چیلر جذبی یکی از انواع چیلرهای پرکاربرد و محبوب در سیستم تهویۀ مطبوع در تاسیسات است. محبوب بودن آن به‌دلیل استفاده از سوخت حرارتی برخلاف چیلرهای تراکمی که از انرژی الکتریکی است. بااین‌حال، به‌دلیل راندمان کم چیلرهای جذبی نسبت به چیلرهای تراکمی کمتر استفاده می‌شود. در تاسیسات تولیدی با ظرفیت بالا، به‌دلیل اختلاف بسیار زیاد در مصرف برق نسبت به چیلرهای تراکمی در برخی پروژه‌ها، کارفرما مجبور به استفاده از این الگوی چیلرها می‌شود. همان‌طور که اشاره شد، مصرف انرژی عمدۀ چیلر جذبی بر پایۀ مصرف گاز طبیعی است. در چیلرهای تراکمی از کمپرسور که مصرف‌کنندۀ توان است، استفاده می‌کنند و در چیلر جذبی به‌جای کمپرسور از ژنراتور و ابزوربر استفاده می‌شود. می‌توان گفت این چیلرها در کشورهایی که نفت و گاز ارزان دارند، بیشتر به آن‌ها توجه قرارگرفته است. در ادامه به شرح کامل این دستگاه می پردازیم:
آنچه در این مطلب خواهید خواند
جهت دریافت مشاوره با دفتر فنی و پشتیبانی فرتاک تماس بگیرید.
[wp_call_button btn_text=”برقراری تماس تلفنی” btn_color=”#269041″ hide_phone_icon=”yes”]
کلیات چیلر جذبی
اساس کار خنک کننده‌های جذبی (چیلرهای ابزرپشن)
در داخل بالن شیشه‌ای مقداری آب‌مقطر می‌ریزیم، سپس با درپوش و اتصالات مناسب، به‌وسیلۀ پمپ خلا، آن را خلا یا وکیوم می نماییم و مانومتری دقیق (جیوه‌ای) میزان خلا را نشان می‌دهد. با توجه به دمای محیط، مشاهده خواهیم کرد در درجۀ ای از فشار خلا آب داخل بالن شروع به جوشیدن خواهد کرد (بدون اینکه چراغ یا هیتری برای گرم‌کردن ظرف به‌کارگرفته باشیم ) و نهایتاً بعد از چند لحظه، جدارۀ ظرف کاملاً سرد خواهد شد. اساس چیلرهای جذبی را می‌توان با آزمایش فوق شرح داد.
اکنون بر اساس این آزمایش می‌توان به چند اصل فیزیکی و نهایتاً تولید برودت پی برد:
در وهله اول باید توضیح دهیم که آب بدون گرم شدن شعله یا هیتری شروع به جوشیدن کرده است. مطلب دوم اینکه چرا به‌علت جوشیدن آب داخل ظرف جداره‌اش سردشده است؟ پدیدۀ جوش یا به‌اصطلاح علمی تغییر فاز از حالت مایع به بخار به رابطۀ دو عامل دما و فشار مایع و همچنین ساختار مولکولی آن بستگی دارد.
بعنوان مثال آب یا H2O در شرایط فشار یک اتمسفر در ۱۰۰ درجۀ سانتیگراد بجوش خواهد آمد؛ حال اگر عامل فشار تغییر کند، مثلاً در ظرفی در بسته، فشار آب را به ۲ اتمسفر برسانیم، در ۱۲۰ درجۀ بجوش خواهد آمد (مانند آنچه در دیگ‌های زودپز اتفاق می‌افتد ). عکس این عمل نیز صادق است؛ یعنی اگر داخل ظرف را به‌وسیلۀ پمپ وکیوم، خلا کنیم، یعنی از شرایط طبیعی که فشار یک اتمسفر است، به‌سمت کاهش فشار حرکت کنیم؛ مثلاً در نیم اتمسفر، آب در 81 درجه سانتیگراد بجوش خواهد آمد. و اگر خلا را بیشتر کنیم، مثلاً تا ۶ میلی‌متر جیوه (حدود یک‌صدم فشار حدود) با دمای 3 درجه سانتیگراد بجوش خواهد آمد. این خاصیت در مایعات مختلف فرق می‌کند؛ مثلاً مایع آمونیاک یا مایع الکل یا مایع فریون های مختلف، هرکدام در فشار معین در دمای معین تغییر فاز خواهند داد و تبخیر خواهند شد. بعنوان مثال فریون 12 در فشار 7/1 اتمسفر در دمای 20- درجه سانتیگراد بجوش خواهد آمد. مانند آنچه در یخچال‌های خانگی اتفاق می‌افتد، از نقش دو عامل فشار و دمای مایع در تبخیر آگاه شدیم.
اکنون توضیح خواهیم داد که چرا در اثر تبخیر، کاهش دما اتفاق می‌افتد و چرا جدارۀ ظرف سرد می‌شود. بر اساس آنچه شرح داده شد، وقتی دمای آب در وضعیت طبیعی به ۱۰۰ درجۀ سانتیگراد می‌رسد، آب تبخیر می‌شود. اگر حین تبخیر یا بخارشدن عامل گرمایش (چراغ یا هیتر) را خاموش کنیم، عمل جوش یا تبخیر متوقف می‌شود؛ بنابراین درمی یابیم که عمل تبخیر به دریافت حرارت نیاز دارد (اصطلاحاً تبخیر فرایندی گرماگیر است). حال این فرایند در فشار بالاتر از جو اتفاق می‌افتد (مثل دیگ‌های زودپز) یا پایین تر از فشار جو اتفاق می‌افتد، مانند آنچه در بالن مورد آزمایش یا چیلر جذبی عمل می شود.
باید دانست که مولد گرما نباید حتماً شعله یا هیتر برقی باشد؛ بلکه باید پذیرفت هر جسمی که از دمای ۲۷۳ درجۀ سانتیگراد وارد چیلر جذبی می‌شود، می‌تواند تأمین‌کنندۀ گرما باشد. گرمای نهان تبخیر جهت آب مقطری باشد که در داخل چیلر جذبی در اثر فشار پایین در حال تبخیر است و در اثر این گرمادهی، دمای خود آب چیلر کاهش می‌یابد و مثلاً به ۶ درجۀ سانتیگراد تغییر خواهد کرد؛ مانند آنچه در چیلر جذبی آب و لیتیوم بروماید اتفاق می‌افتد و این آن چیزی است که ما به آن نیاز داریم و از آن برای خنک کردن هوا در هواسازها و فن کوئلها یا پروسه‌های صنعتی استفاده می کنیم.
قطعات اصلی دستگاه چیلر جذبی تک اثره
چیلر جذبی یک‌مرحله‌ای (Single Effect) در 15 مدل از 100 الی 1400 SSE10) الی SSE140) تن تبرید ساخته می‌شوند. در این چیلر، آب‌مقطر به‌عنوان مبرد و لیتیوم بروماید به‌عنوان جاذب عمل می‌کند و بخش‌های اصلی ذیل را شامل می شود:
- مخزن بالایی شامل:
- ژنراتور
- کندانسور
- مخزن پایینی شامل:
- ابزربر
- اواپراتور
- مبدل حرارتی.
- پمپ محلول.
- پمپ مبرد
- سیستم وکیوم
- کندانسور وکیوم
- شیرآلات سرویس
- مانومتر U شکل جیوه ای
- سیستم آتی کریستال
- تابلوی برق و سیستم کنترل.
در شکل شمارۀ ۲، همۀ قطعات چیلر جذبی کاملاً مشخص‌شده اند.
عملکرد اجزای اصلی چیلرجذبی
اواپراتور
در این محل، مبرد (آب‌مقطر) بر سطوح لوله‌های اواپراتور از طریق نازل‌ها پاشیده و تبخیر می‌شود. درنتیجه گرمای آب چیلر که داخل لوله‌های اواپراتور جریان دارد، جذب می‌کند. در شرایط استاندارد (پایدار) فشار در مخزن پایین که شامل اواپراتور و ابزربر است، حدود mmHg abs 6 می باشد و مبرد در دمای ۳ درجۀ سانتیگراد تبخیر می‌شود. در اثر این فرایند، آب چیلد با دمای ۱۲ درجۀ سانتیگراد وارد اواپراتور می‌شود و تا دمای ۷ درجۀ سانتیگراد خنک می شود.
ابزربر
محلول واسطه (غلظت متوسط لیتیوم بروماید) بر سطوح لوله‌های ابزربر از طریق نازل‌های ویژه‌ای پاشیده می‌شود و بخار مبرد آب‌مقطر را که در اواپراتور ایجاد شده است، به‌طور دائم جذب می‌نماید. بدین ترتیب محلول غلظت متوسط لیتیوم بروماید ورودی به ابزربر رقیق تر می‌شود و در ته مخزن پایینی جمع می‌گردد. حرارت ناشی از حل شدن آب در محلول جاذب در ناحیۀ ابزربر تولید می‌شود. (این حرارت 3/1 برابر ظرفیت تبرید وسیله است) و توسط آب سرد برج که داخل لوله‌های ابزربر جریان دارد، به خارج از چیلر منتقل می شود.
ژنراتور
در ابزربر محلول غلظت متوسط لیتیوم بروماید ورودی بر اثر جذب بخار مبرد رقیق می‌شود و توسط پمپ محلول از طریق مبدل حرارتی به ژنراتور منتقل می‌گردد. این محلول روی سطوح لوله‌های ژنراتور جریان یافته و گرم می‌شود (انرژی حرارتی از طریق بخار یا آب داغ تأمین می شود). درنتیجه بخشی از مبرد تبخیر می‌شود و از محلول رقیق جدا می‌شود. درنتیجه غلظت محلول رقیق افزایش‌یافته و به محلول غلیظ تبدیل می‌شود. حجم بخار تولیدشده در ژنراتور بسته به میزان بار سرمایی لازم کنترل می شود.
کندانسور
بخار مرد تولیدشده در ژنراتور از سطوح لوله‌های کندانسور عبور می‌کند و به‌صورت قطرات آب تقطیر می‌شود و در داخل سینی واقع در زیر کندانسور جمع می‌شود و به اواپراتور باز می‌گردد.
مبدل حرارتی محلول
محلول غلیظی که از ژنراتور به ابزربر بازمی‌گردد، قبل از ورود به ابزربر، از مبدل حرارتی محلول عبور می‌کند و گرمایش را به محلول رقیقی می‌دهد که از ابزربر به‌سمت ژنراتور منتقل می‌شود؛ درنتیجه گرمای محلول غلیظ به محلول رقیق انتقال می‌یابد. درنتیجه در ژنراتور، انرژی حرارتی کمتری برای تبخیر مبرد صرف می‌شود و همچنین در ابزربر میزان انتقال حرارت توسط آب سرد برج به میزان زیادی کاهش می‌یابد که وجود این مبدل حرارتی مجموعاً سبب افزایش راندمان دستگاه و افزایش COP (ضریب عملکرد چیلر) می شود.
سیستم پرچ (تخلیه گازهای تقطیر ناپذیر)
تولید گازهای تقطیر نشدنی در چیلرهای جذبی سبب افزایش فشار نسبی در اواپراتور شده است؛ در نتیجه، درجۀ حرارت آب چیلر افزایش‌یافته و کارایی چیلر را به‌شدت تقلیل می‌دهد. سیستم تخلیه گازهای تقطیر ناپذیر، شمل شیر پرچ دستی، خلا سنج، شیر سلونوئید تخلیه گاز، پمپ تخلیه گاز می‌باشد. با بهره‌برداری صحیح از سیستم پرچ، از افت ظرفیت برودتی چیلر و خوردگی در آن جلوگیری خواهد شد و بهره‌برداری به‌صورت پایدار انجام خواهد شد.
پمپ ها
1- پمپ محلول
پمپ محلول لیتیوم بروماید رقیق را از ته مخزن پائینی مکش می‌کند و بخشی از آن را به‌سمت ژنراتور از طریق مبدل حرارتی محلول هدایت می‌کند و بخش دیگر به دستگاه اداکتور وارد می‌شود و با محلول غلیظ مخلوط می‌شود و محلول واسطه (محلول غلظت متوسط لیتیوم بروماید) را به وجود می‌آورد که به‌سمت ابزربر منتقل می‌گردد. این محلول در بدو ورود به ابزربر به‌صورت قطرات ریز در می‌آید و روی سطوح لوله‌های ابزربر پاشیده می شود.
2- پمپ مبرد
این پمپ مبرد را از تانک مرد به طرف اواپراتور منتقل می‌کند و روی سطوح لوله‌های اواپراتور اسپری می کند.
3- پمپ پرچ (پمپ خلا)
گازهای غیرقابل تقطیر تولیدشده در چیلر به کندانسور وکیوم هدایت و جمع‌آوری می‌شوند که با روشن کردن پمپ خلا، این گازها از سیستم توسط پمپ پرچ مکیده می‌شوند و از طریق لوله‌ها تخلیه می شوند.
ابزربر از مبدل حرارتی عبور می‌کند و انرژی حرارتی بین یکدیگر مبادله می‌نمایند. به این صورت که محلول غلیظ خروجی از ژنراتور در مدل حرارتی فوق‌الذکر سرد می‌شود و محلول رقیق خروجی از ابزربر در مبدل حرارتی فوق‌الذکر گرم می‌شود و بدین ترتیب، راندمان کلی سیستم افزایش می‌یابد. محلول غلیظ بعد از عبور از مبدل حرارتی، با مقداری از محلول رقیق در اداکتور مخلوط می‌شود و به‌صورت محلول غلظت متوسط لیتیوم بروماید در می‌آید که از طریق نازل‌ها روی لوله‌های ابزربر پاشیده می‌شود. این محلول غلیظ در ابزربر، بخار مبرد را جذب می‌کند و به‌صورت محلول رقیق در می‌آید و در ته ابزربر جمع می‌شود و از طریق پمپ به‌سمت ژنراتور منتقل می‌شود و بدین ترتیب، سیکل کاری وسیله تکمیل می شود.
خواص لیتیوم بروماید
1- خواص کلی
نظر به اینکه لیتیوم از عناصر قلیایی و برم از خانوادۀ هالوژن هاست، لیتیوم بروماید از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی نزدیک به نمک طعام است و ترکیبی پایدار است که در هوای آزاد تجزیه نمی‌شود و فرار نمی‌باشد. خواص اساسی این نمک در جدول زیر نشان‌داده‌شده است:
| فرمول شیمیائی | LiBr |
| وزن مولکولی | 856/86 |
| درصد هر یک از عناصر | 01/92 Br و %99/7 Li |
| ظاهر | حبه های کریستالی بی رنگ |
| وزن مخصوص | 4643/3 در 25 درجه سانتیگراد |
| نقطه ذوب | 1265 درجه سانتیگراد |
لیتیوم بروماید دارای خاصیت جذب رطوبت بسیار زیاد است.
2- حلالیت
محلول لیتیوم بروماید می‌تواند آب بسیار زیادی را در خود حل کند. برای مثال در وضعیت دمای اتاق، غلظت محلول اشباع حدود ۵۳درصد است. وقتی آب از محلول لیتیوم بروماید تبخیر شود یا درجه افزایش یابد، میزان غلظت محلول لیتیوم بروماید تغییر می کند.
3- وزن مخصوص
این ترکیب که شامل بروماید است، در حالت محلول در آب، وزن مخصوص نسبتاً زیاد است. منحنی شمارۀ ۱ وزن مخصوص محلول لیتیوم بروماید را در دما و غلظت‌های مختلف نشان می دهد.
4- گرمای ویژه
گرمای خاص محلول جاذب (لیتیوم بروماید) که کم است، از نظر کمک به راندمان حرارتی چیلرهای جذبی بسیار قابل‌اهمیت است. کوچک بودن گرمای خاص در شرایط کار و بزرگ بودن گرمای نهان تبخیر آب، این انتظار را پیش می‌آورد که چیلرهای جذبی که محلول جاذب لیتیوم بروماید و مبرد آب هستند، راندمان حرارتی زیادی داشته باشند.
5- فشار بخار در اواپراتور
علت اصلی استفاده از محلول لیتیوم بروماید به‌عنوان جاذب در چیلرهای جذبی آن است که فشار نسبی بخار آب در محلول خیلی کم بوده است؛ این بدان معنی است که خاصیت جذب رطوبت لیتیوم بروماید بسیار زیاد است.
6- PH
محلول خالص لیتیوم بروماید تقریباً خنثی است؛ به‌هرحال محلولی که در چیلرهای ساخت شرکت ساری پویا به کار می‌رود، اندکی قلیایی است که مسئلۀ خوردگی را منتفی می سازد.
7- خورندگی
خورندگی محلول لیتیوم بروماید خیلی کمتر از آب‌نمک و یا محلول نمکهای کلسیم می‌باشد، اما ازنظر رعایت موارد ایمنی نظر به اینکه خوردگی نکته بسیار مهمی در طراحی تجهیزات می‌باشد، محلول لیتیوم بروماید بصورت قلیائی در آمده و علاوه بر این افزودنی‌های شیمیایی جهت مقابله با خوردگی به آن افزوده می‌شود (لیتیوم کرومات)
8- سایر موارد
اگرچه خاصیت سمی محلول لیتیوم بروماید بسیار ضعیف است، باید از تماس مستقیم پوست یا اجزای بدن به آن خودداری گردد. در صورت هرگونه تماس با پوست و بدن، باید سریعاً با آب شسته شود.