مقالات
در حال خواندن
سیکل های تبرید
0

سیکل های تبرید

توسط میلاد سکاکی۱۰ خرداد, ۱۳۹۶

صنعت تبرید از حفر چاه های تاریک و عمیق شروع شده تا صنعت پیشرفته امروز مانند یخجال ها با اثر سرمایشی بالا و… .زمانی از صنعت تبرید فقط برای تهیه یخ استفاده می‌شد ولی امروزه برای تهیه و نگهداری مواد غذایی به طور مؤثر و در عملیات صنعتی و تهویه مطبوع برای خنک سازی در سطح وسیعی از تبرید استفاده می‌شود.کاربرد تبرید در رشته‌های مختلف صنعتی و زندگی موجودات زیاد بوده ولی به طور خلاصه می‌توان آن را به چهار دسته تقسیم کرد:

  • – در تهیه و نگهداری مواد غذایی
  • – در صنایع شیمیایی
  • – در دستگاه‌های سرد کننده خانگی و صنعتی
  • – در تهویه مطبوع و تهویه صنعتی

تبرید (Refrigeration)  قلب اصلی تولید سرمایش است. ۴ فرایند در یک سیکل تبرید وجود دارد که در شکل زیر و در ادامه به شرح آ« میپردازیم:

  1. کمپرسور قلب سیستم تبرید است که با فشار مبرد را وارد سیستم می کند و مبرد پرفشار حرارت اطراف کندانسور را می گیرد. سیال مبرد قبل از این مرحله گازی کم فشار است.
  2. در کندانسور مبرد با دما و فشار بالا حرارت خود را به محیط می دهد و خنک می شود و تبدیل به مایع متراکم با فشار بالا می گردد.
  3. مایع متراکم پس از عبور از شیر انبساط، فشارش کم شده و درجه حرارتش پایین می آید.
  4. مبرد فشار پایین به اواپراتور رفته جایی که گرمای آب اواپراتور را جذب کرده و اطراف آن را خنک می کند در نتیجه به گازی کم فشار تبدیل می شود. این گاز کم فشار مجدد وارد کمپرسور شده و چرخه ادامه دارد.

به طور کلی در کلیه سیستم‌های عملی تبرید ، حفظ سرما مستلزم گرفتن حرارت از موادی با درجه حرارت پایین‌تر و خارج کردن این حرارت به محیطی با درجه حرارت بالاتر می‌باشد یا به عبارت دیگر به هر تحولی که در آن حرارت گرفته میشود تبرید میگویند.

مراحل بنیادی و اساسی تبرید عبارتند از :

  1. – افزایش درجه حرارت مایع مبرد
  2. تغییر فاز
  3.  انبساط مایع
  4. انبساط گاز ایدال
  5. – تولید خلاء
  6. – انبساط گاز حقیقی
  7. عملیات الکتریکی

در سیستم های تهویه مطبوع، چیلرها از جمله تجهیزات بسیار مهم به شمار میروند. به طور کلی میتوان چیلرها را به دو دسته جذبی و تراکمی تقسیم بندی نمود. چیلرهای تراکمی از انرژی الکتریکی و چیلرهای جذبی از انرژی حرارتی به عنوان منبع اصلی انرژی برای ایجاد سرمایش استفاده می کنند.

سیکل مربوط به چیلرهای تراکمی

سیکل مربوط به چیلرهای تراکمی

چیلرهای تراکمی یک سیکل ساده تبرید با چهار بخش اصلی کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و شیر انبساط میباشد در این نوع خنک کننده کمپرسور انرژی خود را از الکتروموتور دریافت کرده و گاز را از اواپراتور مکیده و دما و فشار آن را به حدی افزایش(عمل تراکم) می‌دهد که بتواند با عامل تقطیر معمولی تقطیر شود سپس این گاز توسط لوله گاز داغ یا تخلیه (Discharge Line)  از خروجی کمپرسور به کندانسور هدایت میشود. گاز فشرده شده در کندانسور به کمک آب یا هوای محیط خنک شده و به مایع تبدیل می شود این مایع فشار بالا وارد مخزن ذخیره مایع (Receiver tank) شده و سپس جریان ثابتی از مایع مورد نیاز وارد لوله مایع (liquid Line) شده و با گذشتن از شیر انبساط (Exp. Valve) فشار آن طوری کاهش یافته که مایع بتواند در دمای پایین مورد نظر با گرفتن گرما از محیط اطراف در اواپراتور تبخیر شده و به گاز فشار پایین تبدیل شود .سپس گاز فشار پایین توسط لوله مکش (Suction Line) مجددا وارد کمپرسور شده و سیکل تکرار می گردد.

