چیلر چیست؟

تحولات به وقوع پیوسته در صنعت وشیوه های جدید استفاده از منابع نیرو همچنین رشد اقتصادی روز افزون ، موجب خواهد شد که در طی ۲۰ سال آینده تحولاتی اساسی در زمینه صنعت تبرید در سراسر دنیا رخ دهد. سازمان انرژی ایالات متحده پیش بینی کرده است در آمریکا بیش از ۳۰۰ گیگا وات ظرفیت تولید انرژی برای تامین تقاضای روز افزون انرژی الکتریکی و همچنین جبران انرژی مربوط به نیروگاه هایی که از رده خارج می شوند، مورد نیاز است .

در ماه مارس سال۱۹۹۹ این سازمان و صنایع مرتبط مفهوم گرمایش ، سرمایش و تامین نیرو برای ساختمان ها را مطرح کردند که آغازی برای توسعه تکنولوژی سیستمهای تهویه مطبوع یکپارچه ، گرمایش با آب گرم خانگی و تامین انرژی الکتریکی بود.
سرمایش جذبی یکی از فناوری های کلیدی در زمینه سرمایش ، گرمایش و تامین نیرو برای ساختمان ها می باشد چرا که این سیستم امکانات قابل توجهی را برای تبدیل گرمای هدر رفته به سرمایش در اختیار میگذارد .

سرمایشی که از این طریق بدست می آید را می توان به منظور نگهداری و ارتقای کارایی توربین های گازی و ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد. در ساختمانهای تجاری و موسسات مختلف که در آنها از سیستم چیلرهای جذبی استفاده می شود، طرح سرمایش، گرمایش و تامین نیرو برای ساختمانها هر محصول مفاهیم زیر استوار است :

توسعه چیلرهای شعله مستقیم : تاسیسات حرارتی پیشرفته که نسبت به سیستمهای شعله مستقیم جدید با تکنولوژی جذبی دو اثره برتری دارند .
توسعه تکنولوژی لیتیوم بروماید / آب: مانند نسل طراحی جدید این سیستم ، سیستمهای یک اثره جذبی ( بازیافت حرارت) ، میکروتوربین ها و سیستم های جذبی هم سوز، و چیلرهای هوا خنک لیتیوم بروماید / آب ارزیابی: منافع بالقوه حاصل از موتورهای درون سوز، توربین های گازی ، میکروتوربینها وسلولهای سوختنی . شناسایی : مراکز فعلی تولید نیرو که میتوانند از یکپارچه سازی توسط چیلرهای جذبی ( مانند استفاده از سرمایش برای ورودی توربین های گازی ) منتفع گردند.

چیلر در لغت به معنی آب سرد کن می ­باشد که با چیلر دمای یک سیال خنک شونده که عمدتا آب است را به مقدار مورد نظر پایین می­ آورد.آب سرد شده در مصارف صنعتی و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می­ گیرد.

چیلرها در صنایع جهت خنک کاری ماشین آلات، مواد و محصولات و در تهویه مطبوع جهت خنک کردن هوای عبوری از فن کویل و یا هواساز می­ باشد. چیلرها به دو دسته چیلر تراکمی و جذبی تقسیم میشوند.

چیلرهای صنعتی در کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار می گیرند که در آن از آب سرد یا مایع در تجهیزات فرآوری شده استفاده می شود.

معمولاً برای خنک کردن محصولات و ماشین آلات ، از چیلرهای آب در بسیاری از کاربردهای مختلف از جمله قالب تزریق ، ابزار و برش قالب ، مواد غذایی و آشامیدنی ، مواد شیمیایی ، لیزر ، ابزار ، نیمه هادیها و موارد دیگر استفاده می شود.

عملکرد یک چیلر صنعتی انتقال گرما از یک مکان (معمولاً تجهیزات یا محصول پردازش) به مکان دیگری (معمولاً هوای خارج از تأسیسات تولید) است. استفاده از آب یا محلول آب / گلیکول برای انتقال گرما به داخل و از چیلر که ممکن است نیاز به چیلر فرآیند برای داشتن مخزن و سیستم پمپاژ داشته باشد بسیار رایج است. صرف نظر از صنعت و فرآیند ، اطمینان از خنک شدن کافی برای بهره‌وری و صرفه جویی در هزینه بسیار مهم است.

چیلر چگونه کار می کند؟

در اکثر برنامه های خنک کننده فرایند ، یک سیستم پمپاژ آب خنک یا محلول آب / گلیکول را از چیلر به داخل فرآیند می کند. این مایع خنک گرما را از فرایند خارج کرده و مایع گرم به چیلر باز می گردد. آب فرآیند وسیله ای است که با استفاده از آن گرما از فرآیند به چیلر منتقل می شود.

چیلرهای فرآیند حاوی یک ترکیب شیمیایی هستند ، به نام مبرد. مبرد و کاربردهای مختلفی بسته به دمای مورد نیاز وجود دارد اما همه آنها بر روی اصل اساسی فشرده سازی و تغییر فاز مبرد از یک مایع به یک گاز و به مایع کار می کنند. این فرآیند گرم کردن و خنک کننده مبرد و تغییر آن از یک گاز به مایع و مجدداً چرخه تبرید است.

چرخه تبرید با مخلوط مایع و گاز کم فشار وارد تبخیر کننده آغاز می شود. در تبخیر کننده ، گرما از محلول آب یا محلول آب / گلیکول مبرد را جوش می دهد ، که آن را از یک مایع کم فشار به یک گاز کم فشار تبدیل می کند. گاز کم فشار وارد کمپرسور می شود و در آنجا فشرده می شود تا گاز پر فشار وارد شود. گاز پر فشار وارد کندانسور می شود که در آن هوای محیط یا آب کندانسور گرما را از بین می برد تا آن را به یک مایع با فشار زیاد خنک کند. مایع با فشار بالا به شیر انبساط می رود ، که کنترل می کند چه مقدار مبرد مایع وارد اواپراتور می شود ، در نتیجه دوباره چرخه تبرید را آغاز می کند.

