انواع سیکل چیلر جذبی

۱-۳. چیلر جذبی سه‌اثره و بالاتر

در چیلرهای جذبی سه‌اثره، فرآیند جداسازی مبرد از محلول در سه ژنراتور انجام می‌شود. اصول عملکرد این سیستم مشابه چیلر جذبی دواثره است؛ با این تفاوت که تعداد مراحل بازیافت و استفاده مجدد از انرژی حرارتی افزایش پیدا می‌کند.

با وجود امکان طراحی سیکل‌هایی با بیش از دو ژنراتور، استفاده از چیلرهای جذبی سه‌اثره و بالاتر به دلیل ملاحظات فنی و اقتصادی محدود است و این نوع تجهیزات به‌ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۲. دسته‌بندی چیلرهای جذبی بر اساس نوع جریان محلول

روش دوم دسته‌بندی چیلرهای جذبی، بررسی نحوه حرکت محلول بین ژنراتورها است. این تقسیم‌بندی بیشتر در چیلرهای جذبی دارای دو ژنراتور یا بیشتر کاربرد دارد.

بر اساس نحوه جریان محلول، این چیلرها به سه گروه تقسیم می‌شوند:

1. چیلر جذبی با جریان موازی (Parallel Flow)

2. چیلر جذبی با جریان سری (Series Flow)

3. چیلر جذبی با جریان معکوس (Reverse Flow)

تفاوت اصلی این سه ساختار، در مسیر حرکت محلول رقیق و غلیظ بین ژنراتور دما بالا (HTG) و ژنراتور دما پایین (LTG) است.

۲-۱. چیلر جذبی با جریان موازی (Parallel Flow)

در چیلر جذبی جریان موازی، محلول رقیق خروجی از ابزوربر (Absorber) به دو شاخه تقسیم می‌شود. یک شاخه به ژنراتور دما بالا و شاخه دیگر از مسیری جداگانه به ژنراتور دما پایین هدایت می‌شود.

در ژنراتور دما بالا، انرژی حرارتی منبع خارجی موجب جداسازی مبرد از محلول می‌شود. بخار مبرد تولیدشده در این ژنراتور نیز به‌عنوان منبع حرارتی برای ژنراتور دما پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بنابراین، در این ساختار، محلول رقیق به‌صورت موازی وارد دو ژنراتور می‌شود و فرآیند تغلیظ محلول در دو مسیر مستقل انجام می‌گیرد.

رابطه شماره ۱ برای چیلرهای جذبی برقرار است:

در این رابطه، نمادهای REFR، HTG و LTG به‌ترتیب نشان‌دهنده مبرد (Refrigerant)، ژنراتور دما بالا (High Temperature Generator) و ژنراتور دما پایین (Low Temperature Generator) هستند.

۲-۲. چیلر جذبی با جریان سری (Series Flow)

در چیلر جذبی جریان سری، برخلاف ساختار موازی، تمام محلول رقیق خروجی از ابزوربر ابتدا وارد ژنراتور دما بالا می‌شود.

در این مرحله، با انتقال حرارت از منبع خارجی، بخشی از مبرد از محلول جدا شده و غلظت محلول افزایش پیدا می‌کند. سپس محلول خروجی از ژنراتور دما بالا وارد ژنراتور دما پایین می‌شود تا فرآیند تغلیظ در مرحله دوم ادامه پیدا کند.

در ژنراتور دما پایین نیز از بخار مبرد تولیدشده در ژنراتور دما بالا به‌عنوان منبع حرارتی استفاده می‌شود. در نهایت، محلول غلیظ از ژنراتور دما پایین خارج می‌شود.

در این ساختار، محلول به‌صورت متوالی از هر دو ژنراتور عبور می‌کند؛ به همین دلیل به آن جریان سری گفته می‌شود.

رابطه شماره ۲ برای چیلرهای جذبی با جریان سری برقرار است :

با توجه به تعریف نسبت دبی مخصوص محلول که در مقاله «دما و غلظت محلول در سیکل چیلر جذبی» توضیح داده شده است، این نسبت برای محلول در ژنراتورهای دما بالا و دما پایین به شکل رابطه شماره ۳ بیان می‌شود:

در روابط ۲ و ۳، منظور از نمادهای مربوط به محلول عبارت است از:

• WEAK, HTG: محلول رقیق ورودی به ژنراتور دما بالا

• STRONG, LTG: محلول غلیظ خروجی از ژنراتور دما پایین

• STRONG, HTG: محلول خروجی از ژنراتور دما بالا و ورودی به ژنراتور دما پایین که غلظت آن نسبت به محلول ورودی افزایش یافته است.

۲-۳. چیلر جذبی با جریان معکوس (Reverse Flow)

چیلر جذبی جریان معکوس از نظر مسیر حرکت محلول، ساختاری مخالف چیلر جذبی جریان سری دارد.

در این نوع چیلر، محلول رقیق ابتدا وارد ژنراتور دما پایین می‌شود. پس از انجام بخشی از فرآیند جداسازی مبرد و افزایش غلظت محلول، جریان محلول به سمت ژنراتور دما بالا هدایت می‌شود.

در نهایت، محلول غلیظ از ژنراتور دما بالا خارج می‌شود. بنابراین، ترتیب عبور محلول از ژنراتورها در این ساختار با چیلر جذبی سری متفاوت است.

رابطه شماره ۲ برای چیلر جذبی جریان معکوس به شکل رابطه شماره ۴ قابل بیان است:

در رابطه ۴، نماد STRONG, LTG نشان‌دهنده محلول خروجی از ژنراتور دما پایین و ورودی به ژنراتور دما بالا است که غلظت آن نسبت به محلول رقیق ورودی به ژنراتور دما پایین افزایش یافته است.

۳. مقایسه چیلر جذبی جریان موازی و سری

یکی از موضوعات مهم در بررسی انواع سیکل چیلر جذبی، مقایسه عملکرد ساختارهای جریان موازی و سری است. تفاوت مسیر حرکت محلول در این دو ساختار، بر دبی عبوری از ژنراتورها، ابعاد تجهیزات و شرایط عملکردی سیکل تأثیر می‌گذارد.

تفاوت دبی محلول و ابعاد ژنراتورها

در چیلر جذبی جریان موازی، محلول رقیق خروجی از ابزوربر به دو شاخه تقسیم می‌شود. به همین دلیل، دبی محلول عبوری از هر ژنراتور در مقایسه با ساختار جریان سری کمتر است.

در مقابل، در چیلر جذبی جریان سری، تمام محلول رقیق ابتدا وارد ژنراتور دما بالا شده و سپس به ژنراتور دما پایین منتقل می‌شود.

بنابراین، در شرایط مورد بررسی، دبی محلول عبوری از ژنراتورها در ساختار موازی کمتر بوده و ابعاد ژنراتورهای آن نیز نسبت به ساختار سری کوچک‌تر است.

مقایسه ضریب عملکرد (COP)

ضریب عملکرد یا COP یکی از شاخص‌های مهم برای ارزیابی عملکرد چیلرهای جذبی است. در مقایسه سیکل‌های سری و موازی، تنها بررسی مقدار COP برای انتخاب ساختار مناسب کافی نیست و باید شرایط غلظت محلول و احتمال نزدیک شدن آن به محدوده کریستالیزاسیون نیز در نظر گرفته شود.

به‌طور کلی، در دمای یکسان ژنراتور دما بالا، ضریب عملکرد چیلر جذبی جریان سری کمی بهتر از نوع موازی گزارش شده است.

با این حال، در ساختار جریان موازی، غلظت محلول در نقاط بحرانی ۹ و ۱۰ شکل شماره ۳ کمتر است و فاصله مناسبی از محدوده کریستالیزاسیون دارد.

در چیلر جذبی جریان سری نیز مسئله نقاط بحرانی به شکل دیگری مدیریت می‌شود. در این ساختار، از مبدل بازیافت حرارتی مبرد که به‌صورت موازی با مبدل دما پایین تعبیه شده است، استفاده می‌شود. این مبدل در شکل شماره ۱ قابل مشاهده است.

مقایسه نمودار سیکل‌های سری و موازی

در شکل شماره ۳، شماتیک سیکل و نمودار چیلرهای جذبی جریان سری و موازی نمایش داده شده است. با استفاده از این نمودارها می‌توان تغییرات دما و غلظت محلول را در نقاط مختلف هر دو سیکل بررسی و با یکدیگر مقایسه کرد.