چیلر های تراکمی نوع اسکرو، نسل جدید چیلرهای تراکمی به حساب می آیند و مزیت آنها در وجود کمپرسورهای مارپیچی است. کمپرسورهای مارپیچی از نوع کمپرسوهای با جابجایی مثبت هستند و در آنها عمل تراکم گاز با درگیر شدن دو روتور حلزونی که در سیلندری مجهز به مجرای خروجی و ورودی لازم قرار گرفته اند انجام می‌شود که این امر باعث زیر بار رفتن چیلر به صورت تدریجی )با توجه به میزان برودت مورد نیاز(  میشود. صدا و لرزش کم ، راندمان بالاتر، کاهش جریان راه اندازی بسیار پایینتر و داشتن قطعات متحرک کمتر مزیتهای چیلرهای تراکمی با کمپرسور اسکرو نسبت به چیلرهای تراکمی با کمپرسور رفت و برگشتی می باشند. چیلرهای تراکمی با کمپرسور اسکرو دارای ضریب عملکرد بالائی COP=5.2)) بوده که این مسئله در کاهش مصرف انرژی الکتریکی بسیار حائز اهمیت است.

چیلرهای جذبی
ابداع و بکارگیری چیلرهای آبزربشن گازسوز برای اولین بار در ژاپن انجام شده است .در یک تقسیم بندی عمومی می توان چیلرهای جذبی را در دو دسته چیلرهای جذبی آب و آمونیاک و چیلرهای جذبی لیتیوم بروماید و آب طبقه بندی نمود. در واقع در هر سیکل تبرید جذبی، یک سیال نقش جاذب و یک سیال مبرد وجود دارد که تقسیم بندی فوق بر این مبنا انجام شده است .در سیستم آب و آمونیاک، سیال مبرد آمونیاک و سیال جاذب آب است. در سیستم لیتیوم بروماید و آب، سیال مبرد آب و سیال جاذب، محلول لیتیوم بروماید است .

در یک تقسیم بندی عمومی دیگر  می توان چیلرهای جذبی را در دو دسته چیلرهای جذبی تک و دو اثره تقسیم کرد.

  • 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.-

  • 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.

در این قسمت سیکل چیلر جذبی دو اثره با جاذب لیتیوم بروماید تشریح میگردد.

سیکل مربوط به چیلرهای جذبی تک اثره و دو اثره

سیکل مربوط به چیلرهای جذبی تک اثره و دو اثره

چیلرهای جذبی دو اثره از چهار قسمت اصلی اواپراتور ، جذب کننده ، ژنراتور و کندانسور تشکیل گردیده است.

ژنراتور چیلرها دو اثره از دو ژنراتور دما بالا و دما پایین تشکیل شده است. استفاده از دو ژنراتور دما بالا و دما پایین باعث افزایش ضریب عملکرد ( COP ) از ۶/۰ الی ۸/۰ به ۱ الی ۲/۱ میشود. مایع مبرد (آب) در قسمت اواپراتور تبخیر شده و باعث سرد شدن محیط اطراف میگردد بخار خارج شده از اواپراتور در جذب کننده توسط محلول غلیظ لیتیوم بروماید جذب می گردد و محلول با جذب آب رقیق گشته و توسط پمپ کوچکی به قسمت فوقانی چیلر یعنی ژنراتور منتقل میگردد. در ژنراتور دو اثره تغلیظ محلول لیتیوم بروماید رقیق در دو مرحله صورت می گیرد. در مرحله اول در ژنراتور دما بالا محلول لیتیوم بروماید رقیق داغ شده و آب آن تبخیر میگردد و در مرحله دوم در ژنراتور دما پایین با استفاده از بخار آب حاصل از محلول لیتیوم بروماید رقیق در ژنراتور دما بالا، تغلیظ بخشی دیگر از محلول لیتیوم بروماید انجام می شود سپس لیتیوم بروماید غلیظ شده به قسمت جذب کننده بازگشت داده می شود. بخارات آب تبخیر شده در ژنراتور توسط لوله های کندانسور تقطیر گشته و پس ازعبور از شیر انبساط مجدداً وارد اواپراتور شده و سیکل تکرار میشود.

مقایسه چیلر تراکمی و جذبی
چیلرهای جذبی از بعضی لحاظ شبیه چیلرهای تراکمی عمل می کنند که مهمترین این شباهتها عبارتند از :

  1.  در اواپراتور از گرمای محیط اطراف برای تبخیر مبرد در فشار پایین استفاده می گردد.
  2.  گاز مبرد فشار پایین از اواپراتور گرفته شده و گاز مبرد فشار بالا به کندانسور فرستاده می شود.
  3.  گاز مبرد در کندانسور تقطیر می گردد.
  4.  مبرد در یک سیکل همواره در گردش است.

