بررسی چیلر جذبی تک اثره

چیلرهای جذبی تک‌اثره با جذب گرما از آب چیلد ساختمان کار می‌کنند و از چهار محفظه اصلی حرارتی تشکیل شده‌اند: اواپراتور، ابزوربر، کندانسور و ژنراتور. چیلر جذبی تک‌اثره یکی از انواع چیلر جذبی است که در ساختمان‌های تجاری و صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارد. در این نوع چیلر جذبی، مبرد چیزی جز آب مقطر نیست که با تبخیر و تقطیر پیوسته، شرایط جذب گرما را فراهم می‌کند. چیلر جذبی تک‌اثره از دو بخش با سطح وکیوم متفاوت (بالا و پایین) تشکیل شده است.

بخش پایین که شامل اواپراتور و ابزوربر است، در فشار مطلقی معادل یک درصد فشار اتمسفر (حدود ۶ میلی‌متر جیوه) کار می‌کند. این سطح وکیوم باعث می‌شود مبرد در دمایی پایین‌تر از آب ورودی چیلد واتر به جوش بیاید؛ در نتیجه با گرفتن گرما از آب چیلد واتر، تبخیر می‌شود. در ادامه، اجزای اصلی چیلر جذبی تک‌اثره را به‌تفصیل بررسی می‌کنیم؛ برای آشنایی با ساختار کلی‌تر می‌توانید بررسی جامع اجزای چیلر جذبی را هم مطالعه کنید.

اواپراتور چیلر جذبی تک‌اثره

اواپراتور بخش خنک‌کن چیلر جذبی است. در این محفظه، آب تغذیه‌کننده فن‌کویل‌ها و هواسازها گرمای خود را به مبرد می‌دهد، خنک می‌شود و در همین فرآیند موجب تبخیر مبرد می‌گردد. مبرد از قسمت بالای محفظه و توسط نازل‌ها روی تیوب‌ها پاشیده می‌شود تا انتقال حرارت و تبخیر آن به‌خوبی انجام شود.

اواپراتور چیلر جذبی تک اثره

اواپراتور در واقع یک مبدل پوسته و لوله است؛ آب سرد رفت‌وبرگشت درون لوله‌ها جریان دارد و مبرد در فضای پوسته تبخیر می‌شود. جنس لوله‌های این مبدل معمولاً مس و پوسته آن فولادی است. همان‌طور که در تصویر مشاهده می‌کنید، در طول محفظه اواپراتور یک کلکتور مجهز به افشانک قرار دارد که مبرد را روی کویل می‌پاشد و شرایط تبخیر را فراهم می‌کند.

ابزوربر چیلر جذبی تک‌اثره

ابزوربر نیز همچون اواپراتور یک مبدل پوسته و لوله است؛ در لوله‌های آن آب برج خنک‌کننده جریان دارد و پوسته آن حاوی محلول لیتیوم بروماید است. بخار مبردی که در اواپراتور تولید می‌شود به سمت ابزوربر حرکت کرده و توسط لیتیوم بروماید جذب می‌شود. لیتیوم بروماید نمکی با خاصیت جذب بالای آب است.

ابزوربر چیلر جذبی

هنگام جذب بخار مبرد، دمای ابزوربر افزایش می‌یابد. آب برج خنک‌کننده بخشی از این گرمای آزادشده را می‌گیرد و از سیستم خارج می‌کند تا محفظه برای جذب بهتر، خنک بماند.

ابزوربر نیز مانند اواپراتور دارای کلکتور و افشانک است؛ محلول از داخل آن روی کویل پاشیده می‌شود و با خنک شدن، قدرت جذب آب آن بالاتر می‌رود تا بخار آب بیشتری از محفظه اواپراتور جذب کند. در چیلرهای جذبی تک‌اثره، ابزوربر و اواپراتور در یک پوسته مشترک قرار دارند و از داخل به هم مرتبط‌اند؛ به این ترتیب بخار حاصل از تبخیر مبرد مستقیماً جذب لیتیوم بروماید موجود در ابزوربر می‌شود. در برخی مدل‌ها، اواپراتور بالای ابزوربر قرار می‌گیرد تا احتمال نفوذ لیتیوم بروماید به مبرد کاهش پیدا کند.

