Køler - Chiller

York International væskekølet køler

En køler er en maskine, der fjerner varme fra et flydende kølevæske via en dampkomprimering , adsorptionskøling eller absorptionskølecyklusser . Denne væske kan derefter cirkuleres gennem en varmeveksler til afkøling af udstyr eller en anden processtrøm (såsom luft eller procesvand). Som et nødvendigt biprodukt skaber køling spildvarme, der skal udtømmes til omgivelserne eller for større effektivitet genvindes til opvarmning. Dampkomprimeringskølere kan bruge en hvilken som helst af en række forskellige typer kompressorer. Mest almindeligt i dag er den hermetiske rulle, halvhermetiske skrue eller centrifugalkompressorer. Kølerenes kondenserende side kan enten være luft- eller vandkølet. Selv når væsken afkøles, køles chilleren ofte af et induceret eller tvunget træk køletårn . Absorptions- og adsorptionskølere kræver en varmekilde for at fungere.

Koldt vand bruges til at køle og affugte luft i mellemstore til store kommercielle, industrielle og institutionelle faciliteter. Vand- eller væskekølere kan væskekøles, luftkøles eller fordampes. Vand- eller væskekølede systemer kan give effektivitet og miljøbelastning i forhold til luftkølede systemer.

Brug i aircondition

En flydende (glykolbaseret) køler med en luftkølet kondensator på taget af en mellemstor erhvervsbygning

I klimaanlæg distribueres kølet kølevæske, sædvanligvis kølet vand blandet med ethylenglycol , fra en køler i et klimaanlæg eller køleanlæg typisk til varmevekslere eller spoler i luftbehandlere eller andre typer terminalindretninger, der køler luften i deres respektive rum. Vandet recirkuleres derefter til køleren for at blive afkølet. Disse kølespoler overfører fornuftig varme og latent varme fra luften til det afkølede vand, hvorved luftstrømmen afkøles og normalt affugtes. En typisk køler til klimaanlæg er vurderet til mellem 50  kW (170 tusinde  BTU / t ) og 7 MW (24 millioner BTU / t), og mindst to producenter (York international og LG) kan producere kølere med en kapacitet på op til 21 MW (72 millioner BTU/t) køling. Kølede vandtemperaturer (fra køleren) varierer normalt fra 1 til 7 ° C (34 til 45 ° F) afhængigt af applikationskravene. Almindeligvis modtager kølere vand ved 12 ° C (indgangstemperatur) og afkøler det til 7 ° C (udgangstemperatur).

Når kølere til klimaanlæg ikke er i drift, eller de har brug for reparation eller udskiftning, kan nødkølere bruges til at levere kølet vand. Lejekølere er monteret på en trailer, så de hurtigt kan indsættes på stedet. Store slanger til kølet vand bruges til at forbinde mellem lejekølere og klimaanlæg.

Brug i industrien

Ved industriel anvendelse pumpes kølet vand eller anden kølevæske fra køleren gennem proces- eller laboratorieudstyr. Industrielle kølere bruges til kontrolleret køling af produkter, mekanismer og fabriksmaskiner i en lang række industrier. De bruges ofte i plastindustrien, sprøjtestøbning og blæsestøbning, metalbearbejdende skæreolier, svejseudstyr, formstøbning og maskinværktøj, kemisk forarbejdning, farmaceutisk formulering, fødevare- og drikkevareforarbejdning, papir- og cementbehandling, vakuumsystemer, X- strålediffraktion, strømforsyninger og gasturbinekraftværker (se Turbine indløb luftkøling#Dampkomprimeringskøler ), analyseudstyr, halvledere, trykluft og gaskøling. De bruges også til at afkøle højvarmespecialiserede emner som MR-maskiner og lasere og på hospitaler, hoteller og campusser.

Kølere til industrielle applikationer kan centraliseres, hvor en enkelt køler betjener flere kølebehov eller decentraliseres, hvor hver applikation eller maskine har sin egen køler. Hver tilgang har sine fordele. Det er også muligt at have en kombination af både centraliserede og decentrale kølere, især hvis kølekravene er de samme for nogle applikationer eller anvendelsessteder, men ikke alle.

