اجزای داخلی چیلر تراکمی و جذبی

در این مقاله اصلی ترین اجزای داخلی چیلر تراکمی و جذبی را تشریح می کنیم . چیلرها به دو صورت تراکمی و جذبی موجود می‌باشند که بخش ها و اجزای هرکدام را به‌ صورت مجزا بررسی می‌کنیم . در ابتدا به بررسی اجزای داخلی چیلر تراکمی می‌پردازیم.

اجزای داخلی چیلر تراکمی‌

کمپرسور

کمپرسور اصلی ترین اجزای داخلی چیلر تراکمی ‌می‌باشد که مبرد در حالت گازی وارد آن می‌شود . وظیفه کمپرسور فشرده‌ سازی مبرد است، با فشرده‌سازی این مبرد، دمای آن را به‌شدت افزایش می‌یابد و سپس مبرد به‌وسیله لوله های رابط به کندانسور راه پیدا می‌کند.

کمپرسور دستگاه چیلر، انواع مختلفی دارد که عبارت‌اند از:

1- کمپرسور پیستونی

همان گونه که از اسم این نوع کمپرسور نیز پیدا است، عملکرد این نوع کمپرسور مشابه موتور پیستونی موجود در اتومبیل می‌باشد ، البته این نکته وجود دارد که در این موتور به‌هیچ وجه سیستم جرقه زنی و تزریق سوخت وجود ندارد و پیستون با کار دائم خود عملیات مکش مبرد و تخلیه آن با فشار بالاتر را انجام می دهد. توانایی کمپرسور پیستونی از چند دهم اسب بخار تا چند صد اسب بخار را نیز دارد، همچنین سرعت دورانی محور این مدل از کمپرسورها می‌تواند بازه ۲ الی ۶ رادیان در ثانیه، داشته باشد.

2- کمپرسور دوار (روتاری)

چرخش یک پروانه سبب مکش گاز به فضای داخل سیلندر این مدل از کمپرسور ها می شود. این مکش باعث فشرده سازی مبرد شده و مبرد با فشار بالا به فضای بیرون منتقل می شود.

3- کمپرسور پیچشی (اسکرو)

این نوع یکی از انواع کمپرسورهای با راندمان بالا محسوب می شود و با توجه به راندمان بالای کاری آن، استفاده از این نوع کمپرسور ها با استقبال زیادی مواجه شده است. نحوه عملکرد این نوع کمپرسورها به این شکل است که: دو محور پیچشی در موازات با  هم به حرکت کرده و مبرد ورودی به فضای داخلی این کمپرسور در میان دو محور پیچشی قرار گرفته و متراکم می‌گردد. این عمل مدام انجام می شود و هیچ توقفی در عملکرد این نوع کمپرسور وجود ندارد.

4- کمپرسور حلزونی (اسکرال)

نحوه کارکرد کمپرسور های حلزونی تقریباً مشابه با کمپرسور های پیچشی است البته از کمپرسور حلزونی در چیلرهایی که ظرفیت پایین دارد استفاده می‌ شود. طریقه کارکرد این نوع کمپرسور ها بدین صورت است که گاز مبرد در مسیر حلزونی در دو مسیر متفاوت اما در مرکز هم حرکت می‌کند.

این شرایط در حالی‌ است که یکی از مسیرهای حلزونی ثابت و دیگری متحرک است. با چرخش دو مسیر (مسیر به‌ صورت صفحه‌ای است) بر روی یکدیگر و حرکت مبرد به سمت مرکز این صفحه، عملکرد فشرده‌ سازی انجام می شود.

5- کمپرسور گریز از مرکز(سانترفیوژی)

کمپرسور گریز از مرکز معمولا در چیلرهایی که ظرفیت بالا دارند استفاده می شود و سرعت عملکرد بسیار بالایی دارند. همان طور که از نام این نوع کمپرسور پیداست، روش کارکرد آن بر پایه نیروی گریز از مرکز است. مبرد گازی به محفظه کمپرسور وارد شده و با گردش، تحت نیروی گریز از مرکز قرار گرفته و این نیرو سبب متراکم شدن این مبرد می‌شود.

این کمپرسور ها، به دلیل نداشتن قطعات بیشتر و طراحی ساده‌، نسبت به دیگر کمپرسور ها مساعد تر به نظر می‌ رسند. این مدل کمپرسور به‌ صورت چند مرحله‌ ای نیز تولید می شوند که بین هر یک از مراحل فشرده‌ سازی، خنک کاری باید انجام شود.

