چیلر جذبی سیلیکاژل

چیلر جذبی سیلیکاژل:
چیلر جذبی سیلیکاژل یا همان چیلر سیلیکاژلی به دستگاه سرمایش از نوع جذبی اطلاق می شود که در آن آب به عنوان مبرد (Refrigerant) و ماده جامدی تحت عنوان سیلیکاژل (Silica gel) به عنوان جاذب نقش دارند.

این سیکل سرمایشی از قرن 19 میلادی مورد مطالعه و آزمایش قرار گرفت (برای نخستین بار توسط فارادی) و چند سال بعد نخستین نمونه های تجاری آن مورد استفاده قرار گرفت.

سیلیکاژل چیست و فلسفه اصلی کاربرد چیلر جذبی سیلیکاژل ؟
بر خلاف لیتیوم بروماید که مایع است، سیلیکاژل جامد و پر از منافذ ریز با قطرهای میکرونی (متخلخل) بوده و توانایی فوق العاده بالایی در جذب بخار آب به خود دارد و به همین خاطر به آن چیلر جذبی جامد بخار نیز گفته می شود.

فرمول شیمیایی ساختار سیلیکاژل SIO2 بوده و با ترکیب نمودن اسید سولفوریک با سیلیکات سدیم تولید می شود.

جالب اینکه با جذب بخار آب، حجم آن تغییر نکرده و تغییری در فرمولاسیون و مولکول های بخار آب ایجاد نمی کند و از جمله خواص آن می توان به غیر سمی بودن (بر خلاف آمونیاک در چیلرهای آمونیاکی) و بی بو بودن آن اشاره کرد که معمولا به صورت دانه ای شکل تولید می شود (در برخی کاربردها هم به صورت پودری).

از طرفی به محض دریافت گرما (از منبع گرمایی) بخار آب از سیلیکاژل تفکیک شده و هر یک مسیری مشخص در دستگاه را طی کرده تا سیکل ادامه یابد و فرآیندها مجددا اتفاق می افتد.

منبع اصلی انرژی برای راه اندازی و کار چیلر جذبی سیلیکاژل، منبع حرارتی بوده و مصرف برق در آن حدود 10 درصد کل انرژی مورد نیاز برای کار سیکل است.

به علت اینکه منبع اصلی انرژی مورد نیاز سیکل های جذبی، حرارت است، فلسفه اصلی کاربرد چیلرهای جذبی این است که بتوان منبع حرارتی در حال اتلاف در یک مکان را به سیکل داد و سرمایش ایجاد کرد. برای مثال حرارت سیال گازی در حال خروج در نیروگاه ها یا موتورهای دیزلی یا کوره ها و … منبع بسیار مناسبی برای کار این نوع چیلرها هستند.

اجزا و طرز کار:
مطابق شکل زیر مهم ترین اجزای این سیستم عبارتند از:

• اواپراتور.
• کندانسور.
• برج خنک کننده.
• ابزوربر.
• ژنراتور.
• پمپ ها، لوله ها، تجهیزات کنترلی و …

شود و در آنجا در محفظه ای کم فشار بر روی لوله های حاوی آب چیلد (آبی که قرار است در این سیکل سرد شود و برای سرمایش مورد استفاده قرار بگیرد) پاشیده می شود و به خاطر فشار کم محفظه و با گرفتن حرارت از آب جاری درون لوله ها به سرعت تبخیر شده و از دریچه بالای محفظه اواپراتور به سمت ابزوربر می رود.

سیلیکاژل موجود در ابزوربر، بخار آب را به خود جذب کرده و بدین ترتیب از تجمع بخار آب در اواپراتور و افزایش فشار محفظه آن جلوگیری می شود. وقتی سیلیکاژل به حد اشباع رسید در ژنراتور توسط حرارتی که به سیستم داده می شود، بخار آب را از خود جدا کرده و بخار آب که اینبار گرم نیز شده است به محفظه کندانسور راه می یابد. در کندانسور توسط آب برج خنک کننده، بخار آب سرد و تقطیر شده و در سینی کف کندانسور جمع می شود تا دوباره به سمت اواپراتور پمپاژ شده و سیکل جذبی سیلیکاژل تکرار شود.

هر چه فشار درون محفظه اواپراتور کمتر باشد، آب در دماهای پایین تر و با جذب گرمای کمتری می جوشد. در حالی که فشار اتمسفر حدودا 760 میلی متر جیوه است، فشار اواپراتور در حد حدودا 15 میلی متر جیوه نگه داشته می شود. در زمان راه اندازی و استارت سیکل، پمپ خلا باعث ایجاد خلا نسبی در محفظه می شود.

با توجه به اینکه هدف در این مقاله تشریح ساختار و کارکرد چیلر جذبی سیلیکاژل بوده و سیکل های جذبی لیتیوم برومایدی و آمونیاکی خود مبحث بسیار گسترده ای دارند، پیشنهاد می کنیم که ویژگی های این سیستم ها را در متن های زیر مطالعه کنید تا بتوانید با نوع سیلیکاژلی به خوبی مقایسه کنید و به تفاوت های آنها پی ببرید.

مزایای چیلر سیلیکاژلی نسبت به چیلرهای جذبی لیتیوم برومایدی:

• توانایی کار با منابع انرژی دما پایین (به طوری که با منابع انرژی دمای پایینی مثل گازهای خروجی کم دما در برخی از موتورهای دیزلی یا حتی انرژی خورشیدی می تواند کار کند و این مورد باعث گسترده تر شدن محدوده کاربرد این سیستم می شود)
• افزایش طول عمر مفید چیلر به علت خورنده نبودن سیالات در حال کار و عدم نیاز به تعویض مبدل های حرارتی به کار رفته در آن بعد از گذشت چند سال
• کمتر بودن هزینه های نگهداری و سرویس
• کریستالیزه نشدن جاذب (بر خلاف سیکل جذبی لیتیوم برومایدی که در صورت اعمال حرارت بیش از حد در ژنراتور برای افزایش غلظت لیتیوم بروماید، خطر تبدیل لیتیوم بروماید مایع به جامد و در نتیجه کریستالیزه شدن و آسیب به دستگاه وجود دارد، در سیکل سیلیکاژلی این اتفاق روی نمی دهد)
• نوسانات دمای آب ورودی به سیکل (آب چیلد) مهم نیست و دمای آب ورودی بدون اینکه مشکلی در عملکرد چیلر چذبی سیلیکاژل ایجاد کند، می تواند تغییر کند ولی در سیستم لیتیوم بروماید برای عملکرد صحیح باید دمای آب ورودی به آن تقریبا پایدار باشد. (منبع: مقاله بررسی چیلر جذبی سیلیکاژل و مقایسه آن با چیلرهای جذبی لیتیوم بروماید - اولین همایش ملی تهویه صنعتی - سعید جانی، مصطفی محمودی، میثم امینی)

مزایای چیلر سیلیکاژلی نسبت به چیلرهای تراکمی (دارای کمپرسور):

• عملکرد بدون تولید صدا به خاطر نداشتن (یا کم بودن) اجزای مکانیکی متحرک.
• طول عمر بالا به خاطر کم استهلاک بودن.
• کم بودن هزینه های تعمیر.
• عدم تخریب لایه ازن توسط ماده جاذب (البته امروزه مبردهای فریونی بدون آسیب به لایه ازن استفاده می شود).

معایب چیلر سیلیکاژلی نسبت به چیلرهای تراکمی:

• راندمان کمتر (مخصوصا در تناژهای کم) هم نسبت به نوع لیتیوم بروماید و هم نسبت به چیلرهای تراکمی.
• ابعاد و وزن بالاتر.
• قیمت (هزینه اولیه دستگاه) بیشتر.

همانطور که در بالا نیز اشاره شد، در اکثر پروژه ها استفاده از چیلرهای تراکمی به جذبی ارجعیت دارد (به خاطر مزایای بیشتر سیکل های تراکمی نسبت به جذبی) ولی در مواقعی که بخواهیم حرارت در حال هدر رفتنی را به عنوان منبع انرژی به کار ببریم، یکی از بهترین راه ها تبدیل آن به سرمایش در سیکل های جذبی سیلیکاژلی یا لیتیوم برومایدی یا آمونیاکی است.