کویل حرارتی و برودتی چیست؟

این کویل حرارتی و برودتی، یک نوع مبدل حرارتی یا هیت اکسچنجر است که وظیفه تبادل انرژی حرارتی بین دو سیال اولیه و ثانویه را بر عهده دارد. در کویل های حرارتی و برودتی (کویل صنعتی)، معمولا سیال بیرون لوله ها، هوا می باشد و سیال داخل لوله می تواند آب چیلد ، آبسرد، آبگرم، روغن داغ، مبرد یا Refrigerant و یا سیالات شیمیایی باشد.

در علوم حرارتی، این نوع از مبدل های حرارتی به نام مبدل های حرارتی فشرده شناخته می شوند. علت این امر، قابلیت انتقال حجم بالایی از انرژی در حجم کم می باشد. افزایش چگالی انتقال حرارت در حجم کم، توسط فین آلومینیومی یا مسی میسر شده است. با جذب انرژی در درون خود، سطح تبادل بین سیال داخل لوله ها و خارج لوله را بیشتر می نماید و لذا انتقال حرارت و تبادل حرارت فیمابین سیال داخل لوله و هوای روی کویل را افزایش می دهد.

کویل های حرارتی و برودتی که با نام کویل صنعتی فین پلیت تیوب در کشور شناخته می شوند، دارای دسته بندی های گوناگونی هستند. دسته بندی ها شامل شکل موج فین، جنس و تعداد فین، سایز و جنس لوله، هدر یا کلکتور بندی و در نهایت کاربری کویل می باشد. شناخت انواع دسته بندی های کویل های فین پلیت تیوب، کمک شایانی در طراحی و انتخاب کویل صنعتی مورد نیاز می نماید.

عموما در کویل حرارتی و برودتی، از تیوپ شیت گالوانیزه استفاده میشود. این تیوپ شیت ها برحسب قطر لوله کویل و چیدمان آنها، توسط ماشین آلات خدمات ورقکاری مانند برش لیزر CNC و پانچ CNC طراحی و تولید میشود و توسط خدمات خمکاری CNC، به صورت ناودانی های مورد نیاز تیوپ شیت در می آید

شکل موج فین Fin

فین برای افزایش انتقال حرارت بر روی لوله های کویل نصب می شود. براساس معادلات انتقال حرارت، می توان نشان داد که افزایش توربولانسی یا اغتشاش جریان هوا بر روی فین کویل حرارتی و برودتی، می تواند نرخ انتقال حرارت را افزایش دهد. برای افزایش توبولانسی جریان هوا بر روی کویل صنعتی، از فین های موجدار استفاده می شود. این موج ها دارای انواع گوناگونی هستند که در کشور ایران، بیشتر از انواع سینوسی و جناغی استفاده می شود. گاها می توان با ایجاد برجستگی هایی به نام لوور بر روی فین، میزان رینولدز جریان و اغتشاش هوا بر روی فین را افزایش داد و راندمان انتقال حرارت بر بروی کویل را افزایش داد.

جنس و تعداد فین Fin

جنس فین عمدتا از الومینیوم و در بعضی موارد از مس می باشد. معمولا در محیطهایی که خوردگی فیزیکی و شیمیایی وجود دارد، از فین های آلومینیومی روکش دار و یا فین مسی استفاده می شود. با توجه به اینکه چگالی مس حدودا سه برابر آلومینیوم است، لذا وزن فین مسی در کویل، بسیار سنگین است و لذا علاوه بر هزینه بسیار بالای کویل مسی، ساختار نصب کویل با فین مسی بایستی به دقت طراحی و تولید شود تا بتواند وزن بسیار سنگین کویل صنعتی با فین مسی را تحمل نماید.

از منظر تعداد فین، فین های کویل به طور معمول، از تعداد 6 عدد در یک اینچ تا 14 عدد در یک اینچ تولید می شوند. هر چقدر هوای عبوری از روی کویل صنعتی دارای غبارات بیشتری باشد، بایستی از تعداد فین های کمتر در یک اینچ در طراحی بهره جست تا خطرات بسته شدن منافذ بین فین های کویل کمتر پیش آید. همچنین در محیط های سردخانه ای که خطرات یخ زدگی رطوبت بر روی فین های کویل وجود دارد، فواصل بیشتر بین فین در طراحی ارجح می باشد.

نکته اساسی در طراحی کویل اینست که هر چقدر فواصل فین ها نسبت به یکدیگر کمتر باشد، ضریب کنار گذر هوا کمتر است و لذا راندمان انتقال حرارت کویل بالاتر می باشد. همچنین دمای هوای خروجی، نزدیکتر به دمای سیال داخل لوله کویل است. الیمامبدل به عنوان کویل ساز و سازنده کویل، در زمان طراحی کویل، فین در اینچ را به گونه ای در نظر می گیرد که کمترین ضریب کنار گذر و بهینه ترین حد افت فشار هوا بدست آید.

سایز لوله و نوع لوله

به صورت عام، لوله های کویل های برودتی و حرارتی در سایزهای  5/16 اینچ، 3/8 اینچ، ½ اینچ، 8/5 اینچ تولید می شوند. در کشور، به صورت معمول لوله با سایزهای 8/3 اینچ و 8/5 اینچ بسیار پرکاربرد است و کویل های با لوله سایز 16/5 اینچ در کولرهای گازی وارداتی و چیلرهای با تناژ پایین دیده می شود. هر چقدر قطر لوله کمتر می شود، افت فشار سیال داخل لوله بیشتر می شود، اما انتقال حرارت سیال داخل لوله افزایش می یابد و بعکس.

جنس لوله کویل ها معمولا مسی و در کابردهایی خاص مانند یخچال های ویترینی، از نوع آلومینیومی انتخاب می شود. ضریب انتقال حرارت مس از ضریب انتقال حرارت آلومینیوم بالاتر است، اما وزن آلومینیوم از وزن مس کمتر است.

هدر یا کلکتور بندی

برای جمع آوری و یا پخش سیال در داخل لوله های کویل، از هدر یا کلکتور استفاده می شود. برحسب نیاز انواع گوناگونی از کلکتور برای کویل قابل طراحی و تولید است. کلکتورهای کویل به صورت عمده از جنس مس و در کاربردهایی از جنس نیکل-مس  و یا لوله آهنی بدون درز می باشد.

گاها در مبدل های که سیال داخل لوله آبگرم و یا آبسرد است، برای هواگیری از لوله های داخلی کویل از شیر هواگیری بر روی کلکتور کویل استفاده می شود. همچنین یک بوشن تخلیه در پایینترین نقطه هدر برای تخلیه آب پیش بینی می شود.

در کویل های DX که مبرد در داخل لوله های کویل جریان دارد، از پخش کن یا ونتوری توزیع در مسیر ورود مبرد به لوله های کویل استفاده می شود. این تجهیز برای اطمینان از توزیع یکنواخت مبرد در داخل کویل، استفاده می شود و در تمامی کویل های گازی الزاما مورد استفاده قرار می گیرد.

کاربری کویل

کویل دارای کاربری های گوناگونی است. در اینجا به صورت خلاصه این کاربری ها شرح داده می شود:

کویل آبی سرمایی یا کویل آب چیلد: این کویل به صورت عمده در هواساز و فن کویل برای تامین هوای خنک و مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد.

کویل آبی گرمایی یا کویل آبگرم: این کویل به صورت عمده در هواساز، یونیت هیتر و داکت اسپیلیت برای تامین هوای گرم به کار می رود.

کویل کندانسور: این کویل برای کندانسور چیلر تراکمی هواخنک، کندانسور داکت اسپیلیت، کندانسور پکیج یونیت و کندانسور پکیج مخابراتی و کویل کندانسور هوایی مورد استفاده قرار می گیرد.

کویل اواپراتور: این کویل به نام کویل DX و یا کویل انبساط مستقیم و یا کویل اواپراتور نیز شناخته می شود. کویل اواپراتور برای اواپراتور پکیج یونیت، اواپراتور یونیت سردخانه و کویل واحد داخلی داکت اسپیلیت مورد استفاده قرار می گیرد.

کویل بخار: این کویل برای کابردهای بخار طراحی و تولید می شود. در داخل کویل بخار با فشار حداقل 2 بار مورد نیاز است. ضخامت لوله های کویل بخار و جنس سیم جوش مورد استفاده در کویل بخار، با سایر کابردهای کویل متفاوت است. این کویل بیشتر در هواسازهای بخار برای تامین گرمایش و یا در کانال ها به عنوان کویل بازگرمایش استفاده می شود.

تهیه و تنظیم: محمود حسین زارع

کارشناس ارشد تبدیل انرژی، دانشکده فنی دانشگاه تهران