چیلر چیست؟ معرفی انواع دستگاه چیلر به همراه کاربردها

چیلر چیست؟ معرفی انواع دستگاه چیلر به همراه کاربردها

چیلرها از مهمترین تجهیزات سرمایشی و تولید برودت در ساختمان ها و کارخانه های صنعتی به حساب می آیند. از آب سردِ تولیدی در چیلر می توان به کمک فن کویل ها و یا هواسازها، فضای داخلی هر ساختمانی را خنک کرد و یا از آن در ماشین آلات صنعتی و انواع فرایندهای تولید که به خنک کاری نیاز دارند، استفاده نمود. چیلرها به دو دسته چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی تقسیم می‌شوند.چیلرهای تراکمی با استفاده از انرژی الکتریکی و چیلرهای جذبی با استفاده از انرژی حرارتی باعث ایجاد برودت و سرما می‌شوند .شکل دیگر تقسیم بندی چیلرها بر اساس شکل خنک شدن ماده مبرد است که به سه دسته آب خنک ، هوا خنک و تبخیری تقسیم بندی می‌شوند.

انواع چیلر های تراکمی:

چیلرهای تراکمی از چهار مؤلفه اصلی تشکیل شده اند:

1. کمپرسور (واحد تراکم)
2. کندانسور (واحد چگالش)
3. شیر انبساط (واحد اختناق)
4. اواپراتور (واحد تبخیر)

نحوه عملکرد چیلر تراکمی به این ترتیب است که سیال مبرد به شکل بخار داغ (Super Heat) وارد کمپرسور شده و تا فشار بالاتری متراکم می گردد؛ در نتیجه، افزایش دما نیز در جریان مبرد ایجاد خواهد شد. سپس بخار داغ خروجی از کمپرسور، به کمک کندانسور در فشار ثابت (با افت فشار قابل اغماض) ابتدا تا دمای اشباع خنک شده و با ادامه دفع حرارت به مایع اشباع یا مادون سرد تبدیل می شود. مایع مبرد حاصل از چگالش، با عبور از شیر انبساط، افت فشار قابل توجهی پیدا می کند. به طوری که مقداری از مایع مبرد تبخیر شده و باعث کاهش بیشتر دمای جریان عبوری (مضاف بر کاهش دمای ناشی از افت فشار) خواهد شد. این گونه بواسطه وجود اختلاف دمای ایجادشده بین جریان (مخلوط مایع و بخار) مبرد و محیط هدف (آب یا هوا) در اواپراتور، سرمایش (جذب گرما) اتفاق می افتد؛ لذا جریان دو فازی ورودی به اواپراتور در فشار ثابت (با افت فشار قابل اغماض) کاملاً تبخیر شده و با ادامه جذب گرما به بخار داغ تبدیل می گردد. نهایتاً جریان بخار خروجی از اواپراتور مجدداً وارد کمپرسور شده تا این چنین سیکل تبرید تراکمی بخار تکمیل گردد.

کاربرد چیلرهای تراکمی

چیلرهای تراکمی به لحاظ کاربرد، در دو دسته تهویه مطبوع و برودت صنعتی تعریف می­ شوند:

کاربرد چیلرهای تراکمی در مصارف تهویه مطبوع

در سیستم ­های تهویه مطبوع، آب سرد تولیدی چیلر از طریق گردش درون مبدل­ های حرارتی هوایی (کویل) مانند فن­ کویل، کویل هواساز و ایرکولر، جریان هوای خنک مورد نیاز جهت سرمایش فضاهای مسکونی، اداری، تجاری و … را فراهم می­ کند. سپس بعد از انتقال انرژی (دریافت گرما)، جریان آب به چیلر بازگشته و مجدداً تا دمای استاندارد تهویه (7 درجه سانتی گراد) سرد می ­شود. طی فرایند سرمایش هوا در مبدل حرارتی، گرمای محسوس و نهان محیط (فضای تهویه ­شده)، هردو به هوای سرد خروجی مبدل، منتقل می­ شوند. به همین علت در مقایسه با سیستم های سرمایش تبخیری (کولر آبی، ایرواشر و زنت) هوای مطبوع و مناسب­ تری حاصل می­ گردد.

کاربرد چیلرهای تراکمی در مصارف برودت صنعتی

آب سرد تولیدی چیلر، جهت خنک­ کاری مکانیزم ­ها و ماشین ­آلات خطوط تولید، در گستره وسیعی از صنایع مختلف استفاده می ­شود. نمونه­ ای از این صنایع عبارتند از: پلاستیک، تزریق و ریخته­ گری، فلزکاری، جوشکاری، ماشین ­ابزار، پتروشیمی، داروسازی، بهداشت و درمان، تولید و نگهداری مواد غذایی، پرورش ماهی، کاغذ و سیمان، راهسازی و نیروگاه CHP و ….

چیلرهای صنعتی بسته به میزان حساسیت و اهمیت ثبات در فرایند تولید کارخانه و همچنین با توجه به الزامات خنک­ کاری، می­ توانند به صورت مرکزی و یا غیر مرکزی، جهت تولید آب سرد از 40- تا 3 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای مرطوب محیط بکار گرفته شوند.

