کتاب- چیلر و انواع آن- در 80 صفحه

دسته بندي : فنی و مهندسی » مکانیک


چیلر (به انگلیسی: Chiller) دستگاهی است که حرارت را از مایع (معمولاً آب) بر اساس سیکل تبرید تراکم بخار و یا جذبی می‌زداید. این مایع می‌تواند برای خنک کاری هوا و یا دستگاه‌هااستفاده شود که معمولاً به صورت سیکل و درون یک مبدل حرارتی جریان دارد. به عنوان یک محصول جانبی مهم، حرارتی که از مایع جذب شده یا باید به محیط خارج دفع شود یا برای کارایی‌های بالاتر برای مقاصد گرمایی استفاده شود. نگرانی‌هایی در مورد طراحی و انتخاب چیلرها وجود دارد. این نگرانی‌ها شامل، کارایی، بازده، تعمیر و نگهداری، آسیب پذیری‌های محیطی است.
انواع چیلرها

چیلرها به دو دسته چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی تقسیم می‌شوند. شکل دیگر تقسیم بندی چیلرها بر اساس شکل خنک شدن ماده مبرد است که به سه دسته آب خنک، هوا خنک وتبخیری تقسیم بندی می‌شوند.

چیلرهای تراکمی با استفاده از انرژی الکتریکی و چیلرهای جذبی با استفاده از انرژی حرارتی باعث ایجاد برودت و سرما می‌شوند.

چیلر تراکمی

در چیلرهای تراکمی گاز ابتدا توسط کمپرسور، متراکم می‌گردد. این گاز سپس به کندانسور وارد شده توسط آب یا هوای محیط، خنک شده و به مایع تبدیل می‌گردد این مایع با عبور از شیر انبساط یالوله موئین وارد خنک‌کننده (اواپراتور) می‌شود که در فشار کمتری قرار دارداین کاهش فشار باعث تبخیر مایع گردیده و در نتیجه مایع سردکننده با گرفتن حرارت نهان تبخیر خود از محیط خنک‌کننده، باعث ایجاد برودت در موادی که با قسمت خنک‌کننده در ارتباطند می‌گردد. سپس گاز ناشی از تبخیر، به کمپرسور منتقل می‌شود.
با عبور بخار با سرعت در یک مسیر هوای کندانسور مکیده می‌شود. خلاء در کندانسور به علت تبدیل بخار به اب و اختلاف حجم بین بخار و اب ایجاد می‌گردد

انواع چیلر تراکمی

چیلر تراکمی رفت و برگشتی
چیلر تراکمی اسکرو
چیلرهای تراکمی اسکرال Scroll
سانتریفیوژ
کنترل کننده‌های فشار در چیلر تراکمی

کنترل فشار بالا و پایین
این وسیله جهت کنترل کردن فشار دستگاه می‌باشد، دو لوله موئین در این کنترل وجود دارد که لوله LP را به قسمت مکش کمپرسور متصل کرده و لوله HP را به قسمت فشار بالا.
در سیستم چیلر کمپرسور باید با فشار مکش و دهش معینی کار کند. هرگاه از این فشار کمتر یا بیشتر شود این کنترل عمل کرده و دستگاه را خاموش می‌کند. کنترل فشار بالا و پایین قابل تنظیم می‌باشد.
در چیلر تراکمی با کندانسور آبی معمولاً فشار پایین را روی ۳۰ psi و فشار بالا را روی psi ۲۲۰ و با کندانسور هوایی فشار پایین را روی ۴۰ و فشار بالا را روی ۲۵۰ psi می‌توان تنظیم کرد.
اگر کمپرسور بر اثر فشار بالا قطع شود باید از سیستم رفع عیب شده و کلید ریست را فشار دهیم ولی اگر بر اثر فشار پایین قطع شود دوباره بر اثر افزایش گاز دستگاه روشن می‌شود.

