کندانسور چیست؟ هرآنچه درمورد کندانسور باید بدانید
در سیستم‌های انتقال حرارت، کندانسور نوعی مبدل حرارتی است که از طریق خنک سازی، ماده‌ای به فرم گازی را به حالت مایع تبدیل می‌کند.
با این کار، گرمای نهان توسط ماده آزاد شده و به محیط اطراف منتقل می‌شود. از کندانسورها برای دفع موثر گرما در بسیاری از سیستم‌های صنعتی استفاده می‌شود.
کندانسورها را می‌توان با توجه به نیاز در طرح‌های متعددی تولید کرد؛ از اندازه های مختلف کوچک (استفاده دستی) تا بسیار بزرگ (استفاده‌های در مقیاس صنعتی در فرآیندهای کارخانه‌ها). به عنوان مثال، در یخچال و فریزر از کندانسور برای انتقال گرمای استخراج شده از درون سیستم خنک کننده به محیط استفاده می‌شود.
از کندانسورها در فرآیند تهویه‌ی هوا، فرآیندهای شیمیایی صنعتی مانند تقطیر، نیروگاه‌های بخار و سایر سیستم‌های تبادل گرما استفاده می‌شود.
استفاده از آب خنک کننده یا هوای اطراف به عنوان ماده‌ی خنک کننده در بسیاری از کندانسورها معمول است.
تاریخچه
اولین کندانسور آزمایشگاهی، “Gegenstromkühler” (کندانسور ضد جریان) ، در سال 1771 توسط شیمیدان سوئدی-آلمانی Weigel اختراع شد.
در اواسط قرن نوزدهم، شیمیدان آلمانی Justus von Liebig پیشرفت‌های خود را در طراحی های قبلی Weigel و Johann Friedrich August Göttling ادغام کرد، که دستگاه جدید او به نام “کندانسور Liebig” معروف شد.
اصول عملکرد
کندانسور برای انتقال گرما از یک سیال در حال کار (به عنوان مثال آب در نیروگاه بخار) به یک سیال ثانویه یا هوای اطراف طراحی شده است.
کندانسور به انتقال حرارت کارآمد که در هنگام تغییرات فاز اتفاق میافتد متکی است، که در این حالت موقع تراکم بخار به مایع است. بخار به طور معمول با دمای بالاتری از مایع ثانویه به کندانسور وارد می‌شود.
بخار با خنک شدن به دمای اشباع می‌رسد، متراکم می‌شود و تبدیل به مایع می‌شود و مقادیر زیادی گرمای نهان آزاد می‌کند.
وقتی این فرآیند در امتداد کندانسور اتفاق میافتد، میزان بخار کاهش یافته و میزان مایع افزایش می‌یابد.
در دهانه‌ی خازن فقط مایعات باقی می‌مانند. برخی از مدل‌های کندانسور دارای طول بیشتری هستند، بدین منظور که این مایع غلیظ شده در زیر دمای اشباع را نیز خنک کنند.
حالت‌های بی‌شماری در طراحی کندانسور وجود دارد، متغیرهای طراحی شامل سیال اصلی، سیال ثانویه، هندسه و مواد می‌باشند. مایعات ثانویه متداول شامل آب، هوا، مبردها یا مواد تغییر دهنده‌ی فاز هستند.
کندانسورها دارای دو مزیت قابل توجه طراحی نسبت به سایر فنآوری‌های خنک‌کننده هستند:
- انتقال گرما توسط گرمای نهفته بسیار کارآمدتر از انتقال گرمای فقط گرمای محسوس است.
- دمای سیال اصلی در هنگام تراکم نسبتاً ثابت می‌ماند، که اختلاف دما را بین سیال اصلی و ثانویه به حداکثر می رساند.
نمونه‌هایی از کندانسورها
کندانسور سطحی (Surface Condenser)
کندانسور سطحی نوعی کندانسور است که در آن محیط کندانس (متراکم‌سازی) و بخارات گاز بطور فیزیکی از هم جدا شده‌اند و در صورت عدم تمایل تماس مستقیم این دو از این نوع کندانسور استفاده می‌شود.
این کندانسور از نوع مبدل حرارتی شل اند تیوب (لوله و عایق) است که در خروجی هر توربین بخار نیروگاه‌های حرارتی نصب می‌شود.
به طور معمول، آب خنک کننده از طرف تیوب (لوله) عبور می‌کند و بخار وارد قسمت شِل (عایق) می‌شود که در آن متراکم‌سازی در خارج از تیوب‌های انتقال حرارت رخ می‌دهد.
میعانات می‌ریزد و در پایین جمع می‌شود، که غالباً در ظرفی جمع می‌شود که به آن “hotwell” گفته می‌شود.
قسمت پوسته غالباً در خلا یا خلا جزئی کار می‌کند، که ناشی از اختلاف در حجم مخصوص بین بخار و میعانات است. برعکس، بخار را می‌توان از طریق تیوب‌ها به همراه آب خنک‌کننده یا هوای محیط جریان داد.
کندانسور آزمایشگاهی (Laboratory Condenser)
در شیمی، کندانسور دستگاهی است که بخارات داغ را خنک می‌کند و باعث می شود تا آن‌ها به صورت مایع جمع شوند.
به عنوان مثال می‌توان به کندانسور Liebig، کندانسور Graham و کندانسور Allihn اشاره کرد. در تقطیر ، رفلاکس و اواپراتورهای دوار در آزمایشگاه، انواع مختلفی از کندانسورها معمولاً استفاده می‌شود.
کندانسور Liebig به سادگی یک لوله مستقیم درون یک پوشش آبی* خنک کننده است و ساده‌ترین (و نسبتاً کم هزینه‌ترین) کندانسور است.
کندانسور Graham یک لوله‌ی مارپیچی درون یک پوشش آبی است و کندانسور Allihn دارای یک سری انقباضات بزرگ و کوچک در لوله داخلی است که هر کدام باعث می‌شود سطح بیشتری از مواد سازنده بخار متراکم شود.
به دلیل پیچیدگی شکل‌های تولیدی این نوع کندانسور، هزینه‌ی خریدش نیز گرانتر است.
این سه نوع کندانسور از نوع شیشه‌ای آزمایشگاهی هستند زیرا به طور معمول از شیشه ساخته می‌شوند.
کندانسورهای موجود در بازار معمولاً دارای اتصالات شیشه‌ای هستند و دارای طول استاندارد 100، 200 و 400 میلی‌متر هستند.
کندانسورهای خنک‌کننده هوا بدون پوشش هستند، در حالی که کندانسورهای خنک کننده آب حاوی پوشش آبی هستند.
کندانسور صنعتی (Industrial Condenser)
از کندانسورهای بزرگ‌تر نیز در فرآیندهای تقطیر در مقیاس صنعتی برای خنک کردن بخار مقطر در دستگاه تقطیر مایع استفاده می‌شود. به طور معمول، مایع خنک‌کننده از قسمت تیوب عبور می‌کند و بخار مقطر را از طریق شِل تقطیر می کند و مقطر در پایین آن جمع می‌شود یا از آن خارج می‌گردد.
کندانسور سیستم‌های تهویه (Air Conditioning System Condensor)
در سیستم‌های تهویه‌ی هوا، به طور معمول یک کندانسور دارای یک بخش مبدل حرارتی برای خنک کردن و متراکم کردن بخار مبرد (refrigerant) ورودی به مایع، یک کمپرسور برای افزایش فشار ماده مبرد و حرکت دادن آن، و یک فن برای دمیدن هوای خارج به بخش مبدل حرارتی است تا مبرد درون سیستم خنک شود.
کندانسور تماس مستقیم (Direct-Contact Condenser)
در یک کندانسور تماس مستقیم، بخار داغ و مایع خنک‌کننده به داخل یک ظرف وارد می‌شوند و اجازه می‌یابند مستقیماً مخلوط شوند، نه اینکه توسط یک مانع مانند دیواره‌ی تیوب مبدل حرارتی جدا شود.
بخار گرمای نهان خود را می‌دهد و به یک مایع متراکم می‌شود، در حالی که مایع این گرما را جذب می‌کند و تحت افزایش دما قرار می‌گیرد.
بخار و مایع ورودی به طور معمول دارای یک ماده تراکم‌دهنده منفرد هستند، مانند اسپری آب برای خنک کردن هوا و تنظیم رطوبت آن.
انواع دیگر کندانسور
سه کندانسور دیگر در سیستم های HVAC استفاده می شود:
- آب خنک (Water-cooled)
- هوا خنک (Air-cooled)
- تبخیری (Evaprative)
کارکردها
هوا خنک
اگر کندانسور در قسمت خارجی سیستم قرار داشته باشد، کندانسور خنک کننده با هوا (هوا خنک) می‌تواند راحت‌ترین حالت چیدمان را ارائه دهد. این نوع کندانسورها گرما را به خارج منتقل می کنند و نصب آن‌ها ساده است.
بیشترین کاربردهای این کندانسور یخچال‌های خانگی، فریزرهای ایستاده و در پکیج‌های تهویه هوای مسکونی است. از ویژگی‌های بسیار خوب کندانسور خنک کننده‌ی هوا این است که تمیز کردن آن بسیار آسان است.
از آن‌جا که کثیفی می‌تواند مشکلات جدی در عملکرد کندانسورها ایجاد کند، توصیه می‌شود که از گرد و خاک تمیز شوند.
آب خنک
اگرچه نصب آن کمی گران است، اما این کندانسورها از نوع کارآمدتری هستند.
این کندانسورها که معمولاً برای استخرها و در لوله کشی جریان آب شهر استفاده می‌شوند، به سرویس‌دهی و نگهداری منظم نیاز دارند. آن‌ها همچنین برای صرفه جویی در مصرف آب به برج خنک‌کننده نیاز دارند.
برای جلوگیری از خوردگی و تشکیل جلبک، کندانسورهای خنک کننده با آب (آب خنک) نیاز به تأمین مداوم آب جایگزین و تصفیه آب دارند.
بسته به نوع کاربرد می‌توان از کندانسورهای تیوب این تیوب (لوله در لوله)، شل اند کویل (عایق و کویل) یا شل اند تیوب (عایق و لوله) انتخاب کنید.
اساساً همه‌ی اینها برای رسیدن به یک نتیجه‌ی مشترک ساخته شده‌اند، اما هر یک به روش خاص خود به این هدف می‌رسد.
تبخیری
اگرچه این گزینه کمتر از دو گزینه‌ی دیگر معروف است، اما در اوقاتی استفاده می‌شوند که منبع آب برای کار با کندانسور آب خنک ناکافی است، یا دمای متراکم‌سازی پایین‌تر از چیزی است که بتوان آن را با کندانسور هوا خنک بدست آورد.
از کندانسورهای تبخیری می‌توان در داخل یا خارج یک ساختمان استفاده کرد و در شرایط معمول در دمای پایینی از متراکم‌سازی کار می‌کند.
به طور معمول این موارد در واحدهای بزرگ تهویه هوای تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگرچه موثر هستند، اما لزوماً کارآمدترین نیستند.
*پوشش آبی (water jacket): محفظه ای حاوی آب که اطراف آن را محافظت می کند و از درجه حرارت زیاد محافظت می کند.
