شرح عملکرد چيلر جذبی ليتيوم برومايد و آب

در اين مقاله ابتدا عملکرد سيکل طي يک فرايند کلي توضيح داده مي شود و سپس جزئيات عملکرد هر قسمت تشريح مي گردد. نحوه عملکرد سيکل تبريد جذبي يک اثره ليتيوم برومايد و آب به شرح زير است :
بطور کلي دستگاه از چهار قسمت اصلي اواپراتور ، جذب کننده ، ژنراتور و کندانسور تشکيل گرديده است. مايع مبرد (آب معمولي) در قسمت اواپراتور روي لوله هاي آب تهويه ساختمان پاشيده مي شود و به دليل وجود خلأ بسيار بالا ، آب در درجه حرارت کم تبخير گرديده و باعث سرد شدن آب لوله هاي تهويه ساختمان مي گردد.
در جذب کننده بخارات حاصله توسط محلول غليظ ليتيوم برومايد جذب مي گردد و محلول با جذب آب رقيق گشته و توسط پمپ کوچکي به قسمت فوقاني دستگاه يعني ژنراتور منتقل مي گردد. انتقال ليتيوم برومايد از طريق يک مبدل حرارتي انجام مي پذيرد که در حين عبور از آن محلول ليتيوم برومايد رقيق شده، گرم مي گردد.
در ژنراتور ليتيوم برومايد تحت تأثير لوله هاي بخار ، داغ شده و آّب آن تبخير مي گردد و ليتيوم برومايد غليظ شده از طريق مبدل حرارتي به قسمت جذب کننده بازگشت داده مي شود تا فرايند جذب آب مجدداً صورت گيرد. بخارات آب تبخير شده در ژنراتور توسط لوله هاي کندانسور تقطير گشته و مجدداً به قسمت اواپراتور عودت داده مي شوند و اين سيکل مرتباً تکرار مي گردد و لوله هاي تهويه ساختمان (لوله هاي آب سرد) تا حدود 6 درجه سانتيگراد سرد مي گردند.
در مسير عبور سيال از کندانسور به اواپراتور و از مبدل حرارتي به جذب کننده يک مجراي تقليل دهنده فشار قرار مي گيرد.
اين سيکل تبريد در شکل (1) نشان داده شده است. اين شکل و شماره گذاري هاي مربوطه ، شبيه به شکل (17) از بخش (1-14) مرجع شماره ۱ ترسيم شده است.
توجه به نکات ذيل در ارتباط با اين سيکل تبريد جذبي ضروري است :
الف – به طور کلي اين سيستم جذبي در دو فشار کار مي کند که ژنراتور و کندانسور در فشار بالا و جذب کننده و اواپراتور در فشار پايين مي باشند.
ب – جاذب يعني محلول ليتيوم برومايد در حلقه 1-6-5-4-3-2-1 جريان دارد. در وضعيت 1 محلول ، رقيق و در وضعيت 4 محلول ، غليظ است.
ج – مبرد يعني آب در چهار مسير اصلي جريان دارد که عبارتند از :
(1) مسير کندانسور به اواپراتور که آب ، حالت مايع دارد (وضعيت هاي 8 و 9).
(2) مسير اواپراتور به جذب کننده که آب ، حالت بخار دارد (وضعيت 10).
(3) مسير ژنراتور به کندانسور که آب ، حالت بخار دارد (وضعيت 7).
(4) در مسير جذب کننده به ژنراتور و برگشت از آن ، آب به صورت محلول با ليتيوم برومايد است .
د – ليتيوم برومايد يک نوع نمک است که در حالت خشک شکل کريستالي دارد و هنگامي که به صورت محلول در آب باشد و نسبت آب به 30% برسد به حالت مايع در مي آيد.
ه – در سيکل هاي تبريد جذبي معمولاً ، يک پمپ ، مايع مبرد جمع شده در کف اواپراتور را گردش مي دهد. باوجود اين پمپ ، مبرد به افشانک هاي بالاي لوله هاي اواپراتور مي رود. افشانک ها کمک مي کنند که سطوح خارجي لوله ها در همه حال خيس باشد. علاوه بر اين پاشش مبرد ، مايع مبرد را به ذرات ريزتر در مي آورد که آسانتر تبخير شود. اين عمل تبادل گرما را بهتر کرده و حداکثر استفاده از مبرد ميسر مي شود. در بسياري از موارد سيال ورودي به اواپراتور ، آب سرد برگشتي از دستگاه هاي هوارسان است که با دماي 54 درجه فارنهايت وارد شده و تا دماي 44 درجه فارنهايت سرد شده و خارج مي گردد.
و – بايد توجه داشت که در اواپراتور قسمتي از مبرد که در تماس با لوله هاي آب تهويه است تبخير و موجب سرمايش مي شود و بخش ديگر به کف اواپراتور ريخته مي شود که با پمپ مبرد دوباره گردش مي نمايد.
ز – بخار مبرد از اواپراتور وارد جذب کننده مي شود زيرا فشار بخار محلول ليتيوم برومايد در جذب کننده کمتر از فشار بخار مبرد در اواپراتور است. هر چه غلظت محلول ليتيوم برومايد بيشتر و دماي آن کمتر با شد فشار بخار محلول کمتر خواهد بود.