کنترل فشار روغن
این وسیله جهت کنترل کردن مداوم فشار روغن کمپرسور می‌باشد. اگر در کمپرسور فشار روغن نباشد باعث صدمه دیدن آن می‌شود. کنترل روغن دارای دو لوله موئین می‌باشد که یکی از آنها به قسمت ساکشن (مکش) کمپرسور و دیگری به قسمت فشار روغن کمپرسور متصل می‌شود. بین فشار مکش کمپرسور و فشار روغن باید حداقل ۱۰ psi فشار باشد در غیر این صورت کنترل روغن فرمان قطع می‌دهد. هنگامی که کنترل روغن احساس کند که فشار زیر ۱۰ psi است یک هیتر درداخل کنترل روغن شروع به گرم شدن می‌شود و پس از تقریباً ۹۰ ثانیه حرارت هیتر باعث قطع شدن جریان شده و کمپرسور خاموش می‌شود.
ساختمان چیلر تراکمی
الکتروموتور: میل لنگکمپرسور را به حرکت در می‌آورد حرکت دورانی میل لنگ باعث حرکت رفت وبرگشت پیستون در داخل سیلندر می‌گردد در نتیجه گاز مبرد در کمپرسور متراکم می‌شود.
کوپلینگ: جفت کننده محور الکترو موتور با محور میل لنگ کمپرسور است.
کمپرسور: گاز خروجیاز اواپراتور را متراکم کرده وارد کندانسور می‌کند.
لوله رانش: گاز خروجی از کمپرسور را به کندانسور هدایت می‌کند.
کندانسور: کندانسور این چیلر از نوع پوسته و لوله است در داخل پوسته گازمبرد و در داخل لوله‌ها آب خنک جریان دارد. گاز داغ و متراکم توسط لوله وارد پوسته کندانسور می‌شود. به علت تماس با لوله‌های مسی حاوی آب خنک، خنک شده به مایع تبدیل می‌شود و از پایین از طریق لوله خارج می‌شود. آب جریانی از طریق لوله وارد کندانسور شده واز طریق لوله خارج می‌شود. آب خروجی از کندانسور به برج خنک کنهدایت می‌شود تا پس از خنک شدن دوباره به کندانسور برگردد.
لوله خروج مایع مبرد از کندانسور
شیر سرویس کندانسور: برای بستن لولهخروج مبرد از کندانسور در مواقع سرویس و تعمیرات و توقف طولانی دستگاه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شیر تغذیه ماده مبرد: برای شارژ سیستم استفاده می‌شود.
فیلتر درایر یا صافی رطوبت گیر: وجود مواد جامد و رطوبت در دستگاه تبرید موجب بروز اشکالاتی می‌گردد که برای جلوگیری آن از وسیله‌ای به نام فیلتر برای گرفتن مواد جامد و درایر برای گرفتن رطوبت موجود در سیستم استفاده می‌شود.
شیر برقی: که در صورت وصل بودن جریان الکتریکیمسیر عبور مایع مبرد را باز نگه می‌دارد این شیر برقی از ترموستات فرمان می‌گیرد.
شیشه رویت یا سایت گلاس: میزان تغذیه ماده مبرد در سیستم و همچنین وجود رطوبت بیش از حد را در سیستم مشخص می‌نماید.
اواپراتور: ماده مبرد پس از عبور از شیر انبساط وارد اواپراتور چیلر می‌شود ودر داخل لوله‌های مسی تبخیر شده و به صورت بخار از اواپراتور خارج می‌شود. تبخیر در اواپراتورباعث سرد شدن آب جریانی در پوسته می‌گردد. آب سرد شده از محل بطرف هواساز و فن کویلها جریان می‌یابد و در برگشت از هواسازیا فن کویلها از محل وارد اوپراتور چیلر می‌شود.
شیر انبساط ترموستاتیک: که از دمای گاز خروجی از اواپراتور تأثیر گرفته مقدار مادهمبرد ورودی به اواپراتور را تنظیم می‌نماید.
لوله مکش: که گاز خروجی از اواپراتور از طریق لوله وارد قسمت مکش کمپرسور می‌گردد.
تابلو وسایل اندازه‌گیری و کنترل فشار: که مانومترهای فشار زیاد و فشارکم کنترل فشار کم و زیاد و منترل فشار روغن روی آن نصب شده‌اند.[۱]

