چیلرها از مهمترین تجهیزات سرمایشی و تولید برودت در ساختمان ها و کارخانه های صنعتی بحساب می آیند. به زبان ساده چیلر دستگاهی است که آب سرد تولید می کند. به کمک این آب سرد می توان از طریق فن کویل ها و یا هواسازها، فضای داخلی هر ساختمانی را خنک کرد و یا از آن در ماشین آلات صنعتی و انواع فرایندهای تولید که به خنک کاری نیاز دارند، استفاده نمود.

چیلر چیست؟

چیلرها دو دسته اند. تراکمی و جذبی که هریک انواع مختلفی دارند. در این مقاله سعی خواهیم کرد با نحوۀ عملکرد چیلر تراکمی و انواع آن بیشتر آشنا شویم.

چیلر تراکمی بخار (Vapor compression chiller) یا به اختصار چیلر تراکمی بر اساس سیکل تبرید تراکمی بخار (کارنو) طراحی شده است. سیکلی ترمودینامیکی که از طریق گردش سیال مبرد (R22، R407C، R134a، R410A، R404A و …) به عنوان یک واسطه، گرما را از محیط هدف (آب یا هوا) جذب کرده و در محیط دیگری دفع می کند

کمپرسور چیلر قلب اصلی و اولین جزء از اجزای چیلر تراکمی می­ باشد که وظیفه گردش مبرد در سیکل برعهده آن می ­باشد. کمپرسور برحسب نیاز در اندازه­ های مختلفی ساخته می شود. حجم گازی که باید در کمپرسور چیلر متراکم شود، بسته به میزان جا به­ جایی کمپرسور و توان موتور الکتریکی کمپرسور تعیین و ابعاد آن مشخص می گردد. وظیفه کمپرسور ایجاد جریان مبرد و ایجاد اختلاف فشار بین قسمت فشار بالا و فشار پایین است که در همین اختلاف فشار بین سمت فشار بالا و فشار کم باعث ورود مایع از طریق شیر انبساط به اواپراتور چیلر می­ باشد.

انواع کمپرسور چیلر و دستگاه های تبریدی

به طور عمده ۴ نوع کمپرسور در چیلر تراکمی و دیگر دستگاه های تبریدی مورد استفاده قرار می گیرد که عبارتند از :

۱ . کمپرسور پیستونی (Piston type) یا رفت و برگشتی

۲ . کمپرسور اسکرال (Scroll) یا حلزونی

۳ . کمپرسور اسکرو (Screw) یا مارپیچی

۴ . کمپرسور سانتریفیوژ (Centrifugal) یا گریز از مرکز

که توسط موتور الکتریکی (الکتروموتور) ، موتور احتراق داخلی پیستونی ، موتور بخار یا توربین گاز به گردش در می آیند.

• کمپرسور پیستونی (Piston type) یا رفت و برگشتی

کمپرسور پیستونی یا رفت و برگشتی یکی از پر کاربردترین کمپرسورها در صنعت تبرید است و به سه دسته هرمتیک (Hermetic) ، نیمه هرمتیک (Semi-Hermetic) و باز (Open) تقسیم می شود. منظور از هرمتیک این است که محفظه (پوسته) آن جوشکاری و کاملا آب بندی می شود و امکان دسترسی به سیلندرها و بازرسی آنها وجود ندارد و در ظرفیت های پایین کاربرد دارند. منظور از نیمه هرمتیک این است که کمپرسور دارای پوسته است ولی پوسته را می توان باز نمود و برای ظرفیت های متوسط بیشتر استفاده می شود. منظور از باز هم این است که کمپرسور پوسته ندارد و الکتروموتور و گیربکس در بیرون مجموعه (مطابق شکل زیر) نصب می شود که این نوع کمپرسورها امروزه در ظرفیت های بسیار بالا و برای کاربری هایی که توان آنها از یک مگاوات هم فراتر می رود به عنوان تنها گزینه ممکن مورد استفاده قرار می گیرند. در هر ۳ این سیستم ها با حرکت رفت و برگشتی پیستون درون سیلندر ، مبرد گازی شکل متراکم می شود.

صدای کارکرد این نوع از کمپرسورها نسبت به انواع دیگر بیشتر است ولی اگر چیلر در موتورخانه یا فضای بیرون از ساختمان مانند پشت بام نصب شود صدای کارکرد آن به داخل ساختمان منتقل نمی شود. این نوع از کمپرسورها ساختار ساده و قابلیت تعمیر در صورت فرسوده شدن را دارند. ولی از نوع پیستونی بیشتر در مناطق با آب و هوای حاره ای (مناطق گرم و مرطوب) مانند جنوب کشور استفاده می شود زیرا قابلیت تحمل فشار بالا در اثر افزایش درجه حرارت محیط را دارند و این در حالی است که اگر از کمپرسور دیگری مانند اسکرال یا اسکرو در این مناطق استفاده شود، کمپرسور بعد از مدت زمان کوتاهی به شدت دچار آسیب می شود زیرا قابلیت تحمل دما و فشارهای بالا را ندارند. مگر اینکه از کمپرسورهای اسکرال یا اسکرو خاصی که مخصوص مناطق حاره ای طراحی شده اند استفاده شود. به چیلر دارای کمپرسور رفت و برگشتی ، چیلر تراکمی رفت و برگشتی گفته می شود. در شکل زیر نمونه ای از آن نشان داده شده است.

