کندانسور چیست؟

کار کندانسور به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم برودتی، تبدیل مبرد از فاز گاز با دما و فشار بالا به مایع، جهت ورود به شیر انبساط و اواپراتور است.

با اینکه ممکن است سیستم‌های تبرید تفاوت‌های زیادی در طراحی و قطعات مختلف‌ داشته باشند، اما همگی آن‌ها بر یک پایه و اساس کار می‌کنند. در هر سیکل تبرید مکانیکی، چهار فرآیند تراکم، تقطیر، انبساط و تبخیر وجود دارد؛ ماده مبرد در اواپراتور گرما را جذب می‌کند و به گاز تبدیل می‌شود، سپس این گاز گرم وارد کمپرسور و فشرده می‌شود و فشار آن افزایش پیدا می‌کند. درنهایت نیز این ماده مبرد که دما و فشار بالایی دارد، وارد کندانسور شده و با از دست دادن گرما، به مایع تبدیل می‌شود. در ادامه نگاهی جزئی‌تر به کندانسور و وظیفه آن در انواع چیلر و سرد خانه خواهیم داشت.

نام دیگر کندانسور چیست؟

کندانسور، مبدل حرارتی، رادیات یا معادل آن چگالنده (به فرانسوی Condenseur) دستگاهی برای تبدیل بخار به مایع است. گاهی این تجهیز را تقطیرکننده هم می‌نامند به دلیل فرایندی که از طریق خنک کردن بخار صورت می‌گیرد. معمولاً در سیستم‌هایی دیده می‌شود که شامل چرخه ترمودینامیکی هستند، مثل یخچال، كولر گازي، چیلرها و نیروگاه‌ها.
در اغلب موارد، کندانسور بخار یک ماده (مانند مبرد یا بخار آب) را خنک می‌کند تا آن را از حالت گاز به حالت مایع تبدیل کند. این تبدیل باعث می‌شود بتوان انرژی را بهتر مدیریت کرد و ماده مورد استفاده را به چرخه بازگرداند.

وظیفه کندانسور Condenser در سیکل تبرید چیست؟

چگالنده همانطور که از اسمش پیداست، برای تبدیل حالت ماده مبرد از گاز به مایع در سیکل‌های تبرید مورد استفاده قرار می‌گیرد. گاز گرم و پرفشار خروجی از کمپرسور وارد لوله‌های کندانسور می‌شود، گرمای خود را از دست می‌دهد و درنهایت به مایع تبدیل می‌شود.

موقعیت کندانسور در سیکل تبرید

کندانسور و اواپراتور هر دو نوعی مبدل‌ حرارتی محسوب می‌شوند که در کنار کمپرسور برودتی، سه عضو حیاتی یک سیستم تهویه مطبوع هستند. طراحی و انتخاب صحیح این سه می‌تواند تأثیر بسیار زیادی در راندمان سیستم داشته باشد.

انواع کندانسور

کندانسورها را برحسب ملاک‌های متفاوت مثل شرکت سازنده، نحوه تبادل گرما، مبرد مورد استفاده و کاربرد می‌توان به انواع مختلفی دسته‌بندی کرد.

سازنده کندانسور

برندها با توجه به کاربردهای مختلف، مدل‌های متفاوتی را تولید و در کاتالوگ‌های خود معرفی می‌کنند. برای آشنایی با انواع مدل‌های موجود می‌توانید با کلیک بر روی تصویر زیر، صفحه کندانسور را ببینید:

سازوکار خنک کردن مبرد

بسته به نحوه تبادل گرما با محیط و خنک شدن آن، کندانسور را به سه دسته تقسیم می‌کنند:

1- کندانسور هوا خنک (هوایی) چیلر و سردخانه

همانطور که از نام این تجهیز پیداست، هوا از میان کویل‌‌ها یا لوله‌های کندانسور عبور می‌کند و از این طریق گرما از ماده مبرد به محیط منتقل می‌شود. كندانسور هوايي خود نیز به دو دسته خنک‌شوندگی با «جریان طبیعی هوا» یا با «جریان اجباری هوا» تقسیم‌بندی می‌شود.

