چیلر جذبی (Absorption Chiller) یکی از تجهیزات سرمایشی است که برای تولید آب سرد به جای استفاده گسترده از انرژی الکتریکی کمپرسور، از انرژی حرارتی مانند آب گرم، بخار یا حرارت حاصل از احتراق استفاده می‌کند. این ویژگی باعث شده است که چیلرهای جذبی در پروژه‌هایی که به منابع حرارتی در دسترس یا حرارت اتلافی مجهز هستند، کاربرد قابل‌توجهی داشته باشند.
از مهم‌ترین کاربردهای این تجهیزات می‌توان به استفاده از انرژی خورشیدی، زمین‌گرمایی، حرارت بازیافتی نیروگاه‌ها و پروژه‌های تولید هم‌زمان برق، حرارت و برودت (CCHP) اشاره کرد. همچنین در برخی صنایع شیمیایی که بخار به‌عنوان محصول جانبی یا منبع انرژی در دسترس است، استفاده از چیلر جذبی می‌تواند از نظر اقتصادی قابل بررسی باشد.
چیلر جذبی با استفاده از یک مبرد و یک ماده جاذب، فرآیند سرمایش را انجام می‌دهد. در متداول‌ترین نوع این دستگاه‌ها، آب به‌عنوان مبرد و محلول لیتیوم بروماید به‌عنوان جاذب مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ضریب عملکرد حرارتی (COP) چیلرهای جذبی با توجه به نوع سیکل، منبع حرارتی و شرایط کاری متفاوت است. به‌طور کلی، مقدار COP در بسیاری از طراحی‌های متداول در محدوده تقریبی ۰٫۸ تا ۱٫۵ قرار می‌گیرد.
در این مقاله با مفهوم چیلر جذبی، نحوه عملکرد، اجزای اصلی، نقش لیتیوم بروماید و انواع چیلرهای جذبی آشنا می‌شویم.
چیلر جذبی چیست و چگونه کار می‌کند؟
چیلر جذبی دستگاهی است که با دریافت انرژی حرارتی، آب سرد تولید می‌کند. اساس عملکرد این دستگاه بر تبخیر مبرد در فشار پایین و جذب بخار حاصل از آن توسط یک ماده جاذب استوار است.
در چیلر جذبی آب–لیتیوم بروماید، آب نقش مبرد را دارد و محلول لیتیوم بروماید وظیفه جذب بخار آب را بر عهده می‌گیرد.
برای تولید سرمایش، فشار داخل محفظه اواپراتور به میزان قابل‌توجهی کاهش پیدا می‌کند. در این شرایط، آب در دمای پایین تبخیر می‌شود. تبخیر آب به انرژی نیاز دارد و این انرژی از آب در گردش سیستم سرمایشی گرفته می‌شود؛ در نتیجه دمای آب کاهش پیدا می‌کند.
برای مثال، در شرایطی که فشار مطلق محفظه اواپراتور حدود ۷ میلی‌متر جیوه باشد، آب می‌تواند در دمایی نزدیک به ۷ درجه سانتی‌گراد تبخیر شود.
بخار تولیدشده در اواپراتور به محفظه جذب‌کننده یا ابزوربر (Absorber) منتقل می‌شود. محلول لیتیوم بروماید بخار آب را جذب کرده و به محلول رقیق‌تر تبدیل می‌شود.
این محلول توسط پمپ به ژنراتور (Generator) منتقل شده و با دریافت حرارت، آب جذب‌شده را به شکل بخار آزاد می‌کند. در نتیجه محلول لیتیوم بروماید مجدداً غلیظ شده و برای ادامه فرآیند به ابزوربر بازمی‌گردد.
بخار آب جداشده نیز وارد کندانسور می‌شود، حرارت خود را به آب خنک‌کننده برج منتقل می‌کند و پس از تبدیل‌شدن به مایع، دوباره به اواپراتور بازمی‌گردد.
این چرخه به‌صورت پیوسته تکرار می‌شود و امکان تولید آب سرد را فراهم می‌کند.
اجزای اصلی چیلر جذبی
چیلر جذبی از چند بخش اصلی تشکیل شده است که هرکدام وظیفه مشخصی در فرآیند تولید سرمایش دارند. مهم‌ترین اجزای چیلر جذبی عبارت‌اند از:
۱. اواپراتور (Evaporator)
اواپراتور یکی از بخش‌های اصلی چیلر جذبی است که وظیفه تولید آب سرد را بر عهده دارد.
در این محفظه، آب به‌عنوان مبرد روی لوله‌های مبدل حرارتی پاشیده می‌شود. به دلیل پایین بودن فشار داخل اواپراتور، آب در دمای پایین تبخیر شده و گرمای موردنیاز برای این فرآیند را از آب در گردش داخل لوله‌ها دریافت می‌کند.
در نتیجه، دمای آب در گردش کاهش پیدا می‌کند و آب سرد موردنیاز سیستم تهویه مطبوع یا فرآیند صنعتی تولید می‌شود.
۲. ابزوربر یا جذب‌کننده (Absorber)
ابزوربر محفظه‌ای است که در آن بخار آب خروجی از اواپراتور توسط محلول لیتیوم بروماید جذب می‌شود.
محلول غلیظ لیتیوم بروماید با جذب بخار آب، رقیق‌تر می‌شود. این فرآیند علاوه بر فراهم‌کردن امکان بازگشت مبرد به چرخه، به حفظ فشار پایین در اواپراتور نیز کمک می‌کند.
حرارت حاصل از فرآیند جذب باید از طریق آب خنک‌کننده دفع شود. به همین دلیل، برج خنک‌کننده یکی از تجهیزات مهم در سیستم چیلر جذبی محسوب می‌شود.
۳. ژنراتور (Generator)
ژنراتور محل جداسازی مبرد از محلول جاذب است.
محلول رقیق لیتیوم بروماید پس از انتقال از ابزوربر به ژنراتور، در معرض حرارت قرار می‌گیرد. با افزایش دما، بخار آب از محلول جدا شده و غلظت لیتیوم بروماید افزایش پیدا می‌کند.
منبع حرارتی مورد استفاده در ژنراتور می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
آب گرم
بخار
مشعل و حرارت مستقیم حاصل از احتراق
حرارت بازیافتی از دودکش یا فرآیندهای صنعتی
محلول غلیظ‌شده پس از جداسازی بخار، مجدداً به ابزوربر بازمی‌گردد.
۴. کندانسور (Condenser)
بخار آب جداشده در ژنراتور وارد کندانسور می‌شود. در این بخش، حرارت بخار به آب خنک‌کننده منتقل شده و مبرد از حالت بخار به مایع تبدیل می‌شود.
آب مایع حاصل از این فرآیند پس از عبور از مسیر مربوطه به اواپراتور بازمی‌گردد و چرخه تولید سرمایش تکرار می‌شود.
۵. پمپ محلول و پمپ مبرد
پمپ محلول وظیفه انتقال محلول لیتیوم بروماید بین ابزوربر و ژنراتور را بر عهده دارد. همچنین پمپ مبرد، آب را برای توزیع روی لوله‌های اواپراتور به گردش درمی‌آورد.
در بسیاری از چیلرهای جذبی از پمپ‌های هرمتیک (Canned Motor Pump) استفاده می‌شود. در این نوع پمپ‌ها، موتور و پمپ در ساختاری یکپارچه قرار دارند و طراحی آن‌ها برای کارکرد در شرایط خاص مدار چیلر جذبی انجام شده است.
مصرف برق چیلر جذبی عمدتاً مربوط به پمپ‌ها و تجهیزات جانبی است؛ البته فن برج خنک‌کننده و سایر تجهیزات سیستم نیز باید در محاسبه مصرف انرژی کل مجموعه لحاظ شوند.
تفاوت چیلر جذبی تک‌اثره و دواثره
چیلرهای جذبی از نظر تعداد مراحل تولید و تغلیظ محلول جاذب به مدل‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. دو نوع متداول آن‌ها چیلر جذبی تک‌اثره (Single Effect) و دواثره (Double Effect) هستند.
چیلر جذبی تک‌اثره (Single Effect)
در چیلر جذبی تک‌اثره، فرآیند جداسازی مبرد از محلول جاذب در یک ژنراتور اصلی انجام می‌شود.
حرارت ورودی به ژنراتور باعث آزادشدن بخار آب از محلول لیتیوم بروماید می‌شود. بخار پس از ورود به کندانسور تقطیر شده و مجدداً به اواپراتور بازمی‌گردد.
این ساختار نسبت به چیلر دواثره ساده‌تر است و معمولاً می‌تواند با منابع حرارتی با دمای پایین‌تر، مانند آب گرم یا بخار کم‌فشار، کار کند.
چیلر جذبی دواثره (Double Effect)
در چیلر جذبی دواثره، فرآیند تغلیظ محلول در دو مرحله انجام می‌شود. بخار تولیدشده در ژنراتور دما بالا می‌تواند به‌عنوان منبع حرارتی برای ژنراتور دما پایین مورد استفاده قرار گیرد.
به این ترتیب، از انرژی حرارتی ورودی استفاده مؤثرتری می‌شود و ضریب عملکرد حرارتی دستگاه نسبت به مدل تک‌اثره افزایش پیدا می‌کند.
البته چیلر دواثره معمولاً به منبع حرارتی با دمای بالاتر نیاز دارد و طراحی آن پیچیده‌تر است.
خلأ در چیلر جذبی و اهمیت سیستم Purge
چیلرهای جذبی آب–لیتیوم بروماید در فشار بسیار پایین و شرایط خلأ کار می‌کنند. پایین بودن فشار محفظه اواپراتور باعث می‌شود آب بتواند در دمایی پایین تبخیر شود.
حفظ خلأ در این دستگاه‌ها اهمیت زیادی دارد؛ زیرا ورود هوا یا تجمع گازهای غیرقابل‌تقطیر می‌تواند عملکرد سیستم را مختل کند.
گازهای غیرقابل‌تقطیر ممکن است از طریق نشتی‌های احتمالی وارد دستگاه شوند یا در اثر برخی واکنش‌های شیمیایی در مدار ایجاد شوند.
وجود این گازها در محفظه ابزوربر می‌تواند فرآیند جذب بخار آب توسط لیتیوم بروماید را مختل کند. همچنین تجمع آن‌ها در کندانسور می‌تواند انتقال حرارت و فرآیند تقطیر مبرد را کاهش دهد.
برای کنترل این مشکل، چیلرهای جذبی به سیستم تخلیه گازهای غیرقابل‌تقطیر یا Purge System مجهز می‌شوند.
سیستم Purge وظیفه جمع‌آوری و خارج‌کردن این گازها از بخش‌های مختلف دستگاه را بر عهده دارد و ممکن است با توجه به طراحی سازنده به‌صورت دستی یا اتوماتیک عمل کند.
حفظ خلأ مناسب، کنترل نشتی‌ها و عملکرد صحیح سیستم Purge از عوامل مهم در پایداری و راندمان چیلر جذبی هستند.
لیتیوم بروماید چیست و چه نقشی در چیلر جذبی دارد؟
لیتیوم بروماید (Lithium Bromide) یک نمک شیمیایی با فرمول LiBr است که به دلیل خاصیت جذب رطوبت، در چیلرهای جذبی آب–لیتیوم بروماید به‌عنوان ماده جاذب استفاده می‌شود.
این ماده معمولاً به شکل جامد سفیدرنگ وجود دارد و در تماس با آب، محلولی با قابلیت جذب بخار آب تشکیل می‌دهد.
در چیلر جذبی، محلول لیتیوم بروماید در ابزوربر بخار آب تولیدشده در اواپراتور را جذب می‌کند. با جذب بخار، محلول رقیق‌تر می‌شود و برای بازگشت به غلظت اولیه باید به ژنراتور منتقل شود.
در ژنراتور، حرارت به محلول داده می‌شود تا آب جذب‌شده از آن جدا شود. در نتیجه، غلظت محلول افزایش پیدا می‌کند و مجدداً برای جذب بخار آب به ابزوربر بازمی‌گردد.