اصول کار چیلر تراکمی
اصول کار چیلر تراکمی بدین شکل می‌باشد که سیال مبرد وارد لوله‌ها یا به اصطلاح تبخیر کننده که در داخل اتاق یا محلی که می‌خواهیم سرد کنیم می‌شود گرما از هوای اتاق به سیال مبرد داده می‌شود و سیال در نتیجه گرفتن گرما تبخیر می‌شود و در عوض درجه حرارت اتاق پایین می‌آید و دارای شرایط زیر باشد:
دمای آب رفتبرج خنک کن بایستی ۲۸ درجه سانتیگراد باشد.
دمای آب برگشت برج خنک کن بایستی ۵ درجه سانتیگراد با رفت اختلاف داشته باشد.
فشار گاز فریون در مکش چیلر تراکمی بایستی ۴۵ تا ۷۵ پیاسآی ورانش ۲۰۰ تا ۲۶۰ پیاسآی باشد با کندانسور آبی.
هنگامی که می‌خواهیم گاز تزریق کنیم بایستی شیر سرویس آن را ببندیم.
در حالت کارکرد چیلر تمامی شیرهای آن بایستی باز باشد. مکش - رانش - مایع.
برای روشن کردن چیلر ابتدا فن برج سپس پمپ فن کوئل و بعد از آن پمپ برج را روشن می‌کنیم.
برای وکیوم کردن چیلر بایستی چیلر خاموش باشد.
برای روغن زدن هم بایستس دستگاه خاموش باشد.
فشار روغن حداقل PSi 20 بیشتر از درجه فشار مکش باشد.
سطح شیشه نشان دهنده مایع مبرد باید صاف و بدون حالت کف زدگی باشد.
روغن داخل کمپرسور حدود ۱/۲ سطح شیشه روغن نما باشد و اگر از ۱/۴ سطح شیشه کمتر باشد روغن لازم را تأمین کنید.
مقدار اسید برای هر ظرفیت چیلر معادل ۱/۵ کیلوگرم پیشنهاد می‌شود.
از گیج قرمز برای فشار زیاد و تست ازت استفاده می‌شود.
از گیج آبی (یا سبز) برای فشار کم و وکیوم کردن دستگاه چیلر استفاده می‌شود.
در کنار دریا فشار وکیوم بایستس ۱٫۲۹ اینچ جیوه باشد و در تهران ۲۷ اینچ جیوه.
چیلر جذبی
در چیلرهای جذبی برخلاف چیلرهای تراکمی از جذب کننده (Absorber) و مولد حرارتی (ژنراتور) بجای کمپرسور استفاده می‌گردد. عمومی‌ترین خنک‌کننده در چیلرهای جذبی سیستم برمید لیتیم(لیتیوم برماید) است. در این سیستم، در قسمت جذب کننده، بخار آب توسط لیتیوم برماید غلیظ جذب شده و در قسمت مولد حرارتی، آب بر اثر حرارت تبدیل به بخار می‌شود. بخار آب در کندانسور که دارای فشار ۱/۰ اتمسفر است به حالت مایع در می‌آیدو سپس در خنک‌کننده که تحت فشار ۰۱/۰ اتمسفر دوباره به بخار تبدیل می‌گردد و آب برای اینکه تبخیر گردد گرمای نهان خود رااز محیط خنک‌کننده می‌گیرد و باعث ایجاد برودت می‌گردد سپس بخار آب ایجاد شده در خنک‌کننده به جذب کننده منتقل می‌گردد و دوباره این چرخه تکرار می‌شود.
انواع چیلر جذبی[ویرایش]
۱- گروه تک اثره (Single effect)
که خود به سه دسته چیلرهای تک اثره با تغذیه بخار، تک اثره با تغذیه آب داغ (دمای بالای ۱۰۰ درجه سانتیگراد) و تک اثره با تغذیه آب گرم (دمای زیر۱۰۰ درجه سانتیگراد) تقسیم می‌شوند که نحوه کار آنها مشابه بوده و همگی دارای حداقل یک مولد حرارتی می‌باشند.
۲- گروه دو اثره (Double effect)
که به دو دسته دو اثره با تغذیه بخار و دو اثره با شعله مستقیم طبقه‌بندی می‌شوند. این چیلرها، جز نسل جدید چیلرهای جذبی بوده و دارای سیکل تبرید کاملتری نسبت به چیلرهای جذبی تک اثره‌است.
انواع چیلر
چیلر : به دستگاه تولید برودت بر اساس عکس چرخه رانکین، چیلر گفته می شود. در این دستگاه مبرد چهار مرحله افزایش فشار (compress)، حرارت دهی و میعان (condense)، کاهش فشار (expansion) و حرارت گیری و تبخیر (evaporation) را در یک چرخه طی می نماید. به این صورت که مبرد مایع در فشار پایین حرارت را از محیط سرد در اواپراتور گرفته و بخار می شود، بخار تولید شده توسط مرحله افزایش فشار به فشار و دمای بالاتر می رسد، حرارت در این مرحله از بخار داغ گرفته شده و مبرد پس از طی نمودن مرحله اختناق به صورت مایع برای بازگشت به اواپراتور آماده می شود.
1- مرحله افزایش فشار (کمپرس):
این مرحله به دو صورت رخ می دهد که بر اساس آن چیلرها نیز به دو دسته کلی تراکمی یا جذبی طبقه بندی می شوند.
چیلرهای تراکمی:
در این نوع چیلرها وظیفه افزایش فشار مبرد بر عهده کمپرسور می باشد. کمپرسور مبرد بخار شده در مرحله حرارت گیری (اواپراتور) را متراکم کرده و وارد مرحله حرارت دهی (کندانسور) می نماید.
این چیلرها که منبع تغذیه آنها برق است، دارای بازده (COP) بالایی بوده و معمولا 4 تا 7 برابر انرژی الکتریکی وارد شده به دستگاه را از منبع سرد (اواپراتور) و به منبع گرم (کندانسور) تحویل می دهند. این چیلرها بر اساس نوع کمپرسور به انواع رفت و برگشتی، اسکرو، اسکرال و سانتریفیوژ تقسیم بندی می شوند که تفاوت آنها در یک مقاله مجزا قابل بحث است.

چیلرهای جذبی:
تفاوت این چیلرها با چیلرهای تراکمی در مرحله افزایش فشار می باشد. در این چیلرها مبرد پس از اواپراتور، در قسمتی به نام ابزربر (absorber)، جذب یک ماده دیگر در فاز مایع به عنوان جاذب می شوند و حرارت تولید می نماید. (البته این حرارت توسط یک سیکل دیگر از سیستم دفع شده و تاثیر بسزایی در کارکرد سیکل کلی ندارد.) در این حالت مایع به فشار بالاتر پمپ می شود و با گرفتن حرارت در فشار بالاتر از جاذب خود رها شده به کندانسور وارد می شود. چرخه جاذب نیز توسط یک شیر اختناق کامل شده جاذب رقیق شده برای جذب مجدد مبرد به ابزربر برگشت داده می شود. این چیلرها به دلیل افزایش فشار به وسیله پمپ برق زیادی مصرف نمی کنند (در مقابل کمپرسور در چیلرهای تراکمی) و مصرف انرژی اصلی آنها حرارتی است که باید به جاذب در ژنراتور (generator) داده شود تا مبرد را وارد کندانسور نماید. حرارت مورد نیاز این چیلرها به صورت های مختلف تامین می شود و بر اساس آن، این چیلرها به انواع شعله مستقیم، بخار آب یا آب گرم تقسیم بندی می شوند. که توضیح تفاوت های آنها از حوصله این رساله خارج است.
از مشخصه های این سیستم ها بازده پایین 0.8 تا 1.2 است و معمولا برای مصارفی به کار می روند که برق مورد نیاز چیلر تراکمی مشابه قابل تهیه نباشد. (ظرفیت های بالا) هزینه اولیه بالا و نیاز به تعمیرات و نگهداری از مشخصه های منفی این سیستم است. همچنین به دلیل تولید حرارت در بخش ابزربر این چیلرها نیاز به ظرفیت بالاتری در حرارت دهی که در بخش آینده توضیح داده می شود هستند.
تذکر: می بایست توجه داشت انواع چیلرهای تراکمی گازسوز نیز امروزه در بازار تاسیسات موجود می باشند. این چیلرها را نباید با چیلرهای جذبی اشتباه گرفت. این چیلرها تراکمی بوده و کمپرسور آنها با موتورهای احتراق داخلی یا توربین کار می کنند.  
2- مرحله حرارت دهی به محیط (کندانسور):
در این مرحله مبرد که در فشار بالا و به صورت گاز داغ می باشد توسط یک مبدل انتقال حرارتی گرمای خود را به محیط اطراف می دهد. چیلرها بر اساس این نوع مبدل حرارتی به دو نوع آب خنک و هواخنک طبقه بندی می شوند.
چیلر آب خنک:
در چیلرهای آب خنک در مرحله کندانس حرارت مبرد به یک واسط انتقال حرارت (آب) داده می شود. آب نیز در برج خنک کن حرارت گرفته را به وسیله تبخیر و انتقال جرم به محیط بیرون می دهد.
چیلر هوا خنک:
در چیلرهای هواخنک حرارت مرحله کندانس به صورت مستقیم به هوا داده میشود. از آنجایی که ارزش حرارتی آب بسیار بالاتر از هوا است، چیلرهای هواخنک نیاز به کندانسور بزرگتری دارند که این عامل گرانی این چیلرها را به همراد دارد. همچنین استفاده تمام وقت آنها از فن و بازده پایین تر مرحله کندانس موجب افزایش مصرف این دستگاه ها می باشد. (بازده پایین تر) از این رو این دستگاه ها تنها در مواردی که مشکل کمبود منابع آبی یا بی کیفیت بودن منابع آب وجود دار د و همچنین مناطق بسیار شرجی که تبخیر آب پایین است پیشنهاد می گردند.
3- مرحله کاهش فشار (اختناق):
در این مرحله مبرد میعان یافته در کندانسور از یک شیر انبساط قابل تنظیم عبود نموده برای تبخیر در فشار پایین تر در اواپراتور آماده میشود. شیر انبساط دستگاه ها یک طرفه یا دو طرفه می باشد از این رو سیستم های تبرید به دو دسته کلی تقسیم بندی می شوند.
چیلرهای سرد:
این دستگاه ها دارای شیر انبساط یک طرفه بوده و به این صورت می توانند فقط چرخه رانکین را در یک مسیر انجام دهند مورد استفاده آنها نیز تنها در فصل گرم و برای تولید برودت است.
چیلرهای سرد و گرم (مجهز به هیت پمپ):
این دستگاه ها دارای شیر انبساط دو طرفه بوده و با دارا بودن شیر های سه راه موتوری می توانند جهت سیکل را معکوس کرده به عبارتی جای اواپراتور و کندانسور را تغییر دهند به این صورت در فصل سرد نیز کندانسور دستگاه حرارت خود را به محیط داخل تحویل می دهد و اواپراتور دستگاه حرارت را از بیرون دریافت می نماید.
4- مرحله حرارت گیری (اوپراتور):
چیلرها بنا بر اینکه در اواپراتور آب را خنک می کنند یا هوا را به دو دسته تقسیم می شوند.
چیلر و فن کویل:
در این مرحله ممکن است مبرد گرما را از آب گرفته آن را خنک کند و این آب خنک شده در فن کویل ها موجب کاهش حرارت داخلی ساختمان شده و شرایط آسایش را ایجاد کند
پکیج سقفی:
البته مبرد می تواند حرارت را مستقیم از هوا گرفته و هوای تهویه شده وارد محیط شود که این حالت در پکیج های سقفی ملاحظه میشود.

چیلر جذبی چگونه کار میکند؟
تاریخچه
به جرات می توان گفت که سرمایش جذبی اولین بار با ماده جاذب جامد شناخته شد. مایکل فاراده در سال 1824 میلادی در حین انجام یک سلسله آزمایشات برای تبدیل و شناخت گازهای پایدار با پدیده سرمایش جذبی روبرو شد. او می دانست که پودر کلرید نقره درجذب آب و آمونیاک بسیار موثر عمل می کند. بنابراین برای تعیین پایداری آمونیاک، در یک لوله خمیده کلرید نقره را در مجاورت گاز خشک آمونیاک قرار داد و سر دیگر آن را با آب، سرد کرد. گرما آمونیاک را از مخلوط جدا کرد و آمونیاک جدا شده، در اثر سرمای آب در سر دیگر لوله به صورت مایع جمع آوری شد. فاراده به گرما دادن سر دیگر لوله ادامه داد تا مقدار کافی آمونیاک مایع بدست آورد.