فضاهای بسته حیاتی است.

2. تولید برق

کندانسورها اجزای جدایی ناپذیر در نیروگاه های بخار هستند که به راندمان تولید برق کمک می کنند. در این نیروگاه ها، بخار تولید شده از جوشاندن آب در دیگ از طریق توربین ها منبسط می شود تا برق تولید شود. سپس کندانسور بخار را دوباره به آب تبدیل می‌کند و به آن اجازه می‌دهد تا برای ادامه چرخه به دیگ پمپ شود.

3. پردازش شیمیایی

در صنایع شیمیایی، کندانسورها برای اهداف مختلفی مانند بازیابی حلال ها، حذف گرما از مخازن واکنش و تسهیل تراکم مواد فرار مورد استفاده قرار می گیرند. تطبیق پذیری آنها آنها را در فرآیندهای مختلف از تولید پتروشیمی تا تولید دارو ضروری می کند.

4. خودرو 

کندانسورهای طراحی شده برای استفاده در سیستم های تهویه مطبوع خودرو یا وسایل نقلیه (مانند اتومبیل، هواپیما، قطار).

5. ساختمان 

کندانسورهایی که برای تامین تهویه مطبوع مرکزی ساختمان ها استفاده می شوند. آنها را می توان در فضای باز، روی زمین یا پشت بام نصب کرد.

برنامه های کاربردی کندانسور در دنیای واقعی

1. سیستم های HVAC

سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) برای تنظیم دما و رطوبت داخل ساختمان به شدت به کندانسورها متکی هستند. در این سیستم ها، یک مبرد گرما را از هوای داخلی جذب می کند، تحت فشار قرار می گیرد و سپس گرما را در کندانسور به محیط خارجی می فرستد. این فرآیند برای حفظ شرایط زندگی و کار راحت در ساختمان های مسکونی، تجاری و صنعتی حیاتی است.

2. فرآیندهای تقطیر

کندانسورها اجزای جدایی ناپذیر در فرآیندهای تقطیر هستند که در آن مخلوط مایعات با نقاط جوش متفاوت جدا می شوند. همانطور که بخار از طریق ستون تقطیر بالا می رود، با یک کندانسور روبرو می شود که در آنجا خنک شده و دوباره به مایع تبدیل می شود. این امکان جمع آوری مواد خالص شده را فراهم می کند و کندانسورها را در صنایعی مانند پتروشیمی، نوشیدنی و داروسازی ضروری می کند.

3. کاربردهای آزمایشگاهی

در آزمایشگاه ها، کندانسورها اغلب در تنظیمات آزمایشی مختلف استفاده می شوند. به عنوان مثال، در شیمی، کندانسورهای رفلاکس برای جلوگیری از اتلاف مواد فرار در طی واکنش‌ها با بازگرداندن حلال‌های تبخیر شده به ظرف واکنش استفاده می‌شوند. این امر استفاده موثر از مواد شیمیایی را تضمین می کند و ضایعات را به حداقل می رساند.

4. نیروگاه های زمین گرمایی

نیروگاه های زمین گرمایی از گرمای داخلی زمین برای تولید برق استفاده می کنند. بخار که از طریق ضربه زدن به مخازن زیرزمینی آب گرم یا بخار تولید می شود، از طریق توربین ها برای تولید نیرو هدایت می شود. سپس از کندانسورها برای تبدیل مجدد بخار به آب برای تزریق مجدد به زمین استفاده می شود و چرخه انرژی زمین گرمایی تکمیل می شود.

کندانسور از چه قطعاتی تشکیل شده است؟

بیشتر کندانسورها از 4 قسمت اصلی تشکیل شده اند. کابینی که محفظه قطعات دیگر است، کویل هایی که با مس یا آلومینیوم ساخته می شوند، کمپرسوری که برای افزایش فشار است و فن که وظیفه آن جریان دادن هوا به داخل کویل است. کویل ها می توانند مسی یا آلومینیومی باشند و بهتر است از آلومینیوم باشند تا گرما بهتر و سریعتر منتقل شود. چیزی که شما به عنوان مصرف کننده باید در نظر بگیرید این است که کویل ها باید تمیز نگه داشته شوند. اگر کویل ها کثیف یا زنگ زده شوند، عملکرد آن مختل می شود. فن نیز یک بخش ضروری است. وظیفه آن به گردش درآوردن و جریان دادن هوا بر روی سیم پیچ ها است. این امر باعث انتقال حرارت و فرآیند خنک سازی بهتر و سریعتر می شود. باید توجه داشته باشید که اطراف فن و کویل ها باید آزاد باشد و مطمئن شوید که جریان هوا مسدود نشده است. علاوه بر این، کویل ها و فن باید تمیز باشند تا راندمان خنک کننده به حداکثر برسد.