ح – در مسير اواپراتور به جذب کننده ، بخار مبرد از صفحات جدا کننده اي عبور خواهد کرد و مايع آن جدا شده و در اواپراتور باقي خواهد ماند.
ط- در جذب کننده ، فرايند پاشش ليتيوم برومايد و اختلاط آن با بخار مبرد ، يک فرايند گرمازا است. براي نگهداري دماي جذب کننده ، آب برج خنک کن از داخل لوله هاي آن عبور مي کند و دماي آب خنک کننده ورودي معمولاً حدود 85 درجه فارنهايت است که پس از گرم شدن به 95 درجه فارنهايت مي رسد. شايان ذکر است اگر گرماي جذب کننده گرفته نشود ، فشار و دما بالا رفته و جريان بخار از اواپراتور متوقف مي گردد. در جريان مخلوط شدن ، بخار مبرد تقطير مي شود و تشکيل محلول رقيق ليتيوم برومايد مي دهد که اگر محلول دوباره غلظت اوليه خود را به دست نياورد سيکل متوقف خواهد شد.
ي – محلول رقيق با بخار درون لوله هاي ژنراتور تبادل گرما نموده که در اثر آن قسمتي از مبرد تبخير و محلول غليظ مي گردد. بايد توجه داشت که تبخير مبرد در ژنراتور ميسر است زيرا دماي جوش آن پايين تر از دماي جوش جاذب است و دماي ژنراتور هيچ وقت به دماي جوش نمک نمي رسد.
ک – در مسير ژنراتور به کندانسور ، بخار مبرد از صفحات جدا کننده عبور مي کند. اين صفحات نمک همراه مبرد را مي گيرد و آب خالص به طرف کندانسور فرستاده مي شود.
ل – آب خنک کن ورودي به کندانسور مي تواند آب خروجي از جذب کننده باشد که دمايي حدود 95 درجه فارنهايت دارد. در عين حال به صورت جداگانه هم امکان لوله کشي وجود دارد و مي توان آب وردي به کندانسور و جذب کننده را هم دما در نظر گرفت. در نهايت آب خروجي از اين دو قسمت به برج خنک کن خواهد رفت.
م – فرايند جريان مايع مبرد غليظ از کندانسور به اواپراتور در اثر اختلاف فشار مي باشد.
ن – راندمان سيکل جذبي با استفاده از مبدل حرارتي افزايش مي يابد. مبدل حرارتي گرماي محلول غليظ خروجي از مولد را به محلول رقيق سردتر ليتيوم برومايد که از جذب کنده مي آيد ، مي دهد. دماي محلول رقيق افزايش مي يابد و بنابراين انرژي گرمايي لازم در لوله هاي ژنراتور کاهش مي يابد. در عين حال دماي محلول غليظ کاهش مي يابد و بنابراين گرمايي که بايد توسط آب برج خنک کن در جذب کننده گرفته شود کم مي گردد.
س – معمولاً در چيلرهاي جذبي يک سيستم تخليه ناخالصي در جذب کننده وجود دارد. گازهاي غير قابل تقطير تمايل دارند روي سطوح محلول رقيق ليتيوم برومايد که در کف جذب کننده است ، جمع شوند. اگر اين گازها به وسيله سيستم تخليه جمع آوري و دفع نگردند باعث افزايش فشار در جذب کننده مي شوند تا جايي که ممکن است جريان بخار از اواپراتور متوقف شود.
ع – کنترل کار چيلر به وسيله شير کنترل خودکار که روي خط ورودي بخار نصب است انجام مي شود. اين شير جريان بخار به ژنراتور را کم و زياد مي کند. شير خود کار از يک سنسور که روي خط خروجي آب سرد خروجي از اواپراتور نصب است ، فرمان مي گيرد. به عنوان مثال ، اگر دماي آب خروجي خيلي سرد باشد شير بخار مي بندد و جريان بخار به ژنراتور را کم مي کند . وقتي جريان بخار کم مي سود ، مقدار کمتري مبرد در ژنراتور جوش مي آيد و از آن خارج مي شود ، در نتيجه غلظت محلول جاذب پاشيده شده روي لوله هاي جذب کننده کاهش مي يابد و محلول قادر نخواهد بود که بخار مبرد را به خوبي جذب کند و در نتيجه توان سرمايي اواپراتور کاهش مي يابد.
مراجع:
1- ASHRAE Fundamentals Handbook , American Society of Heating , Refrigerating and Air conditioning Engineers , IP Edition , Atlanta , 2001.
۲- سازمان مديريت و برنامه ريزي کشور ، عملکرد ، نگهداري و بهينه سازي سيستم هاي گرمايي ، تعويض هوا و تهويه مطبوع (نشريه 172) ، دفتر تحقيقات و معيارهاي فني ، چاپ اول ، تهران ، 1377.
۳- سازمان مديريت و برنامه ريزي کشور ، نگهداري دستگاه هاي تأسيساتي (نشريه 1-138) ، دفتر تحقيقات و معيارهاي فني ، چاپ اول ، تهران ، 1374.