Koldt vand bruges til at afkøle og affugte luft i mellemstore til store kommercielle, industrielle og institutionelle (CII) faciliteter. Væskekølere kan væskekøles, luftkøles eller fordampes. Vand- eller væskekølede køleanlæg inkorporerer brug af køletårne, som forbedrer køleanlæggets termodynamiske effektivitet i forhold til luftkølede kølere. Dette skyldes varmeafvisning ved eller i nærheden af ​​luftens vådpære-temperatur frem for den højere, nogle gange meget højere, tørpære-temperatur. Fordampningskølede køleanlæg har større effektivitet end luftkølede kølere, men lavere end væskekølede kølere.

Væskekølede kølere er typisk beregnet til indendørs installation og drift og afkøles med en separat kondensatorvandsløjfe og tilsluttes udendørs køletårne ​​for at bortvise varme til atmosfæren.

Luftkølede og fordampningskølede kølere er beregnet til udendørs installation og drift. Luftkølede maskiner afkøles direkte ved, at omgivende luft mekanisk cirkuleres direkte gennem maskinens kondensatorspole for at bortvise varme til atmosfæren. Fordampningskølede maskiner ligner hinanden, bortset fra at de implementerer en tåge af vand over kondensatorspolen for at hjælpe med kondensorkøling, hvilket gør maskinen mere effektiv end en traditionel luftkølet maskine. Intet fjernt køletårn er typisk påkrævet med nogen af ​​disse typer emballerede luftkølede eller fordampende afkølede kølere.

Hvor det er tilgængeligt, kan koldt vand let tilgængeligt i nærliggende vandområder bruges direkte til køling, udskiftning eller supplering af køletårne. Den dybe vandkilde køling systemet i Toronto, Ontario , Canada , er et eksempel. Det bruger koldt søvand til at afkøle kølere, som igen bruges til at køle bybygninger via et fjernkølesystem . Returvandet bruges til at varme byens drikkevandsforsyning, hvilket er ønskeligt i dette kolde klima. Når en kølers varmeafvisning kan bruges til et produktivt formål, er der ud over kølefunktionen meget høj termisk effektivitet mulig.

Dampkomprimering køleteknologi

En dampkomprimeringskøler bruger typisk en af ​​fire kompressortyper: Gensidig kompression, rullekomprimering , skruedrevet kompression og centrifugalkompression er alle mekaniske maskiner, der kan drives af elektriske motorer , damp eller gasturbiner . Brug af elektriske motorer i en semi-hermetisk eller hermetisk konfiguration er den mest almindelige metode til at drive kompressorerne, da elmotorer effektivt og let kan køles af kølemidlet uden at kræve brændstofforsyning eller udsugningsventilation og ingen akseltætninger er påkrævet, da motoren kan operere i kølemidlet, hvilket reducerer vedligeholdelse, lækager, driftsomkostninger og nedetid, selvom der undertiden bruges åbne kompressorer. De producerer deres kølende effekt via reverse-Rankine-cyklussen , også kendt som dampkomprimering. Ved fordampning af kølevarmeafvisning er deres ydelseskoefficienter meget høje; typisk 4,0 eller mere.

COP ${\ displaystyle = {\ frac {\ text {Køleeffekt}} {\ tekst {Indgangseffekt}}}}$

Nuværende dampkomprimeringskøleteknologi er baseret på "reverse-Rankine" -cyklussen kendt som dampkomprimering. Se det vedhæftede diagram, der skitserer de vigtigste komponenter i kølesystemet.

Diagram, der viser komponenterne i en væskekølet køler

Skal-og-rør-varmeveksleren, der overfører varme fra kølemiddel til vand, der cirkuleres gennem køletårnet, og afviser varme.