فشار کندانسور به ظرفیت کندانسور بستگی دارد. اگر منبع آب خنک کننده کافی نباشد، جریان میعانات کاهش می یابد و فشار کندانسور به سرعت افزایش می یابد. عامل دیگری که بر فشار کندانسور تأثیر می گذارد نشت هوا به داخل کندانسور است. از آنجایی که سیستم تحت فشار منفی کار می کند، احتمال نفوذ هوای خارجی زیاد است. گازهای غیرقابل تراکم، انتقال حرارت بین بخار و دیواره لوله را کاهش می دهند و در نتیجه ضریب انتقال حرارت کمتری دارند. بنابراین در این حالت حتی اگر آب خنک کننده کافی برای حذف گرما فراهم شود، اما گازهای غیرقابل تغلیظ از کندانسور خارج نشوند، فشار نیز بالا می رود.

فشار کندانسور بر بازده انرژی چرخه بخار پس از توربین تأثیر می گذارد. کسر خشکی بخار اشباع وارد شده به کندانسور معمولاً بین 88 تا 92 درصد است. کسر خشکی یا فشار متراکم کمتر به معنای حجم ویژه کمتر بخار است. همچنین به معنای فرسایش بیشتر پره های توربین در مراحل آخر است.

بخار اشباع موجود در کندانسور گرما را به آب خنک کننده با اختلاف دمای 42 تا 32 درجه سانتیگراد آزاد می کند و به حالت مایع متراکم می شود. میعانات در دمای ثابت 46.8 درجه سانتیگراد به چاه گرم در کندانسور باز می گردد و توسط پمپ میعانات گازی از طریق مبدل حرارتی، انژکتور بخار و اجکتور پمپ می شود – که به عنوان گیرنده های حرارتی جزئی عمل می کنند تا از گرمای بخار تزریقی استفاده کنند. بخار اجکتور – و سپس به هواگیر می رود. پس از عبور از مبدل حرارتی، انژکتور بخار، دمای میعانات حدود 3-5 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و به 49 درجه سانتیگراد می رسد.

از آنجایی که آب در کندانسور در نقطه جوش خود قرار دارد، پمپ میعانات باید حداقل 2 متر زیر سطح آب در کندانسور قرار گیرد تا NPSHr را تامین کند و از ایجاد حفره در پمپ جلوگیری شود.

متریال مورد استفاده در کندانسور

مواد کندانسور (به ویژه آنهایی که برای بخشهایی که با جریان سیال در تماس هستند) برای فرآیند طراحی و انتخاب مهم هستند. انتخاب مایع خنک کننده در کاربردهای تبرید اغلب با انتخاب مواد همزمان است. مواد متداول عبارتند از مس، برنج، آلومینیوم و فولاد ضد زنگ.

مس به دلیل رسانایی حرارتی بالا، بهترین عملکرد انتقال حرارت را در بین تمام فلزاتی که معمولا در خازن ها استفاده می شود، دارد. با این حال، مس به خودی خود مقاومت خوردگی نسبتاً ضعیفی در برابر سیالات تهاجمی تر دارد. معمولاً با آب و بسیاری از خنک کننده های استاندارد استفاده می شود.

برنج ، آلیاژی از مس و روی، قوی‌تر از مس است و در عین حال هدایت حرارتی بالایی برای انتقال حرارت کارآمد حفظ می‌کند. برنج همچنان از مقاومت در برابر خوردگی رنج می برد، اما می توان آن را با روی برای انعطاف پذیری بیشتر به قیمت عملکرد انتقال حرارت، آلیاژ کرد.

آلومینیوم یک فلز سبک وزن با راندمان انتقال حرارت بالا با هزینه نسبتا کم است. آلومینیوم مورد استفاده در کندانسورها معمولاً با برنز و نیکل آلیاژ می شود تا مقاومت آن در برابر خوردگی افزایش یابد.

