چیلر بخار-Steam Jet Chiller

انتخاب تجهیزات سرمایشی مناسب معمولا با توجه به محل نصب و نوع استفاده(تهویه مطبوع یا کاربردهای صنعتی)، امکانات موجود در محل پروژه، درنظر گرفتن مزایا و محدودیت‌های سیستم‌ها مختلف برودتی و در نهایت برآورد هزینه‌های اولیه‌(‌خرید و نصب و راه‌اندازی تجهیزات‌)‌ و هزینه‌های  جاری(مصرف انرژی , تعمیر و نگهداری) انجام می‌گردد. 

استفاده از چیلر‌های جت بخار جهت تامین برودت سابقه بسیار طولانی داشته(‌از سال 1901 میلادی) و هم اکنون نیز به شرکت‌های  Gea ,  Koerting  در آلمان  و شرکت‌های‌GRAHAM, CROLL ,  ARISTAN در آمریکا اشاره نمود‌.

 شرکت  کارا صنعت در ايران  از سال 1376 در زمينه طراحي و ساخت چيلرهاي بخار فعاليت داشته که در همان زمان موفق به اخذ تاييديه از سازمان پژوهش‌هاي علمي و صنعتي ايران گردیده و در سالیان گذشته ضمن اخذ گواهينامه ايزو، بیش از 20 دستگاه چیلر بخار را در نیروگاه‌ها، شرکت‌های صنایع شیمیایی  و غذایی نصب و راه‌اندازی نموده است.

تجهیزات برودتی را در 3 گروه عمده بر حسب فرآیند تولید برودت، می‌توان دسته‌بندی نمود که هر گروه نیز ویژگی‌های خود را دارند:

تجهیزات تراکمی :

در این گروه وظیفه اصلی تولید برودت به عهده کمپرسورهای دوار بوده که انرژی مصرفی لازم جهت به گردش درآوردن آنها عمدتا توسط موتور‌های الکتریکی تامین می‌گردد‌. این کمپرسورها تنوع بسیار زیادی داشته و از خصوصیات بارز آن‌ها می‌توان به راندمان بالا نسبت به سایر انواع چیلر و در مقابل  می‌توان به استهلاک قطعات دوار و لزوم تعمیر و نگهداری مستمر پس از گذشت چند سال کارکرد اولیه را اشاره نمود. سیال عامل برودت در این تجهیزات معمولا انواع گازهای فرئون و یا آمونیاک بوده که معمولا استفاده از آن‌ها دارای ملاحظات زیست محیطی می‌باشد.

چیلرهای جذبی :

در این مدل، فرآیند تولید برودت براساس کاهش نقطه جوش آب و حفظ آن بوسیله واکنش‌های شیمیایی همراه با مصرف انرژی گرمایی انجام می‌پذیرد. سیال عامل برودت در این چیلرها، لیتیم برماید و یا آمونیاک می‌باشد. جایگزینی انرژی گرمایی با الکتریکی همچنین حذف استهلاک قطعات دوار از امتیازات مهم این مدل چیلر می‌باشد و درمقابل می‌توان به راندمان کمتر نسبت به چیلرهای تراکمی‌، محدودیت در شرایط و دمای کاری، هزینه نگهداری بالاتر و عمر مفید کمتر اشاره نمود.

چیلر بخار ( Steam Jet Chiller ):

در این مدل تولید برودت براساس کاهش نقطه جوش آب بوسیله  اجکتور بخار یا جت پمپ انجام می‌پذیرد‌.

عملکرد جت پمپ  مشابه کمپرسور‌های دوار بوده با این تفاوت که هیچ قطعه متحرک و مستهلک شونده ندارند و براساس قوانین دینامیک گازها و استفاده از شیپوره‌ها، فشرده‌سازی گاز انجام می‌پذیرد. سادگی سیستم همراه با عملکرد مطمئن ودائم همچنین عدم استهلاک و عمر بسیار طولانی از مشخصه‌های اصلی اجکتور و چیلرهای بخار می‌باشد. مصرف انرژی این چیلرها در مقایسه با چیلرهای کمپرسوری و نمونه‌ها دو مرحله چیلرهای جذبی، بیشتر می‌باشد که این موضوع با توجه به امکان استفاده از بخارفشار پایین بخصوص در مواردی که ظرفیت مازاد وجود دارد، قابل توجیه می‌باشد‌.

انواع چیلر بخار

 چيلرهاي بخار با توجه به نوع کندانسور، به دو گروه اصلي تقسيم مي‌شوند‌:

 چیلر با  کندانسور پوسته – لوله (Shell & Tube):

 این مدل کنداسور، بخار آب درون پوسته کندانسور بوده و در اثر تماس با لوله‌هایی که آب خنک کن در آن جریان دارد کندانس می‌گردد. ارتفاع نصب آن‌ها حدود 1 تا 2 متر بوده و فضای کمتری را نسبت به کندانسور‌های تماس مستقیم اشغال می‌نماید به همین دلیل به این مدل‌(‌CAMPACT ) نیز می‌گویند.

 چیلر با کندانسور تماس مستقيم:

در این کنداسور بخار در اثر تماس مستقیم با آب خنک کن، تقطیر شده و با آب خنک کن مخلوط می‌گردد. ساختار ساده، هزینه اولیه کمتر، عدم اهمیت کیفیت آب خنک کن، عدم  نیاز به تمیز کاری همچنین کاهش مصرف بخار چیلر نسبت به کندانسور پوسته – لوله از مزایای این مدل کندانسور می‌باشد. از طرفی باتوجه به خلاء درون کندانسور، معمولا کندانسورهای تماس مستقیم در ارتفاع بیش از 10 متر نصب می‌گردند تا آب خنک کن براحتی و بدون نیاز به پمپ تخلیه گردد. در مواردی که عدم برگشت آب کندانس ضروری نبوده و محدودیتی در ارتفاع نصب نباشد استفاده از کندانسور‌های تماس مستقیم توصیه می‌شوند.

برای کاهش مصرف بخار همچنین کنترل ظرفیت در چیلرهای بخار، معمولا چیلرها به صورت چند مرحله استفاده می‌گردد. به طور مثال چنانچه در یک چیلر لازم باشد دمای آب سرد از  10  به  1  کاهش یابد، چنانچه این کاهش دما طی 3 مرحله انجام پذیرد یا بعبارت دیگر از چیلر 3 مرحله استفاده شود، بیش از 40% مصرف بخار نسبت به چیلر 1 مرحله کاهش می‌یابد(اثرات تعداد مراحل بر روی مصرف بخار در شکل شماره .... نشان داده شده است). علاوه بر این  ظرفیت چیلر نیز به 3 قسمت تقسیم شده و امکان کنترل ظرفیت به صورت پلکانی و مدیریت مصرف بخار در زمان کاهش مصرف آب سرد، ایجاد می‌گردد.

 مزایای چیلر بخار ( Steam Jet Chiller):                                

• ساختار ساده همراه با عملکرد مستمر و مطمئن و عدم نیاز به نیروی متخصص
• حذف قطعات متحرک و مستهلک شونده و هزینه‌های تعمیر و نگهداری
• استفاده از بخار به عنوان منبع انرژی. در مواردی که بخار اضافه موجود است، استفاده از چیلرهای بخار بسیار مقرون به صرفه می‌باشد.
• حذف انواع مبرد‌هاي شيميايي گران قیمت و مضر(مانند فرئون ,آمونیاک و ...) و استفاده از آب‌ به عنوان مبرد.
• افزایش قابل توجه عمر کاری (بیش از 30 سال )
• هزینه اولیه پایین‌تر نسبت به سایر انواع چیلر
• امکان سرمایش مستقیم مواد اولیه و محصولات و حذف مبدل‌ها و تجهیزات واسطه

 اساس کار چیلرهای بخار

 دماي جوش آب ارتباط مستقيم با فشار هوا در سطح آن دارد. به طور مثال دماي جوش آب در سطح دريا °C 100 مي‌باشد در حالي که در ارتفاعات کوهستاني که فشار هوا کمتر از سطح دريا بوده، دماي جوش آب نيز کمتر از °C 100  می‌باشد و بلعکس در يک مخزن تحت فشار مانند ديگ بخار، که فشار درون آن بیش از فشار محیط می‌باشد دمای جوش نیز افزایش پیدا کرده و بيش از °C 100 مي‌باشد. بر همين اساس در يک واحد سرمايش با جت بخار، با کاهش فشار درون اواپراتور چیلر بوسيله اجکتور بخار، دمای جوش آب نیز کاهش یافته و درنتیجه گرمای آب در اثر  جوشش وتبخير، از آن خارج شده و باعث سرد شدن آب مي‌گردد. بخار خروجی از اواپراتور توسط اجکتورهای بخار، که در این سیستم بعنوان کمپرسور عمل می‌نمایند، به کندانسور منتقل می‌شوند.

در کندانسور گرمای بخار جذب آب خنک کننده شده و از آن طریق از سیستم خارج می‌گردد. قلب چیلر‌های بخار، اجکتورهای آن می‌باشد. اجکتور عملکردی مشابه پمپ‌ها و کمپرسور‌ها داشته با این تفاوت که به جای انجام کار توسط حرکت دورانی پروانه، کار لازم با استفاده از انرژی نهفته در فشار سیال محرک (که در جت چیلرها بخار می‌باشد) و تبدیل آن به انرژی جنبشی  انجام می گردد. حذف بخش‌های دوار به همراه ساختار ساده اجکتورها باعث ایجاد مزیت‌های زیادی برای آنها شده که از آن جمله می‌توان به عدم استهلاک، قابلیت کارکرد دائم، عدم تعمیر و نگهداری و عمر طولانی آن‌ها اشاره نمود.