Nøglekomponenter i køleren:

Kølekompressorer er i det væsentlige en pumpe til kølemiddelgas. Kompressorens kapacitet, og dermed kølerens kølekapacitet, måles i kilowatt input (kW), hestekræfter (HP) eller volumetrisk flow (m ³ /h, ft ³ /h). Mekanismen til komprimering af kølemiddel varierer mellem kompressorer, og hver har sin egen anvendelse. Almindelige kølekompressorer omfatter frem- og tilbagegående, rulning, skrue eller centrifugal. Disse kan drives af elektriske motorer, dampturbiner eller gasturbiner. Kompressorer kan have en integreret motor fra en bestemt producent eller være åbne drev-hvilket tillader forbindelse til en anden type mekanisk forbindelse. Kompressorer kan også være enten hermetisk (svejset lukket) eller halvhermetisk (boltet sammen).

I de senere år har anvendelsen af ​​teknologi med variabel hastighed (VSD) øget effektiviteten af ​​dampkomprimeringskølere. Den første VSD blev anvendt på centrifugalkompressorkølere i slutningen af ​​1970'erne og er blevet normen, da energiomkostningerne er steget. Nu påføres VSD'er på kompressorer med roterende skruer og rulleteknologier.

Kondensatorer kan være luftkølede, væskekølede eller fordampende. Kondensatoren er en varmeveksler, der tillader varme at migrere fra kølemiddelfasen til enten vand eller luft. Luftkølet kondensator er fremstillet af kobberrør (til kølemiddelstrømmen) og aluminiumsribber (til luftstrømmen). Hver kondensator har en anden materialepris, og de varierer med hensyn til effektivitet. Med fordampende kølekondensatorer er deres ydeevne-koefficienter meget høje; typisk 4,0 eller mere. Luftkølede kondensatorer installeres og drives udendørs og afkøles med udeluft, der ofte presses gennem kondensatoren ved hjælp af elektriske ventilatorer . Vand eller væskekølede kondensatorer afkøles med vand, der ofte igen køles af et køletårn .

Ekspansionsindretningen eller kølemiddeldoseringsindretningen (RMD) begrænser strømmen af ​​det flydende kølemiddel og forårsager et trykfald, der fordamper noget af kølemidlet; denne fordampning absorberer varme fra flydende kølemiddel i nærheden. RMD'en er placeret umiddelbart før fordamperen, så den kolde gas i fordamperen kan absorbere varme fra vandet i fordamperen. Der er en sensor til RMD på fordamperens udløbsside, som gør det muligt for RMD at regulere kølemiddelstrømmen baseret på kravene til køleanlæg.

Fordampere kan være pladetype eller skal- og rørtype. Fordamperen er en varmeveksler, der lader varmeenergien migrere fra vandstrømmen til kølemiddelfasen. Under tilstandsændringen af ​​den resterende væske til gas kan kølemidlet absorbere store mængder varme uden at ændre temperaturen.

Sådan fungerer absorptionsteknologi

Den termodynamiske cyklus af en absorptionskøler drives af en varmekilde; denne varme leveres normalt til køleren via damp, varmt vand eller forbrænding. Sammenlignet med elektrisk drevne køleanlæg har en absorptionskøler meget lave krav til elektrisk effekt - meget sjældent over 15 kW kombineret forbrug for både løsningspumpen og kølemiddelpumpen. Kravene til varmeinput er imidlertid store, og dens COP er ofte 0,5 (enkelt effekt) til 1,0 (dobbelt effekt). For den samme kølekapacitet kræver en absorptionskøler et meget større køletårn end en dampkomprimeringskøler. Absorptionskølere ud fra et energieffektivt synspunkt udmærker sig imidlertid, hvor billig, lav kvalitet varme eller spildvarme er let tilgængelig. I ekstremt solrige klimaer er solenergi blevet brugt til at betjene absorptionskølere.

Den enkeltvirkende absorptionscyklus bruger vand som kølemiddel og lithiumbromid som absorberende middel. Det er den stærke affinitet, som disse to stoffer har til hinanden, der får cyklussen til at fungere. Hele processen sker i næsten et fuldstændigt vakuum.

1. Opløsningspumpe  : En fortyndet lithiumbromidopløsning (60% koncentration) opsamles i bunden af ​​absorberskallen. Herfra flytter en hermetisk opløsningspumpe opløsningen gennem en skal- og rørvarmeveksler til forvarmning.
2. Generator  : Efter at have forladt varmeveksleren bevæger den fortyndede opløsning sig ind i den øvre skal. Løsningen omgiver et bundt rør, der enten transporterer damp eller varmt vand. Dampen eller varmt vand overfører varme til puljen af ​​fortyndet lithiumbromidopløsning. Opløsningen koger og sender kølemiddeldamp opad i kondensatoren og efterlader koncentreret lithiumbromid. Den koncentrerede lithiumbromidopløsning bevæger sig ned til varmeveksleren, hvor den afkøles ved at den svage opløsning pumpes op til generatoren.
3. Kondensator  : Kølemiddeldampen vandrer gennem tågeeliminatorer til bunden af ​​kondensatorrøret. Kølemiddeldampen kondenserer på rørene. Varmen fjernes af kølevandet, der bevæger sig gennem rørets inderside. Når kølemidlet kondenserer, samler det sig i et trug i bunden af ​​kondensatoren.
4. Fordamper  : Kølemiddelvæsken bevæger sig fra kondensatoren i den øvre skal ned til fordamperen i den nederste skal og sprøjtes over fordamperrørets bundt. På grund af det ekstreme vakuum i den nedre skal [6 mm Hg (0,8 kPa) absolut tryk] koger kølemiddelvæsken ved cirka 39 ° F (4 ° C), hvilket skaber kølemiddeleffekten. (Dette vakuum er skabt af hygroskopisk virkning - den stærke affinitet lithiumbromid har til vand - i Absorberen direkte nedenfor.)
5. Absorber  : Når kølemiddeldampen vandrer til absorberen fra fordamperen, sprøjtes den stærke lithiumbromidopløsning fra generatoren over toppen af ​​absorberrørbundtet. Den stærke lithiumbromidopløsning trækker faktisk kølemiddeldampen i opløsning, hvilket skaber det ekstreme vakuum i fordamperen. Absorptionen af ​​kølemiddeldampen i lithiumbromidopløsningen genererer også varme, der fjernes af kølevandet. Nu samles den fortyndede lithiumbromidopløsning i bunden af ​​den nederste skal, hvor den strømmer ned til opløsningspumpen. Afkølingscyklussen er nu afsluttet, og processen starter igen.

Industriel køleteknologi

Industrielle kølere leveres typisk som komplette, emballerede, lukkede systemer, herunder køleenheden, kondensatoren og pumpestationen med recirkulationspumpe, ekspansionsventil, no-flow nedlukning, intern koldtvandsstyring. Den indvendige tank hjælper med at opretholde koldtvandstemperatur og forhindrer temperaturstigninger. Lukkede industrielle køleanlæg recirkulerer et rent kølevæske eller rent vand med tilsætningsstoffer ved konstant temperatur og tryk for at øge stabiliteten og reproducerbarheden af ​​vandkølede maskiner og instrumenter. Vandet strømmer fra køleren til applikationens anvendelsessted og tilbage.

Hvis vandtemperaturforskellene mellem indløb og udløb er høje, vil en stor ekstern vandtank blive brugt til at opbevare det kolde vand. I dette tilfælde går det afkølede vand ikke direkte fra køleren til applikationen, men går til den eksterne vandtank, der fungerer som en slags "temperaturbuffer". Koldtvandsbeholderen er meget større end det indvendige vand går fra den eksterne tank til applikationen, og det varme vand, der returneres fra applikationen, går tilbage til den eksterne tank, ikke til køleren.

De mindre almindelige industrielle kølere med åben sløjfe styrer temperaturen af ​​en væske i en åben tank eller sump ved konstant at recirkulere den. Væsken trækkes fra tanken, pumpes gennem køleren og tilbage til tanken. I industrielle vandkølere er brugen af ​​vandkøling i stedet for luftkøling. I dette tilfælde køler kondensatoren ikke det varme kølemiddel med omgivende luft, men bruger vand, der afkøles af et køletårn . Denne udvikling muliggør en reduktion af energibehovet med mere end 15% og tillader også en væsentlig reduktion i kølerens størrelse på grund af den lille overflade af den vandbaserede kondensator og fraværet af ventilatorer. Derudover giver fraværet af ventilatorer betydeligt reduceret støjniveau.

