نحوه عملکرد چیلر جذبی

چیلر جذبی یکی از پرکاربردترین سیستم‌های تولید برودت در ساختمان‌های بزرگ و صنایع است که برخلاف چیلر تراکمی، به‌جای کمپرسور از انرژی حرارتی برای ایجاد سرما استفاده می‌کند. پیش از ورود به جزئیات فنی، بهتر است ابتدا با تعریف کلی چیلر چیست آشنا شویم تا تفاوت این دو تکنولوژی بهتر درک شود. در این مقاله، اجزای چیلر ابزوربشن (جذبی)، طرز کار آن و سیکل ترمودینامیکی‌اش را با جزئیات کامل بررسی می‌کنیم. شناخت درست این سیستم می‌تواند هزینه‌های ناشی از تعمیر چیلر جذبی و سرویس چیلر جذبی را در بلندمدت به‌طور چشمگیری کاهش دهد.

چیلر جذبی چیست؟

در تهویه و تبرید، چیلرها به دو دسته کلی چیلر تراکمی و چیلر جذبی تقسیم می‌شوند. چیلرهای تراکمی که با مصرف انرژی الکتریکی کار می‌کنند، از چهار قسمت اصلی کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور تشکیل شده‌اند و برودت با گردش مبرد بین این چهار جزء ایجاد می‌شود.

سیکل چیلر تراکمی

در سیکل چیلر تراکمی، مبرد ابتدا گرمای اواپراتور را جذب می‌کند، سپس توسط کمپرسور متراکم و پرفشار می‌شود. مبرد فوق‌داغ با ورود به کندانسور، در دمای موجود شروع به تقطیر می‌کند و در نهایت با عبور از شیر انبساط و افت فشار، دوباره آماده تبخیر می‌شود.

چیلر جذبی اما دو تفاوت اساسی با این سیکل دارد: به‌جای کمپرسور از ابزوربر، پمپ و ژنراتور استفاده می‌شود و علاوه بر مبرد اصلی، یک مبرد ثانویه به نام محلول جاذب هم در چرخه حضور دارد.

سیکل چیلر جذبی

برای بررسی دقیق‌تر و کاربردی این تفاوت‌ها، مطالعه مقایسه چیلر تراکمی و چیلر جذبی پیشنهاد می‌شود؛ این انتخاب معمولاً بر اساس هزینه انرژی، دسترسی به منبع حرارتی و اصول انتخاب چیلر مناسب هر پروژه انجام می‌شود.

از انواع چیلر جذبی می‌توان به چیلر جذبی تک‌اثره و چیلر جذبی دو‌اثره اشاره کرد که تفاوت چیلر جذبی تک‌اثره با دواثره عمدتاً در راندمان حرارتی و منبع گرمایشی مورد نیاز آن‌هاست.

در چیلر جذبی، مانند چیلرهای تراکمی و همچنین چیلر آب خنک، محفظه‌های ابزوربر و اواپراتور وظیفه تبادل دما را برعهده دارند. عملیات تبخیر در این محفظه، همان‌طور که در چیلرهای متداول رخ می‌دهد، باعث کاهش دمای آب کویل می‌شود؛ به همین دلیل این محفظه را اواپراتور و پمپ آن را پمپ اواپراتور یا پمپ مبرد می‌نامند.

ابتدا مبرد که همان آب مقطر است، وارد محفظه اواپراتور می‌شود. در فشار خلا، این آب در دمای حدود C°۵ تبخیر می‌شود. برای تخلیه مداوم بخار ایجادشده از محفظه اواپراتور، در چیلر جذبی از یک ماده جاذب رطوبت استفاده می‌شود؛ ماده‌ای که با جذب رطوبت، فشار محفظه را پایین نگه می‌دارد. نمک‌ها معمولاً رطوبت‌گیرهای مناسبی هستند و متخصصان این صنعت لیتیوم بروماید را به‌عنوان بهترین گزینه توصیه کرده‌اند.

لیتیوم بروماید نمکی است که در تماس با بخار آب مقطر خروجی از اواپراتور، رقیق می‌شود. این محلول رقیق‌شده توسط پمپ ابزوربر به ژنراتور فرستاده می‌شود. ژنراتور مبدلی است که با انتقال انرژی حرارتی به مدار لیتیوم بروماید رقیق، باعث جدا شدن مبرد (آب مقطر) از محلول می‌شود؛ محلول غلیظ‌شده به ابزوربر بازمی‌گردد و مبرد وارد چرخه اواپراتور می‌شود.

چیلرهای جذبی سیستم‌هایی بسته‌اند که در فشار زیر اتمسفر (خلاء نسبی) کار می‌کنند؛ این فشار شامل دو ناحیه است: ناحیه فشار بالا (ژنراتور و کندانسور) و ناحیه فشار پایین (ابزوربر و اواپراتور). در چیلر جذبی برای تولید برودت از گرما استفاده می‌شود که براساس جذب حرارت، تبخیر مبرد و جذب بخار مبرد توسط ماده جاذب، سیکل برودتی کامل می‌شود.

عملکرد اجزای اصلی چیلر جذبی

اجزای چیلر ابزوربشن یا چیلر جذبی شامل موارد زیر است:

• اواپراتور (تبخیرکننده)
• ابزوربر (جاذب)
• ژنراتور (مولد)
• کندانسور (چگالنده)
• مبدل حرارتی
• پمپ‌های محلول و مبرد

اواپراتور

اواپراتور که در مخزن پایینی به‌صورت مشترک با ابزوربر قرار گرفته است، شامل لوله‌های مسی فین‌دار، سینی، الیمینیتور، سپرهای جمع‌کننده پاشش و نازل‌های پاشش می‌باشد و برای تبادل انرژی حرارتی بین مبرد و آب چیلد که در داخل لوله‌ها جاری است، طراحی شده است. علاوه بر آن، برای آشکارسازی حالت بار کامل و جلوگیری از غلیظ‌شدن بیش‌ازحد محلول ابزوربر، یک لوله سرریز روی تانک مبرد نصب شده است. در چیلر جذبی با استفاده از پمپ وکیوم، محفظه در خلا قرار می‌گیرد و همین امر باعث می‌شود آب مقطر داخل مخزن در دمای C°۵ (معادل فشار kPa 1.034) به جوش بیاید و گرمای آب کویل را جذب کند.

برای افزایش انتقال حرارت در اواپراتور، مبرد به‌وسیله نازل بر روی لوله‌های مسی پاشیده می‌شود؛ همچنین یک پمپ مجزا برای پاشش بهتر آب مقطر روی این لوله‌ها تعبیه شده است.

ابزوربر

ابزوربر چیلر جذبی نیز در مخزن پایینی و به‌صورت مشترک با اواپراتور قرار دارد و شامل نازل‌های پاشش، لوله پرچ تخلیه گازهای غیرقابل تقطیر و لوله‌های مسی است. یک چشمی نمایشگر، سطح محلول را در شرایط مختلف نشان می‌دهد. پس از مرحله اول، بخار آب تبخیرشده توسط محلول لیتیوم بروماید در محفظه ابزوربر جذب می‌شود؛ چون فرایند جذب رطوبت گرمازاست، این گرما با استفاده از کویل‌های مسی و عبور آب برج خنک‌کننده دفع می‌شود.

همان‌طور که گفته شد، فرایند جذب در ابزوربر گرماده است و این گرما توسط کویل‌ها و لوله‌های مسی که آب خروجی برج خنک‌کننده در آن‌ها جریان دارد، دفع می‌شود. همین جذب گرما باعث افت فشار در قسمت کندانسور و اواپراتور می‌شود. در ابزوربر، پاشش محلول روی لوله‌های مسی، انتقال حرارت را نیز افزایش می‌دهد.

