چیلر جذبی چیست؟ تک اثره، دو اثره، شعله مستقیم

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 دربارۀ انواع چیلر و طرز کار آن ها بحث کرده ایم 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.

میشل فارادای در سال 1824 در حین یک آزمایش به طور اتفاقی با سرمایش جذبی آشنا شد. دستگاه تبریدی که در سال 1927 توسط چندین دانشمند بزرگ از جمله آلبرت انیشتین تحت مطالعه و تکامل 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 از طریق بخار داغ، احتراق گاز طبیعی و حتی گرمای اتلافیِ یک فرایند تأمین شود. چیلرهای جذبی دارای نقاط قوت و ضعفی هستند که در ادامه به آن ها می پردازیم.

پیشنهاد مطالعه:

شناخت انواع چیلر تراکمی و طرز کار آن ها

بررسی فنیِ عملکرد چیلر تراکمی هوا خنک (هوایی)

بررسی طرز کار چیلر تراکمی آب خنک (آبی)

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 ژنراتور، طی یک فرآیند شیمیایی در چیلرهای جذبی نقش کمپرسور را ایفا می کنند و سبب به حرکت درآمدن مبرد (آمونیاک یا آب) در سیکل تبرید جذبی می شوند.

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.

اما 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 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 سیکل جذبی در شکل زیر نشان داده شده اند.

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

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

مبدل حرارتی جهت افزایش راندمان چیلر جذبی اضافه شده و معمولاً در کنار اوپراتور و ابزوربر و در قسمت پایین دستگاه نصب می شود.

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 (مادۀ مبرد) و لیتیوم بروماید (مادۀ جاذب) است. در داخل جاذب یک مبدل حرارتی قرار می گیرد و انرژی گرمایی لازم جهت تبخیر آبِ موجود در 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 شود. همانطور که اشاره کردیم کندانسور در یک پوسته مشترک با ژنراتور قرار می گیرد و در قسمت فوقانی چیلرهای جذبی نصب می شوند.

کندانسور نیز یک نوع مبدل حرارتی است که در چیلرهای جذبی فرآیند چگالش را به کمک آب سردِ کولینگ تاور یا برج خنک کننده انجام می دهد و با آن در ارتباط است. کولینگ تاور با قسمت جاذب نیز در ارتباط است که در ادامه نحوه کارکرد ان را توضیح خواهیم داد.

اواپراتور (تبخیر کننده)

به طور کلی در ساختار سیستم چیلرهای جذبی، اواپراتور و ابزوربر در داخل یک پوسته و در قسمت زیرین آن قرار می گیرند و دارای فشار کاری یکسانی هستند (حدود 0.01bar). این فشار منفی یا همان خلاء محفظه جاذب و اواپراتور، تقریبا خلا کامل است و یکی از نکات مهم چیلرهای جذبی در تولید آب سرد محسوب می شود.

اواپراتور در واقع نوعی 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 بر عهده 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 های مبدل اسپری می شود. با توجه به اهمیت بالای تبادل حرارت در اواپراتور یا تبخیر کننده، از لوله های مسی با فین کوتاه در این قسمت از چیلر جذبی استفاده می شود.

محفظه جاذب یا ابزوربر

همانطور که گفتیم جاذب یا ابزوربر در پوسته مشترک با اواپراتور قرار می گیرد. ابزوربر در واقع نوعی مخزن است که بر اساس ظرفیت چیلر جذبی محتوی مقدار مشخصی ماده لیتیوم بروماید می باشد.

شکل زیر به منظور آشنایی بهتر با 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) و در دمای حدود 4 درجه سانتی گراد تبخیر می شود، توسط لیتیوم بروماید (نمک مایع) جذب می گردد. نام چیلرهای جذبی نیز اساساً از همین فرآیند جذب بخار آب توسط ماده جاذب (لیتیوم بروماید) گرفته شده است.

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 بخار است و فقط بجای استفاده از کمپرسور، از تجهیزاتی به نام پمپ، ابزروبر یا جاذب و ژنراتور استفاده شده است. سیکل تبرید جذبی از نظر چگالش گاز 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.

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

• کمپرسور یا واحد تراکم
• کندانسور یا واحد چگالش
• شیر انبساط (اکسپنشن ولو)
• اواپراتور یا واحد تبخیر

در اکثر چیلرهای جذبی، آب یا همان مبرد مایع پس از عبور از گلوگاه یا دریچه انبساط (Expansion Device)، وارد اواپراتور می شود. همانند چیلرهای تراکمی، این دریچه قسمت فشار بالای مدار (کندانسور) را از قسمت فشار پایین مدار چیلر (اواپراتور) مجزا می کند.