پاشش در ابزوربر چیلر جذبی تک‌اثره به‌صورت ثقلی انجام می‌شود، زیرا ژنراتور در ارتفاعی بالاتر از ابزوربر قرار دارد؛ بنابراین محلول خروجی از ژنراتور از طریق کلکتور و افشانک وارد ابزوربر می‌شود. در چیلرهای جذبی با ظرفیت بالاتر، برای گردش مبرد ابزوربر به یک پمپ سوم نیز نیاز است.

از قسمت پایین ابزوربر، پمپ سلوشن محلول رقیق را ابتدا وارد مبدل حرارتی می‌کند؛ در آنجا با تبادل حرارت، دمای محلول بالاتر رفته و سپس وارد ژنراتور می‌شود.

نمای خروجی پمپ ابزوربر به سمت مبدل حرارتی

ژنراتور چیلر جذبی تک‌اثره

محلول رقیق لیتیوم بروماید پس از عبور از مبدل حرارتی وارد ژنراتور می‌شود و در این محفظه عملیات تغلیظ انجام می‌گیرد. چیلرهای جذبی تک‌اثره تنها یک ژنراتور دارند که منبع حرارتی آن می‌تواند آب گرم، آب داغ یا بخار باشد؛ در مقابل، چیلر جذبی دو اثره دو ژنراتور دارد و بازیابی حرارتی بهتری ارائه می‌دهد. برای مقایسه دقیق این دو مدل، مطالعه تفاوت چیلر جذبی تک اثره با دواثره پیشنهاد می‌شود.

ژنراتور این چیلرها نیز نوعی مبدل پوسته و لوله است؛ سیال گرم مانند آب گرم یا بخار از داخل لوله‌ها عبور می‌کند و محلول لیتیوم بروماید در فضای پوسته غلیظ می‌شود.

ژنراتور چیلر جذبی

طبق استاندارد ARI560، فشار بخار ورودی به ژنراتور چیلرهای جذبی تک‌اثره ۱۵ psi و دمای آب داغ ورودی بین ۸۲ تا ۲۰۴ درجه سانتی‌گراد است. در ژنراتور، بخاری که پیش‌تر لیتیوم بروماید در ابزوربر جذب کرده بود، با حرارت دادن از محلول جدا می‌شود و به سمت کندانسور حرکت می‌کند.

کندانسور

محفظه ژنراتور و کندانسور در یک پوسته مشترک قرار دارند و از داخل به هم مرتبط‌اند؛ به همین دلیل بخار آبی که در ژنراتور تولید می‌شود، به‌راحتی و مستقیم وارد فضای کندانسور می‌شود.

محفظه ژنراتور و کندانسور چیلر جذبی تک اثره

در کندانسور، مبرد در تماس با آب ارسالی از برج خنک‌کننده به مایع تبدیل می‌شود. کندانسور نیز مانند سه محفظه دیگر نوعی مبدل پوسته و لوله است که آب برج خنک‌کننده از میان آن عبور می‌کند و عملیات تقطیر انجام می‌گیرد. طبق استاندارد ARI560، دمای آب ورودی به کندانسور در چیلرهای جذبی تک‌اثره و در حالت بار کامل، ۲۹.۴ درجه سانتی‌گراد است.

به‌طور معمول، محفظه کندانسور بالاترین نقطه چیلرهای جذبی تک‌اثره را تشکیل می‌دهد؛ از همین رو، مایع حاصل از تقطیر بدون نیاز به پمپ و به‌صورت ثقلی وارد اواپراتور می‌شود.

