به طور کلی عملکرد سیستمهای جذبی مشابه سیستمهای تراکمی بوده ولی وابستگی شیمیایی ماده جاذب[۱۲] به مبرد[۱۳] سبب به وجود آمدن اثر سرمایش خواهد شد. این سیکل با در نظر گرفتن عملکرد ۴ جزء اصلی آن یعنی جاذب[۱۴]، ژنراتور[۱۵]، میعان کننده یا کندانسور[۱۶] و تبخیر کننده[۱۷] به خوبی درک خواهد شد. شکل ۱-۲ شماتیکی از یک سیستم تبرید جذبی را در ساده ترین حالت (تک اثره[۱۸] ) نمایش میدهد. روش کار چیلر جذبی تک اثره به طور جامع در مراجع معرفی شده آورده شده است ولی به طور مختصر در اینجا اشاره می شود. مایع مبرد در فشار و دمای بالا در شکل ۱-۲ وارد کندانسور شده و با ازدست دادن حرارت خود به مایع تبدیل می شود. به جز سیستمهای کاملاً کوچک، در سایر موارد از کندانسورهای خنک شونده با آب استفاده می شود. سپس مایع مبرد داغ از طریق یک اوریفیس منبسط و وارد اواپراتور می شود. این مایع که در دما و فشار بسیار کمی قرار دارد در آنجا تبخیر شده و حرارت خود را از محیطی که قرار است سرد شود دریافت می کند. سپس بخار خروجی از از اواپراتور در همان فشار پایین وارد قسمت جاذب شده و جذب محلول [۱۹]LiBr غلیظ می شود. فرایند جذب، به علت قابلیت مولکولی مابین مبردو ماده جاذب امکان پذیر بوده و گرمای ناشی از این عمل به مجموعه دسته لوله جاذب که از آب یک برج خنک کن یا هر سیستم دور ریزش حرارتی قابل تأمین است، انتقال مییابد. معمولاً این سیستم با سیتم دور ریزش حرارتی در کندانسور یکی خواهد شد. سپس محلول به وسیله یک پمپ با عبور از یک مبدل حرارتی تماس مستقیم)[۲۰] و به منظور بالا بردن دمای مخلوط و افزایش راندمان، با صرف کمی کار وارد ژنراتور می شود.
شکل ۱-۲ تشریح شماتیکی چیلر جذبی تک مرحله ای[۲۸]
شکل ۱-۳نمایش یک سیکل جذبی تک اثره در سطوح مختلف دمایی و فشار
در این قسمت با صرف میزان کمی انرژی حرارتی، ماده جاذب از مبرد با افزایش حرارت مخلوط و به علت تفاوت در نقطه جوش جدا و ماده مبرد به سمت کندانسور و محلول غلیظ ماده جاذب به سمت مبدل حرارتی رفته و در آنجا خنک و به جذب کننده برگشته و سیکل کامل می شود.
همانطور که آشکار است سیستم بین دو سطح فشار کار می کند و با سه منبع حرارتی مختلف تبادل حرارت دارد(شکل ۱-۳) : دمای پایین در اواپراتور ، دمای متوسط در کندانسور و جاذب و دمای بالا در ژنراتور . همانطور که از بحث قبل مشاهده شد یک سیستم جاذب با دو سیال (مبرد و جاذب) کار می کند، در حالی که در سیکلهای تراکمی از یک سیال استفاده می شود.
۱-۳ تکنولوژی چیلر های جذبی:تقسیم بندی
اولین اساس برای تقسیم بندی سیستمهای جذبی نوع سیال عامل به کار رفته در آنها است. زوج لیتیم برماید – آب و زوج آب و آمونیاک (NH3-H2O) معمولترین سیالهای رایج در سیستمهای تبرید جذبی هستند. در زوج آب- لیتیم برماید، آب به عنوان ماده مبرد و نمک لیتیم برماید به عنوان ماده جاذب و در زوج آب آمونیاک، آب ماده جاذب و آمونیاک ماده مبرد است. اکثر واحدهای سرمایش جذبی تجاری و با ظرفیتهای بالا از سیال عامل آب - لیتیم برماید استفاده می کنند. این در حالیست که سیستمهای آب- آمونیاک نیاز به دماهای بالاتری در سطوح انتقال حرارت مربوطه دارند و نیز عملکرد آنها نسبتاً پایین است در حالیکه دماهای پایین تر از نقطه انجماد را میتوان در آنان ایجاد نمود (در این حالت آب نقش جاذب را دارد). بنابراین برای کاربردهای تبریدی مورد استفاده قرار میگیرد، در صورتی که سیستم تشریح شده با سیال آب و لیتیم برماید برای مصارف تهویه به کار میروند. سیالات دیگری نیز در سیستمهای جذبی وجود دارند که اخیراً محققان از آنها برای سیستمهای جذبی خورشیدی استفاده می کنند. از این موارد میتوان به زوجهای NH3-CACL2و NH3-SRCL2 و سهگانههایی از قبیل NAOH-KOH-CSOH نام برد.[۱]
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
سیستمهای جذبی عادی را همچنین میتوان بر اساس منبع حرارتی در ژنراتورهای آنها تقسیم بندی نمود[۲۸]:
- واحدهای اشتعالی مستقیم [۲۱]که حرارت را به طور مستقیم از طریق اشتعال گاز طبیعی یا هرگونه سوخت فسیلی توسط مشعل تأمین می کنند،
- واحدهای اشتعالی غیر مستقیم[۲۲]که حرارت را از طریق بخار آب تأمین می کنند،
- واحد های استفاده کننده از گاز خروجی دیگر واحدها (مانند خروجی توربین گاز) یا واحدهای بازیابی حرارت،.
-کالکتورهای خورشیدی.
در نهایت مشخصات غالب سیستمهای جذبی که هم اکنون مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از[۲۸]:
شکل ۱-۴نمای جانبی و شماتیک یک چیلر جذبی تک اثره[۲۸]
- ساده بودن طراحی بدون وجود اجزاء متحرک و کارکرد در دماها و فشار های نسبتا پایین،
- نیاز به انرژی الکتریکی کم،
- نرخ بالای دور رریزش حرارتی[۲۳] به منبع بالای گرمایی که نسبت به سیستم های تراکمی نیازمند برج های خنک کن با ظرفیت بالا و انرژی زیاد فن و پمپ میباشد،
-اندازه و وزن نسبتا زیاد این تجهیزات،
-استفاده این سیستمها از سیالات عامل بی خطر و بدون تأثیرات گرمایشی زمین و بیخطر برای لایه اوزون.
۱-۳-۱ سیکل های جذبی یک یا چند اثره با سیال عامل لیتیم برماید:
سیکل نمایش داده شده در شکلهای ۱-۳و۱-۴ سیکل یک مرحله ای یا تکاثره[۲۴] نامیده می شود. میزان دمای لازمه برای ژنراتور این گونه چیلرها در حدود ۹۳ تا ۱۳۲ درجه سانتیگراد میباشد و بخار آب به کار رفته در ژنراتور این تجهیزات میبایست دارای فشار ۶/۱ تا ۲ بار باشد. [۲۸]چنانچه دمای کاری چیلر کمتر از مقدار حداقل فوق باشد، راندمان سیکل به شدت کاهش خواهد یافت. اگرچه مطابق با استانداردهای امروزی سیستمهای یک مرحله ای از لحاظ حرارتی ناکارآمد هستند، اما زمانیکه قیمت بخار ارزان بوده و یا در حالتیکه در خروجی تجهیزات دیگر به صورت بازیابی حرارتی به کار گرفته شود، کارا و مفید هستند. ولی به طور کلی در بهترین حالت ضریب عملکرد این تجهیزات به میزان حدود ۷/۰ تا ۸/۰نمیرسد. اشکال۱-۴ تا ۱-۶ بیانگر شکل تجاری این گونه سیستمها میباشند. در فصل ۲ جزییات ترمودینامیکی بیشتری از این سیکلها در آرایش خورشیدی آنان بیان خواهند شد.
سیستمهای جاذب تک اثره خورشیدی با COP محدود ۷/۰تا۸/۰کار می کنند. سیستمهای یک مرحله ای برای حصول دماهای بالاتر از ۱۰۰در جه سانتیگراد مناسب نمیباشند، علاوه بر آن بر خلاف سایر سیکلهای پمپ حرارتی ، در اثر افزایش بیش از حد دمای ژنراتور میزان ضریب عملکرد سیکل، به علت افزایش در تلفات مخلوط شدن وگردش جریان ، به شدت کاهش خواهد یافت. به همین علت برای غلبه بر این مشکل و افزایش ظرفیت و راندمان سیکل و بهره گیری از منابع گرمایی با دمای بالا، سیستم جذبی (بخش جذب) را می توان با بهره گرفتن از مراحل بیشتر تبدیل نمود.
شکل۱-۵ برشی از یک چیلر جذبی تک اثره تجاری[۲۸]
تفاوت مابین سیکل یک اثره و چند اثره استفاده از گرمای دفع شده در کندا نسور در ژنراتور میباشد، در نتیجه بدون به کارگیری منابع جدید حرارتی خورشید سرمایش تولیدی را میتوان ۲ تا ۳ برابر افزایش داد. برای این سیستمها دمای کاری ژنراتور در حدود ۱۸۸ درجه سانتیگراد و فشار کاری آنان ۹/۸ بار است. میزان ضریب عملکرد آنها نیز در حدود ۲۲/۱ تا ۱۹/۱ است. سیستمهای جذبی دو اثره[۲۵] از نظر نوع جریان مابین مبدلهای حرارتی آنها به سه دسته تقسیم میشوند: جریان موازی، جریان سری و جریان معکوس. در حالت جریان سری، محلول ضعیف[۲۶] لیتیم برماید در طول مبدلهای حرارتی دما پایین و دما بالا قبل از وارد شدن به ژنراتور اصلی به صورت سری باهم جریان مییابد. در حالت جریان موازی، محلول ضعیف بعد از خارج شدن از مبدل حرارتی اولیه، دو قسمت شده که یکی به مبدل حرارتی جریان بالا و دیگری به ژنراتور ثانویه میرود. در حالت جریان معکوس، محلول ضعیف توسط بخار ژنراتور اصلی قبل از ورود به ژنراتور دوم گرم می شود. [۲۸]
شکل۱-۶نمایی از دو چیلر جذبی تک اثره متفاوت[۲۸]
در شکل ۱-۷ نمایی از سیستم جذبی دو اثره نمایش داده شده است که در آن یک سیستم جذبی با سیال آب – لیتیم برماید و دو ژنراتور و یک کندانسور و با به کار گیری یک جاذب و اواپراتور کار می کند. در شکل ۱-۹ نیز نوع دیگری از این سیستم ارائه شده است.
شکل۱-۷نمایی از فلودیاگرام سیکل جذبی چند مرحله ای[۲۸]
شکل۱-۸ برشی از یک سیکل جذبی چند مرحله ای تجاری[۲۸]
این سیستم همانند سیستم ارائه شده در شکل (۱-۳) است با این تفاوت که کندانسور ، ژنراتور ، مبدل و شیر فشارشکن[۲۷] به آن اضافه شده اند. در عملکرد این سیستم ۳سطح فشار و ۴سطح دمایی وجود دارد، محلول رقیق جاذب را ترک می کند و به داخل دو ژنراتور که به صورت سری اند جریان یافته و در دو مرحله عمل جدا سازی در ژنراتور صورت میگیرد. در ژنراتور دما پایین سطح حرارتی پایینتری مورد استفاده قرار میگیرد که این حرارت از کندانسور تأمین می شود.