مطابق تصویر فوق، مشاهده می کنید که فقط کمپرسور حذف شده است. به همین دلیل است که مصرف برق نیز عملاً در چیلرهای جذبی کاهش یافته است و البته می بایست توجه داشت که ممکن است در چیلرهای جذبی مصرف گاز زیادی داشته باشیم؛ چراکه در بسیاری از چیلرهای جذبی به ویژه در ایران از مشعل های گازسوز جهت تأمین 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 لیتیوم بروماید جایگزین آن در سیستم های جذبی شد.

انتخاب لیتیوم بروماید 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 بروماید همان 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 توضیح دربارۀ محلول آب و آمونیاک صرف نظر می کنیم و زمانی که از ماده مبرد نام می بریم منظور آب است و منظور از ماده جاذب نیز همان لیتیوم بروماید می باشد.

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:

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 تبخیر آب با دمای پایین که مناسب برای فرایند سرمایش است دست یابیم.

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 گردد، باعث می شود آب که همان نقش مبرد را در سیکل 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 داشتیم، چیلرهای جذبی دستگاه هایی هستند که بر اساس جذب و دفع ماده مبرد (آب) توسط ماده جاذب (لیتیوم بروماید)، به ترتیب در بخش های جاذب (ابزوربر) و ژنراتور، توانایی ایجاد برودت (تولید آب سرد) در بخش اواپراتور را بر اثر تبخیر مادۀ 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 خواهند داشت.

سیستم های تبرید جذبی بر اساس فرآیند شیمیایی در محیط خلاء موجب جذب گرما و تولید سرما می شوند. در چیلرهای جذبی مادۀ 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 مادۀ جاذب (لیتیوم بروماید)، 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 (فشار ژنراتور و کندانسور) 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 سیکل تبرید جذبی و سیکل تبرید تراکمی بخار 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 سیکل 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 معمولاً اواپراتور و ابزوربر 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.

1- ابتدا ترکیبی از آب و لیتیوم بروماید (معمولاً 60% لیتیوم بروماید و 40% آب) توسط پمپ سلوشن (محلول) یا پمپ ژنراتور، از قسمت جاذب یا ابزوربر مکیده شده و پس از عبور از مبدل حرارتی به درون ژنراتور پمپ می شود. در نتیجه داخل مخزن ژنراتور، سطح محلول آب و لیتیوم بروماید افزایش می یابد که این مسیر مابین ابزوربر تا تانک ژنراتور به خط محلول رقیق (Weak solution line) نیز معروف است؛ چراکه ترکیبی از آب و لیتیوم بروماید در آن جریان دارد  و غلظت ماده لیتیوم بروماید کم است. البته در برخی منابع معتبر دیگر نظیر شرکت TRANE، این خط را با نام محلول نیمه غلیظ معرفی کرده اند و دلیل آن هم ترکیب ماده جاذب غلیظ ارسالی از سمت ژنراتور با ماده جاذب رقیق در کف محفظه جاذب است.

2- در مرحله بعد، باید انرژی گرمایی را به مخزن ژنراتور که دارای محلول یا ترکیب ماده مبرد (آب) و جاذب (لیتیوم بروماید) می باشد منتقل کنیم. منبع این گرما می تواند از طریق یک شعله مستقیم گازی مانند مشعل یا به کمک آب گرم موتورخانه و یا حتی از انرژی گرمایی تلف شده ای تأمین شود. 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 بواسطۀ فرآیند تبخیر جدا شود. این امر سبب غلیظ شدن لیتیوم بروماید شده و آب موجود در محلول به صورت بخار آب از آن جدا می گردد. 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. در واقع نیت تنها انتقال گرما به ترکیب موجود در محلول ژنراتور می باشد.

4- زمانی که آب موجود در مرحله قبل بخار می شود، لازم است به وسیله یک کندانسور یا همان چگالنده، مجدداً به حالت مایع تبدیل شود؛ چراکه اگر این اتفاق صورت نگیرد مصرف آب به شدت بالا می رود و هدف ما از تبخیر آبِ 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 شده و بخار آب نیز به سمت کندانسور هدایت می شود.

به منظور ایجاد فرآیند چگالش در سیکل جذبی، معمولاً 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 تافرآیند چگالش انجام گیرد. 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 ابزوربر نیز کویلی 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- 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 نیز گرم بوده 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. 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 و مجدداً با آب ترکیب می شود و این چنین سیکل فوق دائم تکرار می گردد.

7- در مرحله چهارم توضیح دادیم که کویلی در داخل جاذب یا ابزوربر وجود دارد که آب خروجی از کولینگ تاور از آنجا نیز عبور می کند و سپس به سمت کندانسور در پوسته بالایی می رود. علت وجود این کویل خنک کننده در ابزوربر 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 از بین برد. این کار باعث افزایش راندمان چیلر جذبی می شود؛ چراکه هر چقدر ماده لیتیوم بروماید غلیظ تر و سردتر باشد قدرت جذب بالاتری خواهد داشت. 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 و در قسمت فوقانی به وسیله لوله ای به اواپراتور منتقل شده و توسط نازل هایی در اواپراتور تخلیه می گردد. به دلیل اینکه در اواپراتور فشار حدود 0.01bar است، این اختلاف فشار ناگهانی باعث می شود آب ورودی در دمای پایین حدود 4.5 درجه سانتی گراد تبخیر شده 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 مورد نیاز را با دمای حدود 6 الی 7 درجه سانتی گراد تامین کنیم. در واقع آب خروجی از هواساز یا فن کوئل ها که دمایی حدود 12 درجه ساتنی گراد دارد، 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 تحت هیچ شرایطی این دو جریان آب با هم ترکیب نمی شوند و تنها فرایند انتقال حرارت است که مابین این دو جریان اتفاق می افتد. شیر بخار یا آب داغ می تواند بر اساس دمای آب خروجی از اواپراتور میزان گرمای ورودی به ژنراتور را کنترل کند. بطوری که با کاهش دمای آب، میزان گرمای ورودی به ژنراتور را کم کرده 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 پمپی که به نام پمپ مبرد معروف است، مجددا سیرکوله کرده و آن را بر روی سطح اواپراتور پاشید. این سیکل دائم تکرار شده 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 ابزوربر 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 شده و مقدار وکیوم نیز بیشتر خواهد بود.

این کشش همچنین باعث جذب ذرات آب و حل شدن آن در لیتیوم بروماید نیز می شود که خود این فرآیند کمی با تولید گرما همراه خواهد بود؛ به همین دلیل در مرحله 4 اشاره کردیم که یک کویل خنک کننده در داخل ابزوربر نصب می شود که می تواند به وسیله آب سرد کولینگ تاور دمای ذرات آب و لیتیوم بروماید را کاهش دهد تا اینگونه در اثر گرمای ناشی از ترکیب، دو ماده به بخار تبدیل نشوند و بتوان دوباره در حالت مایع از آن ها در سیکل جذبی استفاده نمود. 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

چیلر جذبی بر مبنای 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)
• 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)

در شکل زیر مدار عملکرد یک چیلر جذبی تک اثره نشلان داده شده است.

در چیلر جذبی تک اثره، مایع مبرد (آب) در بخش اواپراتور که محفظه کم فشار سیکل جذبی است، با گرفتن گرمای جریان آب برگشتی از تجهیزات تبادل حرارتی (فن کویل و هواساز) ، تبخیر شده و سپس توسط ماده جاذب (لیتیوم بروماید) که در محفظه جاذب قرار دارد، جذب و وارد این بخش (محفظه ژنراتور) 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 جذب کرده و با خود حمل می کند، در قسمت اوپراتور (تبخیر کننده) به مبرد انتقال داده و مجدد با دمای حدود 6 یا 7 درجه سانتی گراد به سمت فن کویل ها یا هواساز بر می گردد.

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 غلیظ نمودن محلولِ جاذب و مبرد در دو مرحله صورت می گیرد. مرحله اولِ تغلیظ کردن در ژنراتور دما بالا و مرحله دوم در ژنراتور دما پایین انجام می شود.

در شکل زیر مدار عملکرد یک چیلر جذبی دو اثره نشان داده شده است

ژنراتور دما بالا تحت تاثیر گرمای بخار (یا آب داغ و آب 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 انتقال حرارت کمتری برای تقطیر در کندانسور نیاز دارد. در نتیجه 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 در بر دارند. بعلاوه به طور مستقل نیز دارای بویلر هستند که این امر سبب حذف و کاهش هزینه های مربوط به بویلر بخار و متعلقات مربوط به آن می شود.

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

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 دسترسی به کدام نوع سوخت فسیلی بیشتر بوده و کدامیک ارزانتر است.

چیلرهای جذبی شعله مستقیم، دو فصلی (سرمایشی – گرمایشی) هستند؛ چراکه به لطف وجود مشعل مستقیم می توانند به طور مستقل انرژی گرمایی لازم جهت راه اندازی سیکل جذبی در چیلر را تأمین کنند و آن طرف در فصول سرد سال نیز که به سرمایش نیازی نیست، می توان تنها با بهره گیری از مشعل چیلر، نیاز گرمایشی ساختمان را براورده نمود.

پدیده کریستالیزاسیون و عیوب چیلرهای جذبی

چیلر جذبی نیز همانند سیستم های دیگر نقاط ضعف و عیوبی نیز 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 حساس 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 شده و به چیلر آسیبی جدی وارد می کند.

کریستالیزاسیون یا همان فرآیند جامد شدن لیتیوم بروماید براثر کاهش دما در ابزوربر یا محفظه جاذب رخ می دهد که باعث از کار افتادن چیلرهای جذبی خواهد شد. همانطور که قبلاً نیز 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 ابزوربر شده و محلول نیمه رقیق را خنک می کند، سپس وارد کندانسور می شود. به همین دلیل کاهش دمای محلول در ابزوربر باید به طور دقیقی 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 سیکل 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 کرد. 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 است می بایست سیستم پرچ نیز فعال باشد تا راندمان چیلر افت نکند.

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

عملکرد سیستم پرج در شکل زیر نشان داده شده است.

چیلر جذبی سیلیکاژلی (Silica gel adsorption chiller)

نوعی از چیلرهای جذبی وجود دارند که در آن به جای مایع جاذب مانند لیتیوم بروماید، از مواد جاذب جامدی 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 کاریِ برج خنک کننده یا کولینگ تاور (محفظه جاذب 2) است.

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 (سه دستگاه 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 (چهار دستگاه چیلر جذبی شعله مستقیم هر کدام به ظرفیت 700 تن تبرید)
• کتابخانه ملی (دو دستگاه چیلر جذبی)
• ورزشگاه آزادی (دو دستگاه دستچیلر جذبی با ظرفیت 1200 تن تبرید)
• برج مسکونی تهران (چهار دستگاه چیلر جذبی دو اثره بخار هر یک به ظرفیت 850 تن تبرید)

برج میلاد

بر اساس بررسی و مشاهده کارشناسان تأسیسات 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 تأسیسات برج میلاد تهران توسط مهندس حشمت الله منصف انجام شده است که از ایشان به عنوان پدر صنعت تاسیسات ایران نیز یاد می شود.

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 قسمت راس برج از چیلرهای تراکمی اسکرو نیز استفاده شده است.

باغ موزه دفاع مقدس

بر اساس گزارش های مهندسین تأسیسات، 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.

فیلم طرز کار چیلر جذبی به صورت انیمیشن

به منظور درک بهتر از عملکرد چیلرهای جذبی، یک فیلم به صورت انیمیشن، ترکیب چیلرهای جذبی با 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. البته به چنین نیروگاهی عنوان CCHP (تولید همزمان برق، حرارت و سرما) نیز اتلاق می شود.

نتیجه گیری:

چیلرهای جذبی یا ابزروبشن بر اساس سیکل تبرید جذبی و با استفاده از گرما یا حرارت کار می کنند. این نوع چیلرها تحت فشار منفی یا همان خلاء و به کمک 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 دارند 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 بایستی با بررسی کامل شرایط فنی و مالی، اقدام به انتخاب یا عدم انتخاب آن ها کند. اصولاً استفاده از چیلرهای جذبی در پروژه های بزرگ و با بار برودتی بیشتر از 500 تن تبرید، می تواند توجیه داشته باشد.

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 های کلان محسوب می شود. در واقع این مقایسه بیشتر در ظرفیت های بالای 500 تن تبرید محسوس خواهد بود. شرکت تهویه نگار سعی دارد بهترین سیستم برودتی و تهویه مطبوع را با توجه به شرایط اقلیمی پروژه، بودجه کارفرمایان عزیز و سایر عوامل تأثیرگزار معرفی کند. به منظور دریافت مشاوره رایگان در انتخاب انواع چیلرها با ما تماس بگیرید.

کارشناس فروش (عمادی) 09904494274