دستگاه اواپراتور (تبخیر کننده) چیست؟

اواپراتور یا تبخیر کننده، یکی از چهار قطعه اصلی در هر سیکل تبرید (مانند کولر گازی، یخچال یا چیلر) است که وظیفه اصلی آن، جذب گرما از محیط و در نتیجه تولید سرما است. این قطعه که یک نوع مبدل حرارتی است، با تبخیر کردن مایع مبرد سردی که وارد آن می شود، گرمای هوای اطراف یا آب را گرفته و باعث خنک شدن آن می گردد. در واقع، اواپراتور همان بخشی از کولر گازی است که در داخل خانه نصب می شود و باد خنک را تولید می کند.

من در ادامه، برای شما توضیح می دهم که این قطعه چگونه سرما تولید می کند و چرا در هر وسیله سرمایشی، از یخچال خانه شما گرفته تا چیلر های غول پیکر صنعتی، نقشی حیاتی دارد. 👇

اواپراتور به زبان ساده چیست؟ (جادوی جذب گرما)

برای اینکه کار اواپراتور را به سادگی درک کنید، یک آزمایش ساده را تصور کنید. اگر مقداری الکل روی پوست دست خود بریزید، فورا احساس سرما می کنید. چرا؟ چون الکل برای اینکه از حالت مایع به گاز (بخار) تبدیل شود، نیاز به انرژی گرمایی دارد و این گرما را از پوست دست شما جذب می کند. این فرآیند جذب گرما، باعث ایجاد حس سرما می شود.

اواپراتور دقیقا همین کار را در یک مقیاس بزرگ تر و به صورت مداوم انجام می دهد. این قطعه مجموعه ای از لوله های مارپیچ (که به آن کویل می گویند) است. یک مایع بسیار سرد به نام “مبرد” وارد این لوله ها می شود. همزمان، یک فن، هوای گرم اتاق را از روی این لوله های سرد عبور می دهد. مبرد سرد با جذب گرمای هوا، شروع به جوشیدن و تبخیر شدن می کند و هوایی که از سمت دیگر خارج می شود، خنک و مطبوع است.

نقش اواپراتور در سیکل تبرید چیست؟ (سفر یک قطره مبرد)

اواپراتور به تنهایی کار نمی کند، بلکه بخشی از یک چرخه چهار مرحله ای به نام سیکل تبرید تراکمی بخار است. برای درک کامل، بیایید این سفر را قدم به قدم دنبال کنیم:

1. کمپرسور: در این مرحله، مبرد که به صورت گاز کم فشار است، توسط کمپرسور فشرده می شود. این کار باعث می شود فشار و دمای آن به شدت بالا برود.
2. کندانسور: گاز داغ و پرفشار وارد کندانسور (یونیت خارجی کولر) می شود. در اینجا، با کمک یک فن، گرمای خود را به هوای بیرون می دهد و از حالت گاز به مایع تبدیل می شود (تقطیر).
3. شیر انبساط: مایع پرفشار سپس از یک قطعه به نام شیر انبساط عبور می کند. این شیر به طور ناگهانی فشار مایع را کاهش می دهد که این افت فشار شدید، باعث سرد شدن فوق العاده زیاد مبرد می شود.
4. اواپراتور: حالا مایع مبرد بسیار سرد و کم فشار وارد اواپراتور (یونیت داخلی) می شود. در اینجا، با جذب گرمای هوای اتاق، دوباره تبخیر شده و به گاز کم فشار تبدیل می شود و سپس برای تکرار چرخه به کمپرسور باز می گردد.

پس همانطور که دیدید، اواپراتور دقیقا همان جایی است که عمل خنک سازی اتفاق می افتد.

انواع اصلی اواپراتور کدامند؟ (یک راهنمای تصویری)

اواپراتورها بر اساس نوع سیالی که قرار است خنک کنند (هوا یا مایع) و ساختارشان، به انواع مختلفی تقسیم می شوند. شناخت این انواع به ما کمک می کند تا کاربرد آن ها را در دستگاه های مختلف بهتر بفهمیم.

۱. اواپراتور های هوایی یا پره دار (Finned Coil Evaporators)

این نوع، رایج ترین و شناخته شده ترین نوع اواپراتور است که برای خنک کردن مستقیم هوا استفاده می شود. شما این نوع اواپراتور را در کولر های گازی، داکت اسپلیت ها و سردخانه ها دیده اید.

ساختار آن چگونه است؟ این اواپراتور از لوله های مسی مارپیچ (کویل) تشکیل شده که صفحات نازک آلومینیومی به نام فین (Fin) به صورت فشرده روی آن ها قرار گرفته اند. اما چرا از فین استفاده می شود؟ راه حل در افزایش سطح تماس است. این فین ها سطح انتقال حرارت بین هوا و لوله های مبرد را به شدت افزایش می دهند و باعث می شوند هوا با سرعت و راندمان بیشتری خنک شود. یک فن هم همیشه در کنار این نوع اواپراتور وجود دارد تا هوا را با قدرت از لابه لای فین ها عبور دهد.