دو نوع کندانسور وجود دارد که در چیلرها مورد استفاده قرار می گیرند. هوا خنک و آب خنک. کندانسور خنک کننده هوا از هوای محیط برای خنک کردن و چگالش مبرد گرم مبرد به یک مایع استفاده می کند. می تواند در داخل چیلر قرار داشته باشد و یا از راه دور در خارج واقع شود ، اما در نهایت گرما را از چیلر به هوا رد می کند. در یک خازن با آب خنک ، آب یک برج خنک کننده سرد شده و مبرد را خنک می کند.

چیلر تراکمی چیست

چیلر تراکمی مصرف انرژی جهت ایجاد برودت به صورت الکتریکی می­باشد، که در با توجه به کار کمپرسور این انرژی را مصرف می­کند. در چیلر تراکمی همانند تمام سیکل تبرید دارای ۴ قطعه اصلی کمپرسور کندانسور شیر انبساط و اواپراتور می­باشد و مبرد که شریان حرکت سیکل تبرد می­باشد.

 سیکل تبرید تراکمی

در سیکل تبرید ابتدا  کمپرسور گاز مبرد در سیکل حرکت داده و فشار گاز را افزایش داده لذا گاز مبرد در کندانسور در دمایی که در دسترس است شروع به تقطیر و به مایع تبدیل می­شود. و این مایع فشار بالا به شیر انبساط می­رسد. شیر انبساط افت فشار شدید در مسیر مایع ایجاد کرده و لذا در اثر این کاهش فشار باعث کاهش دما نیز می­شود در اثر این کاهش فشار مقداری از مبرد تبخیر شده و مخلوط گاز و مایع مبرد وارد اواپراتور می­ شود و در اواپراتور سیال خنک شونده که معمولا آب است با انتقال گرمای خود به مبرد مایع، باعث تبخیر مایع مبرد در فشار ثابت می­گردد. آب چیلر نیز چون گرمای زیادی از دست داده است جهت تهویه کویل های فن کویل و هواسازها به چرخش در می ­آید. و مبرد تبخیر شده دوباره وارد کمپرسور شده و سیکل تبرید چیلر را طی می­کند.

در سیکل چیلر تراکمی مبرد با گرفتن گرما از اواپراتور و متراکم و افزایش فشار توسط کمپرسور انجام می گردد. حال مبرد فوق داغ با ورود به کندانسور در دمای که در دسترس هست شروع به تقطیر در فشار در دمای اشباع آن دما می­کند، در انتها با رسیدن مبرد به شیر انبساط و افت فشار توسط آن باعث ایجاد امکان تبخیر می گردد.

اما در سیکل چیلر جذبی دارای دو تفاوت عمده می­باشد که ابزوربر، پمپ و ژنراتور به جای کمپرسور جایگزین شده همچنین در سیکل چیلر جذبی دارای مبرد ثانویه دیگر نیز می­باشد به نام ابزوربر می­ باشد.

در چیلر تراکمی اساس ایجاد تبرید، تبخیر در اواپراتور می­باشد. در چیلر متناسب با دمای مورد نیاز که معمولا ۲ درجه سانتی گراد می­باشد، تبخیر مبرد انجام می­گردد و فشار ساکشن چیلر براساس این دما نوع مبرد تعیین می گردد. به عنوان مثال در چیلری که مبرد R-22 کار می­کند فشار متناظر با تبخیر چیلر حدود ۶۵-۷۰ Psi می­باشد.

اصول کار چیلرهای تراکمی

اصول کار چیلر تراکمی بدین شکل می باشد که سیال مبرد وارد لوله ها یا به اصطلاح تبخیر کننده که در داخل اتاق یا محلی که می خواهیم سرد کنیم می شود گرما از هوای اتاق به سیال مبرد داده می شود و سیال در نتیجه گرفتن گرما تبخیر می شود و در عوض درجه حرارت اتاق پایین می آید .

• دمای آب رفت برج خنک کن بایستی ۲۸ درجه سانتیگراد باشد .
• دمای آب برگشت برج خنک کن بایستی ۵ درجه سانتیگراد با رفت اختلاف داشته باشد .
• فشار گاز فریون در مکش چیلر تراکمی بایستی ۴۵ تا ۷۵ پیاسآی ورانش ۲۰۰ تا ۲۶۰ پیاسآی باشد با کندانسور آبی.
• هنگامی که میخواهیم گاز تزریق کنیم بایستی شیر سرویس آن را ببندیم .
• در حالت کارکرد چیلر تمامی شیرهای آن بایستی باز باشد. مکش – رانش – مایع .
• برای روشن کردن چیلر ابتدا فن برج سپس پمپ فن کوئل و بعد از آن پمپ برج را روشن می کنیم .
• برای وکیوم کردن چیلر بایستی چیلر خاموش باشد .
• برای روغن زدن هم بایستس دستگاه خاموش باشد.
• فشار روغن حداقل PSi 20 بیشتر از درجه فشار مکش باشد .
• سطح شیشه نشان دهنده مایع مبرد باید صاف و بدون حالت کف زدگی باشد .
• روغن داخل کمپرسور حدود ۱/۲ سطح شیشه روغن نما باشد و اگر از ۱/۴سطح شیشه کمتر باشد روغن لازم را تامین کنید .
• مقدار اسید برای هر ظرفیت چیلر معادل ۱/۵ کیلوگرم پیشنهاد می شود .
• از گیج قرمز برای فشار زیاد و تست ازت استفاده می شود .
• از گیج آبی (یا سبز) برای فشار کم و وکیوم کردن دستگاه چیلر استفاده میشود .
• در کنار دریا فشار وکیوم بایستس ۱٫۲۹ اینچ جیوه باشد و در تهران ۲۷ اینچ جیوه .

انواع چیلر تراکمی

• چیلر تراکمی رفت و برگشتی (پیستونی)
• چیلر تراکمی اسکرو (تیغه مارپیچ)
• چیلرهای تراکمی اسکرال Scroll (غلطکی)
• سانتریفیوژ (گریز از مرکز)
• کنترل کننده‌های فشار در چیلر تراکمی
• کنترل فشار بالا و پایین (لو اند های پرشر سوئیچ)

اجزای چیلر تراکمی

سیستم های برودتی دارای اجزا زیر و درشت بسیار می باشند که در ادامه به معرفی اجزای اصلی آن و بررسی انواع آن پرداخته می شود.

کمپرسور COPERESSOR

کمپرسور چیلر قلب اصلی و اولین جزو از اجزای چیلر تراکمی می­ باشد که وظیفه گردش مبرد در سیکل برعهده آن می ­باشد. کمپرسور  را برحسب نیاز در اندازه­ های مختلفی می­سازند. حجم گازی که در کمپرسور چیلر باید متراکم شود بستگی به میزان جابه­ جایی کمپرسور توان موتور الکتریکی کمپرسور تعیین وابعاد آن مشخص می گردد. وظیفه کمپرسور ایجاد جریان مبرد، اختلاف فشار بین قسمت فشار بالا و فشار پایین را ایجاد می­کند. که در اثر همین اختلاف فشار بین سمت فشار قوی و فشار ضعیف باعث ورود مایع از طریق اکسنشن به اواپراتور چیلر می­ باشد.

کمپرسور چیلر از نظر ساختار به چهار دسته زیر تقسیم می­شوند.

• رفت برگشتی Reciprocating
• کمپرسور چرخشی Screw
• کمپرسور دوار و گریزاز مرکز centrifugal
• اسکرال scroll

چیلر جذبی چیست

در تهویه وتبرید چیلرها به دو دسته چیلر تراکمی و چیلر جذبی تقسیم می­شوند. چیلرهای  تراکمی که با مصرف انرژی به صورت الکتیریسته کار می­کنند شامل چهار قسمت ­کمپرسور کندانسور شیر انبساط و اواپراتور می­باشد، که با گردش مبرد در بین این ۴ جز برودت ایجاد می­ شود.

چیلر جذبی به منظور استفاده از انرژی های تجدیدپذیر (همچون انرژی خورشید و یا زمین گرمایی) و یا انرژی تلف شده در نیروگاه­ ها در پروژه­ های CCHP (تولید همزمان گرما، سرما و برق) طراحی و ساخته شد. علیرغم راندمان پایین این دستگاه­ ها نسبت به سایر دستگاه­ های سرمایشی، قیمت پایین سوخت­ های فسیلی در کشورهای صاحب نفت و همچنین عدم اطلاع از کاربرد اصلی این دستگاه­ ها، سبب شد که چیلرهای جذبی در این کشورها به صورت گسترده مورد استفاده قرار گیرند.

این مقاله به معرفی و بررسی عملکرد انواع چیلرهای جذبی می­ پردازد. امید است که مهندسان و مشاوران جوان کشور با انجام تحقیقات کامل در زمینه انتخاب دستگاه­ های سرمایشی، مصرف انرژی و آلودگی­ های زیست محیطی ناشی از آن را کاهش داده تا آسمان و زمینی پاک را به نسل آینده تحویل دهند.

طرز کار چیلر جذبی و اجزاء مهم تشکیل دهنده آن

چیلر جذبی دستگاهی است که از حرارت ورودی (آب گرم یا بخار آب) در تولید آب سرد استفاده می­ کند. کارکرد چیلر جذبی  مانند کلیه دستگاه های سرمایشی دیگر بر اساس اصل کلی تبخیر مبرد استوار است. طبق تعریف، گرمای نهان تبخیر به میزان انرژی اطلاق می شود که فقط سبب تغییر فاز سیال از مایع به گاز می­ گردد و در افزایش و یا کاهش دمای آن تاثیری ندارد. در چیلر چذبی نیز مبرد در حالت مایع با جذب گرمای محیط در درجه حرارت ثابت تبدیل به بخار شده و ایجاد برودت می نماید. با توجه به کاهش فشار داخل چیلرهای جذبی به هفت میلیمتر جیوه، آب حدوداً در دمای ۷ درجه سانتی گراد به جوش می آید و با جذب گرمای نهان به بخار تبدیل می گردد. چیلر جذبی از چهار قسمت اصلی اواپراتور، ابزربر، ژنراتور و کندانسور تشکیل شده است.

آب (که در واقع همان مایع مبرد می باشد) به کمک پمپ مبرد بر روی لوله ­های مبدل حرارتی سرد کننده ( اواپراتور) پاشیده شده و سپس تبخیر می­ گردد و در نتیجه این فرایند، عمل تبخیر در اواپراتور ایجاد برودت می­ نماید. بخار حاصله از این فرایند توسط لیتیوم بروماید در ابزربر جذب شده و محلول رقیق لیتیوم بروماید را بوجود می ­آورد. سپس این محلول رقیق شده توسط پمپ محلول و بواسطه مبدل به ژنراتور دما بالا انتقال می ­یابد. محلول لیتیوم بروماید در ژنراتور حرارت داده شده و تغلیظ می­ گردد. این حرارت می تواند بوسیله مشعل، آب داغ و یا بخار تولید شود. محلول پس از حرارت دهی به دو بخش بخار و مایع تقسیم می­ شود. بخار در چیلر دو اثره برای تغلیظ بیشتر به ژنراتور ثانویه منتقل می­ شود و  سپس مایع به جا مانده به علت وجود اختلاف فشار بین ژنراتور و ابزربر، تحت تأثیر نیروی ثقلی به ابزربر باز می­ گردد. از سوی دیگر، بخار حاصله از ژنراتور در کندانسور دستگاه توسط آب برج خنک کننده، تقطیر و مجدداً به اواپراتور باز می­ گردد و در نتیجه سیکل برودتی دستگاه به همین ترتیب تکرار می­ شود. همانطور که در جدول زیر مشخص شده­، چیلرهای  ابزرپشن با توجه به چرخه کاری آنها به دو دسته تک اثره و دو اثره تقسیم می شوند.

