چیلر اسکرو چیست؟ بررسی فنی، مزایا و کاربرد

چیلر اسکرو به کلیۀ چیلرهایی گفته می شود که از نوع چیلر تراکمی بوده و برای جابجایی مبرد در آنها، کمپرسورهای اسکرو بکار گرفته می شوند. این چیلر به علت قابلیت های مثبت زیادی که کمپرسور اسکرو دارد، در صنعت تبرید و تهویه مطبوع بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

جهت درک بهتر کارکرد چیلرهای اسکرو ابتدا بهتر است با تعریف ساده ای، اساس کاری این چیلرها، یعنی سیکل تبرید تراکمی بخار را بهتر بشناسیم. مبنای کار این سیکل بر پایه چهار مؤلفه اصلی شامل: کمپرسور (Compressor) کندانسور (Condenser) شیر انبساط (Expansion valve) و اواپراتور (Evaporator) شکل می گیرد. چنانکه بخار مبرد در فاز بخار داغ وارد کمپرسور شده و پس از متراکم شدن، تؤامان افزایش فشار و دما پیدا می کند. سپس جریان خروجی از کمپرسور جهت دفع حرارت وارد کندانسور می گردد.

به این ترتیب دمای آن کاهش یافته و با از دست دادن حرارت بیشتر به مایع تبدیل می شود. سپس مقداری از مایع مبرد با عبور از شیر انبساط، بعلت افت فشار زیاد ایجادشده، تبخیر می گردد. در نتیجه مخلوط مایع و بخار حاصل با دمایی پایین­تر وارد اواپراتور شده و در آنجا با جذب گرمای آب، کاملاً تبخیر شده و مجدداً به کمپرسور باز می گردد.

عامل ایجاد جریان در هر سیالی، اختلاف فشار است. در واقع کمپرسور بعنوان واحد تراکم در سیکل تبرید، موظف است تا با ایجاد اختلاف فشار کافی، مبرد را در سیکل به گردش در بیاورد

کمپرسور اسکرو

نام اسکرو (Screw) برگرفته از مارپیچ هایی است که در این نوع کمپرسور استفاده می شوند. دو مارپیچ نر و ماده که برای ایجاد تراکم در گاز مبرد، عکس جهت یکدیگر می چرخند. با چرخش همزمان مارپیچ ها، گاز ورودی در فضای بین دو مارپیچ محبوس شده و همراه با آنها می چرخد. سپس بعد از افزایش فشار، در خروجی مارپیچ ها به سمت کندانسور تخلیه می گردد.

به کمک اسلایدر مخصوص و شیرهای برقی تعبیه شده در این کمپرسورها، می توان ظرفیت برودتی تولیدیِ کمپرسورها را از 25 تا 100 درصد طی چهار مرحله کنترل نمود

کمپرسورهای اسکرو، معمولاً در چیلرهایی با ظرفیت بالا بکار گرفته می شوند. چنانکه ظرفیت هریک از آنها به طور تقریبی بین 70 تا 1070 کیلو وات می باشد. با توجه به تنوع کمپرسورهای اسکرو و قابلیت های ویژۀ این نوع کمپرسورها در تولید برودت، استفاده از آنها برای تمامی مصارف تهویه مطبوع، سرمایش فرایندی و نیز تبرید بسیار مرسوم است.

* کمپرسورهای اسکرو بعنوان کمپرسورهای Semi-Hermetic شناخته می شوند. به این معنی که اتصال پوسته آنها دائمی نیست و در صورت خرابی، امکان تعمیر و سرویس آنها وجود دارد.

انواع برند کمپرسور اسکرو

رایج ترین برندهای تولیدکنندۀ کمپرسور اسکرو عبارتند از:

کمپرسور Bitzer ساخت آلمان: می توان گفت کمپرسور Bitzer با سابقه ای نزدیک به 90 سال، پیشروترین کمپانی تولیدکنندۀ کمپرسورهای اسکرو برودتی در دنیاست.

Hanbell ساخت تایوان: این کمپانی سابقه ای تقریباً 30 ساله دارد. اما در حال حاضر یکی از پرتیراژترین کمپانی های تولیدکنندۀ کمپرسور اسکرو برودتی در دنیا محسوب می شود.

Frascold ساخت ایتالیا: یک کمپانی قدیمی تولیدکننده با سابقه ای نزدیک به 90 سال که همچنان از کمپانی های مطرح صنعت برودت محسوب می شوند.

Refcomp ساخت ایتالیا: کمپانی ایتالیاییِ دیگری که از سال 1991 شروع به کار کرده و البته در حال حاضر حضور گسترده ای نیز در کشور چین دارد.

انواع کمپرسور در چیلر اسکرو

علاوه بر کمپرسورهای اسکروِ رایجی که در چیلرهای اسکرو استفاده می شوند، دو نوع دیگر از این کمپرسورها را معرفی می کنیم.

1- کمپرسورهای زیر صفری: نوع ویژه ای از کمپرسورهای اسکرو وجود دارند که مخصوص مصارف زیر صفری در دماهای بسیار پایین هستند. سری HSN کمپرسورهای Bitzer و سری LT کمپرسورهای Hanbell از این دسته کمپرسورهای اسکرو هستند که به ترتیب قادرند تا دمای تبخیر منفی 50 الی منفی 60 درجه سانتی گراد کار کنند.

کمپرسورهای سرعت متغیر: در کمپرسورهای معمولِ اسکرو، مارپیچ ها با سرعت ثابتی چرخش می کنند و همانطور که گفته شد به کمک اسلایدر و شیرهای برقی موجود در کمپرسور، ظرفیت برودتی تولیدشده توسط کمپرسور با تغییر مقدار مبرد پمپ شده کنترل می گردد. اما، نوع خاصی از کمپرسورهای اسکرو وجود دارند که اینورتردار بوده و کنترل ظرفیت در آنها با تغییر سرعت چرخش مارپیچ ها و در واقع با تغییر حجم جابجایی صورت می گیرد.

انواع چیلر اسکرو

چیلرهای اسکرو را می توان با توجه به نحوۀ دفع حرارتِ بخار داغ مبرد در کندانسور به دو دستۀ اصلی تقسیم کرد:

1- چیلرهای اسکرو آب خنک: چیلری که در آن کندانسور (مبدل پوسته و لوله) از طریق تبادل انرژی با آب، خنک می شود. چنانکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور، وارد پوسته شده و جریان آب خنکِ تولید شده توسط برج خنک­ کننده(کولینگ تاور)، با عبور از درون لوله ها گرمای جریان مبرد را جذب می کند.

پیشنهاد مطالعه:

بررسی فنی، کاربرد و شناخت چیلر تراکمی آب خنک(چیلر آبی)

چیلرهای اسکرو هوا خنک: چیلر که در آن، کندانسور (کویل فین گذاری شده) از طریق تبادل انرژی با هوا، خنک می شود. چنانکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور، وارد لوله های فین دارِ کویل شده و هوای محیط توسط فن های محوریِ تعبیه شده، با عبور از روی لوله ها گرمای جریان مبرد را جذب می کند.

پیشنهاد مطالعه:

بررسی فنی، شناخت و عملکرد انواع چیلر تراکمی هوا خنک(چیلر هوایی)

نوع دیگری از کندانسورها وجود دارند که با نام کندانسورهای تبخیری شناخته می شوند. این نوع کندانسور از طریق فرایند سرمایش تبخیری، تبادل انرژی انجام می دهد. چنانکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور، وارد لوله های کویلی شده که آب توسط نازل هایی روی آن پاشیده می شود و اینگونه بواسطه دریافت گرمای جریان مبرد تبخیر می گردد. می توان گفت استفاده از این کندانسورها اصلاً مرسوم نیست؛ به همین دلیل ما هرگز با تعریفی تحت عنوان چیلر اسکرو تبخیری مواجه نمی شویم.

در چیلرهای آب خنک فشار تقطیر در مقایسه با چیلرهای هواخنک به مراتب کمتر است. خصوصاً زمانی که این موضوع را در یک اقلیم گرم و خشک مورد بررسی قرار می دهیم؛ چراکه هرچه هوا خشک تر باشد، فشار تقطیر در چیلر آب خنک پایین تر و هرچه هوا گرم تر باشد، فشار تقطیر در چیلر هوا خنک بیشتر است.

بنابراین، در یک چیلر هوا خنک فاصلۀ فشار تبخیر و تقطیر بیشتر است. این موضوع بدان معناست که یک کمپرسور در چیلر هوا خنک نیاز به تولید نسبت تراکم بیشتری دارد. به همین دلیل، کمپانی Bitzer آلمان، برای هریک از این مصارف، یعنی چیلرهای آب خنک و هوا خنک، کمپرسورهای مخصوصی تولید کرده است. بطوریکه کمپرسورهای سری CSW مخصوص چیلرهای آب خنک و کمپرسورهای سری CSH مخصوص کمپرسورهای هوا خنک است. 

تصاویر فوق نشان دهندۀ دامنۀ کاری کمپرسورهای اسکرو Bitzer در دو سری CSH و CSW (با مبرد R134a) می باشد. همانطور که مشاهده می شود، حداکثر دمای تقطیر در کمپرسور سری CSH معادل 70 درجۀ سانتی گراد و در کمپرسور سری CSW معادل 55 درجۀ سانتی گراد است.

کمپانی Hanbell تولیدات مخصوصی جهت چیلرهای آب خنک و هوا خنک معرفی نکرده است. اما، این امکان را فراهم نموده تا کمپرسور اسکرو را با نسبت تراکم مورد نظر سفارش دهیم. چنانکه که نسبت تراکم های 2.2، 2.6، 3.0، 3.5 و 4,8 را می توان انتخاب کرد.

باید توجه داشت که انتخاب کمپرسورِ مناسب بر اساس نوع کندانسور چیلر، تأثیر مستقیم بر راندمان و کارایی چیلر خواهد داشت. چنانکه بعنوان مثال استفاده از کمپرسور سری CSW به جای سری CSH در یک چیلر آب خنک، بین 2 تا 3 درصد در افزایش ضریب عملکرد کمپرسور مؤثر است.

مزایای چیلر اسکرو

کمپرسورهای اسکرو به دلیل وجود مزایایی قابل توجه، امروزه به کمپرسورهای پر مصرفی در صنعت برودت تبدیل شده اند. مهمترینِ این مزایا عبارتند از:

1. مدیریت روغن کاری: در کمپرسورهای اسکرو به کمک نوعی سنسور اُپتیکی (بدون تماس مستقیم با روغن)، سطح روغن موجود در کارتل کمپرسور مدام رصد می شود. اینگونه می توان کیفیت روغنکاری را بصورت خودکار کنترل کرد.
2. تنوع ظرفیت برودتی: تنوع ظرفیت برودتی کمپرسورهای اسکرو باعث شده است که با تولید چیلرهای اسکروِ یک تا چهارمداره بتوان طیف وسیعی از نیازهای برودتی را پوشش داد.
3. کنترل ظرفیت برودتی: امکان کنترل ظرفیت حتی در کمپرسورهای معمولِ اسکرو،  (دست کم تا 4 مرحله به ازای هر کمپرسور) شرایط مناسبی را برای تطبیق ظرفیت برودتیِ تولیدی با نیاز برودتی پروژه فراهم می کند. این امکان راندمان فصلی چیلر را بسیار ارتقا داده و بعلت کاهش تعداد دفعات خاموش و روشن شدن کمپرسور، طول عمر مفید کمپرسور را افزایش می دهد. را کاهش می دهد. این درحالی است که در این کمپرسورها قابلیت کنترل ظرفیت پیوسته از 25 تا 100% نیز وجود دارد که در چنین شرایطی تطبیق پذیری کمپرسور بسیار بیشتر خواهد شد.
4. امکان سرویس: همانطور که گفته شد، پوستۀ کمپرسورهای اسکرو اتصال دائم ندارد؛ بنابراین، در این کمپرسورها امکان تعمیر و سرویس آنها وجود دارد
5. امکان تزریق مایع: تزریق مایع، راهکاری است که صرفاً در چیلرهای اسکرو و در واقع فقط در کمپرسورهای اسکرو امکانپذیر است. این راهکار بمنظور کنترل دمای دهشِ کمپرسور استفاده می شود تا به این ترتیب دمای روغنی که همراه با مبرد متراکم می شود از اندازۀ مجاز بالاتر نرود؛ چراکه در غیر این صورت، روغن لزجت خود را از دست داده و دیگر قابلیت روغنکاری مناسبی نخواهد داشت. ضمن آنکه دمای بیش از حد می تواند استحکام مکانیکی برخی از قطعات را نیز تهدید کند.
6. امکان نصب اکونومایزر: اکونومایزر نوعی مبدل حرارتی است که در خروجیِ کندانسور نصب شده و این امکان را فراهم می کند که میزان سابکول ایجادشده (کاهش دمای مایعِ حاصل از تقطیر) در خط مایع، تقریباً بین 10 تا 15 درجۀ سانتی گراد افزایش یابد. به این ترتیب وجود اکونومایزر باعث می شود که درصد مایعِ موجود در مخلوط دو فازیِ خروجی از شیر انبساط بیشتر شده و این چنین ظرفیت تولید برودت در اواپراتور، به ازای یک کمپرسور مشخص افزایش پیدا می کند. اما، نکته اینجاست که صرفاً در چیلرهای اسکرو امکان استفاده از اکونومایزر وجود دارد؛ چراکه فقط کمپرسورهای اسکرو دارای پورت مخصوص اکونومایزر می باشند

پیشنهاد مطالعه:

مینی چیلر چیست؟

چیلر سانتریفیوژ

چیلر جذبی

چیلر دستگاه تزریق پلاستیک

چیلر صنعتی

قیمت چیلر

قیمت مینی چیلر

مقایسه و تفاوت چیلر اسکرال و اسکرو