چیلر جذبی چیست؟ – طرز کار چیلر جذبی
چیلر جذبی به منظور استفاده از انرژی های تجدیدپذیر (همچون انرژی خورشید و یا زمین گرمایی) ، یا انرژی تلف شده در نیروگاه ها در پروژه های CCHP (تولید همزمان گرما، سرما و برق) و پروژه های شیمایی که بخار محصول جانبی آنها است، طراحی و ساخته شد. علیرغم راندمان نسبتا پایین این دستگاه ها ( COP = 0.8 – 1.5 ) نسبت به سایر دستگاه های سرمایشی، قیمت پایین سوخت های فسیلی در کشورهای صاحب نفت سبب شد که چیلرهای جذبی در این کشورها به صورت گسترده مورد استفاده قرار گیرند.
این مقاله به معرفی و بررسی عملکرد انواع چیلرهای جذبی می پردازد. امید است که مهندسان و مشاوران جوان کشور با انجام تحقیقات کامل در زمینه انتخاب دستگاه های سرمایشی، مصرف انرژی و آلودگی های زیست محیطی ناشی از آن را کاهش داده تا آسمان و زمینی پاک را به نسل آینده تحویل دهند.
طرز کار چیلر جذبی و اجزاء مهم تشکیل دهنده آن
چیلر جذبی دستگاهی است که از حرارت ورودی (آب گرم ، بخار آب یا دود فرایند احتراق) در تولید آب سرد استفاده می کند. کارکرد چیلر جذبی مانند کلیه دستگاه های سرمایشی دیگر بر اساس اصل کلی تبخیر مبرد استوار است. طبق تعریف، گرمای نهان تبخیر به میزان انرژی اطلاق می شود که فقط سبب تغییر فاز سیال از مایع به گاز می گردد و در افزایش و یا کاهش دمای آن تاثیری ندارد. در چیلر چذبی نیز مبرد در حالت مایع با جذب گرمای محیط در درجه حرارت ثابت تبدیل به بخار شده و ایجاد برودت می نماید. با توجه به کاهش فشار داخل چیلرهای جذبی به هفت میلیمتر جیوه، آب (که در واقع همان مایع مبرد می باشد) حدوداً در دمای ۷ درجه سانتی گراد به جوش می آید و با جذب گرمای نهان به بخار تبدیل می گردد.
آب به کمک پمپ مبرد بر روی لوله های مبدل حرارتی سرد کننده ( اواپراتور) پاشیده شده و سپس تبخیر می گردد و در نتیجه این فرایند، عمل تبخیر در اواپراتور ایجاد برودت می نماید. بخار حاصله از این فرایند توسط لیتیوم بروماید در ابزربر جذب شده و محلول رقیق لیتیوم بروماید را بوجود می آورد. سپس این محلول رقیق شده توسط پمپ محلول و بواسطه مبدل به ژنراتور دما بالا انتقال می یابد. محلول لیتیوم بروماید در ژنراتور حرارت داده شده و تغلیظ می گردد. این حرارت می تواند بوسیله مشعل، آب داغ ،بخار و یا دود حاصل از احتراق دیزل ژنراتور تولید شود. محلول پس از حرارت دهی به دو بخش بخار و مایع تقسیم می شود. بخار در چیلر دو اثره برای تغلیظ بیشتر به ژنراتور ثانویه منتقل می شود و سپس مایع به جا مانده به علت وجود اختلاف فشار بین ژنراتور و ابزربر، تحت تأثیر نیروی ثقلی به ابزربر باز می گردد. از سوی دیگر، بخار حاصله از ژنراتور در کندانسور دستگاه توسط آب برج خنک کننده، تقطیر و مجدداً به اواپراتور باز می گردد و در نتیجه سیکل برودتی دستگاه به همین ترتیب تکرار می شود. همانطور که در جدول زیر مشخص شده، چیلرهای ابزرپشن با توجه به چرخه کاری آنها به دو دسته تک اثره و دو اثره تقسیم می شوند.
چیلر جذبی دستگاهی است که در خلاء کار می کند و یا اصطلاحا فشار منفی است. این بدان معناست که در صورت بروز نشتی (Leak) و یا شکستن وکیوم دستگاه که توسط گاز ازت صورت می گیرد، مشکلات اساسی از قبیل عدم کارکرد صحیح دستگاه، کریستال شدن، اسیدی شدن محلول، خوردگی اجزاء داخلی و غیره پدیدار می گردد. به طور معمول می توان بیان نمود که درصد زیادی از مشکلات عدم کارکرد صحیح چیلر جذبی به دلیل حضور گازهای غیر قابل تقطیر در چیلر می باشد که می بایست بوسیله سیستم purge از چیلر خارج گردند. این گازهای مضر به دو طریق در چیلر جذبی نمایان می شوند:
- به صورت بروز واکنش های شیمیایی و احتمال ایجاد خوردگی در داخل محفظه چیلر
- به علت ورود هوا به داخل چیلر به خاطر کوتاهی در بهره برداری دستگاه یا وجود نشتی در بخش های مختلف چیلر
یکی از عوامل مهم کاهش توان جذب لیتیوم بروماید در محفظه ابزربر، وجود این گازهای غیر قابل تقطیر در بخش جذب کننده رطوبت (ابزربر) است که باعث کاهش انتقال حرارت و افزایش فشار محفظه می شود. همچنین با افزایش فشار در قسمت کندانسور و کاهش قابلیت جذب، فرایند تقطیر مبرد مختل می گردد زیرا این گازها غیر قابل تقطیر می باشند. سیستم purge در طراحی های مختلف چیلر جذبی به دو صورت اتوماتیک و دستی تعبیه می گردد که این گازهای غیر قابل تقطیر را به سمت محفظه purge هدایت می کند. در چیلر جذبی میزان مصرف انرژی الکتریکی بسیار کم است. بصورتی که تنها مصرف کنندگان انرژی الکتریکی پمپ ها هستند. پمپ هایی که جهت انتقال محلول لیتیوم بروماید و مبرد بر روی دستگاه نصب می شود از نوع گریز از مرکز هرمتیک (کاملاً بسته) بوده و پوسته پمپ و موتور بصورت یکپارچه می باشد (Canned Pump). ساختار این پمپ ها به صورت خود روانکار بوده و احتیاجی به خنک کاری و روغن کاری ندارد و خنک کاری آن به وسیله خود محلول در گردش صورت می گیرد.
لیتیوم بروماید چیست؟
یکی از عناصر کلیدی عملکرد چیلر جذبی، نمک لیتیوم بروماید است که حیات دستگاه را میسر می سازد. لیتیوم بروماید یک نوع نمک با خاصیت قلیایی است که مانند نمک معمولی، پودری شکل به رنگ سفید و با دانه های کریستالی است. این نمک از ترکیب ماده لیتیوم با برومید بدست می آید که در دمای ۱۲۶۵ درجه سانتیگراد به جوش می آید و در دمای ۵۵۲ درجه سانتیگراد ذوب می گردد. نمک لیتیوم بروماید جاذب قدرتمندی برای رطوبت است که در مجاورت آب، محلول رقیق لیتیوم بروماید را تشکیل می دهد که در ژنراتور چیلر جذبی مجددا تغلیظ می گردد. این محلول خواص خورندگی بالایی دارد و می بایست برای کنترل آن از مواد ضد خورندگی همچون لیتیوم مولیبدات استفاده نمود. در حقیقت، اگر این نمک شیمیایی سرد شود، خاصیت جذب رطوبت بالایی پیدا می کند و اگر حرارت داده شود، هر آنچه که جذب نموده (رطوبت) را مجدد رها می کند. این اتفاق، عملکرد تولید برودت در چیلرهای جذبی را تضمین می نماید.
انواع چیلر جذبی
چیلر جذبی آب گرم
چیلرهای جذبی آب گرم معمولا در برخی از فرایندهای تولید صنعتی که از آب برای خنک کردن سیستم استفاده می شوند و آب گرم بدون هزینه که در سیستم وجود دارد استفاده می شود که این امر توجیه اقتصادی دارد. همچنین در سیستمهای CHP استفاده از آب گرم خروجی جکت دیزل ژنراتور جهت تامین حرارت ورودی به چیلر جذبی بسیار مرسوم و اقتصادی است. در سایر پروژه ها با توجه به نیاز موتورخانه به تجهیزات تولید آب گرم همچون دیگ های آبگرم، پمپ، لوله کشی، عایق کاری ، افت انرژی حرارتی و مصرف مضاعف انرژی برای تهیه آبگرم، استفاده از چیلرهای جذبی آب گرم نیاز به بررسی بیشتر دارد.
چیلر جذبی بخار
در این نوع چیلر، محلول لیتیوم بروماید توسط بخار دما بالا تغلیظ می گردد. در مدل های دو مرحله ای، این محلول طی دو مرحله و به ترتیب در ژنراتور دما بالا و سپس در ژنراتور دما پایین تغلیظ می گردد. نکته قابل ذکر در این نوع چیلرها این است که چیلرهای دو مرحله ای بخار جهت کارکرد نیازمند بخار یا فشار حدود bar 8 می باشند. به دلیل حجم بالای بخار مورد نیاز و تجهیزات جانبی، از این نوع چیلر بیشتر برای پروژه های نیروگاهی و یا بیمارستانی یا پروژه های شیمیایی (با بخار اضافی حاصل مبدل ها و اکونومایزررها مانند پلانت چسب و اسید) که تجهیزات ایستگاه فشار و بخار دارند استفاده می شود.
چیلر جذبی شعله مستقیم
چیلرهای جذبی شعله مستقیم (direct fire) یکی از پرکاربرد ترین چیلرها هستند که دارای امتیازات بزرگی نسبت به سایر چیلرهای جذبی می باشند. در این نوع چیلر، تغلیظ لیتیوم بروماید مستقیما توسط مشعل صورت می گیرد و نیازی به دستگاه های واسطه جهت تولید حرارت نیست که این عامل باعث کاهش هزینه های خرید اولیه و بهره برداری می شود. امتیاز دیگر چیلر جذبی شعله مستقیم این است که، به دلیل وجود مشعل و محفظه احتراق امکان استفاده از آن در فصول سرد سال برای تولید گرمایش میسر می شود. این چیلرها بصورت دو اثره ساخته می شوند، یعنی تغلیظ محلول لیتیوم بروماید در دو مرحله صورت می گیرد. بر همین اساس، بالاترین میزان ضریب بهره یا همان COP متعلق به این دسته از چیلرها می باشد.
چیلر های جذبی با حرارت دودکش محصولات احتراق
یکی از جدیدترین کاربردهای چیلرهای جذبی ، استفاده مستقیم از دود (FLUE GAS) دودکش محصولات احتراق،از جمله دودکش دیزل ژنراتور، بدون استقاده از مبدل های آب- هوا و اکونومایزررها است. دمای دود محصولات احتراق معمولا بین ۴۵۰- ۳۰۰ درجه سانتیگراد است که قابل استفاده در سیستم های رانکین و توریبینی برای تولید برق نبوده و معمولا در پروژه های صنعتی از این گرمای اضافی استفاده مفید نمیشود و میتوان از آن برای تولید سرمایش استفاده کرد. در نیروگاههای مقیاس کوچک که از دیزل ژنراتور بهره گرفته میشود معمولا ۶۰-۵۰ درصد از انرژی ورودی به شکل دود تلف میشود که این منبع رایگان می تواند به عنوان ورودی مستقیم چیلر جذبی در این پروژه ها استفاده شود. مثال معمول آن سردخانه های میوه و زیر صفر است که دیزل ژنراتور جهت تامین برق استفاده میشود و میتوان قسمتی از این سرمایش به صورت رایگان از حرارت اتلافی تامین شود.
با سلام. ممنون از مطلب مفید شما.