انواع چیلر های جذبی:

چیلرهای جذبی و مبنای عملکرد آن، جذب آب مقطر توسط لیتیوم بروماید می­باشد. ابتدا آب مقطر در فشار خلا با گرفتن گرما از آب چیلد واتر تبخیر می­شود؛ بخار تبخیر شده توسط لیتیوم بروماید جذب شده و لیتیوم بروماید اشباع شده توسط پمپ جذب کننده به ژنراتور فرستاده می­شود. در ژنراتور با استفاده از انرژی گرمایی محلول لیتیوم بروماید احیا می­گردد و بخار آب از آن جدا می­گردد. محلول لیتیوم بروماید غلیط جهت جذب دوباره بخار آب مقطر به ابزوربر فرستاده می­شود و بخار آب جدا شده به سمت کندانسور فرستاده شده پس از تقطیر در محفظه کندانسور چیلر جذبی به سمت اواپراتور جهت تبخیر و گرفتن گرما فرستاده می­شود.

چیلرهای جذبی را براساس روش­های احیا در ژنراتور چیلر جذبی و نوع منبع گرمایی تقسیم بندی می­گردد:

دسته بندی انواع چیلر جذبی لیتیوم بروماید از نظر چرخه غلیظ سازی ماده جاذب

• چیلرهای جذبی تک اثره

در چیلر جذبی cop نسبت سرمای گرفته شده از اواپراتور به نسبت گرمای داده شده در ژنراتور می­باشد.

در چیلرهای جذبی تک اثره فشار بخار ژنراتور کمتر از ۱۵ psi می­باشد و در  آب گرم، دما ۹۴C° در  نظر گرفته می­شود. ضریب کارایی چیلرهای جذبی تک اثره نهایتا تا ۰٫۷ می­باشد.  و به ازای هر تن تبرید ( ۱۲۰۰۰BTU)  نیازمند به ۱۸۰۰۰BTU گرما در ژنراتور می­باشد.

این نوع از انواع چیلر جذبی که شامل یک کندانسور یک ژنراتور،ابزوربر اواپراتور و پمپ ها می­باشد. منبع گرمایی چیلرهای تک اثره بخار کم فشار یا آب گرم می­باشد. بازده در این دسته از چیلر ها پایین می­باشد اما به دلیل ساختمان ساده آن­ها ، ارزان تر نسبت به مدل های دیگر می­باشد. در چیلرهای جذبی تک اثره به خاطر استفاده از بخار فشار پایین و آب گرم دارای استهلاک و تنش کمتر می­باشد. و با توجه به اینکه لیتیوم بروماید در دمای مجاورت حرارت خوردگی  بالایی پیدا می­کند این چیلرها خوردگی کمتر و دارای عمر بالاتری می­باشند.

در چیلر جذبی تک اثره دارای یک ژنراتور بوده و محلول رقیق لیتیوم بروماید با جذب گرمای بخار یا آب گرم در ژنراتور غلیظ شده و مبرد آن تبخیر شده و از محلول جدا می­شود. بعد ازآن محلول به سمت ابزوربر رفته و بخار مبرد به سمت کندانسور مهاجرت کرده و که باعث انتقال حرارت از بخار به آب خنک کننده می­گردد و باعث تقطیر مبرد می­شود. این مبرد تقطیر شده از طریق دستگاه انبساط که معمولا اریفیس یا تله تراپ می­باشد که سبب کاهش فشار و دمای مبرد می­شود و در مبرد شرایط مطلوب وارد اواپراتور می­شود. در اواپراتور به وسیله پمپ مبرد، آب مقطر بر روی تیوب ها به طور مداوم  اسپری شده سبب انتقال حرارت از آب چیلد به مبرد شده. در این انتقال حرارت، مبرد تبخیر شده و به وسیله ابزوربر جذب می­گردد.

در داخل ابزوربر چیلر جذبی مبرد توسط محلول لیتیوم بروماید جذب می­گردد. و حاصل این واکنش شیمیایی، گرما می­باشد که توسط آب  خنک کننده که از برج خنک کننده وارد چیلر جذبی می­شود، گرفته می­شود. در بعضی از برند ها مانند مطرح مانند ترین به وسیله یک پمپ جداگانه، سلوشن بر روی تیوپ های ابزوربر پاشیده می­شود. اما در بسیاری دیگر از  برند های چیلرهای جذبی این پاشش در ابزوربر به وسیله نیروی ثقل خروجی از ژنراتور انجام می­گیرد. حال جهت تکمیل سیکل تبرید چیلر جذبی سلوشن رقیق شده به وسیله پمپ سلوشن جهت تغلیظ به ژنراتور فرستاده می­شود. در این بین سلوشن رقیق و غلیظ در مبدل حرارتی با یکدیگر انتقال حرارت کرده و باعث افزایش کارایی چیلر جذبی می­گردد.