چیلر جذبی دستگاهی است که در خلاء کار می­ کند و یا  اصطلاحا فشار منفی است. این بدان معناست که در صورت بروز نشتی (Leak) و یا شکستن وکیوم دستگاه که توسط گاز ازت صورت می­ گیرد، مشکلات اساسی از قبیل عدم کارکرد صحیح دستگاه، کریستال شدن، اسیدی شدن محلول، خوردگی اجزاء داخلی و غیره پدیدار می­ گردد. به طور معمول می­ توان بیان نمود که درصد زیادی از مشکلات عدم کارکرد صحیح چیلر جذبی به دلیل حضور گازهای غیر قابل تقطیر در چیلر می ­باشد که می بایست بوسیله سیستم purge از چیلر خارج گردند. این گازهای مضر به دو طریق در چیلر جذبی نمایان می شوند:

• به صورت بروز واکنش های شیمیایی و احتمال ایجاد خوردگی در داخل محفظه چیلر
• به علت ورود هوا به داخل چیلر به خاطر کوتاهی در بهره برداری دستگاه یا وجود نشتی در بخش های مختلف چیلر

یکی از عوامل مهم کاهش توان جذب لیتیوم بروماید در محفظه ابزربر، وجود این گازهای غیر قابل تقطیر در بخش جذب کننده رطوبت (ابزربر) است که باعث کاهش انتقال حرارت و افزایش فشار محفظه می شود. همچنین با افزایش فشار در قسمت کندانسور و کاهش قابلیت جذب، فرایند تقطیر مبرد مختل می­ گردد زیرا این گازها غیر قابل تقطیر می باشند. سیستم purge در طراحی های مختلف چیلر جذبی به دو صورت   اتوماتیک  و دستی تعبیه می گردد که این گازهای غیر قابل تقطیر را به سمت محفظه purge هدایت می­ کند. در چیلر جذبی میزان مصرف انرژی الکتریکی بسیار کم است. بصورتی که تنها مصرف کنندگان انرژی الکتریکی  پمپ ها هستند. پمپ هایی که جهت انتقال محلول لیتیوم بروماید و مبرد بر روی دستگاه نصب می شود از نوع گریز از مرکز hermetic (کاملاً بسته) بوده و پوسته پمپ و موتور بصورت یکپارچه می باشد. ساختار این پمپ ها به صورت خود روانکار  بوده و احتیاجی به خنک کاری و روغن کاری ندارد و خنک کاری آن به وسیله خود محلول در گردش صورت می گیرد.

سیکل چیلر جذبی

از انواع چیلر جذبی می توان به چیلر جذبی تک اثره و چیلر جذبی دو اثره اشاره کرد.

در چیلر جذبی مانند چیلرهای تراکمی دارای محفظه ابزوربر و اواپراتور جهت تبادل دما می ­باشد. چیلر جذبی نیز با عملیات تبخیر موجب ایجاد سرما و کاهش دمای آب کویل می­شود، آن را محفظه تبخیر کننده یا اواپراتور می­ نامیم و پمپ آن را نیز پمپ اواپراتور یا پمپ مبرد نامگذاری می­کنیم.

ابتدا با ورود مبرد که همان آب مقطر می­ باشد به محفظه اواپراتور در فشار خلا باعث تبخیر مبرد در دمای حدود  C°۵  تبخیر می­شود حال باید  با راه کاری مبرد بخار شده را از محفظه اواپراتور خالی کنیم، در چیلر جذبی از یک ماده جاذب رطوبت استفاده می­کنیم ماده ای که با جذب  رطوبت فشار محفظه را کاهش دهد. که معمولا نمک ها رطوبت گیر های مناسبی می­باشند که متخصصان این صنعت لیتیوم بروماید را توصیه کردند.

لیتیوم بروماید نمکی است که به صورت محلول با جذب آب مقطر از اواپراتور  رقیق می­گردد محلول رقیق شده که به وسیله پمپ ابزوربر به ژنراتور فرستاده می­شود. ژنراتور  مبدلی می­باشد که با انتقال انرژی حرارتی به مدار لیتیوم بروماید رقیق باعث جداسازی مبرد که همان آب مقطر می­باشد از محلول لیتیوم بروماید جدا شده و محلول غلیط شده وارد ابزوربر و مبرد وارد چرخه اواپراتور می­گردد.

بطور کلی چیلر دستگاهی است که حرارت را از مایع مبرد که معمولا آب می باشد طبق سیکل تبرید جذبی یا تراکم بخار می زداید.

انواع مختلف چیلر در مکان های خاصی کاربرد داشته و به عنوان وسیله سرمایشی یا گرمایشی مورد استفاده قرار می گیرند.

چیلر ها براساس فاکتورهای مختلفی دسته بندی می شوند.

انواع مختلف چیلر در مکان های مختلفی کاربرد دارند، برای مثال مینی چیلر ها در ساختمان های کوچک اداری، مسکونی و تجاری استفاده می شوند ولی چیلر در ساختمان های بزرگ نیز تعبیه می شود.

و اما در این بخش طرز کار انواع چیلر را مورد بررسی قرار می دهیم:

طرز کار چیلر جذبی

بطور کلی چیلر های جذبی یکی از انواع دستگاه های سرمایشی/گرمایشی است که منبع تامین انرژی در آن حرارت و ژنراتور می باشد.

هدف سیستم چیلر جذبی خنک سازی و انتقال مایع مبرد که اصولا آب می باشد به واحدهای مختلف ساختمان مثل هواساز یا فن کویل یا واحدهای صنعتی جهت خنک کاری می باشد.

عمل خنک سازی مایع مبرد در این نوع چیلر طی سیکل جذبی و توسط منابع گرمایی مثل بخار داغ یا شعله مستقیم گاز صورت می گیرد.

طرز کار چیلر های جذبی بطور کلی بدین صورت است که گاز های حاصل از تبخیر مایع مبرد توسط ماده جاذب که اصولا لیتیوم بروماید می باشد، طی سیکل جذبی در سیال اولیه یا تبخیر کننده جذب می گردد.

لازم به ذکر است ماده جاذب به عنوان سیال ثانویه شناخته می شود.

 بطور کلی چیلر های جذبی به لحاظ نوع ماده جاذب دارای ۲ نوع می باشند:

• سیکل لیتیوم بروماید – آب
•  سیکل آمونیاک – آب

بررسی نحوه عملکرد اجزای اصلی چیلر جذبی 

انواع چیلر جذبی

چیلر های جذبی دارای انواع مختلفی می باشند که بر اساس فاکتورهای متفاوت تقسیم بندی می شوند.

در این بخش از مقاله انواع چیلر های جذبی را بر اساس شاخص های مختلف معرفی می کنیم.

بطور کلی چیلر های جذبی به ۳ شکل طبقه بندی می شوند:

تقسیم بندی  چیلر جذبی بر اساس منبع حرارتی ژنراتور

•  چیلر های جذبی آب گرم
•  چیلر های جذبی آب داغ
•  چیلر های جذبی بخار
•  چیلر های جذبی شعله مستقیم

نکته:

چیلر های شعله مستقیم نسبت به سایرین بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

تقسیم بندی چیلر جذبی بر اساس ماده مبرد و جاذب

•  چیلر های جذبی لیتیم بروماید
•  چیلر های جذبی آمونیاک
•  چیلر های جذبی سیلیکاژلی

نکته:

در حال حاضر بجز چیلر های جذبی لیتیوم بروماید دیگر چیلرهای موجود در این طبقه کاربرد وسیعی ندارند.

تقسیم بندی چیلر جذبی بر اساس چرخه تغلیظ محلول جاذب

•  چیلر های جذبی  تک اثره لیتیوم بروماید
•  چیلر های جذبی دو اثره لیتیوم بروماید
•  چیلر های جذبی سه اثره لیتیوم بروماید
• چیلر های جذبی یک مرحله ای  آمونیاکی
• چیلر های جذبی چند مرحله ای آمونیاکی

برای درک بهتر کار این چیلرها به شرح یک مثال می پردازیم 

اگر دو ظرف داشته باشیم که در یکی آب و در دیگری محلول لیتیوم بروماید باشد و فرض کنیم که هوا به وسیلۀ پمپ خلاء (وکیوم) از این ظروف تخلیه شده باشد، ظرفی که آب در آن است تبخیر کننده (اواپراتور) و ظرفی که در آن لیتیوم بروماید است جاذب(ابزوربر) نام دارد و بدلیل وجود خلاء آب درون اواپراتور تبخیر شده و به وسیلۀ محلول لیتیوم بروماید جذب می شود. از طرفی در نتیجۀ تبخیر قسمتی از آب در اواپراتور، درجۀ حرارت آب باقی مانده کاهش می یابد. برای این که از سرمای حاصله در اواپراتور استفاده شود، یک کویل که در آن آب جریان دارد اضافه می کنیم .آب وارد کویل می شود و پس از خنک شدن از طرف دیگر خارج می شود. آب سرد شده برای خنک کردن ساختمان به کار می رود. 

 

ایجاد هرگونه تسهیلاتی برای تبخیر بیشتر سبب افزایش راندمان سیستم می شود . یکی از بهترین روش ها این است که به کمک یک پمپ ، مبرد داخل ظرف (آب) را با استفاده از نازل هایی که برای آن در نظر می گیریم بر روی کویل بپاشیم. این امر سبب پودری شدن آب و انبساط و تبخیر سریع تر آن می شود.پمپی که برای این منظور بکار می رود بنام پمپ مبرد(Refrigerant Pump )نامگذاری می شود. از طرفی برای اینکه در ظرف دیگر که حاوی محلول لیتیوم بروماید است نیز راندمان را بالا ببریم یک پمپ نیز برای این محفظه در نظر می گیریم و آنرا پمپ ابزوربر(Absorbent Pump )می نامیم .این پمپ محلول لیتیم بروماید را به صورت اسپری در ابزوربر می پاشد و در نتیجه قدرت جذب آن را بالا می برد.(در سیکل واقعی چیلر،پمپ محلول، وظیفه این پمپ را نیز انجام می دهد.) با اضافه کردن این دو پمپ، راندمان سیستم بالا می رود، اما دو اشکال اساسی باقی می ماند:یکی این که محلول لیتیوم بروماید مرتباً بخار آب را جذب می کند و رقیق می شود و درنتیجه قدرت جذب کنندگی خود را از دست می دهد.

