چیلر جذبی چیست؟
چیلر جذبی یا چیلر ابزوربشن (Absorption Chiller) از حرارت ارسالی به ژنراتور برای تامین منبع انرژی استفاده می کند. در سیکل جذبی این چیلر، تولید آب سرد با استفاده از شعله مستقیم، آب داغ و بخار آب داغ خروجی از ساختمان انجام می شود. به منظور سرمایش محیط آب سرد تولید شده به فن کویل یا هوا ساز فرستاده می شود.
چیلرهای تراکمی از انرژی الکتریکی و چیلر های جذبی از انرژی حرارتی استفاده می کنند. در سیکل جذبی چیلر های جذبی از ماده جاذب لیتیوم بروماید تحت عنوان سیال ثانویه استفاده می گردد. وظیفه جذب گازهای به دست آمده از تبخیر سیال اولیه یا مبرد بر عهده ماده جاذب است. در سیکل تراکمی قطعه کمپرسور اختلاف فشار ایجاد می نماید. اما درسیکل جذبی یک ژنراتور حراتی اختلاف فشار را ایجاد می کند. استفاده از انرژی حرارتی در چیلرهای جذبی باعث کاهش مصرف برق می گردد. اما هزینه مصرف گاز در بسیاری از چیلرهای جذبی به دلیل استفاده از مشعل های گاز سوز به جهت تامین حرارت مورد نیاز افزایش پیدا می کند.
عملکرد چیلرهای جذبی
گرمای مورد نیاز در فرایند سرمایش چیلر جذبی با استفاده از تبخیر آب به دست می آید. مبرد اصلی دستگاه آب است و فرایند ذکر شده باعث سرمایش می گردد. پس از آن آب بخار شده توسط لیتیوم بروماید موجود در جاذب یا ابزوربر جذب می گردد. جذب بخار آب باعث تولید محلول رقیق لیتیوم بروماید می گردد. سپس این محلول به ژنراتور انتقال می یابد. محلول رقیق لیتیوم بروماید توسط حرارت ژنراتور تبدیل به دو بخش می شود. بخار آب به کندانسور انتقال داده شده که بعد از تقطیر آماده دریافت دوباره حرارت در اواپراتور می باشد. لیتیوم بروماید توسط ژنراتور به جاذب بر می گردد.
به همین خاطر حرارت گرفته شده توسط اواپراتور، به وسیله کندانسور چیلر جذبی دفع می شود. آب مصرفی کویل یا هواساز در سیستم تهویه مطبوع، به وسیله چیلر جذبی خنک می گردد.
در چه مواردی بیشتر از چیلرهای جذبی استفاده می شود
- امکان فراهم کردن برق برای چیلرهای تراکمی وجود نداشته باشد.
- آب با خصوصیات مورد نیاز، به میزان لازم وجود داشته باشد.
- دسترسی آسان به سوخت های فسیلی مانند گاز یا گازوئیل در محل نصب چیلر وجود داشته باشد.
- به دلیل عملکرد بهتر کولینک تاور یا برج آب خنک کننده، رطوبت نسبی هوای منطقه زیاد نباشد.
برای کسب اطلاعات در مورد چیلرهای تراکمی به مقاله “آشنایی با انواع چیلر تراکمی و نحوه عملکرد آن” مراجعه فرمایید.
ساختمان و اجزا چیلرهای جذبی
- ژنراتور
- کندانسور (تقطیر کننده)
- اواپراتور (تبخیر کننده)
- ابزوربر (جاذب)
در قسمت پایینی چیلر جذبی یک مبدل حرارتی در کنار اواپراتور و ابزوربر تعبیه شده است. نصب این مبدل به دلیل بالا رفتن راندمان دستگاه است.
ژنراتور یا مولد چیلر جذبی
در قسمت بالای فضای اواپراتور و جاذب در چیلرهای جذبی، ژنراتور و کندانسور در یک محفظه مشترک قرار می گیرند. ژنراتور دارای یک مخزن بوده که محلول آب یا ماده مبرد و لیتیوم بروماید یا ماده جاذب درون این مخزن هستند. در داخل ماده جاذب یک مبدل حرارتی قرار داده می شود. این مبدل برای تبخیر آب داخل محلول و غلیظ کردن آن، انرژی گرمایی را به محلول انتقال می دهد. به همین خاطر ژنراتور غلیظ کننده نیز نامیده می شود.
کندانسور یا تقطیر کننده چیلر جذبی
در چیلر جذبی برای پایین آوردن مصرف آب و برگرداندن آب های تبخیری و استفاده مجدد از آن در سیکل تبرید جذبی از کندانسور یا چگالنده استفاده کرد. کندانسور و ژنراتور در قسمت بالای چیلر و در یک محفظه مشترک قرار دارند.
