بخشی از مقاله
بررسی چیلرهای جذبی سیلیکاژل و مقایسه با چیلرهای جذبی لیتیم بروماید
چکیده
سیستمهای تبرید جذبی به دلیل سطح پایین میزان مصرف انرژی الکتریکی، مورد توجه طراحان سیستم های تهویه و تبرید واقع شدهاند. در این سیستمها، مواد جاذب ممکن است مایع و یا جامد باشد. چیلرهای جذبی با ماده جاذب سیلیکاژل از جدیدترین نوع این گونه سیستمها به شمار می روند که کارایی آن در استفاده از منابع گرمایی با دمای نه چندان زیاد، منحصر به فرد میباشد. در مقاله ی حاضر، به بررسی این گونه چیلرها و مقایسه آن با چیلرهای جذبی با ماده جاذب مایع پرداخته شده است.
کلمات کلیدی: چیلر جذبی - ماده جاذب جامد - سیلیکاژل
مقدمه:
محدودیت در استفاده از مبردهای کلروفلئور کربن، هزینه بالای تولید و انتقال انرژی الکتریکی و تصاعدی بودن هزینه استفاده از آن، سازندگان، طراحان و کاربران سیستمهای تهویه مطبوع را به انتخاب چیلرهای جذبی به عنوان جانشین چیلرهای تراکمی واداشته است. چیلرهای جذایی از گرما به عنوان انرژی اصلی برای ایجاد سرمایش استفاده می کنند بنحوی که مصرف انرژی الکتریکی در آنها کمتر از ۱۵٪ انرژی کلی آنها می باشد؛ اما ضریب عملکرد انها نسبت به چیلرهای تراکمی، کمتر است. قابلیت استفاده از انرژی هایی با کیفیت پایین مانند انرژی های اتلافی در سیستم های صنعتی از مزایای این سیستمها به شمار میرود، به عنوان مثال، انرژی موجود در گازهای گرم خروجی از نیروگاههای گازی و یا سیکل ترکیبی و موتورهای دیزل به کار رفته در وسایل حمل و نقل دریایی از جمله منابع مهم قابل کاربرد در چیلرهای جذبی به شمار میرود. از دیگر مزایای چیلرهای جذبی، برخورداری Y از نرخ پایین استهلاک و طول عمر بالای این نوع از چیلرها، در مقایسه با چیلرهای کمپرسوری بوده که آن هم به دلیل حذف قطعات متحرک در سیکل چیلر جذبی می باشد. همچنین سیال عامل به کار رفته در این چیلرها به لایه ازن و محیط زیست صدمه ای وارد نمی آورد. این مسائل باعث شد تا این گونه سیستمها بار دیگر در تمامی دنیا مطرح شوند. تئوری سیکل ترمودینامیکی چیلرهای جذبی در سال ۱۷۷۷ میلادی توسط یک فرانسوی به نام مارین مطرح شد و در سال ۱۸۶۰ میلادی برای اولین بار نوع آمونیاکی آن که همان یخچال های نفت سوز آمونیاکی بود در آمریکا ساخته شد و در سال ۱۹۴۵ میلادی نوع لیتیم برومایدی آن توسط کمپانی کریر در مقیاس تجاری وارد بازارهای بین المللی شد و امروزه تا ظرفیت ۳۶۰۰ تن برودتی آن موجود می باشد۱. مدل های اولیه چیلرهای لیتیم بروماید به نوع تک اثر معروف اند که کمترین بازدهی را در مقایسه با سایر انواع دارند. نوع دیگر چیلرهای لیتیم بروماید به نام چیلر دو اثره معروف است که مصرف بخار آن در حدود ۵۰٪ مصرف بخار چیلرهای تک اثره میباشد. ضریب عملکرد این چیلرها در حدود ۲ برابر نوع تک اثره است. جدیدترین نوع چیلرهای لیتیم بروماید، چیلر شعله مستقیم می باشد که در آن از دیگ بخار جداگانه برای تولید اب گرم استفاده نمی شود. از مشکلات مهم این نوع سیستمها، می توان به کریستالیزه شدن لیتیم بروماید اشاره نمود. تبرید جذبی با ماده جاذب جامد برای اولین بار توسط فارادی در سال ۱۸۴۸ کشف شد. استفاده از سیکل جذبی با ماده جاذب جامد، یک ایده جدید نیست و توسط پلانک و همکاران ۲] در اوایل سال ۱۹۰۰ گزارش شده است. سیستمهای تبرید جامد بخار برای اولین بار در سال ۱۹۲۰ در مقیاس تجاری مورد بهره برداری قرار گرفت و توانست بر محدودیتهای سیستمهای تراکمی و سیستمهای تبرید جدابی بخار - مایع غلبه کند. سیستمهای جذبی که در بین سال های ۱۹۲۰ تا ۱۹۴۰ مورد استفاده قرار می گرفتند علیرغم سادگی، دارای بازده چندانی نبودند. میلر۳] با استفاده از سیلیکاژل و دی اکسید سولفور یک سیستم مقاوم را طراحی کرد. بعد از این، با ورود کمپرسورهای مکانیکی و معرفی کلروفلئرو کربن ها به عنوان مبردهایی با کارایی بالا، تحقیقات در مورد سیکل های جذبی جامد - بخار تا سال ۱۹۷۰ با وقفه روبرو شد ۳. با بروز بحران نفت در سال ۱۹۷۰، تحقیقات در مورد اینگونه سیکل ها با هدف استفاده عقلایی و بهینه از انرژی از سر گرفته شد. در میان محققین، چرنو{۵}، میونیر و همکاران ||۶|||| گوئیلمینوت و همکاران ۷ ، اشمیت ۸ و روم || ۹ || به مطالعات تئوری و تجربی در زمینه اینگونه سیکل ها پرداختند. این روزها تحقیقات در مورد این سیکل ها بسیار بیشتر شده است که دلیل آن بی سرو صدا بودن، پایداری بالا، هزینه تعمیر پایین، نگهداری آسان و قابلیت استفاده از منابع انرژی با دمای پایین تر نسبت به سیستمهای جذبی مایع - بخار می باشد. چیلرهای جذبی جامد - بخار چشم انداز روشنی دارند. آنها قابلیت بالای ترکیب با سیستمهای خورشیدی و توانایی استفاده از منابع انرژی حرارتی اتلافی با دمای کم را داشته و همچنین سرمایش بدون ایجاد آلودگی را به ارمغان می آورند. این سیستم ها به دلیل عدم وجود اجزای متحرک، ساختمان ساده ای داشته و نیاز به نگهداری ندارند. بنابراین سیکل های جذبی جامد - بخار، جایگزین مناسبی برای سیکل های تبرید تراکمی هستند. از معایب این سیستمها، پایین بودن ضریب عملکرد آنها نسبت به سایر سیستمهای تبرید می باشد که در حال حاضر توجه محققین به این مسئله واداشته شده است. در تحقیق حاضر در ابتدا به مروری بر انواع چیلرهای جذبی لیتیم بروماید پرداخته می شود و سپس نحوه عملکرد ساده ترین نوع چیلر جذبی سیلیکاژل تشریح خواهد در پایان نیز ویژگیهای چیلرهای سیلیکاژل و لیتیم بروماید با یکدیگر مقایسه خواهد شد.
۲ چیلرهای جذبی لیتیم بروماید یک نمونه ی ساده از این چیلرها در شکل(۱) نشان داده شده است. در این سیکل، آب به عنوان مبرد و نمک لیتیم بروماید به عنوان ماده جاذب گردش می کند. لیتیوم بروماید که به علت بخار شدن آب محلول در آن به صورت غنی درآمده، ژنراتور را ترک نموده و با عبور از یک مبدل حرارتی وارد آبزور بر می شود و در آنجا با جذب بخار آب تولید شده در او اپراتور، رقیق می گردد. لیتیم بروماید رقیق از آبزور بر به داخل ژنراتور پمپ می شود و در مسیر خود از یک مبدل حرارتی عبور می کند. این مبدل حرارتی، گرمای لیتیم بروماید غلیط خارج شده از ابزور بر را به لیتیم بروماید رقیق ورودی به ابزور بر منتقل کرده و در واقع یک حالت پیش گرم می باشد. سپس در ژنراتور، به لیتیم بروماید رقیق، حرارت داده می شود و آب محلول در آن به صورت بخار جدا شده و سپس در کند انسور به صورت مایع در میآید. سیال خنک کننده بخار آب در کند انسور، آب سرد تولید شده در برج خنک کن می باشد. آب کند انس شده در کند انسور به او اپراتور جریان یافته و در آنجا تبخیر شده و مجددا به سمت ابزور بر هدایت می شود. عمل تبخیر در او اپراتور باعث تولید سرما خواهد شد، آب خنک مصرفی جهت مصارف تهویه در این بخش تولید می شود لیتیم بروماید غنی خارج شده از ژنراتور پس از ورود به آبزور بر با بخار آب ترکیب شده و تشکیل لیتیم بروماید رقیق میدهد.