• کمپرسور اسکرال

کمپرسور اسکرال از دو قطعه حلزونی شکل که یکی ثابت و دیگری متحرک است و به موتور متصل می شود ، تشکیل شده است. مبرد با چرخش حلزونی متحرک حول حلزونی ثابت به سمت مرکز حرکت کرده و رفته رفته فشرده می شود. کمپرسورهای اسکرال به طور گسترده در سیستم های تهویه مطبوع تجاری و خانگی سبک تا متوسط مانند چیلرها و مینی چیلرها و نیز هیت پمپ های سرمایشی و گرمایشی GHP ، VRF ، اسپلیت ، داکت اسپلیت و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. ظرفیت آنها معمولا بین ۳ تا ۱۲۰ کیلووات است و در کاربردهای با ظرفیت بالا به صورت ترکیبی (کوپل کردن چند کمپرسور با هم و چند مداره نمودن دستگاه) مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله مزایای آن سطح صدای بسیار کم و کارکرد آرام و بدون لرزش آن است. این کمپرسورها معمولا به همراه موتورهای دور متغیر اینورتر و بدون جاروبک DC مورد استفاده قرار می گیرند. به چیلر دارای کمپرسور اسکرال ، چیلر اسکرال گفته می شود.

• کمپرسور اسکرو

در بین انواع کمپرسور چیلر تراکمی و دیگر دستگاه های تبریدی ، کمپرسورهای پیستونی، اسکرو و اسکرال بیشترین کاربرد را دارند. کمپرسورهای اسکرو از دو مارپیچ که به آنها روتور نیز گفته می شود ، تشکیل شده اند. با چرخش روتورها ، مبرد از مجرای ورودی بین دو روتور کشیده شده و متراکم می گردد. این کمپرسورها به خاطر هندسه خاص روتورها به روغن کاری فراوانی نیاز دارند و به شکل روغن کاری تزریقی یا روغن کاری آزاد ساخته می شوند. در حالت های کم باری (Part Load) که کمپرسور بیشترین مدت زمان از کار خود را در حالت کم باری کار می کند، یک مکانیزم دریچه لغزنده بین ورودی و محفظه کمپرسور تعبیه شده است که با حرکت آن توسط سیستم کنترل اتوماتیک ، امکان تغییر پیوسته جریان مبرد به وجود آمده و در حالت کم باری که کمپرسور با ظرفیت پایین در حال کار است، راندمان آن بسیار افزایش پیدا می کند. این نوع از کمپرسورها ظرفیت بالاتری نسبت به نوع اسکرال دارند و معمولا در ظرفیت های بالای چیلر از این نوع استفاده می شود. از جمله معتبرترین شرکت های طراح و تولید کننده کمپرسورهای اسکرو می توان به مارک بیتزر (Bitzer) آلمانی و هنبل (Hanbell) تایوانی اشاره کرد. به چیلر دارای کمپرسور اسکرو ، چیلر اسکرو گفته می شود.

• کمپرسور سانتریفیوژ

کمپرسور سانتریفیوژ از یک محفظه ، شفت و ایمپلر آلومینیومی (پروانه) تشکیل می شود. مبرد با چرخش ایمپلر از قسمت مرکزی آن وارد و در اثر نیروی گریز از مرکز به اطراف پرتاب می شود و سپس انرژی جنبشی آن در دیفیوزر به انرژی فشار تبدیل می شود. ظرفیت کمپرسور سانتریفیوژ می تواند با به کار بردن فین هایی که زاویه ورود مبرد به مرکز ایمپلر را تغییر می دهند، تغییر کند. این کمپرسورها معمولا با مبرد R410A کار می کنند و در کاربردهای با نسبت تراکم کم و ظرفیت های سرمایشی بالا که چیلر بیشتر مدت زمان کار خود را به صورت حداکثری کار می کنند، به کار می روند. زیرا اگر چیلر سانتریفیوژ در حالت کم باری کار کند، به علت کاهش دور الکتروموتور متصل به آن، راندمان به شدت افت می کند. بنابرین در کاربردهای ساختمانی ، تجاری و صنعتی که نیاز است چیلر به طور مداوم و با حداکثر توان کار کند، از این نوع استفاده می شود. به چیلر دارای کمپرسور سانتریفیوژ ، چیلر سانتریفیوژ گفته می شود.

در کمپرسور گریز از مرکز از دو دمنده یا پروانه استفاده می‌شود که می‌توانند حجم زیادی از گاز را فشرده‌ کنند. این کمپرسورها جزو دسته کمپرسورهای دینامیکی محسوب می‌شوند چرا که اساس کار آن‌ها، تغییر انرژی جنبشی گاز است. سپس با استفاده از یک دیفیوزر، این انرژی جنبشی به فشار استاتیکی یا انرژی پتانسیل تبدیل می‌شود. با استفاده از پره‌های ورودی می‌توان ظرفیت این نوع از کمپرسور را تغییر داد. همچنین می‌توان از یک درایو فرکانس متغییر (VFD) برای تغییر سرعت پروانه کمپرسور استفاده کرد و به این ترتیب می‌توان ظرفیت کمپرسور را افزایش یا کاهش داد.