شمای کلی از اجزای چیلر جذبی تک اثره یورک

کنترل ظرفیت چیلر جذبی تک‌اثره

کنترل ظرفیت در چیلرها به معنای کاهش بار برودتی دستگاه است؛ در چیلرهای تراکمی این کار با کاهش ظرفیت کمپرسور انجام می‌شود (برای مقایسه کامل دو سیستم، مقایسه چیلر تراکمی و چیلر جذبی را بخوانید)، اما در چیلر جذبی، کنترل ظرفیت از طریق کاهش بار حرارتی ژنراتور صورت می‌گیرد. ژنراتور چیلرهای جذبی تک‌اثره به‌وسیله یک شیر تدریجی کنترل می‌شود.

منطق کنترل چیلر جذبی تک‌اثره همچنین بر پایه دمای آب برج خنک‌کننده عمل می‌کند؛ اگر دمای آب خنک‌کننده کاهش یابد، برای کنترل غلظت محلول سلوشن و دوری از محدوده کریستال، ظرفیت شیر کاهش پیدا می‌کند. در کل، شیر کنترل ظرفیت بر اساس سه منطق زیر عمل می‌کند:

۱. دمای آب خروجی چیلر

هدف اصلی از کنترل ظرفیت چیلر، تنظیم دمای آب سرد خروجی بر اساس ست‌پوینت تعیین‌شده است. با تغییر اختلاف دمای آب خروجی نسبت به ست‌پوینت، میزان باز بودن شیر کنترل ظرفیت نیز تغییر می‌کند.

۲. کنترل غلظت سلوشن غلیظ

این کنترل برای جلوگیری از افزایش بیش‌ازحد غلظت محلول انجام می‌شود. با سنجش دمای سلوشن غلیظ خروجی از مبدل حرارتی (نقطه‌ای که احتمال بروز کریستال در آن بالاست) و مقایسه آن با محدوده کریستال، میزان باز بودن شیر کنترل ظرفیت تعیین می‌گردد.

۳. آلارم‌ها و شرایط خطر

این شیر می‌تواند برای جلوگیری از شرایط غیرمنتظره نیز وارد عمل شود؛ از جمله کاهش دمای مبرد تا ۱.۹ درجه سانتی‌گراد یا افزایش فشار ژنراتور تا بالای ۵۱۷ میلی‌متر جیوه.

شیرهای کنترل‌کننده

انواع شیرهای کنترل‌کننده برقی و موتوری، بخش عمده‌ای از عمل‌کننده‌های چیلرهای جذبی را تشکیل می‌دهند و برای رقیق‌سازی محلول و حفاظت از دستگاه به کار می‌روند. کنترل سطح مبرد در اواپراتور و کنترل سطح محلول در ابزوربر، از عوامل مهم کارکرد صحیح چیلرهای جذبی هستند؛ افزایش یا کاهش این سطوح، خود نشانه‌ای از وضعیت عملکرد چیلر است که در صورت بی‌توجهی، ادامه کار دستگاه را با مشکل مواجه می‌کند.

در هر حال، شیرهای کنترل‌کننده با فرمان گرفتن از حسگرهای مربوطه، سطح مبرد و محلول را در ابزوربر و اواپراتور چیلر جذبی متعادل نگه می‌دارند.

اجزای چیلر جذبی و موقعیت قرارگیری شیرهای 2SOL و 3SOL

در تصویر بالا دو شیر با عنوان تثبیت‌کننده و بی‌بارکننده در چرخه چیلر جذبی و در مدار اواپراتور و ابزوربر نشان داده شده‌اند:

• شیر تثبیت‌کننده (2SOL): به‌طور خودکار و با فرمان حسگر دمایی لوله خط آنتی‌کریستال، به مدت دو دقیقه باز می‌شود و مبرد را به خط محلول غلیظ ورودی ابزوربر می‌راند تا آن را رقیق کرده و از کریستالیزاسیون جلوگیری کند. این شیر وقتی دمای محلول از ۷۱ درجه سانتی‌گراد بیشتر شود نیز با فرمان حسگر گرمایی باز می‌شود؛ به همین دلیل به «شیر ضد تبلور» هم معروف است. در هنگام تعمیر چیلر جذبی، از همین شیر برای هدایت کل مبرد به مدار ابزوربر استفاده می‌شود.
• شیر بی‌بارکننده (3SOL): خروجی پمپ محلول را به مکش پمپ مبرد متصل می‌کند و زمانی باز می‌شود که سطح مبرد در اواپراتور کاهش یافته باشد. این کار از کاویتاسیون و یخ‌زدگی مبرد در اواپراتور جلوگیری می‌کند؛ چون اختلاط محلول با مبرد باعث کاهش تبخیر و در نتیجه کاهش بار سیستم می‌شود.

لوله سرریز و ضد کریستال

این لوله U شکل که در تصویر زیر نمایش داده شده، در حالت معمول برای جلوگیری از یکسان شدن فشار دو محفظه بالا (ژنراتور و کندانسور) و پایین (اواپراتور و ابزوربر) به کار می‌رود؛ مقداری محلول در این لوله وجود دارد اما فاقد جریان است.

اگر عواملی باعث ایجاد کریستال در مبدل حرارتی شوند و حرکت محلول غلیظ را کند کنند، محلول در خروجی این لوله انباشته می‌شود، در آن سرریز می‌کند و جاری می‌شود تا شدت کریستال کاهش یابد.

لوله ضد کریستال

با گرم شدن این لوله، سنسور دمایی به شیر تثبیت‌کننده ضد کریستال فرمان می‌دهد تا مسیر دهش پمپ مبرد را به سمت محلول غلیظ خروجی از ژنراتور تغییر دهد. این دما حدود ۷۱ درجه سانتی‌گراد است و باید تا ۶۵ درجه سانتی‌گراد کاهش یابد تا شرایط به حالت عادی بازگردد. در این حین، شیر کنترل ظرفیت نیز به مدت ۱۰ دقیقه در حالت ۵۰ درصد ظرفیت کار می‌کند تا چیلر جذبی از محدوده کریستال فاصله بگیرد.

موقعیت لوله سرریز ضد کریستال و شیر تثبیت کننده

پمپ‌های چیلرهای جذبی

پمپ‌های مبرد و سلوشن، تنها قطعات مکانیکی مصرف‌کننده برق در چیلرهای جذبی هستند. پمپ مبرد، آب را از تشت اواپراتور می‌مکد و از طریق افشانک‌ها روی کویل آب چیلد می‌پاشد؛ پمپ محلول نیز وظیفه انتقال محلول رقیق از ابزوربر به ژنراتور را بر عهده دارد.

این پمپ‌ها برای حفظ وکیوم چیلر جذبی کاملاً بسته هستند؛ الکتروپمپ در پوسته‌ای کاملاً درزبندی‌شده قرار دارد و انتقال حرکت به‌صورت مستقیم انجام می‌شود. هر پمپ دو بیرینگ گرافیتی مخروطی همراه با فنر دارد و به دلیل بسته بودن سیستم، روغن‌کاری و خنک‌کاری آن توسط سیال در حال گردش انجام می‌گیرد.

پمپ چیلر جذبی

مسیر حرکت جریان مبرد یا محلول پس از ورود به پمپ، ابتدا به سمت سیم‌پیچ می‌رود و عملیات خنک‌کاری را انجام می‌دهد، سپس بیرینگ‌های گرافیتی را روان‌کاری می‌کند و در نهایت از طریق مجرای داخلی شفت به سمت پروانه پمپ حرکت می‌کند. به همین ترتیب، سیم‌پیچ این پمپ‌ها توسط لایه‌ای محافظ از سیال در گردش عایق‌بندی می‌شود.

اگر به‌دنبال گزینه‌های دیگر تبرید برای ساختمان خود هستید، مطالعه بررسی جامع چیلر خانگی یا بررسی جامع چیلر تراکمی اسکرال نیز می‌تواند مفید باشد.

York :منابع