برای رفع این مشکل، به سیستم ، یک ژنراتور و یک پمپ بنام پمپ محلول(Solution Pump )اضافه می کنیم و محلول لیتیوم بروماید به وسیلۀ این پمپ به ژنراتور می رود و به وسیلۀ بخار و یا آبگرم و یا شعله مستقیم مشعل به آن حرارت داده می شود و در اثر حرارت، آبی را که جذب کرده است، به صورت بخار از دست می دهد و محلول مجدداً غلیظ می شود و به ابزوربر بر می گردد.

مشکل دوم وجود بخاری است که در نتیجه تغلیظ لیتیوم بروماید ایجاد شده است و برای رفع این مشکل ، به سیستم یک کندانسور(تقطیر کننده) اضافه می کنیم تا بخار آبی که از ژنراتور خارج می شود به کندانسور برود و در آنجا در تماس با لوله های خروجی از برج خنک کن به مایع تبدیل شود و دوباره به اواپراتور برگردد و در نتیجه یک مدار بسته تشکیل می شود.حال برای تکمیل سیستم و بالا بردن راندمان کار، یک مبدل حرارتی بین ژنراتور و ابزوربر قرار می دهیم تا از یک طرف محلول رقیقی را که از ابزوربر به ژنراتور می رود، گرم کند و از طرف دیگر محلول غلیظی را که از ژنراتور به ابزوربر بر می گردد، خنک کند.

با توجه به این که هر چه درجۀ حرارت محلول لیتیوم بروماید پایین تر باشد، می تواند آب بیشتری جذب کند، بنابراین برای خارج کردن گرمای حاصل از انحلال در ابزوربر و بالا بردن قدرت جذب لیتم برماید، یک کویل در ابزوربر قرار می دهیم که داخل آن آب سرد ( از برج خنک کننده ) جریان یابد. 

تمامی آنچه تا کنون شرح داده شد، توضیح نحوه عملکرد سیستم جذبی تک اثره ( دارای یک ژنراتور) بود . اما نوع دیگری از چیلرهای جذبی وجود دارند که دارای راندمان بهتری نسبت به چیلرهای تک اثره هستند و به چیلرهای جذبی دو اثره( دارای دو ژنراتور)معروفند .

در چیلرهای جذبی تک اثره زمانی که بخار مبرد از واحد ژنراتور به سمت واحد کندانسور می رود ، تمام گرمای نهان تقطیر به آبی که در کندانسور جریان دارد منتقل می شود و سپس به سمت هوای محیط هدایت می شود .

 چیلرهای جذبی دو اثره دارای دو ژنراتور و دو مبدل حرارتی هستند و عملیات تغلیظ در آنها طی دو مرحله انجام می شود. در این نوع از چیلرها از گرمای نهان تقطیر نیز به عنوان منبع انرژی گرمایی جهت تغلیظ محلول رقیق استفاده می گردد.با بکارگیری این روش نرخ تبخیر افزایش یافته و بازده سیستم و ضریب کارایی آن نسبت به چیلرهای یک اثره افزایش قابل توجه ای پیدا می کند. 

چیلرها جذبی بصورت بسته می باشند و در فشار زیر اتمسفر خلاء نسبی کار می کنند که شامل دو قسمت فشار بالا ژنراتور و کندانسور و فشار پائین ابزوربر و اواپراتور می باشد.  در چیلر جذبی برای تولید برودت از گرما استفاده می گردکه براساس جذب حرارت و تبخیر مبرد و جذب بخار مبرد توسط ماده جاذب سیکل برودتی برقرار می شود.

استفاده در تهویه هوا

 چیلر مایع (مبتنی بر گلیکول) با یک کندانسور خنک کننده هوا در پشت بام یک ساختمان تجاری متوسط. در سیستم های تهویه مطبوع ، آب سرد به طور معمول در مبدل های حرارتی یا سیم پیچ ها در دستگاه های انتقال هوا یا انواع دیگر دستگاه های ترمینال که هوا را در فضای (های) مربوطه آنها خنک می کنند ، توزیع می شود. سپس آب در مجدد چیلر چرخانده می شود تا مجدداً گرم شود. این کویلهای خنک کننده گرمای معقول و گرمای نهان را از هوا به آب خنک شده منتقل می کنند ، بنابراین باعث خنک شدن و معمولاً جریان هوا می شوند. یک چیلر معمولی برای کاربردهای تهویه مطبوع بین ۱۵ تا ۲۰۰۰ تن رتبه بندی شده است ، و حداقل یک تولید کننده می تواند چیلرهایی را تولید کند تا حداکثر تا ۵۲۰۰ تن خنک کننده داشته باشد. ۷ درجه سانتیگراد) بسته به نیاز برنامه کاربردی است. [۲] هنگامی که چیلرهای سیستمهای تهویه مطبوع قابل استفاده نیستند و یا نیاز به تعمیر یا تعویض دارند ، ممکن است از چیلرهای اضطراری برای تأمین آب سرد استفاده شود. چیلرهای اجاره ای روی تریلر سوار شده اند تا بتوانند به سرعت در محل مستقر شوند. شیلنگهای بزرگ آب سرد برای اتصال بین چیلرهای اجاره ای و سیستم های تهوی

استفاده در صنعت

در کاربردهای صنعتی ، آب سرد یا مایع دیگر از چیلر از طریق تجهیزات فرآیندی یا آزمایشگاهی پمپ می شود. چیلرهای صنعتی برای خنک کننده کنترل شده محصولات ، مکانیسم ها و ماشین آلات کارخانه ای در طیف گسترده ای از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. آنها اغلب در صنایع پلاستیک ، قالب گیری تزریقی و ضربه ای ، روغنهای برش فلز ، تجهیزات جوشکاری ، ریخته گری و ماشین آلات ، فرآوری شیمیایی ، فرمولاسیون دارویی ، فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی ، کاغذ و سیمان ، سیستم های خلاء ، X- استفاده می شوند. پراش پرتوی ، منبع تغذیه و ایستگاه های تولید برق ، تجهیزات تحلیلی ، نیمه هادی ها ، هوای فشرده و خنک کننده گاز. همچنین از آنها برای خنک کردن وسایل تخصصی با گرما بالا مانند دستگاه های MRI و لیزر و در بیمارستان ها ، هتل ها و دانشگاه ها استفاده می شود.

چیلرها برای کاربردهای صنعتی می توانند متمرکز شوند ، جایی که یک چیلر تنها به چندین نیاز خنک کننده نیاز دارد ، یا در جایی که هر برنامه یا دستگاه دارای چیلر خاص خود است ، غیرمتمرکز است. هر رویکرد مزایای خود را دارد. همچنین می توان ترکیبی از چیلرهای متمرکز و غیر متمرکز را نیز در اختیار داشت ، به ویژه اگر شرایط خنک کننده برای برخی از برنامه ها یا نقاط استفاده یکسان باشد ، اما همه آنها نیست.

چیلرهای غیر متمرکز معمولاً از نظر اندازه و ظرفیت خنک کننده کوچک ، معمولاً از ۰٫۲ تا ۱۰ تن کوتاه (۱۷۱۷/۰ تا ۸٫۹۲۹ تن طولانی ؛ ۱۸۱/۰ تا ۹٫۰۷۲ تن) هستند. چیلرهای متمرکز معمولاً دارای ظرفیت هایی از ده تن تا صدها یا هزاران تن هستند.

آب خنک شده برای خنک کردن و کمبود هوا در تأسیسات تجاری ، صنعتی و نهادی (CII) با اندازه متوسط ​​استفاده می شود. چیلرهای آب می توانند با آب خنک شوند ، هوا را خنک کنند یا تبخیر شوند. چیلرهای با آب خنک شده از برج های خنک کننده استفاده می کنند که در مقایسه با چیلرهای هوا خنک شده ، اثر ترمودینامیکی چیلرها را بهبود می بخشد. این امر به دلیل دفع گرما در دمای لامپ مرطوب یا در نزدیکی دمای هوا و نه بیشتر از درجه حرارت بالاتر لامپ ، گاهی اوقات بسیار بالاتر است. چیلرهای خنک کننده تبخیر کارایی بالاتری نسبت به چیلرهای خنک کننده هوا دارند اما پایین تر از چیلرهای خنک کننده با آب هستند.

چیلرهای خنک کننده با آب معمولاً برای نصب و بهره برداری در داخل خانه در نظر گرفته شده اند و توسط یک حلقه آب کندانسور جداگانه خنک می شوند و به برج های خنک کننده در فضای باز متصل می شوند تا گرما را به جو بیرون بریزند.

چیلرهای خنک کننده با هوا و تبخیر کننده برای نصب و راه اندازی در فضای باز در نظر گرفته شده اند. دستگاههای خنک کننده هوا مستقیماً توسط هوای محیط که توسط مکانیکی مستقیماً از طریق سیم پیچ کندانسور دستگاه گردش می شوند خنک می شوند تا گرما را به جو بیرون بریزند. دستگاههای خنک کننده تبخیری مشابه هستند ، بجز اینکه غبارآبی از سیم پیچ کندانسور برای کمک به خنک کننده کندانسور اجرا می کنند و باعث می شوند این دستگاه از یک دستگاه خنک کننده با هوا سنتی کارآمدتر باشد. هیچ برج خنک کننده از راه دور به طور معمول با هر یک از این نوع چیلرهای هوای بسته بندی شده یا تبخیر شده از هوا احتیاج ندارد.

در صورت وجود ، آب سرد که به راحتی در بدنهای آب در دسترس در دسترس است ممکن است مستقیماً برای خنک سازی ، جایگزینی یا مکمل برجهای خنک کننده استفاده شود. سیستم خنک کننده منبع عمیق آب در تورنتو ، انتاریو ، کانادا ، نمونه ای است. برای خنک کردن چیلرها از آب دریاچه سرد استفاده می شود که به نوبه خود برای خنک کردن ساختمان های شهری از طریق سیستم خنک کننده منطقه استفاده می شود. از آب برگشتی برای گرم کردن آب شرب شهر استفاده می شود که در این آب و هوای سرد مطلوب است. هر زمان که می توان از گرمازدگی چیلر برای مقاصد تولید استفاده کرد ، علاوه بر عملکرد خنک کننده ، اثر حرارتی بسیار بالایی نیز ممکن است.

فن آوری چیلر بخار فشرده سازی

یک چیلر فشرده سازی بخار به طور معمول از یکی از چهار نوع کمپرسور استفاده می کند: فشرده سازی برگشتی ، فشرده سازی پیمایش ، فشرده سازی محور پیچ ، و فشرده سازی گریز از مرکز ، همه دستگاه های مکانیکی هستند که توسط موتورهای برقی ، بخار یا توربین های گازی قابل استفاده هستند. آنها اثر خنک کننده خود را از طریق چرخه معکوس رانکین ، به عنوان فشرده سازی بخار نیز تولید می کنند. با رد گرمای خنک کننده تبخیری ، ضرایب عملکرد آنها (COP) بسیار بالا هستند. به طور معمول ۴٫۰ یا بیشتر.

COPفن آوری چیلر فشرده سازی بخار کنونی مبتنی بر چرخه “معکوس-رانکین” است که به عنوان بخار فشرده سازی شناخته می شود. نمودار پیوست را مشاهده کنید که اجزای اصلی سیستم چیلر را تشریح می کند.

