طرز کار چیلرهای جذبی (ابزروبشن) تک اثره و دو اثره

چیلر جذبی یا ابزوربشن (Absorption chiller) یکی از سیستم های برودتی رایج در صنعت تهویه مطبوع است که بر اساس سیکل تبرید جذبی کار می کند. در مقالات قبلی تهویه نگار، به طور کامل درباره انواع چیلر و طرز کار آن ها بحث کردیم و در این مطلب سعی داریم به طور جامع چیلرهای جذبی را مورد بررسی فنی قرار دهیم و با نحوه کارکرد و کاربرد چیلرهای جذبی آشنا شویم.

چیلر جذبی یا ابزروبشن
چیلر جذبی یا ابزروبشن

میشل فارادای در سال 1824 در حین یک آزمایش به طور اتفاقی با سرمایش جذبی آشنا شد. دستگاه تبرید کری در سال 1927 توسط چندین دانشمند بزرگ از جمله آلبرت انیشتین تحت مطالعه و تکمیل قرار گرفت تا اینکه در سال 1939 اولین چیلر جذبی گازسوز توسط شرکت کریر ساخته شد.

بر خلاف چیلرهای تراکمی که از انرژی الکتریکی و کمپرسور در سیکل تبرید تراکمی استفاده می کنند، نقطه عطف چیلرهای جذبی این است که با حذف کمپرسور، از انرژی گرمایی یا حرارتی به منظور تولید برودت بهره می برند و همین امر سبب کاهش مصرف برق در این نوع ماشین ها شده است. این انرژی گرمایی به عنوان محرک سیکل برودت جذبی می تواند به وسیله بخار داغ، احتراق گاز طبیعی و حتی حرارت گرمایی اتلافی از یک سیستم یا نیروگاه باشد. چیلرهای جذبی دارای نقاط قوت و ضعفی هستند که در ادامه ان ها را توضیح می دهیم.

پیشنهاد مطالعه :

شناخت انواع چیلر تراکمی و طرز کار آن

بررسی فنی و عملکرد چیلر تراکمی هوا خنک (هوایی)

بررسی و طرز کار چیلر تراکمی آب خنک (آبی)

تفاوت منبع انرژی در چیلرهای جذبی و تراکمی
تفاوت منبع انرژی در چیلرهای جذبی و تراکمی

حذف کمپرسور در چیلر جذبی ممکن است در نگاه اول کمی عجیب باشد و خواننده را سردرگم کند، اما به طور کامل توضیح می دهیم که چگونه تجهیزات جایگزین کمپرسور مانند پمپ، جاذب و اواپراتور، طی یک فرآیند شیمیایی در چیلرهای جذبی نقش کمپرسور را ایفا می کنند و سبب به حرکت درآمدن مبرد (آب) در سیکل تبرید جذبی می شود.

واقعیت این است که امروزه با پیشرفت علم و تکنولوژی در حوزه برودت صنعتی، چیلرهای تراکمی بیش از پیش مورد استقبال قرار گرفته اند و بسیاری از مشتریان شرکت تهویه نگار در حال جایگزینی چیلرهای تراکمی بجای چیلرهای جذبی هستند.

به طور کلی انتخاب چیلرهای جذبی در موارد زیر بیشتر مورد توجه قرار می گیرد:

  • امکان تامین برق برای چیلرهای تراکمی وجود نداشته باشد
  • آب به مقدار کافی و با خصوصیات قابل قبول وجود داشته باشد و با مشکل کم آبی مواجه نباشیم
  • سوخت های فسیلی مانند گاز یا گازوئیل در محل نصب چیلر، به آسانی قابل دسترسی باشد
  • رطوبت نسبی هوای منطقه به جهت عملکرد کولینگ تاور یا برج خنک کننده بالا نباشد

ساختار و اجزای چیلر جذبی

پیش از توضیح عملکرد چیلر جذبی باید نگاهی داشته باشیم  به اجزا و عملکرد سیکل تبرید جذبی. در اینجا به طور مختصر اجزا و نحوه کارکرد این سیکل را بررسی می کنیم. اجزای سیستم جذبی در شکل زیر نشان داده شده است.

اجزای چیلر جذبی
اجزا و ساختار چیلرهای جذبی

مطابق شکل فوق مهم ترین اجزای سیستم های جذبی عبارتند از :

  • اواپراتور یا تبخیر کننده
  • ابروربر یا جاذب
  • ژنراتور
  • کندانسور یا چگالنده

مبدل حرارتی جهت افزایش راندمان چیلر جذبی شده و معمولا در کنار اوپراتور و ابزوربر در قمست پایین دستگاه نصب می شود.

اواپراتور (تبخیر کننده)

به طور کلی در ساختار سیستم چیلرهای جذبی، اواپراتور و ابروزبر در داخل یک پوسته و در قسمت زیرین قرار می گیرند و دارای فشار کاری یکسانی هستند (حدود 0.01bar). اواپراتور در واقع یک نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله است که به آن واحد تبخیر کننده هم گفته می شود و وظیفه کاهش دمای آب مصرفی ساختمان (آب خروجی از هواساز یا فن کویل ها) را دارد. تعیین ظرفیت و ابعاد اواپراتور عامل مهمی در طراحی چیلرهای جذبی است.

در اواپراتور چیلرهای جذبی، مایع اشباع خروجی از روزنه، در پایین آن جمع می شود و از آنجا توسط پمپ مبرد و از طریق نازل ها (افشانک ها) بر روی لوله ها یا همان کویل اسپری می شود. با توجه به اهمیت بالای تبادل حرارتی در اواپراتور یا تبخیر کننده، از لوله های مسی با فین کوتاه در این قسمت از چیلر جذبی استفاده می شود.

محفظه جاذب یا ابزروبر

همانطور که گفتیم جاذب یا ابزروبر در پوسته مشترک با اواپراتور قرار می گیرد. ابزوربر در واقع یک مخزن است که بر اساس ظرفیت چیلر جذبی محتوی ماده لیتیوم بروماید است. شکل زیر به منظور فهم بهتر کارکرد و نوع ارتباط اوپراتور و محفظه جاذب به صورت جداگانه رسم شده است. با توجه به شکل زیر زمانی که آب در فشار پایین اواپراتور (حدود 0.01bar) در دمای حدود 4 درجه سانتی گراد تبخیر می شود توسط لیتیوم بروماید (نمک مایع) جذب می شود. نام چیلرهای جذبی نیز اساساً از همین فرآیند جذب بخار آب توسط ماده جاذب (لیتیوم بروماید) گرفته شده است.

 اواپراتور و جاذب در چیلرهای جذبی
شماتیک اواپراتور و جاذب در چیلرهای جذبی

ژنراتور یا مولد

ژنراتور و کندانسور نیز در یک محفظه مشترک و در قسمت فوقانی سیستم چیلر جذبی (بالای محفظه اواپراتور و جاذب) نصب می شوند. ژنراتور در واقع یک محفظه یا مخزن حاوی محلول آب و لیتیوم بروماید است. در داخل جاذب یک مبدل حرارتی قرار می گیرد و انرژی گرمایی لازم جهت تبخیر آب محلول و تغلیظ نمودن آن، به محلول انتقال می یابد. به همین دلیل به ژنراتور واحد تغلیظ کننده هم گفته می شود.

کندانسور (چگالنده یا تقطیر کننده)

در واقع به منظور کاهش مصرف آب و بازگردانی آب های تبخیر شده در مرحله قبل و استفاده مجدد از آن در سیکل تبرید جذبی، بایستی از یک چگالنده یا کندانسور استفاده کنیم.همانطور که اشااره کردیم این کندانسور در یک پوسته مشترک با ژنراتور قرار می گیرد و در قسمت فوقانی سیستم چیلرهای جذبی نصب می شوند. کندانسور نیز یک نوع مبدل حرارتی است. کندانسور موجود در چیلرهای جذبی فرآیند پگالش را به کمک یک کولینگ تارو یا برج خنک کننده انجام می دهند و با آن در ارتباط هستند. این کولینگ تاور با قسمت جاذب نیز در ارتباط است که در ادامه نحوه کارکرد ان را توضیح خواهیم داد

پیشنهاد مطالعه :

بررسی عملکرد انواع کندانسور هوایی (هوا خنک)

بررسی فنی انواع کندانسور آبی (آب خنک)

سیکل چیلر جذبی

اساس عملکرد سیکل تبرید جذبی همانند سیکل تبرید تراکمی است و فقط بجای استفاده از کمپرسور، از تجهیزاتی به نام پمپ، ابزروبر یا جاذب و ژنراتور استفاده شده است.سیستم تبرید جذبی از نظر چگالش ماده مبرد در فشار و دمای بالا (فرآیند چگالش در کندانسور)، و تبخیر آن در فشار و دمای کم و گرفتن گرما از ماده ای که باید سرد شود (فرآیند تبخیر در اواپراتور)، شبیه سیکل تبرید تراکمی است.

سیکل چیلر جذبی
سیکل چیلر جذبی

 همانطور که به یاد دارید، در سیکل تبرید تراکمی نیز چهار مولفه اصلی عبارت بودند از:

مطابق تصویر فوق، مشاهده می کنید که فقط کمپرسور حذف شده است. به همین دلیل است که مصرف برق نیز عملا در سیستم چیلر جذبی کاهش یافته است و البته باید توجه داشت که ممکن است در چیلرهای جذبی مصرف انرژی گاز زیاد باشد.چراکه در بسیاری از چیلرهای جذبی به ویزه در ایران از مشعل های گازسوز جهت تامین حرارت مورد نیاز چیلر جذبی استفاده می شود.

همچنین بجای ماده سرمازا یا مبرد که در چیلرهای تراکمی استفاده می شد، در چیلر جذبی از آب به عنوان مبرد و از لیتیوم بروماید به عنوان جاذب استفاده می شود. البته پیش از این، از آب به عنوان سیال جاذب و از آمونیاک به عنوان مبرد استفاده می شد و پس از سال ها تحقیق ترکیب آب و لیتیم برماید جایگزین آن در سیستم های جذبی شد.

انتخاب لیتیم برماید به عنوان جاذب به دلیل داشتن قدرت جذب عالی بخار آب، غیر سمی بودن، غیر قابل انفجار بودن و نداشتن ترکیبات مضر می باشد.  در واقع لیتیوم برومایدهمان نمک مایع است.

به دلیل اینکه امروزه اغلب از محلول آب و لیتیوم بروماید در چیلرهای جذبی استفاده می شود، در ادامه این مقاله از محلول آب آمونیاک صرف نظر می کنیم و زمانی که از ماده مبرد نام می بریم منظور آب، و ماده جاذب نیز همان لیتیوم بروماید است.

رابطه فشار و دمای جوش و کاربرد آن در چیلرهای جذبی

همانطور که در سیکل تبرید جذبی توضیح داده بودیم، به منظور کارکرد چیلرهای جذبی باید هوای داخل اواپراتور را تخلیه کنیم و در فشار پایین (0.01bar) آن را راه اندازی کنیم. بهتر است که بداینم چه ارتباطی بین فشار وارد بر سطح مایعات و نقطه جوش (تبخیر) آن ها وجود دارد؟

لازم است بدانیم که رابطه ای مستقیم بین فشار وارد بر سطح مایع و نقطه جوش آن وجود دارد. فرض کنید آب در کنار دریا (فشار یک اتمسفر) در دمای 100 درجه سانتی گراد به جوش می آید و شروع به تبخیر شدن می کند اما همین آب در ارتفاعات بالاتر به دلیل کاهش فشار جو، در دماهای پایین تر به جوش می آید. به شکل زیر دقت کنید:

رابطه فشار و نقطه جوش یا تبخیر در آب
رابطه بین فشار وارد بر سطح آب و نقطه جوش یا تبخیر

حال فرض کنید بتوانیم فشار وارد بر آب یا همان مایع مبرد را تا حدی پایین بیاوریم که در درمای حدود 4 درجه سانتی گراد تبخیر شود، اینگونه می توانیم به بخار آب با دمای پایین که مناسب برای فرایند سرمایش است دست یابیم.

دیاگرام رابطه فشار جو و نقطه جوش آب در سیکل جذبی
دیاگرام رابطه فشار جو و نقطه جوش آب

این اصل در ساخت چیلرهای جذبی استفاده شده است و با کاهش فشار در اواپراتور و جاذب (ابزوربر) تا حدود 0.01bar که مقدار خلاء زیادی محسوب می شود، باعث می شود آب که همان نقش مبرد را دارد در دمای 4/5 درجه سانتی گراد تبخیر شود. به دلیل آنکه فرآیند تبخیر به طور ذاتی یک فرآیند گرماگیر است، سبب جذب گرمای اطراف اواپراتور و ابزوربر می شود و اینچنین است که فرآیند سرمایش اتفاق می افتد. در نتیجه چیلرهای جذبی به منظور کارکرد صحیح باید در فشار منفی و تحت خلاء یا وکیوم کار کنند. البته همین فشار کاری منفی (وکیوم) یکی از نقاط ضعف چیلرهای جذبی نیز شناخته می شود زیرا وجود کوچک ترین نشتی در سیستم جذبی سبب کاهش راندمان و حتی از کار افتادن آن می شود.

عکس این فرآیند در دیگ های بخار اتفاق می افتد. یعنی در دیگ های بخار چون قصد داریم آب در دماهای بالاتر از 100 درجه سانتی گراد به جوش آید، فشار داخل دیگ را افزایش می دهیم و اینگونه نقطه جوش آب بالا می رود.

نحوه عملکرد و طرز کار چیلر جذبی

مطابق توضیحاتی که از سیکل چیلر جذبی توضیح دادیم، چیلرهای جذبی دستگاه هایی هستند که بر اساس جذب و دفع ماده مبرد (آب) توسط ماده جاذب (لیتیم برماید)، به ترتیب در بخش های جاذب (ابزوربر) و ژنراتور، توانایی ایجاد برودت (تولید آب سرد) در بخش اواپراتور را بر اثر تبخیر مبرد دارند، که البته برای کامل شدن سیکل تبرید نیاز به یک منبع دمایی نسبتا پایین (آب خنک کننده) در بخش کندانسور برای تقطیر مبرد دارند.

سیکل کامل و طرز کار چیلر جذبی
سیکل کامل و طرز کار چیلر جذبی

سیستم های تبرید جذبی بر اساس فرآیند شیمیایی در محیط خلاء موجب جذب گرما و تولید سرما می شود. در چیلرهای جذبی ماده مبرد آب است که تحت فشار بسیار پایین و در دمایی کم تبخیر شده و گرمای تبخیر را از سیال ثانویه (آب در گردش سیستم سرمایش) می گیرد و بخارهای حاصل از این فرآیند توسط ماده جاذبی، جذب می شود.

در چیلر جذبی مایع مبرد (آب) در شرایط استاندارد (فشار 1 اتمسفر) در 100 درجه سانتی گراد به جوش می آید و در فشار 0.1 اتمسفر در دمای 43 درجه سانتی گراد تبخیر می شود. با کاهش فشار به 0.01 اتمسفر آب در دمای 4.5 درجه سانتی گراد تبخیر می شود.

بنابراین تفاوت عمده و اصلی بین سیستم تبرید جذبی و سیستم تبرید تراکمی در چگونگی انتقال ماده مبرد از سمت فشار کم به سمت فشار زیاد سیکل تبرید است. در سیکل تبرید تراکمی برای این منظور از کمپرسور استفاده می شود در حالی که در سیکل تبرید جذبی، برای انتقال بخار کم دما و کم فشار از یک فرآیند شیمیایی استفاده می شود.

دومین تفاوت عمده بین سیکل تبرید جذبی و تراکمی، در نوع ماده مبرد می باشد. ماده سرمازا یا مبرد مورد استفاده در تبرید تراکمی هالوکربن ها در انواع مختلف می باشند اما ماده مبرد سیکل تبرید جذبی، آب است.

به دلیل جلوگیری از سردرگمی خوانندگان عزیز سعی می کنیم طرز کار و نحوه عملکرد سیستم چیلر جذبی را به ترتیب زیر بیان کنیم :

همانطور که ملاحظه می کنید معمولا اواپراتور و ابزروبر داخل یک پوسته و در قسمت پایین دستگاه قرار می گیرند و کندانسور و ژنراتور نیز درون پوسته ای دیگر و در قسمت فوقانی نصب می شوند. با توجه به شکل زیر مراحل عملکرد چیلر جذبی را شرح می دهیم.

دیاگرام و نحوه عملکرد چیلر جذبی
دیاگرام عملکرد چیلر جذبی

1- ابتدا ترکیبی از آب و لیتیوم بروماید (معمولا 60% لیتیوم بروماید و 40% آب) توسط پمپ سلوشن یا پمپ ژنراتور، از قسمت جاذب یا ابزروبر و پس از عبور از مبدل حرارتی به درون ژنراتور پمپ می شود. در نتیجه در داخل مخزن ژنراتور، سطح محلول آب و لیتیوم بروماید افزایش می یابد. که این مسیر مابین ابزروبر تا تانک ژنراتور به خط محلول رقیق (Weak solution line) نیز معروف است، چراکه ترکیبی از آب و لیتیم برماید در آن جریان دارد  و غلظت ماده لیتیوم بروماید کم است.

2- در مرحله بعد، باید انرژی گرمایی را به مخزن ژنراتور که دارای محلول یا ترکیب ماده مبرد (آب) و جاذب (لیتیوم بروماید) است منتقل کنیم. منبع این گرما می تواند به صورت یک شعله مستقیم گازی مانند مشعل، از طریق آب گرم موتورخانه و یا حتی از یک منبع اتلاف انرژی گرمایی باشد. یک شیر کنترلی به نام Steam/hot water valve می تواند میزان آب داغ یا بخار ورودی به داخل ژنراتور را بر اساس دمای آب خروجی از اواپراتور کنترل کند.

3- زمانی که انرژی گرمایی را به مخزن ژنراتور منتقل کردیم، سبب می شود که آب از ترکیب محلول آب و لیتیوم بروماید از طریق فرآیند تبخیر جدا شود. این امر سبب غلیظ شدن لیتیوم بروماید می شود و آب محلول به صورت بخار آب از آن جدا می شود. لازم است توجه داشته باشیم که این انتقال گرما به وسیله بخار یا آب گرم توسط یک کویل انجام می شود و به هیچ عنوان با محلول موجود در ژنراتور ترکیب نمی شود و فقط قصد انتقال گرما به ترکیب محلول در ژنراتور را داریم.

4- زمانی که آب موجود در مرحله قبل بخار می شود، لازم است به وسیله یک کندانسور یا همان چگالنده، بخار آب را مجدد به حالت مایع برگردانیم و دلیل این امر این است که اگر این اتفاق صورت نگیرد مصرف آب به شدت بالا می رود و هدف ما از تبخیر آب محلول موجود در ژنراتور صرفا غلیظ نمودن لیتیوم بروماید و جدا کردن آب از محلول به منظور عملکرد صحیح سیکل تبرید جذبی است. اینگونه لیتیوم بروماید با غلظت بالا در کف ژنراتور انباشته می شود و بخار آب نیز به سمت کندانسور هدایت می شود.

به منظور ایجاد فرآیند چگالش در سیکل جذبی، معمولا از یک کولینگ تاور یا برج خنک کننده استفاده می شود. یعنی کندانسور داخل پوسته فوقانی چیلرهای جذبی را به یک برج خنک کننده متصل می کنند که فرآیند چگالش انجام شود. توجه شود که آب ارسالی به داخل کندانسور (کویل) آب بند هست و به هیچ عنوان با محلول موجود در ژنراتور ترکیب نمی شود. زمانی که بخار آب توسط کندانسور به مایع تبدیل می شود در قسمت مخزن یا کف کندانسور انباشته می شود. جالب است بدانید که در داخل جاذب یا ابروربر نیز یک کویل وجود دارد که جریان آب خروجی از برج خنک کننده از آنجا نیز عبور می کند که در مراحل بعدی علت را توضیح می دهیم.

5- سپس لیتیوم بروماید غلیظ شده در کف ژنراتور به سمت مخزن جاذب یا ابزوربر هدایت می شود. توجه کنید که در مرحله قبل به محلول گرما داده بودیم و در این مرحله لیتیوم بروماید گرم نیز هست و به همین دلیل در مسیر برگشت به سمت ابزوربر از مبدل حرارتی عبور می کند تا کاهش دما نیز داشته باشد.

در نتیجه مبدل حرارتی به جریان محلول رقیق از سمت جاذب به سمت ژنراتور گرما وارد می کند، و از جریان لیتیوم بروماید غلیظ شده در مسیر برگشت از ژنراتور به سمت جاذب، گرما می گیرد و چون این فرآیند های گرما دهی و گرماگیری در مسیر کارکرد ژنراتور و اواپراتور است، باعث افزایش راندمان چیلر جذبی می شود

6- محلول غلیظ شده لیتیوم بروماید از طریق نازل هایی به درون جاذب پاشیده می شود و با آب مجدد ترکیب می شود و سیکل فوق دائم تکرار می شود.

7- در مرحله چهارم توضیح دادیم که یک کویل در داخل جاذب یا ابزروبر وجود دارد که آب خروجی از کولینگ تاور از آنجا عبور می کند و سپس به سمت کندانسور در پوسته بالایی می رود. علت وجود یک کویل خنک کننده در ابزروبر این است که در محفظه جاذب به علت وجود لیتیوم بروماید غلیظ، ذرات آب تبخیر شده در اواپراتور با شدت بالایی جذب می شوند و خود فرآیند جذب ذرات آب توسط لیتیوم بروماید غلیظ با حرارت همراه است و این گرمای ناشی از جذب شیمیایی را توسط کویل موجود در ابزوربر می توان حذف کرد. این کار باعث افزایش راندمان چیلر جذبی می شود چراکه هر چقدر ماده لیتیوم بروماید غلیظ تر و سرد تر باشد قدرت جذب بالاتری دارد. البته این کاهش دما باید تا حدی باشد که مشکل تبلور یا کریستالیزاسیون رخ ندهد. در ادمه مشکل کریستالیزاسیون در چیلرهای جذبی را نیز توضیح داده ایم.

8- آب جمع شده در سینی کندانسور در قسمت فوقانی به وسیله یک لوله به قسمت اواپراتور منتقل می شود و توسط نازل هایی در قسمت اواپراتور تخلیه می شود. به دلیل اینکه در اواپراترو فشار حدود 0.01bar است، این اختلاف فشار ناگهانی باعث می شود  این آب ورودی در دمای پایین حدود 4/5 درجه سانتی گراد تبخیر شود و گرمای اطراف را به خود جذب می کند. در این هنگام اگر آب مورد استفاده در تهویه مطبوع ساختمان مانند آب خروجی از هواساز یا فن کویل ها را بتوانیم به وسیله یک کویل از داخل اواپراتور عبور دهیم، می توانیم آب سرد خروجی ساختمان در حدود دمای 6 الی 7 درجه سانتی گراد را تامین کنیم. در واقع آب خروجی از هواساز یا فن کوئل ها که دارای دمای حدود 12 درجه ساتی گراد است، گرمای موجود در ساختمان را جذب و با خود حمل می کند که ما موفق می شویم این گرما را در داخل اواپراتور چیلرهای جذبی دفع کنیم و مجدد آب سرد را به سمت مصرف کننده ها یا همان فن کویل ها هدایت کنیم و این سیکل تا زمانی که فرآیند سرمایش نیاز است تکرار می شود. توجه داشته باشید که به تحت هیچ شرایطی این دو جریان آب با هم ترکیب نمی شوند و فقط بحث انتقال حرارت مابین این دو جریان آب است. شیر بخار یا آب داغ بر اساس دمای آب خروجی از اواپراترو می تواند میزان گرمای ورودی به ژنراتور را کنترل کند، با کاهش دمای آب، میزان گرمای ورودی به ژنراتور را کم می کند و با افزایش دما، بالعکس، گرمای بیشتری را به سمت ژنراتور هدایت می کند.

10- ممکن است تمام آب هایی که از کندانسور به سمت اواپراتور هدایت می شوند نتوانند 100% تبخیر شوند، لذا یک سینی در زیر اواپراتور وجود دارد که محل جمع آوری این آب هاست. این آب را می توان به وسیله یک پمپ که به نام پمپ مبرد معروف است، مجدد سیرکوله کرد و آن را بر روی سطح اواپراتور پاشید. این سیکل دائم تکرار می شود و باعث می شود همیشه در محفظه اواپراتور بخار آب و ذرات آب معلق وجود داشته باشد.

همانطور که گفتیم، محفظه اواپراتور و محفظه جاذب یا ابزروبر در داخل یک پوسته ساخته می شوند، به همین علت مایع غلیظ لیتیوم بروماید که در حال پاشش در محفظه ابزوربر هست (رجوع کنید به مرحله 4) این ذرات و بخار آب موجود در محفظه اواپراتور را با شدت بالایی شبیه به نیروی مغناطیس جذب خود می کند. این نیروی کشش ذرات آب توسط مایع غلیظ لیتیوم بروماید آنقدر زیاد ست که سبب ایجاد وکیوم در داخل محفظه اواپراتور می شود. هر چقدر غلظت لیتیوم بروماید بیشتر باشد این نیروی جذب بیشتر است و مقدار وکیوم نیز بیشتر می شود.

این کشش همچنین باعث جذب ذرات آب و حل شدن آن در لیتیوم بروماید می شود که خود این فرآیند کمی با تولید گرما همراه است که به همین دلیل در مرحله 4 اشاره کردیم که یک کویل در داخل ابزروبر نصب می شود که به وسیله کولینگ تاور دمای ذرات آب و لیتیوم بروماید را کاهش دهد تا در اثر گرمای ناشی از ترکیب دو ماده به بخار تبدیل نشوند تا بتوان دوباره در حالت مایع از آن ها در سیکل جذبی استفاده نمود. هم اکنون در این مرحله مجددا در ابتدای مرحله 1 قرار می گیریم و سیکل جذبی تمام مراحل فوق را تکرار می کند.

انواع چیلر جذبی یا ابزوربشن

چیلرهای جذبی بر اساس سه عامل دسته بندی می شوند :

  1. بر اساس مکانیزم طراحی
  2. بر اساس منبع حرارتی
  3. بر اساس ماده جاذب و مبرد
 انواع چیلر جذبی یا ابزروبشن
دسته بندی انواع چیلر جذبی یا ابزروبشن

چیلر جذبی طبق نوع و مکانیزم طراحی به دو دسته تقسیم می شود :

  • چیلر جذبی تک اثره(single Effect)
  • چیلر جذبی دو اثره (Double Effect)

از طرفی این نوع چیلرها بر مبنای منبع تامین حرارت به شش دسته تقسیم می شوند :

  • آب گرم (Warm Water)
  • آب داغ (Hot Water)
  • بخار (Steam)
  • چیلر جذبی شعله مستقیم (Direct Fired)
  • خورشیدی (Solar)
  • هوای گرم (Warm air)

چیلرهای جذبی بر اساس نوع ماده مبرد و جاذب نیز به سه دسته تقسیم می شوند :

  • مبرد آب و جاذب لیتیوم بروماید
  • مبرد آب و جاذب سیلیکاژل
  • مبرد آمونیاک و جاذب آب

یکی دیگر از روش های دسته بندی چیلرهای جذبی بر اساس نوع جریان مواد جاذب و مبرد نسبت به هم در مدار چیلر است که آن ها را به سه دسته سری، موازی و معکوس تقسیم می کند.

چیلر جذبی تک اثره (Single Effect absorption chiller)

چیلرهای جذبی تک اثره فقط دارای یک محفظه ژنراتور هستند. چیلر جذبی تک اثره نیز از همان چهار بخش اصلی زیر تشکیل شده است :

  • اواپراتور (تبخیر کننده)
  • ابزوربر (محفظه جاذب)
  • ژنراتور (مولد یا تغلیظ کننده)
  • کندانسور یا تقطیر کننده (واحد چگالش)
جیلر جذبی تک اثره
دیاگرام اجزای چیلر جذبی تک اثره

در چیلر جذبی تک اثره، مایه مبرد (آب) در بخش اواپراتور که محفظه کم فشار(حدود 0.4 تا 0.01 اتمفسر) است، با جذب حرارت از لوله های آب سیستم که تامین کننده آب سرد تجهیزات تبادل حرارتی(فن کویل و هواساز) هستند، تبخیر شده و سپس توسط ماده جاذب(لیتیوم بروماید) که در محفظه جاذب قرار دارد، جذب و وارد این بخش می شود.

مطابق عملکرد چیلرهای جذبی که در بخش قبل توضیح دادیم، آب سرد شده (Chilled water) در اواپراتور چیلر جذبی تک اثره که گرمای موجود در ساختمان را از طریق هواساز و یا فن کویل ها به با خود حمل می کند، در قسمت اوپراتور (تبخیر کننده) دفع می کند و مجدد آب با دمای حدود 6 یا 7 درجه سانتی گراد را به داخل مجموعه و به سمت فن کویل ها یا هواساز بر می گرداند.

چیلر جذبی دو اثره (Double Effect absorption chiller)

چیلر جذبی دو اثره یا دو حالته از نظر فرآیند و چرخه سرمایش مشابه همان چیلر تک اثره است با این تفاوت که فرآیند تغلیظ تمودن ماده جاذب یه همان لیتیوم بروماید در دو مرحله صورت می گیرد. مرحله اول غلیظ نمودن در ژنراتور دما بالا و مرحله دوم در ژنراتور دما پایین انجام می شود.

چیلر جذبی دو اثره
دیاگرام و اجزای چیلر جذبی دو اثره

ژنراتور دما بالا تحت تاثیر تحت تاثیر گرمای بخار (یا آب داغ و گرم) ارسالی از قسمت دیگ اصلی عملیات تغلیظ را انجام می دهد و ژنراتور دما پایین با استفاده از بخار مبرد حاصل از عملیات ژنراتور اول بخش دیگری از فرآیند تغلیظ را بر عهده دارد.

این فرآیند تغلیظ در دو مرحله سبب افزایش راندمان چیلرهای جذبی دو اثره می شود.

در چیلرهای جذبی دو اثره به دلیل آنکه بخشی از بخار آب موجود در ژنراتور دما پایین، مجدداً بخشی از گرمای خود را به محلول نیمه رقیق جهت تغلیظ بیشتر ماده جاذب منتقل می کند، به دمای کمتری برای تقطیر در کندانسور نیاز دارد. به همین دلیل ظرفیت کولینگ تاور یا برج خنک کننده در چیلرهای جذبی دو اثره کم تر از چیلرهای تک اثره است

چیلر جذبی شعله مستقیم (Direct fired absorption chiller)

چیلرهای جذبی شعله مستقیم یا دایرکت فایر (Direct fire) نوعی چیلر دو اثره محسوب می شوند که مشخصه اصلی آن ها استفاده از یک منبع گرمایی شعله مستقیم است و به همین دلیل اینگونه نام گذاری شده اند.

چیلرهای جذبی شعله مستقیم تمامی مزایای چیلرهای دو اثره را دارند و همچنین به طور مستقل دارای بویلر هستند که این امر سبب حذف و کاهش هزینه های مربوط به بویلر بخار و متعلقات مربوط به آن می شود

چیلر جذبی شعله مستقیم
چیلر جذبی شعله مستقیم

با توجه به اینکه این نوع چیلر به صورت پکیج می باشد (چیلر و بویلر)، از نظر اشغال فضای نصب بسیار مناسب تر از چیلرهای جذبی تک اثره و دو اثره هستند و فضای کمتری از ساختمان را به خود اختصاص می دهد.

با توجه به نیاز پروژه و درخواست مشتریان می توان مشعل چیلر جذبی شعله مستقیم را با گاز، مازوت و یا گازوئیل راه اندازی کرد و حتی می توان مشعل دو گانه سوز برای آن در نظر گرفت. البته نکته مهم این است که بررسی کنیم که کدام نوع سوخت فسیلی بیشتر در محل نصب موجود است و ارزان تر است.

چیلرهای شعله مستقیم دو فصلی (سرمایشی گرمایشی) هستند چراکه به لطف وجود مشعل مستقیم می تواند به طور مستقل انرژی گرمایی لازم جهت راه اندازی سیکل جذبی در چیلر را تامین کند و در فصول سرد سال نیز که به سرمایش نیاز نیست، تنها می توان از مشعل چیلر جهت گرمایش استفاده نمود

چیلر جذبی شعله مستقیم در حالت سرمایش
چیلر جذبی شعله مستقیم در حالت سرمایش
چیلر جذبی شعله مستقیم در حالت گرمایش
چیلر جذبی شعله مستقیم در حالت گرمایش

پدیده کریستالیزاسیون و عیوب چیلرهای جذبی

چیلر جذبی نیز همانند سیستم های دیگر نقاط ضعف و عیوبی دارد از جمله :

  • فشار خیلی پایین
  • خوردگی
  • کریستالیزاسیون

به دلیل اینکه چیلرهای جذبی تحت فشار منفی (خلاء یا وکیوم) کار می کنند، عملکرد آن ها با کوچکترین نشتی از سمت محیط دچار اختلال می شود. در چنین شرایطی نگهداری از سیستم های جذبی بسیار مهم و حیاتی می شود.

از طرفی همانطور که گفتیم، لیتیوم بروماید نمک مایع است و اگر هوا به داخل سیستم نفوذ پیدا کند و با آن ترکیب شود، به دلیل تشکیل مواد اسیدی باعث خوردگی قطعات به ویژه قطعات فولادی می شود و به چیلر آسیب می رساند.

کریستالیزاسیون یا همان فرآیند جامد شدن لیتیم برماید در اثر کاهش دما در ابزروبر یا محفظه جاذب رخ می دهد که باعث از کار افتادن چیلرهای جذبی می شود. همانطور که قبلا اشاره کردیم،هر چقدر ماده جاذب سرد تر و غلیظ تر باشد راندمان چیلر افزایش پیدا می کند. آب برج خنک کننده در چیلرهای جذبی ابتدا وارد ابزروبر می شود و محلول نیمه رقیق را خنک می کند و سپس بعد از آن وارد قسمت کندانسور می شود. به همین دلیل کاهش دمای محلول در ابزروبر باید به طور دقیق تحت کنترل باشد تا چنین مشکلی رخ ندهد.

سیستم پرچ (Purge system) یا تخلیه در چیلرهای جذبی

گفتیم که عملکرد صحیح چیلرهای جذبی به شدت وابسته به این است که خلاء سیستم در اثر نشتی افت پیدا نکند. یکی از عوامل کاهش وکیوم در سیستم جذبی، انباشته شدن مواد غیر قابل تقطیر در داخل چیلر هست. از آنجا که چیلرهای جذبی با استفاده از واکنش های شیمیایی ماده جاذب و مبرد و تحت خلاء کار می کنند، ممکن است در اثر این فرآیندهای شیمیایی موادی در درون مدار چیلر انباشته شوند که نتوان به راحتی آن ها را کندانس کنیم. لذا به منظور خروج و تخلیه چنین موادی از داخل مدار چیلر، از سیستم پرچ یا همان Purge system استفاده می کنیم که در شکل زیر مشاهده می کنید. مادامی که سیستم جذبی روشن و در حال کار کردن هست باید سیستم پرچ نیز فعال باشد تا راندمان آن افت نکند.

سیستم پرچ یا تخلیه در چیلر جذبی
سیستم پرچ در چیلر جذبی

از سیستم پرچ جهت تشخیص وجود نشتی در چیلر جذبی نیز استفاده می شود.

عملکرد سیستم پرج در شکل زیر نشان داده شده است.

مدار و عملکرد سیستم پرچ در چیلر جذبی
مدار و عملکرد سیستم پرچ در چیلر جذبی

چیلر جذبی سیلیکاژلی (Adsorption chiller)

نوعی از چیلرهای جذبی وجو دارند که در آن به جای مایع جاذب مانند لیتیوم بروماید، از مواد جاذب جامد نظیر سیلیکاژل (Silica gel)، کربن فعال (Activated carbon) و یا زئولیت (Zeolite) استفاده می کنند. به این نوع چیلرها، چیلر های ادزوربشن نیز گفته می شود. دقت کنید که دو کلمه ابزروبشن (Absorption) و ادزوربشن (Adsorption)در حرف دوم با یکدیگر متفاوت هستند و نباید یکی در نظر گرفته شوند. در میان جاذب های جامد، سیلیکاژل کاربرد بیشتری در ساخت چیلرهای جذبی ادزوربشن دارد. همچنین از آب، آمونیاک و یا متانول نیز به عنوان ماده مبرد در این نوع چیلرها استفاده می شود که البته آب بیشتر کاربرد دارد.

در چیلرهای جذبی سیلیکاژل، آب به عنوان ماده مبرد پس از تبخیر در اواپراتور، جذب سلیکاژل جامد می شود. این چیلرها همانند چیلرهای جذبی لیتیوم بروماید دارای دو محفظه اواپراتور و کندانسور هستند اما بجای محفظه های ژنراتور از دو محفظه سیلیکاژل (جاذب جامد) استفاده شده است که یکی متصل به آب گرم خروجی از دیگ بخار است (محفظه جاذب 1) و دیگری متصل به آب خنک کاری برج خنک کننده یا کولینگ تاور (محفظه جاذب 2) است.

اجزا و عملکرد چیلر جذبی سیلیکاژلی یا ادزوربشن
اجزا و عملکرد چیلر جذبی سیلیکاژلی یا ادزوبشن

تمامی 4 محفظه چیلرهای جذبی سیلیکاژلی تحت شرایط خلاء کامل کار می کنند

در کدام ساختمان های مهم ایران از چیلرهای جذبی استفاده شده است؟

برخی از ساختمان های مهم در داخل ایران که مجهز به سیستم چیلرهای جذبی هستند عبارتند از :

  • برج و بیمارستان میلاد تهران (3 عدد چیلر جذبی دو اثره آبارا هر یک به ظرفیت 1200 تن تبرید)
  • باغ موزه دفاع مقدس (سه دستگاه چیلر جذبی شعله مستقیم شرکت ال جی هر کدام با ظرفیت 800 تن تبرید)
  • مجتمع تجاری اداری پالادیوم (4 عدد چیلر جذبی شعله مستقیم هر کدام به ظرفیت 700 تن تبرید)
  • کتابخانه ملی (2 عدد چیلر جذبی)
  • ورزشگاه آزادی (2عدد چیلر جذبی با ظرفیت 1200 تن تبرید)
  • برج مسکونی تهران (4 دستگاه چیلر جذبی دو اثره بخار هر یک به ظرفیت 850 تن تبرید)

برج میلاد

بر اساس بررسی و مشاهده کارشناسان تاسیسات مکانیکی، موتورخانه مرکزی برج میلاد دارای سه دستگاه چیلر جذبی دو اثره بخار شرکت آبارا به ظرفیت 1200 تن تبرید و همچنین سه دستگاه دیگ بخار ماشین سازی اراک به ظرفیت 8/5 تن است. ارتفاع سقف موتورخانه نیز حدود 15 متر گزارش شده است. لازم به ذکر است که طراحی تاسیسات برج میلاد تهران توسط مهندس حشمت الله منصف انجام شده است که از ایشان به عنوان پدر صنعت تاسیسات ایران نیز یاد می شود.

چیلر جذبی دو اثره در موتورخانه مرکزی برج میلاد
چیلر جذبی دو اثره در موتورخانه مرکزی برج میلاد

به دلیل ارتفاع زیاد برج، اختلاف دما در تابستان بین راس برج و پایین برج حدود 3 درجه سانتی گراد است و توجه ویژه ای به تهویه راس برج شده است. در قمت راس برج از چیلرهای تراکمی اسکرو نیز استفاده شده است.

باغ موزه دفاع مقدس

بر اساس گزارش های مهندسین تاسیسات، باغ موزه دفاع مقدس مجهز به سه دستگاه چیلر جذبی شعله مستقیم شرکت ال جی است که هر کدام 800 تن تبرید ظرفیت دارند. همچنین این مجموعه دارای 67 دستگاه هواساز و سه دستگاه دیگ آبگرم هر یک به ظرفیت 3 میلیون کیلو کالری می باشد.

چیلرهای جذبی شعله مستقیم ال جی
چیلرهای جذبی شعله مستقیم ال جی در باغ موزه دافع مقدس

فیلم طرز کار چیلر جذبی به صورت انیمیشن

به منظور درک بهتر از عملکرد چیلرهای جذبی، یک فیلم به صورت انیمیشن ترکیب نیروگاه CHP (تولید همزمان برق و حرارت) را نشان می دهد که گرمای اتلافی از اگزوز را برای راه اندازی چیلر جذبی سرمایشی گرمایشی مورد استفاده قرار داده است. این گرما می تواند از یک نیروگاه توربین گازی نیز باشد.

فیلم طرز کار چیلر جذبی به صورت انیمیشن

نتیجه گیری :

چیلرهای جذبی یا ابزروبشن طبق سیکل تبرید جذبی و با استفاده از گرما یا حرارت کار می کنند. این نوع چیلرها تحت فشار منفی یا همان خلاء و مواد جاذب و مبرد عملیات سرمایش را انجام می دهند. چیلرهای جذبی برای سرمایش مکان ها و پروژه هایی مناسب هستند که انرژی گرمایی اتلافی بالایی داریم و یا ظرفیت موتورخانه سیستم گرمایشی به حدی می رسد که بتوان از آن در این نوع چیلرها استفاده کرد. سیستم های جذبی دارای نقاط قوت و ضعفی هستند که مهندس پروژه باید با بررسی کامل شرایط فنی و مالی، اقدام به انتخاب آن ها کند. اصولا از چیلرهای جذبی در پروژه های بزرگ که ظرفیت برودتی معمولات بالای 500 تن تبرید هست استفاده می شود.

فروش انواع چیلرهای جذبی تک اثره، دو اثره، و شعله مستقیم

انتخاب میان چیلرهای جذبی و تراکمی همواره از چالش ها و سوال های اساسی کارفرمایان عزیز در پروژه ها محسوب می شود. در واقع این مقایسه بیشتر در ظرفیت های بالای 500 تن تبرید بیشتر محسوس است. شرکت تهویه نگار سعی دارد بهترین سیستم برودتی یا تهویه مطبوع را مطابق با شرایط اقلیمی پروژه و همچنین بودجه کارفرمایان معرفی کند. به منظور مشاوره رایگان در انتخاب چیلرها با مشاوران ما تماس بگیرید

کارشناس فروش (عمادی) 09904494274

0 پاسخ

پاسخ دهید

میخواهید به بحث بپیوندید؟
مشارکت رایگان.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *