اواپراتور سطح انتقال حرارتی است که در آن مایع فراری با دریافت گرمای نهان تبخیر از فضا یا محصولات سرد شونده تبخیر می شود. به دلیل کاربرد وسیع و گوناگون تبرید مکانیکی، اواپراتورها در انواع، اشکال و اندازه های متنوع طراحی و ساخته می شوند.
اواپراتورها را از نظر ساختمان، روش تغذیه مایع مبرد، شرایط کار، روش جریان هوا (یا مایع)، نوع کنترل کننده ی مبرد و کاربرد، تقسیم بندی می کنند.
ساختمان اواپراتور
اواپراتور از نظر ساختمان به سه دسته تقسیم بندی می شود:
۱)- لوله ای
۲)- صفحه ای
۳)- پره دار
اواپراتور لوله ای و صفحه ای گاهی اوقات تحت عنوان اواپراتور ساده طبقه بندی می شوند. زیرا تمام سطح شان تا حدودی با مبرد تبخیر شونده در تماس می باشد. ولی در اواپراتور پرده دار، سطوح اولیه انتقال حرارت صرفا لوله ها هستند و پره ها به دلیل عدم تماس مستقیم با ماده مبرد، سطوح انتقال حرارت ثانویه نامیده می شود که حرارت را از هوای محیط جذب و به لوله های حامل مبرد هدایت می کند.
گرچه کارایی اواپراتور لوله ای و صفحه ای در تمام دماها و در طرح های متنوع، رضایت بخش می باشد معمولا برای سرد کردن مایعات و هوا در محیط هایی که دمای فضا تا زیر ۱ درجه سانتیگراد کاهش می یابد و جلوگیری از تشکیل برفک در روی سطح اواپراتور امکان پذیر نیست، مورد استفاده قرار می گیرد.
تشکیل برفک بر روی این اواپراتور، ظرفیت آن را به اندازه اواپراتور پره دار تحت تاثیر قرار نمی دهد. بعلاوه اغلب اواپراتور ساده بویژه نوع صفحه ای براحتی تمیز می شود و می توان برفک جمع شده بر روی آن را بدون قطع عمل سرما سازی و به خطر انداختن کیفیت محصولات سرد شونده به وسیله برس زدن یا خرد کردن پاک نمود.
انواع اواپراتور
۱)- لوله ای
اواپراتور لوله ای معمولا از لوله های فولادی یا مسی ساخته می شود. لوله های فولادی در اواپراتور بزرگ و اواپراتوری که با آمونیاک کار می کند بکار می رود و لوله های مسی در اواپراتور کوچک تر که با مبردهایی با ترکیبات کلروفلور کار می کنند مورد استفاده قرار می گیرد. این اواپراتور در اندازه ها، اشکال و طرح های مختلف برای کاربردهای مختلف برای کاربردهای متفاوت ساخته می شود و از طرحهای متداول آنها زیگزاگ، تخت، مارپیچ و بیضوی است. کویل مارپیچ اغلب برای سرد کردن مایعات مورد استفاده قرار می گیرد.
کویل لوله ای بزرگ سقفی که با جریان طبیعی هوا عمل سرد شدن را انجام می دهد بیشتر در اتاق های نگهداری محصولات منجمد و سردخانه ها برای سرد کردن مقادیر زیادی هوا با سرعت جریان کم بکار می رود. این کویل همچنین به صورت خشک یا با پاشیدن آب به همراه دمنده های گریز از مرکز برای تهیه هوای سرد پر سرعت در انجماد وزشی مورد استفاده قرار می گیرد.
۲)- صفحه ای
اواپراتور صفحه ای انواع مختلفی دارد، بعضی از آنها از دو صفحه فلزی که رویشان شیارهایی برای عبور مبرد ایجاد شده است ساخته میشوند. این نوع از اواپراتور صفحه ای به دلیل شکل پذیری به فرم دلخواه ساخت اقتصادی و سهولت تمیز شدن به طور وسیعی در یخچال ها و فریزرهای خانگی مورد استفاده قرار می گیرد.
نوع دیگر اواپراتور صفحه ای از لوله های واقع بین دو صفحه فلزی تشکیل شده است. صفحات فلزی در انتها به یکدیگر جوش می شوند. در این اواپراتور برای ایجاد تماس حرارتی مطلوب بین صفحات و لوله حامل مبرد، فضای بین صفحات را با محلول اتکتیک پر و یا خلا می کنند بطوری که فشار اتمسفر یک بیرون باعث تماس حرارتی خوبی بین لوله ها و صفحات گردد.
اواپراتور حاوی محلول اتکتیک بویژه در مواقعی که ظرفیت ذخیره شده ای مورد نیاز باشد مفید است و بیشتر در کامیون های یخچال دار و به صورت افقی یا قائم در سقف یا دیوارهای آن نصب و به هنگام توقف در پارکینگ به سیستم تبرید مرکزی وصل می شود. بنابراین ظرفیت تبرید ذخیره شده ای برای سرد کردن محصول در کار روزهای بعد در محلول اتکتیک وجود خواهد داشت. در این نوع اواپراتور درجه حرارت صفحات با نقطه ذوب محلول اتکتیک کنترل می شود.
