در بیان ساده چیلر یک ماشین انتقال گرما است.چیلر ماشینی است که از طریق سیکل جذبی یا تراکمی آب را سرد می کند و سپس به وسیله پمپ، این آب سرد شده را به یونیت های داخلی (فن کویل) که مستقر در داخل ساختمان هستند منتقل می شود تا گرمای درون فضای منازل یا واحدهای تجاری را جذب کند. مجددا آب گرم شده به چیلر باز می گردد و خنک می شود.
از چیلرها در کارخانه ها و فرآیندهای تولید نیز استفاده می شود. یعنی چیلر نقش خنک کن در یک فرآیند تولید را بر عهده دارد. به طور مثال فرض کنید دمای یک بخش خاصی از ماشین های موجود در خطوط تولید یک شرکت باید کاهش دما داشته باشند، در چنین حالتی می توان آب سرد تولید چیلر را به عنوان عامل خنک کاری استفاده کرد و معمولا در بازار به چنین چیلرهایی چیلر صنعتی گفته می شود.
چیلر ها به طور کلی بر اساس نوع سیکل تبرید بکار رفته در آن ها به دو دسته تقسیم می شوند :
چیلر تراکمی در واقع شامل کمپرسور هستند و در آن از سیکل تبرید تراکمی (Compression refrigeration cycle) جهت ایجاد فرآیند سرمایش استفاده شده است و در مقابل در چیلرهای جذبی از سیکل تبرید جذبی (Absorption refrigeration cycle) استفاده شده است.
مهم ترین نکته این است که در چیلرهای تراکمی از الکتروموتور به عنوان محرک کمپرسور استفاده می شود و مصرف انرژی الکتریکی داریم، اما در چیلرهای جذبی به وسیله انرژی گرمایی و فرآیند شیمیایی سیکل جذبی کار می کند و معمولا مصرف انرژی گاز داریم.
اگر چیلر در ابعاد کوچک و ظرفیت برودتی پایین ساخته شود (معمولا کم تر از 10 تن تبرید) آن را مینی چیلر می نامند. مینی چیلر در واقع تفاوت محسوسی با چیلر ندارد و بیشتر در سرمایش منازل مسکونی استفاده می شود. مینی چیلرها اغلب از نوع تراکمی هوایی هستند.
چیلرهای تراکمی از چهار مولفه بسیار مهم تشکیل شده اند :
چهار قسمت فوق مهم ترین بخش های یک سیکل تبرید تراکمی را به وجود می اورند که ماده مبرد یا سرمازا (معروف به گاز کولر) در آن به گردش در می آید و در اثر فرآیندهای ترمودینامیکی در هر مرحله از حالت مایع به گاز و یا بالعکس تبدیل می شود. در شکل زیر می توانید این اجزا را ببینید :
بر اساس شکل بالا، مبرد در حالت مایع از شیر انبساط عبور می کنه و فشار و دمای آن کاهش پیدا می کنه. در فیزیک مکانیک یاد گرفتیم که وقتی فشار رو از روی سطح مایع کم می کنیم میل به بخار شدن و به اصطلاح اتمایز شدن پیدا می کنه. به همن علت مبرد در فاز بخار و مایع (دو فازی) وارد اواپراتور میشه.
اواپراتور یک مبدل حرارتی است که گرمای محیط رو به خودش جذب می کنه، چون مبرد در داخل اواپراتور در دمای کمتری از محیط قرار داره و گرما هم از محیط یا ماده گرم (دمای بالاتر) به محیط یا ماده سرد (دمای پایین تر) منتقل میشه. اینگونه محیط داخل ساختمان یا هر فضایی می تواند خنک شود.
کمپرسور بخار مبرد را فشرده می کند و به کندانسور ارسال می کند و کندانسور گرمای مبرد را به محیط اطرافش منتقل می کنه. بنابراین مبرد یا سرمازا مجددا در حالت مایع وارد شیر انبساط میشه و این چرخه همواره در چیلر تراکمی اعم از هوا خنک یا چیلر آب خنک تکرار میشه.
چیلرهای تراکمی را متخصصان صنعت تهویه مطبوع به دو دسته تقسیم می کنند.
چیلر تراکمی هوا خنک با نام چیلر هوا خنک یا چیلر هوایی نیز شناخته می شود. همچنین چیلر تراکمی آب خنک با نام چیلر آب خنک یا چیلر آبی نیز معروف است و همه این اصطلاحات به این دو نوع چیلر اشاره دارند
امروزه با توجه به اینکه مدیریت منابع آبی بخصوص در کشورهای کم آب بسیار حائز اهمیت شده است، چیلر هوا خنک گزینه بسیار مطلوبی است. این دستگاه دارای راندمان بسیار خوبی است و هزینه نگهداری و تعمیرات آن نسبت به سایر چیلرها مناسب تر است.
در ویدیو زیر به طور کامل نحوه کارکرد چیلر هوا خنک توضیح داده شده است
چیلر تراکمی آب خنک به وسیله کندانسور آبی فرآیند تقطیر یا چگالش را در سیکل تبرید چیلر اجرا می کند و به همین دلیل به چیلر آبی معروف است. به دلیل اینکه ظرفیت گرمایی آب به مراتب لالاتر از هواست، معمولا چیلرهای آب خنک را می توان در ظرفیت های برودتی بالاتری تولید نمود.
تنها فرق چیلر آب خنک به لحاظ عملکرد (در مقایسه با چیلر تراکمی هوا خنک هوا خنک و تبخیری) نوع کندانسور آن ها می باشد. همانطور که از نامش پیداست، در چیلرهای آب خنک، از کندانسور آبی به عنوان عامل چگالش (Condensation) در سیکل تبرید استفاده می شود.
به دلیل آنکه بتوانیم از چیلر آب خنک بهره برداری کنیم باید آن را به یک کولینگ تاور یا برج خنک کننده متصل کنیم. به همین دلیل قیمت ان چیلر معمولا به دلیل تجهیزات بیشتر بالاتر از نوع هوا خنک است.
در ویدیو زیر می توانید عملکرد یک چیلر تراکمی آبی و ارتباط آن با هواساز و کولینگ تاور را مشاهده کنید.
چیلرهای جذبی یا ابزروبشن (Absorption chiller) با استفاده از سیکل تبرید جذبی فرآیند سرمایش را انجام می دهند. اصول کارکرد این چیلرها در ابتدا کمی پیچیده به نظر می رسد اما اینگونه نیست. در ادامه عملکرد چیلر جذبی را بیان می کنیم.
در چیلر جذبی بجای کمپرسور از پمپ مبرد (آب)، پمپ محلول (سلوشن)، پمپ جاذب، محفظه جاذب، اواپراتور، کندانسور استفاده شده است. در این چیلر خبری از کمپرسور نیست چون سیکل تراکمی نداریم و قرار هست با روشی دیگر فرآیند سرمایش را ایجاد کنیم.
به دلیل عدم استفاده از کمپرسور و الکتروموتور مصرف برق چیلرهای جذبی بسیار ناچیز و فقط برای مدار فرمان است. به همین دلیل در پروژه هایی که گرمای اتلافی زیادی وجود دارد بهتر است از چیلر جذبی استفاده کنیم. البته در اغلب موارد از چیلرهای جذبی شعله مستقیم یا دایرکت فایر (Direct fire absorption chiller) استفاده می شود که خود مشعل سوخت فسیلی مشابه گاز شهری یا گازوییل مصرف می کند که با گران تر شدن ثیمت حامل های انرژی در سال های اخیر این نقطه قوت چیلرهای جذبی کمرنگ تر شده است.
با این حال اگر در پروژه هایی گرمای اتلافی چشمگیری وجود داشته باشد هنوز هم پیشنهاد استفاده از این نوع چیلر می تواند گزینه مناسبی باشد.
از جمله مزایای دیگر چیلر جذبی سر و صدای کم این دستگاه است چراکه کمپرسور در ان وچو ندارد. البته در سال های اخیر به لطف عایق های صداگیر مانند کانوپی ها صداگیر و فن های کم صدا، بحث آلودگی صوتی چیلرهای تراکمی به شدت بهبود یافته و قابل قبول هستند.
