بررسی جامع چیلر جذبی دو اثره

در این مقاله به بررسی چیلر جذبی دو اثره می پردازیم. چیلر یا در فارسی آبسردکن به هر دستگاهی که موجب گرفتن گرما از یک مایع 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 ماشینهای تبرید گرما را از دمایی پایینتر (اواپراتور) به نقطه  با دمایی بالاتر (کندانسور) انتقال می دهند.

چیلرها از نظر کارکرد به دو دسته چیلر تراکمی و چیلر جذبی تقسیم بندی می گردد.

تفاوت عمده چیلرهای جذبی با چیلرهای تراکمی در نوع مصرف انرژی می باشد. به طوری 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.

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.

اساس و پایه کار چیلرهای جذبی آب و لیتیوم بروماید میباشد. در قسمت اواپراتور چیلر جذبی که آب سرد جهت مصارف برودتی استفاده میشود خلاء یا فشار واقعی حدود 4 الی 6 میلیمتر جیوه است و آب فقط تحت این فشار به عنوان مبرد تبخیر میشود و گرمای نهان تبخیر را از آب جاری در لوله های اواپراتور دریافت میکند و در نتیجه آن را سرد مینماید. برای پیوسته ساختن فرآیند سرمایش، مبرد تبخیر شده (بخار آب) توسط محلول لیتیم بروماید جذب میشود .جذب بخار مبرد توسط جاذب فشار دستگاه را به میزان کافی پایین نگه میدارد تا عملیات تبخیر ادامه یابد. سپس محلول لیتیم بروماید رقیق شده به مخزن ژنراتور پمپ میشود که در آنجا توسط بخار آب مجدا آب داغ حرارت میبیند تا بخار آب جذب شده را آزاد کند. آب نسبتا خنک از برج خنک کن حرارت کافی را از بخار آب میگیرد و آن را برای استفاده دوباره در سیکل سرمایش مجددا به مایع تبدیل میکنند و به قسمت اواپراتور باز میگردد. محلول (LiBr) غلیظ شده در ژنراتور برای ادامه سیکل  چیلر جذبی به مخزن ابزربربرگردانده میشود.

چیلرهای جذبی دو اثره

شرح عملکرد چیلر جذبی تک اثره در مقاله های دیگر توضیح داده شده است، 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.میزان اختلاف سطح انرژی در چیلر تک اثره میزان اختلاف سطح انرژی در چیلر دو اثره 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 چیلرتک 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. به واسطه انجام این عمل ضریب عملکرد یا COP دستگاه افزایش و میزان مصرف انرژی تا سطح قابل توجهی کاهش میابد.

در چیلر جذبی دواثره دارای دو ژنراتور و دو مبدل حرارتی هستند و عملیات تغلیظ در دو قسمت ژنراتور دما بالا و دما پایین انجام میگردد. در چیلرجذبی دو اثره تقریبا نصف جریان سلوشن رقیق شده به سمت ژنراتور دما پایین و نصف دیگر آن به سمت ژنراتور دما بالا میرود در جایی که محلول لیتیوم بروماید غلیظ مستقیما از طریق تزریق بخار به  داخل لوله های ژنراتور غلیظ میشوند. نصف دیگر در مواد سلوشن لیتیوم بروماید به سمت ژنراتور دما پایین رفته و به وسیله بخار جدا شده در ژنراتور دما غلیظ میشود. ژنراتور دما پایین در چیلرهای جذبی دواثره بخار همانند کندانسور برای بخشی از ژنراتور دما بالا چیلر جذبی دو اثره عمل میکند. لذا چیلرهای جذبی دو اثره در مقایسه با چیلرهای جذبی تک اثره مصرف انرژی آن تقریبا به اندازه نصف میباشد.

در چیلر جذبی دو اثره از شل های با اندازه های متفاوت تشکیل شده است. ابزوربر و اواپراتور در قسمت پایینی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. و مخزن کوچک بالای سر ابزوربر و اواپراتور چیلر جذبی دو اثره، ژنراتور دما بالا نامیده میشود. در این قسمت نصف مواد سلوشن رقیق شده به این قسمت وارد میشود. در کنار ژنراتور دما بالا، ژنراتور دما پایین قرار دارد که نیمه دیگر عملیات غلیظ سازی انجام میدهد. چیلر جذبی دو اثره دارای دو عدد مبدل دمایی  دما بالا و دما پایین میباشد. در مبدل دما پایین محلول غلیظی که از ژنراتور دما پایین  به ابزربر چیلر جذبی دواثره باز می گردد قبل از ورود به ابزربر از مبدل حرارتی دما پایین محلول عبور کرده و گرمای خود را به محلول رقیقی که از ابزربر به سمت ژنراتوردما بالا و دما پایین منتقل میگردد، می دهد. در نتیجه گرمای محلول غلیظ به محلول رقیق انتقال می یابد. در ژنراتور دما پایین انرژی کمتری برای تبخیر مبرد صرف می گردد و همچنین در ابزربر میزان انتقال حرارت توسط آبسرد برج به میزان زیادی کاهش می یابد که وجود این مبدل حرارتی مجموع سبب افزایش راندمان دستگاه و افزایش COP (ضریب عملکرد چیلر) می گردد. در مورد مبدل حرارتی دما بالا نیز به همین صورت است و محلول رقیق ورودی به ژنراتور دما بالا از یک طرف و عبور محلول خروجی غلیظ از ژنراتور دما بالا جهت تبادل دما و افزایش بازده چیلر میگردد. مبدل های مورد استفاده در چیلرهای جذبی دو مرحله ای معمولا از پوسته لوله از جنس کربن استیل و یا مبدل صفحه میباشد.

