اصول کارکرد چیلرهای جذبی همچون سایر سیستم های سرمایشی فرآیند تبخیر است . همانطور که می دانیم لازمه فرآیند تبخیر دریافت گرماست و این اخذ گرما می تواند موجب ایجاد سرما شود.
اصول کارکرد چیلرهای جذبی همچون سایر سیستم های سرمایشی فرآیند تبخیر است . همانطور که می دانیم لازمه فرآیند تبخیر دریافت گرماست و این اخذ گرما می تواند موجب ایجاد سرما شود. با توجه به قوانین ترمودینامیکی می دانیم که با کاهش فشار می توانیم عمل تبخیر را در دماهای پایین نیز ایجاد کنیم. نحوه عملکرد واحد تبخیر چیلر (اواپراتور) نیز بر همین اصل استوار است . بدین معنی که ماده مبرد چیلرهای جذبی که اغلب آب است در داخل اواپراتور که دارای فشار خلاء می باشد در دمای پایین تبخیر شده و حرارت مورد نیاز تبخیر خود را از محیط اطراف اواپراتور دریافت می نماید و در نتیجه این عمل محیط اطراف اواپراتور سرد می شود.
در سیکل چیلر جذبی دارای دو تفاوت عمده میباشد که ابزوربر، پمپ و ژنراتور به جای کمپرسور جایگزین شده همچنین در سیکل چیلر جذبی دارای مبرد ثانویه دیگر نیز میباشد به نام ابزوربر می باشد.
از انواع چیلر جذبی می توان به چیلر جذبی تک اثره و چیلر جذبی دو اثره اشاره کرد.
در چیلر جذبی مانند چیلرهای تراکمی دارای محفظه ابزوربر و اواپراتور جهت تبادل دما میباشد. چیلر جذبی نیز با عملیات تبخیر موجب ایجاد سرما و کاهش دمای آب کویل میشود، آن را محفظه تبخیر کننده یا اواپراتور می نامیم و پمپ آن را نیز پمپ اواپراتور یا پمپ مبرد نامگذاری میکنیم.
ابتدا با ورود مبرد که همان آب مقطر می باشد به محفظه اواپراتور در فشار خلا باعث تبخیر مبرد در دمای حدود C°۵ تبخیر میشود حال باید با راه کاری مبرد بخار شده را از محفظه اواپراتور خالی کنیم، در چیلر جذبی از یک ماده جاذب رطوبت استفاده میکنیم ماده ای که با جذب رطوبت فشار محفظه را کاهش دهد. که معمولا نمک ها رطوبت گیر های مناسبی میباشند که متخصصان این صنعت لیتیوم بروماید را توصیه کردند.
لیتیوم بروماید نمکی است که به صورت محلول با جذب آب مقطر از اواپراتور رقیق میگردد محلول رقیق شده که به وسیله پمپ ابزوربر به ژنراتور فرستاده میشود. ژنراتور مبدلی میباشد که با انتقال انرژی حرارتی به مدار لیتیوم بروماید رقیق باعث جداسازی مبرد که همان آب مقطر میباشد از محلول لیتیوم بروماید جدا شده و محلول غلیط شده وارد ابزوربر و مبرد وارد چرخه اواپراتور میگردد.
عملکرد اجزای اصلی چیلر جذبی
اجزای چیلر ابزوربشن یا چیلر جذبی شامل موارد زیر می باشد:
اواپراتور در چیلر جذبی
اواپراتور که در مخزن پاييني به صورت مشترك با ابزربر قرار گرفته است شامل لوله هاي مسي فين دار، سيني، المينتور، سپرهاي جمع کننده پاشش، نازل هاي پاشش می باشد و جهت تبادل انرژي حرارتي بين مبرد و آب چيلد که در داخل لوله ها جاري است، طراحي گرديده است. علاوه بر آن براي آشكار ساختن حالت بار کامل و جلوگيري از غليظ شدن بيش از اندازه محلول ابزربر يك لوله سرريز بر روي تانك مبرد نصب شده است. در چیلر جذبی با استفاده از پمپ وکیوم محفظه را در خلا قرار داده و باعث شده آب مقطر داخل مخزن در دمای C°۵ که معادل فشار kPa 1.034 به جوش آید و که باعث گرفتن گرمای آب در کویل میگردد.
طرز کار اواپراتور چیلر جذبی
در اواپراتور برای افزایش انتقال حرارت، مبرد بر را بر روی لوله های مسی اواپراتور به وسیله نازل پاشیده میشود همچنین یک پمپ نیز به جهت پاشش بهتر آب مقطر بروی لوله های مسی تعبیه شده است.