گفتیم که اجزای چیلر جذبی مطابق شکل زیر عبارتند از :
ژنراتور(واحد تغلیظ کننده)
کندانسور (واحد چگالش)
ابزوربر یا جاذب
اواپراتور یا تبخیر کننده
دقت کنید که شکل فوق به صورت تئوری ساختار چیلر جذبی را نشان می دهد و در عمل قسمت های ژنراتور و کندانسور در داخل یک مجموعه و معمولا در قسمت فوقانی قرار می گیرند و از طرفی بخش های اواپراتور و جاذب هم در داخل یک مجموعه و عمدتاً در قسمت زیرین چیلر ساخته می شوند. در شکل زیر چیدمان این اجزا در یک چیلر جذبی شرکت کاوازاکی (Kawasaki) بهتر نشان داده شده است.
روش کار چیلرهای جذبی بدین صورت است که ابتدا مخلوطی از آب (مبرد) و ماده جاذب (لیتیوم بروماید) در قالب یک محلول رقیق از محفظه جاذب به سمت ژنراتور فرستاده می شود و در مخزن واحد تغلیة کننده جمع می شود.
در چیلرهای جذبی به انرژی گرمایی برای غلیظ نمودن لیتیم بروماید نیاز داریم چون هرچه ماده جاذب غلظت بیشتر و دمای کمتری داشته باشد عملکرد و راندمان بهتری خواهیم داشت.
در نتیجه به محلول ترکیبی آب و لیتیم بروماید باید از یک منبع انرژی، گرما برسانیم. این گرما می تواند از محل اتلاف انرژی یک سیستم باشد و یا می توانیم با مصرف سوخت های فسیلی نظیر گاز یا گازوییل به وسیله مشعل، تولید کنیم. این موضوع بستگی به نوع چیلر دارد.
در نتیجه از طریق یک منبع، انرژی گرمایی را به محلول ژنراتور وارد می کینم و در اثر افزایش دما، آب محلول آب و جاذب تبخیر می شود و کف مخزن ماده جاذب غلیظ تری جمع می شود. بخار آب را به وسیله کندانسور موجود در محفظه فوقانی چیلر مجدد با کاهش دما به آب تبدیل می کینم و آن را مجدد به مدار چیلر جذبی بازگشت می دهیم.
به دلیل استفاده از کندانسور، در چیلرهای جذبی مجبور به استفاده از برج خنک کننده یا کولینگ تاور هستیم.
آب خروجی از کندانسور را به سمت تبخیر کننده یا اواپراتور ارسال می کنیم و اینجا دقیقا محلی است که چیلر جذبی سرمایش تولید می کند. محفظه اوپراتور چیلرهای جذبی تحت خلاء قوی هست و زمانی که آب را به تبخیر کننده ارسال و توسط نازل هایی پخش می کنیم، به دلیل فشار بسیار پایین اواپراتور، آب در دمایی حدود 4 درجه سانتی گراد تبخیر می شود.
حال در همین حین اگر بتوانیم به وسیله یک مبدل، جریان آب شهر با دمای معمولی یا آب بازگشتی از فن کویل های ساختمان یا هواسازها (در محدوه دمایی 12 درجه سانتی گراد) را از محفظه اواپراتور عبور دهیم، به دلیل تبادل گرما، آب سرد تولید می شود و از این آب سرد می توان در سیستم های تهویه مطبوع استفاده کرد.
چیلرها آب سرد مورد نیاز برای سیتم های تهویه مطبوع را تولید می کنند. همچنین این دستگاه می تواند برای کاهش دمای فرایندهای صنعتی و تولیدی نیز استفاده شود. چیلرها بر اساس نوع سیکل کاری یا تراکمی هستند و یا چذبی که هر کدام نقاط قوت و ضعفی دارند که مهندسان مکانیک باید با بررسی دقیق شرایط پروژه بهترین نوع چیلر را برای هدف خود انتخاب کنند.
منابع :
Carrier company
York company
Araner company
Gold man energy
Tahviehnegar
Wikipedia
