چیلر برگرفته از لغت انگلیسی Chiller در زبان فارسی وارد شده است. چیلر یک دستگاه است که آب سرد تولید می کند و به وسیله این آب سرد می توان فضای داخل ساختمان های مسکونی، اداری یا تجاری را خنک نمود. همچنین از این آب سرد تولید شده در چیلر می توان برای خنک کاری فرآیندهای صنعتی در کارخانه ها نیز استفاده شود.
چیلر به ماشینی گفته می شود که از طریق سیکل تبرید تراکمی یا سیکل تبرید جذبی گرما را از مایع (آب) می گیرد. آب سرد تولید شده در چیلر می تواند به وسیله یک مبدل حرارتی عامل مورد نظر مثل هوا یا آب را خنک کند
دسته بندی انواع چیلر
چیلرها به طور کلی بر اساس نوع سیکل کاری و چگونگی ایجاد آب سرد به دو دسته چیلر تراکمی و جذبی تقسیم می شوند. این دسته بندی در شکل زیر نمایش داده شده است که هر کدام از چیلرها را در ادامه به طور کامل از لحاظ عملکرد و نوع کاربرد آن بررسی می کنیم.
چیلر تراکمی
چیلر تراکمی از متداول ترین محصولات برودتی است که امروزه بسیار رایج شده اند و بله دلیل استفاده از سیکل تبرید تراکمی مجهز به کمپرسور است. چیلر تراکمی از اجزای اصلی زیر تشکیل شده :
- کمپرسور به عنوان متراکم کننده ماده مبرد
- کندانسور یا تقطیر کننده
- اواپراتور
- اکسپنشن ولو
سیکل چیلر تراکمی و نحوه عملکرد آن
با توجه به اجزای اصلی سیکل تبرید تراکمی نحوه عملکرد چیلر تراکمی به قرار زیر است :
مبرد پس از عبور از اکسپنشن ولو با کاهش فشار و دما همراه است و پس از آن وارد اواپراتور می شود. اواپراتور برگرفته از لغت انگلیسی evaporate است و به معنای تبخیر کننده است. چرا تبخیر کننده نام دارد؟ چون مبرد پس از آنم که وارد لوله های آن شد، سیال مورد نظر که قرار است خنک شود با دمای بالاتر (در محیط هایی ماندد خانه یا آپارتمان هوا مد نظر است و در فرآیندهای صنعتی معمولا یک سیالی که قرار است خنک شود مانند آب یا هر مایع دیگری) از روی لوله های اواپراتور عبور داده می شود. گرمای آن به مبرد سرد داده می شود و این گرماگیری سبب تبخیر ماده مبرد می شود. به همین دلیل آن را تبخیر کننده می نامند. اواپراتور یک مبدل حرارتی است که با توجه به اینکه قرار است چه ماده یا جریانی را خنک کنیم نوع آن انتخاب می شود.
پس از آنکه مبرد تبخیر شد وو وارد حالت گازی شکل شد، وارد کمپرسور می شود و وظیفه کمپرسور این است که با فشرده سازی و افزایش فشار گاز مبرد، سبب به حرکت درآمدن آن در طی سیکل تبرید شود. باید توجه کنیم که مبرد به هیچ عنوان در حالت مایع وارد کمپرسور نشود که سبب آسیب دیدن کمپرسور می شود. قیمت کمپرسور در میان همه اجزای چیلر تراکمی بیشتر است و اکثر مهندسان تاسیسات حرارتی و برودتی آن را قلب چیلر می نامند.
سپس گاز مبرد با فشار و دمای بالا وارد کندانسور می شود. کندانسور نیز از عبارت انگلیسی condense به معنای چگالش گرفته شده است. در حقیقت گرمایی که ماده مبرد از ماده مورد نظر ما گرفته است در کندانسور به محیط منتقل می شود. حال اگر به وسیله جریان هوای محیط گرمای مبرد به محیط دفع شود ان را کندانسور هوایی می نامند و اگر به وسیله جریان آب باشد آن را کندانسور آبی می نامند.
به دلیل آنکه گرمای مبرد در کندانسور به محیط منتقل می شود به تدریج از حالت گازی به حالت مایع تبدیل می شود و پس از آن مجدد به شیر اکسپنشن می رسد و تمام مراحلی که تا اینجا توضیح دادیم دو.باره تکرار می شوند
انواع چیلر تراکمی
چیلرهای تراکمی با توجه به نوع کندانسور بکار رفته در آن ها به دو دسته تقسیم می شوند:
- چیلر تراکمی هوا خنک(چیلر هوایی)
- چیلر تراکمی آب خنک(چیلر آبی)
چیلرهای تراکمی بر اساس پارامترهای مختلفی دسته بندی می شود که یکی از مهم ترین آن ها بر اساس نوع کندانسور به کار رفته در آن هاست. اگر در یک چیلر تراکمی از کندانسور هوایی یا هوا خنک استفاده شود با یک چیلر تراکمی هوا خنک(air coled chiller) مواجه هستیم و در صورتی که از یک کندانسور آبی یا آب خنک استفاده شود چیلر تراکمی آب خنک(water coled chiller) یا آبی است.
کندانسور در واقع یک مبدل حرارتی است که گرمای جذب شده توسط آب سرد در اواپراتور را به محیط منتقل می کند. بدیهی است که در چیلر هوایی این انتقال گرما به وسیله هوای محیط انجام می گیرد و در چیلر آبی به وسیله جریان آب صورت می گیرد. به همین دلیل در چیلرهای تراکمی آب خنک ناچار به استفاده از کولینگ تاور یا برج خنک کننده در کنار کندانسور آبی هستیم.
امروزه به دلایل متعددی استفاده از چیلرهای هوا خنک بسیار مرسوم تر شده است
چیلر جذبی
چیلر جذبی بر خلاف نوع تراکمی مجهز به کمپرسور نیست و طبق سیکل دیگر تحت عنوان سیکل تبرید جذبی کار می کند و اینگونه تولید آب سرد را تامین می کند. در چیلرهای جذبی از همان قطعاتی استفاده شده که چیلر تراکمی داراست اما بجای کمپرسور از پمپ، جاذب یا ابزوربر و ژنراتور استفاده شده است.
چیارهای جذبی بر اساس نوع کارکرد به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
- چیلر جذبی تک اثره یا تک مرحله ای
- چیلر جذبی دو اثره یا دو مرحله ای
منظور از اثر یا حالت نوع تعداد مراحل تغلیظ شدن ماده لیتیوم بروماید است که در ادامه بیشتر با آن آشنا می شوید. واحد تغلیظ کننده همان ژنراتور هست و اگر فقط یکی از آن در چیلر جذبی باشد آن را تک اثره و در صورتی که دو ژنراتور استفاده شده باشد آن را چیلر جذبی دو اثره می نامند. در نوع دو اثره یک ژنراتور را دما بالا و دیگری را دما پایین می نامند.
سیکل چیلر جذبی
این سیکل مکانیزم متفاوتی نسبته به سیکل تبرید تراکمی دارد. در نگاه اول ممکن است کمی سخت و مبهم به نظر بیاید اما با دقت بیشتر می توان درک درستی از عملکرد سیکل چیلر جذبی داشته باشیم.
در شکل زیر یک چیلر جذبی تک اثره با شعله مستقیم(دایرکت فایر) را ملاحضه می کنید. روند کار به این صورت است که محلول ترکیبی آب و لیتیوم بروماید(که معمولا آب 60% آن را تشکیل داده) به وسیله پمپ از جاذب یا ابزروبر به طرف ژنراتور جریان می یابد. کار ژنراتور غلیظ نمودن این محلول است. بنابراین به وسیله شعله مستقیم و حرارت به آن انرژی گرمایی وارد می کینم و در نتیجه آب آن بخار می شود و به سمت کندانسور حرکت می کند. لیتیوم بروماید غلیظ شده از انتهای ژنراتور به سمت ابزروبر می آید. بخار آب در کندانسور به مایع یا همان آب تبدیل می شود و از انتهای کندانسور به سمت اواپراتور هدایت می شود. توجه کنید اواپراتور و جاذب در یک پوسته هستند و تحت فشار خلاء یا وکیوم هستند و چون فشار منفی(وکیوم) در آن است سبب می شود جریان مایع آب در دمای پایین تبخیر شود. به همین دلیل در اواپراتور دما پایین می آید و می توانیم آب در دمای محیط را از آن عبور دهیم و تا دمای 6 یا 7 درجه سانتی گراد خنک کنیم. برای توضیح بیشتر سعی می کنیم چیلرهای جذبی را در یک مطلب دیگر به طور کامل توضیح دهیم.
مقایسه چیلر جذبی و تراکمی
یکی از مشکلات همیشگی در زمان خرید چیلر انتخاب چیلر تراکمی یا جذبی است. هر کدام از این دستگاه ها مزایا و معایبی دارند که حتما بایستی توسط مهندسان تاسیسات مکانیکی و برودت صنعتی مشاوره بگیرید. در صورتی که سیستم یا چیلر نامناسب ربای پروزه خود انتخاب کنید به طور حتم ضررهای مالی و اتلاف وقت را در پی خواهد داشت لذا حتما با شرکت های تخصصی تولید کننده چیلر پیش از خرید مشورت کنید.
به طور کلی یک مقایسه بین دو سیستم چیلر تراکمی و جذبی عبارتند از:
- مصرف برق چیلرهای تراکمی به دلیل استفاده از کمپرسور و الکتروموتور بالاتر است
- از طرفی مصرف گاز چیلرهای جذبی بالاست(در صورت استفاده از مشعل گازی)
- عمر مفید چیلرهای جذبی به دلیل کارکرد با لیتیوم بروماید و خوردگی قطعات کمتر است
- صدای چیلرهای جذبی معمولا کتر از نوع تراکمی است
- راندمان یا ضریب عملکرد چیلرهای جذبی کمتر از چیلر تراکمی است
- نگهداری و تعمیرات چیلرهای تراکمی ساده تر از چیلر جذبی است