چیلر سانتریفیوژ یا گریز از مرکز یک نوع چیلر تراکمی است. این چیلر تراکمی برای تامین نیروی لازم برای گردش مبرد در سیکل تبرید، از کمپرسور سانتریفیوژ استفاده می کند.
بررسی چیلر سانتریفیوژ و کاربرد آن
چیلر سانتریفیوژ چیست؟
چیلر سانتریفیوژ یا گریز از مرکز یک نوع چیلر تراکمی است. این چیلر تراکمی برای تامین نیروی لازم برای گردش مبرد در سیکل تبرید، از کمپرسور سانتریفیوژ استفاده می کند. کمپرسور سانتریفیوژ نوعی از کمپرسورهای دینامیک است. عملکرد این کمپرسور به نیروی گریز از مرکز متکی است.
علت نام گذاری این دستگاه به چیلر سانتریفیوژ این است که کمپرسور آن از نوع سانتریفیوژ یا گریز از مرکز است. کمپرسور سانتریفیوژ دارای یک ایمپلر (پروانه) است که با چرخش ایمپلر به مبرد گازی شکل (برای مثال مبرد (R134a نیروی گریز از مرکز اعمال شده و انرژی جنبشی ذرات مبرد به فشار تبدیل و دمای آن افزایش پیدا می کند. مبرد از قسمت مرکزی (خط مکش) وارد و از قسمت محیطی (تخلیه) خارج می شود.
مقاله آموزشی: هزینه ساخت سردخانه چگونه محاسبه می شود؟
این مبرد گازی شکل (بخار) با فشار و دمای بالا وارد کندانسور می شود. کندانسور مبدل حرارتی است که توسط هوا یا آب، گرمای این مبرد را گرفته و رفته رفته در کویل های پر پیچ و خم، آن را به مبرد مایع تبدیل می کند. اگر کندانسور از نوع آبی (شل اند تیوب) باشد، آبی که حرارت مبرد در کندانسور را می گیرد به سوی برج خنک کننده (کولینگ تاور) هدایت شده تا در آنجا گرمای خود را به هوای اتمسفر داده و دوباره به کندانسور برگردد.
مبرد مایع از لوله مویین یا شیر انبساط عبور کرده و فشارش به شدت افت می کند و بعد از آن وارد اواپراتور می شود.
این مرحله، مرحله ای است که آب باید سرد شده و جهت خنک کاری فضای داخل ساختمان و یا دستگاهی صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. در واقع در اواپراتور، مایع مبرد گرمای محیط اطراف لوله های پر پیچ و خم خود که در آب غوطه ور است را گرفته و آب را تا دمای ۲ الی ۷ درجه سانتی گراد (و یا دماهای پایین تر) سرد می کند و آب سرد شده به دستگاه هواساز یا فن کویل داخل ساختمان ارسال و آنجا جهت خنک کاری مورد استفاده قرار می گیرد. (در بعضی کاربردهای صنعتی از این آب سرد شده برای خنک کاری تجهیزات استفاده می شود.)
ویژگی ها، مزایا، معایب و کاربرد چیلر سانتریفیوژ
1)چیلرهای سانتریفیوژ معمولا با نسبت تراکم ثابت ۱۸ به یک ساخته می شوند.
2)این چیلرها در ظرفیت هایی بین ۹۰ تا ۲۰۰۰ تن تبرید ساخته می شوند و بیشتر برای کاربری های بالاتر از ۳۰۰ تن استفاده می شوند.
3)مهم ترین مزیت چیلر سانتریفیوژ ، بالا بودن راندمان آن در حالت تمام بار Full load بوده و ابعاد آن بسیار جمع و جور یا Compact است.
4)بزرگترین عیب آن این است که نمی تواند با راندمان بالایی در حالت هایی که به خنک کاری کمی نیاز است کار کند. به صورتی که در حالت کارکرد کم بار Low load در حالتی به اسم Surging قرار می گیرد که چیلر با سر و صدای زیاد و با ارتعاش کار می کند. بیشترین کاربرد این چیلرها در مکان هایی است که همواره در حالت تمام بار و ثابتی کار کنند و بار اعمالی به آن ها متغیر نباشد.
5)در بعضی از آن ها عمل فشرده سازی مبرد گازی شکل در چند مرحله صورت می گیرد که به آن Multi Stage گفته می شود.
6)ارتباط بین موتور الکتریکی محرک و کمپرسور می تواند به صورت کوپل مستقیم و یا چرخ دنده ای باشد. می توان از موتورهای دور متغیر (اینورتر) استفاده کرد که البته قیمت اولیه آن بالاتر است.
7)چیلر سانتریفیوژ همانند چیلر ضربه ای (چیلر پیستونی) در دو نوع آب خنک (سیستم باز دارای برج خنک کننده) و هوا خنک (سیستم بسته فاقد برج خنک کننده) موجود است که نوع آب خنک کاربرد بیشتری دارد. چیلر سانتریفیوژ هم به صورت هوا خنک و هم آب خنک موجود است (منظور از هوا یا آب خنک بودن این است که کندانسور آن توسط هوا یا آب خنک می شود) که نوع آب خنک راندمان بالاتری دارد اما به علت نیاز داشتن به برج خنک کننده و مشکلات ناشی از مصرف آب در آن ، بیشتر از چیلر تراکمی با کندانسور هوا خنک استفاده می شود که به برج خنک کننده در مدار آن نیازی نیست.
8)بیشترین کاربرد این نوع از چیلرها در ساختمان های تجاری بزرگ (مال ها) ، هتل ها، کارخانه ها، کشتی های بزرگ تجاری، فرودگاه ها، بیمارستان ها و اماکنی است که به تناژهای بسیار بالایی از برودت نیاز دارند. هر چه تناژ برودتی مورد نیاز بیشتر باشد، استفاده از چیلرهای گریز از مرکز به صرفه تر خواهد بود و برای تناژهای کمتر از ۳۰۰ تن (حدودا ۱۰۰۰ کیلو وات) توجیه اقتصادی نداشته و مورد استفاده قرار نمی گیرد.
مقاله آموزشی: آشنایی با انواع سردخانه بستنی
چرا از چیلرهای گریز از مرکز (سانتریفیوژ) استفاده کنیم؟
انتخاب نوع چیلر به نیازهای اساسی هر پروژه به طور خاص بستگی دارد. مهم ترین دلیل برای استفاده گسترده (در تناژهای بالا) این نوع از چیلرها در سرتاسر جهان این است که راندمان بسیار بالایی دارند و در ضمن نسبت به برودت مورد نیاز، فضای کمتری را از نظر ابعادی اشغال می کنند. برای طراحی سیستم سرمایشی ساختمان های بزرگ یکی از بهترین گزینه ها همین چیلرهای گریز از مرکز هستند. چیلرهای سانتریفیوژ مجهز به VFD (سیستم تغییر دور هوشمند) می توانند COP های بالاتر از ۶ را در حالت های تمام بار فراهم کنند.
چیلر سانتریفیوژ توربوکور
افزایش سرعت پروانه فشار نهایی کمپرسور را افزایش می دهد. با عبور از پروانه، گاز به محفظه دیفیوزر یا به چرخ دنده های حلزونی وارد می شود و بخشی از سرعت گاز به فشار استاتیک تبدیل می شود و در نتیجه فشار نهایی بالا می رود. معمولا در کمپرسورها این مراحل چند بار تکرار شده و از چند پروانه استفاده می شود. اگر نسبت تراکمی کمپرسور کم باشد، فشار مطلوب با استفاده از یک پروانه ایجاد می شود
بیشتر کمپرسور های سانتریفیوژ بازده تراکمی در حدود ۷۰ الی ۸۰ درصد دارند. برای استفاده از حداکثر راندمان چیلر سانتریفیوژ بهتر است بارگذاری سرمایسی به طور کامل انجام شود. اگر چیلر سانتریفیوژ در حالت بارگذاری کم استفاده شود، معمولا لرزش و سروصدای زیادی را ایجاد می کند. یکی از مزیت های این چیلر این است که با تنظیم دریچه گاز ورودی و تغییر دور کمپرسور می توان ظرفیت سرمایشی را کنترل کرد.
مثل دیگر چیلر های تراکمی چیلر سانتریفیوژ از چهار قسمت اصلی اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط تشکیل شده است و عملکردی تقریباً مشابه سایر چیلرهای تراکمی دارد. در چیلر سانتریفیوژ مشابه دیگر چیلرها، اول در قسمت اواپراتور مبرد جاری در مبدل پوسته لوله، حرارت دفع شده از لوله آب سرد را جذب کرده و بخار می شود. مبرد به صورت گاز داغ وارد کمپرسور می شود.
مقاله آموزشی: اصول چیدمان مواد غذایی در سالن سردخانه
کمپرسور های توربوکور چیلر
در نتیجه مبرد با فشار بالا از کمپرسور خارج شده و وارد کندانسور می شود. کندانسور چیلر سانتریفیوژ گاز مبرد را سرد کرده و به مایع تبدیل می کند. در چیلرهای سانتریفیوژ می تواند از کندانسور آب خنک یا هوا خنک استفاده کرد. اما با توجه به اینکه چیلر های سانتریفیوژ در دما های پایین بهتر عمل می کنند، چیلر آب خنک متداول تر است. بعد از خنک کاری مبرد نوبت به کاهش فشار آن می رسد. کاهش فشار مبرد کاری الزامی است. در صورتی که فشار مبرد به اندازه کافی پایین نباشد، مبرد در بخش اواپراتور به طور کامل تبخیر نشده و قطرات مبرد وارد کمپرسور می شود.
ورود قطرات مایع به کمپرسور می تواند خسارات جبران ناپذیری به پروانه و دیفیوز کمپرسور وارد کند. از این رو، قبل از ورود مبرد به اواپراتور یک شیر فشار شکن قرار می دهند تا فشار مبرد را به کم ترین مقدار ممکن برساند. در آخر، مبرد دوباره وارد اواپراتور پوسته لوله شده و تبخیر می شود و این سیکل تکرار می شود.
مقاله آموزشی: معرفی انواع سردخانه به همراه کاربرد آن
مبردهای مورد استفاده در آن
مهم ترین مبردهای مورد استفاده در چیلر سانتریفیوژ HCFC-123 , HFC-134a و HCFC-22 هستند. انتخاب نوع مبرد بستگی به اندازه و نوع کاربری چیلر دارد. چیلرهایی که از HCFC-123 استفاده می کنند، کمترین مصرف انرژی (۰٫۴۹ کیلو وات برای تولید هر تن تبرید) را در حالت Full load یا تمام بار داشته اما نمی توانند آب را به دما های خیلی پایین برسانند و بیشتر جهت خنک کردن محیط مورد استفاده قرار می گیرند. مصرف انرژی مبردهای HFC-134a و HCFC-22 در حالت تمام بار به ۰٫۵۵ کیلو وات برای تولید هر تن تبرید رسیده و در کاربری های دما پایین مانند سردسازی دستگاه های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.