Принцип роботи абсорбційного чиллера або холодильної машини (скорочено АБХМ)
Абсорбційний чиллер - це багата холодильна машина, призначена для охолодження води або антифризу, використовуваних в системах центрального кондиціонування - фанкойлах і центральних кондиціонерах. Охолодження води в абсорбційному чиллере проводиться за рахунок протікає в ньому холодильного циклу, основними елементами якого є процеси абсорбції і сорбції.
Для організації холодильного циклу абсорбційного чиллера використовується теплова енергія вторинних джерел тепла: гарячої води, гарячої пари, енергія, утворена в результаті згорання природного газу. Робочою речовиною, для перенесення теплової енергії в абсорбційних холодильних чиллерах є холодоагент, в якості якого виступає вода. В якості абсорбенту як правило використовується розчин броміду-літію.
Абсорбція чиллери замість електричної енергії використовують енергію тепла.
Джерелом енергії можуть бути:
- паливо (газ, дизель і т.д.);
- вихлопні гази;
- змішані джерела тепла.
Коли рідина випаровується, вона поглинає тепло від усього, що її оточує. Наприклад, розітріть краплю спирту на руці, і Ви відчуєте прохолоду, тому що спирт поглинає тепло від вашої руки. Випаровування - це основою процес в роботі холодильної машини.
Вода випаровується при 100 ° С при нормальному тиску (760 мм.рт.ст), але може випаровуватися і при дуже низьких температурах, за умови вакууму. При створенні тиску 6 мм.рт.ст в посудині вода може випаруються навіть при 4 ° С. Пари води потім потрапляють з випарника в абсорбер, де розчин бромистого літію (дуже сильний абсорбент води) у безперервний спосіб поглинає пар і підтримує умови низького тиску в блоці випарник-абсорбер.
Всі абсорбційні холодильні машини проектуються, грунтуючись на тому, що вода забирає тепло від повітря системи кондиціонування, так як випаровування відбувається за умов вакууму. Розчин LiBr поглинає пар (переносить тепло охолоджувальної води), перетворюючись в розбавлений розчин, який відкачується в генератор, де випаровується, нагріваючись від гарячої пари, води, вихлопних газів і т. П. Концентрований розчин LiBr повертається в абсорбер, а водяна пара направляється в конденсатор, щоб процес повторився.
В холодильному циклі використовує паралельні потоки.
Переваги в цьому наступні:
- обсяг розчину на 50% менше в ГВД, запуск машини на 50% швидше, що зберігає енергію;
- коли машина завантажена не повністю, температура в ГВД легко зростає, що дозволяє знизити витрату палива на 20% і більше.
- ра створ в ГВД може бути міцніше, якщо тиск в ГВД високе, розчин не піддасться швидкої кристалізації, таким чином, холодопродуктивність буде вищою;
- паралельні потоки можуть подолати аномальні умови, такі як висока температура охолоджуючої води або накип на мідних трубах в абсорбере;
- немає необхідності використовувати міцний розчин в ГНД, щоб уникнути кристалізації (при цьому необхідно використовувати пластинчастий теплообмінник).
Секції абсорбційного генератора
Секція генератора розділяється на високотемпературний генератор і низькотемпературний генератори. Пароподібний холодоагент, що утворюється в високотемпературному генераторі, використовується для нагрівання розчину броміду літію в низькотемпературному генераторі зі зниженим тиском (і, відповідно, більш низькою точкою кипіння).
Таким чином, більш ефективно використовується тепло, що звільняється при конденсації.
Як і в одноступенчатом циклі, пароподібний холодоагент, що утворюється в низькотемпературному генераторі, надходить в конденсор для перетворення в рідку форму. З іншого боку, пароподібний холодоагент, що утворюється в високотемпературному генераторі, перетворюється в воду, віддаючи тепло проміжного розчину броміду літію. Це відбувається в трубках теплообмінника низькотемпературного генератора. Пароподібний холодоагент, що утворюється в високотемпературному і низькотемпературному генераторах, перетворюється в рідкий холодоагент і змішується в конденсорі до повернення в випарник.
Рідкий холодоагент, що надходить у випарник, рівномірно розподіляється по поверхні труб випарника, в які подається охолоджувальна вода. Низький тиск у випарнику викликає закипання хладагента і його випаровування. Необхідна для переходу в пароподібний стан тепло при цьому відбирається у охолоджувальної води, температура якої знижується.