ابزربر در چیلر جذبی
ابزربر چیلر جذبی که در مخزن پائيني بصورت مشترك با اوپراتور قرار گرفته است شامل نازل هاي پاشش، لوله پرچ تخليه گازهاي غيرقابل تقطير و لوله هاي مسي مي باشد. يك چشمي نشان دهنده سطح محلول سطح محلول در ابزربر را در شرايط مختلف نمايان مي سازد. بعد از پروسه مرحله اول بخار آب تبخیر شده توسط محلول نمک لیتیوم بروماید در محفظه ابزربر جذب گردیده که به علت گرمازا بودن فرایند جذب رطوبت در چیلر جذبی میتوان گرما با استفاده از کویلهای مسی و عبور آب برج خنک کننده انجام میگیرد.
همان طور گفته شد فرایند جذب در چیلر جذبی فرایندی گرماده میباشد که این گرما با استفاده از کویل و تیوب های مسی که در داخل آن آب خروجی برج خنک کننده در جریان میباشد. این جذب باعث کاهش فشار قسمت کندانسور و اواپراتور میشود. در ابزوربر با استفاده از پاشش سلوشن بر روی تیوب های مسی باعث افزایش انتقال حرارت میگردد.
ژنراتور چیلر جذبی
ژنراتور چیلر جذبی که در مخزن بالائي به صورت مشترك با کندانسور قرار گرفته است، شامل لوله هاي مسي فين دار و سپر حرارتي و پخش يكنواخت محلول رقيق می باشد به طوريكه تبادل حرارت بين بخار و محلول به صورت مؤثر صورت مي گيرد. همچنين در اين قسمت محلول غليظ از طريق مبدل و اداکتور به سمت ابزربر انتقال می يابد و همچنين يك لوله سرريز در داخل محفظه خروجي محلول غليظ جهت مقابله باکريستاليزاسيون تعبيه گرديده است.
بعد از مرحله دوم لیتیوم بروماید رقیق و اشباع شده و دیگر قابلیت جذب آب مقطر را ندارد ، توسط پمپ ابزوربر به سمت ژنراتور فرستاده میشود.
کندانسور چیلر جذبی
منبع گرمایی در ژنراتور میتواند آب گرم بخار و یا آب داغ باشد که وارد مدل حرارتی و لوله های مسی ژنراتور شده و باعث جدا شدن مبرد از سلوشن شده و بخار مبرد وارد کندانسور شده و سلوشن غلیظ شده پس از گذز از مبدل حرارتی وارد کندانسور میشود. ژنراتور و کندانسور در پوسته قرار گرفته اند و قسمت فشار بالا نامیده میشود. جنس لوله های ژنراتور به دلیل شرایط آسیب دیدگی بیشتر نسبت به دیگر قسمت ها از جنس آلیاژ مس و نیکل میباشد.
کندانسور چیلر جذبی در مخزن بالائي به صورت مشترك با ژنراتور قرار گرفته است. ساختمان کندانسور طوري طراحي شده است که آب مقطر تشكيل شده در آن مستقيماً به سمت اواپراتور هدايت مي گردد. بخار تولید شده در ژنراتور توسط یک کویل که آب سرد برج خنک کننده که ابتدا وارد ابزوربر و بعد وارد کندانسور میشود و در آنجا تقطیر میشود و به سمت اواپراتور میرود. کندانسور و ژنراتور در یک پوسته و در یک فشار کارکرد و فشار آن متناظر با فشار بخار در دمای کندانس که مقدار آن ۱۰٫۳۴KPa میباشد. در کندانسور آب مقطر تقطیر شده در تشت زیر کندانسور جمع شده بعد به سمت اواپراتور سرریز میشود.
بعد از کندانسور مبرد ابتدا باید از اوریفیس که همان دستگاه انبساط است، عبور کند که وظیفه این قطعه جداکردن قسمت فشار بالا از قسمت فشار پایین میباشد. البته در بسیاری از مدل های چیلر جذبی به جای اوریفیس از سیفون استفاده کردهاند که باعث جدا شدن قسمت ابزوربر کندانسور از قسمت اواپراتور و کندانسور می گردد.
این اوریفیس سبب کاهش فشار مایع مبرد جهت ورود به اواپراتور و آماده شدن جهت پدیده فلش که باعث تبخیر آب مقطر در فشار خلا می گردد.
مبدل حرارتی چیلر جذبی
از طريق مبدل حرارتي بين محلول رقيق خروجي از ابزربر درضمن انتقال به سمت ژنراتور و محلول غليظ خروجي از ژنراتور در ضمن انتقال به سمت اواپراتور تبادل انرژي حرارتي صورت مي گيرد. درنتيجه درجه حرارت محلول رقيق ورودي به ژنراتور افزايش يافته و درجه حرارت محلول رقيق ورودي به ابزربر کاهش می يابد که سبب افزايش راندمان چيلر مي گردد. مبدل حرارتي فوق ذکر که بدنه آن از ورقه هاي کربن استيل مي باشد در زير مخزن پایيني نصب شده است.
پمپ های محلول و مبرد
در چیلر جذبی تنها قسمت مصرف کننده انرژی الکتریکی پمپ ها میباشد پمپ هایي که جهت انتقال محلول و مبرد بر روي دستگاه نصب شده است از نوع هرمتيك و کاملاً بسته مي باشد و پوسته پمپ و پوسته موتور يكپارچه مي باشد به جز اين، پمپ ها از نوع يك پمپ سانتريفيوگال مي باشد مرکب از يك پمپ اسكرو پديده کاويتاسيون در آن جلوگيري بعمل مي آيد. پمپ هاي فوق ذکر مخصوص استفاده در چيلرهاي جذبي مي باشد.
ساختار این پمپ ها به صورت leakless و hermetic بوده و احتیاجی به خنک کاری و روغن کاری ندارد و خنک کاری آن به وسیله خود محلول در گردش خنک میشود.
چیلر جذبی شامل دو پمپ میباشد که پمپ مبرد، آب مقطر را از تشک اواپراتور مکیده و آن را از طریق نازل یا افشانک ها بروی تیوب های مسی حامل جریان آب سردشونده میپاشد. پمپ های محلول نقش انتقال محلول رقیق از سمت ابزوربر به سمت کندانسور را بر عهده دارد یاتقان این پمپ ها از نوع گرافیتی می باشد که احتیاج به روغن کاری و خنک کاری نمی باشد و به وسیله خوده محلول انجام می گیرد.
سیکل چیلر جذبی
در شکل بالا سیکل کامل یک چیلر جذبی را مشاهده میکنید که شامل ۴ جز اصلی ابزوربر ، اواپرتور ژنراتور و کندانسور میباشد و سمت فرعی که شامل پمپ های مبرد و محلول میباشد.
اجزای چیلر جذبی
شیرآلات در چیلر جذبی
شیر آلات مورد استفاده در چیلر جذبی از نوع شیر آلات مخصوص وکیوم می باشد و از دیافراگم سوپر وکیوم می باشد که امکان نشت هوا به داخل از طریق محور و بدنه شیر غیر ممکن می باشد در صورت استفاده از شیرگازی احتمال نشتی از قسمت محور آن بسیار بالا است و باید با شیر دیافراگمی تعویض گردد.
پرچ و جداسازی گازهای غیرقابل تقطیر
با توجه به واکنش های شیمیایی در چیلر جذبی گازهای غیر قابل تقطیر در چیلر تولید میگردد که باعث شکسته شدن وکیوم میگردد. برای تخلیه این گازها در چیلرهای طرح یورک در محفظه وکیوم جمع میگردد و به وسیله پمپ وکیوم تخلیه میگردد.
در این حالت ابتدا شیر شماره ۱ را باز کرده سپس شیر شماره ۲ را باز کرده در صورتی پمپ وکیوم درست عمل کرده باشد گیج جیوه ای عمل کرده و عدد بین ۰-۱mmHg را نشان میدهد سپس شیر شماره ۳ را باز کرده تا وکیوم دستگاه چک گردد. در صورتی که دستگاه خالی باشد این عدد باید بین ۰-۴mmHg باشد در غیر این صورت باید تمام اتصالات دیافراگم شیرها چک گردد.
خواص ليتيوم برومايد
با توجه به اينكه ليتيوم از عناصر قليائي و برم از خانواده هالوژنها مي باشد، ليتيوم برومايد از نظر خواص فيزيكي و شيميائي نزديك به نمك طعام بوده و ترکيبي پايدار مي باشد که در هواي آزاد تجزيه نمي گردد و فرار نمي باشد. خواص اساسي اين نمك در جدول زير نشان داده شده است ليتيوم برومايد داراي خاصيت جذب رطوبت بسيار زياد مي باشد.
حلاليت
محلول ليتيوم برومايد مي تواند آب بسيار زيادي را در خود حل کند. براي مثال در شرايط دماي اتاق، غلظت محلول اشباع حدود ۵۳ درصد مي باشد. وقتی آب از محلول ليتيوم برومايد تبخير گردد يا درجه افزايش يابد، ميزان غلظت محلول ليتيوم برومايد تغيير می کند.
گرماي ويژه
گرماي ويژه محلول جاذب ليتيوم برومايد که کم مي باشد از نظر کمك به راندمان حرارتي چيلرهاي جذبي بسيار قابل اهميت است. کوچك بودن گرماي ويژه در شرايط کار و بزرگ بودن گرماي نهان تبخير آب اين انتظار را پيش می آورد که چيلرهاي جذبي که در آنها محلول جاذب ليتيوم برومايد است و مبرد آب مي باشد داراي راندمان حرارتي بالایي باشند.
PH
محلول خالص ليتيوم برومايد تقريباً خنثی است به هرحال محلولي که در چيلرهاي جذبی ميباشد کمي قليايي است تا مسأله خورندگی منتهي شود.
خورندگی
خورندگي محلول ليتيوم برومايد خيلي کمتر از آب نمك و يا محلول نمكهاي کلسيم مي باشد. اما از نظر رعايت موارد ايمني، نظر به اينكه خوردگي نكته بسيار مهمي در طراحي تجهيزات مي باشد، محلول ليتيوم برومايد به صورت قليائي درآمده و علاوه بر اين افزودنی هاي شيميائي جهت مقابله با خوردگي به آن افزوده مي شود از ليتيوم کرومات که بسیار مورد استفاده میباشد باعث رنگ زرد در چیلر های جذبی می گردد.
برای راه انداختن یک چیلر ابزوربشن به یکی از منابع حرارتی زیر نیاز است.
۱ . گرمای اضافه یا دفعی از یک توربین گاز
۲ . گرمای اگزوز یا آب رادیاتور یک موتور دیزل با استفاده از یک مبدل حرارتی
۳ . گرمای گازهای دودکش کوره ها و بویلرها
۴ . آب گرم یا بخار داغ در حال اتلاف
۵ . شعله مستقیم گاز یا گازوییل
و منابع حرارتی دیگر
مزایا و معایب اقتصادی چیلرهای جذبی (ابزوربشن) :
۱ . ضریب عملکرد (COP) چیلر ابزوربشن حدود ۱ است. در حالی که ضریب عملکرد چیلر تراکمی آب خنک و یا چیلر تراکمی هوا خنک حداقل ۳ است. این مورد مهمترین علت استفاده گسترده تر از چیلرهای تراکمی نسبت به چیلرهای جذبی است. ضریب عملکرد پارامتری مهم برای سنجش راندمان یک دستگاه سرمایشی است.
۲ . چیلرهای جذبی به برج خنک کننده نیاز دارند و در آنها مصرف آب وجود دارد و بر خلاف آن، چیلر تراکمی هوا خنک به برج خنک کننده نیازی ندارد و در نتیجه مصرف آب هم نخواهد داشت. بنابرین در مناطق کم آب و نیز مناطق با آب و هوای گرم و مرطوب که نمی توان از برج خنک کننده استفاده نمود (به علت افت راندمان برج) تنها گزینه مناسب چیلر تراکمی هوا خنک خواهد بود.
۳ . چیلرهای جذبی به مقدار اندکی برق برای پمپ های محلول ، مبرد و تخلیه نیاز دارند. در ضمن به نصب تجهیزات برق اضطراری در آن نیازی نیست.
۴ . قیمت اولیه آنها معمولا ۵۰% نسبت به چیلرهای تراکمی بیشتر است.
۵ . چیلر جذبی نسبت به چیلر تراکمی صدای کارکرد کمتری دارد.
۶ . در ظرفیت برابر، چیلر جذبی نسبت به چیلر تراکمی حدود ۴۰ تا ۶۰ درصد مساحت بیشتر و حدود ۱٫۵ تا ۳ متر نیز ارتفاع بیشتری دارد.
۷ . وزن نوع تراکمی حدودا نصف وزن نوع جذبی است و در نتیجه به زیرسازی های مستحکم تر و پر هزینه تری برای نصب نوع جذبی نیاز است. نوع جذبی برای استقرار به فضایی مثل فضای موتورخانه نیاز دارد و این در حالی است که مثلا چیلر تراکمی هوا خنک به فضای موتورخانه نیازی نداشته و در فضای آزاد مانند بام یا حیاط نصب می شود.