اجزای چیلر تراکمی

در این مقاله به بررسی اجزای چیلر تراکمی پرداخته و هر یک از قطعات چیلر تراکمی را بررسی می کنیم.

چیلر در لغت به معنی آب سرد کن میباشد 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 میگیرد. چیلرها در صنایع جهت خنک کاری ماشین آلات، مواد و محصولات و در تهویه مطبوع جهت خنک کردن هوای عبور از فن کویل و یا هواساز میباشد. چیلرها به دو دسته تراکمی و جذبی تقسیم میشوند در چیلر جذبی انرژی مورد مصرفی به صورت حرارت می باشد و در چیلر تراکمی مصرف به صورت انرژی الکتریسته میباشد. اولین و مهمترین جز چیلر تراکمی کمپرسور میباشد. کمپرسور به منزله قلب یک چیلر میباشید.

کمپرسور COPERESSOR

کمپرسور چیلر قلب اصلی و اولین جزو از اجزای چیلر تراکمی میباشد که وظیفه گردش مبرد در سیکل بر عهده آن میباشد. کمپرسور چیلر را برحسب نیاز در اندازه های مختلفی می سازند. حجم گازی که در کمپرسور چیلر باید متراکم شود بستگی به میزان جابه جایی کمپرسور توان موتور الکتریکی کمپرسور چیلر تعیین و ابعاد آن مشخص می گردد. وظیفه کمپرسور چیلر 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 میباشد. کمپرسور چیلر از نظر ساختار به چهار دسته زیر تقسیم میشوند.

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

کندانسور condenser

کندانسور همان گونه که در سیکل تراکمی تبخیری گفته شد کمپرسور گاز داغ تحت فشار را به سمت دستگاهی به نام کندانسور هدایت می کند که در آن مبرد تبدیل به مایع می گردد. کندانسور یا دستگاه تقطیر در چیلرهای آبی، دستگاهی است که گاز خروجی از کمپرسور را تقطیر و تبدیل به مایع می کند. کندانسورها وسایل انتقال حرارت یا مبدل حرارتی می باشند که در آنها حرارت بخار مبرد داغ از طریق سطوح لوله ها به عامل تقطیر (در چیلرهای آبی آب برج خنک کننده عامل تقطیر است) منتقل شده و در اثر آن بخار مبرد ابتدا تا دمای اشباع سرد و سپس به مایع تبدیل می شود. کندانسور چیلرهای آبی که در صنعت تهویه مطبوع ایران استفاده می شوند سال هاست که از نوع پوسته و لوله shell & tube میباشند. کندانسورهای نوع پوسته و لوله تشکیل شده است از یک مخزن استوانه ای که در آن لوله های مسی قرار دارند. این لوله ها از دو طرف به تیوپ شیت (صفحات سوراخ دار) پرچ شده اند. در کندانسورهای آبی در داخل لوله مسی، آب برج خنک کننده جریان دارد و مبرد که در اطراف این لوله ها وجود دارد سرد می شود. گاز گرمی که از قسمت بالای کندانسور وارد می شود، چون تحت فشار است به محیط سرد (لوله های مسی) برخورد کرده و مایع شده و در پائین کندانسور جمع می شود. مایع از طریق لوله مدار مایع به سمت شیر انبساط هدایت می شود. در کندانسورهای آبی خارجی لوله های مسی برای ایجاد سطح انتقال حرارت بیشتر، فین زده می شود (منظور بدون براده برداری با عملیات سرد مکانیکی ایجاد پره می شود) در کندانسورهای آبی، آب برج خنک کن از قسمت زیرین قالپاق کندانسور وارد آن شده و از قسمت بالای آن خارج می شود. آب برج خنک کننده هدایت شده و دوباره توسط پمپ به کندانسور بر می گردد و این گردش آب بین کندانسور و برج خنک کننده ادامه می یابد. مزیت کندانسورهای پوسته و لوله در مقایسه با انواع دیگر کندانسورها سادگی و آسان بودن ساخت آنها است به همین دلیل سال هاست که این نوع کندانسور در چیلرهای آبی تولید کشور ایران استفاده می شود. مشکل جزئی کندانسورهای آبی رسوب املاح آب در داخل لوله های مسی است که باعث بالا رفتن فشار رانش کمپرسور می گردد. خوشبختانه در حال حاضر به روش های گوناگون می توان این رسوب را از داخل لوله های مسی جدا نموده که با پیشرفت علوم مهندسی شیمی روشهای مطمئن و قابل قبولی ابداع شده که به سادگی و در زمان کوتاه این امر میسر خواهد شد.

اواپراتور evaporation

اواپراتور یکی دیگر از اجزای چیلر تراکمی می باشد که در واقع نوعی م بدل حرارتی است که حرارت را از آب که در چیلر بایستی سرد شود، جذب کرده و به مبرد در حال تبخیر یا جوشان انتقال می دهد. مبرد پس از تبخیر کامل از سمت اواپراتور به طرف کمپرسور انتقال پیدا می کند. اواپراتور به دلیل موارد استفاده مختلف در صنعت تبرید در انواع مختلف ساخته می شوند. در حال حاضر در صنعت چیلرسازی کشور ایران شرکت های سازنده عموما دو نوع اواپراتور در چیلرها مورد استفاده قرار می دهند که عبارتند از:

•  اواپراتور پوسته و لوله (shell & Tube)
• اواپراتورهای پلیتی (plate Heat Exchangers)

اواپراتور پوسته و لوله یا شل اند تیوب

اواپراتورهای پوسته و لوله تشکیل شده است از یک مخزن استوانه ای که در آن لوله های مسی قرار دارند. این لوله ها نیز مانند کندانسور آبی از دو طرف به تیوب شیت پرچ شده اند. در داخل لوله های مسی ماده مبرد و در اطراف آن جریان آب برقرار است سرمایی که در اثر تبخیر مبرد به وجود آمده توسط جداره خارجی لوله های مسی به آب انتقال پیدا کرده و آب را سرد می کند. در اواپراتورهای پوسته و لوله، لوله های مسی را به تیوب شیت ها پرچ می کنند تا در صورت نیاز به تعویض لوله های مسی این کار به راحتی صورت گیرد. در اواپراتورهای پوسته و لوله در داخل پوسته صفحاتی به نام بافل (Baffles) در فواصل معین قرارمی دهند. این صفحات دارای چهار نقش عمده هستند که عبارتند از:

• نگهداری تیوپ ها (لوله های مسی) در محل خود به هنگام ساخت و کارکرد مبدل حرارتی
• جلوگیری از ارتعاشات تیوب ها که توسط جریان سیال به وجود می آید
• دادن حرکت مارپیچی به سیال و تقریبا عمود بر اجتماع تیوپ ها برای به دست آوردن حداکثرمیزان تبادل حرارت
• افزایش راندمان انتقال حرارت به واسطه ایجاد جریان مغشوش

 همچنین در اواپراتورها برای بهبود انتقال حرارت داخل لوله های مسی ستاره آلومینیومی قرار می دهند زیرا با این کار سطوح انتقال حرارت در بخشی که مبرد جریان دارد افزایش یافته و راندمان سیستم بالا می رود. در موقع ساخت اواپراتور در کارخانه های سازنده پس از قرار دادن ستاره آلومینیوم در داخل لوله های مسی، آنها را از یک غلطک عبور می دهند تا ستاره ها محکم به جداره داخلی چسبیده و در موقع عبور مبرد از داخل لوله مسی از جای خود حرکت نکنند.

