چیلر پیستونی چیست؟

چیلر پیستونی نوعی چیلر تراکمی است که از کمپرسور پیستونی برای فشرده سازی گاز مبرد استفاده می‌کند. این نوع چیلر در ظرفیت‌های مختلف تولید می‌شود و کاربردهای گسترده‌ای در صنایع و تهویه مطبوع دارد.

چیلر پیستونی، با‌استفاده از یک سیستم رفت و برگشتی اجازه می­دهد سیال خنک کننده یا آب به چندین واحد تهویه مطبوع (رادیاتور، فن کویل و…) رسیده و سپس به تاسیسات بازگردد. این نوع چیلرها، به وسیله یک پیستون یا کمپرسور گشتاوری عمل کرده و برای فشرده‌سازی گازهای خنک‌کننده استفاده می­شوند. در ادامه به کاربردها و مزایای چیلر پیستونی می­پردازیم.

ساختار و عملکرد چیلر پیستونی

چیلر پیستونی از ۴ جزء تشکیل شده، این اجزا به هم متصل بوده و مبرد که یک سیال است بین این ۴ جزء گردش می­کند. سیالی که درون اجزا حرکت می­کند، هیچگونه تماسی با بیرون ندارد و سیکل به‌طور مجدد تکرار می­شود. به‌همین‌علت، به این سیستم چرخه می­گویند. کمپرسور مهم­ترین و پیچیده­ ترین بخش چیلر و نیز تنها بخش متحرک آن محسوب می­شود.

این قطعه به دلیل سایش مداوم، نیاز به نگهداری و بازرسی منظم دارد. کمپرسور پیستونی در چیلر، مبرد را به شکل بخار وارد آن کرده و فشرده می­ساز، که این فرآیند سبب افزایش دمای مبرد می­شود. افزایش دما در بخش بعد یعنی در کندانسور جبران می­شود. وظیفه کندانسور انتقال گرمای مبرد به خارج از چرخه یعنی به هوای آزاد اطراف آن است. روش انتقال گرما در کندانسورهای مختلف، متغییر است. در چیلر پیستونی، از ۲ نوع کندانسور هوا خنک و آب خنک استفاده می­شود.

عملکرد این تجهیزات به ساختار آن‌ها بستگی دارد. دلیل این امر این است که هر‌کدام از آن‌ها دارای ساختار خاص و اجزای مشخصی هستند؛ بنابراین باید در ابتدا با اجزای این تجهیزات آشنا شوید. سپس می‌توانید عملکرد آن‌ها را مورد‌بررسی قرار دهید.

ساختار چیلر پیستونی و عملکرد هر یک از بخش­های آن به­طور خلاصه به شکل زیر است:

پیستون­ها

پیستون با فشرده کردن گاز درون سیلندرها، گاز را فشرده و به یک تبادرل حرارت دهنده منتقل می­کنند. در چیلرهای پیستونی یک یا چند پیستون وجود دارد که حرکت عمودی یا افقی در سیلندر دارند.

سیستم گسیل آبی

گاز فشرده شده به یک سیستم گسیل آبی می­رسد که حاوی آب است. این آب از طریق پمپ­ها به سیستم لوله کشی وارد می­شوند و وظیفه مهمی برعهده دارند.

تبادل حرارت

گازهای خنک­ کننده حرارت ناشی از چیلر پیستونی را به آب منتقل کرده و سپس گاز خنک شده به فشار پایینتری منتقل می­شود.

فرآیند تبرید

گاز فشرده به کمک پیستون به حداکثر فشردگی می­رسد، سپس این گاز به کمک یک کمپرسور به سیستم رفت و برگشتی فرستاده می­شود. در این بخش، گاز با از دست دادن حرارت خود به شکل یک گاز سرد به واحدهای تهویه ارسال می­شود.

فرآیند گرمایش

پس از اینکه گاز به واحدهای تهویه ارسال شد، حرارت خود را از آنها جذب می­کند و به شکل یک گاز گرم به سیستم باز می­گردد. با بازگشت گاز به کمپرسور، چرخه تبرید تکرار می­شود.