در چیلرهای جذبی دو اثره بخار، یک مبدل دیگر نیز جهت افزایش بهره بری و افزایش cop چیلر جذبی تعبیه گردیده است. این مبدل که به مبدل حرارتی درین نیز شهرت دارد. این مدل مابین مبدل حرارتی دما پایین و دما بالا قرار دارد و وظیفه آن افزایش دما محلول رقیق خروجی مبدل حرارتی دما پایین از طریق بخار کندانس شده خروجی ژنراتور دما بالا میباشد.

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 (Reaverce 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.

یکی از مهمترین کنترل ها در چیلر جذبی دو اثره ، کنترل سطح سلوشن در ژنراتور دما بالا میباشد. محلول سلوشن رقیق که وارد ژنراتور میگردد از طریق کنترل LCD کنترل میگردد. این کنترل سطح محلول در باکس بالای محفظه کندانسور قرار دارد و میزان دبی را به وسیله درایو پمپ سلوشن یا به کمک شیر کنترل میکند. در بارهای جزیی مقدار دبی سیال ورودی باید کاهش یابد و در بار کامل این دبی کامل میگردد.

نمودار تعادلی و سیکل محلول در چیلر جذبی دو اثره

سيكل محلول بر روي نمودار تعادلي محلول ليتيوم برومايد و آب شكل زیر قابل تشريح است. محور سمت چپ نمودار نمايانگر فشار بخار محلول درشرايط تعادل و محور سمت راست نشانگر درجه حرارت اشباع متناظر با محور سمت چپ براي مبرد آب است. محور پايين، غلظت محلول را نشان ميدهد. به عنوان مثال غلظت 60 % ليتيوم برومايد نشان دهنده 60 درصد وزني ليتيوم برومايد و 40 درصد وزني آب است. خطوط منحني، در راستاي قطر از چپ به راست، خطوط درجه حرارت محلول هستند كه نبايد با خطوط درجه حرارت اشباع اشتباه گرفته شوند خط منحني تكي در قسمت راست و پايين نمودار نشانگر خط كريستاليزه شدن است. در هر درجه حرارت و غلظتي درسمت راست اين خط، محلول كريستاليزه شده، و سبب محدود كردن معبر جريان و نتيجاً موجب انسداد جريان در آن مي شود. خطوط تقريباً منحني كه از پايين نمودار شروع مي شود، خطوط وزن مخصوص هستند. براي تعيين غلظت محلول ليتيوم برومايد، وزن مخصوص را بوسيله هيدرومتر اندازه بگيريد و درجه حرارت محلول را تعيين كنيد سپس محل تقاطع اين دو را برروي نمودار به دست آوريد شكل زیر سپس مقدار متناظر آن را روي محور پايين بخوانيد و درصد ليتيوم برومايد را تعيين كنيد.

جهت رسم نمودار سیکل محلول ار از نقاط 1 تا 13 را بررسی میکنیم و شرایط آن را بررسی میکنیم.

نقطه 1 : این نقطه نشان دهنده محلول غلیظ میباشد که به وسیله نازل ها بر روی لوله های ابزوربر پاشیده میشود و مبرد را جذب میکند. این شرایط قابل اندازه گیری نمیباشد

نقطه 2 : این نقطه نشان دهنده محلول رقیق شده لیتیوم بروماید در هنگام ورود به مبدل دما میباشد. این نقطه در قسمت خروجی پمپ ابزوربر میباشد و قابل اندازه گیری میباشد.

نقطه 3 : این نقطه محلول رقیق پس از مبدل دما پایین میباشد.غلظت این نقطه همانند نقطه 2 میباشد و فقط دما افزایش دما یافته و قابل اندازه گیری میباشد.

نقطه 4 : این نقطه هم غلظت نقطه 3 میباشد و فقط دما آن کمی افزایش ییافته است و در این نقطه به مقدار نصف محلول به سمت ژنراتور دما بالا و نصف دیگر به سمت ژنراتور دما پایین میرود.

