چیلر صنعتی چیست و انواع چیلرهای صنعتی

چیلر صنعتی (industrial chiller) به سیستم تبریدی گفته می شود که یک سیال فرایند را خنک کرده یا رطوبت هوای مجموعه های تجاری و صنعتی را کاهش می دهد.

چیلر صنعتی از دو چرخه تبرید تراکمی بخار (Vapor Compression Cycle) یا تبرید جذبی بخار (Vapor Absorption Cycle) برای تولید سرما استفاده می کنند. محدوده کاربردهای چیلر صنعتی از خنک کاری تجهیزات هوافضا تا خنک کاری سیال انواع فرایندهای تولید و فرایندهای شیمیایی گسترده است.

توان متداول برای چیلر صنعتی بین 1 تا 1000 تن تبرید است. البته ممکن است برای کاربردهای خاص و نادری بالاتر از این توان نیز نیاز باشد.

چیلر صنعتی چیست؟

تجهیزات صنعتی در هنگام کار، گرمای زیادی به علت اصطکاک یا اشتعال فرآورده ها ایجاد می کنند. در صورتی که این گرما از دستگاه خارج نشود، ممکن است آسیب جدی به دستگاه وارد شده یا طول عمر آن کاهش یابد.

برای خنک کاری این تجهیزات، از سیالی استفاده می شود که تا این سیال با حرکت در داخل کانال هایی که در داخل تجهیزات، تعبیه شده اند، گرما را گرفته و به بیرون از دستگاه منتقل شود.

سیالی که از دستگاه خارج می شود، دمای بالایی داشته و برای ورود مجدد به دستگاه، مناسب نیست. به همین علت از چیلر صنعتی برای کاهش دمای این سیال استفاده می شود. به دلیل خواص حرارتی مناسب آب، اغلب از آن به عنوان سیال خنک کاری استفاده می شود.

سیالی که خنک کاری دستگاه را بر عهده دارد، به سیال فرایند مشهور است و به همین دلیل گاهی به چیلرهایی که این سیال را خنک می کنند، چیلر فرایند نیز گفته می شود.

چیلر صنعتی با چیلرهای تهویه مطبوع که در خانه ها و ساختمان های اداری و تجاری وجود دارند و برای خنک کردن هوا استفاده می شوند، متفاوت هستند. البته نحوه کار این چیلرها با هم تفاوتی ندارد و تنها تفاوت در نحوه استفاده است.

در چیلر تهویه مطبوع، به صورت مستقیم یا غیر مستقیم، هوای محیط خنک می شود اما در چیلر فرایند، سیالی که خنک می شود در فاز مایع است و به همین دلیل این دو نوع چیلر در بخش اواپراتور و مبدل های حرارتی به کار رفته، متفاوت خواهند بود.

نحوه کار چیلر صنعتی

نحوه کار چیلر صنعتی به این صورت است که، در یک چرخه ایده آل، کندانسور (Condenser) به عنوان عضوی با دو کارکرد استفاده می شود. قبل از اینکه فرایند چگالش شروع شود، بخار پرفشاری که از کمپرسور (Compressor) خارج می شود، باید به حالت اشباع تبدیل شود. به همین دلیل در بخش اول کندانسور باید به اندازه کافی گرما از مبرد که در فاز گازی است، گرفته شود.

این مطلب بدین جهت مهم است که هندسه و نوع مبدل های حرارتی که برای گازها و مایع ها طراحی می شوند، متفاوت است و طراحی کندانسور باید به گونه ای باشد که هر دو فاز سیال را پشتیبانی کرده و انتقال حرارت را در حداکثر مقدار خود نگه دارد. پس از تبدیل مبرد به بخار اشباع، فرایند چگالش شروع شده و مبرد در طول کندانسور به مایع تبدیل می شود.

در یک سیستم ایده آل، تمام مبرد در نقطه خروجی کندانسور به مایع تبدیل می شود اما در عمل، پس از تبدیل مبرد به مایع، مقداری دمای آن را کاهش می دهند که به این کار، سابکول کردن گفته می شود.

سابکول کردن برای تضمین صحت عملکرد شیر انبساط (Expansion Valve) و ارتقای بازده چیلر ضروری است. برای بررسی و مطالعه بیشتر در این زمینه به مقاله محاسبه سوپرهیت و محاسبه سابکول در سیکل تبرید مراجعه کنید.

پس از کندانسور، مبرد دارای دما و فشار بالایی است و برای اینکه به یک سیال با ویژگی های مورد نیاز ما تبدیل شود، یک تغییر دیگر نیز نیاز است؛ یعنی دمای آن کاهش یابد. این کار با کاهش فشار امکان پذیر است. بر اساس قوانین ترمودینامیکی، در صورتی که فشار مبرد کاهش یابد، دمای آن نیز کاهش خواهد یافت.

به همن دلیل به یک دستگاه برای کاهش فشار مبرد نیاز داریم و برای انجام این کار به یک محدودیت یا قید نیز نیاز داریم. بهترین نوع این محدودیت، این است که میزان بار چرخه به نوعی به آن مرتبط باشد و با تغییر آن بتوان بار را کنترل کرد. این مکانیسم دقیقاً عملکرد شیرهای انبساط ترموستاتی است.

در شیر انبساط، با آزاد شدن ناگهانی فشار، مقداری از مایع به بخار تبدیل شده و این فرایند باعث کاهش دمای مبرد می شود. بدین ترتیب، سیال ما آماده انتقال حرارت و جذب گرمای سیال فرایند شده است. پس از این، سیال دو فازی مبرد وارد اواپراتور شده و از لوله های آن عبور می کند.

اواپرتور چیلر صنعتی

در چیلر صنعتی یا فرایند، سیال خارج از چیلر در فاز مایع است و سیال داخل اواپراتور، دو فازی است و به همین دلیل، دو نوع مبدل حرارتی زیر در این چیلرها استفاده می شود.

·      مبدل حرارتی پوسته لوله (Shell and Tube Heat Exchanger):

معمولاً در صورت استفاده از این مبدل ها، مبرد در داخل لوله ها و سیال فرایند در پوسته قرار می گیرد. جنس لوله ها می تواند از مس، کوپرونیکل یا فولاد ضدزنگ باشد.

همچنین در چیلر صنعتی، جنس پوسته مبدل حرارتی اواپراتور می تواند برنج، چدن، کوپرونیکل یا فولاد ضدزنگ باشد. این مدل از مبدل های حرارتی افت فشار پایین تری از مبدل های صفحه جوشی دارند و مدل های متداول تا ظرفیت 500 تن تبرید برای چیلر ساخته می شوند.

·      مبدل حرارتی صفحه جوشی (Brazed Plate Heat Exchanger):

این نوع از مبدل های حرارتی دارای فناوری بالاتری از مبدل های پوسته لوله ای بوده و فضای کمتری اشغال می کنند. در مقابل، هزینه آن ها بالاتر بوده و حداکثر ظرفیت آن ها نیز به دلیل محدودیت های ساخت، پایین تر است.

کمپرسور چیلر صنعتی

·      کمپرسور رفت و برگشتی (Reciprocating Compressor)

کمپرسور رفت و برگشتی از پیستون و سیلندرهایی استفاده می کند که توسط یک میل لنگ به حرکت در می آیند. محدوده توان این کمپرسورها برای چیلر صنعتی از 3 تا 60 اسب بخار متغیر است. کمپرسورهای رفت و برگشتی معمولاً از نوع نیمه بسته هستند که به معنی قابل تعمیر بودن آن ها است.

کمپرسور گریز از مرکز: کمپرسورهای گریز از مرکز تنها چند قطعه متحرک دارند و به همین دلیل در صنعت از محبوبیت بالایی برخوردارند. همچنین این کمپرسورها بازده بالایی داشته و در مقایسه با یک کمپرسور رفت و برگشتی با اندازه برابر، دبی بیشتری از مبرد را فشرده می کنند. در مقابل، حداکثر فشاری که کمپرسورهای گریز از مرکز ایجاد می کنند، محدود است. این کمرپرسورها برای چیلر صنعتی با ظرفیت بین 60 تا چند صد تن تبرید مناسب هستند.

·      کمپرسور اسکرو (Screw Compressor)

کمپرسور اسکرو همانند نامشان از دو پیچ نر و ماده که در یک بدنه ثابت به هم جفت شده اند، استفاده می کنند. با دوران پیچ ها، مبردی که در بین پیچ ها قرار دارد، با کاهش حجم، فشرده می شود. این کمپرسورها نیمه بسته بوده و محدوده توان بین 40 تا 1000 اسب بخار دارند که برای چیلر صنعتی با توان های مختلف، مناسب هستند.

·      کمپرسور اسکرال (Scroll Compressor)

توان کمپرسورهای اسکرال بین 2 تا 34 اسب بخار است که نسبت به سایر کمپرسورها پایین تر بوده و تنها در کاربردهای صنعتی سبک استفاده می شوند.

انواع چیلر صنعتی

بر اساس طبقه بندی های مختلفی می توان چیلر صنعتی را بررسی کرد. مهم ترین طبقه بندی مربوط به این موارد، چرخه کار چیلر است که ابتدا آن را بررسی می کنیم. پس از آن، مهم ترین عاملی که چیلرها را از هم متمایز می کند، یعنی نحوه خنک کاری کندانسور را بررسی می کنیم.

طبقه بندی بر اساس نوع چرخه چیلر

1. چیلر تراکمی

چیلرهای تراکمی شناخته شده ترین و پرکاربردترین نوع چیلر صنعتی هستند. با توجه به استفاده از انواع کمپرسور و مبدل های حرارتی مختلف با ویژگی های متفاوت برای کندانسور و اواپراتور، این چیلرها برای انواع کاربردها مناسب هستند.

امروزه تنوع چیلرهای تراکمی در صنعت بسیار بالا است و همین نکته بسیاری از صاحبان صنایع را وادار کرده است تا اولویت انتخاب سیستم تبرید برای فرایندها و تجهیزات مختلف را چیلرهای تراکمی قرار دهند.

انرژی ورودی این چیلرها در بخش کمپرسور و به صورت انرژی الکتریکی یا مکانیکی است. در بخش قبل، نحوه کار این چیلرها را بررسی کردیم و ویژگی های انواع اواپراتور و کمپرسور در این سیستم ها را برای کاربردهای صنعتی مرور کردیم اما برای مطالعه بیشتر در این زمینه به مقاله چیلر تراکمی اسکرو چیست | عملکرد و مزایای آن مراجعه کنید.

2. چیلر جذبی

چیلرهای جذبی از چرخه جذبی بخار برای خنک کاری مبرد استفاده می کنند. عملکرد چیلرهای جذبی پیچیده تر از چیلرهای تراکمی است و کاربردهای آن ها در زمینه فرایندهای صنعتی و خنک کاری تجهیزات، بسیار محدودتر است و به همین دلیل در این مقاله تمرکز ما بر روی بررسی عملکرد و ویژگی های چیلر تراکمی است. برای مطالعه بیشتر در زمینه چیلرهای جذبی و ویژگی های آن ها به مقاله چیلر جذبی چیست؟ انواع چیلرهای ابزوربشن مراجعه کنید.

معمولاً هزینه چیلرهای جذبی برای کاربردهای صنعتی با ظرفیت پایین تر از 500 تن تبرید بالاتر از چیلرهای تراکمی است و به همین دلیل استفاده از آن ها در این کاربردها صرفه اقتصادی ندارد. هزینه بالای این چیلرها به دلیل پیچیده بودن عملکرد و فرایندهای ساخت و تولید دشوار است.

