چیلر ها  از مهمترین سیستم های سرمایشی می باشند که در تمام دنیا در ابعاد مختلف از آن جهت ایجاد سرمایش استفاده می کنند. در این مقاله به معرفی عملکرد چیلر تراکمی می پردازیم.

چیلر  chiller چیست

چیلر chiller در لغت به معنی آب سرد کن می ­باشد که با چیلر دمای یک سیال خنک شونده که عمدتا آب است را به مقدار مورد نظر پایین می­ آورد.آب سرد شده در مصارف صنعتی و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می­ گیرد.

چیلرها در صنایع جهت خنک کاری ماشین آلات، مواد و محصولات و در تهویه مطبوع جهت خنک کردن هوای عبوری از فن کویل و یا هواساز می­ باشد. چیلرها به دو دسته چیلر تراکمی و جذبی تقسیم میشوند.

در چیلر جذبی انرژی مورد مصرفی به صورت حرارت می­باشد، و در چیلر تراکمی مصرف به صورت انرژی الکتریسته می باشد.

درچیلرهای جذبی جهت ایجاد برودت با استفاده از وکیوم و تبخیر مبرد و جذب آن به وسیله ماده جاذب  و احیا آن به وسیله حرارت برودت ایجاد می­گردد. که برای مطالعه آن می توانید مقاله های انواع چیلر جذبی و طرز کار چیلر جذبی را مطالعه بفرمایید.

چیلر تراکمی چیست

چیلر تراکمی مصرف انرژی جهت ایجاد برودت به صورت الکتریکی می­ باشد، که در با توجه به کار کمپرسور این انرژی را مصرف می­ کند. در چیلر تراکمی همانند تمام سیکل تبرید دارای ۴ قطعه اصلی
کمپرسور
کندانسور
شیر انبساط
اواپراتور
می­باشد و مبرد که شریان حرکت سیکل تبرد می­ باشد.

 سیکل تبرید تراکمی

در سیکل تبرید ابتدا  کمپرسور گاز مبرد در سیکل حرکت داده و فشار گاز را افزایش داده لذا گاز مبرد در کندانسور در دمایی که در دسترس است شروع به تقطیر و به مایع SAB
COOL تبدیل می­ شود . و این مایعsub cool  فشار بالا به شیر انبساط می­ رسد. شیر انبساط افت فشار شدید در مسیر مایع ایجاد کرده و لذا در اثر این کاهش فشار باعث کاهش دما نیز می ­شود در اثر این کاهش فشار مقداری از مبرد تبخیر شده و مخلوط گاز و مایع مبرد وارد اواپراتور می­ شود و در اواپراتور سیال خنک شونده که معمولا آب است با انتقال گرمای خود به مبرد مایع، باعث تبخیر مایع مبرد در فشار ثابت می­گردد. آب چیلر نیز چون گرمای زیادی از دست داده است جهت تهویه کویل های فن کویل و هواسازها به چرخش در می ­آید. و مبرد تبخیر شده دوباره وارد کمپرسور شده و سیکل تبرید چیلر را طی می ­کند.

در چیلر تراکمی اساس ایجاد تبرید، تبخیر در اواپراتور می­باشد. در چیلر متناسب با دمای مورد نیاز که معمولا ۲ درجه سانتی گراد می­باشد، تبخیر مبرد انجام می­گردد و فشار ساکشن چیلر براساس این دما نوع مبرد تعیین می گردد. به عنوان مثال در چیلری که مبرد R-22 کار می­کند فشار متناظر با تبخیر چیلر حدود ۶۵-۷۰ Psi می­باشد.

اجزای چیلر تراکمی

سیستم های برودتی دارای اجزا زیر و درشت بسیار می باشند که در ادامه به معرفی اجزای اصلی آن و بررسی انواع آن پرداخته می شود.