۲. اواپراتور های پوسته و لوله (Shell and Tube Evaporators)

این نوع اواپراتور برای خنک کردن مایعات (معمولا آب) در مقیاس بزرگ استفاده می شود و بخش اصلی یک چیلر تراکمی آبی را تشکیل می دهد.

ساختار آن چگونه است؟ این دستگاه از یک مخزن بزرگ استوانه ای (پوسته یا Shell) و تعداد زیادی لوله مسی در داخل آن (Tube) تشکیل شده است. در این سیستم، معمولا مایع مبرد در داخل پوسته جریان دارد و آب (که قرار است خنک شود) از داخل لوله های مسی عبور می کند. مبرد با جذب گرمای آب از دیواره لوله ها، تبخیر شده و آب را خنک می کند. این آب خنک شده سپس برای استفاده در فن کویل ها یا فرآیند های صنعتی پمپاژ می شود.

۳. اواپراتور های صفحه ای (Plate Evaporators)

این نوع اواپراتور هم برای خنک کردن مایعات استفاده می شود و یک جایگزین مدرن و بسیار بهینه برای نوع پوسته و لوله است.

ساختار آن چگونه است؟ این دستگاه از تعداد زیادی صفحات فلزی نازک و موج دار تشکیل شده که روی هم قرار گرفته اند. این صفحات کانال های باریکی را بین خود ایجاد می کنند. دو سیال (مبرد و آب) به صورت یکی در میان در این کانال ها و در خلاف جهت هم جریان پیدا می کنند. به دلیل سطح تماس بسیار بالا و آشفتگی جریان، انتقال حرارت در این نوع اواپراتور فوق العاده سریع و کارآمد است. این اواپراتورها حجم بسیار کمتری نسبت به نوع پوسته و لوله دارند و راندمانشان هم بالاتر است.

مقایسه انواع اواپراتور (کدام یک برای چه کاری مناسب است؟)

برای اینکه یک دید کلی و سریع از کاربرد هر نوع اواپراتور داشته باشید، جدول زیر می تواند به شما کمک کند.

چرا اواپراتور یخ می زند؟ (یک مشکل رایج و راه حل آن)

یکی از شایع ترین مشکلاتی که برای اواپراتور های هوایی (مثل پنل داخلی کولر گازی) پیش می آید، یخ زدن یا برفک زدن آن است. این اتفاق نه تنها قدرت خنک کنندگی را از بین می برد، بلکه می تواند به کمپرسور هم آسیب بزند. اما دلیل این اتفاق چیست؟

یخ زدن اواپراتور یعنی گرمای کافی برای تبخیر کامل مبرد به آن نمی رسد. در نتیجه، دمای سطح کویل به زیر صفر درجه رفته و رطوبت موجود در هوا روی آن یخ می زند. اصلی ترین دلایل این مشکل عبارتند از:

• کثیف بودن فیلتر های هوا: این مهم ترین و رایج ترین دلیل است. وقتی فیلتر ها با گرد و غبار مسدود می شوند، حجم هوای عبوری از روی اواپراتور کم شده و انتقال حرارت به درستی انجام نمیشود.
• کثیف بودن خود اواپراتور: اگر فین های خود اواپراتور هم کثیف باشند، همین مشکل پیش می آید.
• کم بودن حجم گاز مبرد: اگر به دلیل نشتی، مقدار گاز سیستم کم شده باشد، فشار داخل اواپراتور بیش از حد افت کرده و باعث یخ زدگی می شود.
• خرابی فن یونیت داخلی: اگر فن داخلی کار نکند یا دور آن کم باشد، هوای کافی برای انتقال گرما وجود نخواهد داشت.

راه حل چیست؟ در بیشتر موارد، راه حل بسیار ساده است. به طور منظم (مثلا هر دو هفته یک بار در تابستان) فیلتر های هوای پنل داخلی را بیرون آورده و با آب بشویید. همچنین سالی یک بار از یک سرویسکار بخواهید تا خود کویل اواپراتور را با اسپری های مخصوص شستشو دهد.

تفاوت اصلی اواپراتور و کندانسور چیست؟

این دو قطعه هر دو مبدل حرارتی هستند، اما کارکردشان دقیقا برعکس یکدیگر است.

• اواپراتور: گرما را از محیط جذب می کند و مبرد را از مایع به گاز تبدیل می کند. (تولید سرما)
• کندانسور: گرما را به محیط دفع می کند و مبرد را از گاز به مایع تبدیل می کند. (تولید گرما)

به زبان ساده، اواپراتور بخش سرد سیستم و کندانسور بخش داغ سیستم است.

نتیجه گیری: چرا اواپراتور یک قطعه حیاتی است؟

در پایان، باید تاکید کنیم که اواپراتور فقط یک قطعه در میان قطعات دیگر نیست؛ بلکه دقیقا همان بخشی است که هدف اصلی یک سیستم سرمایشی، یعنی خنک کردن، در آن اتفاق می افتد. بدون اواپراتور، تمام فرآیند فشرده سازی و تقطیر مبرد بی فایده خواهد بود. درک نحوه کارکرد، شناخت انواع مختلف و آگاهی از دلایل مشکلات رایج آن، به ما کمک می کند تا از تجهیزات سرمایشی خود بهتر استفاده کرده و عمر مفید آن ها را افزایش دهیم.