کندانسور هوایی

1-1- کندانسور هواخنک (هوایی) با جریان طبیعی

در این نوع، جریان طبیعی هوا بر روی کویل کندانسور باعث می‌شود که کندانسور خنک شود. از آنجا که معمولا سرعت جریان هوا کم است و تبادل گرما نیز چندان زیاد نیست، بنابراین این نوع بازدهی بالایی ندارد. به همین دلیل معمولا کندانسور هواخنک با جریان طبیعی هوا را با مساحت سطح‌های زیاد می‌سازند تا گرما به خوبی از آن دفع شود. نوع به کار رفته در یخچال‌ها و فریزرهای خانگی نیز از همین نوع است.

2-1- کندانسور هواخنک (هوایی) با جریان اجباری

با استفاده از یک دمنده یا فن، هوا بر روی سطح کندانسور جریان پیدا می‌کند. سیستم‌های تهویه خانگی نیز معمولا از این نوع از کندانسور استفاده می‌کنند. در این کندانسور جریان هوا از داخل پره‌هایی که از جنس آلومینیوم هستند عبور می‌کند. ماده مبرد نیز از داخل لوله‌هایی که معمولا از جنس مس هستند عبور می‌کنند و انتقال حرارت صورت می‌گیرد.

2- کندانسور آب خنک (آبی) چیلر و سردخانه

در کندانسور آب خنک، سیالی که وظیفه انتقال حرارت از ماده مبرد به بیرون را دارد، آب است. بسته به نوع طراحی، خود به چهار دسته زیر تقسیم می‌شود:

1-2-کندانسور آب خنک دو لوله‌ای (دابل پایپ)

کندانسور آب خنک دو لوله ای

ساده‌ترین نوع کندانسور آب خنک، همین نوع دو لوله‌ای به حساب می‌آید. در این مدل، دو لوله‌ای آب سرد از درون لوله داخلی عبور می‌کند و ماده مبرد نیز از داخل لوله بیرونی، قرار گرفته در مجاورت لوله داخلی، عبور می‌کند و از این طریق تبادل گرما صورت می‌گیرد. درضمن به دلیل اینکه لوله خارجی با بیرون نیز در تماس است، مقداری از گرما نیز از طریق جریان هوای بیرون از لوله می‌تواند از ماده مبرد خارج شود. این نوع از مبدل حرارتی معمولا بازدهی بالایی ندارد و در مقیاس‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2-2-کندانسور آب خنک پوسته و کویل (شل اند کویل)

کندانسور آب خنک پوسته و کویل (شل اند کویل)

در نوع آبی، جریان آب از داخل تعدادی کویل عبور می‌کند. این کویل‌ها ممکن است پره‌هایی نیز داشته باشند تا انتقال حرارت به نحو بهتری انجام گیرد. ماده مبرد از داخل پوسته عبور می‌کند. ممکن است در بعضی ظرفیت‌های پایین، جای ماده مبرد و آب تغییر داده شود. به این ترتیب که ماده مبرد از داخل کویل‌ها عبور کند و آب از داخل پوسته رد شود.

3-2-کندانسور پوسته و لوله (شل اند تیوب)

کندانسور پوسته و لوله (شل اند تیوب)

رایج‌ترین کندانسوری که در سیستم‌های مختلف تبرید با ظرفیت‌هایی کم تا زیاد استفاده می‌شود، کندانسور آبی «پوسته و لوله» است. در این نوع، ماده مبرد از داخل پوسته عبور می‌کند و آب از داخل لوله‌ها در چند مرحله می‌گذرد. ماده مبرد مایع نیز از پایین آن خارج می‌شود.

به دلیل تماس ماده مبرد با محیط بیرون، مقداری از گرما به محیط اطراف داده می‌شود. معمولا کندانسور لوله و پوسته به صورت افقی طراحی می‌شود که ساختار شماتیک آن را در شکل بالا می‌توان مشاهده کرد. نوع عمودی آن، به طور معمول برای ماده مبرد آمونیاک استفاده می‌شود که پاک‌سازی لوله‌ها را از بالا در حین کار کردن سیستم امکان‌پذیر می‌کند.

4-2- کندانسور صفحه‌ای

همانطور که از نامش پیداست، چندین صفحه به موازات یکدیگر قرار می‌گیرند و مبرد و آب به صورت متناوب در فضای بین صفحات جریان می‌یابند. این سازوکار باعث افزایش سطح انتقال حرارت حتی در کندانسورهایی با ابعاد کوچک می‌شود. این مدل کندانسور نسبت به نوع «پوسته و لوله» توانایی کمتری برای تحمل فشار دارند اما بازدهی تبادل گرمای آنها بیشتر است.

کندانسور صفحه‌ای

3- انواع کندانسور تبخیری چیلر و سردخانه

در مدل تبخیری، هم از آب و هم از هوا برای دریافت گرما از ماده مبرد استفاده می‌شود. در واقع یک کندانسور تبخیری ویژگی‌‌های برج خنک کننده و کندانسور آبی را در یک جا ترکیب می‌کند.

کندانسور تبخیری

آب از قسمت بالایی روی یک سری لوله‌ که ماده مبرد از درون آن‌ها عبور می‌کند اسپری می‌شود؛ همزمان هوا نیز از پایین به سمت بالا حرکت می‌کند. یک لایه آب نازک نیز از روی لوله‌ها عبور می‌کند که در آنجا خنک‌سازی تبخیری صورت می‌گیرد. وظیفه هوای عبوری افزایش نرخ تبخیر آب است.

 ضریب انتقال حرارت برای کندانسور تبخیری بسیار بالاست. همچنین با استفاده از آن، می‌توان به دماهای پایین در سیکل تبرید نیز دست پیدا کرد.

کندانسور تبخیری معمولا در سیستم‌هایی با ابعاد متوسط تا بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مدل به نسبت نمونه‌ آبی، ارزان‌تر است چرا که کندانسور آبی به یک برج خنک کننده جداگانه نیاز دارد.

مبرد کندانسور

کندانسورها را بر اساس ماده مبرد مورد استفاده به دو نوع فریونی و آمونیاکی دسته‌بندی می‌کنند. مبردهای آمونیاکی ظرفیت تبرید بالاتری دارند و ارزان‌تر هستند اما اکنون به دلیل سمی و قابل اشتعال بودن استفاده از مبردهای فریونی مثل r134a و r404a رایج‌تر است.

کاربرد کندانسور

یکی از انواع دسته‌بندی کندانسورها بر اساس کاربرد آنها در مصارف مختلف است. به عنوان مثال منظور از کندانسور صنعتی، نوعی است که به جای تهویه مطبوع در صنایعی مثل تزریق پلاستیک برای خنک کردن قطعات و مواد استفاده می‌شود. کندانسور دریایی، نوعی است که در کشتی‌های بزرگ به کار می‌رود و علاوه بر تهویه مطبوع، فرآیند تصفیه آب را هم انجام می‌دهد.

کندانسور در تمام سیستم‌های تبریدی از جمله چیلرها، تونل انجماد و… به کار می‌رود. کندانسور سردخانه یکی از پرکاربردترین کاربری‌های این تجهیز است که شامل کندانسور سردخانه زیرصفر و بالای صفری می‌شود. برای مطالعه کامل‌تر می‌توانید مقاله نحوه انتخاب کندانسور سردخانه  را مطالعه کنید.