کاربردهای چیلر پیستونی یا رفت و برگشتی

چیلرهای پیستونی (رفت و برگشتی) از جمله چیلرهایی هستند که براساس عملکرد پیستون­ها برای فشرده‌سازی و گسترش دادن گازهای خنک‌کننده عمل می­کنند. این نوع از چیلرها در کنار ساختار ساده، هزینه مقرون‌به‌صرفه­ای نیز دارند و در موارد زیر مورد‌استفاده قرار می­گیرند:

کاربردهای صنعتی

چیلرهای پیستونی در خنک کردن ماشین­ها، تجهیزات صنعتی و فرآیندهای تولید به ­طور ویژه­ای مورد‌استفاده قرار می­گیرد.

سیستم های تهویه مطبوع

چیلرهای پیستونی به ایجاد هوای تازه و خنک در سیستم ­های تهویه مطبوع در فضاها و ساختمان ­ها کمک م­یکند.

استفاده در صنایع گاز و پتروشیمی

در صنایع پتروشیمی، از چیلرهای پیستونی برای خنک‌سازی فرآورده­های نفتی و گازی استفاده می­کنند.

ساختمان ها و ادارات

چیلرهای پیستونی به­ دلیل توانایی در فشرده‌سازی بالا و نیز، توانایی ارائه حجم زیادی از هوای گرم یا سرد، در سیستم تهویه مطبوع ساختمان­ها و ادارات مورد‌ استفاده قرار می­گیرند.

صنعت

در صنایع مختلف، از جمله صنایع دارویی، شیمیایی و غذایی از چیلرهای پیستونی برای ایجاد سرمایش و گرمایش در فضاها و تجهیزات استفاده می­شود. این مورد یکی از مهم‌ترین کاربرد‌های این تجهیزات به‌شمار می‌رود. چراکه ساخت دارو نیازمند رعایت بهداشت و تامین دمای مورد‌نیاز است.

سیستم های خنک کننده اتومبیل ها

در صنعت خودروسازی، چیلرهای پیستونی به­عنوان خنک­کننده ماشین­ها و دستگاه­های مکانیکی بکار می­روند.

بیمارستان ها و مراکز درمانی

در مراکز درمانی بهداشتی، از چیلرهای پیستونی برای ایجاد شرایط مناسب حرارتی و تهویه اتاق­ ها بهره میگیرند.

کمپرسور پیستونی

کمپرسورها به ۲ دسته جاب­جایی مثبت و دوار طبقه‌بندی می­شوند. در کمپرسور نوع دوار، قطعه­ای با سرعت بالا می­چرخد و سیال را فشرده می­کند که این روند به­طور پیوسته صورت می­گیرد؛ اما در کمپرسور جابجایی مثبت با حبس سیال در یک محفظه و اعمال نیرو به وسیله مکانسیم های مختلف، فشار سیال افزایش می­ یابد.

از معروف­ترین کمپرسورهای جابه­جایی مثبت، کمپرسورهای پیستونی هستند. این کمپرسورها با که با نام کمپرسور رفت و برگشتی نیز شناخته می­شوند، از قدیمی­ترین کمپرسورهای صنعتی چیلر محسوب شده و تا چند دهه پیش به­عنوان رایج­ترین کمپرسور چیلر در صنعت تبرید بکار می­روند.

کمپرسورهای پیستونی بر اساس حرکت رفت و برگشتی کار می­کنند. در داخل کمپرسورهای رفت و برگشتی، سیلندر و پیستون­هایی وجود دارد که هر‌کدام از این سیلندرها یک محفظه بسته با ۲ راه برای ورود و خروج هوا دارند که یک طرف آن به‌وسیله­ی پیستونی که به جلو و عقب حرکت می­کند، مسدود شده است.

فرایند فشرده سازی

فرآیند فشرده سازی مبرد در کمپرسورهای پیستونی، با قرار‌گیری پیستون در پایین­ترین وضعیت خود آغاز می­شود. در این حالت، حجم محفوظه به ماکسیمم مقدار خود رسیده و به دلیل نیروی مکشی که درون سیلندر وجود دارد، مبرد از طریق خط مکش و باز شدن شیر مکش به درون سیلندر وارد می­شود. در این فرآیند، شیر مکش باز و شیر تخلیه بسته می­شود.

زمانی که پیستون به پایین­ترین نقطه حرکت برسد، شیر مکش بسته شده و مبرد چیلر در داخل محوطه حبس میشود. در این وضعیت، پیستون شروع به حرکت به سمت بالا کرده و حجم هوایی که راه فرار ندارد کم میشود. با کاهش حجم هوا و افزایش فشار، درست در زمانی که این فشار به نقطه مقاومت شیر تخلیه رسید ، شیر باز شده و مبرد به سمت کندانسور هدایت می­شود. با تنظیم فشار مقاومت شیر تخلیه به فشار دلخواه مبرد در چرخه تبرید تراکمی می­رسیم.

زمانی که مبرد از پیستون خارج شود، فشار بخار داخل سیلندر کم شده و در‌نتیجه شیر تخلیه بسته می­شود. بدین ترتیب از بازگشت مبرد به سمت عقب جلوگیری می­شود. در این مرحله، پیستون با حرکت به سمت پایین، مکش را تکرار کرده و با تکرار این مراحل، یک کمپرسور پیستونی، مبرد را تا فشار مورد‌نیاز چیلر فشرده می­سازد.

کمپرسورهای پیستونی در چیلر رفت و برگشتی به ۲ شکل بسته و نیمه بسته تقسیم می­شوند. در نوع بسته، موتور الکتریکی محرک آن و کمپرسور به شکل مستقیم کوپل شده و در یک محفظه آب بندی شده قرار دارند. در کمپرسورهای نیمه بسته، بدنه موتور و کمپرسور جدا از هم هستند. بازده و مدت زمان سرویس در کمپرسورهای نیمه بسته بالاتر است، درحالی که میزان نیاز به نگهداری در هر ۲ نوع کمپرسور بسته و نیمه بسته مشابه یکدیگر است.

انواع کمپرسور پیستونی

پیش از خواندن ادامه مطلب ، حتما مطالب فوق درمورد کمپرسورهای چیلر را مطالعه کنید تا درک بهتری نسبت به انواع آن پیدا کنید.   

کمپرسور پیستونی یک طرفه

در کمپرسور پیستونی یک طرفه، یک شیر مکش و یک شیر تخلیه وجود دارد. در هر دور دوران میل لنگ، تنها یک چرخه تراکم وجود دارد.

کمپرسور پیستونی دو طرفه

در کمپرسور پیستونی دو‌طرفه، ۲ شیر مکش و ۲ شیر تخلیه وجود دارد که به‌ازای هر دور دوران میل لنگ، ۲ چرخه متراکم دیده می‌شود. هم در قسمت بالا و هم در قسمت پایین سیلندر، یک شیر تخلیه و یک شیر مکش قرار دارد.

کمپرسور پیستونی دیافراگمی

این نوع از کمپرسور، شکل تغییر یافته­ی کمپرسورهای پیستونی است که مبرد در بالا و پایین آمدن یک پرده یا غشا فشرده می­شود. حرکت بالا و پایین دیافراگم با استفاده از اتصال آن به یک پیستون به دست می­آید. حرکت پیستون نیز به وسیله­ی میل لنگ صورت می­گیرد. میل لنگ توسط یک الکتروموتور چرخانده می­شود. با پایین آمدن دیافراگم، حجم محفظه داخلی افزایش یافته و در‌نتیجه یک مکش ایجاد می‌کند.همچنین با بالا رفتن پیستون و دیافراگم، مبردی که در محفظه محبوس شده، فشرده و به بیرون فرستاده می­شود.

مزایای چیلر پیستونی چیست؟

از جمله مهم­ترین مزایای چیلر پیستونی می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

کارایی بالا

چیلرهای پیستونی به­ دلیل ساختار ساده و کمپرسور گشتاوری که دارند، از کارایی بالایی برخوردارند.

قیمت مناسب

وجود ساختار ساده و همچنین کاهش هزینه­ های تولید، چیلرهای پیستونی اغلب از قیمت مناسب­تری نسبت به دیگر چیلرها دارند.

قابلیت فشرده سازی بالا

یکی از مهم­ترین علت­های بالا بودن کارایی چیلر پیستونی، طراحی فشرده سازی بالا و انجام کار در فشارهای بالاست.

قابلیت تنظیم براساس نیاز

در چیلرهای پیستونی قابلیت تطبیق و تنظیم سرعت کمپرسور با نیازهای حجم هوای خنک کننده وجود دارد که این ویژگی موجب صرفه­ جویی در مصرف انرژی نیز می­شود.

استفاده از گازهای خنک ­کننده متنوع

چیلرهای پیستونی توانایی استفاده از انواع گوناگونی از خنک­ کننده ­ها را دارند که این امر سبب انعطاف ­پذیری در عملکرد آنها نیز شده­ است.

معایب چیلر پیستونی

کمپرسور در چیلر پیستونی دارای تعداد زیادی قطعه است که برخی از قطعات آن متحرک هستند. به­ دلیل نوع عملکرد این قطعات، سایش زیادی بین قطعات­ وجود­ دارد که در گذر زمان دچار اختلال در دستگاه و تحمیل هزینه­ های جانبی برای شما می­شود. همچنین چیلر پیستونی در مقایسه با دیگر چیلرها نیازمند به مراقبت بیشتری دارد که این موضوع باعث تحمیل هزینه­ های بیشتر از جمله هزینه بازرسی و تعمیر می­شود.

کمپرسور پیستونی به حضور رطوبت و مایعات در داخل کمپرسور حساس است. این موضوع می­تواند سبب کج شدن شاتون یا شافت پیستون و حتی بریده شدن میل لنگ شود. بازده کمپرسورها به‌علت نوع طراحی و مکانسیم آنها پایین است که این موضوع باعث می­شود که ضریب عملکرد چیلر پایین باشد. پایین بودن ضریب عملکرد، انرژی مصرفی چیلر را بالا برده در‌نتیجه، هزینه­ های جاری چیلر پیستونی بیشتر از سایر چیلرهاست.

عیب دیگر چیلرهای پیستونی، وجود صدای بالای آن است که این موضوع، به دلیل مکانسیم رفت و برگشتی تراکم مبرد است. گاز خروجی از کمپرسور، دارای ضربان بوده و احتمال بروز پدیده تشدید در صورتی که از چند کمپرسور به شکل موازی استفاده کنیم وجود دارد؛ لذا در این حالت باید حتما از قطعات ضربه­ گیر در قسمت دهش استفاده کنیم.

قیمت

چیلرهای پیستونی بر اساس مدل، تجهیزات، ظرفیت، امکانات،قطعات و نوع برند چیلر قیمت­های متفاوتی دارند. در هنگام خرید این دستگاه باید به صورت تخصصی تمام مواردی که مد نظرتان است مورد‌بررسی قرار دهید تا بتوانید چیلر پیستونی مورد‌نیازتان را با مناسب­ترین قیمت خریداری کنید.

نتیجه گیری

چیلر پیستونی یا رفت و برگشتی، همان­طورکه گفته شد مزایای و معایبی را به همراه کاربردهای خاصی به همراه دارد. ساختار ساده و هزینه مقرون‌به‌صرفه از جمله مواردی است که استفاده از چیلر پیستونی را نسبت به سایر چیلرها برتری می­بخشد. توسعه فناوری­ ها و همچنین نگهداری مداوم آن می­تواند به کاهش مشکلات احتمالی و بهبود عملکرد آن کمک کند. در‌نهایت، انتخاب چیلر مورد نیازتان باید با توجه به نیازها و شرایط هر پروژه صورت بگیرد تا باعث بهبود کارایی سیستم و صرفه ­جویی در هزینه­ های شما شود.