چیلرها یا خنک سازها ابزارهای مکانیکی هستند که برای سردسازی یک سیستم به کار میروند و در تهویه و صنایع مختلف غذایی و تولیدی و نیروگاهها به کـار میروند. چیلرها کاربـردهای گستـرده ای دارند و انواع مختلف آنها در صنعت با توجه به نوع کاربـرد دسته بندی میشـود.
این دسته بندی بیشتر متناسب با مکانیزم و نوع کمپرسور و یا نحوه خنک سازی آنها میباشد.
چیلرها با توجه به نوع خنکسازی آنها به دو نوع آب خنک و هوا خنک تقسیم میشوند تقسیم بندی دیگری که عموما در چیلرها انجام میشود نسبت به نوع کمپرسورهای آنها میباشد. این چیلرها در انواع اسکـرو، اسکـرال، سانتریفیوژ، یا رفت و برگشتی موجود میباشند. در این مقاله به چیلر اسکرال خواهیم پرداخت. سپس به تفصیل در مورد تولید چیلر اسکرال و عملکرد چیلر اسکرال و موارد مصرف آنها اشاره خواهد شد.
چیلر اسکرال چگونه کار میکند؟
چیلر اسکرال مانند هر چیلر دیگری یک ابزار خنککاری است. مکانیزم عملکرد چیلر اسکرال تزریق مقدار معینی از آب در کندانسور و حرارت گرفتن از محیط اواپراتور(داخل خانه، یا حتی خنکسازی آب ) است. سپس به وسیلهی پمپها وکندانسور و سایر اعضا این آب خنک میشود تا بتواند نیاز سیستم را برآورده کند و یا باعث خنک شدن یک ناحیه مشخص شود.
برای تشریح بهتر عملکرد چیلر اسکرال بهتراست ابتدا با قسمت های مختلف سیستم آشنا شویم و کار هریک را بشناسیم.
عملکرد چیلر اسکرال با سیستم گردش مبرد
مبرد مایع در اواپراتور حرارت را از آب میگیرد و تبخیر میشود و این کار به دلیل اختلاف دمایی که بین آب و مبرد به وجود میآید انجام میشود. بعد از اینکه مبرد مایع کاملا تبخیر شد وارد یک کمپرسور اسکرال میشود و دما و فشار آن توسط این کمپرسور اسکرال افزایش مییابد و با این دمای بالا وارد کندانسور میشود و حرارت را تخلیه میکند و مجددا تبدیل به مایع میشود و از طریق یک شیر انبساط یا لوله مویین فشار آن دوباره کاهش مییابد تا به فشار کاری اواپراتور برسد و این سیکل دوباره تکرار میشود.
اجزای تشکیل دهندهی این چیلرها عبارتند از :
- کمپرسور
کمپرسور هستهی سیستم تبرید است و برای متراکم سازی مبرد به کار گرفته میشود. در حقیقت اثر نیروی حرارتی و نیروی مکانیکی به هم تبدیل میشوند تا این عملیات شکل بگیرد. کمپرسور این چیلر از نوع اسکرال میباشد که طراحی عملکرد آن مشابه مارپیچ ارشمیدسی میباشد و از طریق چرخش در این مارپیچ عملیات متراکم سازی مایع انجام میشود.
- کندانسور
در فرایند تبرید کندانسور مانند یک منبع حرارتی خروجی کار میکند و مبرد را تقطیر میکند. در حقیقت بخار فراگرم وارد کندانسور میشود و حرارت خود را از دست میدهد. عملکرد کلی کندانسور مانند یک مبدل گرمایی است که گرما را از طریق فرایند همرفت به محیط بیرونی تخلیه میکند.
- مخزن
مخزن در داخل قسمت کندانسور تعبیه شده است که مستقیما به لوله زهکشی کندانسور متصل است. مبرد مایع کندانسور باید بتواند بدون محدودیت در جریان قرار بگیرد تا به طور کامل حرارت خود را از دست بدهد. از طرفی وقتی تغییرات حرارتی در اواپراتور صورت میگیرد. چیلر اسکرال نیازمند تغییراتی درفرم مبرد میباشد و این مخزن آب بیشتر به منظور سرعت گرفتن کار سیکل و ایجاد اختلاف دمای بیشتر بین کندانسور و اواپراتور میباشد. چرا که با توجه به قوانین ترمودینامیک هرچه این اختلاف دما بیشتر باشد بازده عملکرد سیکل تبرید هم بیشتر است.
- فیلتر خشک
فیلتر خشک عموما برای جلوگیری از رطوبت و گرد و غبار در سیکل تبرید میباشد. این رطوبت میتواند ناشی از روغنها یا منابع آب باشد و گرد و غبار موجود در محیط هم میتواند از برخی راه ها وارد این سیستم شود. چون در کمپرسورها عموما هوازدایی انجام میشود و راه هایی برای نفوذ این عوامل به داخل سیستم میباشد. این فیلتر علاوه بر این کارها از یخ زدن و انجماد آب هم جلوگیری میکند. این یخ زدن آب برخی مواقع باعث میشود تا سیکل تبرید کاکرد درستی نداشته باشد.
- شیر انبساط حرارتی
شیر انبساط در داخل سیستم تبرید صرفا برای تغییر فشار و جریان نیست. این شیر انبساط بین اواپراتور و کندانسور قرار میگیرد و پلی بین این دو مبدل گرمایی است. شیر انبساط دمای مبرد را کمتر از دمای محیط اواپراتور میکند تا عمل جذب حرارت در اواپراتور انجام بگیرد. عملکرد دیگر شیر انبساط جلوگیری ازبرگشت پذیر بودن سیکلها بسیار حائز اهمیت میباشد.
- اواپراتور
عملکرد اواپراتور در چیلر اسکرال بسیار ساده است. نقطه ای که نیاز به خنک شدن دارد از طریق اواپراتور حرارت خود را از دست میدهد. چون دمای مبرد کمتر از دمای محیط است در نتیجه حرارت از محیط به مبرد انتقال مییابد و رفته رفته محیط خنک تر میشود. فشار کاری اواپراتور بسیار کم است و این حرارت کاملا تدریجی و با سرعتی کمتر در مقایسه با کندانسور منتقل میشود.
- مبرد
مبردهایی که در چیلر اسکرال استفاده میشوند عموما R22 ، R407C و R410A هستند و این مبردها شرایط ویژه و خاص خود را دارند که آن ها را به یک عنصر اساسی در سیکل تبرید بدل کرده است.
توسعه و تولید چیلر اسکرال
چیلر اسکرال در حال حاضر یکی از تکنولوژیهای برتر خنک سازی میباشد که از آب تلف شده برای خنک سازی استفاده میشود و کشور چین یکی از بزرگترین تولیدکنندگان این چیلرها میباشد. تولید چیلر اسکرال در حقیقیت با توجه به تغییر فرم برج های خنک کن قدیمی صورت گرفته است و با اضافه کردن سیستم تبرید و خنکسازی از طریق مبرد و کمپرسورهای اسکرال ظرفیت سرمایی آن ها تا حد زیادی افزایش پیدا کرده است.
درحال حاضر تولید چیلر اسکرال بسیار پیشرفته تر شده است و با اضافه کردن پمپهای گردشی و برجهای خنککن سرعت عملکرد چیلر اسکرال را بسیار بهبود دادهاند و تبدیل به یکی از مهمترین ابزارها در صنعت خنکسازی شده اند.
4 مزیت عمده چیلرهای اسکرال
چیلرهای اسکرال عموما استفاده صنعتی دارند و برای مصارف بزرگتر و در مقیاس وسیعتر استفاده میشود.
دو مزیت عمده عبارتند از :
سرعت بالا در مقیاسهای بزرگ: عملکرد چیلر اسکرال با استفاده از پمپهای چرخشی سرعت بسیار بالایی به این چیلرهای اسکرال میدهد و برای فرایندهای صنعتی در مقیاس بزرگتر که نیاز به سرعت بالایی در سردسازی دارند بسیار مناسب میباشد.
فرایندهای سردسازی در صنایع غذایی و یا خنکسازی اجزا و وسایل مکانیکی در نیروگاه ها با استفاده از چیلر اسکرال به راحتی انجام میگیرد.
استفاده از آب بیمصرف: از آب راکد گرفته تا آب تصفیه نشده میتوانند در این چیلرها استفاده شوند و نیازی نیست در منبع حتما از آب تمیز و یا آب دریاچه استفاده شود. پمپ ها میتوانند این آب را داخل چیلر به جریان دربیاورند و از این جهت در مصرف آب صرفه جویی میشود و مناطقی که در دسترسی به آب ندارند هم میتوانند از این چیلرها استفاده کنند.
