یکی از واژههای رایج در صنعت تهویه مطبوع، چیلر است. چیلرها به دو دسته چیلر تراکمی و چیلر جذبی تقسیم میشوند؛ برای مقایسه دقیقتر این دو فناوری میتوانید مقاله مقایسه چیلر تراکمی و چیلر جذبی را مطالعه کنید. چیلر در لغت به معنای آبسردکن است. در صنعت نیز دستگاههای بسیاری از چیلر برای پروسه تولید خود استفاده میکنند که به آنها چیلر صنعتی گفته میشود. اگر با مفهوم کلی این دستگاه آشنا نیستید، پیشنهاد میکنیم ابتدا مقاله چیلر چیست را بخوانید. مهمترین تفاوت چیلر صنعتی با چیلر خانگی این است که چیلر صنعتی باید در تمام فصول سال، حتی در سرمای زمستان، بدون توقف کار کند؛ در حالی که چیلر خانگی معمولاً فقط در فصل گرم فعال است. این مقاله به بررسی نحوه عملکرد و انواع این چیلرها میپردازد.
در ادامه رایجترین صنایع استفادهکننده از چیلرهای صنعتی را بررسی میکنیم.
انواع چیلرهای صنعتی و کاربردها
- صنعت تزریق پلاستیک: برای خنککاری قالبها از چیلر صنعتی یا مینی چیلر صنعتی استفاده میشود.
تزریق پلاستیک
- صنایع پزشکی و دستگاههای MRI: در این دستگاهها از اشعه X و شتابدهندههای خطی استفاده میشود که حرارت زیادی تولید میکند؛ برای دفع این حرارت باید از چیلر استفاده کرد.
استفاده از چیلر در صنایع پزشکی
- چیلر دستگاه لیزر: به دلیل برشکاری فلزات، حرارت بسیار زیادی تولید میشود که استفاده از چیلر را الزامی میکند.
- صنایع چاپ: چرخش و اصطکاک غلتکها باعث تولید حرارت میشود.
- صنایع غذایی و دارویی: چیلر صنعتی برای خنککاری خطوط تولید، نگهداری مواد اولیه در دمای ایمن و کنترل دمای فرآیندهای حساس دارویی به کار میرود.
- ریختهگری و فرآیندهای شیمیایی: در این صنایع، چیلر برای خنککاری قالبهای فلزی و کنترل دمای واکنشهای شیمیایی حساس استفاده میشود.
البته موارد ذکرشده تنها بخشی از کاربردهای چیلرهای صنعتی هستند و این حوزه بسیار گسترده است.
عملکرد چیلر صنعتی
این چیلرها باید در تمام فصول سال قابلیت تولید آب سرد داشته باشند. همچنین با توجه به نیاز سرمایی پروسه صنعتی، برخی چیلرهای صنعتی باید بتوانند سیال خنککننده را تا دمای زیر صفر برسانند؛ در این حالت به آنها چیلر زیر صفر صنعتی گفته میشود. چیلر صنعتی باید بتواند بدون اشکال در دمای محیط سرد زمستانی نیز کار کند.
همانطور که میدانیم، دو مورد از بیشترین مشکلات چیلرها در طول کارکرد، کارکرد در دمای بالای محیط و دمای پایین محیط است.
چیلر صنعتی در تمام فصول سال در حال کارکرد است؛ به همین دلیل کنترل فشار دیسشارژ در چیلرهای صنعتی اهمیت زیادی دارد.
در چیلر صنعتی معمولاً از کندانسورهای هوایی استفاده میشود. کندانسورها را اصولاً با اختلاف دمای کاندنس (یعنی دمای کاندنسینگ منهای دمای هوای ورودی به آن) معرفی میکنند. مثلاً یک کندانسور با 10°C انتخاب شده است؛ با تغییر دمای محیط، اختلاف دمای کندانس تقریباً 10°C ثابت میماند. در چیلر آب خنک این نوسان به دلیل دمای پایدارتر آب برج خنککننده معمولاً کمتر محسوس است.
حال اگر چیلر صنعتی با کندانسور هوایی که برای دمای طراحی 105°F در تابستان طراحی شده، در فصل زمستان استفاده شود؛ کندانسور افزایش ظرفیت خواهد داشت. این افزایش ظرفیت در کندانسور باعث کاهش فشار کاندنسینگ و بروز مشکلات اساسی میشود. در شکل زیر کندانسوری با اختلاف دمای 15°F نشان داده شده؛ برای دمای محیط 95°F و مبرد R22، دمای کندانسینگ آن 110 درجه فارنهایت است که فشار معادل آن 240psi است. اگر دمای محیط تا مثلاً 65°F کاهش یابد، دمای کندانس به 80 درجه فارنهایت کاهش مییابد که معادل 156psi خواهد بود. این کاهش فشار باعث بروز مشکلاتی در چیلر صنعتی میشود.
اگر فشار مایع در شیر انبساط پایین باشد، مقدار مبرد کمتری از همان شیر انبساط که کاملاً باز است عبور میکند. در نتیجه مقدار مایع در اواپراتور کم شده، زودتر تبخیر میشود، سوپرهیت گاز خروجی از اواپراتور افزایش مییابد و ظرفیت برودتی چیلر کاهش پیدا میکند.
تاثیر کاهش فشار کندانس بر عملکرد شیر انبساط
در چیلر صنعتی حتماً باید روشی در نظر گرفته شود که فشار کاندنسینگ را در محدوده طراحی نگه دارد. سادهترین روش، خاموش کردن فنهای کاندنسر است. کنترل فشار کندانسور را میتوان با خاموش و روشن کردن فنها انجام داد، اما در این حالت به دلیل تغییرات سینوسی فشار، فنها پیاپی خاموش و روشن میشوند. به همین دلیل، کنترل دور فن کندانسور با استفاده از درایو پیشنهاد میشود.
کنترل دور فن کندانسور به وسیله درایو
یکی دیگر از مشکلات رایج، شرایط استارت کمپرسور است. اگر دمای محیط خیلی کاهش یابد، فشار دیسشارژ افت میکند و در زمان شروع مجدد، مبرد کمتری از طریق اکسپنشن ولو وارد تبخیرکننده میشود. در این حالت فشار ساکشن بهشدت کاهش مییابد و چیلر صنعتی توسط کنترل فشار ساکشن قطع میشود. برای رفع این مشکل بهتر است از ریسیور در سیکل چیلر صنعتی استفاده شود؛ هدف از بهکارگیری ریسیور، دریافت و جمعآوری مبرد تخلیهشده از کندانسور چیلر صنعتی است.
راهحل بهتر، استفاده از هد پرشر کنترل است. این قطعه برای کنترل فشار در لحظه استارت به کار میرود؛ با بایپس کردن مبرد داغ از کندانسور در لحظه استارت، فشار پشت ریسیور را افزایش میدهد و مایع با فشار بالاتر، تغذیه بهتری برای اواپراتور چیلر صنعتی فراهم میکند.
شماتیک اتصال هدپرشر کنترل
اساس عملکرد این قطعه بر این پایه است که وقتی اختلاف بین ورود و خروج کندانسور چیلر صنعتی از 20psi بیشتر شود، نیروی فنر شیر هد پرشر کنترل باعث میشود مقداری از مبرد بدون طی کردن مسیر کندانسور وارد ریسیور شود و افت فشار ناشی از کاهش دمای محیط را جبران کند. این شیر یکی از قطعات مهم در چیلرهای صنعتی و سردخانههاست.
یکی دیگر از مشکلات چیلرهای صنعتی، آسیبدیدن کمپرسورها ناشی از برگشت مقدار زیاد مبرد مایع به داخل کمپرسور است. وجود مبرد مایع در کمپرسور باعث کاهش خاصیت روغنکاری روغن میشود؛ به ظاهر کمپرسور از کمبود روغن آسیب دیده، در حالی که مشکل اصلی برگشت مایع است. کمپرسورهای تبرید اساساً برای تراکم گاز طراحی شدهاند و وجود مایع اختلال شدیدی در کارکرد آنها ایجاد میکند.
رابطه مبرد و روغن در چیلرهای صنعتی
برای بررسی برگشت مبرد مایع و جلوگیری از آن، شناخت ارتباط بین روغن و مبرد الزامی است. در یک سیستم بسته، مبرد همیشه توسط روغن جذب میشود؛ اگر در ظرفی مبرد و روغن در تماس باشند، پس از مدتی مبرد توسط روغن جذب میشود.
گاز مبرد به محفظه کمپرسور میرسد و مبرد مایع با روغن مخلوط میشود؛ روغن تا حد اشباع کامل پیش میرود. وقتی در لحظه استارت فشار کاهش مییابد، مبرد مایع مخلوطشده با روغن به سرعت تبخیر میشود و کف شدید روغن در لحظه استارت کمپرسور مشاهده میشود. اگر شدت این پدیده بالا باشد، حتی میتواند باعث تخلیه کارتر از روغن در کمتر از یک دقیقه شود.
کف کردن کمپرسور در لحظه استارت
بنابراین در چیلرهای صنعتی باید میزان مخلوطشدن مبرد با روغن، هم در زمان خاموشی و هم در حین کار، بررسی شود. نمودار زیر مربوط به استاندارد ASHRAE Handbook – Refrigeration SI است و میزان مخلوطشدن روغن با مبرد را برحسب جرم، برای مبردهای مختلف نشان میدهد. این نمودار برحسب دما و فشار رسم شده و همانطور که مشخص است، هر چه فشار بالاتر برود، نسبت امتزاج روغن و مبرد بیشتر میشود؛ هر چه دما پایینتر باشد نیز میزان اختلاط بیشتر است. در چیلرهای صنعتی زیر صفر، با پایینتر بودن دمای اواپراتور، میزان مخلوطشدن روغن و مبرد بیشتر میشود؛ به همین دلیل توصیه میشود در این چیلرها با توجه به نوع کمپرسور، از متد پمپدان برای خاموش کردن دستگاه استفاده شود.
نمودار امتزاج مبرد با روغن برحسب دما و فشار
با پمپدان کردن چیلر، فشار محفظه میللنگ در زمان خاموشی کاهش مییابد و میزان مخلوطشدن مبرد با روغن به حداقل میرسد. در چیلر صنعتی زیر صفر حتماً باید از Pump Down استفاده کرد؛ در این روش با کاهش فشار داخل اواپراتور، کنترل فشار پایین (Low Pressure Control) کمپرسور را قطع میکند. چون مبردی در داخل اواپراتور باقی نمیماند، در حالت خاموش بودن کمپرسور، مهاجرت مبرد به کمپرسور رخ نمیدهد.
بعضی سیستمها با توجه به شرایط کارکرد یا نظر مشتری، امکان استفاده مناسب از پمپ دان را ندارند. در این صورت حتماً باید از سیستم هیتر داخل کارتر استفاده شود. وظیفه هیتر این است که دمای روغن در کارتر را از سردترین قسمت سیستم بالاتر نگه دارد؛ به یاد داشته باشید هیتر فقط مایع مبرد داخل روغن را تبخیر میکند و مانعی برای برگشت مایع نیست. در برخی موارد ممکن است لازم باشد محفظه کمپرسور با عایق حرارتی یا ژاکت حرارتی، عایقبندی شود.
عایق بندی بدنه کمپرسور
یکی دیگر از قطعات مورد استفاده در چیلرهای صنعتی، نصب Suction Accumulator یا مایعشکن است. اکومولاتور در دیکشنری به معنای محل انباشت است و یکی از مهمترین اجزای چیلرهای صنعتی و سردخانههایی است که در دمای پایین محیط کار میکنند.
آکومولاتور
در چیلرهای صنعتی که در دمای پایین کار میکنند، دبی جرمی مبرد در جریان کاهش پیدا میکند؛ این کاهش دبی جرمی میزان برگشت روغن به کمپرسور را مختل میکند. به همین دلیل بهتر است در چیلرهای صنعتی زیر صفر، از اویل سپراتور نیز استفاده شود. همچنین در مسیر مبرد، وجود فیلتر درایر برای جذب رطوبت و ذرات ریز، از آسیب به شیر انبساط و کمپرسور جلوگیری میکند.
مقایسه انواع کمپرسور در چیلر صنعتی
انتخاب نوع کمپرسور بسته به ظرفیت برودتی مورد نیاز و شرایط کاری صنعت متفاوت است. جدول زیر مقایسه کلی این کمپرسورها را نشان میدهد:
نوع کمپرسور | محدوده ظرفیت | ویژگی اصلی |
پیستونی | کم تا متوسط | ساختار ساده، تعمیر آسان، مقاوم در برابر لرزش محیط صنعتی |
اسکرال | متوسط | صدای کمتر، بازدهی بالاتر نسبت به پیستونی؛ جزئیات در بررسی جامع چیلر تراکمی اسکرال |
اسکرو | متوسط تا بالا | مناسب برای کارکرد پیوسته صنعتی، عمر بالا |
سانتریفیوژ | بالا (تا هزاران تن تبرید) | راندمان بالا در ظرفیتهای بزرگ؛ جزئیات در کمپرسورهای چیلر سانتریفیوژ |
نحوه گردش آب سرد در سیستم چیلرهای صنعتی
در سیکل مدار آب سرد در گردش چیلر صنعتی، بارگذاری برخلاف تهویه مطبوع یکنواخت نیست و با تغییر ساعات کارکرد و شیفت کاری، مصرف آن تغییر میکند؛ به همین دلیل از منبع ذخیره آب استفاده میشود. در چیلرهای صنعتی برای گردش آب سرد، معمولاً یک پمپ از چیلر به سمت منبع ذخیره آب و پمپ دیگری برای گردش آب به سمت مصرفکننده در نظر گرفته میشود.
چیلر صنعتی و منبع ذخیره آب
حجم منبع ذخیره در چیلر صنعتی با توجه به نیاز برودتی و مصرف صنعتی آب سرد متفاوت است. بهطور کلی هرچه حجم منبع بزرگتر باشد، ذخیره آب سرد مصرفی بیشتر میشود و میتوان چیلر کوچکتری انتخاب کرد. مقدار بهینه این عدد به استناد شرکت کریر، ۶ تا ۱۰ گالن به ازای هر تن تبرید مصرف چیلر است. منابع ذخیره آب سرد چیلر صنعتی معمولاً شامل یک قسمت جداکننده بین ورود و خروج آب سرد از چیلر و آب سمت پروسه صنعتی هستند؛ این جداکننده بهتر است صفحهای با تعدادی سوراخ همقطر با لوله ورودی و خروجی باشد. شکل زیر شماتیک چیلر صنعتی را نشان میدهد.
دیاگرام چیلر صنعتی
ساخت و جوشکاری چیلر و سردخانه اجزای این مدار، از جمله لولهکشی منبع ذخیره و کلکتورها، باید طبق استاندارد و توسط تکنسین مجرب انجام شود تا در آینده منجر به نشتی یا افت فشار نشود. برای سرویس دورهای و بازرسی این تجهیزات، سرویس چیلر باید در فواصل زمانی منظم انجام شود. چیلرهای صنعتی معمولاً بخشی از یک سیستم بزرگتر هستند که در کنار سایر تجهیزات مانند روفتاپ پکیج برای تأمین سرمایش و گرمایش خطوط تولید به کار میروند؛ برای دیدی کلیتر از این سیستمها میتوانید مقاله انواع سیستمهای سرمایشی را نیز مطالعه کنید.
سوالات متداول درباره چیلر صنعتی
چیلر صنعتی با چیلر ساختمانی چه تفاوتی دارد؟
چیلر صنعتی باید در تمام فصول سال و اغلب بهصورت ۲۴ ساعته کار کند، در حالی که چیلر ساختمانی معمولاً فقط در فصل گرم فعال است؛ به همین دلیل کنترل فشار دیسشارژ در دمای پایین محیط اهمیت بیشتری در چیلر صنعتی دارد.
چرا استفاده از هیتر کارتر در چیلر صنعتی ضروری است؟
هیتر کارتر دمای روغن را در زمان خاموشی بالاتر از سردترین نقطه سیستم نگه میدارد و از مهاجرت مبرد مایع به داخل روغن و کف کردن آن در لحظه استارت جلوگیری میکند.
بهترین نوع کمپرسور برای چیلر صنعتی کدام است؟
بستگی به ظرفیت مورد نیاز دارد؛ کمپرسورهای پیستونی برای ظرفیتهای کم تا متوسط، اسکرو و اسکرال برای ظرفیت متوسط، و سانتریفیوژ برای ظرفیتهای بسیار بالا مناسبتر هستند.
حجم منبع ذخیره آب چیلر صنعتی چگونه تعیین میشود؟
بر اساس استاندارد رایج، معمولاً ۶ تا ۱۰ گالن به ازای هر تن تبرید کافی است؛ این مقدار به نیاز برودتی و الگوی مصرف صنعت بستگی دارد.
در مجموع، عملکرد پایدار چیلر صنعتی در تمام فصول سال به کنترل درست فشار دیسشارژ، مدیریت برگشت مبرد مایع به کمپرسور و انتخاب صحیح قطعات جانبی مثل ریسیور، هد پرشر کنترل و آکومولاتور بستگی دارد. توجه به این نکات فنی، بهویژه در چیلرهای زیر صفر صنعتی، عمر تجهیزات را افزایش میدهد و از توقف غیرمنتظره خط تولید جلوگیری میکند.
عالی