لازم به ذکر است که میزان بخار آب جذب شده توسط لیتیم بروماید بستگی به درجه حرارت آن داشته و با کاهش درجه حرارت، قادر به جذب مقدار بخاراب بیشتری میباشد. آبزوربر
توسط آب سرد برج خنک کن، سرد میگردد تا دمای آن تا حد امکان پایین نگه داشته شود. اگر عملیات غلیظ سازی لیتیم بروماید در ژنراتور از حد مشخصی بیشتر ادامه پیدا کند، لیتیم بروماید کریستالیزه شده و به صورت جامد در می آید که منجر به از کارافتادن سیکل میگردد. از دیگر محدودیت های این گونه چیلرها عدم بهره گیری از منابع اتلافی انرژی حرارتی با دمای کم می باشد. چیلری که در شکل(۱) مشاهده می شود از نوع یک مرحله - ای میباشد، این نوع چیلرها ضریب عملکرد پایینی دارند انواع پیشرفته تر آنها که امروزه در سطح گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، چیلرهای چند مرحله ای می باشند. در شکل (۲) یک چیلر لیتیم بروماید دو مرحله ای نشان داده شده است. تعداد مراحل به مبدلهای حرارتی بازیاب حرارت (ژنراتور) در دماهای مختلف اشاره دارد. چیلرهای تک مرحله ای از توان حرارتی ورودی تنها یک بار برای تولید بخار از مخلوط جاذب و مبرد استفاده می کنند در حالی که چیلرهای دو مرحله ای این فرایتد را در دو مرحله و در دو ژنراتور مجزا ترتیب می دهند. در مرحله اول، بخار مبرد با فشار بالا تولید می شود و در مرحله دوم، کندانس می شود. حرارت ناشی از این پدیده در ژنراتور دوم برای تولید بخار مبرد دما پایین مورد استفاده قرار میگیرد. حرارت بازیاب شده در چیلرهای دو مرحله ای و ضریب عملکرد آنها تقریبا دو برابر نوع تک مرحله ای است. در نتیجه چیلرهای چند مرحله ای نسبت به چیلرهای تک مرحله ای، توان بهره گیری بهتر از منابع اتلافی انرژی حرارتی را دارند. ژنراتورها در چیلرهای چند مرحله ای میتوانند به صورت سری یا موازی قرار گیرند. آنچه که در شکل (۲) نشان داده شد، نوع سری آن میباشد. در شکل(۳) یک چیلر دو مرحله ای با آرایش موازی ژنراتورها نشان داده شده است. تفاوت این دو چیدمان در نحوه استفاده از محلول خروجی از ابزور بر میباشد. در حالت سری، محلول غنی از مبرد در ابتدا به ژنراتور دما بالا پمسپ میشود و در ادامه ی فرایند به ژنراتور دما پایین منتقل میشود. در چیدمان موازی، این محلول در مبدل حرارتی بازیاب به دو بخش تقسیم شده و به ژنراتورها ارسال میشود و در نهایت، این دو بخش دوباره با یکدیگر ترکیب میشوند. از مزیت های چیدمان موازی میتوان ضریب عملکرد بالاتر و احتمال کریستالیزه شدن کمتر نسبت به چیدمان سری را نام برد. بعلاوه نوع موازی، قابلیت دریافت بخار با فشار کمتر را دارد که در نتیجه در یک قدرت تیرید یکسان با نوع سری، توانایی بهره گیری از منابع حرارتی با دمای کمتر را دارد
۳ چیلرهای جذبی سیلیکاژل
سیلکاژل مادهای است جامد و متخلخل که قابلیت جذب میزان قابل توجهی آب بدون انبساط حجمی و یا تغییر ساختار و تغییر شیمیایی را دارد. بعلاوه این ماده همچنین قابلیت آزاد سازی آب در هنگام دریافت حرارت را دارا می باشد. این ویژگیها سیلیکاژل را به یک ماده جاذب ایدهآل برای استفاده در چیلرهای جذبی بدل کرده است. فرایند تبخیر آب به فشار و دما وابسته است. در شرایط اتمسفر استاندارد (فشار 760mm جیوه) آب در ۱۰۰ درجه سانتیگراد به جوش آمده و بخار می شود با کاهش فشار محیط، دمای تبخیر آب نیز کاهش مییابد. بنابراین با استفاده از تکنولوژی
