Solare LiBr-Absorptionskältemaschine

2.1Funktionsprinzip

Kältekreislauf

Das Kälteprinzip dieser Kältemaschine (Heizung) ist in Abbildung 1 dargestellt. Die verdünnte Lösung aus dem Absorber wird von der LTG-Lösungspumpe gefördert, im Niedertemperatur-Wärmetauscher erwärmt und gelangt anschließend in den LTG. Im LTG wird die verdünnte Lösung durch den aus dem HTG strömenden Hochdruck- und Hochtemperatur-Kältemitteldampf erhitzt und verdampft, wodurch die Lösung zu einer Zwischenlösung konzentriert wird.

Der größte Teil der Zwischenlösung wird, nachdem er im Hochtemperatur-Wärmetauscher erhitzt wurde, mittels der HTG-Lösungspumpe in den HTG-Reaktor transportiert. Im HTG-Reaktor setzt die Brennstoffverbrennung Wärme frei, um die LiBr-Lösung zu erhitzen und so Hochdruck-Hochtemperatur-Kältemitteldampf zu erzeugen. Anschließend wird die Lösung weiter zu einer konzentrierten Lösung eingedickt.

Im LTG erhitzt der unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende Kältemitteldampf aus dem HTG die verdünnte Lösung im LTG und kondensiert zu Kältemittelwasser, das zusammen mit dem im LTG erzeugten Kältemitteldampf durch Drosselung und Druckentlastung in den Kondensator gelangt und dort durch das Kühlwasser auf den dem Kondensationsdruck entsprechenden Kältemitteldruck abgekühlt wird.

Das Kältemittelwasser im Kondensator gelangt nach der Drosselung durch das U-förmige Rohr in den Verdampfer und wird dann von der Kältemittelpumpe gefördert, auf die Verdampferrohrgruppe gesprüht, nimmt die Wärme des gekühlten Wassers auf und verdampft, wodurch die Temperatur des gekühlten Wassers in den Rohren sinkt und somit der Kühlvorgang erreicht wird.

Nachdem ein Teil der Zwischenlösung aus dem LTG mit der konzentrierten Lösung aus dem HTG vermischt wurde, durchströmt sie den Niedertemperatur-Wärmetauscher und gelangt in den Absorber. Dort wird sie auf die Absorberrohre gesprüht, durch Kühlwasser abgekühlt und gleichzeitig vom Verdampfer mit Kältemitteldampf versorgt. Die so verdünnte LiBr-Lösung wird von der Generatorpumpe zur Erhitzung und Konzentration in den Generator gefördert, wodurch ein Kältekreislauf abgeschlossen wird. Dieser Prozess wiederholt sich, sodass der Verdampfer kontinuierlich Kaltwasser für Klimaanlagen oder Produktionsprozesse erzeugen kann.

Heizzyklus

Der Heizprozess der direkt befeuerten LiBr-Absorptionskältemaschine (Heizung) ist in Abbildung 2 dargestellt. Der Kühlwasserkreislauf und der Kältemittelkreislauf werden abgeschaltet, und der Kaltwasserkreislauf wird in einen Warmwasserkreislauf umgewandelt. Absorber, Kondensator, Niedertemperatur-Wärmetauscher (NTW), Hochtemperatur-Wärmetauscher und Niedertemperatur-Wärmetauscher sind außer Betrieb. Die verdünnte Lösung im Absorber wird dem NWT zugeführt und mittels der Lösungspumpe konzentriert. Der entstehende Kältemitteldampf tritt durch das Rohr und das Ventil F7 in den Verdampfer ein, kondensiert an den Verdampferrohren und erwärmt das Warmwasser. Das kondensierte Kältemittelwasser gelangt über das Ventil F9 aus der Verdampferwanne in den Absorber. Die konzentrierte Lösung im NWT strömt über das Ventil F8 in den Absorber und vermischt sich mit dem Kältemittelwasser, wodurch die Lösung wieder verdünnt wird. Diese verdünnte Lösung wird mittels der Lösungspumpe zurück zum NWT gefördert und erneut erhitzt. Dieser Kreislauf wiederholt sich und bildet so einen kontinuierlichen Heizprozess.

2.2Prozessablaufdiagrammm

2.3Hauptkomponenten und Funktionen

1. Generator

Generierungsfunktion:Der Generator ist die Stromquelle desKühlerDie Wärmequelle strömt in den Generator und erhitzt die verdünnte LiBr-Lösung. Das Wasser in der Lösung verdampft als Kältemitteldampf und gelangt in den Kondensator. Gleichzeitig konzentriert sich die verdünnte Lösung zu einer konzentrierten Lösung.

Der Generator ist als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt und besteht aus Wärmetauscherrohr, Rohrboden, Trägerplatte, Gehäuse, Dampfkammer, Wasserkammer und Prallplatte. Als Hochdruckbehälter innerhalb des Wärmepumpensystems weist der Generator ein nahezu verschwindendes Vakuum (einen Mikro-Unterdruck) auf.

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

Funktion des Wärmetauschers:Der Wärmetauscher dient der Abwärmenutzung und wird zur Rückgewinnung der Wärme aus der LiBr-Lösung eingesetzt. Die Wärme der konzentrierten Lösung wird mittels des Wärmetauschers an die verdünnte Lösung übertragen, um die thermische Effizienz zu verbessern.

Der Wärmetauscher verfügt über eine Plattenstruktur, einen hohen thermischen Wirkungsgrad und einen bemerkenswerten Energiespareffekt.

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.

3.Gerätemerkmale

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.

Doppelfunktion (zum Kühlen/Heizen geeignet)

Angetrieben von Erdgas oder Dampf, duale AbsorptionswärmePumpeEs kann Abwärme mit sehr hohem Wirkungsgrad zurückgewinnen (COP bis zu 2,4). Es verfügt über eine Heiz- und Kühlfunktion und eignet sich besonders für den gleichzeitigen Bedarf an Heizung und Kühlung.

Zweiphasenabsorption & höhere Temperatur

Eine Zweiphasen-Absorptionswärmepumpe der Klasse II kann die Abwärmetemperatur ohne andere Wärmequelle auf 80°C erhöhen.

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.