چیلر های جذبی سطحی + کاتالوگ

پیشنهاد می شود قبل از مطالعه این مطلب پیشنیاز آن را مطالعه فرمایید:

مقدمات چیلر- چگونگی عملکرد چیلرها

در این مطلب می خوانید:

چیلرهای جذبی سطحی (Adsorption chillers)

طرز کار چیلرهای جذب سطحی

چرخه ساده چیلر جذب سطحی

مزایا و معایب حرارت جذب سطحی

چیلرهای جذبی سطحی (Adsorption chillers)

سیستم های سرمایشی جذبی در دو نوع جذب حجمی (Absorption) و جذب سطحی (Adsorption) وجود دارد. مهمترین تفاوت دو چیلر جذب حجمی و جذب سطحی در ماده جاذب آن ها است. در نوع چیلر جذب حجمی ماده جاذب سیال بوده و ماده جذب شونده به صورت حجمی جذب می شود، اما در چیلر های جذب سطحی ماده جاذب ذرات جامد و ماده جذب شونده به طریق سطحی جذب می شود. چهار قسمت اصلی چیلر جذب سطحی عبارتند از: محفظه های جاذب، کندانسور، اواپراتور و شیر اختناق. در کاربرد های صنعتی معمولا از دو محفظه در چیلر استفاده می شود.

اگرچه قدمت شناخت سرمایش جذبی با ماده جامد بسیار بیش تر است، اما به کارگیری فناوری مربوط به آن برای تامین سرمایش ساختمان ها چندان قدمتی ندارد و اولین نمونه آن در سال 1986 تحت عنوان ADC26 به بازار عرضه شد. ماده مبرد در این گونه سیستم ها آب و ماده جاذب سیلیکاژل است. گرمای ژنراتور هم از طریق آب گرم (50 تا 90 درجه سانتیگراد ) 122 تا 194 درجه فارنهایت تامین می شود. دمای آب سرد خروجی از آنها می تواند تا 3.3 درجه سانتی گراد (38 درجه فارنهایت) کاهش یابد.

طرز کار چیلرهای جذب سطحی

جذب سطحی  فرآیند جذب اتم‌ها یا مولکول‌های موجود در یک مایع یا گاز در تماس با یک سطح جامد است. این جذب بوسیله نیروهای چسبندگی و همدوسی روی می‌دهد.

جذب سطحی با نیروهای سست بلندبرد مانند نیروی واندروالسی آغاز و با نیروهای نیرومند کوتاه‌برد مانندیونی و فلزی پایان می‌یابد. بایستی توجه داشت که نیروی کووالانسی همراه با واکنش شیمیایی‌ است و نه تنها در سطح، بلکه در توده ماده نیز عمل می‌کند و بنابراین جزو نیروهای جذب سطحی نیست.

هرچه اختلاف دمای بین سطح جامد و مواد جذبی بیشتر باشد، جذب زودتر روی می‌دهد زیرا انرژی گرمایی مواد، نیروی محرکه جذب روی سطح است.

سیکل پمپ گرمایی جذب سطحی از 4 قسمت عمده تشکیل شده است:

جاذب که با مواد جذب کننده پر شده است وبه آن بستر جذب می گویند.،کندانسور، اواپراتور، شیر انبساط.

این پمپ گرمایی با حرکت دادن سیال جذب شونده در بین جاذب، کندانسور و اواپراتور کار می‌کند. در این سیکل، پدیده جذب سطحی که در قسمت جاذب اتفاق می افتد، نقش توان مکانیکی را ایفا می کند. به این ترتیب سیال عامل بدون هیچ گونه توان مکانیکی می تواند در سیکل به گردش در آید. شکل 1، سیکل ترمودینامیکی پمپ گرمایی جذب سطحی و شمایی از چیدمان اجزای آن را نشان می دهد.

شکل 1- سیکل ترمودینامیکی یک پمپ حرارتی جذب سطحی پایه

یک سیکل پمپ گرمایی جذب سطحی شامل 4 مرحله است. (a-b ) گرم کردن در جرم ثابت، (b-c) احیا در فشار ثابت، (c-d)  سرد کردن در جرم ثابت، (d-a) جذب سطحی در فشار ثابت.

در مرحله گرم کردن در جرم ثابت(a-b)، شیر بین بستر مواد جذب کننده و کندانسور و اواپراتور بسته اند. به این ترتیب مقدار جرم ماده جذب شونده در جاذب ثابت باقی می ماند. در این مرحله دمای بستر مواد جذب کننده با گرم کردن آن از Ta تا Tb افزایش می یابد.

در مرحله احیا در فشار ثابت (b-c)، گرم کردن بستر مواد جذب کننده ادامه می یابد در حالی که شیر بین بستر مواد جذب کننده و کندانسور باز شده است، فرایند احیا آغاز می شود و بخار احیا شده در کندنسور تقطیر می شود. در این مرحله فشار در جاذب ثابت باقی می ماند.