کندانسور

کندانسور چیست؟ نوعی مبدل حرارتی می‌باشند که گرمای مخفی موجود در سیال عامل را به سیال ثانویه سرد، منتقل می‌کند. وظیفه کندانسور خنک کردن مبرد است کندانسور عملیات خنکسازی را به‌ وسیله تبدیل مبرد از حالت گاز به مایع، انجام می‌ دهد. کندانسورها دو نوع کندانسور هوا خنک و کندانسور آب‌خنک وجود دارد.

کندانسور آب خنک

کندانسور آب خنک معمولاً از نوع مبدل پوسته و لوله‌ ای است که مبرد از داخل لوله ها و آب‌ خنک از اطراف لوله ها عبور می‌کند. آب‌ خنک سبب می شود گرمای بالای مبرد گرفته شود و باعث تغییر فاز مبرد از حالت گاز به مایع می‌گردد. جریان آب اطراف لوله ها باید همیشه خنک باشد. برای خنکسازی آب از برج های خنک کننده (کولینگ تاور) استفاده می‌شود.

جریان آب به برج خنک‌کننده فرستاده می‌شود تا در آنجا مجدداً خنک شود و دوباره به کندانسور بازگردد تا همیشه جریان آب‌ خنک در کندانسور وجود داشته باشد. به این علت به چیلرهای تراکمی که چنین کندانسورهایی دارند ، چیلر تراکمی آب خنک می‌گویند.

کندانسور هوا خنک

هوا خنک نوع دوم کندانسور است که در چیلرهای تراکمی مورد استفاده قرار میگیرد. طریقه کارکرد این کندانسور به این شکل است که سیال مبرد درون لوله ها جریان دارد، هوا نیز از اطراف به وسیله فن به فضایی که لوله های حامل مبرد وجود دارد دمیده شده و سبب خنک شدن جریان مبرد می گردد. این عمل خنک کاری باعث تغییر فاز مبرد از بخار به مایع می شود.

این کندانسورها نیاز به برج خنک کننده ندارد، زیرا که محل تأمین سرمایش، جریان آب نیست که نیاز به خنک کردن آن باشد، بلکه هوای آزاد است که مدام در حال جریان درون محیط می‌باشد. به همین علت به چیلرهای تراکمی که چنین کندانسورهایی دارند، چیلر تراکمی هوا خنک می‌گویند.

شیر انبساط

وظیفه شیر انبساط تغییر فاز مایع مبرد از حالت مایع به حالت گاز می‌باشد. این شیر با منبسط کردن فشار را از روی مبرد می کاهد که سبب تغییر فاز مبرد می گردد. شیر انبساط می‌تواند تقریبا ۲۵% جرمی‌ از مبرد را از حالت مایع به حالت بخار تبدیل کند و بعد از تغییر فاز جریان مخلوط دوفازی را وارد اواپراتور کند.

تبخیر کننده (اواپراتور)

تبخیر کننده نیز یک مبدل حرارتی از نوع پوسته و لوله ای است که مبرد از داخل لوله های آن و سیال آب از اطراف این لوله ها عبور می‌کند. مخلوط دو فازی خارج شده از شیر انبساط آماده تبخیر کامل بوده و با گرفتن گرما از آب، آب را تا دمای نزدیک صفر و یا زیر صفر خنک می نماید.

آب سرد شده در این مرحله برای مصارف سرمایش هوای داخل ساختمان با استفاده از پمپ به فن کویل ها و دستگاه های هواساز و دستگاه های صنعتی دیگر فرستاده می شود. سیال مبرد تبخیر شده دوباره وارد کمپرسور می شود تا سیکل جدید تبرید را طی کند. اواپراتورهای موجود در چیلر نیز می‌توانند از نوع هوا خنک باشند و هوای محیط سبب خنک شدن آب می‌گردد.

اجزای داخلی چیلر جذبی

1. اواپراتور

وظیفه این جزء خنک کاری آب در سیستم است و به‌صورت مبدلی می‌باشد. جریان آب خنک مورد نیاز برای سیستم فن کویل و هواساز را با اپراتور تغذیه می شود. درون اواپراتور لوله های مسی‌ تعبیه شده است که آب خروجی فن کوئل های نصب شده درون ساختمان، درون آن جریان دارد که باید خنک شود. مایع مبرد به‌وسیله کلکتورهای مجهز به افشانه بر روی لوله‌های مسی اواپراتور پاشیده می شود. عملیات پاشش به صورت افشانه‌ای نرخ انتقال حرارت بین آب و مبرد را افزایش می‌دهد.

رویه کار به این صورت است که، مایع مبرد گرمای ذکر شده در آب گردش یافته در سیستم را دریافت می‌کند و تبدیل به بخار می‌نماید.

با کاهش فشار در داخل یک محفظه ، می توانیم دمای جوش آب را متناسب با افت فشار ، کاهش دهیم تا آب در دمای پایین‌تری به جوش آید و گرمای لازم برای جوشش و تبخیر را از آب درون کویل بگیرد. بنابراین به کمک یک پمپ وکیوم (خلأ) هوای داخل محفظه را خالی می‌کنیم.

هر چه فشار داخل محفظه را کاهش دهیم به دمای پایین‌تری برای تبخیر می‌رسیم و به همین دلیل فشار اواپراتور پایین است ولی مبرد بخار شده فشار بالایی دارد، نیاز است تا اقدامی برای جلوگیری از افزایش فشار بخار مبرد انجام پذیرد. برای این منظور، مبرد بخار شده را جمع‌آوری می‌¬کنند تا فشار بالا نرود. از لحاظ موقعیت قرارگیری، جذب‌کننده و اواپراتور در مجاورت هم قرار داشته و امکان اتصال نزدیک دو جزء فراهم آمده است.

2. جذب کننده

در این قسمت از اجزای داخلی چیلر ، از ماده ای به عنوان جاذب رطوبت استفاده می­شود، ماده­ای که به‌عنوان جاذب استفاده می­شود می­بایست حجم زیادی از بخار آب را در زمان کوتاهی جذب نماید و اواپراتور را به‌صورت خشک ثابت نگه­ دارد. نمک‌ها رطوبت‌گیرهای مناسبی می‌باشند بنابراین از خیل نمک‌های جاذب، بهترین و مؤثرترین را انتخاب کنیم.

جذب‌کننده یک مبدل حرارتی از نوع پوسته و لوله‌ای است که در لوله های آن آب خنک تغذیه شده از برج خنک کن، جریان یافته و محلول لیتیم برماید درون پوسته جریان دارد. با جذب بخار آب ، فشار اواپراتور کاهش می‌یابد. محلول لیتیم برماید مناسب ترین ترکیب نمکی است که در جاذب از آن استفاده می‌گردد و همه بخار موجود در اواپراتور را جذب می کند. این ماده، در شرایط دمایی مشخص و غلظت مناسب، بیشترین و بهترین جذب را برخوردار است.

به‌منظور افزایش راندمان در فرآیند جذب، می­بایست ماده لیتیم برماید را در شرایط مرطوب نگهداری نمود. همچنین هرچقدر دمای آبی که از برج خنک‌کن وارد می شود کمتر باشد، راندمان جذب نیز بیشتر خواهد بود. البته درصورتی‌که دمای آب خیلی پایین باشد باعث ایجاد کریستال در جاذب خواهد شد. فرآیند جذب سبب کاهش فشار در جاذب می‌گردد و این فشار پایین باعث پیوستگی عمل جذب می‌شود

در فرآیند جذب، مایع مبرد حرارت خود را از دست می دهد و به صورت مایع محلول با لیتیم برماید در می آید. حرارت دفع شده از بخار آب خنک شده، فرآیند جذب آن در محلول به وسیله لوله های مسی را تکمیل می کند. فرآیند جذب بخار توسط محلول، باعث رقیق شدن محلول گشته و همچنین قدرت جذب را کاهش می‌دهد.

بنابراین لازم است که به طریقی لیتیم بروماید، بخار آب گرفته را بار دیگر باز پس دهد و به اندازه کافی غلیظ شود تا توان جذب بخار تولید شده در محفظه اواپراتور را داشته باشد. اینجاست که کار به محفظه سوم می‌کشد. محفظه ای که بتوان در آن محلول رقیق را بار دیگر غلیظ کرد. در اینجا برای گرم کردن محلول رقیق و خنک سازی محلول غلیظ برگشتی از ژنراتور، از مبدل حرارتی محلول استفاده می‌کنیم.

3. کندانسور

کندانسور وظیفه تغییر فاز مبرد را از حالت بخار به حالت مایع بر عهده دارد. بخاراتی که از خروجی ژنراتور جمع شده به کندانسور هدایت می‌شوند تا به وسیله آب خنک تبدیل به مایع گردند. درون کندانسور مجموعه لوله‌های مسی قرار دارد که درون آن آبی که از برج خنک‌کننده تغذیه می شود جریان دارد و پیرامون آن، مبرد به صورت بخار داغ موجود است. مکانیزم انتقال حرارت در این دستگاه، به صورت انتقال حرارت از بخار داغ مبرد به آب موجود در لوله‌های مسی است.

با انجام این انتقال حرارت در کندانسور، بخار آب، تبدیل به مایع شده و کف کندانسور جمع آوری شده و برای خارج شدن راهی به غیر از ورود به اواپراتور ندارد تا دوباره بخار شود و سبب سرمایش آب مورد نیاز در فن کویل ها و دستگاه های هواساز گردد. در اجزای داخلی چیلرهای جذبی از نوع شعله مستقیم، ژنراتور تعبیه شده در سیستم به‌عنوان کندانسور نیز، عمل کرده و وظیفه انجام میعان مبرد را انجام می دهد.

4. ژنراتور

همان‌طور که قبلاً هم گفته شد، وظیفه ژنراتور جدا کردن مبرد (آب) از لیتیم برماید است و این مهم با هدف افزایش غلظت لیتیم برماید انجام می پذیرد. منبع انرژی در ژنراتورها می‌تواند دیگ آبگرم، دیگ بخار و یا شعله مستقیم حرارت باشد. محلول با غلظت کم خارج شده از جذب‌کننده، با گرفتن حرارت، آب موجود در خود را از دست داده و این عمل باعث تغلیظ لیتیم برماید می شود.

همان‌طور که در توضیح جذب‌کننده نیز ذکر شد، مایع غلیظ به‌منظور انجام جذب دوباره، به جذب‌کننده برگردانده می شود. مزایای استفاده از شعله مستقیم به‌منظور تأمین حرارت ژنراتور عبارت‌اند از:

• کاهش مصرف انرژی گاز
• کاهش تلفات گرمایی
• ارتباط کامل و مستقیم و بدون تلفات بین دیگ و ژنراتور
• حجم کمتر مجموعه
• هامکان استفاده از آن در فرآیند گرمایش در زمستان

5. مبدل حرارتی

همان‌طور که گفته شد، جریان محلول رقیق از جذب کننده به ژنراتور فرستاده شده و بعد از تغلیظ، جریان محلول به جذب‌کننده فرستاده می‌شود. لوله‌های عبوری محلول رقیق و غلیظ به موازات هم قرار دارند. سردی موجود در محلول جذب‌کننده، راندمان فرآیند را افزایش می‌دهد. محلول غلیظ شده با دمایی بالاتر از دمای محلول رقیق، در حال جریان است.

با توجه به شرایط دمایی مسیر رفت و برگشت جریان محلول و با ایجاد یک محفظه به صورت مبدل حرارتی میتوان دمای هر دو جریان را به هم نزدیک نمود تا ژنراتور انرژی کمتری مصرف کند و راندمان سیستم افزایش پیدا نماید. نوع این مبدل نیز از نوع پوسته و لوله‌ای می‌باشد، محلول رقیق که دمای کمتری هم دارد از داخل لوله جریان یافته و محلول غلیظ که دمای بیشتری دارد از داخل پوسته جریان می یابد.

6. پمپ ها

تنها دستگاه­های مکانیکی موجود در سیستماجزای داخلی چیلر جذبی، پمپ ها می‌باشند. درون دستگاه چیلر دو پمپ وجود دارد که بنا بر شرایط ممکن است یک پمپ دیگر نیز به مجموعه اضافه گردد. پمپ اول برای به جریان انداختن مبرد و پمپ دوم برای حرکت دادن محلول غلیظ و رقیق در سیستم تعبیه می‌­شوند.

پمپ سوم نیز در صورت نیاز سیستم برای انجام اسپری و پاشش به‌منظور افزایش راندمان در انتقال حرارت، در سیستم چیلر قرار می‌گیرد. بلبرینگ این پمپ‌ها به صورتی ساخته‌شده‌اند که نیاز به روغن‌کاری و خنک­ کاری ندارند.