اواپراتور های صفحه ای یا پلیتی

اواپراتورهای پلیتی اواپراتورهای پلیتی در صنعت تبرید به ویژه در صنایع تهیه مواد غذایی سال هاست که مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع اواپراتور طی سالهای اخیر وارد صنعت تهویه مطبوع ایران شد، و به عنوان مبدل حرارتی در انواع چیلرها توسط کارخانه های سازنده مورد استفاده قرار می گیرند. اساسا مبدل های پلیتی دارای ضرایب انتقال حرارت بالاتری به نسبت ۲ تا 4 برابر مبدلهای حرارتی پوسته و لوله می باشد که این امر از تلاطم بالاتر جریان در آنها ناشی می گردد. از آنجا که در مبدل های پلیتی هر دو سیال سرد و گرم از کانال های پرپیچ و خم و بسیار نازکی در بین صفحات مجاور عبور می نمایند، بنابراین ضرایب جرم گرفتگی که در طراحی مبدل های پلیتی به کار می روند به مراتب کمتر از ضرایبی هستند که در اواپراتورهای پوسته لوله مورد استفاده قرار می گیرند. در حال حاضر در چیلرهای تولید داخل ایران عمدتا از اواپراتورهای پلیتی معروف به CBE استفاده می شود که شرکت سازنده آن به نام SWEP دامنه وسیعی از این نوع اواپراتور را تولید و به بازار عرضه نموده است.

شیر انبساط expansion valve

همانطوری که در بررسی سیکل تراکمی تبرید گفته شد شیرانبساط یکی از اجزای چیلر تراکمی بوده و نقش حساسی را عهده دار است. شیر انبساط دستگاهی است که مقدار مایع مبرد ورودی به اواپراتور را به طور خود کار کنترل نموده و اجازه می دهد به میزان لازم مایع مبرد وارد اواپراتور چیلر گردد. مایع مبرد تحت فشار پس از عبور از شیر انبساط افت فشار قابل توجهی پیدا کرده و به گاز تبدیل می شود. با کاهش فشار، قسمتی از مایع مبرد تبدیل به بخار شده و باعث سرد شدن محیط اواپراتور می گردد. به علت کم فشار بودن داخل اواپراتور و جذب حرارت از آب در گردش داخل پوسته اواپراتور، بقیه مخلوط مایع و گاز نیز در مسیر داخلی اواپراتور به تدریج تبخیر و مبرد به صورت گاز وارد کمپرسور می شود. شیر انبساط از نقطه نظر ساختمان داخلی دارای انواع مختلفی است. در اکثر سیستم های چیلرهای صنعت تهویه مطبوع از شیر انبساط ترموستاتیکی استفاده می شود. شیر انبساط ترموستاتیکی یک واحد کاملا اتوماتیک است که دارای یک حباب حساس (بالب) بوده که در روی لوله مکش کمپرسور نصب و نسبت به حرارت حساس می باشد. این حباب با توجه به درجه حرارت گاز لوله مکش کمپرسور، روی دیافراگمی که در قسمت فوقانی شیر وجود دارد اثر گذاشته و با افزایش حرارت جداره لوله که به علت وجود بار حرارتی بیشتر در اواپراتور می باشد شیر را باز نموده و ماده مبرد بیشتری را وارد اواپراتور می کند و برعکس با کاهش بار حرارتی در اواپراتور و اثر آن روی جداره لوله مکش، دیافراگم شیر، مسیر ماده مبرد را بسته نگه می دارد.

شیر شارژ گاز (شیر تغذیه)

شیر شارژ گاز یا شیر تغذیه در مدار مایع چیلرها در کارخانه سازنده نصب می شود و از اجزای چیلر تراکمی می باشد. از طریق این شیر می توان مایع مبرد را به سیستم وارد نمود. همچنین عمل وکیوم (تخلیه هوا و رطوبت از سیستم) نیز از محل اتصال این شیر صورت می گیرد

 شیر اطمینان

مدار گاز چیلرها یک سیستم بسته و نفوذ ناپذیر است و می توان گفت که یک مدار تحت فشار است، به همین دلیل ممکن است به دلایل مختلف از قبیل وجود عیب در کنترل های حفاظتی الکتریکی، فشار در سیستم بالا رفته که افزایش آن سبب ترکیدن قسمتی از دستگاه خواهد شد. برای جلوگیری از وقوع چنین فشارهای خطرناکی از شیر اطمینان در چیلرها استفاده می شود. شیر اطمینان در کارخانه سازنده بر روی کندانسور دستگاه نصب می شود و از اجزای چیلر تراکمی می باشد. شیرهای اطمینان دارای این ویژگی هستند که پس از رها کردن فشار سیستم و رسیدن فشار به اندازه ایمن، خود به خود بسته شده و مانع از خارج شدن گاز به بیرون دستگاه می شوند. شیر اطمینان در چیلرهای آبی روی ۳۰۰ پوند بر اینچ مربع تنظیم شده اند.

