کویل فریونی و آمونیاکی یکی از بخش‌های اصلی مبدل‌های گرمایی هستند و بار اصلی انتقال حرارت مبدل با محیط بیرون و یا آبی که در پوسته و بدنه جاری است بر عهده‌ی این کویل‌ها می‌باشد. در سیستم تبرید و تهویه دو نوع مبرد ثابت داریم که اواپراتور و کندانسور نام دارند و ما در این مقاله سعی داریم کویل‌های فریونی و آمونیاکی را مورد بحث و بررسی قرار دهیم. قبل از آن در مورد کویل‌ها و انواع آن و موارد استفاده و دلایل استفاده از آن توضیحاتی را ارائه خواهیم داد.
کویل چیست و چگونه کار می‌کند؟
کویل در حقیقت یک لوله با سطح مقطع‌های مختلف نظیر دایره و مربع و چند ضلعی می‌باشد که به صورت مارپیچی یا فنری امتداد یافته است و در داخل این کویل‌ها، آب، مبردها و … جریان دارند. جنس این کویل‌ها باید به گونه ای باشد که بیشترین میزان انتقال حرارت صورت بگیرد و در حقیقت ضریب انتقال حرارت رسانشی K آن بالا باشد. به طور مثال کویل‌های مسی و آهنی بیشتر از سایر انواع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کارکرد کویل بسیار ساده است. مبرد یا آب یا هر مایع و گاز دیگری داخل این کویل‌ها جریان می‌یابد و به دلیل طول زیاد این کویل‌ها و انتقال حرارت از محیط به داخل یا از داخل به محیط، دمای سیال داخل کویل بالا یا پایین می‌رود. فشار در این کویل‌ها ثابت است. هر چند افت فشار اصطکاکی و مواردی از این دست در داخل کویل به وقوع می‌پیوندند اما می‌توان از این افت فشارها صرف‌نظر کرد و آن را فشار ثابت در نظر گرفت تا عملیات محاسباتی آن و میزان انتقال حرارتی که در آن انجام می‌شود به راحتی صورت بگیرد.
انواع کویل در سیستم تبرید
سیکل تبرید دو عضو ثابت دارد که کندانسور و اواپراتور هستند و فرقی نمی‌کند که تبرید از نوع جذبی باشد و یا تبرید تراکمی باشد این دو عضو پای ثابت سیکل هستند. با این حال در سیکل تبرید جذبی و سیکل تبرید تراکمی مبردی که در داخل سیکل گردش می‌کند متفاوت است و در سیکل تبرید جذبی عموما آمونیاک، آب و لیتیم برمید می‌باشد و در سیکل تبرید تراکمی مبردهای گروه R که موسوم به فریون‌ها هستند گردش می‌کنند و عملیات تبرید را انجام می‌دهند. با این حال نوع کویل‌هایی که در این اواپراتوها و کندانسورها مورداستفاده قرار می‌گیرد متفاوت می‌باشد و در حالت کلی دو نوع کویل داریم.
- کویل فریونی
- کویل آمونیاکی
در ادامه به دلایل استفاده از دو نوع کویل و تفاوت‌های آن‌ها خواهیم پرداخت.
دلایل استفاده از کویل فریونی و آمونیاکی و تفاوت آن‌ها
کویل آمونیاکی و فریونی تفاوت‌های زیادی ندارند اما به چند دلیل نوع کویل‌های مورد استفاده در آن‌ها متفاوت است. این تفاوت‌ها به ماهیت مبردها برمی‌گردد که در ادامه به آن‌ها پرداخته می‌شود.
- بازده عملرد آمونیاک ۱۰ درصد بیشتر از فریون‌هاست و برای اینکه این بازده بیشتر شود عموما از کویل‌هایی استفاده می‌کنند که بتواند بیشترین میزان انتقال حرارت و تعامل حرارتی را با آمونیاک داشته باشد.
- ضریب انتقال حرارت آمونیاک و فریون‌ها متفاوت است، بر اساس هندبوک مرجع ASHRAE نسبت ضریب انتقال حرارت آمونیاک و R22 در جاهای مختلف به این صورت می‌باشد:
- تقطیر بیرون از لوله‌ها : ۴٫۱ به ۱
- تقطیر داخل لوله‌ها: ۳٫۵ به ۱
- تبخیر بیرون لوله: ۱٫۶ به ۱
- تبخیر داخل لوله: ۲ به ۱
همانطور که از این نسبت‌ها برمی‌آید عملکرد آمونیاک در داخل کندانسور بهینه‌تر است و در نقطه‌ی عکس آن برای اواپراتور فریون‌ها بهینه‌تر هستند و به همین دلیل استفاده از کویل آمونیاکی و کویل فریونی مختص به مبرد موردنظر بسیار مهم و ضروری است.
- گرمای نهان تبخیر آمونیاک بیشتر از فریون‌هاست و به همین دلیل در اواپراتورها باید کویل‌ها با میزان ضریب انتقال حرارت بالا استفاده شوند تا گرمای بیشتری جذب و صرف تغییر فاز مبرد از مایع به بخار اشباع شود.
تفاوت عمده‌ای که بین کویل آمونیاکی و کویل فریونی وجود دارد ابعاد آن‌ها می‌باشد:
آمونیاک به لوله‌ها و کویل‌هایی کوچکتر نیاز دارد تا در حجم کوچک بیشترین میزان انتقال حرارت صورت بگیرد و نیازی به پخش آمونیاک در تمام قسمت‌های لوله وجود ندارد. در فرایند مکش که توسط کمپرسور انجام می‌شود و در امتداد عملکرد اواپراتور می‌باشد هم اگر کویل‌ها کوچکتر باشد ظرفیت استفاده از آمونیاک ۲ الی ۳ برابر افزایش می‌یابد. در حالی که در فریون‌ها سایز کویل‌ها به مراتب بزرگتر است و به دلیل خواص سطحی فریون‌ها این ابعاد برای انتقال حرارت بهینه در مبدل‌ها ضروری می‌باشد.
جمع بندی
کویل آمونیاکی و کویل فریونی دو کویل پراستفاده در مبدل‌های گرمایی سیستم‌های تهویه و تبرید می‌باشند. اواپراتورها و کندانسورهای آمونیاکی و فریونی تفاوت‌های عمده‌ای با هم دارند و دلیل این تفاوت‌ها نیز ماهیت مبردها و شرایط فیزیکی و ترمودینامیکی آن‌هاست. عمده‌ی تفاوت کویل‌های آمونیاکی و فریونی نیز در ابعاد و جنس مورداستفاده می‌باشد. با در نظر گرفتن این تفاوت‌ها می‌توانید به راحتی اواپراتور و کندانسورهای مختلف را برای استفاده‌ها و کاربردهای مختلف آن انتخاب کنید تا سیستم تهویه و تبرید شما بیشترین بازده را داشته باشد.
منابع:
https://agilityrefrigeration.weebly.com/information/comparison-between-refrigerants-ammonia-vs-freon#
http://www.barprostorage.co.za/tag/ammonia-vs-freon/
https://en.wikipedia.org/wiki/Coil_(chemistry)