نقطه 5 : این نقطه شرایط محلول  داخل ژنراتور دما پایین میباشد. این محلول در شرایط فشار و دمای نشان داده شده غلیظ میگردد.

نقطه 6 : این نقطه محلول رقیق ورودی به ژنراتور دما بالا میباشد و پس از مبدل دما بالا میباشد. این محلول رقیق میباشد

نقطه 7 : این نقطه در داخل ژنراتور میباشد. این نقطه دمای اشباع فشار داخل محفظه ژنراتور دما بالا میباشد.

نقطه 8 : این نقطه پس از ژنراتور دما بالا میباشد و دمای محلول غلیظ پس از ژنراتور قابل اندازه گیری میباشد.

نقطه 9 : این نقطه سلوشن غلیظ میباشد که با گذر از مبدل دما بالا و از دست دادن گرمای آن ، دمای کاهش میابد.

نقطه 10 : این نقطه محلول غلیظ خروجی از ژنراتور دما پایین میباشد. این محلول غلظت کمتری نسبت به محلول خروجی ژنراتور دما بالا دارد. معمولا با اندازه گیری دما و فشار اشباع این نقطه تعیین میگردد.

نقطه 11 : این نقطه  محصول تجمیع دو محلول غلیظ خروجی از ژنراتورهای دما بالا و دما پایین میباشد. معمولا تعیین نقطه به صورت دقیق نمیباشد

نقطه 12 : خروجی محلول غلیظ پس از ژنراتور دما پایین میباشد. دمای این قسمت قابل اندازه گیری میباشد.

نقطه 13 : این نقطه محلول غلیظ خروجی از مبدل حرارتی که با مقداری محلول رقیق مخلوط شده وارد نازل های ابزوربر چیلر جذبی دو اثره میگردد.

در جدول زیر مقدار دما و فشارهای و درصد غلظت نقاط مورد نظر را نشان میدهد.

سیستم پرچ چیلر جذبی دو اثره

عملکرد صحیح چیلر جذبی منوط حفظ خلا و وکیوم مناسب چیلر جذبی میباشد. در چیلر جذبی دو اثره بروز نشتی یکی از عوامل شکستن خلا میباشد. خلا به محیطی گفته میشود که به محیطی گفته میشود کمتر از محیط ج و است. خلأ را با توجه به تعداد ذراتی که در واحد حجم دارد، به خلأ عادی، خلأ متوسط، خلأ بالا، خلأ خیلی بالا و خلأ بینهایت تقسیم بندی شده است. برای تشخیص نوع خلأ، تعداد مولکولها اندازهگیری نمیشوند، بلکه با اندازهگیری فشار گاز میتوان تعداد مولکولها در واحد حجم راتعیین کرد. خلأ به محیطی گفته میشود که فشار آن از فشار اتمسفر کمتر باشد و براساس فشاری که دارد به خلأ عادی، متوسط و غیره تقسیمبندی میشود .

تولید گازهای غیر قابل تقطیر در چیلرهای جذبی علاوه بر نشتی های احتمالی، به دلیل فعل انفعالات شیمیایی حاصل از واکنش لیتیوم بروماید با سطوح فلزی صورت می پذیرد و سبب افزایش فشار نسب در اواپراتور شده در نتیجه عدم تبخیر در فشار مورد نظر، درجه حرارت آب چیلد افزایش یافته و کارایی چیلر را به شدت تقلیل میابد. سیستم تخلیه گازهای غیر قابل تقطیر شامل شیر پرچ دستی، خلاءسنج، شیر سلونوئید تخلیه گاز و پمپ وکیوم می باشد. با بهره برداری صحیح از سیستم پرچ از افت ظرفیت برودتی چیلر و خوردگی در آن جلوگیری به عمل آمده و بهره برداری به صورت پایدار انجام خواهد شد.

برای پرج گیری و وکیوم کردن دستگاه طبق مراحل ذکر شده در کارگاه عملی و مطابق با دستورالعمل هر دستگاه باید عمل نمود. تشخیص زمان وکیوم با کنترل کردن همزمان دمای خروجی آب چیلد از اواپراتور و کنترل میزان وکیوم نشان داده شده توسط مریام گیج جیوه ای بوده و قبل از تشخیص نیاز به وکیوم، حتما از عملکرد صحیح سایر المان ها همانند دما و دبی آب کولینگ باید اطمینان حاصل نمود.

اختلاف ستون قرائت شده بین دو سطح جیوه نشانگر میزان وکیوم نقطه اتصال، برحسب میلیمتر جیوه می باشد. نقطه اتصال با توجه به مسیر شیرآلات ممکن است از بدنه دستگاه، مخزن وکیوم Purge Tank و یا خود پمپ وکیوم باشد.

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می باشد