تلعب المكثفات دورًا حاسمًا في أنظمة التبريد وتكييف الهواء. فهي تعمل كمبادل حراري، بمعنى في أنظمة التبريد وتكييف الهواء، يقوم الضاغط بضغط بخار مركب التبريد، مما يؤدي إلى رفع درجة حرارته . ثم يدخل هذا البخار ذو الضغط العالي ودرجة الحرارة المرتفعة إلى المكثف الذي يعمل علي تبريده.
والمكثفات المستخدمة في دوائر التبريد وتكييف الهواء تصنف تبعاً تبعا لوسيط التكثيف إلى المكثفات المبردة بالهواء ومكثفات مبردة بالماء والمكثفات التبخيرية. وفي هذا المقال سنتعرف على المكثفات المبردة بالهواءAir Cooled Condensers .
المكثفات المبردة بالهواء Air Cooled Condensers
تعتبر المكثفات المبردة بالهواء مكونًا مهمًا في أنظمة التبريد وتكييف الهواء. وهي مسؤولة عن نقل الحرارة من غاز التبريد إلى الهواء المحيط، مما يسهل تحويل الغاز مرة أخرى إلى الحالة السائلة.
إحدى المزايا الرئيسية للمكثفات المبردة بالهواء هي بساطتها وموثوقيتها. وعلى عكس المكثفات المبردة بالماء، فإنها لا تتطلب مصدرًا منفصلاً للمياه أو سباكة إضافية، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات. ويتم استخدامها بشكل شائع في أنظمة التبريد وتكييف الهواء السكنية والتجارية والصناعية، بما في ذلك وحدات تكييف الهواء المنفصلة، ووحدات الأسطح، ومقصورات التبريد، وأنظمة التبريد لمحلات السوبر ماركت ومصانع تجهيز الأغذية.
يستخدم الهواء في هذا النوع من المكثفات كوسيط تكثيف، إذ يمرر الهواء على السطح الخارجي للمكثف الذي يمر بداخله مركب التبريد (سائل التثليج) ذو درجة الحرارة العالية.
المكثفات المبردة بالهواء تكون عادة ذات زعانف Fins تعمل على زيادة المساحة السطحية لانتقال الحرارة من جهة الهواء، وتصنع الزعانف من مواد ذات معامل انتقال حرارة عالي مثل الألمنيوم والنحاس، والتي تم تصميمها لزيادة مساحة السطح المتاحة لنقل الحرارة حيث يؤخذ بعين الاعتبار عند تصميم الزعانف سلاسة انسياب الهواء على المكثف.
ويمرر الهواء على المكثف بطريقتين هما الحمل الطبيعي والحمل الحثي (القسري أو الجبري) وعلى ضوئها تقسم هذه المكثفات إلى:
مكثفات الحمل الطبيعي (الحر)
 |
| مكثف حمل طبيعي |
تُستخدم مكثفات الحمل الحراري الطبيعي بشكل شائع في أنظمة التبريد وتكييف الهواء لنقل الحرارة من غاز التبريد إلى الهواء المحيط. تعتمد هذه المكثفات على عملية الحمل الحراري الطبيعية، حيث تنتقل الحرارة بسبب اختلاف الكثافة بين غاز التبريد الساخن والهواء البارد. في مكثف الحمل الحراري الطبيعي، يتم ضغط غاز التبريد ويدخل إلى ملف المكثف، والذي عادة ما يكون مصنوعًا من النحاس أو الألومنيوم. يطلق غاز التبريد الساخن الحرارة إلى الملف، مما يؤدي إلى تبريده وتكثيفه إلى سائل.
في مكثف الحمل الحراري الطبيعي، يتم ضغط غاز التبريد ويدخل إلى ملف المكثف، والذي عادة ما يكون مصنوعًا من النحاس أو الألومنيوم. يطلق غاز التبريد الساخن الحرارة إلى الملف، مما يؤدي إلى تبريده وتكثيفه إلى سائل. عندما يتدفق سائل التبريد المكثف عبر الملف، فإنه يستمر في إطلاق الحرارة إلى الهواء المحيط. يصبح الهواء البارد الموجود بالقرب من ملف المكثف أكثر كثافة ويغوص، مما يخلق تيارًا حراريًا طبيعيًا. يؤدي هذا التيار إلى ارتفاع الهواء الدافئ فوقه وتلامسه مع ملف المكثف، مما يسهل المزيد من نقل الحرارة.
الميزة الرئيسية لمكثفات الحمل الحراري الطبيعي هي بساطتها وكفاءتها في استخدام الطاقة. أنها لا تتطلب استخدام مراوح أو مضخات خارجية، مما يقلل من استهلاك الطاقة لنظام التبريد أو تكييف الهواء.
بالإضافة إلى ذلك، فإن غياب الأجزاء المتحركة يجعلها أقل عرضة للأعطال الميكانيكية. ومع ذلك، فإن مكثفات الحمل الحراري الطبيعية لديها معدلات نقل حرارة أقل مقارنة بمكثفات الحمل الحراري القسري، والتي تستخدم المراوح أو المنافيخ لتعزيز نقل الحرارة.
ولذلك، تُستخدم هذه المكثفات عادةً في الأنظمة الأصغر حجمًا ومنخفضة السعة حيث يكون الحمل الحراري منخفضًا نسبيًا ، حيث تستخدم في أجهزة التثليج الصغيرة (الأجهزة المنزلية كالثلاجة والمجمدة)، لان سعتها التبريدية محدودة. حيث إن كمية الهواء المار عبر المكثف ستكون قليلة لمروره بشكل طبيعي دون استخدام مراوح لتحريكه، مما يتطلب أن تكون مساحة سطح المكثف كبيرة.
مكثفات الحمل القسري Force Convection Condensers
 |
| مكثف حمل جبري |
تُستخدم مكثفات الحمل القسري بشكل شائع في أنظمة التبريد وتكييف الهواء لتسهيل نقل الحرارة وتحسين كفاءة النظام حيث يستخدم في هذا النوع من المكثفات مراوح لتحريك الهواء عبر المكثف، كما هو موضح في الشكل السابق. ويستخدم هذا النوع من المكثفات في المكيفات الجدارية (الشباكية) ،وبرادات الماء، وبعض الثلاجات والمجمدات.
كما أن مكثفات الحمل القسري تقسم أيضا إلى نوعين، الأول يكون مجمعا مع الضاغط في وحدة واحدة تدعى وحدة تكثيف Condensing Unit، والنوع الثاني يكون المكثف معزولا عن وحدة التثليج.
 |
| وحدات التكثيف |
عندما يجمع المكثف والضاغط في وحدة تكثيف واحدة نحصل على منظومة تثليج ذات أجزاء مجمع صغيرة الحجم نسبيا، كما في الشكل السابق ، ويمكن استخدامها في بعض التطبيقات المنزلية والتجارية. أما المكثفات المعزولة عن وحدة التثليج فتركب على السطوح أو الجدران الخارجية.
إن المكثفات المبردة بالهواء تمتاز ببعض الخصائص منها
- تحسين نقل الحرارة: تستخدم مكثفات الحمل الحراري القسري مروحة أو منفاخًا لزيادة تدفق الهواء فوق ملف المكثف، مما يعزز نقل الحرارة بين مادة التبريد والهواء المحيط. يؤدي نقل الحرارة المتزايد هذا إلى عملية تكثيف أكثر كفاءة.
- قدرة التبريد المحسنة: إن تدفق الهواء المتزايد الذي توفره مكثفات الحمل الحراري القسري يمكّن نظام التبريد أو تكييف الهواء من إزالة الحرارة بشكل أكثر فعالية. يؤدي ذلك إلى تحسين قدرة التبريد ويسمح للنظام بالحفاظ على درجات حرارة منخفضة.
- تصميم مدمج: عادة ما يتم تصميم مكثفات الحمل الحراري القسري لتكون أكثر إحكاما من نظيراتها بالحمل الحراري الطبيعي. وذلك لأن تدفق الهواء القسري يسمح بمعدلات نقل حرارة أعلى، مما يقلل الحجم المطلوب لملف المكثف.
- إمكانية التركيب : يمكن تركيب مكثفات الحمل الحراري القسري في مواقع مختلفة داخل نظام التبريد أو تكييف الهواء. يمكن وضعها في الداخل أو الخارج، حسب المتطلبات المحددة للتطبيق.
- في حين أن مكثفات الحمل الحراري القسري توفر نقلًا محسنًا للحرارة، فإنها تولد أيضًا ضوضاء إضافية بسبب تشغيل المروحة أو المنفاخ. قد يلزم تنفيذ تدابير كافية لعزل الضوضاء وتخميد الاهتزازات للحفاظ على مستويات ضوضاء مقبولة في البيئة المحيطة.
- تستخدم معها مراوح لدفع كمية كبيرة من الهواء إذ إن المكثف يحتاج بحدود 500 لتر بالثانية لكل طن تثليج.