شکل ۱-۹ نمایش یک سیکل جذبی چند اثره خورشیدی در سطوح مختلف دمایی و فشار[۲۷]
در سیستمهای چند اثره، خروجی کندانسورها در فشارشکن منبسط شده و این در حالی است که در سیستمهای تک اثره از یک کندانسور استفاده می شود، لذا این سیستمها را سیستمهای تبرید دو اثره می نامند. همین قوانین را می توان با به کارگیری ۳ژنراتور و ۳ کندانسور در سیستمی موسوم به سیستم جذبی سه اثره[۲۸] مورد استفاده قرار داد و این در حالی است که حرارت منبع گرمایی به اندازه کافی باشد. در این سیستم ها نیز که نمونه ای از فلو دیاگرام آنان در شکل (۱-۱۲) توضیح داده شده است، بازده حرارتی سیستم در حدود %۵۰افزایش یافته و به مقادیر ضریب عملکرد در حدود ۴/۱نیز دست مییابند. همچنین ظرفیت برج خنک کن و میزان آب آرایشی[۲۹] برای این سیکلها نیز به علت نیازمندیهای کمتر انرژی ورودی سیستم، کاهش مییابند.[۲۸]
یک نوع طراحی که همچنان در حال توسعه میباشد، شامل دوآبشار چیلر تک مرحله ای که یکی در دمای سابق و دیگری در دمای بالاتری کار می کند، میباشد. همانطور که قبلاً گفته شد سیستمهای تبرید جذبی غالباً سیستمهای تبرید جذبی تک اثره با دمای ژنراتور نسبتاً پایین میباشند. با توسعه سیستمهای تبرید جذبی گاز سوز خصوصاً در آمریکا و ژاپن، سیستمهای تبرید با COP بالا در دسترس قرار گرفته است. همچنین سیستمهای جذبی دو اثره با COP 1-2/1 و نیز سه اثره با COP 7/1 در بازار موجود است. این سیستمها را میتوان برای تبرید جذبی خورشیدی به شرط فراهم شدن حرارت لازم به کار گرفت.
شکل۱-۱۰نمایی از چیلر جذبی ۲ مرحله ای تجاری[۲۸]
شکل ۱-۱۱ ضریب عملکرد به عنوان تابعی از دمای تأمین شده در سیکل تبرید یک، دو و سه
مرحله ای[۲۸]
شکل ۱-۱۲ نمایی از فلودیاگرام یک چیلر جذبی ۳ مرحله ای [۲۸]
شکل ۱-۱۱ COP را بر حسب دمای تأمین شده خورشیدی در ژنراتور برای سیستمهای تبرید جذبی یک، دو، سه اثره با اجزای یکسان نشان میدهد. آب سرد ورودی در ۳۰ درجه وارد و در ۷ درجه خارج می شود. همچنین در این شکل عملکرد یک سیستم که در یک سیکل کارنو کار می کند برای مقایسه ارائه شده است، آشکار است که برای سیستم چنانچه درجه حرارت ژنراتور تأمین شده کمتر از این دمای حداقل باشد، سیستم قادر به کارکردن نمی باشد.[۲۸]
۱-۳-۲ سیستمهای جذبی آب-آمونیاک
این گونه سیستم-ها در کابردهای سرمایشی و تهویه مطبوع برای منازل مسکونی و تجاری مورد استفاده قرار نگرفته و بیشتر برای موارد سرمایشی و تبریدی در درجه حرارتهای بسیار پایین ودر ظرفیتهای محدود مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از موارد اصلی تحقیق و توسعه سیستمهای جذبی در حال حاضر استفاده از این گونه چیلرها در مدلهایی که دارای ظرفیت بالاتر و بازدهی حرارتی بهتری هستند ، می باشد.
همانطور که در بالا توضیح داده شد، در چیلرهای جذبی آب-آمونیاک، آب به عنوان ماده جاذب و آمونیاک به عنوان مبرد عمل می کند. در این گونه سیکل ها باز تولید محلول غلیظ[۳۰] ماده جاذب توسط فرایند تقطیر جزئی در بالای ژنراتور صورت میگیرد(به علت طبیعت فیزیکی و شیمیایی آب وآمونیاک)همچنین در این آرایش یک نوع مبدل حرارتی برای ماده مبرد [۳۱]که پیش خنک کن نامیده می شود در بالای اواپراتور قرار داده شده تا از این طریق میزانی از گرمای جذب کننده را نیز قبل از تبخیر کسب کند و راندمان سیکل افزایش یابد.
شکل ۱-۱۳ فلودیگرام سیکل جذبی آب-آمونیاک[۲۸]