اجزای اصلی چیلر

 کمپرسورهای برودتی در اصل پمپ بنزین مبرد هستند. ظرفیت کمپرسور و از این رو ظرفیت خنک کننده چیلر در ورودی کیلووات (kW) ، ورودی توان اسب (HP) یا جریان حجمی (m3 / h ، ft3 / h) اندازه گیری می شود. مکانیزم فشرده سازی گاز مبرد بین کمپرسورها متفاوت است و هرکدام کاربرد خاص خود را دارند. کمپرسورهای برودتی مشترک شامل تلاقی ، پیمایش ، پیچ یا گریز از مرکز است. این نیروها توسط موتورهای برقی ، توربین های بخار یا توربین های گازی قابل استفاده هستند. کمپرسورها می توانند از یک تولید کننده خاص یک موتور یکپارچه داشته باشند یا درایو باز باشند – امکان اتصال به نوع دیگری از اتصال مکانیکی را فراهم می کند. کمپرسورها همچنین می توانند Hermetic (جوش داده شده بسته) یا نیمه متقارن (پیچ در کنار هم) باشند. در سال های اخیر ، استفاده از فن آوری درایو با سرعت متغیر (VSD) باعث افزایش راندمان چیلرهای فشرده سازی بخار شده است. اولین VSD در اواخر دهه ۱۹۷۰ برای چیلرهای کمپرسور گریز از مرکز اعمال شد و با افزایش هزینه انرژی ، این نرمال به عنوان عادی تبدیل شده است. در حال حاضر ، VSD ها در کمپرسورهای اسکرول پیچ و فن آوری پیمایشی اعمال می شوند. کندانسورها می توانند هوا خنک ، آب خنک یا تبخیر شوند. کندانسور مبدل حرارتی است که امکان انتقال گرما از گاز مبرد را به آب یا هوا می دهد. کندانسور خنک کننده هوا از لوله های مسی (برای جریان مبرد) و باله های آلومینیومی (برای جریان هوا) ساخته می شود. هر کندانسور هزینه متریال متفاوتی دارد و از نظر کارآیی متفاوت هستند. با کندانسورهای خنک کننده تبخیری ، ضرایب عملکرد آنها (COP) بسیار زیاد است. به طور معمول ۴٫۰ یا بیشتر. دستگاه انبساط یا دستگاه اندازه گیری مبرد (RMD) جریان مایع مبرد را محدود می کند و باعث افت فشار می شود که مقداری از مبرد را بخار می کند. این تبخیر گرما را از مبرد مایع در نزدیکی جذب می کند. RMD بلافاصله قبل از تبخیر کننده قرار دارد تا گاز سرد در تبخیر کننده بتواند گرما را از آب موجود در تبخیر کننده جذب کند. یک سنسور برای RMD در سمت خروجی اواپراتور وجود دارد که به RMD اجازه می دهد جریان مبرد را بر اساس نیاز طراحی چیلر تنظیم کند. اواپراتورها می توانند از نوع صفحه یا نوع پوسته و لوله باشند. اواپراتور مبدل حرارتی است که به انرژی حرارتی اجازه می دهد تا از جریان آب به داخل گاز مبرد انتقال یابد. در حین تغییر حالت مایع باقیمانده به گاز ، مبرد می تواند مقادیر زیادی گرما را بدون تغییر دما جذب کند.

چگونه فناوری جذب کار می کند چرخه ترمودینامیکی یک چیلر جذب توسط یک منبع گرما هدایت می شود. این گرما معمولاً از طریق بخار ، آب گرم یا احتراق به چیلر تحویل داده می شود. در مقایسه با چیلرهای برقی ، یک چیلر جاذب نیازهای الکتریکی بسیار کمی دارد – بسیار کمتر از ۱۵ کیلو وات مصرف ترکیبی برای پمپ محلول و پمپ مبرد.

با این حال ، نیازهای ورودی حرارت آن زیاد است ، و COP آن معمولاً ۰٫۵ (تک اثر) تا ۱٫۰ (اثر دو برابر) است. برای همان ظرفیت تناژ ، یک چیلر جاذبه نیاز به یک برج خنک کننده بسیار بزرگتر از یک چیلر فشرده سازی بخار دارد.

با این حال ، چیلرهای جذب ، از دیدگاه راندمان انرژی ، جایی را دارند که گرمای ارزان قیمت یا گرمای ضایعات به راحتی در دسترس است. در آب و هوای بسیار آفتابی ، از انرژی خورشیدی برای عملکرد چیلرهای جذب استفاده شده است. چرخه جذب تک اثر از آب به عنوان مبرد و لیتیم برمید به عنوان جاذب استفاده می کند. این وابستگی شدیدی است که این دو ماده با یکدیگر دارند و باعث می شود چرخه کار کند. کل فرایند تقریباً در یک خلاء کامل اتفاق می افتد.

پمپ راه حل: یک محلول رقیق لیتیوم برومید (غلظت ۶۳٪) در قسمت پایین پوسته جاذب جمع آوری می شود. از اینجا ، یک پمپ محلول هرمتیک محلول را از طریق یک مبدل حرارتی پوسته و لوله برای پیش گرم شدن حرکت می دهد.

ژنراتور: پس از خروج از مبدل حرارتی ، محلول رقیق داخل پوسته فوقانی حرکت می کند. محلول یک دسته از لوله را احاطه کرده است که دارای بخار یا آب گرم است. بخار یا آب گرم گرما را به استخر محلول رقیق لیتیوم برمید منتقل می کند. محلول جوش می یابد ، بخار مبرد را به سمت بالا به داخل کندانسور می فرستد و برومید لیتیوم متمرکز را پشت سر می گذارد. محلول متمرکز لیتیوم برمید به سمت مبدل حرارتی حرکت می کند ، جایی که توسط محلول ضعیف که به سمت ژنراتور پمپ می شود سرد می شود.