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Abluft- und Warmwasser-Absorptionskältemaschine
2.1Funktionsprinzip
Bei einem Druck von einer Atmosphäre siedet Wasser bei 100 °C, bei 0,00891 Atmosphären sinkt sein Siedepunkt jedoch auf 5 °C. Die Siedetemperatur von Wasser nimmt mit sinkendem Druck ab. Könnte man eine Umgebung mit sehr niedrigem Druck – oder Hochvakuum – erzeugen, in der Wasser siedet und verdampft, ließe sich ein Kühleffekt erzielen.
Der Abgas- und Warmwasserkühler arbeitet nach diesem Prinzip: Wasser siedet und verdampft an Niederdruck-Verdampferrohren, um Wärme aufzunehmen und kaltes Wasser zu erzeugen. Um die kontinuierliche Verdampfung und Wärmeaufnahme im Verdampfer aufrechtzuerhalten, muss Kältemittelwasser ständig nachgefüllt und der verdampfte Kältemitteldampf kontinuierlich abgeführt werden. Dies wird durch die Absorptionseigenschaften einer LiBr-Lösung erreicht.
2.2 Flussdiagramm
Kühlprozess:
Das Funktionsprinzip der Abgas- und Heißwasser-LiBr-Absorptionsanlage ist in Abbildung 2-1 dargestellt. Die aus dem Absorber austretende verdünnte Lösung wird von der HTG-Pumpe durch den Niedertemperatur-Wärmetauscher in den LTG gepumpt. Im LTG wird die verdünnte Lösung durch Heißwasser und Hochtemperatur-Kältemitteldampf aus dem HTG erhitzt und konzentriert sich zu einer Zwischenlösung, wobei gleichzeitig Kältemitteldampf entsteht. Nach der Erhitzung der verdünnten Lösung im LTG kondensiert der Hochtemperatur-Kältemitteldampf zu Kältemittelwasser. Dieses gelangt durch ein U-Rohr zusammen mit dem im LTG erzeugten Kältemitteldampf in den Kondensator, wo es durch Kühlwasser abgekühlt wird und ebenfalls zu Kältemittelwasser wird.
Die Zwischenlösung aus dem LTG teilt sich in zwei Ströme. Ein Strom wird von der LTG-Pumpe durch einen Hochtemperatur-Wärmetauscher in den HTG gepumpt. Dort wird er durch heißes Abgas oder Brenngas erhitzt, wodurch heißer Kältemitteldampf entsteht und die Lösung weiter konzentriert wird. Nach der Abkühlung durch den Hochtemperatur-Wärmetauscher vermischt sich diese konzentrierte Lösung mit dem anderen Zwischenlösungsstrom zu einer Mischlösung.
Das im Kondensator erzeugte Kältemittelwasser durchströmt ein U-Rohr, bevor es in den Verdampfer eintritt. Aufgrund des niedrigen Drucks im Verdampfer verdampft ein Teil des Kältemittelwassers. Der Großteil wird von der Kältemittelpumpe gefördert und auf die Wärmetauscherrohre des Verdampfers gesprüht. Dort entzieht es dem durch die Rohre fließenden Kühlwasser Wärme und verdampft, wodurch dessen Temperatur sinkt und der Kälteeffekt erzielt wird.
Eine Mischlösung wird von der Absorberpumpe durch den Niedertemperatur-Wärmetauscher in den Absorber gepumpt. Dort wird sie auf die Wärmetauscherrohre gesprüht und durch das zirkulierende Kühlwasser abgekühlt. Nach dem Abkühlen absorbiert sie den Kältemitteldampf aus dem Verdampfer und wird so zu einer verdünnten Lösung. Die Mischlösung absorbiert kontinuierlich den durch die Verdampfung des Kältemittelwassers im Verdampfer entstehenden Kältemitteldampf und ermöglicht so einen kontinuierlichen Verdampfungsprozess. Die nun durch die Absorption von Kältemitteldampf verdünnte LiBr-Lösung wird von einer Lösungspumpe zum Heißgasgenerator (HTG) gepumpt, wo sie verdampft und konzentriert wird. Damit ist ein Kältekreislauf abgeschlossen. Da dieser Prozess endlos wiederholt wird, liefert der Verdampfer kontinuierlich Kaltwasser für die Kühlung von Klimaanlagen oder industriellen Prozessen.
Erwärmungsprozess:
Der Kühlwasserkreislauf und der Kältemittelkreislauf werden abgeschaltet, wobei der Kaltwasserkreislauf auf Warmwasserbetrieb umschaltet. Die verdünnte Lösung im Absorber wird von der LTG-Pumpe und der HTG-Pumpe zur LTG bzw. HTG gepumpt, wo sie erhitzt und konzentriert wird. Der entstehende Kältemitteldampf gelangt über Rohrleitungen und Ventile in den Verdampfer, kondensiert an den Verdampferrohren und erwärmt das im Verdampferwärmetauscher fließende Wasser. Das kondensierte Kältemittelwasser strömt von der Verdampferplatte durch ein Ventil in den Absorber. Die konzentrierte Lösung aus der HTG gelangt über ein Ventil in den Absorber und vermischt sich mit dem Kältemittelwasser zu einer verdünnten Lösung. Diese verdünnte Lösung wird anschließend von Lösungspumpen zur LTG und HTG gepumpt. Dieser kontinuierliche Kreislauf gewährleistet die gewünschte Erwärmung.
Feige.2-1 Prozessablaufdiagramm
2.3Hauptkomponenten und Funktionen
1. Generator
HTGFunktion:Die Hitze des Hochtemperatur-Abgases verdampft das Wasser in der Zwischenlösung und führt zur Konzentration des primären Kältemitteldampfes. Dieser Konzentrat gelangt in den LTG, während die konzentrierte Lösung zum Hochtemperatur-Wärmetauscher fließt.
LTG-Funktion:Unter Verwendung von heißem Wasser und dem erzeugten primären Kältemitteldampf wird die verdünnte Lösung aus dem Absorber zu einer Zwischenlösung konzentriert. Dabei wird der primäre Kältemitteldampf in Kältemittelwasser umgewandelt und erzeugt weiter sekundären Kältemitteldampf.
2. Kondensator
Kondensatorfunktion:Der Kondensator dient der Wärmeerzeugung. Kältemitteldampf aus dem Generator strömt in den Kondensator und erhitzt das Warmwasser auf eine höhere Temperatur. Dadurch wird der Heizeffekt erzielt. Nachdem der Kältemitteldampf das Warmwasser erhitzt hat, kondensiert er und gelangt in den Verdampfer.
Der Kondensator ist als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt und besteht aus Wärmeübertragungsrohr, Rohrboden, Trägerplatte, Gehäuse, Wasserspeicher und Wasserkammer. Normalerweise sind Kondensator und Generator direkt über Rohrleitungen miteinander verbunden, sodass in beiden Bereichen im Wesentlichen der gleiche Druck herrscht.
3. Verdampfer
Verdampferfunktion:Der Verdampfer dient der Abwärmerückgewinnung. Kältemittelwasser aus dem Kondensator verdampft an der Oberfläche des Wärmetauscherrohrs, entzieht dem Kältemittelwasser im Inneren Wärme und kühlt es ab. So wird Abwärme zurückgewonnen. Der von der Oberfläche des Wärmetauscherrohrs verdampfende Kältemitteldampf gelangt in den Absorber.
Der Verdampfer ist als Rohrbündelverdampfer ausgeführt und besteht aus Wärmetauscherrohr, Rohrboden, Trägerplatte, Gehäuse, Prallplatte, Tropfschale, Sprinkleranlage und Wasserkammer. Der Betriebsdruck des Verdampfers beträgt etwa ein Zehntel des Generatordrucks.
4. Absorber
Absorberfunktion:Der Absorber ist eine Wärmeerzeugungseinheit. Kältemitteldampf aus dem Verdampfer tritt in den Absorber ein und wird dort von der konzentrierten Lösung absorbiert. Die konzentrierte Lösung wird verdünnt und anschließend in den nächsten Kreislauf gepumpt. Während der Absorption des Kältemitteldampfes durch die konzentrierte Lösung wird eine große Wärmemenge aufgenommen, die das Warmwasser auf eine höhere Temperatur erwärmt. Dadurch wird der Heizeffekt erzielt.
Der Absorber, ein Rohrbündelwärmetauscher, besteht aus Wärmeübertragungsrohr, Rohrboden, Trägerplatte, Gehäuse, Spülrohr, Sprühdüse und Wasserkammer. Er ist das Niederdruckgefäß im Wärmepumpensystem und ist daher der größten Belastung durch nicht kondensierbare Luft ausgesetzt.
5. Wärmetauscher
Hohe Temperatur HFunktion des Energieaustauschers:Die Wärme der hochkonzentrierten Lösung wird zurückgewonnen. Dank seiner Plattenstruktur zeichnet sich der Wärmetauscher durch einen hohen thermischen Wirkungsgrad und eine bemerkenswerte Energieeinsparung aus.
Niedrige Temperatur HFunktion des Energieaustauschers:Die Wärme der Zwischenlösungen wird zurückgewonnen. Dank seiner Plattenstruktur zeichnet sich der Wärmetauscher durch einen hohen thermischen Wirkungsgrad und eine bemerkenswerte Energieeinsparung aus.
6. Automatisches Luftspülsystem
Systemfunktion:Das Entlüftungssystem ist bereit, die nicht kondensierbare Luft aus der Wärmepumpe zu entfernen und ein Hochvakuum aufrechtzuerhalten. Im Betrieb strömt die verdünnte Lösung mit hoher Geschwindigkeit und erzeugt so eine lokale Unterdruckzone um die Ejektordüse. Dadurch wird die nicht kondensierbare Luft aus der Wärmepumpe abgesaugt. Das System arbeitet parallel zur Wärmepumpe. Während des Betriebs der Wärmepumpe trägt das automatische System dazu bei, ein hohes Vakuum im Inneren aufrechtzuerhalten und so die Systemleistung und eine maximale Lebensdauer zu gewährleisten.
Das Luftspülsystem ist ein System, das aus Ejektor, Kühler, Ölabscheider, Luftzylinder und Ventil besteht.
7.Lösungspumpe
Die Lösungspumpe dient dazu, die LiBr-Lösung zuzuführen und den normalen Fluss der flüssigen Arbeitsmedien innerhalb der Wärmepumpe sicherzustellen.
Die Lösungspumpe ist eine vollständig gekapselte Kreiselpumpe, die sich durch absolute Dichtheit, geringe Geräuschentwicklung, hohe Explosionsschutzleistung, minimalen Wartungsaufwand und eine lange Lebensdauer auszeichnet.
8. Kältemittelpumpe
Die Kältemittelpumpe dient dazu, Kältemittelwasser zuzuführen und die normale Besprühung des Verdampfers mit Kältemittelwasser sicherzustellen.
Die Kältemittelpumpe ist eine vollständig gekapselte Kreiselpumpe, die sich durch absolute Dichtheit, geringe Geräuschentwicklung, hohe Explosionsschutzleistung, minimalen Wartungsaufwand und eine lange Lebensdauer auszeichnet.
9. Vakuumpumpe
Die Vakuumpumpe wird zur Vakuumspülung in der Anfahrphase und zur Luftspülung in der Betriebsphase verwendet.
Die Vakuumpumpe verfügt über ein Drehschieberrad. Entscheidend für ihre Leistungsfähigkeit ist das Vakuumölmanagement. Die Verhinderung der Ölemulgierung wirkt sich deutlich positiv auf die Entlüftungsleistung aus und trägt zur Verlängerung der Lebensdauer bei.
10.Elektroschrank
Als Steuerzentrale der LiBr-Wärmepumpe beherbergt der Schaltschrank die wichtigsten Steuerungselemente und elektrischen Komponenten.
Abwärmenutzung.Energie Erhaltung&Emission Reduktion
Es kann zur Rückgewinnung von Niedertemperatur-Abwasser oder Niederdruckdampf in der Wärmekraftwerkstechnik, der Ölförderung, der petrochemischen Industrie, der Stahlindustrie, der chemischen Verarbeitung usw. eingesetzt werden. Es kann Flusswasser, Grundwasser oder andere natürliche Wasserquellen nutzen und Niedertemperatur-Heißwasser in Hochtemperatur-Heißwasser für die Fernwärmeversorgung oder Prozesswärme umwandeln.
Intelligente Steuerung und einfache Bedienung
Vollautomatische Steuerung, ermöglicht Ein-/Ausschalten per Knopfdruck, Lastregelung, Kontrolle der Lösungskonzentration und Fernüberwachung.