کمپرسور COPERESSOR

کمپرسور چیلر قلب اصلی و اولین جزو از اجزای چیلر تراکمی می­ باشد که وظیفه گردش مبرد در سیکل برعهده آن می ­باشد. کمپرسور  را برحسب نیاز در اندازه­ های مختلفی می­سازند. حجم گازی که در کمپرسور چیلر باید متراکم شود بستگی به میزان جابه­ جایی کمپرسور توان موتور الکتریکی کمپرسور تعیین وابعاد آن مشخص می گردد. وظیفه کمپرسور ایجاد جریان مبرد، اختلاف فشار بین قسمت فشار بالا و فشار پایین را ایجاد می­کند. که در اثر همین اختلاف فشار بین سمت فشار قوی و فشار ضعیف باعث ورود مایع از طریق اکسنشن به اواپراتور چیلر می­ باشد.

کمپرسور چیلر از نظر ساختار به چهار دسته زیر تقسیم می­شوند.

• رفت برگشتی Reciprocating
• کمپرسور چرخشی Screw
• کمپرسور دوار و گریزاز مرکز centrifugal
• اسکرال scroll

انواع کمپرسور

کمپرسورهای سیلندر پیستونی

اولین گروه از کمپرسورهای چیلر تراکمی می­ باشد که عملکرد آن بسیار شبیه به موتور ماشین است، مبرد با پیستون در داخل سیلندر قرار گرفته است از طریق حرکت رفت و برگشتی  متراکم می­شود که نیرو از سوی موتور از طریق میل­ لنگ به شاتون و پیستون منتقل می­شود یکی از دو قطعه اصلی در این کمپرسور سوپاپ ساکشن و دیسشارژ است که جریان مبرد وارد کمپرسور می­شود وبعد گذر از الکتروموتور که باعث خنک کاری آن نیز می­شود وارد محفظه کارتر می­شود. در حرکت رو به پایین کمپرسور مبرد وارد محفظه پیستون می­شود وقتی فشار داخل سیلندر با فشار محفظه کمپرسور برابر شد سوپاپ بسته ودر این هنگام پیستون به پایین ترین حد کورس خود رسیده بعد با حرکت به سمت بالا گاز مبرد را فشرده و در نهایت با باز شدن سوپاپ دیسشارژ مبرد از کمپرسور خارج شده دو باره این حرکت متناوبا تکرار می­ گردد و سیکل تبرید جریان پیدا می­کند.

مرحله تراکم کمپرسور رفت و برگشتی

مرحله مکش کمپرسور رفت و برگشتی

از جمله ویژگی های این کمپرسور حرکت رفت آمدی، تعمیرات آسان، جریان مبرد پالسی که باعث ارتعاش زیاد می­شود. محدوده ظرفیت این کمپرسور حدود از ۱۰-۸۰ اسب بخار می­باشد که معروف ترین نمونه های آن کمپرسور سیلندر پیستونی کریر که با ظرفیت ۴۰ و ۳۰ ، ۲۵ اسب بخار در چیلرهای ظرفیت متوسط استفاده شده است


 

چیلر با کمپرسور رفت و برگشتی

کمپرسور اسکرو

این کمپرسورها برای چیلر تراکمی با ظرفیت  ۴۰-۱۲۰۰ تن تبرید مورد استفاده قرار می­گردد بازده آن بالاتر از چیلرهای با کمپرسورهای سیلندر پیستونی می­ باشد دارای دو روتور نر و ماده می­باشد، که با چرخش آنها مبرد متراکم می­گردد

کمپرسور اسکرو

مسیر تراکم مبرد کمپرسور چیلر در شکل زیر نمایان شده است:

تراکم مبرد در کمپرسور اسکرو

از جمله ویژگی های کمپرسور اسکرو که می­تواند یا انواع مبرد  HCFC و HFC  برای چیلر سازگار است.

با توجه به مهم بودن جهت چرخش روتورها، جهت چرخش را کنترل می­کند همچنین دارای محافظ PTC  جهت دمای روغن و سیم پیچ می­ باشد که صورتی شرایط کارکرد چیلر تراکمی بگونه ای پیش برود که دمای سیم پیچ بالاتر رود باعث از مدار خارج شدن دستگاه برودتی می­ گردد.

مزیت دیگر این کمپرسورها سیستم راه اندازی  این اتوماتیک بی بار در حالت استارت است. این کار نه تنها باعث کاهش تورک راه اندازی می شود همچنین تنش وارده بر قطعات مکانیکی را کاهش می دهد و باعث کاهش بار برق مصرفی نیز می شود.

کنترل ظرفیت

روش کنترل ظرفیت در این کمپرسورها در ارتباط با روغن و حرکت اسلایدر می­باشد که این کنترل به دو حالت مرحله­ ای و پیوسته قابلیت کار دارد.

هیدرولیک کمپرسور چیلر

در شکل بالا شماتیک هیدرولیک  کمپرسور چیلر تراکمی مورد استفاده نشان داده شده است. با حرکت اسلایدر  ، جریان گاز ساکشن کنترل می شود . اگر اسلایدر کاملا به سمت ساکشن حرکت کند(در شکل بالا به سمت چپ برود)، فضای کاری بین پروفایل ها با گاز ساکشن پر می شود. هر چقدر اسلایدر به سمت دیسشارژ حرکت کند، حجم پروفایل کمتر می شود. هرچقدر مبرد کمتری گرفته شود، جریان کاهش می یابد و ظرفیت نیز کاهش خواهد یافت . اسلایدر به وسیله پیستون هیدرولیکی کنترل می شود. اگر شیر CR4 باز باشد، فشار روغن در محفظه روغن  افزایش می یابد و اسلایدر به سمت ساکشن حرکت می کند و ظرفیت برودتی افزایش می یابد . اگر شیرهای CR1,CR2,CR3 باز باشند، فشار بر پیستون هیدرولیک کاهش می یابد به وسیله فشارروغن ، به سمت قسمت دیسچارج حل داده می شود و ظرفیت سرمایی کاهش می یابد.

نسبت تراکم compression ratio (cr)

نسبت فشار مطلق دهش به فشار مطلق مکش کمپرسور چیلر تراکمی است.

درشرایط کارکرد این نسبت تراکم فشار با نسبت حجم متراکم شده  رابطه مستقیم دارد.

حال اگر ساختار داخلی کمپرسور متناسب با نسبت فشار نباشد عملکرد کمپرسور از بازده آیزنتروپیک فاصله خواهد گرفت و دمای کمپرسور و انرژی مصرفی کمپرسور بالاتر می­رود.

از مزیت چیلر تراکمی با کمپرسور اسکرو قابلیت انتخاب این نسبت با توجه به نوع و منطقه دمایی نصب آن است.

پس هرچه نسبت تراکم بالاتر باشد باید کمپرسور با نسبت حجمی بالاتر انتخاب گردد در غیر این صورت بازده چیلر پایین می­ آید. جدول زیر پیشنهاد کمپانی هنبل جهت انتخاب نسبت تراکم کمپرسور چیلر تراکم با توجه به شرایط مختلف کارکردی.

برگفته از کمپانی هنبل جهت انتخاب نسبت تراکم

چیلر تراکمی با کمپرسور اسکرو

کمپرسور اسکرال

این کمپرسورها در چیلر تراکمی با ۶۰ تن تبرید مورد استفاده قرار می­گیرد در حالت دوتای یا سه تایی  تا قدرت­های بالاتر نیز مورد استفاده قرار می­گیرد

این کمپرسور فاقد سوپاپ دهش و مکش است و از دو صفحه چرخشی متحرک و ثابت تشکیل شده وپس از ورود گاز از دو طرف صفحات به سمت مرکز آن هدایت شده و متراکم می­گردد و از وسط صفحه خارج می­گردد.

فرآیند تراکم در کمپرسور اسکرال

از جمله ویژگی این کمپرسورهای چیلر تراکمی حرکت دورانی، ارتعاش نسبتا کم قطعات متحرک کم و داشتن جریان مبرد یکنواخت است.

این کمپرسور دارای بازده بالا و جریان برق کمتر است این کمپرسورها قابل تعمیر نمی­باشد همچنین جهت چرخش در این  کمپرسورها نیز بسیار مهم است.

کمپرسور اسکرال

کندانسور

یکی از تجهیزات اصلی چیلر می­باشد که بعد از کمپرسور نصب می­شود و مبرد دی سوپرهیت وارد کندانسور وارد آن می­شود و به حالات مایع سابکول خارج می­شود. در کندانسور مبرد در فشار ثابت تقطیر می­گردد چیلر به دو دسته با کندانسور آبی و هوایی تقسیم می­شوند

چیلر با کندانسور آبی

این چیلرها دارای کندانسور پوسته لوله ای بوده و مبرد به وسیله آب خنک می­شود و آب کندانسور چیلر پس از گرم شدن به برج خنک کننده رفته و در برج به وسیله تبخیر از روی سطوح برخورد با جریان هوا خنک شده  دوباره به وسیله پمپ به کنداسور چیلر بر می­گردد.

شماتیک لوله کشی چیلر آبی

کندانسور آبی چیلر

این کندانسور یک مبدل پوسته و لوله (shell & tube ) که در آن آب خنک کننده در لوله و مبرد خروجی کمپرسور با ورود به پوسته کندانسور و برخورد به لوله های مسی که داخل آن آب برج خنک کننده جریان دارد باعث انتقال حرارت و تقطیر مبرد انجام می­گیرد. در این کندانسورها برای افزایش سطح حرارتی، به لوله­ها فین زده می­شود. طبق استاندار ARI590 دمای آب ورودی به کندانسور ˚F85 و خروجی از آن ˚F95 به ازای هر تن تبرید ظرفیت چیلر ، ۳GPM می­باشد.انتخاب چیلر آبی منوط به انتخاب برج خنک کننده است که برج خنک کننده باید  با توجه به دمای WET BULB انتخاب گردید شود و در شرایطی اختلاف این دما، با دمای ˚F85 کمتر از ˚F3  باشد نمی­توان از این چیلر آبی  استفاده کرد و حتما باید از چیلر با کندانسور هوایی استفاده کرد

چیلر آب خنک

چیلر هواخنک

به چیلری گفته می­شود که مبرد داخل کندانسور آن به وسیله هوا خنک می­شود که به وسیله فن های آکسیال با عبور جریان هوا از روی کویل کندانسور که با توجه به موقعیت کویل به صورت زوج زوج کنار یک دیگر قرار گرفته اند چیلر هوا خنک نامیده می­شوند. چیلرهای هوایی محدودیت چیلر آبی را ندارند و فقط اختلاف دمای DRY BULB  با دمای تقطیر معیار اصلی تعیین آن است. هرچه این اختلاف بزرگتر باشد می­توان از چیلر با کندانسور کوچکتری استفاده کرد.

چیلر هواخنک یکپارچه

کندانسور هوایی

مبدل است که در آن گاز داغ خروجی کمپرسور چیلر وارد آن می­شود و به وسیله عبور هوا از روی باعث تقطیر مبرد می­گردد در اینجا جهت بالا بردن ضریب انتقال حرارت از فین که بصورت صفحات از جنس آلومینیوم یا مس است از آن استفاده می­گردد. که معمولا در مناطق مرطوب و دارای خوردگی از فن مسی استفاده می­کنیم.

چیلر با کندانسور هوایی دارای دو روش نصب است یکی به صورت نصب یکپارچه یا به صورت دو پارچه می­باشد مثلا وقتی چیلر در داخل موتورخانه نصب گردد ، برای نصب کندانسور در فضای بیرون باید با استفاده از لوله­کشی مسی، چیلر به کنداسور اتصال یابد.

کندانسور هوایی جهت اتصال به چیلر

تفاوت چیلر کندانسور هوایی و آبی

در چیلر آبی باید برج­ خنک کننده و سیستم لوله کشی برج  و پمپ­ها را در نظر گرفت بنابراین در هزینه موتورخانه گران تر می­شود و تعمیر چیلر و نگهداری موتورخانه باعث گران تر شدن آن می­شود. همچنین اسید شویی سالیانه چیلر با توجه به سختی آب و مصرف آب برای برج خنک کن چیلر نیز در نظر گرفته شود. اما چیلر با کندانسور آبی دارای مصرف کمتر برق و راندمان بالاتر نسبت به چیلرهوایی می­باشد. چون ضریب انتقال حرارت هوا کمتر از آب می­باشد بنابراین در چیلر با کندانسور هوایی برای جبران آن باید حجم کندانسور هوایی نسبت به کندانسور آبی بزرگ تر می­باشد که این عامل گزاف تر شدن قیمت اولیه چیلر هوا خنک می­باشد.

در کمپرسورهای چیلر هر چه دمای تقطیر پایین تر برای سیستم طراحی گردد موجب افزایش توان برودتی میگردد.

دیاگرام سیکل تبرید

شکل بالا  مودی دیاگرام یک سیکل تبرید چیلر را با دمای مختلف تقطیر کمپرسور نشان می­ دهد  که هر چه دمای تقطیر بالاتر رود ظرفیت تبرید کمتر می­شود.

در شکل­های پایین مقایسه یک کمپرسورCSH6553-60Y در دمای تقطیر چیلر کندانسور هوایی و آبی با مبرد R134 ظرفیت تبرید و مصرف انرژی و COP را مقایسه می کنیم.

خروجی نرم افزار بیتزر جهت شرایط چیلر آبی

خروجی نرم افزار بیتزر جهت شرایط چیلر هوایی

همان که در دو شکل بالا مشخص است یک کمپرسور یکسان چیلر در شرایط  دمای کندانس متفاوت دارای ظرفیت برودتی و جریان مصرفی متفاوت است.

بنابراین در انتخاب چیلر با کندانسور هوایی یا آبی باید تمام شرایط اقلیمی و کارکردی و مصرف انرژی در نظر گرفته شود.


 

اواپراتور

بعد از معرفی کمپرسور و کندانسور چیلر دیگر جز اصلی چیلر اواپراتور است. Evaporator  به معنای تبخیر کننده که در دستگاه برودتی با تبخیر مبرد گرمای آب را می­ گیرد و باعث خنک شدن آب چیلر می­گردد. که به سه دسته shell&tube  brazed plated  و flooded تقسیم بندی می­شود. طبق استاندارد ARI590  دمای آب ورود  به اواپراتور ˚F54 و خروج از آن˚F44  می­ باشد و به ازای هر تن تبرید۲٫۴GPM  دبی آب چیلر در نظر گرفته می­شود.

اواپراتور پوسته لوله

اواپرتور مستغرق

در دستگاه های با ظرفیت های بالا از اواپراتور مستغرق و از چیلر با ظرفیت متوسط از اواپراتورهای پوسته لوله استفاده می­گردد. در این اواپراتورهای پوسته لوله  مبرد در لوله های مسی و آب چیلر در پوسته جریان دارد و اواپراتور مستغرق مبرد در پوسته و آب در لوله های مسی در جریان دارد.

شیر انبساط EXPANSHION VALVE

آخرین جزء اصلی از اجزای سیستم چیلر تراکمی، شیر انبساط می­ باشد  وظیفه اول این شیر افت فشار که به تبع آن افت دما می­شود و باعث می­ شود سیستم برودتی در دمای مورد نیاز از اواپراتور دمای آب را بگیرد وظیفه دوم تنظیم مقدار مبرد عبوری از اوپراتور براساس مقدار سوپرهیت گاز خروجی از اواپراتور می­ باشد.

شیر انبساط چیلر تراکمی

سوپرهیت چیست

به اختلاف دمای گاز نهایی و دمای تبخیر سیال را سوپرهیت می­گویند.

t – t_e =superheat

سوپر هیت گاز خروجی از اواپراتور باید بین C˚۵ –˚C8  باشد

جهت اندازه گیری سوپرهیت ابتدا باید دمای خروجی از اواپراتور را باید اندازه گیری کرد وهمچنین فشار اواپراتور را نیز اندازه گرفت و دمای متناظر با فشار اواپراتور را از جدول دما-فشار مبرد چیلر خوانده که حاصل اختلاف  این دو دما، سوپرهیت معرفی می­ گردد.

نحوه اندازه گیری سوپر هیت داغ در چیلر

در صورتی سوپرهیت کمتر از ˚C2 برسد احتمال برگشت مبرد به صورت مایع به کمپرسور را دارد و باعث آسیب به کمپرسور می­شود. و در صورتی این مقدار بیشتر از˚C10 برسد باعث داغ شدن سیم­پیچ و احتمال سوختن آن می­شود.

بنابراین تنظیم سوپرهیت یکی از مهمترین عوامل موثر در عمر چیلر می ­باشد.

نمونه از برگشت مایع که باعث خوردگی شاتون و میل لنگ شده

سوختگی در سیم پیچ چیلر به علت بالا بودن سوپر هیت


 

عملکرد مکانیکی بر طبق ۳ فشار عمل مطابق شکل زیر عمل می­کند. اولین فشار، فشار بخار بالب است که معمولا از جنس مبرد داخل سیکل دستگاه برودتی می­ باشد و فشار بخار دمای خروجی اواپراتور را اعمال می­کند. فشار دوم فشار اواپراتور می­باشد و فشار سوم فشار فنر اکسپنشن می­باشد. در حالتی الکسپنشن به تعادل کارکردی رسیده و سوپرهیت ثابت گردیده است معادله فشار به صورت زیر است.

P₁=P₂+P₃                                                                   

فشار بالب=P₁

فشار اواپراتور=P₂

فشار فنر=P₃

بررسی فشار سوپرهیت

در حال حاضر شیرانبساط­ هایی که برای چیلر تراکمی استفاده می­ گردد بیشتر الکترونیکی می­باشد این شیرها به همراه یک کیت الکترونیکی و سنسور دمایی و فشار به استپ موتور شیر فرمان کنترل مقدار مبرد و سوپرهیت را می­دهد.
 

شیر الکترونیکی به همراه استپ موتور

 

کیت های  کنترل الکترونیکی expansion valve

از معروف ترین شیر­های مورد استفاده در سیستم های برودتی می­توان از carel , danfose و اسپرلن  نام برد شکل های شیر و کیت آنها در شکل­های بالا مشاهده می­ کنید. این کیت با خواندن فشار با استفاده از سنسور فشار و دما با استفاده از سنسور دمایی  استپ موتور شیر را کنترل و سوزن شیر باز یا بسته می ­کند.
 

دیاگرام و نمودار  شیر الکترونیکی در چیلرها

از جمله مزیت شیر الکترونیکی به مکانیکی می ­توان کنترل دقیق سوپرهیت اشاره کرد که به دلیل برنامه پذیر بودن آنها امکان قابلیت بسیاری را فراهم می کند.






خدمات شرکت SUN COOL به شما

 طراحی و ساخت انواع چیلر های تراکمی در ظرفیتهای مختلف

طراحی و ساخت انواع مینی چیلرهای تراکمی

طراحی و ساخت انواع روف تاب پکیج

طراحی و ساخت انواع یونیت پکیج های برودتی

     مهندس محمدکریمی   09125651607