چیلر جذبی چیست؟ انواع چیلر جذبی تک اثره و دو اثره
ما در اینجا قصد داریم که با نشان دادن شکل هایی از اجزای داخلی این سیستم به سوال چیلر جذبی تک اثره (تک مرحله ای) چیست و چگونه کار می کند پاسخ دهیم. این دستگاه از اجزا و مسیرهای (لوله های) متعدد انتقال سیال مبرد و جاذب تشکیل شده که برای شناخت نحوه دقیق کار این سیستم بایستی به دقت به شکل ها توجه کنید. اساس کار این سیستم بر پایه فرآیندهای شیمیایی بوده و انرژی مصرفی آن به جای الکتریسیته انرژی حرارتی است.
چیلر جذبی تک اثره چیست ؟
در پاسخ به سوال چیلر جذبی تک اثره چیست می توان گفت که ساده ترین نوع چیلر جذبی است که گرما را از یک منبع حرارتی در قسمت ژنراتور دریافت کرده و به کمک دو سیال مبرد و جاذب و با انتقال گرما از جایی به جای دیگر سبب کاهش دمای آب در یک مبدل حرارتی می شود که در ادامه نحوه عملکرد چیلر جذبی تک مرحله ای یا همان چیلر جذبی تک اثره را بررسی می کنیم.
چیلر جذبی تک اثره (تک مرحله ای) چگونه کار می کند ؟
خب تا اینجا به طور دقیق به پرسش چیلر جذبی تک اثره (تک مرحله ای) چیست و چگونه کار می کند ، پاسخ دادیم و چند نکته مهم در این رابطه وجود دارد که عبارتند از :
۲ . نکته بعدی اینکه اواپراتور و ابزوربر در واقع در یک محفظه مشترک جای گرفته اند و آب مقطری که به عنوان مبرد در اواپراتور تبخیر می شود به صورت بخار آب به قسمت ابزوربر نفوذ کرده و توسط جاذب (لیتیوم بروماید غلیظ) جذب می شود.
ما در این مقاله تلاش کردیم تا به بهترین و ساده ترین شکل، مفهوم چیلر جذبی تک اثره (تک مرحله ای) چیست و چگونه کار می کند را برای شما تشریح کنیم. به طور کلی اگر می خواهید که در مورد طرز کار، انواع و کاربردهای چیلرهای جذبی بیشتر بدانید، پیشنهاد می کنیم که مقاله زیر را مطالعه بفرمایید.
مطالعه بیشتر درباره انواع، خصوصیات و کاربردهای چیلرهای جذبی در این مقاله جامع ⇐
همانطور که ملاحظه فرمودید هر چیلری از مجموعه ای از فن ها، مبدل ها، پمپ ها، اواپراتور، کندانسور و غیره تشکیل می شود که این اجزا در کنار هم یک کار هدفمند انجام می دهند و آن هم تغییر دائمی فاز یک مبرد از حالت بخار به مایع و برعکس آن و در نتیجه جذب و دفع حرارت از نقطه ای به نقطه دیگر است که در نهایت همه این ها به کاهش دمای یک آب در مداری بسته منجر می گردد که از این آب برای سرمایش هوا در فن کویل های یک ساختمان یا کاهش دمای یک فرآیند صنعتی در کارخانجات و … استفاده می شود.
ضریب عملکرد و کاربرد آن
ضریب عملکرد یا همان COP آن حدود ۰٫۷۵ است (حاصل تقسیم ظرفیت خنک کاری دستگاه در اواپراتور بر حسب BTU به کل انرژی حرارتی ورودی به دستگاه در ژنراتور بر حسب BTU) که در مقایسه با چیلرهای تراکمی که ضریب عملکردی حداقل ۳ دارند، مقدار COP آن ناچیز است که بیانگر راندمان دستگاه است. برای مثال اگر ضریب عملکرد یک چیلر جذبی تک اثره ۰٫۷۵ باشد به این معنی است که به ازای هر ۱۲۰۰۰ BTU/h انرژی حرارتی ورودی به سیستم، ظرفیت خنک کاری آن فقط ۹۰۰۰ BTU/h (کمتر از یک تن تبرید) خواهد بود. برای مثال یک چیلر ابزوربشن تک مرحله ای ۴۰۰ تن تبرید که ضریب عملکرد آن ۰٫۷ باشد به ۶,۸۵۷,۱۴۲ BTU/h انرژی گرمایی (حاصل ضرب ۴۰۰ در ۱۲۰۰۰ BTU/h و تقسیم آن بر ۰٫۷) نیاز خواهد داشت. به همین علت در صنایع مختلف از چیلرهای تراکمی به عنوان دستگاه سرمایشی بیشتر استفاده می شود.
برای افزایش راندمان چیلرهای جذبی تک اثره نوع دو اثره آن ارائه شده است که برای آشنایی بیشتر با نوع دو اثره آن می توانید این مقاله ⇐ را مطالعه بفرمایید.
اینکه ضریب عملکرد چیلرهای جذبی نسبت به تراکمی به طرز چشمگیری پایین تر است دلیلی بر آن نیست که از چیلر ابزوربشن تک اثره هیچگاه استفاده نشود و این سیستم نیز کاربردهای خاص خود را دارد که مهمترین آنها عبارتند از :
۱ . در مجتمع های صنعتی که معمولا یک منبع حرارتی در حال اتلاف در آنها وجود دارد می توان با انتقال این حرارت به قسمت ژنراتور چیلرهای جذبی این گرمای در حال اتلاف را به سرمایش تبدیل کرد.
۳ . در تاسیساتی که مصرف برق بالایی دارند می توان از نوع جذبی با شعله مستقیم (به جای تراکمی) بهره برد تا به کمک آن بتوان پیک مصرف برق را کاهش داد. در برخی مواقع به رقم پایین تر بودن COP مجبور هستیم که از انواع جذبی (نوع دایرکت فایر) برای سرمایش استفاده کنیم. همچنین در مواردی که برق به میزان کافی در دسترس نیست یا هزینه آن به دلایلی بسیار بالاست و یا به صورت پایدار و قابل اعتماد همواره در دسترس نیست نیز می توان از سیستم های جذبی بهره برد.
برای آشنایی با طرز کار و مزایای نوع شعله مستقیم (دایرکت فایر) این مقاله ⇐ را مطالعه کنید.
در ضمن برای شناخت ساختار و ویژگی های چیلرهای تراکمی و مقایسه آن با نوع جذبی پیشنهاد می کنیم که مقالات زیر را مطالعه بفرمایید.
آشنایی با طرز کار نوع تراکمی در این مقاله ⇐
مطالعه بیشتر درباره چیلرهای جذبی و تراکمیدر این مقاله به بررسی تفاوت چیلر جذبی تک اثره و دو اثره پرداخته و پس از توضیحات کامل در مورد عملکرد چیلر های جذبی به مقایسه این دو نوع چیلر جذبی می پردازیم.
چیلر (Chiller) : چیلر یا در فارسی آبسردکن به هر دستگاهی که موجب گرفتن گرما از یک سیال می شود، گفته می شود. آب یا مایع سرد شده در فرآیند خنک کاری ساختمان ها (تهویه مطبوع) و یا فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.
در تعریفی دیگر چیلرها همانند سایر ماشین های تبرید گرما را از دمایی پایین تر (اواپراتور) به نقطه ای دمایی بالاتر(کندانسور) انتقال می دهند.
چیلرها از نظر کارکرد به دو دسته 1-تراکمی 2-جذبی تقسیم بندی می گردد.
تفاوت عمده چیلرهای جذبی با چیلرهای تراکمی در نوع مصرف انرژی می باشد. بطوری که چیلرهای جذبی برخلاف چیلرهای تراکمی، به جای استفاده از انرژی الکتریکی (برق) از انرژی حرارتی سوخت های فسیلی یا منابع دیگر گرما استفاده میکند خواهیم پرداخت.
اساس عملکرد چیلر جذبی:
چیلر جذبی به ماشینی گفته می شود که با دریافت انرژی گرمایی در بخشی موسوم به ژنراتور طی فرآیند تبخیر و جذب باعث خنک شدن آب سرد در قسمت اواپراتور خواهد شد.
اگر داخل بالن شیشه ای مقداری آب مقطر بریزیم سپس با درپوش و اتصالات مناسب بوسیله پمپ خلاء آن را خلاء و یا واکیوم نماییم و مانومتری دقیق (جیوه ای) میزان خلاء را نشان دهد، با توجه به دمای محیط مشاهده خواهیم کرد در درجه ای از فشار (وکیوم نسبی) آب داخل بالن شروع به جوشیدن می کند (بدون اینکه چراغ یا هیتری جهت گرم کردن ظرف بکار گرفته باشیم) و نهایت بعد از چند لحظه جداره ظرف کاملا سرد خواهد شد. اساس چیلرهای جذبی را میتوان با آزمایش فوق شرح داد.
