Dampabsorptionskølesystem (med diagram) | Køling

Dampabsorptionskølesystem (med diagram)!

Den energi, der anvendes i dampkompressionssystemet, er energi af høj kvalitet, dvs. elektrisk energi til drift af kompressorens motor. I absorptionskølesystemet udnyttes varme derimod direkte som energikilde. Det kan naturligvis være at foretrække at udnytte varme som sådan, da man derved undgår at skulle gennemgå de forskellige energitransformationer, der er nødvendige for at generere elektrisk energi fra varmeenergi.

Det kan erindres, at i kompressionssystemet blev dampen komprimeret ved at undergå en stor volumenændring under kompressionsprocessen. Følgelig blev hovedparten af energien forbrugt i processen. Hvis der fandtes midler til at øge kølemidlets tryk uden nævneværdig ændring af dets volumen, ville arbejdsbehovet blive enormt reduceret (med ca. 95% eller deromkring).

Dette kan eventuelt gøres ved at opløse kølemidlet i et eller andet absorberende stof og tilføre varmen til opløsningen med henblik på kompression. Absorptionscyklussen opnår dette mål ved at placere kølemidlet i opløsningen før den såkaldte kompressionsproces og ved at fjerne det fra opløsningen umiddelbart efter processen. Absorptionen af dampen styres af Raoults lov.

Den grundlæggende forskel mellem dampkompressions- og dampabsorptionscyklussen vil således bestå i at erstatte kompressoren i dampkompressionscyklussen med et sæt udstyr, der opfylder det ovenfor beskrevne mål. De andre vigtige elementer, dvs. kondensator, ekspansionsanordning og fordamper, vil være til stede i begge systemer.

Enkle dampabsorptionscyklus:

Figur 36.32 illustrerer det enkleste system af udstyr, der kræves til udskiftning af kompressoren.

Figur 36.32 udstyr til udskiftning af kompressoren (simpelt dampabsorptionssystem til køling).

De mest almindeligt anvendte væsker i absorptionssystemet er vand som absorptionsmiddel og ammoniak som kølemiddel. Dampen fra fordamperen får lov til at blive blandet og absorberet i absorbatoren. Absorptionsvarmen, der genereres i processen, afledes fra absorbatoren til det cirkulerende kolde vand i en varmeveksler, der er dyppet i den opløsning, der er indeholdt i absorbatoren.

Den stærke ammoniakopløsning fra absorbatoren pumpes op til kondensatortrykket og ledes til generatoren, som er systemets største energiforbrugende element. Generatoren tilføres varme. Kogepunktet for kølemidlet NH3 er lavere end kogepunktet for den absorberende væske H2O, og derfor er de dampe, der forlader generatoren, overvejende kølemidlets dampe.

Disse dampe passerer derefter videre til kondensatoren. Det flydende kølemiddel fra kondensatoren passerer derefter gennem en ekspansionsventil eller en spjældventil til fordamperen, hvor det absorberer varme fra de stoffer eller legemer, der skal nedkøles. Det flydende kølemiddel fordamper derefter, og dampene kommer ind i absorberen, hvorved kredsløbet afsluttes.

Den svage akva-ammoniakopløsning i generatoren, der er tilbage som følge af adskillelse af kølemiddeldampene, ledes tilbage til absorbatoren for at gentage cyklusen.

Den svage akva-ammoniakopløsning, der forlader generatoren, er under højt tryk, og trykket i absorberen er fordampertrykket, som er lavere end generator- eller kondensatortrykket, og derfor er der en trykreduktionsventil i den svage opløsningsledning til absorberen.

Systemets energibehov er ved generatoren og pumpen sammenlignet med energibehovet ved kompressoren i dampkompressionssystemet. Da den væskemængde, der håndteres af pumpen, er for lille, er den nødvendige energi her næsten ubetydelig sammenlignet med den, der kræves af generatoren.

Praktisk absorptionskølecyklus:

Erstatningen af kompressoren med det enkle arrangement i fig. 36.33 er ikke særlig økonomisk i praksis. For at opnå forbedringer er der i systemet indbygget visse yderligere hjælpematerialer. De omfatter analysator, en ensretter og to varmevekslere. Den praktiske absorptionscyklus, som den er udviklet efter indbygning af disse hjælpemateriel, er vist i fig. 36.33.