Künstliches intelligentes Steuerungssystem (KI) (V5.0)
■Vollautomatische Steuerungsfunktionen
Das Steuerungssystem (AI, V5.0) zeichnet sich durch leistungsstarke und umfassende Funktionen aus, wie z. B. Ein-Tasten-Start/Abschaltung, zeitgesteuertes Ein-/Ausschalten, ausgereiftes Sicherheitsschutzsystem, mehrfache automatische Anpassung, Systemverriegelung, Expertensystem, Mensch-Maschine-Dialog (mehrsprachig), Schnittstellen zur Gebäudeautomation usw.
■VollständigEinheitFunktion zur Selbstdiagnose von Anomalien und zum Schutz vor diesen,
Das Steuerungssystem (AI, V5.0) verfügt über 34 Funktionen zur Selbstdiagnose und zum Schutz vor Störungen. Je nach Schweregrad der Störung ergreift das System automatisch entsprechende Maßnahmen. Dies dient der Unfallverhütung, minimiert den Arbeitsaufwand und gewährleistet einen dauerhaft sicheren und stabilen Betrieb der Kältemaschine.
■EinzigartiglLadeaAnpassungfSalbung
Das Steuerungssystem (AI, V5.0) verfügt über eine einzigartige Lastanpassungsfunktion, die die Kälteleistung automatisch an die tatsächliche Last anpasst. Diese Funktion trägt nicht nur zur Reduzierung von An- und Abschaltzeiten sowie Verdünnungszeiten bei, sondern verringert auch Leerlaufzeiten und den Energieverbrauch.
■Einzigartiges Lösungszirkulationsvolumen Steuerungstechnik
Das Steuerungssystem (AI, V5.0) nutzt eine innovative ternäre Regelungstechnik zur Anpassung des Lösungsdurchflusses. Bisher wurden zur Regelung des Lösungsdurchflusses lediglich Parameter des Flüssigkeitsstands im Generator herangezogen. Diese neue Technologie kombiniert die Vorteile von Konzentration und Temperatur der konzentrierten Lösung mit denen des Flüssigkeitsstands im Generator. Gleichzeitig sorgt eine fortschrittliche Frequenzregelung der Lösungspumpe für einen optimalen Lösungsdurchfluss. Diese Technologie verbessert die Betriebseffizienz und reduziert Anlaufzeit und Energieverbrauch.
■LösungskonzentrationskontrolleTechnologie
Das Steuerungssystem (AI, V5.0) nutzt eine einzigartige Konzentrationsregelungstechnologie zur Echtzeitüberwachung und -steuerung von Konzentration und Volumen der konzentrierten Lösung sowie des Warmwasservolumens. Dieses System gewährleistet einen sicheren und stabilen Betrieb des Kaltwassersatzes auch bei hohen Konzentrationen, verbessert dessen Effizienz und verhindert Kristallisation.
■Intelligente automatische LuftsäubernFunktion
Das Steuerungssystem (AI, V5.0) ermöglicht die Echtzeitüberwachung des Vakuumzustands und die automatische Abführung der nicht kondensierbaren Luft.
■Einzigartige Verdünnungsstoppsteuerung
Dieses Steuerungssystem (AI, V5.0) regelt die Laufzeit der verschiedenen Pumpen, die für den Verdünnungsvorgang benötigt werden, abhängig von der Konzentration der konzentrierten Lösung, der Umgebungstemperatur und dem verbleibenden Kältemittelwasservolumen. Dadurch wird nach dem Abschalten eine optimale Konzentration für den Kaltwassersatz aufrechterhalten. Kristallisation wird verhindert und die Wiederanlaufzeit des Kaltwassersatzes verkürzt.
■Arbeitsparameter-Managementsystem
Über die Schnittstelle dieses Steuerungssystems (AI, V5.0) kann der Bediener für 12 kritische Parameter der Kältemaschinenleistung folgende Vorgänge durchführen: Echtzeitanzeige, Korrektur und Einstellung. Betriebsereignisse können protokolliert werden.
■EinheitFehlermanagementsystem
Wird auf der Bedienoberfläche eine Fehlermeldung angezeigt, kann dieses Steuerungssystem (KI, V5.0) den Fehler lokalisieren und detailliert beschreiben sowie eine Lösung oder Hinweise zur Fehlerbehebung vorschlagen. Zur Unterstützung der Wartungsarbeiten durch die Bediener können Klassifizierungen und statistische Analysen der Fehlerhistorie durchgeführt werden.