فولاد ضد زنگ آلیاژی از فولاد با مقاومت در برابر خوردگی عالی است. فولاد ضد زنگ نسبت به فلزات دارای راندمان انتقال حرارت کمتر و هزینه بالاتری است. برای کار با مبردها و سیالات خورنده مناسب است.

مشخصات فنی کندانسور

کندانسورها معمولاً با توجه به مشخصات خاصی که توسط مشتری تعیین می شود ساخته می شوند. این مشخصات معمولاً برای طراحی و انتخاب کندانسور در برگه سازنده درج می شود.

نرخ جریان، سرعت حرکت سیال (جریان‌ها) در کندانسور را در سیستم تعیین می‌کند که برای مایعات بر حسب گالن در دقیقه (gpm) و برای گازها فوت مکعب در دقیقه (cfm) اندازه‌گیری می‌شود.

فشار طراحی یا فشار عملیاتی، بالاترین فشارهای سیالی را که سیستم برای تحمل آن در طول عملیات عادی طراحی شده است، مشخص می کند، که معمولاً بر حسب پوند بر اینچ مربع (psi) داده می شود. فشارها برای هر دو طرف کندانسور مطابق با طراحی نشان داده شده است.

دمای طراحی یا دمای عملیاتی، بالاترین و کمترین دمای سیالی را که سیستم برای تحمل آن در طول عملیات عادی طراحی شده است، تعیین می کند. دماها برای هر دو طرف کندانسور مطابق با طراحی نشان داده شده است.

افت فشار مجاز، بالاترین افت فشار قابل قبول در سیستم را تعریف می کند. سیستم‌هایی که افت فشار بالاتری را امکان‌پذیر می‌کنند، به قدرت پمپاژ بیشتری نیاز دارند، اما می‌توانند نرخ جریان بالاتر و طول لوله‌های طولانی‌تر را تحمل کنند که می‌تواند منجر به تبادل حرارت کارآمدتر شود.

ظرفیت چگالش مقدار سیالی را که کندانسور برای متراکم کردن آن طراحی شده است، بر حسب پوند در ساعت (lb/hr) اندازه گیری می کند.

ظرفیت خنک کننده یا ظرفیت مبرد، مقدار مبردی را که واحد کندانسور در خود نگه می دارد، مشخص می کند. این رتبه بندی ظرفیت با اندازه کندانسور و طول لوله در داخل واحد مرتبط است.

استانداردها

تعدادی از استانداردها با کندانسورها مرتبط هستند که عملکرد، انطباق با محیط زیست و ایمنی را تأیید می کنند. سازمان هایی که استانداردها و گواهینامه ها را ارائه می دهند عبارتند از AHRI، ASHRAE، ASME، ASTM و HEI.

موسسه تهویه مطبوع، گرمایش و تبرید (AHRI) مرجع صنعت گرمایش و سرمایش در رتبه بندی محصول و عملکرد است. آنها تست های عملکردی را برای تجهیزات و اجزای خنک کننده و تبرید تجاری انجام می دهند. کندانسورهایی که استانداردهای آنها را برآورده می کنند دارای گواهینامه ARI Performance Certified® هستند.

انجمن مهندسین گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) سازمانی است که حول محور مهندسین صنعت HVAC می چرخد. آنها استانداردهایی را برای فرآیندهای تبرید و طراحی و نگهداری محیط های داخلی ایجاد می کنند. قابل توجه ترین استانداردهای آنها در مورد استفاده از مبرد در واحدهای خنک کننده است.

انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME) سازمانی است که به ارائه استانداردها و منابع برای مهندسان اختصاص دارد. آنها استانداردهای طراحی پیشرو را برای انواع مختلف فناوری و تجهیزات، از جمله خازن ها، ارائه می کنند.

انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM) یک رهبر شناخته شده در توسعه استانداردهای بین المللی اجماع داوطلبانه است. آنها استانداردهای آزمایش و عملکرد را برای مواد مورد استفاده برای ساخت لوله های کندانسور و سایر اجزا ارائه می دهند.

موسسه تبادل حرارتی (HEI) یک سازمان پیشرو در توسعه استانداردها برای تبادل حرارت و دستگاه خلاء است. آنها استانداردهای عملکرد و طراحی را برای انواع مختلف کندانسور صادر می کنند.