دسته‌بندی ماشین‌آلات جذبی (بخش دوم:چیلر جذبی)

۶ ماه قبل ۲۲۵ ۰

چیلرهای جذبی تک اثره ( Single Effect Absorption Chiller)

در چرخه کارکرد دستگاه‌های تک اثره تنها از یک منبع گرمایی (ژنراتور) استفاده می‌شود که منبع گرمایی این سیستم‌ها معمولا بخار کم فشار یا آب گرم است. کمترین بازده و ضریب کارایی در بین انواع چیلر‌های جذبی مربوط به این نوع چیلر است و ساختار ساده‌ای دارد که به تبع همین ساختار ساده از نظر قیمت ارزان ترین نوع چیلر جذبی هست. به دلیل استفاده از بخار کم فشار یا آب گرم در این نوع چیلر‌ها، تنش و استهلاک پایینی دارند و با در نظر گرفتن دمای پایین‌تر و خوردگی شیمیایی کمتر، عمر مفید بیشتر و هزینه نگهداری کمتری دارد.

فشار بخار در چیلر‌های یک اثره لیتیم بروماید- آب کمتر از psig 15 و دمای آب گرم کمتر از 94 درجه سانتیگراد است. ضریب کارایی این چیلر‌ها حداکثر 7/0 و به ازای تولید هر تن تبرید ظرفیت سرمایی، حداقل نیازمند btu/hr 18000 گرما ژنراتور هستند. در این دسته چیلرها محلول لیتیوم بروماید رقیق شده از محفظه ابزوربر وارد بخش ژنراتور می‌شود و توسط منبع گرمایی دستگاه که بخار یا آب داغ است، به اندازه کافی گرم شده و مایع جاذب لیتیوم بروماید تغلیظ گردیده و دوباره وارد محفظه ابزوربر می‌شود. بخارهای آب جدا شده نیز از بخش ژنراتور وارد بخش کندانسور و تقطیر می‌گردند.

چیلر‌های جذبی لیتیمی یک اثره ممکن است یک پوسته‌ای یا دو پوسته‌ای باشند. در نوع دو پوسته‌ای امکان جدا‌سازی بخش‌های فوقانی و تحتانی وجود دارد و جابه جایی آن راحت‌تر انجام می‌پذیرد. در عین حال تاثیرات حرارتی بخش‌های مختلف بر هم کاهش می‌یابد؛ به همین خاطر در ظرفیت‌های بالاتر این نوع رواج بیشتری دارد.

چیلر جذبی، چیلر، ژنراتور، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

 

چیلرهای جذبی دو اثره ( Double Effect Absorption Chiller)

در چیلرهای جذبی تک اثره زمانی که بخار مبرد از واحد ژنراتور به سمت واحد کندانسور می‌رود، تمام گرمای نهان تقطیر به آبی که در کندانسور جریان دارد منتقل می‌شود و سپس به سمت هوای محیط هدایت می‌شود. چیلرهای جذبی دو اثره دارای دو ژنراتور و دو مبدل حرارتی هستند و عملیات تغلیظ در آنها طی دو مرحله انجام می‌شود. در این نوع از چیلرها بخار آب مبرد که در اثر گرفتن حرارت در ژنراتور اول از لیتیم بروماید جدا شده است، به عنوان منبع گرمایی برای ژنراتور دوم استفاده می‌شود. به این صورت ضریب کارایی چیلر جذبی دو اثره نسبت به ضریب کارایی چیلر یک اثره افزایش پیدا می‌کند که این مقدار به طور معمول بین 0.9 تا 1.2 می‌باشد. در چیلر یک اثره ماده مبرد در کندانسور گرمای خود را از دست می‌دهد و تقطیر صورت می‌گیرد و در چیلر‌های جذبی دو اثره، ژنراتور دمای کم علاوه بر تغلیظ محلول، مشابه کندانسور نیز عمل می‌کنند. به این معنی که با اخذ گرمای نهان مبرد موجبات تقطیر آن را فراهم می‌کند.

چیلر‌های جذبی دو اثره بر اساس نحوه انتقال سیال به ژنراتور‌های دمای کم و دمای بالا به سه دسته چیلر جذبی دو اثره با جریان سری، چیلر جذبی دو اثره با جریان موازی، چیلر جذبی دو اثره با جریان موازی معکوس نامگذاری می‌شوند. در سیستم‌های جذبی دو اثره با جریان سری مسیر انتقال محلول به صورتی است که محلول رقیق بعد از خروج از ابزوربر ابتدا با گذشتن از مبدل حرارتی با دمای کم، سپس مبدل حرارتی با دمای زیاد، وارد ژنراتور دمای زیاد شده و بعد از آن با گذشتن از مبدل حرارتی دمای زیاد، وارد ژنراتور دمای کم شده و پس از آن با عبور از مبدل حرارتی دمای کم به ابزوربر باز می‌گردد. در سیستم‌های جذبی دو اثره با جریان موازی، محلول رقیق به دو بخش تقسیم شده و به طور موازی وارد ژنراتور‌های دمای بالا و دمای پایین می‌شود. در سیستم‌های جذبی دو اثره با جریان موازی معکوس، محلول رقیق ابتدا با گذشتن از مبدل حرارتی دمای پایین وارد ژنراتور دمای پایین شده و سپس به دو جریان موازی تقسیم می‌شود. بخشی از آن با عبور از مبدل حرارتی دمای بالا وارد ژنراتور دمای بالا می‌شود و بخش دیگر از همان ژنراتور دمای کم مستقیم به سمت مبدل دمای کم می‌رود و در آنجا با محلول غلیظ خروجی از ژنراتور دمای بالا ترکیب شده و به سمت ابزوربر باز می‌گردد. این سیستم کاربرد زیادی در چیلر‌های شعله مستقیم دارد و بازده آن نسبت به دو سیستم سری و موازی بیشتر است.

چیلر جذبی، چیلر، ژنراتور، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

 

مقایسه چیلر‌های یک اثره و دو اثره لیتیمی

چیلر‌های دو اثره نسبت به چیلر‌های یک اثره دارای ضریب کارایی بالاتری هستند اما به دلیل دمای کاری و فشار عملیاتی بالاتر، دارای خوردگی و تنش و استهلاک بیشتری نسبت به چیلر‌های جذبی یک اثره هستند. از طرفی پیچیدگی ساختاری و نیاز به استفاده از مواد و مصالح و تجهیزات مقاوم در برابر فشار و دمای بالاتر قیمت تمام شده این چیلر‌ها و همچنین هزینه‌های راهبری و تعمیر ونگهداری آن‌ها را نیز افزایش داده است.

چیلر جذبی سه اثره

شکل توسعه یافته‌ای از چیلر دو اثره را می‌توان به شکل سه اثره به صورت چیلری دارای سه ژنراتور که در سه حالت دمای زیاد، متوسط و کم کار می‌کند، در نظر گرفت. به لحاظ نظری ضریب کارایی این نوع چیلر‌ها بین 1.4 تا 1.6 می‌باشد اما تولید این نوع چیلر‌ها به دلیل ملاحظات اقتصادی رواج نیافته است. دلیل هزینه‌های بالای تولید این نوع چیلرها دمای کاری بسیار بالاتر آن نسبت به چیلر‌های دو اثره است. فاصله عملکرد این نوع چیلر با چیلر دو اثره نسبت به فاصله چیلر دو اثره به چیلر یک اثره کمتر است؛ به همین دلیل است که باید دمای کاری این نوع چیلر را بسیار بالاتر از دمای کاری چیلر دو اثره قرار داد و در نتیجه هزینه مصالح و مواد اولیه تولید این نوع چیلر افزایش می‌یابد.

طبقه‌بندی از نظر منبع گرمایی عملیات تغلیظ و احیا

بخار، آب داغ، آب گرم، شعله مستقیم و انرژی خورشیدی هر کدام می‌توانند منبع مستقیم یا غیر مستقیم گرمایشی برای انواع چیلرها باشند. امروزه آب داغ که با دمای 110 تا 130 درجه سانتیگراد تولید می‌شود، کاربرد چندانی در ساختمان‌های مسکونی و اداری ندارد و در نتیجه چیلر‌هایی که با آب داغ کار می‌کند در این گونه ساختمان‌ها استفاده نمی‌شود و معمولا در سیستم‌های صنعتی خاصی که در بخشی مجبور به استفاده از اب داغ هستند از این نوع چیلر استفاده می‌شود. در چیلر‌های مجهز به ژنراتور بخار نیز می‌توان تحت شرایط خاصی از آب داغ یا اب گرم استفاده کرد.

