در 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؟
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.
اواپراتور Evaporator
در این محل مبرد (آب مقطر) بر روی سطوح لوله های اواپراتور از طریق نازل هایی پاشیده شده و تبخیر میگردد، و با توجه به اینکه عمل تبخیر یک فرایند گرماگیر است گرمای آب چیلد که در داخل لوله های اواپراتور جریان دارد را جذب میکند. در شرایط استاندارد (پایدار) فشار در مخزن پایین که شامل اواپراتور و ابزربر میباشد حدود 6 abs mmHg میباشد و مبرد در دمای حدود 3 درجه 2484 کیلوژول بر کیلوگرم تبخیر میگردد. آب چیلد با دمای 12 درجه سانتیگراد وارد اواپراتور شده و تا دمای 7 درجه سانتیگراد خنک میگردد.
ابزوربر Absorber
محلول واسطه (غلظت متوسط لیتیوم بروماید) 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.
ژنراتور Generator
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.
مبدل حرارتی Heat Exchanger
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 چیلر جذبی تک اثره در ابتدای فصل داده شد، حال به معرفی و بررسی چیلرهای دو اثره 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 ژنراتور سطح اول (High Generator) ابتدا محلول تا درجه حرارت بالای (140-165⁰ C) گرم شده و به غلظت مورد نظر خواهد رسید. اما به دلیل بالا بودن میزان درجه حرارت اعمال شده به ژنراتور مرحله اول دمای بخار حاصل از جدا سازی نیز بالاتر از حالت نرمال در ژنراتور مشابه چیلر تک اثره خواهد بود. لذا به جای ارسال مستقیم این بخار به کندانسور ابتدا از آن به صورت غیر مستقیم در ژنراتور سطح دوم استفاده و از گرمای آن جهت احیاء محلول در دمای پایینتر استفاده می شود چیلرهای دو اثره از نظر سیکل کارکرد و حرکت محلول در ژنراتور به دو دسته عمده جریان سری (Series Flow) و جریان موازی (Parallel Flow) و گاها جریان معکوس (Reverce Flow) تقسیم می شوند.
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 carrier انتخاب می کنیم.
چیلر جذبی دو اثره دیگر نیاز به دیگ بخار ندارد و با وجود مشعل بر روی خودکفا می باشد. حال مطابق با کاتالوگ چیلر جذبی شعله مستقیم دواثره carrier مقدار مصرف گاز چیلر جذبی مذکور با ظرفیت مشخص می کنیم.
همان طور مطابق با کاتالوگ چیلر های جذبی مصرف انرژی در چیلرهای جذبی تک اثره و چیلر دواثره میبینیم.
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.
تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس
