مأخذ: نشریه تهویه و تبرید – خرداد 1383

…………

جداکننده یا ژنراتور:

عملکرد جداکننده یا ژنراتور برعکس جاذب است. همان‌طور که در شکل 2b نیز دیده می‌شود. گرم می‌کند (مرحله 31) تا بخار اشباع با غلظت بالا (مرحله 32) و مایع اشباع با غلظت پایین (مرحله 33) حاصل شود. این فرآیند در فشاری بالاتر از فشار محفظه جاذب انجام می‌گیرد. منبع حرارتی ژنراتور می‌تواند شعله مستقیم آتش باشد که از سوختن مواد سوختی حاصل‌شده یا حرارت غیرمستقیم باشد که منبع آن بخار است و توسط دیگ بخار تأمین می‌شود . برای مدل کردن این بخش نیز می‌توان قانون کل بقا جرم و انرژی را برای مبرد بنویسیم. حرارت ورودی به این بخش نیز می‌تواند به‌وسیله دبی جرمی و آنتالپی منبع حرارتی بیان شود. فرآیند جداسازی توسط مبدل حرارتی با جریان موازی یا جریان مخالف انجام می‌گیرد جریان موازی در مبدل حرارتی ژنراتور منجر به تعادل دمایی T33<T₃₁=T₃₂ خواهد شد در حالی‌ که در جریان مخالف تعادل دمایی بصورت T32<T₃₃=T₃₁ خواهد شد. برای دبی جرمی یکسان گرمای کل که ژنراتور در جریان مخالف نیاز دارد، نسبت به جریان موازی کاهش جزئی نشان می‌دهد. تفاوت‌های موجود در دو معادله تعادل دما بدون اینکه روی جریان مایع تغییری ایجاد کند روی حالت بخار خروجی (مرحله 32) تأثیر خواهد گذاشت. حد بالای دمای مایع اشباع (مرحله 33) که جداکننده یا ژنراتور را ترک می‌کند، معمولاً یک پارامتر مشخص شده است که به طبیعت خورندگی محلولی که در ژنراتور بکار می‌رود بستگی دارد. برای محلول آب آمونیاک حد این دما 200 درجه سانتی‌گراد است.

رکتیفایر:

غلظت بخار خروجی از ژنراتور معمولاً به اندازه کافی بالا نیست تا بتواند با مشخصات سمت مبرد دستگاه همخوانی داشته باشد. به همین دلیل لازم است که بخار خارج شده از ژنراتور سرد شود تا بتواند به غلظت یا خلوص بالاتر دست یابد. با توجه به شکل 2A, بخار (مرحله 16) به‌ وسیله یک منبع دمایی سرد خنک شده و در نتیجه مایع اشباع ( مرحله 18) و بخار اشباع (مرحله 17) از یکدیگر جدا می‌شوند.

بخار با خلوص و غلظت بالا برای فرآیندهای جذبی در سمت مبرد به کار می‌رود. معمولاً آنالیز سیکل جذبی با توجه به دبی جرمی جریان مبرد انجام می‌گیرد. برای این تجزیه و تحلیل فرض می‌شود که دبی جرمی مبرد در مرحله 18 برابر یک است در نتیجه تعادل دمایی بین مایع اشباع خروجی و بخار ورودی به‌ صورت T18=T16 به دست می‌آید. غلظت در سیستم‌های آب-آمونیاک معمولاً بالا در نظر گرفته می‌شود تا راندمان سیستم بهبود یابد و تغییرات دما نیز کمتر شود.

آنالیز کننده:

قسمت دیگری که برای بازیابی حرارت در سیکل‌های جذبی سه مرحله‌ای استفاده می‌شود ؛ بخشی است به نام آنالیز کننده. همان‌طور که در شکل 2A نیز نشان داده شده، این قسمت شامل جریان بخار (مرحله 11 تا 16) و جریان مایع (مراحل 9 و 10) است. معادله تعادل دمایی که در این قسمت استفاده می‌شود به‌صورت T16=T9 و T16 =T10 بیان می‌شود. استفاده از آنالیز کننده به‌صورت گسترده‌ای به بازیابی حرارت در سیکل جذبی کمک می‌کند. همچنین آنالیز کننده باعث افزایش قیمت ساخت و اندازه دستگاه خواهد شد ولی مزایایی که از بازیابی حرارت توسط این قسمت حاصل می‌شود به معایب آن غلبه خواهد کرد.

مبدل حرارتی:

مبدل‌ های حرارتی با جریان مخالف کارایی بیشتری دارند به همین دلیل در مدلی که در تجزیه و تحلیل این قسمت بیان می‌شود از این نوع مبدل استفاده شده است. معادله حاکم بر این بخش نیز قانون بقا انرژی است. معمولاً این معادله به‌ تنهایی برای تعیین نقاط حالت معلوم باشد چندین راه‌حل برای معادله بقا انرژی وجود خواهد داشت . Point2 pinch کمترین اختلاف دمای بین دو جریان را مشخص می‌کند که می‌تواند در قسمت سرد یا گرم مبدل حرارتی با جریان مخالف وجود داشته باشد. مزایای استفاده از روش Point pinch خطی بودن معادله است چون نقطه pinch به سمتی که دمای معلوم دارد جمع یا کسر می‌شود. سپس دما در تمام نقاط حالت مشخص می‌شود و هدایت کلی UA نیز به همین ترتیب به دست می‌آید تمام تجهیزاتی که قبلاً مدل شده و توضیح داده شد نیز می‌تواند از مشخصات نقطه pinch برای تعیین ضریب هدایت کلی استفاده کنند تا بتوانند به نرخ انتقال حرارت مناسب دست یابند.

کندانسور و اواپراتور:

در سیکل تراکمی بخار، مایع به‌ طور کامل در اواپراتور که بار سرمایی دارد تبخیر می‌شود ؛ اما با توجه به تغییرات گسترده دما در اواپراتور سیکل جذبی آب- آمونیاک وجود یک پیش خنک‌کن بسیار ضروری است و فرآیند تبخیر در دو مرحله اتفاق می‌افتد و پیش خنک‌کن حرارت را بین مایعی که کندانسور را ترک می‌کند و مایعی که از اواپراتور خارج می‌شود مبادله می‌کند. چون خروجی اواپراتور ممکن است شامل مایع باشد، فرآیند تبخیر در پیش خنک‌کن کامل خواهد شد. اگر سیستم هوا خنک باشد دفع حرارت توسط کندانسور، به‌وسیله جریان هوا انجام می‌گیرد و اگر برج خنک‌کن داشته باشد، حرارت توسط جریان آب از سیستم خارج می‌گردد. سیالی نیز که در اواپراتور حرارت را جذب می‌کند جریان آب سرد است که بار سرمایی محل را منتقل می‌کند.

بهینه‌سازی طراحی سیکل:

محدودیت‌های خارجی سیکل:

خنک‌ سازی محیط، کاربردی است که در این مقاله برای سیکل جذبی آب-آمونیاک در نظر گرفته‌ شده است. این کاربرد باعث می‌شود تا دمای منبع حرارتی سرد یا کندانسور ، جاذب و بار حرارتی خارجی اواپراتور معین شود. در سیستم تهویه مطبوع با انبساط مستقیم اواپراتور به‌ طور مستقیم با فضای داخل مبادله گرما می‌کند، اما بیرون نگه‌ داشتن آمونیاک از فضای داخل ساختمان یک امر ضروری است. این امر مستلزم ایجاد یک حلقه آبی بین اواپراتور و فضای داخل است. دمای آب سردی که اواپراتور را ترک می‌کند 7 تا 10 درجه سانتی‌گراد و در این مطالعه، دما برای تمام حالات 7 درجه در نظر گرفته‌ شده است، در سیستم‌هایی که از برج خنک‌کن استفاده می‌کنند دمای آبی که برای جاذب و کندانسور وجود دارد حدود 30 درجه سانتی‌گراد است؛ اما درصورتی‌ که سیستم به‌ صورت هوا خنک کار کند دمای هوای خارج برای کندانسور 35 خواهد بود. در نتیجه دبی جرمی این جریان‌های خارجی 5 درجه افزایش یا کاهش دما خواهند داشت.

پارامترهای طراحی

سیکل فشار بالا در فرآیند جذبی سه مرحله‌ای از لحاظ شکل‌ بندی تجهیزات مانند سیکل پایه یا یک مرحله‌ای است.

در این سیکل 21 نقطه حالت شامل پیش خنک‌کن، رکتیفایر و مبدل‌های حرارتی داخلی وجود دارد. نقاط حالت سیکل فشار بالا در شکل 2b نامگذاری شده است. حلقه بالایی توسط حرارت منتقل‌شده از کندانسور، رکتیفایر و جاذب، به ژنراتور پایین متصل شده است. ژنراتور حلقه پایین توسط دو آنالیز کننده میانی مدل شده است. 19 متغیر طراحی نیز وجود دارد که توسط طراحی تعیین می‌شود و در جدول یک نیز لیست شده است. دبی جرمی مبرد در حلقه بالا از متغیرهای طراحی به شمار نمی‌رود.

COP بالاتر با افزایش دمای خروجی ژنراتور به دست می‌آید اما دمای ژنراتور حلقه بالا به‌وسیله حداکثر دمای محلول آب-آمونیاک که در آن دما خوردگی رخ ندهد، یعنی 200 درجه سانتی‌گراد محدود شده است.

غلظت یا خلوص مبرد در حلقه تبرید باید تا حد امکان بالا باشد تا فشار محفظه اواپراتور-جاذب افزایش یافته و تغییرات گسترده دما در اواپراتور را محدود کند و در نهایت منجر به افزایش ضریب عملکرد خواهد شد. با به‌کارگیری پیش خنک‌کن که در 2b نشان داده شده است و دمای ثابت چاه حرارتی برای کندانسور نمی‌باشد؛ و مادون سرد کردن در کندانسور حلقه بالا صفر در نظر گرفته می‌شود.

جاذب و کندانسور، مبدل‌های حرارتی محلول، مبدل حرارتی پیش خنک‌کن وجود دارد. تمام نقاط برای مبدل‌های حرارتی 5 درجه سانتی‌گراد در نظر گرفته می‌شود. تعیین دمای خروجی ژنراتور حلقه پایین و فشار اواپراتور همچنان باقی‌مانده است. این متغیرهای طراحی می‌تواند به‌وسیله حداکثر کردن cop سیستم مشخص شوند.

دمای بالاتر در ژنراتور حلقه پایین باعث افزایش ضریب عملکرد این حلقه می‌شود در حالی که COP حلقه بالا را کاهش می‌دهد. تغییر فشار اواپراتور باعث تغییر کیفیت خروجی اواپراتور می‌شود. فشار پایین باعث افزایش تبخیر مایع در اواپراتور خواهد شد اما فشار جاذب را کاهش داده و بنابراین باعث کاهش جریان آمونیاک می‌شود. با توجه به تغییراتی که این دو عامل روی سیستم می‌گذارند لازم است تا هردو پارامتر به‌ طور همزمان بهینه شوند نمودار ضریب عملکرد سیکل جذبی سه مرحله‌ای نسبت به دمای ژنراتور، برای چندین فشار اواپراتور در شکل 4 نشان داده شده است. اگر فرض شود دمای چاه حرارتی که از برج خنک‌کن استفاده می‌کند 30 درجه باشد، می‌توان از روی نمودار مشاهده کرد که حداکثر COP در فشار 55/4 بار و دمای ژنراتور 362/5K رخ می‌دهد.