تفاوتهای اصلی چیلرهای جذبی وتراکمی

  1.  چیلرهای تراکمی برای گردش مبرد از کمپرسوراستفاده می کنند در حالی که چیلرهای جذبی فاقد کمپرسور بوده وبه جای آن از انرژی گرمایی منابع مختلف استفاده کرده و غلظت محلول جاذب را تغییر میدهند ، همچنان که غلظت تغییر می کند، فشار نیز در اجزای مختلف چیلر تغییر می کند .این اختلاف فشار باعث گردش مبرد در سیستم می گردد.
  2. ژنراتور و جذب کننده درچیلرهای جذبی جایگزین کمپرسور در چیلرهای تراکمی شده است.
  3.  درچیلرهای جذبی از یک جاذب استفاده می شود که معمولا آب یا نمک لیتیوم بروماید است.
  4.  مبرد در چیلرهای تراکمی یکی از انواع کلروفلئوروکربن ها یا هالوکلروفلئوروکربن ها است در حالی که در چیلرهای جذبی مبرد معمولا آب یا آمونیاک است.
  5.  چیلرهای تراکمی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی الکتریکی تأمین می کنند در حالی که انرژی ورودی به چیلرهای جذبی از انرژی گرمایی منابع مختلف به ژنراتور تأمین می شود.

مزیت چیلر تراکمی دورانی نسبت به ابزوربشن و چیلرهای رفت و برگشتی

  1. هزینه سرمایه گذاری اولیه حدوداً ۳۳ % ابزوربشن می باشد.
  2. راندمان بالاتر حدود ۲۵% نسبت به راندمان چیلرهای تراکمی با کمپرسور رفت و برگشتی و حدود ۴۰۰% راندمان بالاتر نسبت به ابزوربشن .
  3.  جریان راه اندازی بسیار پایین تر ( حدود ۵۰% ) نسبت به چیلر ها با کمپرسور رفت و برگشتی
  4. کاهش مصرف انرژی در هنگام کنترل ظرفیت.
  5. میزان حجم آب مصرفی در برج حدود نصف میزان آب مورد نیاز در چیلرهای ابزوربشن و حدود ۲۰% کمتر از چیلر تراکمی رفت و برگشتی می باشد که نتیجتاً تبخیر کاهش یافته و حجم رسوب گذاری نیز به همین نسبت کاهش خواهد یافت .
  6. دوره های اسید شویی کندانسور هر سه سال می باشد ولی در چیلرهای ابزوربشن هر سال تقریباٌ بایستی انجام شود که خود در فرسوده شدن سریع سیستم بسیار حائز اهمیت است .
  7. در تابستان نیاز به روشن شدن بویلر نمی باشد که این امر خود در طولانی ساختن عمر بویلر و سختی گیر های آبی و سایر تجهیزات بسیار حائز اهمیت است و به شدت هزینه های جاری را کاهش می دهد.
  8. عدم نیاز به تهیه آب DM جهت تولید بخار که بسیار پرهزینه می باشد.
  9.  تعمیرات احتمالی آن بسیار آسان تر و سریع تر صورت می گیرد و تمامی قطعات آن حتی اواپراتور و کندانسور نیز قابل تهیه و تعویض می باشد.
  10. به هیچ وجه احتیاج به اپراتور ندارد و فقط در ابتدای فصل روشن و در انتهای فصل خاموش می شود تمامی عملیات بصورت کاملاً اتوماتیک صورت خواهد گرفت.
  11.  این چیلر ها هوشمند در کنترل ظرفیت و در حفاظت از خود می باشد.
  12. دارای حجم کوچک ولی پرتوان و کارا .
  13.  قابل اتصال به سیستم BMS می باشد.
  14. چیلرهای تراکمی اسکرو ظرفیت اسمی و واقعی بسیار نزدیک دارند و بطور مثال در چیلر اسکرو به ظرفیت اسمی ۱۰۰ تن حداقل ۹۵ تن تبرید تولید می نماید.
  15. گارانتی کامل چیلرهای شرکت شامل ۵ سال برای کمپرسور، یک سال برای تجهیزات مکانیکی ویک سال برای سایر تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی.
  16.  عمر بسیار طولانی تر نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی (حدوداً ۷ برابر) ، بیشتر یا حداقل معادل نسبت به ابزوربشن.
  17. با هزینه جاری کمتر و یا حداکثر معادل با ابزوربشن.
  18.  با توجه به عدم استفاده تمام واحدها از سیستم تهویه در فصل تابستان بعلت مسافرت و . . . این دستگاه با سیستم کنترل ظرفیت کاملاً هوشمند و پیوسته از  ۲۵% تا ۱۰۰% به طور اتوماتیک با بار مورد نیاز هماهنگ شده و مصرف انرژی نیز به همان نسبت کم یا زیاد می شود.
  19.  با صدا و لرزش بسیار کمتر نسبت به چیلرهای تراکمی رفت و برگشتی .
  20.  مجهز به صفحه نمایشگر جهت ارائه وضعیت کاری چیلر (دمای ورود و خروج آب چیلر و آب برج خنک کننده  و …)

 

واکنش شما چیست؟
I like it
73%
interested
27%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی

دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید