بخش چهارم :
جهت اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش‌های قبلی و بعدی را مطالعه کنید.
مقدمه
چیلرهای جذبی یکی از سیستم‌های پیشرفته و کارآمد برای ایجاد سرمایش در ساختمان‌ها و صنایع مختلف هستند. این سیستم‌ها با استفاده از اصول فیزیکی و شیمیایی خاصی کار می‌کنند و به‌ویژه در موقعیت‌هایی که انرژی گرمایی در دسترس است، عملکرد بهینه‌ای دارند. در این متن، مراحل عملکرد چیلر جذبی به تفصیل بررسی می‌شود، از جمله چگونگی انتقال حرارت و انرژی در اجزای مختلف این سیستم، که شامل پمپ محلول، ژنراتور، کندانسور و اواپراتور است. درک عمیق این فرآیندها به ما کمک می‌کند تا عملکرد این سیستم‌ها را بهتر شناسایی کنیم و در طراحی و بهره‌برداری از آن‌ها، بهینه‌سازی‌های لازم را انجام دهیم.
در سیستم چیلر جذبی، بخش‌های مختلفی با چیدمانی خاص کار می‌کنند تا فرآیند سرمایش را ایجاد کنند. اواپراتور و ابزوربر معمولاً در یک محفظه و در قسمت پایینی دستگاه قرار می‌گیرند، در حالی که کندانسور و ژنراتور در یک پوسته دیگر در بخش فوقانی نصب می‌شوند.
در ادامه، مراحل عملکرد این سیستم توضیح داده می‌شود:
مرحله اول: پمپ محلول (Solution Pump)
در ابتدای فرآیند، محلول آب و لیتیوم بروماید (معمولاً با ترکیب 60 درصد لیتیوم بروماید و 40 درصد آب) توسط پمپ مخصوص از ابزوربر مکش می‌شود. سپس این محلول پس از عبور از مبدل حرارتی، به ژنراتور منتقل می‌شود. در این مرحله، سطح محلول در مخزن ژنراتور افزایش می‌یابد.
مسیری که محلول از ابزوربر به ژنراتور طی می‌کند، به نام "خط محلول رقیق" (Weak Solution Line) شناخته می‌شود، زیرا محلول آب و لیتیوم بروماید با غلظت پایین در آن جریان دارد. در برخی منابع معتبر مانند شرکت TRANE، این مسیر را "خط محلول نیمه غلیظ" نیز می‌نامند. این اصطلاح به ترکیب محلول غلیظ جاذب ارسالی از ژنراتور با محلول رقیق در کف ابزوربر اشاره دارد و بیانگر نسبی بودن غلظت آن در مقایسه با محلول خالص‌تر است.
این تنظیمات و فرآیندها به چیلر جذبی امکان می‌دهند تا به‌صورت پیوسته و مؤثر در فرآیند خنک‌سازی شرکت کند و نیازهای سرمایشی را برآورده سازد.
مرحله دوم: انتقال انرژی گرمایی به مخزن ژنراتور
در این مرحله، انرژی گرمایی باید به مخزن ژنراتور وارد شود؛ این مخزن حاوی محلول آب (ماده مبرد) و لیتیوم بروماید (ماده جاذب) است. این گرما می‌تواند از منابع مختلفی تأمین شود، مانند شعله مستقیم گازی (به‌وسیله مشعل)، آب گرم تأمین‌شده از سیستم موتورخانه یا حتی از انرژی گرمایی بازیافتی که در سایر فرایندها به هدر می‌رود.
در این بخش از سیستم، یک شیر کنترلی خاص به نام Steam/hot water valve تعبیه شده که میزان آب داغ یا بخار ورودی به ژنراتور را با توجه به دمای آب خروجی از اواپراتور تنظیم می‌کند. این شیر کمک می‌کند تا سیستم با کنترل دقیق دما، عملکرد بهینه و مداوم خود را حفظ کند.
مرحله سوم: جدا شدن آب از محلول در ژنراتور
وقتی گرمای لازم به مخزن ژنراتور وارد می‌شود، این انرژی موجب تبخیر آب از ترکیب آب و لیتیوم بروماید می‌شود. با جدا شدن آب به شکل بخار، لیتیوم بروماید در محلول غلیظ‌تر می‌شود و بخار آب از این محلول خارج می‌گردد. این فرایند غلیظ‌سازی و تبخیر بدون ترکیب مستقیم آب گرم یا بخار با محلول انجام می‌گیرد؛ در واقع، گرما از طریق یک کویل به محلول منتقل می‌شود و صرفاً هدف انتقال انرژی گرمایی به محلول درون ژنراتور است، بدون آنکه آب گرم یا بخار ورودی با ترکیب محلول تماس مستقیم داشته باشد.
مرحله چهارم: تبدیل بخار آب به مایع در کندانسور
پس از تبخیر آب از محلول لیتیوم بروماید در ژنراتور، بخار آب برای ادامه سیکل تبرید جذبی نیاز به چگالش و بازگشت به حالت مایع دارد. اگر بخار آب مجدداً به مایع تبدیل نشود، مصرف آب به طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت؛ بنابراین، هدف از تبخیر در ژنراتور، جداسازی آب برای غلیظ‌سازی لیتیوم بروماید است، تا بتوان سیکل جذبی را به درستی ادامه داد. به این ترتیب، لیتیوم بروماید غلیظ در کف ژنراتور جمع شده و بخار آب به سمت کندانسور هدایت می‌شود.
برای انجام چگالش بخار، کندانسور بالای چیلر جذبی به برج خنک‌کننده (کولینگ تاور) متصل است. برج خنک‌کننده آب خنک را به کویل‌های کندانسور می‌فرستد، که بدون تماس مستقیم با محلول ژنراتور، حرارت را از بخار آب گرفته و آن را به مایع تبدیل می‌کند. این آب کندانس‌شده در مخزن کندانسور جمع می‌شود و آماده ادامه فرایند در سیکل تبرید جذبی است. همچنین، کویلی در محفظه ابزوربر (جاذب) وجود دارد که آب خروجی از برج خنک‌کننده از آن نیز عبور می‌کند؛ علت این عبور در مراحل بعدی توضیح داده خواهد شد.
مرحله پنجم: انتقال لیتیوم بروماید غلیظ به جاذب
در این مرحله، لیتیوم بروماید که در ژنراتور غلیظ و گرم شده است، به سمت محفظه جاذب یا ابزوربر هدایت می‌شود. اما از آنجا که لیتیوم بروماید در این مرحله به دلیل فرآیند قبلی هنوز گرم است، نیاز به خنک‌سازی دارد تا به دمای مناسب برای عملکرد جاذب برسد. به همین منظور، محلول غلیظ‌شده در مسیر برگشت به ابزوربر از یک مبدل حرارتی عبور داده می‌شود. این مبدل حرارتی دمای لیتیوم بروماید را کاهش داده و آن را برای جذب مجدد بخار آب در مرحله بعد آماده می‌کند.
بنابراین، مبدل حرارتی نقش مهمی در بهبود راندمان چیلر جذبی ایفا می‌کند. این مبدل با انتقال گرما به جریان محلول رقیق از جاذب به ژنراتور، آن را گرم کرده و آماده ورود به ژنراتور می‌سازد. هم‌زمان، از جریان لیتیوم بروماید غلیظ شده در مسیر برگشت از ژنراتور به جاذب گرما می‌گیرد و دمای آن را کاهش می‌دهد. این تبادل گرمایی در مسیر بین ژنراتور و اواپراتور به بهینه‌تر شدن عملکرد سیکل جذبی کمک کرده و بازدهی کلی سیستم را بالا می‌برد.
در مرحله نهایی، محلول غلیظ لیتیوم بروماید از طریق نازل‌ها به داخل جاذب اسپری می‌شود، جایی که با بخار آب ترکیب می‌شود و بخار آب را جذب می‌کند. این فرآیند باعث می‌شود که محلول لیتیوم بروماید دوباره رقیق شده و آماده تکرار در سیکل بعدی شود. به این ترتیب، سیکل جذبی به طور پیوسته ادامه پیدا می‌کند و به شکل مداوم آب سرد برای فرآیند سرمایش تولید می‌گردد.
در مرحله چهارم اشاره شد که یک کویل خنک‌کننده در جاذب (ابزوربر) قرار دارد و آب خروجی از برج خنک‌کننده ابتدا از این کویل عبور می‌کند و سپس به سمت کندانسور می‌رود. وجود این کویل در جاذب به این دلیل است که هنگام جذب بخار آب توسط لیتیوم بروماید غلیظ، حرارتی آزاد می‌شود، زیرا فرآیند جذب شیمیایی به‌طور طبیعی با تولید گرما همراه است. این کویل کمک می‌کند گرمای تولید شده در جاذب از بین برود و دمای لیتیوم بروماید پایین بیاید. با این کار، راندمان چیلر جذبی افزایش می‌یابد؛ زیرا لیتیوم بروماید هرچه غلیظ‌تر و سردتر باشد، توانایی بیشتری برای جذب بخار آب خواهد داشت. البته باید دمای لیتیوم بروماید به گونه‌ای کنترل شود که از حد خاصی پایین‌تر نرود، زیرا ممکن است مشکل کریستالیزاسیون رخ دهد. در ادامه به مسئله کریستالیزاسیون و نحوه جلوگیری از آن در چیلرهای جذبی خواهیم پرداخت.
آب تقطیرشده در کندانسور از طریق لوله‌ای به اواپراتور بازگردانده می‌شود و در آنجا از طریق نازل‌ها اسپری می‌شود. با توجه به اینکه فشار در اواپراتور بسیار پایین و در حدود 0.01 بار است، این کاهش ناگهانی فشار باعث می‌شود که آب ورودی در دمای حدود 4.5 درجه سانتی‌گراد بخار شود و گرمای محیط اطراف را جذب کند. اگر آب سیستم تهویه مطبوع ساختمان (مانند آب ورودی و خروجی هواساز یا فن‌کوئل‌ها) از طریق یک کویل از داخل اواپراتور عبور داده شود، دمای آن کاهش می‌یابد و آب خنک با دمای تقریبی 6 تا 7 درجه سانتی‌گراد تأمین می‌شود.
در این فرایند، آب برگشتی از هواساز یا فن‌کوئل‌ها که در دمایی نزدیک به 12 درجه سانتی‌گراد قرار دارد، گرمای ساختمان را جذب کرده و به اواپراتور می‌آورد. اواپراتور این گرما را به کمک فرایند تبخیر آب جذب و دفع می‌کند و آب خنک شده را مجدداً به مصرف‌کننده‌ها (فن‌کوئل‌ها یا هواسازها) بازمی‌گرداند. این چرخه سرمایش تا زمانی که نیاز به خنک‌سازی باشد، تکرار می‌شود.
در این میان، لازم به ذکر است که دو جریان آب، یعنی آب خنک‌کننده داخل اواپراتور و آب سیستم سرمایش ساختمان، هیچ‌گاه با یکدیگر ترکیب نمی‌شوند. فرایند سرمایش تنها از طریق انتقال حرارت میان این دو جریان مستقل صورت می‌گیرد. همچنین، یک شیر کنترلی در ژنراتور وجود دارد که میزان بخار یا آب داغ ورودی را بر اساس دمای آب خروجی از اواپراتور تنظیم می‌کند؛ به گونه‌ای که اگر دمای آب خروجی از اواپراتور کاهش یابد، میزان گرمای ورودی به ژنراتور کمتر و اگر دما افزایش یابد، جریان گرما به سمت ژنراتور بیشتر خواهد شد.
در سیستم چیلر جذبی، امکان دارد که تمامی آب‌هایی که از کندانسور به اواپراتور منتقل می‌شوند، به طور کامل تبخیر نشوند. به همین دلیل، سینی خاصی در زیر اواپراتور طراحی شده است که برای جمع‌آوری این آب‌های باقی‌مانده استفاده می‌شود. این آب‌ها می‌توانند به کمک پمپی که به عنوان پمپ مبرد شناخته می‌شود، دوباره سیرکوله شوند و بر روی سطح اواپراتور پاشیده شوند.
این روند باعث می‌شود که همیشه در محفظه اواپراتور بخار آب و ذرات معلق آب وجود داشته باشد و به این ترتیب عملکرد سیستم بهینه‌تر و پایدارتر باشد. به عبارتی، این سیکل به طور مداوم تکرار می‌شود و تضمین می‌کند که بخار آب در فضای اواپراتور حفظ شده و به فرآیند سرمایش کمک می‌کند.
همان‌طور که اشاره شد، محفظه‌های اواپراتور و جاذب (ابزوربر) در یک پوسته مشترک طراحی شده‌اند. در این راستا، مایع غلیظ لیتیوم بروماید که در حال پاشش در محفظه جاذب است، بخار آب و ذرات معلق موجود در محفظه اواپراتور را با نیرویی بسیار قوی به خود جذب می‌کند. این نیروی جذب به‌گونه‌ای است که شبیه به عمل نیروی مغناطیسی عمل می‌کند و به‌طور قابل توجهی بر روی ذرات آب تأثیر می‌گذارد.
قدرت این کشش تا حدی زیاد است که می‌تواند وکیوم در داخل محفظه اواپراتور ایجاد کند. به‌عبارتی دیگر، با افزایش غلظت لیتیوم بروماید، نیروی جذب این مایع نیز بیشتر شده و در نتیجه، میزان وکیوم داخل محفظه اواپراتور افزایش می‌یابد.
نتیجه‌گیری
در نهایت، چیلرهای جذبی با استفاده از فناوری‌های نوین و درک دقیق از خواص مواد مانند لیتیوم بروماید و آب، توانسته‌اند به‌عنوان یکی از راه‌حل‌های موثر برای سرمایش مورد استفاده قرار گیرند. مراحل مختلف این سیستم، از جذب بخار آب تا تبخیر و چگالش، همگی به‌طور هماهنگ عمل می‌کنند تا آب سرد تولید شود و به سیستم‌های تهویه مطبوع منتقل گردد. با توجه به اهمیت این سیستم‌ها در کاهش مصرف انرژی و بهره‌وری بیشتر، شناخت دقیق از نحوه عملکرد آن‌ها می‌تواند در بهبود کارایی و کاهش هزینه‌ها در زمینه‌های صنعتی و تجاری بسیار موثر باشد.