اکنون بر اساس این آزمایش میتوان به چند اصل فیزیکی و نهایتا تولیدد برودت پی برد. در وهله اول باید توضیح دهیم چگونه بدون اینکه توسط شعله یا هیتری گرم شود شروع به جوشیدن نموده است؟
چیلر جذبی دو اثره ماخ یا دو حالته از نظر فرآیند و چرخه سرمایش مشابه همان چیلر تک اثره است با این تفاوت که فرآیند غلیظ نمودن محلولِ جاذب و مبرد در دو مرحله صورت می گیرد
مطلب دوم اینکه این جوشیدن باعث سرد شدن جداره ظرف میگردد. لذا با بررسی این موارد به عملکرد صحیح از چیلر جذبی میرسیم.
به عنوان مثال: آب در شرایط فشار یک اتمسفر در 100 درجه سانتیگراد به جوش خواهد آمد، حال اگر عامل فشار تغییر یابد و در ظرفی دربسته فشار آب را به 2 اتمسفر برسانیم در 121 درجه به جوش می آید مانند دیگ زود پز. حال عکس این عمل نیز صادق در صورتی که به به فشار پاین تری از فشار اتمسفر بریم مثل بالای کئه آب دمای پایین تری به جوش میاید مثلا در بالای قله دماوند آب در 76 درجه سانتی گراد به جوش می اید. در صورتی که فشار را به مقدار یک صدم فشار اتمسفر کاهش دهیم 6mmhg آب در دمای 6 درجه سانتی گراد به جوش میاید.
با توجه به اینکه فرایند تبخیر فرایند گرما گیر می باشد. در چیلر جذبی با کاهش فشار به مقدار 6mmhg باعث کاهش دمای باعث تبخیر آب در دمای 6 درجه و گرفتن گرمای محفظه چیلر میگردد.
بنابراین تبخیر احتیاج گرفتن گرما یا به اصطلاح گرماگیر میباشد. لذا جسمی که از دمای -273 گرم تر باشد میتواند برای جسم سرد خود مولد گرما باشد. مثلا آب مقطری که در داخل چیلر جذبی به علت پایین بودن فشار در حال تبخیر شدن است، گرمای نهان تبخیر خود را از طریق آب 11 درجه سانتیگرادی که از طریق لوله های آب چیلد وارد چیلر جذبی میشود تأمین می نماید و در اثر این گرما دهی، آب چیلد به دمای 7 درجه سانتی گراد میرسد. این فرایند در چیلر جذبی لیتیوم برومایدی طی میگردد. حال جهت معرفی اجزای چیلر جذبی تک اثره به سراغ اجزای مشرک آن ها رفته و آن را بررسی میکنیم.
محلول واسطه (غلظت متوسط ) بر روی سطح لوله های ابزربر از طریق نازل های ویژه ای پاشیده می شود و بخار مولد آب مقطر را که در اواپراتور ایجاد گردیده، به طور دائم جذب می نماید. در این صورت ایجاد بخار و افزایش آن باعث افزایش فشار و شکستن وکیوم نخواهد شد. بدین ترتیب محلول غلظت لیتیوم بروماید ورودی به ابزربر رقیق تر شده و در کف مخزن پایینی جمع می گردد. حرارت ناشی از حل شدن بخار آب در محلول جاذب، در ناحیه ابزربر آزاد می گردد و توسط آب سرد برج که در داخل لوله های ابزربر جریان دارد به خارج از چیلر منتقل می گردد.
در ابزربر یا جاذب، محلول رقیق شده توسط پمپ محلول پس از گذشتن از مبدل حرارتی به ژنراتور منتقل می گردد. این محلول بر روی سطوح لوله های ژنراتور جریان یافته و گرم می شود (انرژی حرارتی از طریق بخار و یا آب داغ تأمین می گردد). در نتیجه بخشی از مبرد تبخیر گردیده و از محلول رقیق جدا می گردد و غلظت محلول رقیق افزایش یافته و به محلول غلیظ تبدیل می گردد. حجم بخار تولید شده در ژنراتور بسته به میزان بار سرمایی مورد نیاز کنترل می گردد.
