Kylsystem med absorption av ånga (med diagram) | Kylteknik

Kylsystem med absorption av ånga (med diagram)!

Den energi som används i ångkompressionssystemet är högkvalitativ energi, dvs. elektrisk energi för att driva kompressormotorn. I absorptionskylsystemet däremot används värme direkt som energikälla. Naturligtvis kan det vara att föredra att använda värme som sådan eftersom man då slipper genomgå de olika energiomvandlingar som krävs för att generera elektrisk energi från värmeenergi.

Det kan erinras om att i kompressionssystemet komprimerades ångan genom att genomgå en stor volymförändring under kompressionsprocessen. Följaktligen förbrukades större delen av energin i processen. Om det fanns medel för att höja detta tryck hos köldmediet utan att märkbart förändra dess volym, skulle arbetsbehovet minskas enormt (med cirka 95 % eller så).

Detta kan möjligen göras genom att lösa upp köldmediet i något absorberande ämne och tillföra värmen till lösningen för kompressionsändamål. Absorptionscykeln uppnår detta mål genom att köldmediet placeras i lösningen före den s.k. kompressionsprocessen och avlägsnas från lösningen omedelbart efter processen. Absorptionen av ångan styrs av Raoults lag.

Den grundläggande skillnaden mellan ångkompressionscykler och ångabsorptionscykler är således att kompressorn i ångkompressionscykeln ersätts med en uppsättning utrustning som uppfyller det mål som diskuterats ovan. De andra viktiga elementen, dvs. kondensator, expansionsanordning och förångare, kommer att finnas i båda systemen.

En enkel ångkompressionscykel:

Figur 36.32 illustrerar det enklaste systemet med utrustning som krävs för att ersätta kompressorn.

Figur 36.32 Utrustning för byte av kompressor (Enkelt ångabsorptionssystem för kylning).

De vanligaste vätskorna i absorptionssystemet är vatten som absorptionsmedel och ammoniak som köldmedium. Ångan från förångaren tillåts blandas och absorberas i absorbatorn. Den absorptionsvärme som genereras i processen avges från absorbatorn till det cirkulerande kalla vattnet i en värmeväxlare som doppas i den lösning som finns i absorbatorn.

Den starka vattenammoniaklösningen från absorbatorn pumpas upp till kondensatortrycket och matas till generatorn som är systemets största energiförbrukande element. Generatorn förses med värme. Kokpunkten för köldmediet NH3 är lägre än kokpunkten för den absorberande vätskan H2O, varför de ångor som lämnar generatorn huvudsakligen består av köldmedium.

Dessa ångor passerar sedan vidare till kondensorn. Det flytande köldmediet från kondensorn passerar sedan genom en expansionsventil eller strypventil till förångaren där det absorberar värme från de ämnen eller kroppar som ska kylas. Det flytande köldmediet avdunstar sedan och ångorna går in i absorbatorn och kretsloppet slutar.

Den svaga akva-ammoniaklösningen i generatorn som blir kvar på grund av avskiljning av köldmedieångorna leds tillbaka till absorbatorn för att upprepa cykeln.

Den svaga akva-ammoniaklösningen som lämnar generatorn har ett högt tryck och trycket i absorbatorn är förångartrycket som är lägre än generatorns eller kondensatorns tryck, och därför finns det en tryckreducerande ventil i ledningen för den svaga lösningen till absorbatorn.

Systemets energibehov finns vid generatorn och vid pumpen jämfört med energibehovet vid kompressorn i ångkompressionssystemet. Eftersom den vätskevolym som pumpen hanterar är alltför liten är den energi som krävs här nästan försumbar jämfört med den som krävs av generatorn.

Praktisk absorptionsköldcykel:

Ersättandet av kompressorn med det enkla arrangemanget i fig. 36.33 är inte särskilt ekonomiskt i praktiken. För att åstadkomma förbättringar har vissa ytterligare hjälputrustningar införts i systemet. De omfattar analysator, en likriktare och två värmeväxlare. Den praktiska absorptionscykel som utvecklats efter att ha införlivat dessa hjälpmedel visas i fig. 36.33.

(a) Analysator:

Ammoniakångorna som lämnar generatorn kan innehålla viss fukt, och därför bör de befrias från alla spår av vattenånga innan de passerar till kondensatorn och sedan till expansionsventilen, annars är det troligt att vattenångan fryser i den lilla ventilpassagen och stryper flödet.

Analysatorns funktion är att avlägsna fukten så långt det är möjligt. Den är en öppen typ av kylare och utgör en integrerad del av generatorn, monterad på dess ovansida. Både den starka vattenammoniaklösningen från absorbatorn och det kondensat som avlägsnas i likriktaren förs in uppifrån och strömmar nedåt.

Den heta stigande ammoniakångan kommer därför i kontakt med den och kyls. På så sätt kondenseras det mesta av vattenångan och droppar tillbaka till generatorn. Detta hjälper till att rädda en viss del av värmen i den utgående ångan som annars skulle ha avvisats genom kondensorn.

(b) Likriktare:

Det är en sluten typ av kylare och är egentligen en miniatyrkondensator där eventuella spår av vattenånga som finns kvar i ammoniakångan avlägsnas genom kondensering.Kylningen sker genom att vatten cirkulerar som i en vanlig kondensator. Det kondenserade vattnet leds tillbaka till generatorn genom analysatorn.

(c) Värmeväxlare:

Två värmeväxlare finns för att internt utbyta värme från vätskan med högre temperatur till vätskan med lägre temperatur så att den ena kyls och den andra värms.

En värmeväxlare finns mellan vätskebehållaren och förångaren så att vätskan underkyls och ångan värms upp. En annan värmeväxlare är placerad mellan generatorn och absorbatorn så att den starka akvan värms upp innan den går vidare till analysatorn och den svaga akvan kyls innan den går in i absorbatorn.

Prestanda för ångabsorptionssystem:

Maximal prestandakoefficient för ett värmedrivet ångabsorptionssystem:

Vi vet att köldmedieångor frigörs från den starka lösningen när den värms upp i en generator. Denna typ av maskin eller system kallas en värmedriven maskin.

Låt Th vara den temperatur vid vilken värme tillförs den starka lösningen.

Vi kommer att tänka på ett system som visas i fig. 36.34.

Tk är den temperatur vid vilken värme avges till atmosfären; To är temperaturen hos den kropp som ska kylas. Motorns termiska verkningsgrad ges av-

Detta arbete, antar man, används för kylsystemet.

För kylsystemet är To den temperatur vid vilken värme ges till köldmediet (egentligen är detta den värme som tas från den kropp som ska kylas) och värmen avges till atmosfären vid temperaturen Tk.

För att få maximal COP måste vi betrakta den omvända Carnot-motorn.

Cyklar med enkel och dubbel effekt:

I kylsystem med ångabsorption spelar värmekällans temperatur en viktig roll. Den värme som ges av källan kan användas i ett enda steg eller i flera steg. Följaktligen kallas systemet för enstegs- eller enstegsoperation, och om värmen tillförs i två steg kallas systemet för tvåstegs- eller dubbeleffektsoperation.

Det har visat sig att när värmekällans temperatur är upp till 105 °C utnyttjas värmen i ett enda steg och cykeln är en cykel med en enda effekt. När värmekällans temperatur är högre än 105°C utnyttjas värmen i allmänhet i två steg och systemet blir en cykling med dubbel effekt.

1. Enkel effektcykel:

Ett enkelt och praktiskt absorptionssystem med ammoniak som köldmedium och vatten som absorptionsmedel som beskrivs i de tidigare artiklarna är ett exempel på ett system med en enda effektcykel för ångabsorptionskylsystem.

2. Cykel med dubbel effekt:

Den schematiska skissen för ett system med dubbel effekt visas i fig. 36.35. Köldmediernas ångor genereras i två steg enligt figuren. För detta ändamål används två värmeväxlare. Figur 36.35 för dubbeleffektsystem är självförklarande.