(a) Analysator:

Den ammoniakdamp, der forlader generatoren, kan indeholde en vis mængde fugt, og derfor skal den friholdes for ethvert spor af vanddamp, inden den passerer videre til kondensatoren og derefter til ekspansionsventilen, da vanddampen ellers risikerer at fryse i den lille ventilpassage og kvæle strømmen.

Analysatorens funktion er at fjerne fugten så vidt muligt. Det er en åben type køler og udgør en integreret del af generatoren, som er monteret på dens top. Både den stærke akva-ammoniakopløsning fra absorbatoren og det kondensat, der er fjernet i ensretteren, indføres fra toppen og strømmer nedad.

Den varme, opstigende ammoniakdamp kommer derfor i kontakt med den samme og bliver afkølet. Det meste af vanddampen bliver således kondenseret og drypper tilbage i generatoren. Dette er med til at redde en vis del af varmen i den udgående damp, som ellers ville være blevet afvist gennem kondensatoren.

(b) Ensretter:

Det er en lukket type køler og er faktisk en miniaturekondensator, hvor eventuelle spor af vanddamp, der er tilbage i ammoniakdampen, fjernes ved kondensation.Køling opnås ved at cirkulere vand som i en almindelig kondensator. Det kondenserede vand ledes tilbage til generatoren gennem analyseapparatet.

(c) Varmevekslere:

Der er to varmevekslere til intern udveksling af varme fra den væske med højere temperatur til væsken med lavere temperatur, således at den ene væske afkøles og den anden opvarmes.

Der er en varmeveksler mellem væskebeholderen og fordamperen, således at væsken underkøles og dampen opvarmes. En anden varmeveksler er placeret mellem generator og absorber, således at den stærke akva opvarmes, inden den går videre til analysatoren, og den svage akva afkøles, inden den kommer ind i absorberen.

Dampabsorptionssystemets ydeevne:

Maksimal ydeevnekoefficient for et varmedrevet dampabsorptionssystem:

Vi ved, at der frigøres kølemiddeldampe fra den stærke opløsning, når den opvarmes i en generator. Denne type maskine eller system kaldes en varmestyrede maskine.

Lad Th være den temperatur, ved hvilken der tilføres varme til den stærke opløsning.

Vi vil tænke på et system, der er vist i fig. 36.34.

Tk er den temperatur, ved hvilken varmen afgives til atmosfæren; To er temperaturen i det legeme, der skal nedkøles. Motorens termiske virkningsgrad er givet ved-

Dette arbejde, antages det, anvendes til kølesystemet.

For kølesystemet er To den temperatur, ved hvilken der gives varme til kølemidlet (faktisk er det den varme, der tages fra det legeme, der skal nedkøles), og varmen afgives til atmosfæren ved Tk-temperaturen.

For at få den maksimale COP skal vi betragte den omvendte Carnot-motor.

Enkelt- og dobbelteffektscykluser:

I dampabsorptionskøleanlæg spiller varmekildens temperatur en vigtig rolle. Varmen fra kilden kan anvendes i et enkelt trin eller i mere end et trin. I overensstemmelse hermed kaldes systemet for en enkelttrins- eller enkeltvirkningscyklus, og hvis varmen leveres i to trin, kaldes systemet for en totrins- eller dobbeltvirkningscyklus.

Det er konstateret, at når varmekildens temperatur er op til 105 °C, udnyttes varmen i et enkelt trin, og cyklusen er en enkelt effektcyklus. Når varmekildens temperatur er højere end 105 °C, udnyttes varmen generelt i to trin, og systemet bliver en dobbelteffektcyklus.

1. Enkeleffektcyklus:

Et simpelt og praktisk absorptionssystem med ammoniak som kølemiddel og vand som absorptionsmiddel, der er beskrevet i de foregående artikler, er et eksempel på et system med enkelt effektcyklus til dampabsorptionskøleanlæg.

2. Dobbelt effektcyklus:

Den skematiske skitse af et dobbelteffekt-system er vist i fig. 36.35. Dampene fra kølemidlerne dannes i to trin som vist. Til dette formål anvendes to varmevekslere. Figur 36.35 for dobbelteffektsystemet er selvforklarende.