De fleste industrielle kølere bruger køling som medier til køling, men nogle er afhængige af enklere teknikker, såsom luft eller vand, der strømmer over spoler, der indeholder kølevæsken, til at regulere temperaturen. Vand er det mest almindeligt anvendte kølemiddel inden for proceskølere, selvom kølemiddelblandinger (for det meste vand med et kølemiddeltilsætningsstof for at forbedre varmeafledning) ofte anvendes.

Valg af industriel køler

Vigtige specifikationer, der skal overvejes, når man søger efter industrielle kølere, omfatter de samlede omkostninger i livscyklus, strømkilden, chillerens IP -værdi, kølerens kapacitet, fordamperens kapacitet, fordamperens materiale, fordampertypen, kondensatormaterialet, kondensatorkapaciteten, omgivelsestemperaturen, motorblæsertype, støjniveau, interne rørmaterialer, antal kompressorer, kompressortype, antal køleskabskredse, krav til kølevæske, væskeafladningstemperatur og COP (forholdet mellem kølekapaciteten i RT og energien, der forbruges af hele køleren i kW). For mellemstore til store kølere skal dette ligge i området fra 3,5 til 7,0, med højere værdier, der betyder højere effektivitet. I USA er køleeffektiviteten ofte angivet i kilowatt pr. Køleton (kW/RT).

Procespumpespecifikationer, der er vigtige at overveje, omfatter procesflow, procestryk, pumpemateriale, elastomer og mekanisk akseltætningsmateriale, motorspænding, motorens elektriske klasse, motorens IP -rating og pumpeklassificering. Hvis koldtvandstemperaturen er lavere end -5 ° C, skal der bruges en speciel pumpe for at pumpe de høje koncentrationer af ethylenglycol. Andre vigtige specifikationer omfatter den interne vandtankstørrelse og materialer og fuld belastningsstrøm.

Betjeningspanelfunktioner, der skal overvejes, når du vælger mellem industrielle kølere, omfatter det lokale kontrolpanel, fjernbetjeningspanel, fejlindikatorer, temperaturindikatorer og trykindikatorer.

Yderligere funktioner omfatter nødalarmer, bypass til varm gas, byvandsbytte og hjul.

Demonterbare kølere er også en mulighed for installation i fjerntliggende områder, og hvor forholdene kan være varme og støvede.

Hvis støjniveauet i køleren er akustisk uacceptabelt, vil støjkontrolingeniører implementere lyddæmpere for at reducere kølerstøjniveauer. Større kølere vil typisk kræve en række lyddæmpere, der undertiden er kendt som en lyddæmperbank.

Kølemidler

En dampkomprimeringskøler bruger et kølemiddel internt som dets arbejdsvæske. Mange kølemidler er tilgængelige; når du vælger en køler, skal kravene til applikationens køletemperatur og kølemiddels køleegenskaber matches. Vigtige parametre at overveje er driftstemperaturer og tryk.

Der er flere miljøfaktorer, der vedrører kølemidler, og påvirker også den fremtidige tilgængelighed for køleapplikationer. Dette er en vigtig overvejelse i intermitterende applikationer, hvor en stor køler kan vare i 25 år eller mere. Ozonnedbrydningspotentiale (ODP) og potentialet for global opvarmning (GWP) for kølemidlet skal overvejes. ODP- og GWP-data for nogle af de mere almindelige dampkomprimeringskølemidler (bemærker, at mange af disse kølemidler er meget brandfarlige og/eller giftige):

R12 er ODP -referencen. CO ₂ er GWP -referencen

De kølemidler, der bruges i kølere, der sælges i Europa, er hovedsageligt R410a (70%), R407c (20%) og R134a (10%).

Se også

Referencer

eksterne links

• Chiller Energy Consumption Calculator (kræver Java)