یک سیستم تبرید از چندین جز مکانیکی اصلی و فرعی تشکیل می‌شود که شامل چهار جز اصلی و چند جز فرعی است.درمقاله قسمت اول به مبحث کمپرسور و انواع آن پرداخته شد و در مقاله بعدی اساس کار کندانسور ها مورد بررسی قرار گرفت.در این مقاله به اواپراتور، نحوه عملکرد و انواع آن پرداخته شده است.

اواپراتور

اواپراتورها مبدل‌های حرارتی هستند که در آن‌ها مبرد تبخیر می‌شود و گرمای محیط را جذب می‌کند. اواپراتورها در قسمت‌هایی که سرمایش باید اعمال شود مانند داخل محفظه یخچال یا داخل اتاق (در فرآیند تهویه مطبوع) نصب می‌شوند. این ابزار در انواع متفاوتی موجود هستند، اما به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1- اواپراتورهای سرمایش مستقیم که در آن‌ها هوای محیط به صورت مستقیم و به واسطه تبخیر مبرد در داخل اواپراتور خنک می‌شود.

2- اواپراتورهای سرمایش غیر مستقیم که در آن‌ها یک سیال ثانویه مانند آب نمک یا آب الکل به واسطه تبخیر مبرد در اواپراتور خنک می‌شود. سپس سیال ثانویه توسط پمپ و لوله‌های عایق، به جایی که سرمایش باید صورت گیرد منتقل شده تا با عبور از یک مبدل حرارتی دمای محیط را کاهش دهد.

در عمل، معمولا اواپراتورهای زیر در کاربردهای سرمایش، انجماد و تهویه مطبوع مورداستفاده قرار می‌گیرند:

• خنک‌کننده‌های مایع

• خنک‌کننده‌های هوا یا گاز

مبدل‌های حرارتی از نوع پوسته و لوله متداول‌ترین واحد اواپراتور برای سرمایش آب و کاربردهای تبرید محسوب می‌شوند. این اواپراتورها برای سرد کردن مایعات استفاده می‌شوند که می‌توان از مایع خنک شده به عنوان مبرد یا سیال ثانویه برای خنک کردن محصول نهایی استفاده نمود. در عمل این نوع از مبدل‌های حرارتی به عنوان چیلرها معروف‌اند.

 برخی از کاربردهای نمونه‌ی چیلرها عبارت‌اند از:

• خنک سازی آب آشامیدنی

• سرمایش آب برای استفاده در کویل­ های تهویه مطبوع

• سرمایش شیر بعد از استرلیزه شدن و ...

سیستم‌های خنک کننده آب می‌توانند از اواپراتور مرطوب و اواپراتور انبساط مستقیم که دارای مبدل حرارتی پوسته و لوله هستند استفاده کنند. در اواپراتورهای مرطوب مبرد در داخل پوسته مبدل حرارتی قرار داشته ولی در اواپراتور انبساط مستقیم مبرد در داخل لوله‌های مبدل جریان دارد.

در خنک‌کننده‌های آب معمولا لوله‌ها از جنس مس و پوسته از جنس فولاد ساخته می‌شوند. اگر تبخیر مبرد در پیرامون لوله‌ها (در داخل پوسته) صورت گیرد به آن خنک کننده مرطوب و اگر تبخیر مبرد در داخل لوله‌ها صورت پذیرد به آن خنک کننده خشک میگویند.

نکته قابل توجه اینکه در خنک‌کننده‌های خشک مخلوط مایع و بخار کاملا بخار شده و معمولا به صورت بخار فوق داغ از خنک کننده خارج می‌شود. در خنک‌کننده‌های مرطوب، آب یا محلول آب نمک از داخل لوله‌ها جریان دارد. برای افزایش نرخ انتقال حرارت از لوله‌ها و همچنین کاهش سایز اواپراتور معمولا از لوله‌های پره­ دار استفاده می‌شود. خنک‌کننده‌های مرطوب اغلب در کاربردهایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که تبخیر مبرد در سمت پوسته مطلوب‌تر است. برای تبخیر سریع در پوسته و همچنین به منظور دستیابی به بخار مبرد خالص بهتر است پوسته کماکان از مبرد مایع پر باشد تا جوشش استخری به راحتی صورت پذیرد. این نوع خنک‌کننده‌ها عمدتا سیستم‌های تبرید دارای چند کمپرسور مورد استفاده قرار گرفته می‌شوند.

این خنک‌کننده‌ها به طور کلی مبدل‌های انبساط مستقیم خوانده می‌شوند و شامل لوله‌هایی هستند که مبرد در آن‌ها جریان دارد. برای افزایش نرخ انتقال حرارت اغلب از لوله‌های پره ­دار در سمت خارج (سمت هوا یا گاز) استفاده می‌شود. یک مبدل حرارتی دارای چند مسیر موازی است که مبرد آن‌ها از یک شیر فشارشکن تامین می‌شود.

معمولا این نوع اواپراتورها در سیستم‌های تبرید دارای کمپرسور جابه‌جایی مثبت مورد استفاده قرار می‌گیرند. همانند خنک‌کننده‌های مایع، خنک‌کننده‌های هوا یا گاز نیز در دو نوع مرطوب و خشک موجود هستند. در نوع مرطوب سطح مبرد داخل لوله‌ها توسط یک شیر شناور کنترل می‌شود تا داخل لوله‌های مبدل همواره پر از مبرد مایع باشد. تماس کامل مبرد با دیواره داخلی لوله‌ها باعث افزایش نرخ انتقال حرارت خواهد شد (جوشش استخری).

استفاده از خنک‌کننده‌های مرطوب در کاربردهای عملی به علت حجم زیاد مبرد مورد استفاده دارای ارجحیت کمتری است. در خنک‌کننده‌های خشک مبرد کمتری مورد استفاده قرار می‌گیرد که خود باعث کاهش هزینه اول سیستم خواهد شد. ورودی این خنک‌کننده‌ها مبرد مایع و خروجی آن‌ها بخار فوق داغ شده مبرد است که حرارت لازم برای تغییر فاز را از سیال واسطه که در اینجا گاز یا هوا است جذب می‌نماید.

در خنک‌کننده‌های هوایی، رطوبت موجود در هوا در دمای زیر صفر درجه سیلسیوس یخ زده و به صورت برفک پیرامون لوله‌های مبدل ظاهر و می‌گردد. این برفک مانند یک عایق عمل کرده و ضریب انتقال حرارت هدایتی را کاهش می‌دهد. همچنین برفک تولید شده با اشغال فضای بین پره‌ها باعث کاهش دبی هوا می‌گردد. هر دو مورد فوق نرخ انتقال حرارت را به شدت کاهش می‌دهند. برای جلوگیری از بروز این مشکل می‌توان از روش‌های گوناگونی مانند برفک زدایی با گاز داغ یا برفک زدایی با آب استفاده نمود.