 فیلتر درایر

در سیستم های تبرید تمیز نگه داشتن مدار گاز فوق العاده مهم و با اهمیت است. به همین دلیل در مدار مایع از فیلتر درایر یا رطوبت گیر استفاده می شود و از اجزای چیلر تراکمی می باشد. محل قرار گرفتن و نصب فیلتر درایر در مدار مایع بعد از خروجی مبرد از کندانسور می باشد. عمل آن صاف کردن و جذب رطوبت در سیستم است. جنس مغزی یا خشک کن (فیلتر درایر) از Silica Gel است که ماده ای است جاذب رطوبت. در صورت وجود رطوبت بیش از حد مجاز در مدار یک چیلر، رطوبت در خروجی شیر انبساط یخ زده و مسیر مایع مبرد را مسدود کرده و چیلر را از کار خواهد انداخت. ضمنا قسمت های مختلف کمپرسور سیستم دچار زنگ زدگی و روغن کمپرسور تجزیه و اسیدی خواهد شد که تحت این شرایط امکان سوختن الکتروموتور کمپرسور خیلی زیاد خواهد بود. مغزی خشک کن (CORE DRIER) فیلتر درایرها در سیستم چیلر نقش بسیار مهمی دارند که در صورت گرفتگی ناشی از رطوبت زیاد در مدار مایع باید این قطعه تعویض گردد.

شیر برقی (سلنوئید والو)

شیرهای برقی به طور وسیعی در سیستم های تبرید مورد استفاده قرار می گیرند. شیر برقی در چیلرها در مدار مایع به کار می رود و هدف از نصب آن در مدار مایع، توقف جریان مایع مبرد از سمت کندانسوربه اواپراتور در موقع خاموش شدن کمپرسور می باشد.

طرز کار به این ترتیب است که هنگامی که درون سیم پیچ آن (کویل) جریان برق برقرار می شود، شیر باز شده و مایع مبرد از آن عبور می کند و به سمت اواپراتور روانه می شود و در صورت قطع جریان برق شیر بسته شده و عبور جریان مایع مبرد را به طور اتوماتیک متوقف خواهد کرد. هنگامی که جریان برق از سیم پیچ (کویل) گذشته آن را به آهنربا تبدیل می کند و یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود، هسته آهنی یا پیستون تحت میدان مغناطیسی به داخل سیم پیچ حرکت می کند. حرکت این هسته که در اصل یک نوع شیر می باشد مسیر جریان مایع مبرد را باز می کند و مایع به سمت اواپراتور حرکت می کند. به محض قطع جریان برق سیم پیچ خاصیت آهنربایی خود را از دست داده و در نتیجه تحت وزن خود با فشار فنر فرود می آید.

سایت گلاس (شیشه رویت وضعیت گاز)

سایت گلاس یا شیشه رویت وضعیت گاز، در مدار مایع چیلر قرار دارد. از درون این شیشه می توان جریان مایع را در هنگام کار چیلر مشاهده کرد. در صورتی که مقدار مایع مبرد سیستم کم باشد در شیشه حباب های مایع به شکل کف مشاهده می گردد، ولی در هر حال تعیین نمی کند چقدر مایع مبرد در مدار سیستم تبرید چیلر وجود دارد. اغلب سایت گلاس ها دارای نشان دهنده وجود رطوبت غیرمجاز در مدار تبریدی می باشند که در صورتیکه محیط خارجی با مرکز سایت گلاس به رنگ مورد نظر تغییر پیدا کند نمایانگر وجود رطوبت در سیستم خواهد بود که تحت این شرایط باید مغزی خشک کن مدار مایع تعویض گردد. اپراتورها و مسئولین نگهداری و راهبردی چیلرها باید به طور دائم از طریق رویت شیشه گاز نما وضعیت میزان شارژ گاز و امکان وجود رطوبت در مدار تبرید را کنترل کنند.

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس