- سیستم سرمایش جذبی با مبرد آب و ماده جاذب لیتیم بروماید
- سیستم سرمایش جذبی با مبرد آمونیاک و ماده جاذب آب
۱-۱- سیستم سرمایش جذبی با مبرد آب و ماده جاذب لیتیم بروماید:
چیلرهای جذبی با مبرد آب و جاذب لیتیم بروماید، رایج ترین نوع چیلرهای جذبی هستند که در انواع مختلف هم از نظر چرخه تغلیظ و هم از لحاظ منبع گرمایی در تاسیسات تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرند. این چیلرها بنا به خواص فیزیکی و شیمیایی مبرد آب امکان سردسازی زیر صفر درجه سانتی گراد را ندارند و به همین دلیل برای سرمایش آب تا ۵ درجه سانتی گراد و بیشتر به کار گرفته می شوند. برای رسیدن به دماهای پایین تر از صفر درجه سانتی گراد باید از چیلرهای جذبی با مبرد آمونیاک و جاذب آب استفاده نمود. چیلرهای لیتیمی برای ظرفیت های کمتر از ۳۰ تن تبرید نیز کاربرد چندانی ندارند و به طور معمول چیلرهای کم ظرفیت یکپارچه آپارتمانی با ظرفیت های ۳ ، ۵ و ۱۰ تن تبرید از نوع آمونیاکی هستند.

چیلرهای جذبی لیتیمی شامل انواع مختلف یک اثره، دو اثره، سه اثره، با ژنراتور بخار، آب داغ، آب گرم و شعله مستقیم می شوند. بنابراین شرح و توضیح درباره هر یک از این انواع، به خودی خود متضمن شناسایی چیلرهای لیتیمی به طور اعم نیز می شود. بنابراین در این قسمت ابتدا به خواص آب به عنوان مبرد و لیتیم بروماید به عنوان جاذب می پردازیم و سپس بحث را در این بخش به
گونه ای پی می گیریم تا کلیات مرتبط با تمامی چیلرهای لیتیمی بدون طرح شرایط اختصاصی
گونه های مشخص آن ها مورد بررسی قرار گیرد و به هنگام پرداختن به انواع یک اثره، دو اثره، سه اثره و شعله مستقیم، بازهم مواردی در این باره با نگاه و رویکردی متفاوت طرح خواهد شد. بنابراین به منظور جلوگیری از تداخل موضوعی و پرهیز از تکرار مندرجات، بررسی کامل این گونه چیلرها را به مباحث مربوط به چیلرهای یک یا چند اثره موکول می کنیم. آب، یکی از بهترین حلال های شیمیایی است و از این نظر ماده بسیار مناسبی برای حل نمودن نمک ها از جمله لیتیم بروماید محسوب می شود. در واقع خاصیت حلالیت آب است که منجر به ایجاد محلول رقیق و حمل و انتقال ماده جاذب در چرخه سرمایش جذبی می شود. به دلیل خاصیت حلالیت خارق العاده، دسترسی طبیعی به آن بدون ترکیبات مختلف و به صورت کاملاً خالص بسیار مشکل و تقریباً غیرعملی است. بنابراین آب به صورت طبیعی حاوی انواع عناصر و ترکیبات است. آب می تواند حاوی انواع ترکیبات اکسیژن، کربن، نیتروژن و سولفورها باشد. همچنین وجود فلزاتی مانند مس، روی، آهن، منگنز، سرب، آلومینیوم و انواع عناصر دیگر مثل کلسیم، پتاسیم، سیلیس، فلوئوروید و انواع باکتری ها در آن محتمل است. وجود کربن در آب می تواند موجب خوردگی فلزات شود و همین طور وجود اکسیژن در آب نیز زنگ زدگی و فرسایش قطعات فلزی را به همراه خواهد داشت. وجود سولفات ها ، نیترا تها ، کلریدها و کربنا تها نیز موجب سختی آب و ایجاد رسوب گذاری در لوله ها و کاهش انتقال حرارت و افزایش خوردگی می شوند.

سیکل تک اثره
سیکل نشان داده شده در شکل ۱-۱ بیانگر سیکل تک اثره^[۹] می­باشد که پایه تمام سیکل­های دیگر است که این سیکل در صنعت نیز عملی شده است. در شرایطی که تبخیرکننده دارای دمای ^oF ۳۶ باشد و کندانسور و جذب کننده هر دو در دمای­^oF ۹۲ عمل کنند، آنگاه فشار عملکردی کندانسور حدود psi ۸/۱۸۴ می­باشد که تحت این شرایط دمای ژنراتور در محدوده ۴/۱۵۷تا ۳/۲۴۰ درجه فارنهایت قرار می­گیرد. باتوجه به برگشت­ ناپذیری­های موجود در سیستم ضریب عملکرد سیکل در حالت واقعی برابر با ۷۷/۰ می­باشد.