یکی از نکات مهم در استفاده از لیتیوم بروماید، خاصیت خورندگی محلول آن در شرایط کاری چیلر است. به همین دلیل، در طراحی و نگهداری دستگاه باید از مواد بازدارنده خوردگی و روش‌های مناسب کنترل کیفیت محلول استفاده شود. لیتیوم مولیبدات یکی از موادی است که در برخی فرمولاسیون‌ها برای کنترل خوردگی به کار می‌رود.
انواع چیلر جذبی بر اساس منبع تأمین حرارت
یکی از روش‌های دسته‌بندی چیلرهای جذبی، نوع منبع حرارتی مورد استفاده در ژنراتور است. بر این اساس، چیلرهای جذبی در مدل‌های مختلفی طراحی و تولید می‌شوند.
۱. چیلر جذبی آب گرم
چیلر جذبی آب گرم با استفاده از آب گرم به‌عنوان منبع تأمین انرژی حرارتی کار می‌کند.
این نوع چیلر در پروژه‌هایی که آب گرم با دمای مناسب و با هزینه پایین در دسترس است، می‌تواند گزینه مناسبی باشد.
یکی از کاربردهای مهم آن، استفاده از حرارت بازیافتی در سیستم‌های تولید هم‌زمان برق و حرارت (CHP) است. برای مثال، در برخی نیروگاه‌های مقیاس کوچک می‌توان از آب گرم خروجی سیستم خنک‌کاری موتور یا دیزل ژنراتور برای تأمین بخشی از حرارت موردنیاز چیلر جذبی استفاده کرد.
در پروژه‌هایی که برای تأمین آب گرم باید دیگ، پمپ، لوله‌کشی و تجهیزات جانبی جدید نصب شود، توجیه اقتصادی استفاده از چیلر جذبی آب گرم باید با دقت بررسی شود.
۲. چیلر جذبی بخار
در چیلر جذبی بخار، بخار آب به‌عنوان منبع حرارتی ژنراتور مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بخار با انتقال حرارت به محلول لیتیوم بروماید، باعث آزادشدن بخار مبرد و افزایش غلظت محلول می‌شود.
در مدل‌های دواثره، فرآیند تغلیظ محلول در دو مرحله انجام می‌شود و بخار تولیدشده در مرحله اول می‌تواند در مرحله بعدی برای تأمین بخشی از انرژی حرارتی استفاده شود.
این نوع چیلر بیشتر در پروژه‌هایی کاربرد دارد که زیرساخت تولید و توزیع بخار در آن‌ها وجود دارد؛ از جمله نیروگاه‌ها، بیمارستان‌های بزرگ و برخی صنایع شیمیایی.
فشار بخار موردنیاز به طراحی و مشخصات سازنده وابسته است و باید هنگام انتخاب دستگاه بررسی شود.
۳. چیلر جذبی شعله مستقیم (Direct Fired)
در چیلر جذبی شعله مستقیم، انرژی حرارتی موردنیاز ژنراتور از طریق مشعل و احتراق سوخت تأمین می‌شود.
در این ساختار، مشعل مستقیماً حرارت لازم برای تغلیظ محلول لیتیوم بروماید را فراهم می‌کند و نیازی به تولید آب گرم یا بخار در یک تجهیز واسطه نیست.
بسیاری از چیلرهای جذبی شعله مستقیم از نوع دواثره هستند و به همین دلیل می‌توانند ضریب عملکرد حرارتی بالاتری نسبت به مدل‌های تک‌اثره داشته باشند.
یکی دیگر از ویژگی‌های برخی از این دستگاه‌ها، قابلیت تولید سرمایش در تابستان و گرمایش در زمستان است. این قابلیت به طراحی دستگاه و حالت کاری آن بستگی دارد.
۴. چیلر جذبی با استفاده از حرارت دودکش (Flue Gas)
در برخی کاربردهای صنعتی و نیروگاهی، مقدار قابل‌توجهی انرژی حرارتی از طریق دود خروجی تجهیزات احتراقی به محیط منتقل می‌شود.
یکی از روش‌های استفاده مجدد از این انرژی، به‌کارگیری حرارت دودکش برای تأمین انرژی موردنیاز چیلر جذبی است.
در این سیستم‌ها، حرارت حاصل از دودکش تجهیزاتی مانند دیزل ژنراتور یا موتورهای احتراقی می‌تواند به‌عنوان منبع حرارتی ژنراتور مورد استفاده قرار گیرد.
بسته به طراحی سیستم، انتقال حرارت ممکن است به‌صورت مستقیم یا از طریق مبدل‌های واسطه انجام شود.
این روش به‌ویژه در نیروگاه‌های مقیاس کوچک و پروژه‌هایی که ساعات کارکرد بالایی دارند، قابل بررسی است. استفاده از حرارت اتلافی می‌تواند بخشی از انرژی موردنیاز برای تولید سرمایش را تأمین کند و میزان انرژی تلف‌شده در فرآیند تولید برق را کاهش دهد.
در طراحی چنین سیستمی، دمای دود، ترکیب گازهای خروجی، افت فشار، خوردگی، رسوب و شرایط ایمنی باید به‌دقت بررسی شوند.
مزایا و محدودیت‌های چیلر جذبی
چیلرهای جذبی به دلیل استفاده از انرژی حرارتی، در شرایط خاص می‌توانند مزایای قابل‌توجهی داشته باشند. با این حال، انتخاب آن‌ها باید با بررسی هزینه انرژی، شرایط پروژه و نیازهای بهره‌برداری انجام شود.
مزایای چیلر جذبی
امکان استفاده از حرارت اتلافی نیروگاه‌ها و فرآیندهای صنعتی
قابلیت استفاده از آب گرم، بخار و حرارت حاصل از احتراق
مصرف برق کمتر در بخش اصلی تولید سرمایش نسبت به چیلر تراکمی
امکان استفاده از انرژی خورشیدی و برخی منابع تجدیدپذیر
قابلیت استفاده در پروژه‌های تولید هم‌زمان برق، حرارت و برودت
کاهش نیاز به مصرف سوخت مستقل برای تولید آب گرم، در صورت دسترسی به حرارت بازیافتی مناسب
محدودیت‌های چیلر جذبی
وابستگی عملکرد دستگاه به دسترسی به منبع حرارتی مناسب
نیاز به برج خنک‌کننده و دفع حرارت ابزوربر و کندانسور
مصرف آب در سیستم‌های خنک‌کاری تبخیری
حساسیت عملکرد دستگاه به حفظ خلأ و کنترل گازهای غیرقابل‌تقطیر
نیاز به کنترل غلظت محلول و جلوگیری از کریستالیزاسیون
پیچیدگی بیشتر برخی عملیات نگهداری و تعمیرات تخصصی
جمع‌بندی؛ چه زمانی استفاده از چیلر جذبی مناسب است؟
چیلر جذبی یکی از راهکارهای تولید سرمایش با استفاده از انرژی حرارتی است. این دستگاه با بهره‌گیری از ترکیب مبرد و ماده جاذب، فرآیند تبخیر و جذب را انجام می‌دهد و بدون نیاز به کمپرسور اصلی تراکمی، آب سرد تولید می‌کند.
استفاده از چیلر جذبی به‌ویژه در پروژه‌هایی که حرارت اتلافی، آب گرم یا بخار با شرایط مناسب در دسترس است، می‌تواند از نظر فنی و اقتصادی قابل بررسی باشد.
انتخاب میان چیلر جذبی تک‌اثره، دواثره، آب گرم، بخار، شعله مستقیم یا مدل‌های مجهز به بازیافت حرارت باید با توجه به ظرفیت سرمایشی موردنیاز، نوع منبع انرژی، شرایط اقلیمی، هزینه‌های بهره‌برداری و امکانات موتورخانه انجام شود.
در نهایت، بررسی هم‌زمان راندمان انرژی، هزینه اولیه، مصرف آب، هزینه نگهداری و میزان دسترسی به منبع حرارتی، به انتخاب صحیح چیلر جذبی در پروژه‌های صنعتی و ساختمانی کمک می‌کند.
1 نظر در “چیلر جذبی چیست؟ – طرز کار چیلر جذبی”
با سلام. ممنون از مطلب مفید شما.