اواپراتور صفحه ای به صورت تکی یا گروهی به کار برده می شود. صفحات ممکن است به صورت سری یا موازی به یکدیگر متصل شوند. اواپراتور صفحه ای به صورت چند طبقه در اتاق های انجماد مورد استفاده قرار می گیرند. این اواپراتور همچنین بطور وسیعی، به صورت دیوار داخلی در فریزرها، یخچال های ویترینی، یخچال های بستنی، مخازن کربنات و … بکار می رود.
اواپراتور صفحه ای به ویژه برای سرد کردن مایعات در تاسیساتی که شرایط غیر عادی بار پیک به صورت تناوبی اتفاق می افتد، مفید است. زیرا تشکیل برفک بر روی سطوح صفحات در بارهای کم، ظرفیت تبرید ذخیره ای را به وجود می آورد که به تجهیزات تبرید کمک می کند تا بتواند در شرایط پیک بار را تحمیل نماید. چون این امر استفاده از تجهیزاتی با ظرفیت کمتر از ظرفیت لازم برای بار پیک را ممکن می سازد و در هزینه های اولیه و جاری سیستم صرفه جویی می نماید.
۳)- پره دار
کویل پره دار نوعی از اواپراتور لوله ای می باشند که در آنها به منظور افزایش سطح خارجی و در نتیجه بهبود راندمان سرد کردن هوا با سایر گازها، پره هایی به عنوان سطوح ثانویه جذب حرارت بر روی لوله ها قرار گرفته اند. در اواپراتور لوله ای قسمت اعظم هوا بدون تماس با سطح کویل سرد از آن عبور می کند ولی با افزودن پره هایی به لوله، سطوح تبادل حرارت به داخل فضای باز بین لوله ها نفوذ کرده و به صورت جمع کننده حرارتی عمل می کند و حرارت قسمتی از هوا را که معمولا با سطوح اولیه تماس نمیابد گرفته و به لوله هدایت می کند.
بدیهی است پره ها وقتی موثر خواهند بود که تماس حرارتی خوبی بین آنها و لوله وجود داشته باشد. بدین منظور گاهی پره ها را روی خود لوله ایجاد می نماید و گاهی پس از قرار دادن آنها بر روی لوله، به وسیله فشار یا عوامل دیگر، لوله را گشاد می کنند، به این ترتیب پره ها به بدنه سطح لوله نفوذ می نمایند و تماس حرارتی خوبی بوجود می آید. گاها خود پره ها را مقداری گرم می کنند تا کمی منبسط شده و مکان لغزیدن آنها بر روی لوله وجود داشته باشد. در این روش پس از قرار گیری پره ها بر روی لوله، حرارت را حذف می کنند تا پره ها کاملا به لوله قفل شوند.
فاصله و اندازه پره ها تا حدودی به نوع کاربرد و قطر لوله بستگی دارد و بر حسب دمای اواپراتور تعداد آنها در هر متر ۴۰ تا ۵۰۰ عدد تغییر می کند. چون تشکیل برفک بر روی کویل های، سرد کننده های هوایی که در درجات حرارت پایین کار می کنند غیر قابل اجتناب است.
تشکیل برفک موجب محدود شدن مجرای بین پره ها و کند شدن جریان هوا در روی کویل می شود بایستی برای به حداقل رساندن احتمال محدود شدن جریان هوا در اواپراتور طرح شده برای کاربردهای با دمای پایین، فاصله پره ها بیشتر و تعداد رساندن احتمال محدود شدن جریان هوا در اواپراتور طرح شده برای کاربردهای با دمای پایین، فاصله پره ها بیشتر و تعداد آنها کمتر باشد (در حدود ۸۰ تا ۲۰۰ پره در هر متر) ولی در کویل های تهویه مطبوع و سایر کاربردهایی که در آنها دمای سطح کویل از دمای انجماد بالاتر است به دلیل عدم تشکیل برفک، پره ها حتی با فواصل ۸/۱ متر نیز چیده می شوند.
در کویلی که جریان هوا بصورت ثقلی و با جابجایی طبیعی انجام می شود به منظور کاهش مقاومت کویل در مقابل جریان هوا فاصله پره ها را بیشتر از کویل فن دار انتخاب می کنند. با توجه به اینکه پره خارجی، تنها سطح بیرونی کویل را تحت تاثیر قرار می دهد افزودن بیش از حد پره ها نه تنها ظرفیت اواپراتور را افزایش نمی دهد، بلکه با محدود نمودن غیر ضروری جریان هوا موجب کاهش آن نیز می گردد.
چون ظرفیت اواپراتور پره دار در اثر تشکیل برفک بیشتر از انواع دیگر تحت تاثیر قرار می گیرد لذا برای سردکن هوایی که دمای سطح کویل آن از صفر درجه سانتیگراد بیشتر است مناسب می باشد. در صورت استفاده ازاین اواپراتور در کاربرد دمای پایین می باید امکان برفک زدایی در فواصل زمانی معین وجود داشته باشد.
کویل پره دار نسبت به اواپراتور ساده سطوح حرارتی بیشتری دارد و در ظرفیت یکسان، نسبت به اواپراتور لوله ای و صفحه ای، فضای کمتری را اشغال می نماید و لذا استفاده از آن موجب صرفه جویی قابل ملاحظه ای در فضا می شود. این امر استفاده از آنها را در دستگاه های با جریان اجباری هوا، مناسب می سازد.