در فشار یک اتمسفر آب در دمای 100 درجه سانتیگراد به جوش می‌آید. آب زیر 100 درجه سانتیگراد را آب گرم و آب بالای 100 درجه سانتیگراد را آب داغ می‌گوییم. آب گرم تنها در چیلر‌های یک اثره مورد استفاده قرار می‌گیرد اما آب داغ و بخار در هر دو نوع یک اثره و دو اثره کاربرد دارند.

1.      چیلر جذبی با آب گرم یا آب داغ

چیلر‌های جذبی آب گرم قدمت کمتری نسبت به چیلر‌های شعله مستقیم و چیلر‌هایی که با بخار کار می‌کنند دارد. آب گرم در چیلر یک اثره و آب داغ در هر دو نوع چیلر‌های یک اثره و دو اثره کاربرد دارد. استفاده از آب گرم به عنوان عامل اصلی تامین‌کننده حرارت در چیلر‌های جذبی، به منظور بهره گیری از اتلاف حرارتی ماشین‌ها و انتقال گرما توسط آب به ژنراتور چیلر مطرح شده است. از این رو ضریب کارایی چیلر اهمیت چندانی در این نوع سیستم‌ها ندارد؛ چرا که انرژی تامین شده برای کارکرد چیلر، از انرژی گرمایی اتلافی صنایع تامین می‌شود.

به همین خاطر می‌توان از چیلر‌های نیم اثره نیز استفاده کرد. اختلاف اصلی چیلر‌های نیم اثره با چیلر‌های یک اثره اضافه شدن یک ابزوربر و یک ژنراتور است. در این نوع چیلر‌ها بخار آب جدا شده از محلول در ژنراتور دمای پایین به جای انتقال به کندانسور، توسط ابزوربر دوم جذب شده و نیازمندی گرمایی ژنراتور برای جداسازی آب از لیتیم بروماید کمتر می‌شود. در این سیستم دبی آب استفاده شده در برج خنک کن افزایش یافته و ضریب کارایی این سیستم بسیار پایین است اما با این کار امکان استفاده از آب گرم با دمای پایین‌تر به عنوان منبع گرمایی فراهم می‌شود و می‌توان از انرژی گرمایی اتلافی ماشین‌ها استفاده کرد.

در نوع دیگری از سیستم‌ها با استفاده از کمپرسور بین اواپراتور و ابزوربر می‌توان با دمای پایین تری ژنراتور دمای بالا را راه اندازی کرد و همان ضریب کارایی را نیز بدست آورد. دمای آب گرم ورودی به ژنراتور در حالت عادی باید حدود 93.3 درجه سانتی‌گراد باشد اما با استفاده از کمپرسور این دما تا 79.4 درجه سانتی‌گراد قابل کاهش است و همان ضریب کارایی به دست می‌آید. اما باید در نظر گرفت که استفاده از کمپرسور مشکل چیلر‌های تراکمی یعنی استفاده از الکتریسیته و در نتیجه افزایش هزینه‌های ناشی از مصرف برق را در پی خواهد داشت.

2.      سیستم سرمایش جذبی با ژنراتور بخار

بخار با ورود به ژنراتور گرمای خود را به محلول رقیق داده و خود کندانس می‌شود. گرمای نهان بخار منبع انرژی خوبی برای چیلر محسوب می‌شود. باید دقت داشت که بخار باید به صورت خالص وارد ژنراتور شود؛ چرا که وجود هوا در بین بخارات آب مانع از انتقال حرارت مناسب در ژنراتور می‌شود؛ همچنین کربن دی اکسید همراه با بخار آب می‌تواند اسیدکربنیک ایجاد کرده و موجب خوردگی لوله‌های ژنراتور بشود.

اساس کار چیلر جذبی بر مبنای استفاده از گرمای نهان بخار است و گرمای محسوس بخار تاثیر چندانی بر فرآیند تغلیظ ندارد. به همین خاطر در صورت فوق داغ بودن بخار ورودی به ژنراتور، نه تنها تاثیر مثبتی بر فرآیند ندارد، بلکه موجب کندی انتقال حرارت و تاخیر در اخذ گرمای نهان می‌شود. به همین خاطر در چیلر‌های تک اثره بهتر است از شیر فشار شکن استفاده نشود. زیرا پس از افت فشار دمای بخار کم فشار به همان نسبت کاهش نمی‌یابد و در نتیجه پس از کاهش فشار، بخار فوق گرم خواهیم داشت. پس از ورود این بخار به ژنراتور مدتی طول خواهد کشید تا بخار دمای خود را از دست داده و به دمای اشباع برسد؛ استفاده از گرمای نهان تنها زمانی امکان پذیر است که بخار در حالت اشباع قرار گرفته تا عملیات تقطیر انجام پذیرد. همچنین می‌دانیم که چنین حالتی، اختلالاتی را در مسیر آب حاصل از تقطیر بخار به همراه خواهد داشت. اگر به هر دلیلی مجبور به استفاده از فشار شکن باشیم، باید در مسیر بخار چیلر از فوق گرم‌زدا (Desuperheater) استفاده کنیم تا دمای بخار به دمای مناسب برسد. هزینه‌های این اقدام زیاد است و از طرفی این مسئله را نیز باید در نظر گرفت که بخار مرطوب آنتالپی کمتری نسبت به بخار خشک دارد؛ در نتیجه بخار خشک در صورت داشتن دمای مناسب کارایی بهتری دارد. برای بررسی ویژگی‌های آب باید به جداول ترمودینامیکی مراجعه کرد که در این صورت می‌توان به نتایج دقیق رسید و به طور کامل بر سیستم کنترل داشت.

3.       سیستم سرمایش جذبی با ژنراتور مشعل مستقیم

این سیستم‌ها سال‌ها بعد از سیستم‌های بخار یا آب گرم وارد بازار شدند و به همین دلیل می‌توان آن‌ها را آخرین سیستم‌های ارائه شده دانست. چیلر‌های شعله مستقیم نیازی به مولد گرمایی مجزا نداشته و به دلیل وجود سیستم احتراق جداگانه امکان استفاده از آن در تابستان به عنوان سیستم سرمایش و در زمستان به عنوان سیستم گرمایش هست. دوگانه بودن این سیستم‌ها موجب کاهش فضای موتورخانه‌ها شده و همچنین مقدار لوله کشی‌های داخل موتورخانه را نیز کاهش داده است. اما باید در نظر داشت که دمای آب گرم خروجی از چیلر جذبی بین 55 تا 60 درجه است که به منظور گرمایش کافی باید سطح کویل دستگاه‌های گرمایشی مثل هواساز و فن کویل و... را افزایش داد؛ این کار موجب افزایش هزینه اولیه و اشغال فضای بیشتر می‌شود. باید در نظر داشت که به دلیل مقرون به صرفه بودن قیمت سیستم‌های گرمایشی و گران بودن سیستم چیلر جذبی و با احتساب هزینه‌های تعمیر و نگهداری، صرفا به دلیل دو فصله بودن سیستم جذبی، انتخاب این سیستم چندان اقتصادی نیست.

مزیت چیلر جذبی شعله مستقیم نسبت به سیستم آبگرم یا بخار، مستقل بودن آن است؛ به این معنی که این سیستم خود گرمایش مورد نیازش را تامین می‌کند. اما باید در نظر گرفت که این سیستم معایبی نیز به همراه دارد. نیاز به استفاده از دودکش‌های متعدد و اشغال فضا برای عبور آن، ایجاد اختلال در محل انشعاب منبع انبساط، تامین هوای احتراق تازه بیشتر و افزایش هزینه‌های مربوط به لوله کشی سوخت را می‌توان از این عیوب بر شمرد.

چیلر‌های جذبی شعله مستقیم معمولا به صورت دو اثره ساخته می‌شود و ضریب بهره این سیستم‌ها در بهترین شرایط به 1.2 می‌رسد. ژنراتور دمای بالا انرژی خود را از مشعل و ژنراتور دمای پایین انرژی خود را از بخار آب جدا شده از محلول می‌گیرد.

 

* این مطلب ادامه دارد...

لینک های مرتبط

دسته بندی ماشین آلات جذبی (بخش اول:چیلر جذبی)

 

نگارش : محمد جعفر نیری، پیمان ابراهیمی ناغانی

منبع : بخشی از کتاب روشهای تولید و توزیع برودت در سیستم‌های تهویه مطبوع - مولف : پیمان ابراهیمی ناغانی، سید علیرضا ذوالفقاری، محمد جعفر نیری - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه