چیلر فلودد(اواپراتور فلودد) چیست و چه ویژگی دارد؟

چیلر فلودد(Flooded chiller)، چیلری است که در آن از اواپراتور فلودد یا مستغرق استفاده شده است. اواپراتور فلودد(فلادد) نوعی مبدل حرارتی پوسته و لوله است که جهت جذب انرژی از سیال خنک شونده (عمدتاً آب) و تبخیر مایع مبرد در سیکل تبرید بکار گرفته می شود. گرایش جهان امروز به ترویج راهکارهای کاهش مصرف انرژی باعث شده است که در بسیاری از ایستگاه های بزرگ سرمایشی از چیلرهای مجهز به اواپراتور فلودد استفاده شود. اما، پیش از آنکه به جزئیات بیشتری از این نوع اواپراتور و تمامی جنبه های مثبت و منفیِ پیرامون آن بپردازیم، بهتر است مروری بر اساس کار سیکل تبرید داشته باشیم تا به این ترتیب ابتدا با نقش اواپراتور در این سیکل بیشتر آشنا شویم. 

پیشنهاد مطالعه:

بررسی جامع و کامل انواع چیلر

شناخت انواع مینی چیلر

سیکل تبرید

هر چند که این روزها، به دلایل مختلف استفاده از چیلرهای جذبی محدود شده است، اما بواسطۀ آنکه در عمل، بکارگیری اواپراتور فلودد در هر دو سیکل تبرید جذبی و تراکمی بلامانع است، مروری مختصر بر نحوۀ کارکرد هر دو نوع سیکل تبرید خواهیم داشت. از آنجا که استفاده از این اواپراتورها صرفاً در چیلر توجیه پیدا می کند، اساس کار سیکل تبرید را در قالب چیلرهای تراکمی بخار و چیلرهای جذبی مرور خواهیم کرد.

چیلر تراکمی بخار

اساس کار چیلر تراکمی بخار، گردش جریان سیالی به نام مبرد در سیکل تبرید تراکمی بخار (کارنو) بوده و بر پایه چهار مؤلفه اصلی شامل: کمپرسور (Compressor) کندانسور (Condenser) شیر انبساط (Expansion valve) و اواپراتور (Evaporator) شکل می گیرد. بطوریکه بخار مبرد توسط کمپرسور متراکم شده و پس از افزایش تؤامان فشار و دما، جهت دفع حرارت وارد کندانسور می گردد.

این چنین دمای آن کاهش یافته و با از دست دادن حرارت بیشتر به مایع تبدیل می شود. سپس از شیر انبساط عبور کرده و با افت فشار ناگهانی ایجاد شده، مقدار کمی از آن تبخیر می گردد. در نتیجه مخلوط مایع و بخار حاصل با دمایی پایین­ تر وارد اواپراتور شده و با جذب گرمای آب یا هوا، کاملاً تبخیر می شود. به این ترتیب بعد از تکمیل فرایند سرمایش در اواپراتور، بخار مبرد به کمپرسور باز می گردد.

بررسی و کاربرد انواع چیلر تراکمی

بررسی و شناخت چیلر هوا خنک

بررسی جامع چیلر آب خنک

چیلر جذبی

مبنای کار چیلر جذبی، سیکل تبرید جذبی می باشد که اساس فرایند سرمایش در آن مشابه سیکل تراکمی بخار است. با این تفاوت که مؤلفه هایی شامل جذب کننده (Absorber)، پمپ (Pump) و ژنراتور (Generator) جایگزین کمپرسور شده اند و علاوه بر مبرد (آب) از سیال دیگری به عنوان جاذب (لیتیوم بروماید) نیز استفاده می گردد. (پیش از این از آب بعنوان سیال جاذب و از آمونیاک بعنوان مبرد استفاده می شد.)

چنانکه مبرد و سیال جاذب بواسطه دفع حرارت در جذب کننده، محلول مایعی را تشکیل می دهند که از طریق پمپ به سمت ژنراتور جریان می یابد. با جذب گرما در ژنراتور، مبرد تبخیر و از محلول جدا می شود. این گونه از یک سو بخار مبرد راهی کندانسور شده و از سوی دیگر سیال جاذب باقی مانده در ژنراتور به جذب کننده باز می گردد. در ادامه مسیر، فرایند به مانند سیکل تراکمی بخار طی شده و پس از انتقال انرژی در اواپراتور، بخار مبرد مجدداً وارد جذب کننده می­شود و در سیال جاذب حل می گردد.

پیشنهاد مطالعه:

بررسی فنی، شناخت و نحوه علکرد انواع چیلر جذبی

همانطور که گفته شد اواپراتور فلودد نوعی مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد. سیال خنک ­شونده که معمولاً آب است از داخل لوله ها عبور کرده و جریان مبرد وارد پوسته (معمولاً از پایین) می شود، به نحوی که تقریباً تمام لوله ها درون مایع مبرد غوطه ور می شوند. به همین دلیل به این اواپراتورها، فلودد (Flooded) یعنی مستغرق گفته می شود. بعلاوه، با توجه به آنکه تقریباً تمام سطح تبادل حرارتی با مایع اشباع در تماس است، این اواپراتورها را اواپراتور مرطوب (Wet) نیز می نامند.

نزدیک به 55 تا 65 درصد از حجم مؤثر پوسته با مایع مبرد پر می شود

از آنجا که اواپراتورهای فلودد همواره با اواپراتورهای DX (Dry Expansion) یا همان اواپراتورهای خشک مقایسه می شوند، لازم است نگاهی به اساس کارکرد این اواپراتورها نیز داشته باشیم. اواپراتورهای DX نیز مانند اواپراتورهای فلودد نوعی مبدل حرارتی پوسته و لوله هستند، با این تفاوت که سیال خنک ­شونده از درون پوسته و جریان مبرد از داخل لوله ها عبور می کند. به طور کلی در سیستم های تهویه مطبوع که در آن ها از اواپراتور خشک استفاده می شود، با نام سیستم های DX یاد می شود. برخی از این دستگاه ها عبارتند از:

• داکت اسپلیت
• اسپلیت یا کولر گازی
• سیستم VRF

پیشنهاد مطالعه:

داکت اسپلیت چیست و چه کاربردی دارد؟

اسپلیت(کولر گازی) چگونه کار می کند و چه کاربردی دارد؟

سیستم وی آر اف(VRF) چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

تفاوت چیلرهای مجهز به اواپراتور خشک و مرطوب

دو تفاوت اصلی در نحوۀ کارکرد چیلر فلودد و DX مبنای کنترل شیر انبساط و نحوۀ برگشت روغن به کمپرسور است:

1- مبنای کنترل شیر انبساط: در عمل، شیر انبساط در سیکل تبرید، میزان دبی مبرد عبوری به سمت اواپراتور را کنترل می کند. در چیلر مجهز به اواپراتور DX مبنای کنترل شیر انبساط، میزان سوپرهیت ایجادشده در داخل اواپراتور است که به کمک سنسور دما و فشار نصب شده در خط مکش کمپرسور اندازه گیری می شود. اما، در چیلر مجهز به اواپراتور فلودد، مبنای کنترل شیر انبساط، سطح مایع موجود در داخل پوستۀ اواپراتور است که معمولاً به وسیلۀ سنسور مخصوصی زیر نظر گرفته می شود.

2- برگشت روغن: در اواپراتور DX با توجه به آنکه مبرد، درون لوله ها جریان دارد، روغن موجود در مبرد تحت فشار مکش کمپرسور، همراه با مبرد از اواپراتور خارج شده و به کمپرسور باز می گردد. اما، در اواپراتور فلودد مبرد مایع در داخل پوسته قرار گرفته و خروج مبرد از اواپراتور بواسطۀ تبخیر شدن آن اتفاق می افتد. این در حالی است که روغن همراه با مبرد تبخیر نشده و درون پوسته باقی می ماند. در نتیجه، می بایست مکانیزمی تعبیه گردد تا روغن موجود در پوسته به کمپرسور باز گردانده شود.

مزایا و معایب اواپراتور فلودد

آشنایی با مزایا و معایب اواپراتور فلودد می تواند عاملی تعیین کننده در تشخیص درست محل کاربرد این نوع اواپراتور باشد.

مزایای اواپراتور فلودد  

1- راندمان بالا: در اواپراتور فلودد همانطور که گفته شد تمام سطح تبادل حرارتی، یعنی سطح جانبی لوله ها، در تماس با مایع اشباع مبرد است و از آنجا که تبادل حرارت در اواپراتور اساساً بواسطۀ تبخیر مایع مبرد اتفاق می افتد، اواپراتور فلودد می تواند راندمان بالاتری در مقایسه با اواپراتور DX داشته باشد.

در اواپراتور DX درصدی از جریان مبرد ورودی به داخل لوله ها (بین 20 تا 35 درصد) به شکل بخار می باشد. بعلاوه، در ادامه با جذب حرارت، درصد بیشتری از مبرد تبخیر شده تا جایی که جریان کاملاً بخار می شود و از جایی به بعد جذب حرارت صرف ایجاد سوپرهیت لازم در اواپراتور می گردد؛ بنابراین، بخش کمی از سطح جانبی لوله ها در تماس با مایع اشباع مبرد قرار می گیرد.

موضوع دیگری که در افزایش راندمان اواپراتورهای فلودد در مقایسه با اواپراتورهای DX مؤثر است، عدم نیاز به ایجاد سوپرهیت در اواپراتور می باشد. در اواپراتورهای DX بمنظور اطمینان از عدم ورود مایع مبرد به کمپرسور، بخشی از سطح تبادل حرارتی صرف ایجاد سوپرهیت (بین 5 تا 6 درجۀ سانتی گراد) می شود که عملاً نقش ناچیزی در جذب گرمای سیال خنک شونده دارد. در حالی که در اواپراتور فلودد به دلیل خروج جریان مبرد از بالای پوسته، نیاز به اشغال بخش زیادی از سطح تبادل حرارتی جهت ایجاد سوپرهیت نخواهد بود.

وقتی مبرد داخل پوستۀ اواپراتور فلودد می جوشد و تبخیر می شود، بخار حاصل (به علت سبک تر بودن نسبت به مایع مبرد) به سمت بالای پوسته حرکت می کند. اما، این درحالی است که جریان بخار مقداری از مایع مبرد را با خود به بالای پوسته هل داده و از اواپراتور خارج می کند. به همین علت، بعضی از تولیدکننده ها بمنظور ایجاد حداقل یک درجۀ سانتی گراد سوپرهیت در داخل اواپراتور فلودد، سطح مایع درون پوسته را بگونه ای کنترل می کنند تا یک ردیف از لوله ها بیرون مایع مبرد باقی مانده و صرف ایجاد سوپرهیت شود. بعضی دیگر از آکومولاتور در خط مکش کمپرسور جهت جداسازی مایع استفاده می کنند.

2- کاهش سایز کمپرسور: راندمان بالای اواپراتور فلودد به منظور کاهش نزدیکی دمای تبخیر خواهد بود. به این معنا که می توان با دمای تبخیر بالاتری به دمای آب مورد نظر دست یافت. این موضوع باعث می شود تا بتوان به ازای یک ظرفیت برودتی مشخص (در مقایسه با اواپراتور DX) از کمپرسور کوچکتری استفاده نمود. به عبارت دیگر با وجود اواپراتور فلودد می توان (در مقایسه با اواپراتور DX) به ازای یک کمپرسور مشخص ظرفیت برودتی بیشتری به دست آورد. در نتیجه، در پروژه های بسیار بزرگ که بعضاً محدودیت فضای نصب چیلر وجود دارد، استفاده از اواپراتور فلودد می تواند باعث کاهش تعداد چیلرهای مورد نیاز به ازای یک ظرفیت برودتی مشخص گردد.

3- نبود چالش توزیع مبرد: توزیع همگن و یکنواخت جریان مبرد در داخل لوله های اواپراتور، همواره یکی از چالش های طراحی و ساخت اواپراتورهای DX به حساب می آید. وقتی مبرد در تمامی لوله ها به یک اندازه جریان نمی یابد، یعنی تمام سطح تبادل حرارتی در انتقال انرژی سهیم نیست و جریان آب ممکن است از روی لوله هایی عبور کند که عملاً یا مبردی در آن جریان ندارد یا مبرد خیلی کمی از داخل آن عبو می کند. در حالی که در اواپراتورهای فلودد، تمام سطح جانبی لوله ها به یک اندازه با مبرد در تماس هستند.

4- حساسیت کمتر به کاهش دبی آب: از آنجایی که در اواپراتورهای DX آب درون پوسته جریان دارد، طبیعتاً سرعت گردش آب پایین است. بنابراین، کاهش دبی آب نسبت به مقدار اسمی، تأثیر منفی قابل توجهی در کاهش ضریب انتقال حرارت خواهد داشت. ضمن آنکه می تواند تماسِ میان جریان آب و سطح جانبی لوله ها را تحت تأثیر قرار دهد. اما، در اواپراتور فلودد، به علت عبور آب از داخل لوله ها، حساسیت و وابستگی کاراییِ اواپراتور نسبت به میزان دبی آب، به مراتب کمتر است. به همین علت در پروژه هایی که از پمپ های دور متغیر برای سیرکولۀ آب در چیلرها استفاده می شود، عملاً بکارگیریِ اواپراتور DX امکانپذیر نیست.

معایب اواپراتور فلودد

1- افزایش حجم مبردگیری: به دلیل وجود مبرد در پوسته، میزان حجم مبردگیری در اواپراتورهای فلودد (در مقایسه با اواپراتور DX) بسیار بیشتر است. طبیعتاً این موضوع منجر به افزایش هزینۀ شارژ مبرد می گردد.

* استاندارد جدید در چیلرهای فلودد 1.25kg شارژ مبرد به ازای هر تن تبرید ظرفیت برودتی است.

2- ابعاد بزرگ و وزن زیاد: به ازای یک ظرفیت برودتی مشخص، سایز پوسته در اواپراتورهای فلودد (در مقایسه با اواپراتور DX) بزرگتر است. بنابراین وزن اواپراتورهای فلودد همواره بیشتر خواهد بود. ابعاد بزرگ و وزن زیاد این اواپراتورها یکی از دلایل عدم بکارگیریِ این اواپراتورها در چیلرهایی با ظرفیت پایین است.

* بزرگتر بودن سایز اواپراتورهای فلودد در مقایسه با اواپراتورهای DX باعث می شود که چیلرهای آب خنک فلودد ابعاد بزرگتر و وزن بیشتری داشته باشند.

3- تأثیر منفی وجود روغن در جریان مبرد: وجود روغن در جریان مبرد ورودی به اواپراتور مشکلات و چالش هایی را بهمراه دارد. نخست آنکه وجود روغن در مبرد، داخل پوستۀ اواپراتور باعث می شود که هنگام جوشیدن، پدیدۀ کف کردن (Foaming) اتفاق بیفتد. این مسئله تأثیر منفی بسیاری بر روی راندمان حرارتی اواپراتور داشته و اختلاف دمای تبخیر و دمای آب خروجی از اواپراتور را افزایش می دهد. از طرف دیگر، همانطور که گفته شد، به دلیل تبخیر نشدن روغن همراه با مبرد، عملاً روغن نمی تواند با جربان بخار خروجی از اواپراتور همراه شود؛ در نتیجه، می بایست از مکانیزم ویژه ای جهت برگشت روغن به کمپرسور در چیلر استفاده شود.

  به دلیل چگالی کمتر روغن در مقایسه با مبرد، همواره روغن در بالاترین لایه از مایع موجود در پوسته قابل جمع آوری است.

هر چند که به کمک نصب جداکنندۀ روغن (Oil separator) در خط دهش کمپرسور، می توان مقدار بسیار زیادی از روغن موجود در جریان مبرد خروجی از کمپرسور را جدا نمود و به خط مکش کمپرسور یا مستقیماً به خود کمپرسور بازگرداند، اما در هر صورت مقداری روغن همراه با مبرد وارد اواپرتور فلودد می شود که می بایست حتماً راهکاری برای خارج کردن آن از اواپراتور اندیشیده شود.

بهترین راهکار برای حل این مشکل استفاده از کمپرسورهای مجهز به بیرینگ های مغناطیسی است که در بازار با نام چیلر توربوکور معروف شده اند. در کمپرسورهای توربوکور به دلیل عدم نیاز به مدار روغنکاری، دیگر تاثیر منفی وجود روغن در جریانِ مبردِ اواپراتور فلادد حذف شده و جای نگرانی ندارد. برای اطلاعات بیشتر از این تکنولوژی جدید در صنعت تهویه مطبوع می توانید به مقاله زیر رجوع کنید.

پیشنهاد مطالعه

چیلر توربوکور چیست و چگونه کار می کند؟

با توجه به وجود چنین پیامدهایی ناشی از وجود روغن، مناسب ترین گزینه برای انتخاب کمپرسور در چیلرهای فلودد، کمپرسورهای سانتریفیوژ با یاتاقان بندی مغناطیسی هستند که اساساً نیازی به روغنکاری ندارند. اما، باید توجه داشت که کمپرسورهای سانترفیوژ، کمپرسورهایی با حجم جابجایی زیاد و نسبت تراکم پایین می باشند. بهمین دلیل است که غالباً چیلرهای فلودد، چیلرهایی آب خنک با ظرفیت های برودتی بالا هستند.

* Alfa Laval (یکی از برترین برندهای تولید کنندۀ مبدل) اواپراتورهای فلودد را از ظرفیت 70 تا 1500 تن تبرید تولید می کند.

4- افزایش پیچیدگی های طراحی و ساخت: جداسازی روغن در جریان خروجی مبرد، بازگرداندن روغن از اواپراتور به کمپرسور (زمانی که از کمپرسورهای سانتریفیوژ استفاده نمی شود) و همچنین کنترل سطح مایع داخل پوستۀ اواپراتور، از جمله عواملی هستند که طراحی و ساخت چیلرهای فلودد را (در مقایسه با اواپراتور DX) پیچیده تر کرده و تعداد قطعات و تجهیزات بکار رفته را افزایش می دهد.

ساخت و فروش انواع چیلر مجهز به اواپراتور فلودد(فلادد)

شرکت مهندسی تهویه نگار با تکیه بر دانش متخصصان خود سعی دارد بهترین سیستم تهویه مطبوع را برای مشتریان خود در نظر بگیرد. تهویه نگار چیلر مجهز به اواپراتور فلادد را به همراه چیلر توربوکور در نظر می گیرد تا بیشترین راندمان از چیلر تراکمی را به دست آورد. برای اطلاعات بیشتر در مورد ساخت چیلر فلودد با کارشناسان تهویه نگار در تماس باشید. برای انتخاب و استعلام لیست قیمت چیلر، هواساز، برج خنک کننده و انواع سیستم های دیگر از متخصصان ما مشورت بگیرید.

کارشناس فروش 09102072884