بازده انرژی بالا : مزیت بعدی چیلرهای اسکرال بازدهی است که تامین میکنند. سرعت بالای کمپرسورهای چند طبقه و استفاده از منابع آب با سرعت و دبی بالا میتواند بالاترین انرژی و ظرفیت سرمایی را برای مصارف صنعتی فراهم میکند.
آلودگی کمتر: بسیاری از کمپانی ها به دنبال راههایی برای کاهش میزان آلایندههای مخرب برای لایه اوزون هستند و چیلرهای اسکرال از این نظر که میزان انتشار آلایندهها در آن بسیار کمتر است بسیار متناسب هستند.
نکات نصب و راه اندازی چیلر اسکرال
عملکرد چیلر اسکرال رابطه مستقیمی با محل نصب آن دارد. به عبارتی چیلرهای اسکرال باید در یک محیط با تهویه مناسب نصب شوند تا کارایی بالاتری داشته باشند. وجود هر گونه اسید، گرد و غبار و یا بخار آب به نحوی کار چیلر را مختل میکند و با اینکه فیلترهایی داخل سیستم وجود دارد تا از این گرد و غبار و بخارات جلوگیری کند اما همچنان وجود این عناصر کار سیستم را مختل میکنند. البته این محل نصب چیلر در مصارف صنعتی را بیان میکند و برای استفادهی ان در تهویه لزوما نیازی به این موارد نیست.
نکته ی بعد در نصب و راه اندازی چیلر اسکرال سیستم پایپینگ و شیرهای آنها میباشد که باید کاملا متناسب با نوع چیلر باشند. استفاده از شیرهایی با دبی بالاتر و یا لولهها در ابعاد نامناسب مطمئنا عملکرد چیلر را دچار اختلال میکند. در انتخاب کویل مناسب هم دقت کنید و به طور مثال اگر در محیط اسیدی فعالیت دارید بهتر استکویل هایی را برای تهویه انتخاب کنید که دچار خورندگی نشوند و بتوانند در محیط اسیدی دوام بیاورند.
کنترل ظرفیت چیلر هم یکی از المانهای اساسی در طراحی و تولید چیلرها میباشد و در هنگام نصب و راه اندازی باید دقیقا به میزانی که نیاز دارید از آن کار بکشید و استفاده بیش از حد از آن هم مصرف انرژی شما را بالاتر میبرد و هم خنکسازی بیش از حد برای محیط چندان مطلوب نیست و دما باید در یک دامنه مشخص باشد.
موارد استفاده از چیلر اسکرال
چیلرهای اسکرال برای تهویه ساختمان های بزرگ و متوسط بسیار مناسب هستند و عمده استفاده از این چیلرها در صنعت به تاسیسات برمیگردد، تهویه با استفاده از چیلرهای اسکرال هزینهی نسبتا کمتری دارد، چیلرهای جریان هم جهت و خلاف جهت نیز هر کدام بازده خاص خود را دارند و بازده چیلرهای اسکرال خلاف جهت بیشتر از نوع هم جهت آن میباشد.
در نیروگاهها برای خنکسازی موتورهای متحرک و سایر اجزای نیروگاهها از این چیلر استفاده میشود. در محیطهای شیمیایی با فرایندهای شیمیایی واکنش دهنده چیلرهای اسکرال میتوانند بازده بالاتری داشته باشند چرا که فیلتر خشک آن میتواند ذرات مواد شیمیایی را در تله بیندازد.
Cop یا بازده عملکرد چیلرهای اسکرال هواخنک بین 3.2 تا 4.86 میباشد و نوع آب خنک آن بازده عملکردی بین 4.45 تا 6.2 دارند که برای مصارف صنعتی تا حد زیادی ایدهآل می باشد.
جمع بندی
چیلر اسکرال یکی از انواع پر مصرف چیلرها می باشد که در تهیه و مصارف صنعتی کاربرد دارد. عملکرد چیلر اسکرال همانند سایر چیلرها است که تفاوت هایی در نوع کمپرسور آن وجود دارد و با این ویژگی متمایز می شود. تولید چیلر اسکرال بیشتر به منظور استفاده در سیستم های تهویه برای ساختمان های بزرگ و متوسط صورت می گیرد و از این جهت جزو وسایل بسیار پر کاربرد در خنک سازی می باشد.