عملکرد چیلر صنعتی

چیلر صنعتی یک تجهیز برودتی است که حرارت تولید شده در فرآیندهای صنعتی را دفع می نماید و از این طریق و فارغ از فرآیند و صنعت مورد نظر به افزایش راندمان طول عمر تجهیزات و ادامه روند تولید آن ها کمک مهمی می کند. چیلر صنعتی در واقع سیستم تبریدی می باشد که از تجهیزاتی همچون کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور و مبردهایی همچون گاز فریون و یا حتی آمونیاک برای تأمین سرمایش مورد نیاز در یک مجموعه صنعتی و فرآیندی استفاده می کند و به طور مکرر آب خنک را در یک سیکل بسته به گردش در می آورد تا منجر به کاهش دما، بهبود فرآیند و یا کاهش زمان فرآیند در فعالیت های صنعتی و فرآیندی شود.

چیلرهای صنعتی در صنایع و کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند که در آن ها حرارت باید از سیالی که وظیفه خنک کاری محصولات و یا تجهیزات را بر عهده دارد گرفته شود. افزایش میزان پیچیدگی فرآیندهای صنعتی و سرمایه گذاری اولیه توسط واحدهای صنعتی نشان می دهد که استفاده از دقیق ترین و بهترین تجهیزات برودتی با زمان خرابی صفر که در 24 ساعت شبانه روز و 365 روز سال با قابلیت اطمینان بالا به تنظیم و کنترل دقیق دما می پردازند برای یک فرآیند صنعتی یک لزوم قطعی است.

چیلرهای صنعتی به منظور کنترل دما و تأمین سرمایش در صنایع بسیاری استفاده می شوند. انتخاب چیلر صنعتی مناسب برای کاربرد صنعتی مورد نظر می تواند منجر به کاهش هزینه های خنک کاری، کاهش زمان خرابی و بهبود راندمان عملکرد فرآیند شود. صنایع غذایی و دارویی، جوشکاری، ریخته گری، فرآیندهای شیمیایی، صنایع پلاستیک، چاپ و … همگی از چیلرهای صنعتی برای تولید محصول و نگه داشتن واحد صنعتی خود در دمای ایمن یا کاهش زمان فرآیند استفاده می کنند.

ظرفیت سرمایش چیلرهای صنعتی بر حسب تن تبرید اندازه گیری می شود. محدوده ظرفیتی چیلرهای صنعتی از مقادیر کم تر از 3 تن تبرید در مینی چیلرهای پرتابل شروع شده و در واحدهای بزرگ و چندگانه به 1000 تن تبرید یا بیشتر می رسد.

چیلرهای صنعتی با چیلرهای استاندارد به کار رفته در سیستم های تهویه مطبوع که در ساختمان های اداری، مسکونی و… استفاده می شوند تفاوت دارند و بر خلاف چیلرهای تجاری یا چیلرهای به کار رفته در سیستم های تهویه مطبوع برای خشن ترین محیط ها و شرایط آب و هوایی و کار پیوسته و مداوم طراحی شده اند.

عملکرد چیلرهای صنعتی

چیلرهای صنعتی بر مبنای سیکل تبرید تراکمی یا جذبی فعالیت می کنند و به تولید سرمایش می پردازند. چیلر جذبی صنعتی برای راه اندازی سیکل تبرید از منبع حرارت استفاده می کند، در حالی که محرک چیلر تراکمی صنعتی کمپرسور با توان الکتریکی است. هر دو این فرآیندها شامل سیکل تقطیر و تبخیر هستند، به طوری که حرارت در جایی دفع و در جایی دیگر جذب می شود تا سرمایش مورد نیاز را تأمین نماید.

در حین فرآیند تقطیر، بسته به نوع کندانسور موجود در ساختار چیلر (کندانسور آب خنک یا هوا خنک) آب یا هوای بیرون برای خنک کردن گاز مبرد متراکم شده استفاده می شود تا آن را مجدداً به مایع تبدیل کند. چیلرهای آبی صنعتی به دلیل راندمان بالای خود برای فعالیت سرمایش کارآمدترین گزینه هستند، اما به پمپ آب نیاز دارند. همچنین در صورت نیاز به بازیافت آب باید به برج خنک کننده مجهز باشند. چیلرهای هوایی صنعتی نیز از هوای بیرون برای دمیدن بر روی لوله های کندانسور هوایی خنک کننده گاز مبرد استفاده می کنند و بخشی از انرژی حرارتی را دفع کرده و به اتمسفر منتقل می کنند.

در چیلرهای تراکمی صنعتی که کارآمدتر و پرکاربرد تر از چیلرهای جذبی صنعتی هستند، همانند سایر سیستم های تبرید تراکمی چهار جز اصلی وجود دارد که هر کدام نقش مهمی در فرآیند سرمایش ایفا می کنند.

