چیلرها وظیفه خنک کردن آب مورد نیاز سیستم های مختلف سرمایشی را به عهده دارند. آبی که توسط چیلرها خنک می شود در فن کویل ها و یا کویل های آب سرد هواسازها مورد استفاده قرار می گیرد. چیلرها در صنایع مختلف نیز کابرد وسیعی دارند و در هر چرخه صنعتی که نیاز به پایین آوردن دمای آب باشد از چیلر ها استفاده می گردد. چیلرها در تقسیم بندی صنعت تبرید در گروه تهویه مطبوع برای رفاه و آسایش انسانها و در تهویه صنعتی برای سردسازی دستگاه های صنعتی و کارخانه ها مورد استفاده قرار می گیرد.
امروزه صنعت تبرید یکی از بزرگترین رشته های صنایع را تشکیل می دهد. آب پس از جذب گرمای محیط به چیلر باز می گردد و این گردش دائما تکرار می شود. نوع چیلرهایی که مورد بحث است چیلرهایی آبی می باشد. در این نوع چیلر آب به عنوان سیال خنک شونده در اواپراتور و سیال خنک کننده در کندانسور مورد استفاده قرار می گیرد.
انواع چیلر
در صنعت تهویه مطبوع وتبرید کشور ایران چهار نوع چیلر تولید و مورد استفاده قرار می گیرد که عبارتند از:
1- چیلرهای نوع کمپرسور رفت و برگشتی(ضربه ای)
2- چیلرهای نوع کمپرسور حلزونی(اسکرال)
3- چیلرهای نوع کمپرسور دورانی پیچی (اسکرو)
4- چیلرهای نوع جذبی (آبزوربشن)
ماده مبرد
در کلیه سیستم های سرد کننده تراکمی از وجود یک ماده مبرد (ماده سرمازا) در یک مدار بسته (سیکل) و نفوذناپذیراستفاده می شود. در این سیستم هاعمل سرد کردن به طور پیوسته و متوالی انجام می گیرد. ماده مبرد در یک قسمت از سیکل تراکمی حرارت محیط خود را جذب کرده (اواپراتور) و در قسمت دیگر آن را دفع می کند (کندانسور).
به طور کلی یک ماده مبرد بایستی نیازهای زیر را تامین نماید:
1- در درجات دمای عادی کارکرد دستگاه به سادگی قادر به جذب و دفع حرارت باشد.
2- به منظور تولید سرمای مداوم و با رعایت مسئله اقتصادی، این ماده سال ها باید پایدار بوده و دوام داشته باشد.
3- در صورت نشت ماده مبرد به بیرون از سیستم تبرید، نباید خطر صدمات جانی، آتش سوزی یا آسیب به لوازم دیگر وجود داشته باشد.
انواع مبردها
در صنعت تبرید تعداد زیادی مواد مبرد وجود دارد، که تنها تعدادی از آنها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی مواد مبرد به شکل زیر طبقه بندی شده اند:
- کلروفلوروکربن(CFC): این مبردها حاوی کلر هستند و به دلیل آثارمخربی که روی محیط زیست دارند از دهه 90 دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرند مانند مبردهای R-11وR-12وR-115
- هیدروکلروفلوروکربن(HCFC): مبردهای HCFC به عنوان جایگزین موقت مبردهای CFC تا سال 2030 در نظر گرفته شده اند. این مواد در مقایسه با مبردهای CFC دارای مقدار کلر کمتری هستند. یعنی اثرات تخریب آنها روی لایه ازن کمتر است. مبردهای R-22و R-123وR-124 از جمله HCFC ها هستند.
- هیدروفلورو کربن ها (HFC): این مبردها به دلیل عدم وجود کلر هیچ صدمه ای از انتشار آنها به لایه ازن وارد نمی شود.
در جدول زیر مبردهای جدید که جایگزین مبردهای مخرب لایه ازن شده است نشان داده شده است
جدول (1) مبردهای جایگزین در سیستم تبرید
کندانسور
همان گونه که در سیکل تراکمی تبخیری گفته شد کمپرسور، گاز داغ تحت فشار را به سمت دستگاهی به نام کندانسور هدایت می کند که در آن ماده مبرد تبدیل به مایع می گردد. کندانسور یا دستگاه تقطیر که در چیلرهای آبی و بسیاری از دستگاههای سرمایشی دیگر همچون داکت اسپلیت نیز استفاده می شود، دستگاهی است که گاز خروجی از کمپرسور را تقطیر و تبدیل به مایع می کند. این دستگاهها در واقع وسایل انتقال حرارت یا مبدل حرارتی می باشند که در آنها حرارت بخار مبرد داغ از طریق سطوح لوله ها به عامل تقطیر(برج خنک کننده در چیلرهای آبی) منتقل شده و در اثر آن بخار مبرد ابتدا تا دمای اشباع سرد و سپس به مایع تبدیل می گردد. از سالهای دور کندانسور چیلرهای آبی مورد استفاده در صنعت تهویه مطبوع ایران از نوع پوسته و لوله (shell & tube) بوده اند. این کندانسورها از یک مخزن استوانه ای تشکیل شده که در آن لوله های مسی قرار دارند. این لوله ها از دو طرف به تیوپ شیت (صفحات سوراخ دار) پرچ شده اند. در کندانسورهای آبی در داخل لوله مسی ، آب برج خنک کننده جریان دارد و مبرد که در اطراف این لوله ها وجود دارد سرد می شود. گاز گرمی که از قسمت بالای کندانسور وارد شده و چون تحت فشار است به محیط سرد (لوله های مسی) برخورد کرده و مایع شده و در پایین کندانسور جمع می شود. مایع از طریق لوله مدار مایع به سمت شیر انبساط هدایت می شود. در کندانسورهای آبی لوله های مسی برای ایجاد سطح انتقال حرارت بیشتر، فین (مکانیکی ایجاد پره با عملیات سرد بدون براده برداری) زده می شود.
در کندانسورهای آبی، آب برج خنک کننده از قسمت زیرین قالپاق کندانسور وارد و از قسمت بالای آن خارج می شود. آب به برج خنک کننده هدایت شده و دوباره توسط پمپ به کندانسور بر می گردد و این گردش آب بین کندانسور و برج خنک کننده ادامه می یابد. مزیت کندانسورهای پوسته و لوله در مقایسه با انواع دیگر کندانسورها سادگی و آسان بودن ساخت آنها است باعث رواج استفاده از این نوع کندانسور در چیلرهای آبی تولید کشور ایران شده است. تنها مشکل کندانسورهای آبی، رسوب املاح آب در داخل لوله های مسی است که باعث بالا رفتن فشار رانش کمپرسور می گردد. این مساله امروزه با روشهای نوآورانه برطرف گردیده است.
اوپراتور چیلر
اوپراتور یا تبخیر کننده یکی دیگر از بخش های اصلی یک سیستم چیلر می باشد که کارکرد آن جذب گرمای آب وارد شده به چیلر و انتقال آن به مبرد در حال تبخیر است. مبرد پس از تبخیر کامل به سمت کمپرسور جریان می یابد. انواع متنوعی از اوپراتورها در صنعت سرمایشی تولید می شود که بسته به کاربرد ویژگی های خاص خود را دارند. لیکن در ایران به طور کلی دو نوع اوپراتور رایج است که شامل: اوپراتور پوسته و لوله یا Shell & Tube و اوپراتورهای پلیتی یا Plate Heat Exchanger هستند.
اوپراتور پوسته و لوله (Shell & Tube)
این دسته از اوپراتورها از یک مخزن استوانه شکل تشکیل شده که در درون آن لوله های مسی قرار گرفته و از هر دو سو به بدنۀ لوله (Tube Sheet) پرچ شده اند تا در صورت نیاز امکان جایگزین کردن لوله های مسی وجود داشته باشد. در درون این لوله ها مادۀ سردکننده (مبرد) و در پیرامون آن ها جریان آب قرار دارد. تبخیر مبرد در درون لوله های مسی گرمای آب را از طریق دیواره بیرونی لوله های مسی جذب کرده و آن را سرد می کند. در درون پوسته صفحه هایی به نام Baffles وجود دارد که چهار کارکرد اصلی به شرح زیر دارند:
1- ثابت نگه داشتن لوله های مسی در جای خود در حین کار کردن مبدل حرارتی
2- گرفتن لرزش ناشی از جریان جریان یافتن سیال درون لوله ها
3- ایجاد حرکت مارپیچ و عمود بر جهت استقرار کلی لوله ها برای دست یافتن به بیشترین میزان تبادل حرارتی
4- افزایش کارآیی انتقال گرما از طریق تولید جریان متلاطم
همچنین، برای بهینه کردن انتقال گرما، ستاره آلومینیومی در درون لوله های مسی قرار داده می شود تا سطح تماس و در نتیجه سطح انتقال حرارت بیشتر شده و کارآیی کلی سیستم بهبود یاد. برای جلوگیری از جابجایی ستاره آلومینیومی در درون لوله در هنگام ساخت، یک غلتک از روی آنها عبور داده تا محکم به دیواره داخلی لوله ها بچسبد.
اوپراتور صفحه ای یا پلیتی (Plate Heat Exchanger)
این اوپراتورها بیشتر در صنایع غذایی استفاده شده و در سالهای اخیر وارد ایران شده اند. ضریب انتقال حرارتی این نوع اوپراتورها بین 2 تا 4 برابر مبدل های پوسته و لوله است. این افزایش کارآیی در نتیجه تلاطم بالاتر جریان در آنها است. هر دو سیال سرد و گرم در مبدل های پلیتی از کانال های پر پیچ و خم بسیار نازک در بین صفحه های مجاور عبور می کنند. به همین دلیل، ضریب جرم گرفتگی مورد استفاده در طراحی مبدل های پلیتی به مراتب کمتر از ضرایبی هستند که در اوپراتورهای پوسته و لوله بکار می رود. در چیلرهای تولیدی ایران غالبا از انواعی از مدل های اوپراتورهای معروف به CBE ساخت شرکت SWEP استفاده می شود