در چیلر های جذبی فرایند چگالش توسط مبدل حرارتی کندانسور با کمک آب سرد کولینگ تاور یا برج خنک کننده صورت می گیرد. کندانسور و برج خنک کننده با یکدیگر در ارتباط می باشند. این برج خنک کننده یا کولینگ تاور با قسمت جاذب نیز در ارتباط است.
اواپراتور یا تبخیر کننده چیلر جذبی
در قسمت پایینی ساختمان چیلرهای جذبی، اواپراتور و ابزوربر در یک محفظه مشترک قرار دارند. ابزوربر و اواپراتور دارای فشار یکسان کاری (حدود 0.01bar) می باشند. ایجاد فشار منفی یا نزدیک به خلاء کامل محفظه جاذب و اواپراتور نکته مهمی در تولید آب سرد در سیستم چیلر جذبی است.
اواپراتور یا واحد تبخیر کننده یک نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد. اواپراتور وظیفه کم کردن دمای آب مصرفی ساختمان که شامل آب خروجی از هوا ساز یا فن کویل ها است را بر عهده دارد. یکی از عوامل مهم در طراحی چیلرهای جذبی، تعیین ظرفیت و ابعاد اواپراتور می باشد.
تجمع مایع اشباع خارج شده از روزنه در اواپراتور چیلرهای جذبی در قسمت پایینی دستگاه اتفاق می افتد. مایع اشباع به وسیله پمپ مبرد و توسط نازل ها (افشانک) از قسمت پایین بر روی لوله های مبدل پاشیده می شود. در این بخش چیلر جذبی به دلیل اهمیت زیاد تبادل حرارت در اواپراتور یا تبخیر کننده از لوله های مسی با فین کوتاه استفاده می گردد.
ابزوربر یا محفظه جاذب چیلر جذبی
اواپراتور به همراه ابزوربر یا جاذب در یک محفظه مشترک قرار می گیرد. ابزوربر یک نوع مخزن است که بر اساس ظرفیت چیلر جذبی حاوی میزان مشخصی از ماده لیتیوم بروماید است.تبخیر آب توسط اواپراتور در فشار پایین چیزی حدود 0.01bar و در دمای حدود ۴ درجه سانتی گراد انجام می شود. لیتیوم بروماید یا نمک مایع آب تبخیر شده را جذب می نماید. به دلیل فرایند جذب بخار آب توسط ماده جاذب یا لیتیوم بروماید، این چیلرها جذبی نامیده می شوند.
شیر آلات چیلرهای جذبی
در چیلرهای جذبی از شیرآلات مخصوص وکیوم و دیافراگم سوپر وکیوم استفاده می شود. استفاده از این شیرآلات به دلیل جلوگیری از امکان نشت هوا به داخل توسط محور و بدنه شیر می باشد. امکان نشتی در محور بالایی شیر گازی وجود داشته و نیاز به تعویض شیر با مدل دیافراگمی به وجود می آید.
انواع چیلر جذبی یا ابزوربشن (Absorption Chiller)
عوامل موثر در دسته بندی چیلر جذبی
- ساختار طراحی
- منبع حرارتی
- ماده جاذب و مبرد
انواع چیلر جذبی بر اساس ساختار طراحی
- چیلر جذبی تک اثره (Single Effect)
- چیلر جذبی دو اثره (Double Effect)
مدل های مختلف چیلر جذبی بر اساس منبع حرارتی
- آب گرم (Warm Water)
- آب داغ (Hot Water)
- بخار (Steam)
- شعله مستقیم (Direct Fired)
- خورشیدی (Solar)
- هوای گرم (Warm Air)
انواع چیلر جذبی بر اساس ماده جاذب و مبرد
- جاذب لیتیوم بروماید و مبرد آب
- جاذب سیلیکاژل و مبرد آب
- جاذب آب و مبرد آمونیاک
روش دیگر دسته بندی چیلرهای جذبی بر پایه نوع جریان مواد جاذب و مبرد نسبت به یکدیگر در مدار چیلر می باشد. این روش شامل سه نوع سری، موازی و معکوس است.
انواع چیلر جذبی بر اساس ساختار طراحی
چیلر های جذبی تک اثره (Single Effect Absorption Chiller)
در چیلر جذبی تک اثره (Single Effect) تنها یک محفظه ژنراتور وجود دارد. در این چیلر حرارت آب بازگشتی از فن کویل و هواساز توسط مایع مبرد موجود در محفظه کم فشار اواپراتور گرفته شده و تبخیر می گردد. سپس آب تبخیر شده در مخزن جاذب به وسیله ماده جاذب یا همان لیتیوم بروماید، جذب می گردد. بعد از عمل جذب، وارد محفظه ژنراتور می شود.
چیلر های جذبی دو اثره (Double Effect Absorption Chiller)
عملکرد چیلر جذبی دو اثره یا دو حالته مشابه با چیلر تک اثره می باشد. تفاوت بین این دو مدل در غلیظ کردن محلول جاذب و مبرد در دو مرحله است. مرحله اول محلول در ژنراتور با دمای بالا غلیظ شده و مرحله دوم فرایند تغلیظ محلول در ژنراتور با دمای پایین صورت می گیرد.
ژنراتور دما بالا فرایند تغلیظ را به وسیله حرارت بخار ارسال شده از بخش دیگ اصلی انجام می دهد. ژنراتور دما پایین، فرایند تغلیظ را به وسیله بخار مبردی که حاصل عملیات در ژنراتور اول می باشد، انجام می دهد. فرایند تغلیظ دو مرحله ای باعث بالا رفتن راندمان این مدل چیلرها می شود.
ظرفیت کولینگ تاور یا برج خنک کننده در چیلر های جذبی دو اثره کمتر می باشد. به این دلیل که کندانسور حرارت کمتری برای عملیات تقطیر نیاز دارد.
انواع چیلر جذبی بر اساس منبع حرارتی
چیلر جذبی شعله مستقیم (Direct Fired Absorption Chiller)
چیلر جذبی شعله مستقیم (Direct Fired Absorption Chiller) از رایج ترین مدل های چیلر جذبی است. در این مدل به دلیل قرار گرفتن مشعل در درون خود چیلر، حرارت به صورت مستقیم به محلول رقیق شده لیتیوم بروماید و مبرد منتقل می گردد. قابل ذکر است که تامین حرارت ژنراتور نیز توسط شعله مستقیم انجام می شود. دلیل محبوبیت این چیلرها به علت راندمان بیشتر و همچنین امکان استفاده از این چیلر در زمستان برای تولید آب گرم می باشد. دلیل استفاده بیشتر از چیلرهای جذبی شعله مستقیم نیاز به تجهیزات کمتر و هزینه های کم نصب می باشد.
چیلر جذبی آب گرم (Hot Water Absorption Chiller)
در این مدل از چیلرها ازموتورخانه برای ارسال آب گرم جهت غلیظ کردن محلول نیاز به موتورخانه و دیگ است. مشکلات این مدل چیلر به دلیل نیاز به تجهیزات بیشتر، افزایش هزینه های راه اندازی و افت انرژی می باشد.
در شرایطی که آب گرم به صورت رایگان در دسترس باشد، استفاده از این چیلر مقرون به صرفه است.
چیلر جذبی بخار (Steam Absorption Chiller)
چیلر جذبی بخار از گرمای بخار برای غلیظ کردن محلول لیتیوم بروماید و آب استفاده می کند. این چیلر دارای دو مدل تک اثره و دو اثره می باشد. در چیلر جذبی بخار دو اثره فرایند جداسازی محلول طی دو مرحله با استفاده از دو ژنراتور دما بالا و پایین صورت می گیرد.
مزیت ها و معایب چیلر های جذبی
- در چیلرهای ابزوربشن به دلیل استفاده نکردن از برق برای تامین انرژی مورد نیاز پمپ ها، مصرف برق بسیار پایین است. همچنین تجهیزات برق اضطراری نیز نیاز نمی باشد.
- چیلرهای جذبی نسبت به چیلرهای تراکمی دارای صدا، ارتعاش و لرزش کمتری می باشند.
- در چیلرهای ابزوربشن از آب مقطر که بی خطر است، به عنوان مبرد استفاده می شود. ولی در چیلرهای تراکمی از مبرد های نظیر فریون کلروفلوئوروکربن استفاده می گردد که باعث آسیب زیادی به محیط زیست و لایه ازن می شود.
- به دلیل ضریب عملکرد پایین چیلرهای جذبی (حدود ۱) نسبت به چیلرهای تراکمی (حدود ۳)، دستگاه دارای راندمان کمتری می باشد.
- قیمت اولیه چیلرهای جذبی حدود ۵۰ درصد بیشتر از چیلرهای تراکمی است.
- به دلیل نیاز چیلر جذبی به مصرف آب برای برج خنک کننده، در نواحی کم آب از این چیلر نمی توان استفاده کرد.
- مساحت چیلرهای جذبی نسبت به چیلرهای تراکمی در ظرفیت های یکسان، حدود ۴۰ تا ۶۰ بیشتر می باشد. همچنین ارتفاع چیلرهای جذبی بیشتر است و نیاز به فضای بیشتری برای نصب دارد.
- چیلرهای جذبی دارای وزن بیشتری می باشند. به همین علت نیاز به زیر ساخت های محکمی در زمان نصب دارند.
معایب چیلرهای جذبی
- فشار خیلی پایین
- خوردگی
- کریستالیزاسیون
کریستالیزاسیون در چیلرهای جذبی
چیلرهای جذبی در شرایط خلا یا وکیوم یا به عبارتی تحت فشار منفی کار می کنند. در صورت بروز کوچک ترین نشتی از محیط، کارکرد دستگاه با مشکل مواجه می شود. به همین علت نگهداری از چیلرهای جذبی بسیار مهم می باشد. همچنین در صورت ورود هوا و ترکیب آن با سیستم، مواد اسیدی تشکیل می شود. این مواد باعث ایجاد خوردگی در قطعات فولادی شده و آسیب جدی به چیلر وارد می کند.
فرایند جامد شدن لیتیوم بروماید بر اثر کاهش دما در محفظه جاذب، کریستالیزاسیون نامیده می شود. فرایند کریستالیزاسیون توانایی از کار انداختن چیلرهای جذبی را دارا می باشد. افزایش سرما و غلظت ماده جاذب موجب بالا رفتن راندمان دستگاه می گردد. در چیلرهای جذبی آب برج خنک کننده ابتدا جهت خنک کردن محلول نیمه رقیق وارد ابزوربر می شود. پس از خنک کردن محلول، وارد کندانسور می شود. کنترل کردن فرایند کاهش دمای محلول در ابزوربر بسیار مهم می باشد.
سیستم پرچ یا تخلیه چیلرهای جذبی (Purge System)
کاهش خلاء سیستم در اثر نشتی، بر روی کارکرد بهتر چیلر جذبی تاثیر می گذارد. تجمع مواد غیر قابل تقطیر درون چیلر، یکی از عوامل کاهش خلاء در سیکل جذبی می باشد. چیلرهای جذبی در شرایط خلاء و به وسیله واکنش های شیمیایی ماده جاذب و مبرد کار می کند. به دلیل این واکنش های شیمیایی، موادی درون چیلر جمع می شوند که نمی توان این مواد را به راحتی کندانس نمود. به همین خاطر برای خروج مواد جمع شده در چیلر از سیستم پرچ (Purge System) استفاده می شود. برای جلوگیری از کاهش راندمان دستگاه در هنگام روشن بودن چیلر جذبی سیستم پرچ نیز باید فعال باشد. به منظور تشخیص نشتی در دستگاه نیز از سیستم پرچ استفاده می شود.
چیلرهای جذبی سیلیکاژلی (Silica Gel Adsorption Chiller)
در یک مدل از چیلرهای جذبی به جای ماده جاذب لیتیوم بروماید، از مواد جاذب جامد مانند سیلیکاژل (Silica Gel)، کربن فعال (Activated Carbon) و زئولیت (Zeolite) استفاده می شود. نام این مدل چیلر ادزوربشن است. در ساخت چیلرهای جذبی ادزوربشن بیشتر از ماده جاذب سیلیکاژل استفاده می گردد. همچنین برای ماده مبرد از آب، آمونیاک و متانول استفاده شده که از بین آنها آب کاربرد بیشتری دارد.
در چیلرهای جذبی سیلیکاژلی ماده مبرد یا همان آب بعد از تبخیر در اواپراتور به سیلیکاژل جامد جذب می گردد. این مدل از چیلرها مانند چیلرهای جذبی لیتیوم بروماید، دارای دو محفظه کندانسور و اواپراتور می باشند. همچنین این چیلر به جای محفظه ژنراتور از دو محفظه سیلیکاژل یا جاذب جامد استفاده می کند. یکی از محفظه های سیلیکاژل به آب گرم خارج شده از دیگ بخار متصل است. محفظه دیگر سیلیکاژل به آب خنک کاری برج خنک کننده یا کولینگ تاور متصل می باشد.
تمام محفظه های سیلیکاژل چیلر جذبی تحت شرایط وکیوم کامل کار می کنند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد چیلر جذبی سیلیکاژلی به مقاله “آشنایی با چیلر جذبی سیلیکاژلی و نحوه عملکرد آن” مراجعه فرمایید
نظرات کاربران