ابعاد کندانسور

ابعاد با توجه به نیاز سرمایشی سیستم و فضای موجود متغیر است. معمولا سازندگان کندانسور در کاتالوگ‌های خود ابعاد استاندارد، تعداد و قطر فن، قطر ورودی و خروجی سیال، مساحت کویل و حجم لوله‌ها را برای مدل‌های مختلف مشخص می‌کنند.

فن کندانسور

فن کندانسور در واقع همان پروانه‌ای است که هم در کندانسور و هم در اواپراتور استفاده می‌شود و وظیفه خنک کنندگی را بر عهده دارد. این فن‌ها در برخی موارد مانند سردخانه گوشت وظیفه خارج کردن هوای نامطبوع را هم بر عهده دارند.

فرمول ظرفیت و نرم افزار انتخاب کندانسور

ظرفیت آن از مجموع توان برودتی اواپراتور و توان مصرفی کمپرسور محاسبه می‌شود. بعد از به دست آوردن اطلاعات برای انتخاب کندانسور مورد نیاز بدون استفاده از کاتالوگ می‌توان از نرم افزار انتخاب کندانسور استفاده کرد.

سازندگان مشهور قطعات برودتی مثل بیتزر و دانفوس روی وبسایت‌های خود این امکان را فراهم کرده‌اند. در بین تولید کنندگان ایرانی نیز شرکت آرشه در نرم افزار بومرنگ این امکان را فراهم کرده است.

برای استفاده از این نرم‌افزار در مرحله اول نوع کندانسور مورد نظر (مثلا مدل افقی) را انتخاب می‌کنید.

نرم افزار بومرنگ

در مرحله بعد ابتدا باید مبرد مورد استفاده در سیستم تبرید را مشخص کرد. سپس ظرفیت، اختلاف دمای تقطیر مبرد با دمای محیط (ΔT)، دمای محیط و ارتفاع از سطح دریا را وارد کرد. نرم افزار نام مدل و اطلاعات کامل محصول را محاسبه می‌کند.

طراحی و ساخت کندانسور

ساخت کندانسور فرآیند پیچیده‌ای است که علاوه بر محاسبات فنی نیاز به تجربه و آشنایی با فرآیندهای تولید دارد. علاوه بر برندهای معتبر جهانی برخی شرکت‌های داخلی مثل آسه هم کندانسور تولید می‌کنند. در جدول زیر مراحل طراحی و ساخت به صورت خلاصه آمده است:

نقش کمپرسور و کندانسور در عملکرد سیستم‌های سرمایشی

وقتی صحبت از سیستم‌های سرمایشی مانند کولر گازی، یخچال یا چیلر به میان می‌آید، دو جزء کلیدی همیشه در مرکز عملکرد این سیستم‌ها قرار دارند: کمپرسور و کندانسور.

در حالی که کمپرسور وظیفه فشرده‌سازی گاز مبرد را بر عهده دارد و آن را با فشار بالا به جریان می‌اندازد، کندانسور نقش مهمی در تبدیل این گاز داغ به مایع خنک دارد. در واقع، بدون کندانسور، چرخه سرمایش کامل نخواهد شد.

جمع‌بندی

کندانسور یکی از اجزای اصلی سیستم‌های تبرید است که وظیفه خنک کردن مبرد را بر عهده دارد. کندانسورهای آب خنک و هواخنک رایج‌ترین مدل‌های کندانسور هستند. کندانسور هواخنک که خود انواع مختلفی دارد بیشتر در فضای بیرون قرار می‌گیرند و در سردخانه‌ کاربرد زیادی دارند.

همچنین کندانسور آبی «پوسته و لوله» رایج‌ترین مدلی است که در سیستم‌های مختلف تبرید با ظرفیت‌هایی کم تا زیاد استفاده می‌شود و کندانسورهای صنعتی معمولا از این نوع هستند. برای انتخاب راه‌های متفاوتی مثل محاسبه با فرمول، نرم افزارهای انتخاب کندانسور و مشاوره تجربی وجود دارد.