1) کمپرسور

2) کندانسور

3) شیر انبساط

4) اواپراتور

در ابتدای فرآیند سرمایش گاز مبرد وارد یک کمپرسور می شود. کمپرسور قلب سیستم تبرید تراکمی است و توان آن توسط نیروی الکتریکی تأمین می شود. طی این فرآیند فشار مبرد افزایش می یابد. مبرد پس از خروج از کمپرسور وارد کندانسور شده و در کندانسور ضمن دفع گرمای خود از حالت بخار به مایع تغییر فاز می دهد (در چیلرهای هوایی، بخار مبرد در دمای بالاتری نسبت به هوای عبوری از روی لوله های کندانسور قرار دارد و در چیلرهای آبی نیز بخار مبرد در مقایسه با آب در جریان درون لوله های کندانسور از دمای بالاتری برخوردار است). سپس مبرد وارد شیر انبساط شده و دما و فشارش کاهش پیدا می کند. در ادامه نیز مبرد به اواپراتور می رود و در آن جا حرارت را از سیال نیازمند خنک کاری ( آب، روغن و… ) که درون کویل های اواپراتور در جریان است دریافت کرده و تبخیر می شود. در نهایت مبرد دوباره وارد کمپرسور شده و سیکل تبرید به صورت پیوسته تکرار می گردد.

مراحل فوق اساس سیکل تبرید است. اما در کاربردهای صنعتی، فرآیند سرمایش پیچیده تر است و این پیچیدگی به دلایل زیر اتفاق می افتد :

کاربردهای صنعتی با بارهای بزرگ در زمان های طولانی سر و کار دارند و از این جهت برای بهبود عملکرد فرآیند صنعتی مورد نظر به طور قابل ملاحظه ای نیازمند منابع بیشتری هستند.
در کاربردهای صنعتی ممکن است دماهای پایین تری لازم باشد و این موضوع نیازمند حجم زیادی از عایق کاری است.
در سیستم های سرمایش چند مرحله ای، ممکن است چندین کمپرسور و اواپراتور نیاز باشد.

در نتیجه در چیلرهای صنعتی، تجهیزات و واحدهای دیگری مورد استفاده قرار می گیرند که برخی از آن ها عبارتند از :

گیرنده مایع (Liquid Receiver) : واحدهایی هستند که نزدیک کندانسورها قرار می گیرند و مبرد هدر رفته را دریافت و جمع آوری می کنند.
تله مکش یا جذب (Suction Trap) : تله مکش از ورود مایع مبرد به کمپرسور جلوگیری می کند و معمولاً در نزدیکی اواپراتور و کمپرسور تعبیه می شود.
گیرنده فشار پایین (Low Pressure Receiver) : گیرنده فشار پایین به جدا کردن مایع از بخار کمک می کند.

تفاوت چیلرهای صنعتی و چیلرهای تجاری یا تهویه مطبوع

چیلرهای صنعتی و چیلرهای مورد استفاده در سیستم های تهویه مطبوع تمایزات متنوعی از نظر طراحی و عملکرد دارند. مهم ترین تفاوت های چیلرهای صنعتی و چیلرهای تجاری در ادامه مطرح شده است.

مدار آب و تبرید

چیلرهای صنعتی علاوه بر مدارهای تبرید مستقل، دارای مدار گردش آب مستقل و مجزایی هستند. این موضوع در مواقع خرابی تجهیزات حائز اهمیت است. چرا که اگر یک مدار دچار خرابی شود، سیستم هچنان می تواند با نصف ظرفیت معمول به فعالیت خود ادامه دهد. در مقابل برخی از چیلرهای تجاری یا تهویه مطبوع مدارهای تبرید مستقل دارند، اما مدارهای آب مستقل ندارند. چیلرهای تهویه مطبوع از یک اواپراتور چند مداره استفاده می کنند و در صورتی که اواپراتور خراب شود، چیلر از کار می افتد و کل فرآیند متوقف می شود. در حالی که به دلیل وجود اواپراتورهای مستقل در چیلرهای صنعتی، اگر یک اواپراتور دچار خرابی شود سیستم همچنان با ظرفیت حداقل 50% قادر به ادامه فعالیت است.

نوسانات فصلی دما

چیلرهای صنعتی به گونه ای طراحی شده اند که در تمام شرایط آب و هوایی فعالیت کنند، در حالی که چیلرهای تهویه مطبوع اغلب در زمستان غیرفعال هستند. زیرا تجهیزات تهویه هوا در یک سیستم تهویه مطبوع به دلیل عدم نیاز به سرمایش در آب و هوای سرد نیازی به انجام فعالیت ندارند، بر خلاف فرآیندهای صنعتی که در تمام فصول سال و فارغ از شرایط آب و هوایی عملیاتی باقی می مانند.

تجهیزات موجود

چیلرهای صنعتی به مجموعه پمپ ها، مخازن ذخیره و سیستم های کنترلی تنظیم کننده دما و جریان آب کندانسور مجهز هستند. در حالی که بیشتر چیلرهای مورد استفاده در سیستم های تهویه مطبوع چنین تجهیزات اساسی و مهمی را ندارند. در نتیجه در صورت نیاز به مجهز شدن به چنین تجهیزاتی، چیلرهای تهویه مطبوع هزینه های نصب و راه اندازی بالاتری دارند چرا که هر تجهیز اضافه هزینه های خرید و نصب را به همراه دارد.

کاربردهای صنعتی

چیلرهای صنعتی به گونه ای ساخته شده اند که سرمایش مورد نیاز فرآیندهای صنعتی و تولیدی را به صورت پیوسته و مستقیم تأمین کنند. اما چیلرهای تهویه مطبوع طوری طراحی شده اند که دمای محیط را در فضاهای مورد نظر تنظیم نمایند. با وجود اینکه چیلرهای تجاری برای برخی مصارف صنعتی نیز مورد استفاده قرار می گیرند، اما چیلرهای صنعتی در مواردی که سرمایش فرآیندی مستقیم لازم است به چیلرهای تجاری ارجحیت دارند.