در مقابل، چیلرهای جذبی یک مزیت بزرگ نسبت به چیلرهای تراکمی دارند که جذابیت استفاده از آن ها را حفظ کرده است. این مزیت، استفاده از انرژی حرارتی برای انرژی ورودی چرخه است. به همین دلیل در صورتی که به انرژی الکتریکی برای یک چیلر صنعتی دسترسی وجود نداشته باشد، استفاده از چیلر جذبی اجتناب ناپذیر خواهد بود. (مطالعه بیشتر: تفاوت چیلر جذبی و چیلر تراکمی چیست)

طبقه بندی بر اساس نوع سیال عامل چیلر

• چیلر صنعتی هواخنک

در چیلر صنعتی که میزان ظرفیت چیلر پایین بوده و یا دسترسی به آب وجود ندارد، از کندانسورهایی استفاده می شود که خنک کاری آن ها با استفاده از هوا انجام می شود و به این چیلرها، چیلرهای هوا خنک گفته می شود.

معمولاً ظرفیت این نوع از چیلرها پایین تر از چیلرهای آب خنک و تبخیری است و تعداد اجزا و قطعات آن ها کمتر است.

سیستم های کنترلی این چیلرها ساده تر از سایر انواع است و به همین جهت، استفاده و نگهداری از آن ها آسان تر است. برای مطالعه بیشتر در این زمینه به مقاله چیلر تراکمی هوا خنک چیست و طرز کار چیلر هوا خنک مراجعه کنید.

• چیلر صنعتی آب خنک

در کندانسور چیلر صنعتی آب خنک با استفاده از آب، مبرد در یک مبدل حرارتی خنک می شود. دمای آبی که مبرد را خنک کرده، افزایش می یابد و به همین دلیل این آب به برج خنک کن فرستاده می شود تا گرمای خود را به هوای محیط دهد. این نوع از چیلرها دارای سیستم های پیچیده تری هستند و به همین دلیل استفاده و نگهداری از آن ها به مراتب سخت تر از سایر چیلرها است. برای مطالعه بیشتر در این زمینه به مقاله چیلر تراکمی آب خنک چیست و اجزای چیلر آبی مراجعه کنید.

• چیلر صنعتی با کندانسور تبخیری

این چیلر صنعتی در واقع طرحی بین چیلر آب خنک و هوا خنک است. در این چیلرها معماری کندانسور شبیه به چیلرهای هوا خنک است در حالی که در سمت هوای مبدل حرارتی، روی پره ها یا لوله ها آب پاشیده می شود تا با تبخیر آب، گرمای بیشتری از مبرد، جذب شود.

کاربردهای چیلر صنعتی

• فرآوری غذا

چیلر صنعتی به طور گسترده در فرایندهای تولید مواد غذایی که نیاز به دقت بالایی در تنظیم دما دارند، به کار گرفته می شود. به طور نمونه چیلرهای که در تولید انواع نان استفاده می شوند، دمای خمیر، آب و خمیر مایه را کاهش می دهند که این کار برای رسیدن به محصولی با کیفیت، ضروری است.

• فرایندهای تولید فلز

در برخی از فرایندهای تولید فلزات و انواع آلیاژها به دمای بسیار بالایی نیاز است تا فلزات با یکدیگر ترکیب شوند. در برخی از صنایع از چیلر صنعتی برای خنک کردن مایع در حال آند شدن استفاده می شود. در این فرایند، چیلر می تواند دمای فلز مایع را به صورت دقیق و کنترل شده در داخل یک مبدل حرارتی کاهش دهد.

• تزریق در قالب

تزریق در قالب یک روش برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی است که در آن از یک ماشین تزریق پلاستیک، پالت های ترموپلاستیک و یک قالب استفاده می شود. در این فرایند، میزان دما باید در مقدار بسیار دقیقی قرار بگیرد تا از هر گونه ایراد مانند ترک و تنش های داخلی در محصول نهایی جلوگیری شود. یک چیلر دستگاه تزریق می تواند جریان بسیار سردی از سیال را با نرخ دقیقی وارد دستگاه تزریق کند تا از کیفیت محصول نهایی اطمینان حاصل شود.

• خنک کاری فضا

در نیروگاه ها و کارخانه هایی که دستگاه هایی با ظرفیت بسیار بالا وجود دارد و گرمای بسیار زیادی ایجاد می شود، یک چیلر صنعتی می تواند دمای اتاق ها و سایر فضاهایی که نیروی انسانی در آن ها مشغول به کار هستند را کاهش دهد. همچنین در صورتی که یک چیلر صنعتی برای خنک کاری یک فرایند دیگر موجود است، از هزینه اضافی برای خرید یک چیلر تهویه مطبوع جداگانه جلوگیری می شود.

تفاوت چیلر صنعتی با چیلر تهویه مطبوع چیست؟

مهم ترین تفاوت چیلر صنعتی با چیلرهای تهویه مطبوع، نوع کاربرد آن ها است که الزامات طراحی متفاوتی را برای این چیلرها ایجاب می کند. چیلرهای تهویه مطبوع برای تأمین سرمایش ساختمان های مسکونی، تجاری، اداری و … به کار برده می شوند، ولی کاربرد چیلر صنعتی خنک کاری تجهیزات و فرآیندهای صنعتی است.

چیلرهای تهویه مطبوع مطابق استاندارد به نحوی طراحی می شوند که دمای آب خروجی آن ها °C 7 و دمای آب بازگشتی به آن ها °C 12 باشد. ظرفیت سرمایشی یک چیلر تهویه مطبوع در این شرایط تعیین می شود.

اما چیلر صنعتی ممکن است دماهای کاری متفاوتی داشته باشند که بر اساس نیاز و نوع کاربری آن ها تعیین می شود. از طرف دیگر، چیلر صنعتی معمولاً نیاز به کنترل دقیق تری داشته و لذا در آن ها از سنسورهای(فلومتر، دماسنج و فشارسنج) بیشتر و دقیق تری استفاده می شود.

یکی دیگر از تفاوت های چیلر صنعتی با چیلرهای تهویه مطبوع آن است که چیلرهای تهویه مطبوع به صورت تجهیزات ثابت در محل های مشخص نصب می شوند، ولی چیلر صنعتی در هر دو نوع ثابت و قابل حمل تولید شده و مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد چیلر صنعتی در صنایع

·      برش لیزر

در یک دستگاه لیزر صنعتی، انرژی الکتریکی با استفاده از گازهای کمکی (مخلوطی از نیتروژن، منواکسید کربن و هلیم) به نوری با طول موج و فاز برابر تبدیل می شود. این فرآیند مقدار زیادی حرارت تولید می کند که می تواند برای عملکرد دستگاه مضر باشد. به همین دلیل باید با خنک کاری مناسب، شرایط دمایی داخل سیستم لیزر تثبیت شود. خنک کاری مناسب سیستم برش لیزر صنعتی دو فایده مهم دارد:

• برش تمیزتر
• محافظت از اجزاء حساس به حرارت دستگاه لیزر

بنابراین یکی دیگر از کاربردهای مهم چیلر صنعتی، خنک کاری دستگاه های برش لیزر است.

سخن آخر

چیلر صنعتی جزو سیستم های تبریدی است که جایگاه ویژه ای در صنعت دارد. انتخاب یک چیلر فرایند مناسب می تواند هزینه های جاری و اولیه شما را حداقل کرده و پایداری صنعت شما را به حداکثر برساند.

شرکت فراسرد علاوه بر کیفیت بالای محصولات، تجربه طولانی نیز در زمینه انواع چیلر صنعتی دارد. برای مشاوره و خرید انواع چیلر صنعتی با شرکت فراسرد در ارتباط باشید.