شکل -۱۱: سیکل جذبی تک اثره [۵]

سیکل دو اثره
فرق سیکل دو اثره^[۱۰] با سیکل تک اثره این است که در این سیکل دو کندانسور و دو ژنراتور وجود دارد. به لحاظ ترمودینامیکی این سیکل معادل دو سیکل پایه تک اثره می­باشد. شکل ۲-۱ را در نظر بگیرید. در این سیکل مایع خروجی از جذب کننده به دو قسمت تقسیم می­ شود. یک قسمت از آن وارد ژنراتور اول( با دمای پایین) شده و قسمت دیگر آن وارد ژنراتور دوم (با دمای بالا) می­گردد. مایع ورودی به ژنراتور دوم بعد از جداسازی آمونیاک از آن، از پایین ژنراتور خارج شده و در نهایت به جذب کننده برگشت داده می­ شود. آمونیاک خروجی از رکتیفایر^[۱۱] وارد کندانسور دوّم می­ شود. دمای این کندانسور باید حداقل مساوی یا بزرگتر از دمای ژنراتور اوّل باشد تا بتواند حرارت مورد نیاز این ژنراتور را تأمین کند. پس باید فشار کندانسور دوّم به نحوی تنظیم شود که بعد از کندانس شدن آمونیاک دمای آن کمتر از دمای ژنراتور اوّل نشود. تنظیم فشار کندانسور وابسته به فشار خروجی از پمپ دوّم می­باشد. آمونیاک خروجی از کندانسور دوّم با عبور از شیر اختناق و کاهش فشار آن، با آمونیاک خروجی از ژنراتور اوّل ترکیب شده و وارد کندانسور اوّل، و در نهایت وارد تبخیرکننده می­ شود. به طور مثال اگر ژنراتور اوّل بخواهد در دمای ^oF 215 کار کند و فرض کنیم که ^oF10T_ap= باشد، آن گاه دمای مورد نیاز در کندانسور ^oF 225 می­باشد که معادل فشاری آنpsi 1000 می­گردد. بر طبق این فرضیات دمای ژنراتور دوّم ^oF 391 است. با در نظر گرفتن شرایط بالا و برگشت ناپذیری های موجود در سیستم، ضریب عملکرد این سیکل در حدود ۲/۱ بدست می ­آید.
شکل۲-۱: سیکل جذبی دو اثره [۵]
وزن مخصوص آب در ۴ درجه سانتی گراد یک کیلوگرم به ازای یک لیتر یا در ۶۲ درجه فارنهایت ۱۰ پوند به ازای یک گالن انگلیسی است. انبساط حجمی آب از دمای ۴ درجه سانتی گراد تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد برابر با ۲۴/۱ حجم اولیه آن است. در میان مبردها، آب با شماره ۷۱۸ مشخص می شود. سایر مشخصات آب عبارت است از:
- دمای انجماد: صفردرجه سانتی گراد یا ۳۲ درجه فارنهایت.
- دمای جوش: ۱۰۰ درجه سانتی گراد یا ۲۱۲ درجه فارنهایت.
- دمای بحرانی: ۳۸۶ - ۳۸۰ درجه سانتی گراد یا ۷۱۶ – ۷۰۶ درجه فارنهایت
- فشاربحرانی: ۲۳۵۲۰ )کیلونیوتن بر مترمربع( کیلوپاسکال یا ۳۲۰۰ پوند بر اینچ مربع.
- گرمای نهان ذوب: ۳۳۴ کیل وژول بر کیلوگرم یا ۱۴۴ بی تی یو^[۱۲] بر پوند.
- گرمای نهان تبخیر: ۲۲۷۰ کیلوژول بر کیلوگرم یا ۹۷۷ بی تی یو بر پوند.
- ظرفیت گرمایی ویژه در حالت مایع : ۱۸۷/۴ کیلوژول برکیلوگرم کلوین یا یک بی تی یو بر پوند فارنهایت.
- ظرفیت گرمایی ویژه در حالت جامد (یخ): ۱۰۸/۲ کیلوژول بر کیلوگرم کلوین یا ۵۰۴/۰ بی تی یو بر پوند فارنهایت.
- ظرفیت گرمایی ویژه در حالت گازی (بخار): ۹۹۶/۱ کیلوژول بر کیلوگرم کلوین یا ۴۷۷/۰ بیتی یو بر پوند فارنهایت.