کندانسور Condenser
بخار مبرد تولید شده در ژنراتور از روی سطوح لوله های کندانسور (لوله هایی که آب برج خنک کن پس از عبور از لوله های ابزربر وارد آنها می شود) عبور کرده و تقطیر می گردد و گرمای ناشی از 2392 کیلوژول بر کیلوگرم می باشد را به آب داخل لوله های کندانسور عمل تقطیر که معادل 82 دهد و آب مقطر ایجاد شده در داخل سینی واقع در زیر کندانسور جمع آوری و به اواپراتور باز می گردد.
محلول غلیظی که از ژنراتور به ابزربر باز می گردد قبل از ورود به ابزربر از مبدل حرارتی محلول عبور کرده و گرمای خود را به محلول رقیقی که از ابزربر به سمت ژنراتور منتقل می گردد، می دهد. در نتیجه گرمای محلول غلیظ به محلول رقیق انتقال می یابد. در نتیجه در ژنراتور انرژی کمتری برای تبخیر مبرد صرف می گردد و همچنین در ابزربر میزان انتقال حرارت توسط آب سرد برج به میزان زیادی کاهش می یابد که وجود این مبدل حرارتی سبب افزایش راندمان دستگاه و افزایش COP (ضریب عملکرد چیلر) می گردد.
پمپ هرمتیک چیلر جذبی
پمپ محلول، لیتیوم بروماید رقیق را از کف مخزن پایینی مکش کرده و بخشی از آن را به سمت ژنراتور از طریق مبدل حرارتی هدایت می کند، و بخش دیگر به دستگاه اداکتور وارد شده و با محلول غلیظ مخلوط شده و محلول واسطه (محلول غلظت متوسط لیتیوم بروماید) را به وجود آورده که به سمت ابزربر منتقل میگردد. این محلول در بدو ورود به ابزربر به صورت قطرات ریز در آمده و بر روی سطوح لوله های ابزربر پاشیده می شود.
پمپ مبرد: این پمپ، مبرد را از تانک مبرد یا کف مخزن اواپراتور به سمت بالای لوله های اواپراتور منتقل می کند و بر روی سطوح لوله های اواپراتور(با توجه به مکانیزم توضیع سینی یا افشانک) توضیع می نماید.
تفاوت چیلرهای جذبی تک اثره و چیلرهای جذبی دو اثره
شرح عملکرد در ابتدای فصل داده شد، حال به معرفی و بررسی خواهیم پرداخت. در چیلرهای جذبی دو اثره عمل احیاء محلول توسط دو ژنراتور جدا از هم و در دو فشار و سطح انرژی متفاوت صورت میگیرد.
در جریان سری کل محلول ابتدا به ژنراتور دما بالا و سپس به ژنراتور دما پایین فرستاده و در نهایت به ابزوربر بازگردانده می شود. اما در جریان موازی محلول پس از خروج از ابزوربر به دو مسیر جداگانه ژنراتور دما بالا و دما پایین تقسیم شده و پس از عملیات احیاء و تغلیظ، خروجی هر دو ژنراتور با یکدیگر مخلوط شده و در نهایت به ابزوربر باز گردانده می شود.
مقایسه مصرف انرژی چیلرهای جذبی تک اثره و چیلر دو اثره
مهمترین مقایسه چیلرهای جذبی تک اثره و دو اثره مصرف انرژی بسیار مهم است در این مقایسه یک چیلر جذبی تک اثره با ظرفیت 210 تن تبرید را انتخاب می کنیم جهت بررسی چیلر جذبی 16JB021 شرکت انتخاب می کنیم.
چیلر جذبی تک اثرهکاتالوگ چیلر جذبی تک اثره کریر
کاتالوگ چیلر جذبی دو اثره کریر
همان طور مطابق با کاتالوگ چیلر های جذبی مصرف انرژی در چیلرهای جذبی تک اثره و چیلر دواثره میبینیم.
مقایسه مصرف انرژی چیلر تک اثره و چیلر دو اثره
بنابراین همان طور مشاهده میکنید مصرف انرژی در چیلر جذبی دو اثره حدود 30 درصد کمتر میباشد. لذا تهیه چیلر دواثره در خصوص مصرف انرژی بسیار به صرفه تر میباشد اما هزینه اولیه آن بالاتر میباشد.
چیلر جذبی تک اثره سرما آفرین قابل ارائه در ظرفیتهای ۵۰ تا ۷۰۰ تن برودتی اسمی است.
تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس