چیلر صنعتی چیست

یکی از واژه های رایج در صنعت تهویه مطبوع، چیلر می باشد. چیلر ها به دو دسته  چیلر تراکمی و چیلر جذبی تقسیم می شوند. چیلر در لغت به معنای آب سرد کن می باشد. در صنعت نیز دستگاه های بسیاری از چیلر جهت پروسه صنعتی خود استفاده می کنند که به نام چیلر صنعتی شناخته می شوند. این مقاله به بررسی نحوه عملکرد و انواع این چیلر ها می پردازد.

در ادامه به بررسی رایج ترین صنایع استفاده کننده از چیلر های صنعتی می پردازیم.

انواع چیلرهای صنعتی

• صنعت تزریق پلاستیک: جهت خنک کاری قالب ها از چیلر صنعتی یا مینی چیلر صنعتی استفاده می گردد.

تزریق پلاستیک

• صنایع پزشکی و دستگاه های MRI: در این ماشین ها از اشعه X و شتاب دهنده های خطی استفاده می شود که باعث تولید حرارت می گردد، که جهت دفع آن باید از چیلر استفاده کرد.

استفاده از چیلر در صنایع پزشکی

• چیلر دستگاه لیزر: به دلیل برشکاری فلزات، حرارت بسیار زیادی تولید می گردد که ملزم به استفاده از چیلر می باشند.

• صنایع چاپ: به دلیل چرخش و اصطکاک غلطتک ها، باعث تولید حرارت می گردد.

البته این موارد ذکر شده تنها بخشی از چیلر های صنعتی هستند و حوزه چیلر های صنعتی بسیار گسترده می باشد.

عملکرد چیلر صنعتی

این گونه چیلرها باید طی تمام فصول سال قابلیت تولید آب سرد را داشته باشند، و همچنین با توجه به نیاز سرمایی پروسه صنعتی، چیلرهای صنعتی باید قادر به رساندن سیال خنک کننده به دمای زیرصفر را دارا باشند؛ که در این حالت چیلر زیر صفر صنعتی نامیده می شود. چیلر صنعتی، باید قابلیت کارکرد در دمای محیط سرد زمستانی را بدون ایجاد اشکال داشته باشد.

 همان طور که می دانیم دو مورد از بیشترین مشکلات چیلر ها در طول کارکرد آن، کارکرد در دمای بالای محیط و دمای پایین محیط می باشد.

چیلر صنعتی در تمام فصول سال در حال کارکرد می باشد، به همین دلیل کنترل  فشار دیسشارژ در چیلر های صنعتی بسیار مورد اهمیت می باشد.

در چیلر صنعتی معمولا از كندانسر های هوایي استفاده ميشود . کندانسور ها را اصولا با اختلاف دمای كاندنس (يعني دماي كاندنسينگ منهاي دماي هواي ورودي به آن ) معرفی می گردد. مثلا یک کندانسور با 10°C انتخاب شده است تقريبا اختلاف دمای کندانس  با تغيير دماي محيط، 10°C ثابت است.

حال اگرچیلر صنعتی با کندانسور هوایی که با دمای طراحی 105°F در تابستان طراحی شده است، در فصل زمستان استفاده کنیم؛ كاندنسر افزايش ظرفيت خواهد داشت. با توجه به این افزایش ظرفیت  در کندانسور باعث كاهش فشار كاندنسينگ و بروز مشكلات اساسي خواهد شد. در شکل زیر کندانسور با اختلاف دمای را 15°F نشان داده شده است و برای دمای محیط 95°F برای مبرد R22 دمای کندانسینگ آن 110 درجه  فارنهاینت می باشد که فشار معادل آن 240psi می باشد طراحی گردید است. در صورتی که دمای محیط تا مثلا  65°F کاهش پیدا کند دمای کندانس آن به 80 درجه فارنهاینت کاهش پیدا خواهد کرد که معادل 156psi کاهش پیدا می کند. این کاهش فشار باعث بروز مشکلاتی در چیلر صنعتی می گردد.

اگر فشار مايع در شير انبساط پایين باشد، مقدار مبرد كمتری از همان شير انبساط كه كاملا باز باشد خواهد گذشت در نتيجه مقدار مايع در اواپراتور كم شده و در نتيجه زود تبخير می شود و سوپر هيت گاز خروجي از اواپراتور افزايش و ظرفیت برودتی چیلر کاهش مي یابد.

تاثیر کاهش فشار کندانس بر عملکرد یر انبساط

در چیلر صنعتی حتما باید  روشي در نظر گرفته شود كه فشار كاندنسينگ را در محدوده طراحي نگاه دارد. ساده ترين روش خاموش كردن فنهاي كاندنسر است. کنترل فشار کندانسور را می توان با استفاده از خاموش و روشن کردن فن ها انجام داد، اما دراین حالت با توجه به تغییرات  سینوسی فشار، موجب خاموش و روشن شدن های متوالی فن ها می گردد. لذا در این حالت، کنترل دور فن کندانسور با استفاده از درایو  پیشنهاد می گردد.