ژنراتور

ژنراتور چیلر جذبی در مخزن بالایی و به‌صورت مشترک با کندانسور قرار گرفته است. این بخش شامل لوله‌های مسی فین‌دار و سپر حرارتی برای پخش یکنواخت محلول رقیق است، به‌طوری‌که تبادل حرارت بین بخار و محلول به‌طور مؤثر انجام می‌شود. در این قسمت، محلول غلیظ از طریق مبدل و اداکتور به سمت ابزوربر منتقل می‌شود؛ یک لوله سرریز نیز در محفظه خروجی محلول غلیظ برای جلوگیری از کریستالیزاسیون تعبیه شده است.

پس از مرحله دوم، لیتیوم بروماید رقیق‌شده و اشباع، دیگر قابلیت جذب آب مقطر ندارد و توسط پمپ ابزوربر به سمت ژنراتور فرستاده می‌شود.

منبع گرمایی ژنراتور می‌تواند بخار، آب گرم یا آب داغ باشد که با ورود به مدار حرارتی و لوله‌های مسی ژنراتور، مبرد را از محلول جدا می‌کند؛ بخار مبرد وارد کندانسور و محلول غلیظ‌شده پس از عبور از مبدل حرارتی وارد ابزوربر می‌شود. ژنراتور و کندانسور در یک پوسته مشترک قرار دارند و به آن قسمت فشار بالا گفته می‌شود. به‌دلیل شرایط سخت‌تر کاری، جنس لوله‌های ژنراتور معمولاً از آلیاژ مس و نیکل است.

کندانسور چیلر جذبی

کندانسور چیلر جذبی در مخزن بالایی و به‌صورت مشترک با ژنراتور قرار دارد. ساختار کندانسور طوری طراحی شده که آب مقطر تشکیل‌شده در آن مستقیماً به سمت اواپراتور هدایت شود. بخار تولیدشده در ژنراتور توسط کویلی خنک می‌شود که آب سرد برج خنک‌کننده ابتدا وارد ابزوربر و سپس وارد کندانسور می‌شود و در آنجا تقطیر شده و به سمت اواپراتور می‌رود. کندانسور و ژنراتور در یک پوسته و در فشاری کار می‌کنند که متناظر با فشار بخار در دمای کندانس است؛ مقدار این فشار ۱۰.۳۴ کیلوپاسکال است.

در کندانسور، آب مقطر تقطیرشده در تشت زیرین جمع می‌شود و سپس به سمت اواپراتور سرریز می‌کند.

پس از کندانسور، مبرد باید از اوریفیس (همان دستگاه انبساط) عبور کند؛ وظیفه این قطعه، جدا نگه‌داشتن ناحیه فشار بالا از ناحیه فشار پایین است. در بسیاری از مدل‌های چیلر جذبی، به‌جای اوریفیس از سیفون استفاده می‌شود که وظیفه مشابهی برای جداسازی ابزوربر-کندانسور از اواپراتور-کندانسور دارد.

این اوریفیس باعث افت فشار مایع مبرد پیش از ورود به اواپراتور می‌شود و مبرد را برای پدیده فلش (تبخیر آب مقطر در فشار خلا) آماده می‌کند.

مبدل حرارتی چیلر جذبی

از طریق مبدل حرارتی، بین محلول رقیق خروجی از ابزوربر (در مسیر انتقال به ژنراتور) و محلول غلیظ خروجی از ژنراتور (در مسیر انتقال به اواپراتور)، تبادل انرژی حرارتی صورت می‌گیرد. در نتیجه، دمای محلول رقیق ورودی به ژنراتور افزایش و دمای محلول غلیظ ورودی به ابزوربر کاهش می‌یابد که همین موضوع راندمان چیلر را بالا می‌برد. بدنه این مبدل حرارتی از ورقه‌های کربن استیل ساخته شده و در زیر مخزن پایینی نصب می‌شود.