- وزن مولکولی: ۰۲/۱۸ گرم بر مول
دمای تبخیر آب با کاهش فشار، کم و با افزایش فشار زیاد می شود و همین خاصیت مبنای استفاده از آن به عنوان ماده مبرد در چیلرهای جذبی لیتیمی است و در عین حال به دلیل خاصیت ترکیبی شدید و قدرت جذب بالای آمونیاک از آن در چیلرهای جذبی آمونیاکی به عنوان ماده جاذب استفاده می شود. در هر دو حالت آب باید تا حد زیادی خالص و بدون ترکیبات اضافی باشد. به همین منظور در چیلرهای جذبی از آب مقطر استفاده می شود.
لیتیم بروماید، نمکی است مرکب از یک فلز قلیایی (لیتیم) و یک هالوژن (بروم) که ظاهری پودرگونه به رنگ سفید دارد و از نظر شیمیایی بسیار نزدیک به نمک طعام یا کلرید سدیم است. لیتیم بروماید به خوبی در آب، الکل و گلیکول حل می شود و خاصیت جذب آب آن بسیار بالاست.
لیتیم بروماید در مجاورت هوا تجزیه نمی شود و در شرایط طبیعی، ترکیبی پایدار محسوب می شود. سایر مشخصات فیزیکی و شیمیایی این نمک در شرایط استاندارد عبارت است از:
- وزن مولکولی: ۸۵۶/۸۶ گرم بر مول
- درصد لیتیم در ترکیب: ۹۹/۷درصد
- درصد بروم در ترکیب: ۰۱/۹۲ درصد
- دمای ذوب: ۵۴۷ درجه سانتی گراد یا ۱۰۱۷ درجه فارنهایت
- دمای جوش: ۱۲۶۵ درجه سانتی گراد یا ۲۳۰۹ درجه فارنهایت
- وزن مخصوص: ۴۶۴/۳ در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد یا ۷۷ درجه فارنهایت
- خاصیت قلیایی: خنثی
- نوع و مقدار ناخالصی ها: اکسید برم – ۱/۰ درصد ،کلر – /۱۰ درصد، ید – ۲۰/۰ درصد، سولفات – ۰۱/۰درصد، باریم – ۰۰۵/۰ درصد،آهن – ۰۰۱/۰درصد، فلزات سنگین مانند سرب – ۰۰۱/۰ درصد
- حداکثر خلوص: ۹۹ درصد
در صورت سرد شدن، امکان متبلور شدن لیتیم بروماید زیاداست و در مجاورت حرارت بر میزان خورندگی آن افزوده می شود.
-۲-۱ سیستم سرمایش جذبی با مبرد آمونیاک و ماده جاذب آب
استفاده از آمونیاک و آب به عنوان ماده مبرد و جاذب نسبت به زوج لیتیم بروماید و آب قدمتی دیرینه تر دارد. به طوری که اولین واحد جذبی ساخته شده در سال ۱۸۵۹ توسط فردیناندکاره از این نوع بود. البته قبل از او برادرش ادموند از محلول آب و اسید سولفوریک استفاده کرده بود. بعد از آن و درسال ۱۹۲۶ میلادی شرکت الکترولوکس به کمک دو مهندس سوئدی به نام های کارل مونت رز و بالتازار و ون پلاتن یخچال های جذبی خانگی را با نام تجاری سرول به بازار آمریکا معرفی کردند که بسیار مورد استقبال همگانی قرارگرفت و میلیون ها نفر از این محصول بهره مند شدند. در ایران نیز این نوع یخچال ها با نام یخچال نفتی معروف بودند. تولید این نوع یخچال های جذبی آمونیاکی تا سال ۱۹۵۰ میلادی همچنان ادامه داشت تا این که جای خود را به یخچال هایی با سیستم تراکمی داد. این در حالی است که سیستم های جذبی لیتیم بروماید /آب از دهه ۶۰ میلادی وارد بازار شدند و پس از آن با توجه به برخی قابلیت ها، به ویژه امکان تامین ظرفیت های برودتی بالا و ایجاد آلودگی های کم تر نسبت به آمونیاک، سهم عمده ای از تولیدات را به خود اختصاص دادند. همان گونه که قبلاً نیز اشاره شد در سیستم های لیتیم بروماید و آب، مبرد در دمای صفر درجه منجمد می شود، بنابراین امکان استفاده از این گونه سیستم ها برای یخچال های خانگی وجود نداشت. از همین رو در این عرصه پس از خارج شدن سیستم های آمونیاکی، سیستم های لیتیمی جایگزین مناسبی محسوب نمی شدند و سیستم های تراکمی تمامی تولیدات مربوط به یخچال ها، یخ سازها و سیستم های تهویه مطبوع کوچک و کم ظرفیت را به خود اختصاص دادند. بنابراین سیستم های جذبی آمونیاکی از دور رقابت خارج شدند و امروزه به طور خاص برای سیستم های برودتی کم ظرفیت محلی مورد استفاده قرار می گیرند. البته اخیراً استفاده از آنها برای سیستم های آپارتمانی و محلی نسبتاً رواج بیشتری پیدا کرده است. از این رو اشاره به سیستم های جذبی آمونیاکی با رویکرد استفاده محدود محلی می تواند مفید باشد.
درسیستم های آمونیاکی، ماده جاذب آب و ماده مبرد، آمونیاک است. درمورد خواص آب پیش از این مطالبی ارائه شد. در این جا هم بد نیست قبل از پرداختن به چرخه سیستم جذبی آمونیاکی، ابتدا به صورت گذرا نگاهی به مشخصات آمونیاک داشته باشیم.
آمونیاک در میان مبردها با نام R-717 شناخته می شود و فارغ از کاربرد در سیستم های جذبی، در سیستم های تراکمی به ویژه برای سرمایش صنعتی و سردخانه های بزرگ هم مورد استفاده قرار
می گیرد. آمونیاک با فرمول شیمیایی NH3 ترکیبی است از نیتروژن و هیدروژن که در فشار جو به صورت گازی بی رنگ وجود دارد.نقطه جوش این ماده ۲۸ – درجه فارنهایت در فشار جو است.
چنین نقطه جوش پایینی این امکان را می دهد که سیستم های سرمایشی بدون کاهش فشار اواپراتور تا زیر فشار جو امکان سردسازی در دماهای کمتر از صفر را داشته باشند. از همین رو مبردی چون آمونیاک نسبت به مبردی چون آب از برتری قابل ملاحظه ای برخوردار است اما برای تامین سرمایش ساختمان ها هیچ گاه نیازی به تامین دمای زیر صفر وجود ندارد. بنابراین در این وادی چنین امتیازی کم رنگ تر می شود. اما در مورد سردخانه ها و یخچال ها این برتری حرف آخر را در مقایسه با سیستم های لیتیمی زده و در عرصه انتخاب واحدهای جذبی امکان هیچ انتخابی را باقی نمی گذارد.
گرمای نهان آمونیاک در دمای ۵ درجه فارنهایت یا ۱۵- درجه سانتی گراد، ۵۶۵ بی تی یو بر پوند است. بنابراین در حجم کم، می توان دماهای کم تری ایجاد کند. همین خصیصه این مبرد را برای سیستم های جذبی محلی و آپارتمانی مناسب کرده است. به طور معمول کندانسور واحدهای آمونیاکی با آب خنک می شوند اما در ظرفیت های پایین امکان استفاده از هوای خنک نیز وجود دارد.
آمونیاک از جمله گازهای سمی نیست اما استنشاق زیاد آن می تواند موجب آزار شود و اصولا تنفس آن تنها با درصد کم و در مدت زمان اندکی قابل تحمل است. این گاز بوی بسیار بد و نافذی دارد. از این جهت نشت آن کاملا محسوس است.آمونیاک تا اندازه ای قابل اشتعال است و با مخلوط مناسبی از هوا احتمال انفجار آن نیز وجود دارد. تاثیر خوردگی آمونیاک بر روی آهن و فولاد اندک ولی در مجاورت رطوبت بر مس و برنز زیاد است، به همین دلیل در ساختار چیلرهای آمونیاکی از مس
نمی توان استفاده نمود. در مجموع خوردگی در چیلرهای آمونیاکی کمتر از چیلرهای لیتیمی است، اما در هر حال در هر دو سیستم از محلو ل های بازدارنده خوردگی استفاده می شود.
سایر خواص این مبرد به شرح زیر است:
- وزن مولکولی: ۰۳/۱۷ گرم برمول
- دمای انجماد: ۷/۷۷- درجه سانتی گراد یا ۹/۱۰۷- درجه فارنهایت
- وزن مخصوص مایع در فشار ۳۱۰/۱ بار: ۶۸۲ کیلوگرم بر مترمکعب
- دمای بحرانی: ۴/۱۳۲درجه سانتی گراد یا ۲۷۱ درجه فارنهایت
- فشار بحرانی: ۴/۱۱۲ بار یا ۱۶۵۷ پوند بر اینچ مربع مطلق
- چگالی در حالت گاز و در نقطه جوش: ۸۶/۰ کیلوگرم بر متر مکعب
- وزن مخصوص در فشار ۰۱۳/۱ بار و دمای ۲۱ درجه سانتی گراد: ۰/۷۹۵