در مرحله سرد کردن در جرم ثابت (c-d)، شیر بین کندانسور و بستر مواد جذب کننده بسته می شود و دمای بستر مواد جذب کننده از Tc که بیشترین دمای سیکل است، تا Td کاهش می یابد. مجددا مقدار جرم ماده جذب شونده در جاذب ثابت باقی می ماند. در طول این مرحله، فشار و دمای بستر مواد جذب کننده تا مقادیر اواپراتور کاهش می یابد. 

در مرحله جذب (جذب سطحی) در فشار ثابت (d-a)، شیر بین اواپراتور و بستر مواد جذب کننده باز می شود و تبخیر بخار در اواپراتور آغاز شده و این بخار توسط مواد جذب کننده جذب می شود. در حین جذب ماده جذب شونده در مواد جاذب مقداری گرما آزاد می شود که به آن گرمای جذب می گویند. این گرمای تولید شده باید از بستر مواد جذب کننده خارج شود و دمای ماده جذب شونده و مواد جاذب تا Ta کاهش یابد.

 با توجه به توضیحات داده شده می توان فهمید که تنها مرحله ای که در آن تبرید صورت گیرد مرحله (d-a) است. به همین سبب آب ورودی به اواپراتور تنها در این مرحله سرد می شود و در سایر مراحل دمای آب ورودی تقریبا تغییر نمی کند. به همین دلیل، برای کم کردن نوسانات دمای آب خروجی از اواپراتور از چند محفظه جاذب به جای یک محفظه جاذب استفاده می شود. ضمن اینکه به کمک این عمل میزان توان تبرید سیستم بالاتر می رود . گرمای تبخیر باعث اثر خنک کنندگی و گرمای میعان می شود و می تواند برای اهداف گرمایش استفاده شود.

همان گونه که ذکر شد، اثر سرمایشی در چرخه در طول فرآیند جذب هم فشار(d-a) رخ می دهد و این هنگامی اتفاق می افتد که جذب شونده با بدست آوردن گرما از محیط تبخیر گردد. هنگامی که جذب شونده با آزاد کردن گرمای محیط چگالیده می شود، اثر گرمایشی در طول فرایند احیای جرم ثابت (b-c) ظاهر می گردد. علاوه بر فرایند احیای هم فشار، بستر جاذب در طول فرایند های (c-d) و(d-a) نیز سرد می شود.

این گرمایی که در طی این فرایند ها آزاد می شود همچنین می تواند برای اهداف گرمایشی در هر فرایندی استفاده گردد.

چرخه ساده چیلر جذب سطحی

شکل 2- چرخه ساده چیلر جذب سطحی سیلیکاژلی

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، در داخل هر محفظه تعدادی مبدل حرارتی وجود دارد که از داخل لوله فلزی سیال حرارتی جریان دارد و اطراف لوله و بین فین ها بستر ماده جاذب است که از ذرات جاذب مانند سیلیکاژل پر شده است. ابتدا شیر های ارتباطی بین محفظه ها و کندانسور و اواپراتور بسته است و آب گرم وارد لوله فلزی محفظه سمت چپ و آب خنک کننده وارد لوله فلزی محفظه سمت راست می شود. انتقال حرارت از لوله فلزی و فین ها به ذرات جاذب صورت می گیرد و بستر ذرات جاذب سمت چپ که گرم شده است شروع به احیای سیال عامل می کند و فشار محفظه تا فشار کندانسور افزایش می یابد. در همین زمان سرد شدن ذرات جاذب در محفظه سمت راست باعث می شود سیال عامل در ذرات جذب شده و فشار محفظه تا فشار اواپراتور کاهش یابد. در مرحله بعد شیر بین محفظه سمت چپ و کندانسور و شیر بین محفظه سمت راست و اواپراتور باز می شود. در این مرحله جریان آب گرم به داخل لوله های محفظه سمت چپ و آب سرد به داخل لوله های محفظه سمت راست ادامه می یابد.سیال عامل احیا شده در محفظه سمت چپ وارد کندانسور شده و پس از عبور از شیر اختناق و افت فشار وارد اواپراتور می شود. با جذب بخار سیال عامل از اواپراتور در محفظه سمت راست یک جریان در سیکل ادامه می یابد. این مرحله تا زمانی که هر دو بستر تا نزدیک مقدار اشباع برسند و تقریبا قابلیت جذب و احیای بیشتر سیال عامل را نداشته باشند ادامه می یابد. در این زمان در لوله های محفظه سمت چپ که تاکنون گرم می شد آب سرد و در لوله های محفظه سمت راست که تاکنون سرد می شد آب گرم جریان می یابد. در این مرحله فشار محفظه سمت چپ تا فشار اواپراتور کاهش و فشار محفظه سمت راست تا فشار کندانسور افزایش خواهد یافت و عکس مرحله اول انجام می شود. حال شیر بین محفظه سمت راست و کندانسور و شیر بین محفظه سمت چپ و اواپراتور باز شده و عکس مرحله دوم اتفاق می افتد. با اتمام این مرحله یک سیکل کامل طی شده است.

اصطلاح دیگری که کارایی سیستم را توصیف می‌کند توان سرمایشی یا گرمایشی ویژه (SCP /SHP) می باشد. SCP/SHP، نسب توان سرمایشی یا گرمایشی بر جرم جاذب بر زمان سیکل می‌باشد.

شکل 3- شمایی از چیلر جذب سطحی با 2 بستر جاذب.

شکل 3، شمایی از چیلر را که از 2 بستر جاذب استفاده شده نشان می دهد. در حالی که یکی از محفظه ها در حال جذب سیال می باشد و به اواپراتور متصل است (محفظه سمت راست که در شرایط (b-c) است)، محفظه دیگر در حال احیای سیال می باشد و به کندانسور متصل است (محفظه سمت چپ که درشرایط (d-a) است). این عمل تا زمانی ادامه می یابد که مواد جذب کننده در محفظه سمت راست از سیال جذب شونده پر شود و در محفظه سمت چپ از سیال جذب شونده خالی گردد. سپس با فرستادن سیال گرم در محفظه سمت راست، این محفظه پس از طی مرحله (a-b) به کندانسور متصل می شود و شروع به احیای سیال می کند.به همین ترتیب با فرستادن سیال سرد در محفظه ی سمت چپ، این محفظه پس از طی مرحله (c-d) به اواپراتور متصل می شود وشروع به جذب سیال می کند. بدین ترتیب ملاحظه می شود، زمانی که یکی از محفظه ها به کندانسور متصل است، دیگری با جذب سیال از اواپراتور عمل تبرید را انجام می دهد.

شکل 4- نمایی از یک چیلر جذب سطحی صنعتی

مزایا و معایب حرارت جذب سطحی

در سال های اخیر، اهمیت جذب سطحی پمپ های حرارتی و سیستم های تبرید جذب سطحی افزایش یافته است، به این علت که این نوع از سیستم ها مستقیما می تواند به عنوان منابع اولیه انرژی حرارتی و علاوه بر آن حرارت هدررفت تولید شده در فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده گردد.

برخی از مهمترین مزایای این نوع سیستم ها در ذیل بیان شده است :

• می تواند با منابع انرژی حرارتی محرک  مانندگرمای هدررفت، گرمای خورشیدی و انرژی های زمین گرمایی ، و غیره بکار گرفته شوند.
• می تواند با دمای کم منابع انرژی محرک حرارت کار کند.
•  نیازی به قطعات متحرک برای سیرکولاسیون سیال جذب شونده ندارد.
• از طول عمر بالایی برخوردار می باشد.
• بدون سر و صدا و ارتعاش کار می کند.
• به تعمیر و نگهداری مکرر نیاز ندارد.
• سازگار با محیط زیست می باشد، زیرا شامل هیچ گونه مواد خطرناک برای محیط زیست نمی باشد.
• عدم تولید گازهای گلخانه ای.
• می تواند به عنوان دستگاه ذخیره سازی انرژی حرارتی به کار رود.
• مقدار ضریب عملکرد تا 0.75، درصورت استفاده از آب داغ.
• عدم حضور آمونیاک
• نداشتن خوردگی
• عدم نشت مواد خطرناک
• نداشتن ولتاژ بالا
• عدم نیاز به فشار بالا
• مدت زمان کوتاه راه اندازی و خاموشی
• عملکرد در بازه وسیع 50 تا 90 درجه سانتی گراد برای دمای آب داغ آن.
• خروجی سرمای پایدار بین 3 تا 9 درجه سانتیگراد.

از مهمترین معایب این نوع سیستم ها می توان موارد زیر را برشمرد :

• مقدار ضریب عمکرد آن کم می باشد؛ البته باید دقت نمود که از گرمای هدررفت، خورشیدی و غیره استفاده می کنیم.
• اصول های متناوب کار کردن این نوع سیستم ها برای بهبود COP آن بر پیچیدگی  آن می افزاید.
• برای حفظ خلاء زیاد، نیاز به تکنولوژی بالا و طرح های خاص دارد.
• دارای حجم و نسبت وزن به گرما زیاد نسبت به سیستم های سنتی.

منابع:

کارگشا، سامانه جامع صنعت ساختمان

saripuya.com

1. D.C. Wang,Y.H. Li, D.Li, Y.Z. Xi, J.P. Zhang, A review on adsorption refrigeration technology and adsorption deterioration in physical adsorption systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2009
2. L.W. Wang*, R.Z. Wang, R.G. Oliveira, A review on adsorption working pairs for refrigeration, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2009
3. H. Demir, M. Mobedi, S. Ülkü, A review on adsorption heat pump: problems and solutions, Renew. Sustain. Energy Rev. 2007

مطالب مرتبط:

چیلر های توربوکر (بدون روغن)

چیلر های جذبی یا تراکمی؟ مساله این است…

جانمایی مناسب برای افزایش کارایی چیلرهای هواخنک