Концентрований розчин, що надходить в абсорбер, рівномірно розподіляється по поверхні труб з охолоджувальною водою. Концентрований розчин в секції абсорбера поглинає пароподібний холодоагент, що надходить з секції випарника апарату. Охолоджуюча вода, що протікає по трубках теплообмінника секції абсорбера, поглинає тепло, що виділяється в процесі абсорбції. Концентрований розчин, після поглинання пароподібного холодоагенту, що надійшов з випарника, перетворюється в розбавлений розчин. Концентрація броміду літію, що надходить в секцію абсорбера, становить 63,5% (всі значення концентрації і температури є приблизними). Потім, розчин броміду літію поглинає пароподібний холодоагент, що надходить з секції випарника, і охолоджується з 50 С до 370 С охолоджуючої водою. В результаті цього розчин броміду літію стає розведеним, і він виходить з абсорбера з концентрацією 57,7%.
Теплообмінники високої температури і низької температури
Розведений розчин після секції абсорбера, надходить в низькотемпературний теплообмінник, де він нагрівається концентрованим розчином. Після цього розбавлений розчин проходить через високотемпературний теплообмінник, де він ще більше нагрівається розчином проміжної концентрації. Розчин проміжної концентрації і концентрований розчин, в свою чергу, охолоджуються розведеним розчином. Цей процес охолодження концентрованого розчину посилює його поглинає здатність за рахунок зниження температури.
Секція високотемпературного генератора на дизельному або газовому паливі
Розведений розчин з теплообмінників надходить в високотемпературний генератор, де з нього в результаті нагрівання газовим пальником випаровується холодоагент. Після випарювання в високотемпературному генераторі розбавлений розчин перетворюється в розчин проміжної концентрації. Розведений розчин нагрівається при незмінній концентрації, після чого з нього починає випаровуватися холодоагент, і концентрація розчину досягає 60.8%.
Секція низькотемпературного генератора
Пароподібний холодоагент з високотемпературного генератора проходить через трубки теплообмінника низькотемпературного генератора. Розчин проміжної концентрації з високотемпературного теплообмінника надходить в низькотемпературний генератор, де він нагрівається пароподібним холодоагентом. Нагрітий розчин проміжної концентрації ще більше втрачає холодоагент, який випаровується з нього, і досягає максимальної концентрації. Конденсований холодоагент з трубок теплообмінника і пароподібний холодоагент з секції низькотемпературного генератора надходять потім в конденсор.
Розчин проміжної концентрації надходить в низькотемпературний генератор і нагрівається гарячим пароподібним холодоагентом, що надійшли з високотемпературного генератора. З розчину ще більше випаровується холодоагент і його концентрація підвищується до кінцевого максимального рівня 63.7%.
Пароподібний холодоагент з низькотемпературного генератора конденсується на теплообміннику конденсора. Охолоджуюча вода з абсорбера протікає через конденсор, відбирає тепло у пароподібного холодоагенту, що надійшов з секції низькотемпературного генератора, викликаючи його конденсацію, і виводиться в колонку охолодження.
Сконденсувалася (рідкий) холодоагент потім надходить у випарник, де цикл починається заново.
У разі використання програми абсорбційного нагріву, пристрій функціонує, головним чином, як бойлер. Розведений розчин нагрівається в високотемпературному генераторі. При цьому з нього випаровується холодоагент. Пароподібний холодоагент надходить в абсорбер / випарник і конденсується на трубках теплообмінника випарника. Вода, що проходить через теплообмінник, забирає фізичне тепло конденсованого холодоагенту і передає його в систему циркуляції гарячої води. Сконденсувалася холодоагент змішується з розчином проміжної концентрації і перетворює його в розбавлений розчин. Розведений розчин перекачується насосом назад в високотемпературний генератор, де цикл повторюється.
Функціональні елементи абсорбційного чиллера з підведенням зовнішнього джерела тепла (пар)
На малюнку нижче показано розміщення функціональних елементів двох-ступеневого абсорбційного чиллера. У чиллерах як вторинної джерела теплової енергії використовується гаряча пара, температура якого 110С. Видалення теплової енергії, яка утворюється в результаті роботи чиллера, здійснюється через гідравлічний контур охолодження конденсатора і далі через градирні баштового виконання.
- Випарник є джерелом холоду абсорбційного чиллера. Вода (Яка є холодоагентом) в рідкому стані інжектується на зовнішню теплообмінну поверхню випарника і починає випаровуватися. Випаровуючись вода охолоджує теплообмінну поверхню випарника. При цьому вода (Або антифриз), що протікає всередині теплообмінної поверхні випарника також охолоджується.
Примітка: У випарнику вода - холодоагент отримує теплову енергію (Або віддає холод) з гідравлічного контуру системи кондиціонування.
- Абсорбер - це агрегат, в якому пари холодоагенту - води абсорбуються в абсорбенту - концентрованому розчині броміду-літію. У абсорбере відбувається інжекція абсорбенту, що має високу температуру. Процес абсорбції супроводжується відведенням тепла в гідравлічний контур охолодження. Таким чином, в абсорбере концентрований розчин броміду літію розбавляється водою (послаблюється) і виходить слабкий розчин броміду-літію.
- Генератор високої температури - це агрегат, в якому слабкий розчин броміду-літію нагрівається за рахунок енергії вторинних джерел (В нашому випадку це пар високої температури, що надходить із системи гарячого водопостачання). При нагріванні розчину виділяються пари холодоагенту - води, які також на даному етапі мають високу температуру. Таким чином розчин броміду-літію посилюється.
- Генератор низької температури - це агрегат, в якому посилений розчин броміду-літію нагрівається парами холодоагенту - води, що нагрівається в генераторі високої температури. При цьому виходить сильний розчин броміду літію, який повертається в абсорбер.
- Конденсатор є джерелом тепла. Пари холодоагенту, що надходять з генератора низької температури конденсуються, переходячи з пара в рідкий стан. При цьому енергія, що утворюється при конденсації видаляється в гідравлічний контур охолодження конденсатора.
Розташування функціональних елементів абсорбційного чиллера
Як працює абсорбційний чиллер
На малюнку показана схема абсорбційного чиллера подвійної дії, в якому:
- в якості холодоагенту використовується - вода;
- в якості абсорбенту - розчин броміду-літію;
- в якості вторинного джерела теплової енергії - пар з системи опалення.
Схема абсорбційного чиллера подвійної дії з підведенням пара
Як було сказано раніше, випарник є джерелом холоду в абсорбційному чиллере. У випарнику відбувається адіабатичне розпорошення (Інжекція) холодоагенту - води при зниженому тиску середовища. Процес адіабатичного розпилення супроводжується випаровуванням води, частки якої входять у взаємодію, з теплообмінної поверхнею випарника охолоджуючи її. При цьому вода або антифриз (з системи кондиціонування), що протікає по внутрішній порожнині теплообмінника також охолоджується. Внаслідок того що тиск середовища знижений, температура випаровування води - холодоагенту також знижена. Далі пари холодоагенту - води надходять в абсорбер. У абсорбере пари холодоагенту поглинаються абсорбентом - висококонцентрованим розчином броміду літію. Таким чином розчин броміду-літію розчиняється парами води (Або послаблюється). Ослаблений розчин надходить в генератор високої температури. У генераторі високої температури ослаблений розчин нагрівається за рахунок енергії вторинних джерел - гарячої пари системи опалення. При нагріванні ослабленого розчину броміду літію виділяються пари холодоагенту - води високої температури, при цьому розчин посилюється. Посилений розчин броміду-літію надходить в генератор низької температури де охолоджується парами води - холодоагенту. Сильний розчин броміду-літію надходить назад в абсорбер, в той час як пари холодоагенту - води надходять в конденсатор. В конденсаторі пари холодоагенту охолоджуються за допомогою води з гідравлічного контуру охолодження конденсатора, що надходить з градирень баштового виконання. При цьому пари холодоагенту конденсуються при підвищеному тиску, переходячи з пари в рідину. Рідкий холодоагент - вода подається назад у випарник і процес повторюється.
Низьке споживання електроенергії.
АБХМ потужністю по холоду 1000 кВт споживає всього 5 кВт електроенергії, при цьому звичайний "електричний" парокомпресійний чиллер споживав би 300 кВт. Дана перевага означає дуже істотну економію на підключенні електроенергії і подальшої її оплаті.
При роботі АБХМ немає шуму і вібрацій.
Немає рухомих частин, потужних електродвигунів, підшипників. Тільки насос може видавати шум. Більший комфорт і надійність системи.
АБХМ на газі (газовий чиллер) може виробляти одночасно гарячу і холодну воду.
Холодну - на потреби кондиціонування.
Гарячу - на санітарні потреби (ГВС). Відповідно, зникає необхідність в установці бойлерів.
АБХМ на газі працює взимку як котел, влітку - як чиллер.
Економія простору і витрат на устаткування.
Довгий термін служби - понад 20 років.
У АБХМ за рахунок відсутності вібрацій і рухомих частин термін служби більше, ніж у парокомпрессионних чиллерів на електроенергії.
Недоліки АБХМ в порівнянні зі звичайними "електричними чиллерамі". Наслідки цих недоліків і приклади їх усунення.