چیلرهای جذبی تک اثره ممکن است یک پوسته ای یا دو پوسته ای باشند. در انواع دو پوسته ای امکان جدا سازی پوسته فوقانی و تحتانی برای سهولت در حمل و جابجایی وجود داشته و در عین حال تاثیرات حرارتی بخش های مختلف بر هم کاهش می­یابد. لذا انواع دو پوسته ای به ویژه در ظرفیت های زیاد رواج بیشتری دارد.

• چیلرهای جذبی دو اثره : در اواپراتور، آب مقطر به عنوان مبرد توسط پمپ مبرد (Evap. spray pump) و توسط انژکتورهای تزریق کننده بر روی لوله های مسی فین دار اواپراتور ( Evaporator) ریخته می شود. با توجه به پایین بودن فشار در محفظه اواپراتور، آب مقطر افشانده شده با گرفتن حرارت از آبی که قرار است سرد شود ( Chilled water) به بخار آب تبدیل می شود و همزمان با آن، دمای آب جاری در لوله های اواپراتور تا نزدیک صفر (حدودا ۷ درجه سانتی گراد) کاهش می یابد. با انباشته شدن بخار آب در محفظه اواپراتور، کم کم فشار محفظه افزایش می یابد و برای کارکرد صحیح و ادامه دار سیکل، باید بخار آب از محفظه خارج گردد.

بدین منظور در قسمت ابزوربر (Absorber) لیتیوم بروماید غلیظ که جاذب شدید بخار آب است، توسط انژکتورهای تزریق کننده دیگری بر روی لوله های مسی فین دار که حاوی آب برج خنک کننده ( Cooling water) است، ریخته می شود و بخار آب موجود در محفظه را جذب نموده و فشار محفظه در حد مورد نظر باقی می ماند. آب داخل لوله های ابزوربر توسط تبادل حرارت با بخار آب موجود در محفظه، میزان جذب محلول لیتیوم بروماید را افزایش می دهد. لیتیوم بروماید غلیظ پس از جذب بخار آب در ابزوربر به محلول لیتیوم بروماید رقیق تبدیل شده و پس از عبور از پمپ محلول (Generator pump) و مبدل حرارتی دما پایین (Low Temp Hx) به دو بخش تقسیم می شود.

بخشی از آن به ژنراتور دما پایین رفته و بخشی دیگر به ژنراتور دما بالا می رود و در ژنراتور دما بالا (Steam fired generator) از طریق تبادل حرارت با لوله های حاوی آب گرم یا بخار داغ (Steam) به جوش می آید و بخشی از آب خود را به صورت بخار از دست داده و مجددا به لیتیوم بروماید غلیظ تبدیل می شود. بخار حاصله به لوله های ژنراتور دما پایین منتقل می شود و پس از تبادل حرارت با محلول لیتیوم بروماید رقیق و به جوش آوردن آن، باعث افزایش غلظت محلول شده و به تدریج گرمای خود را از دست داده و وارد محفظه چگالنده (Condenser) می شود.

بخار حاصله پس از چگالش در کندانسور به همراه آب حاصل از چگالش بخار ژنراتور دما پایین، در سینی کندانسور جمع شده و مجددا به عنوان مبرد (آب مقطر) وارد مدار اواپراتور می شود. از طرفی دیگر لیتیوم بروماید غلیظ در ژنراتور دما بالا، پس از عبور از مبدل حرارتی دما بالا (High Temp Hx) با محلول لیتیوم بروماید غلیظ شده در ژنراتور دما پایین، مخلوط شده و پس از عبور از مبدل حرارتی دما پایین، وارد محفظه ابزوربر می شود تا سیکل چیلر جذبی دو اثره مجددا تکرار گردد.

البته در مقیاس آزمایشگاهی چیلرهای جذبی سه اثره نیز تولید شده اند.

دسته بندی چیلرهای جذبی از لحاظ منبع گرمایی جهت عملیات احیا در ژنراتور

• چیلرهای جذبی با آب گرم
• چیلرهای جذبی با آب داغ
• چیلرهای جذبی با بخار
• چیلر های جذبی دایرکت فایر  (شعله مستقیم)

در این دسته بندی عمده چیلرهای جذبی تولید شده می ­توان به چیلرهای جذبی تک اثره با آب گرم، چیلرهای جذبی تک اثره با بخار، چیلرهای جذبی دو اثره با بخار و چیلرهای جذبی شعله مستقیم اشاره داشت.

جمع بندی

در این مقاله به معرفی انواع چیلر به همراه کاربردهای هریک پرداختیم. استفاده از دستگاه‌های چیلر یکی از روش‌های مدرن در تولید حرارت و برودت در ساختمان‌ها و مجتمع‌های مسکونی است. تولید حرارت و برودت در نیروگاه‌های CCHP به کمک چیلرها و بویلرها یکی از روش‌های بهینه سازی مصرف انرژی است.

شما در مورد چیلرها چه نظری دارید؟ آیا تجربه استفاده از چیلر را دارید؟ به نظر شما این یک روش مناسب برای تولید حرارت و برودت است؟ برای ما بنویسید.