پمپ‌های محلول و مبرد

در چیلر جذبی، تنها بخشی که انرژی الکتریکی مصرف می‌کند همین پمپ‌ها هستند. پمپ‌هایی که برای انتقال محلول و مبرد روی دستگاه نصب شده‌اند، از نوع هرمتیک و کاملاً بسته‌اند؛ پوسته پمپ و پوسته موتور به‌صورت یکپارچه ساخته شده‌اند. این پمپ‌ها معمولاً از نوع سانتریفیوگال هستند و برای جلوگیری از پدیده کاویتاسیون، مرکب از یک پمپ اسکرو نیز طراحی می‌شوند.

ساختار این پمپ‌ها به‌صورت leakless و hermetic است و نیازی به خنک‌کاری یا روغن‌کاری خارجی ندارند؛ خنک‌کاری آن‌ها توسط همان محلول در گردش انجام می‌شود.

چیلر جذبی معمولاً شامل دو پمپ است: پمپ مبرد که آب مقطر را از تشت اواپراتور می‌مکد و از طریق نازل روی لوله‌های مسی حامل آب سردشونده می‌پاشد، و پمپ محلول که مسئول انتقال محلول رقیق از سمت ابزوربر به سمت ژنراتور است. یاتاقان این پمپ‌ها از نوع گرافیتی است که نیازی به روغن‌کاری و خنک‌کاری خارجی ندارد و توسط خود محلول خنک می‌شود.

سیکل چیلر جذبی

در تصویر بالا، سیکل کامل یک چیلر جذبی را می‌بینید که از چهار جزء اصلی — ابزوربر، اواپراتور، ژنراتور و کندانسور — و یک سمت فرعی شامل پمپ‌های مبرد و محلول تشکیل شده است.

شیرآلات در چیلر جذبی

شیرآلات مورد استفاده در چیلر جذبی از نوع مخصوص وکیوم و دیافراگم سوپر وکیوم هستند که امکان نشت هوا از طریق محور و بدنه شیر را غیرممکن می‌کنند. در صورت استفاده از شیر گازی، احتمال نشتی از قسمت محور بسیار بالا خواهد بود و باید با شیر دیافراگمی جایگزین شود.

پرچ و جداسازی گازهای غیرقابل تقطیر

به‌دلیل واکنش‌های شیمیایی درون چیلر جذبی، مقداری گاز غیرقابل تقطیر تولید می‌شود که باعث شکسته‌شدن خلا دستگاه می‌گردد. برای تخلیه این گازها، در چیلرهای طرح یورک، گازها در محفظه وکیوم جمع‌آوری و توسط پمپ وکیوم تخلیه می‌شوند؛ نمونه‌ای از این طراحی را می‌توان در چیلر جذبی ساری پویا مشاهده کرد.

در چیلر جذبی طرح کریر، همان‌طور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، عملیات پرچ‌گیری بدون نیاز به پمپ وکیوم هم قابل انجام است. ابتدا توسط اداکتور، گازهای ناخالص از محفظه ابزوربر کشیده و از طریق محفظه B به سمت کندانسور هدایت می‌شوند؛ سپس از محفظه کندانسور به سمت محفظه D منتقل می‌شوند. با تجمع گاز غیرقابل تقطیر در این محفظه، چراغ پرچ روی دستگاه روشن شده و نگهدار را از لزوم انجام پرچ‌گیری آگاه می‌کند. در پرچ‌گیری چیلر جذبی کریر، ابتدا شیر دیافراگمی L بسته، سپس شیر E بسته می‌شود و بعد از مدتی شیر H باز می‌شود تا حباب‌های محلول تخلیه شوند. پس از خروج کامل حباب‌ها، برای بازگرداندن چیلر به حالت اولیه، شیر H بسته، شیر E باز و در انتها شیر L باز می‌شود تا چیلر جذبی به کارکرد عادی خود بازگردد.

خواص لیتیوم بروماید

با توجه به این‌که لیتیوم از عناصر قلیایی و برم از خانواده هالوژن‌هاست، لیتیوم بروماید از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی به نمک طعام نزدیک است؛ ترکیبی پایدار که در هوای آزاد تجزیه نمی‌شود و فرار نیست. خواص اساسی این نمک در ادامه بررسی می‌شود؛ لیتیوم بروماید خاصیت جذب رطوبت بسیار بالایی دارد.

حلالیت

محلول لیتیوم بروماید می‌تواند آب زیادی را در خود حل کند؛ برای مثال در دمای اتاق، غلظت محلول اشباع حدود ۵۳ درصد است. با تبخیر آب از محلول یا افزایش دما، میزان غلظت محلول لیتیوم بروماید تغییر می‌کند.

گرمای ویژه

گرمای ویژه پایین محلول جاذب لیتیوم بروماید، نقش مهمی در راندمان حرارتی چیلرهای جذبی دارد. کوچک بودن گرمای ویژه در شرایط کار، همراه با بزرگ بودن گرمای نهان تبخیر آب، این انتظار را ایجاد می‌کند که چیلرهای جذبی با محلول لیتیوم بروماید و مبرد آب، راندمان حرارتی بالایی داشته باشند.

اسیدیته (pH)

محلول خالص لیتیوم بروماید تقریباً خنثی است؛ با این حال محلولی که در چیلرهای جذبی به کار می‌رود، برای مقابله با مسئله خوردگی، کمی قلیایی طراحی می‌شود.

خورندگی

خورندگی محلول لیتیوم بروماید بسیار کمتر از آب‌نمک یا محلول نمک‌های کلسیم است. با این حال، از آنجا که خوردگی نکته بسیار مهمی در طراحی تجهیزات محسوب می‌شود، محلول لیتیوم بروماید علاوه بر قلیایی‌شدن، با افزودنی‌های شیمیایی ضد خوردگی نیز تقویت می‌شود؛ لیتیوم کرومات یکی از پرکاربردترین این افزودنی‌هاست که رنگ زرد مشخصه چیلرهای جذبی را ایجاد می‌کند.

⚠ نکته ایمنی: اگرچه خاصیت سمی محلول لیتیوم بروماید بسیار ضعیف است، از تماس مستقیم آن با پوست یا سایر اجزای بدن خودداری کنید. در صورت هرگونه تماس، محل را سریعاً با آب فراوان بشویید.

کنترل و اتوماسیون چیلر جذبی

در کنار مدار حرارتی، چیلرهای جذبی به یک سیستم کنترل دقیق نیاز دارند تا دمای ژنراتور، فشار خلا و دبی پمپ‌ها را هماهنگ نگه دارد. جزئیات این بخش، از جمله نحوه سیم‌کشی و منطق فرمان، در مدار فرمان چیلر جذبی و عملکرد تابلو برق توضیح داده شده است. در چیلرهای جدیدتر، این کنترل معمولاً توسط کنترلرهای صنعتی مثل آنچه در نحوه کار چیلر با کنترلر کرل PLC CAREL PCO5 شرح داده شده، انجام می‌شود.

پرسش‌های پرتکرار درباره چیلر جذبی

آیا چیلر جذبی به برق نیاز دارد؟

بله، اما مصرف برق آن محدود به پمپ‌های محلول و مبرد است؛ برخلاف چیلر صنعتی از نوع تراکمی که برای کار کمپرسور به برق زیادی نیاز دارد.

چیلر جذبی با کولر گازی چه تفاوتی دارد؟

کولر گازی خانگی از یک سیکل تراکمی کوچک‌مقیاس استفاده می‌کند و اساساً با منطق کارکرد چیلر جذبی متفاوت است؛ برای مقایسه دقیق‌تر می‌توانید آموزش جامع عملکرد کولر گازی را مطالعه کنید.

آیا چیلر جذبی رفت و برگشتی هم وجود دارد؟

تکنولوژی رفت و برگشتی (Reciprocating) عمدتاً در چیلرهای تراکمی کاربرد دارد؛ برای آشنایی با این نوع سیستم می‌توانید اصول عملکرد چیلر رفت و برگشتی را مطالعه کنید.

در ویدیوی زیر می‌توانید طرز کار چیلر جذبی را مشاهده کنید.

Trane :منابع

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می‌باشد