چیلر

چیلر

چیلر دستگاهی است که از طریق یکی از سیکل‌های تبرید و مبدل‌های حرارتی، گرما را از یک مایع جذب کرده و برای خنک کردن تجهیزات یا جریان‌های فرآیندی مورد استفاده قرار می گیرد.

سرمایش یا تبرید، فرآیندی است که شرایطی را برای کاهش دمای یک محیط یا ماده فراهم می کند. به عبارت دیگر تبرید به معنای انتقال گرما از یک محیط با دمای پایین‌تر به یک محیط با دمای بالاتر است. این تعریف اساساً مبنای صنعت تهویه مطبوع را شکل می دهد.

در گذشته سرمایش از طریق نگهداری یخ و برف فشرده، در محفظه‌های مخصوص تأمین می شد. نزدیک به 200 سال پیش، مایکل فارادی با انجام مجموعه‌ای از آزمایش‌ها مبنایی برای کار ماشین‌های جذبی ارائه داد. اولین ماشین تبرید دستی بر این مبنا در انگلیس ساخته شد و تحولی در صنعت تبرید بوجود آورد. بعدها سیکل جذبی با استفاده از آمونیاک به عنوان ماده جاذب و آب به عنوان مبرد توسط فردیناند کاره مورداستفاده قرار گرفت که مبنای اولین چیلر جذبی بود.

از مهم‌ترین الزامات هر ساختمانی و به عبارتی قلب تپنده آن، سیستم تهویه مطبوع است. در ساختمان‌های بزرگ این مهم با استفاده از چیلرها انجام می شود. چیلرها گرما را از یک مایع جذب کرده و از طریق چرخه بخار فشرده (Vapor Compression) یا تبرید جذبی (Absorption Refrigeration) این مایع را خنک می کنند. این مایع سپس از یک مبدل حرارتی عبور می کند تا  تجهیزات یا جریان‌های فرآیندی مانند هوا یا آب را خنک کند. گرمای تلف شده به عنوان یک محصول جانبی در محیط آزاد شده یا برای فرآیندهای گرمایشی استفاده می شود. عواملی که در طراحی و انتخاب چیلرها مورد توجه قرار می گیرند شامل عملکرد، بازده، تعمیر و نگهداری و اثرات زیست محیطی چرخه عمر محصول است.

چیلرها معمولا به دو نوع اصلی تقسیم می شوند: چیلرجذبی _ چیلر تراکمی .

هرکدام از این چیلرها کاربردهای گسترده‌ای در دستگاه‌های سرد کننده خانگی، تهویه مطبوع و تهویه صنعتی، نگهداری موادغذایی و صنایع شیمیایی دارند.

چیلر تراکمی

در چیلر تراکمی، گاز ابتدا توسط کمپرسور متراکم می‌شود. این گاز سپس به کندانسور وارد شده و توسط آب یا هوای محیط خنک شده و به مایع تبدیل می‌شود. مایع با عبور از شیر انبساط وارد اواپراتور می‌شود که در فشار کمتری قرار دارد. این کاهش فشار باعث تبخیر مایع می شود و مایع سردکننده با گرفتن حرارت نهان تبخیر خود از محیط باعث خنک شدن مواد می شود. گاز حاصل از تبخیر به کمپرسور منتقل می شود و چرخه ادامه می یابد.

اجزای اصلی یک سیکل تبرید تراکمی و نحوه کارکرد آن به شرح زیر است:

- کمپرسور: بخار را از اواپراتور مکیده و دما و فشار آن را به حدی افزایش می دهد که بتواند با عامل تقطیر معمولی تقطیر شود.

- لوله گاز داغ یا تخلیه: بخار پرفشار و با دمای زیاد را از خروجی کمپرسور به کندانسور می رساند.

- کندانسور: سطح تبادل حرارتی لازم برای انتقال حرارت از بخار مبرد گرم به عامل تقطیر را فراهم می نماید. کندانسورها در دسته مبدل‌های حرارتی قرار می گیرند که در آنها حرارت بخار مبرد به عامل تقطیر مثلا هوا یا آب منتقل شده و در اثر آن بخار مبرد ابتدا تا دمای اشباع سرد شده و سپس به مایع تبدیل می شود.

کندانسورها خود به سه قسمت تقسیم می شوند:

1- کندانسور هوایی (هوا خنک)

2- کندانسور آبی (آبی خنک): کندانسورهای دو لوله‌ای، پوسته و کویل، پوسته و لوله

3- کندانسور تبخیری

کندانسورهای هوایی از هوا به عنوان عامل تقطیر استفاده می‌کنند در حالی که کندانسورهای آبی از آب بهره می‌برند. کندانسورهای تبخیری از هر دو عامل هوا و آب استفاده می‌کنند. در کندانسورهای تبخیری دمای هوای عبوری مقداری افزایش می یابد اما تقطیر مبرد عمدتاً از تقطیر آب پاشیده شده بر روی کندانسور حاصل شده و هوا جهت افزایش شدت تبخیر با رفع بخار آب بکار می‌رود. جریان هوا در کندانسورهای هوایی ممکن است به دو صورت جریان طبیعی (کاربرد یخچال‌ها و فریزرهای خانگی) و جریان اجباری (جریان هوا به وسیله فن یا دمنده) باشد.

مخزن ذخیره مایع: تقطیرشده را ذخیره می نماید و جریان ثابتی از مایع موردنیاز را به اواپراتور برقرار میکند.

لوله مایع: مبرد مایع را از مخزن ذخیره به کنترل کننده ماده مبرد میرساند.

شیر انبساط: مقدار مناسبی از مبرد را به اواپراتور میرساند و فشار آن را طوری کاهش می دهد که مایع بتواند در دمای پایین موردنظر تبخیر شود.

اواپراتور: یک مبدل حرارتی است که امکان انتقال انرژی حرارتی مایع به گاز مبرد را فراهم میکند. در طول تغییر حالت مایع به گاز مبرد بدون تغییر دما مقدار زیادی حرارت را جذب می کند.

اواپراتورها از نظر ساختمان به 3 دسته تقسیم و موارد دیگر از مشقات این سه نوع است:

1- پوسته و لوله: معمولا از لوله‌های مسی یا فولادی ساخته می شوند. از این نوع کویل برای سرد کردن مایعات استفاده می شود.

2- صفحه ای: از دو صفحه فلزی که بر روی آن شیارهایی برای عبور مبرد ایجاد شده، ساخته شده است. این نوع اواپراتورها به دلیل امکان شکل پذیری به فرم دلخواه، تولید اقتصادی و سهولت تمیزکردن در یخچال‌ها و فریزرهای خانگی مورد استفاده قرار می گیرد. نوع دیگر، از لوله‌ای واقع بین دو صفحه فلزی تشکیل شده است صفحات در انتها به یکدیگر جوش می شوند. در این اواپراتورها برای ایجاد تماس حرارتی مطلوب بین صفحات و لوله مبرد، فضای بین صفحات را با محلول اتکتیک پر میکنند.

3- اواپراتورهای فین دار: در جاهایی که انتقال حرارت جابجایی اندک باشد برای جبران این کمبود با افزایش سطح تماس از طریق اضافه نمودن پره یا فن، انتقال حرارت را افزایش می دهند.

لوله مکش: بخار کم فشار را از اواپراتور به مکش کمپرسور انتقال می دهد.

انواع چیلر تراکمی

چیلرهای تراکمی براساس نوع کندانسور به دو نوع هوایی (هوا خنک) و آبی (آبی خنک) و سانتریفیوژ تقسیم میشوند. این چیلرها با توجه به نوع کمپرسور به دسته‌های دیگری نیز تقسیم می شوند. متداول‌ترین آنها شامل چیلر اسکرو و چیلر اسکرال است.

چیلر اسکرو

نسل جدیدی از چیلر در صنعت تهویه مطبوع چیلر اسکرو است. وجه تسمیه آن استفاده از کمپرسورهای مارپیچ یا اسکرو است. ویژگی‌های مهم این کمپرسورها شامل قابلیت کنترل ظرفیت، راندمان بالا نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی، جریان راه اندازی پایین، تعداد قطعات کم و ... است.

کمپرسورهای بکار رفته در دستگاه‌های چیلر اسکرو از نوع نیمه بسته و بدون کاسه نمد است که از نوع کمپرسورهایی با جابجایی مثبت هستند. از مزایای این کمپرسورها صدا و ارتعاش کم، ساختار بسیار ساده نسبت به کمپرسورهای پیستونی، جریان یکنواخت مبرد و سیستم روغن کاری مخصوص بدون نیاز به پمپ است.