کنترل دور فن کندانسور به وسیله درایو

از دیگر مشكلات که در زمان استارت كمپرسور با آن مواجه می شویم . اگر دماي محيط خيلي كاهش يابد دیسشارژ کاهش یافته و در زمان شروع مجدد، مبرد کمتري از طريق اکسپنشن ولو  داخل تبخیر کننده ميشود .  با این وجود فشار ساکشن به شدت كاهش يافته و چیلر صنعتی به وسیله كنترل فشار ساکشن قطع می گردد. جهت رفع این مشکل بهتر است از ریسیور در سیکل چیلر صنعتی استفاده گردد هدف از به کارگیری ریسیور، دریافت و جمع آوری مبرد تخلیه شده از کندانسور چیلر صنعتی است. در چیلرهای صنعتی با توجه به شارژ متغیر در سمت فشار پایین سیستم هنگامی که شارژ موجود در اواپراتور در شرایط بارگذاری مختلف تغییر می کند،  مقدار اضافی را درون  رسیور ذخیره می کند. هنگامی که بار کم است، اواپراتور به شارژ کمتری و مقدار مبرد اضافه باید در سیکل ذخیره شود و در مواردی که بار دستگاه زیاد است از مبرد به طور کامل استفاده می گردد.  در چیلرصنعتی جهت کنترل فشار ساکشن جهت جلوگیری از خاموش کردن های متوالی در لحظه استارت  قرار گرفتن رسیور در محیطی گرم تر از محیط کندانسور پیشنهاد می شود .

البته راه حل بهتر استفاده از هد پرشر کنترل می باشد. از این قطعه جهت کنترل فشار در لحظه استارت استفاده می گردد.  این قطعه در لحظه استارت با بای پس کردن مبرد داغ از کندانسور باعث افزایش فشار پشت ریسیور می گردد و مایع با فشار بالا با تغذیه بهتر اواپراتور چیلر صنعتی می گردد.

شماتیک اتصال هدپرشر کنترل

اساس عملکرد این قطعه بر این ساختار می باشد که زمانی که اختلاف بین ورود و خروج کندانسور چیلر صنعتی از مقدار 20psi بیشتر شود نیروی فنر شیر هد پرشر کنترل باعث می شود، مقداری از مبرد بدون طی کردن مسیر کندانسور وارد ریسیور گردد و افت فشار ناشی از کاهش دمای محیط را جبران کند. این شیر یکی از قطعات بسیار مهم در چیلرهای صنعتی و سردخانه ها می باشد.

يكي دیگر از مشکلات چیلرهای صنعتی صدمه ديدن كمپرسورها، ناشی ازبرگشت مقدار زياد مبرد مايع به داخل كمپرسور است. از آنجایي كه وجود مبرد مايع در كمپرسور باعث كاهش خاصيت روغنكاري روغن می شود. به ظاهر كمپرسور از كمبود روغن صدمه ديده است، در حالي كه مشكل عمده از برگشت مايع است. كمپرسورهای تبريد اساسا برای تراكم گاز طراحي و ساخته شده اند و وجود مايع اختلال شديدی در كاركرد آنها بوجود مي آورد.

رابطه مبرد و روغن در چیلر های صنعتی

برای بررسی برگشت مبرد مايع و جلوگیری از آن، شناخت ارتباط بين روغن و مبرد الزامي است. در يك سيستم بسته مبرد هميشه توسط روغن جذب می شود. در شکل زیر اگر در ظرفی مبرد و روغن در ارتباط باشند، پس از مدت زمانی مبرد توسط روغن جذب می گردد.

حال گاز مبرد به محفظه کمپرسور مي رسد مبرد مایع با روغن مخلوط مي شود . بدین شکل روغن تا حال اشباع كامل پیش می رود. وقتي كه در لحظه استارت فشار كاهش می یابد، مقدار مبرد مایع مخلوط شده با روغن به سرعت تبخیر شده و باعث مشاهده کف شدید روغن در لحظه استارت کمپرسور می گردد. اگر شدت اين امر بالا باشد حتي باعث تخليه شدن كارتر از روغن زير يك دقيقه ميشود.

کف کردن کمپرسور در لحظه استارت

 بنابراین در چیلرهای صنعتی باید میزان مخلوط شدن مبرد با روغن در زمان خاموشی و در حین کار باید مورد بازبینی قرار گیرد. نمودار شکل زیر مربوط به استاندارد ASHRAE Handbook  – Refrigeration SI می باشد. این نمودار میزان مخلوط شدن روغن با مبرد برحسب جرم، برای مبرد های مختلف  می باشد. این نمودار برحسب دما و فشار رسم شده است و همان طور که از آن تحلیل می گردد، هر چه فشار بالاتر می رود نسبت امتزاح روغن و مبرد بیشتر می شود و هر چه دما پایین تر نیز میزان مخلوط شدن روغن و مبرد بیشتر می شود. لذا در چیلرهای صنعتی زیر صفری با توجه به پایین آمدن دمای اواپراتور میزان مخلوط شدن روغن وکمپرسور بیشتر می شود. لذا در چیلرهای صنعتی با توجه به نوع کمپرسور با متد پمپ دان چیلر، خاموش گردد.

نمودار امتزاج مبرد با روغن برحسب دما و فشار

با پمپ دان کردن چیلر، فشار محفظه میل لنگ در موقع خاموشی کاسته می گردد و میزان مخلوط شدن مبرد با روغن به حداقل می رسد. در چیلر صنعتی زیر صفری حتما باید از Pump Down استفاده كرد با كاهش فشار داخل اواپراتور كمپرسور را قطع مي كند. در اين Low pressure control كنترل فشار پایين حالت چون مبردی در داخل اواپراتور نيست لذا در حالت خاموش بودن كمپرسور، مهاجرت مبرد به كمپرسور انجام نمي شود.

بعضي از سيستمها شرايط كاركرد و حتي نظر مشتري باعث مي شود كه پمپ دان مناسب ديده نشود. در اين صورت حتما از استفاده از سيستم هيتر داخل كارتر استفاده كنيد . وظيفه هيتر اين است كه دماي روغن را در كارتر از سردترين قسمت سيستم بالاتر نگه دارد. به ياد داشته باشيد كه هيتر فقط مايع مبرد در روغن را تبخير مي كند و مانعي براي برگشت مايع نيست. در بعضی از مواقع شاید لازم باشد که محفظه کمپرسور در با عایق حرارتی و یا ژاکت حرارتی بدنه کمپرسور را عایق کرد.

عایق بندی بدنه کمپرسور

یکی دیگر از قطعات مورد استفاده در چیلر های صنعتی نصب  Suction Accumulator  یا مایع شکن می باشد. اکومولاتور در دیکشنری به معنای محل انباشت است و یکی از مهمترین اجزا در چیلرهای صنعتی و سردخانه هایی است که در شرایط محیطی با دمای پایین کار می کنند.

آکومولاتور

در چیلرهای صنعتی که در دمای پایین کار می کنند، دبی جرمی مبرد در جریان کاهش پیدا می کند. این کاهش دبی جرمی میزان برگشت روغن به کمپرسور را دچار اختلال می کند. لذا از اویل سپراتور در چیلرهای صنعتی زیر صفری  بهتر است تعبیه گردد.

در یک چیلر صنعتی با توجه به شرایط کاری عنوان شده باید این قطعات جانبی در آن بکار روند  را معرفی کردیم در ادامه به بررسی مدار آب سرد در گردش و الزامات آن را بررسی می کنیم.

نحوه گردش آب سرد در سیستم چیلر های صنعتی

در سیکل مدار آب سرد در گردش چیلر صنعتی، با توجه به بار گذاری متناوب، و همانند تهویه بارگیری یکنواخت نمی باشد. و با  تغییر ساعات کارکرد دستگاه و شیفت کاری مصرف آن تغییر می کند؛ به همین جهت از منبع آب جهت ذخیره آب استفاده می گردد. در چیلر های صنعتی جهت گردش سرد ابتدا یک پمپ از چیلر به سمت منبع ذخیره آب و یک پمپ دیگر جهت گردش آب به سمت مصرف کننده تعبیه می گردد.

چیلر صنعتی و منبع ذخیره آب

در چیلر صنعتی حجم منبع ذخیره با توجه به نیاز برودتی و مصرف صنعتی آب سرد متفاوت است. به طور کلی هرچه مقدار حجم منبع بزرگ تر باشد، میزان ذخیره آب سرد مصرفی بیشتر و می توان چیلر کوچک تری انتخاب کرد. اما مقدار بهینه این عدد به استناد شرکت معظم کریر 6 تا 10 گالن به ازای هر تن تبرید مصرف چیلر می باشد. منایع دخیره آب سرد چیلر صنعتی عموما شامل یک قسمت جداکننده بین ورود و خروج آب سرد از چیلر و آب قسمت پروسه صنعتی می باشد. که این جداکننده بهتر است صفحه با تعدادی سوراخ با قطر لوله ورودی و خروجی در نظر گرفت . شکل زیر شماتیک چیلر صنعتی را مشاهده می کنید.

دیاگرام چیلر صنعتی

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس

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