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工业冷水机原理

      冷水机是一台机器,从经由液体除去热量蒸气压缩或吸收式制冷循环。然后可以将该液体通过热交换器循环以冷却设备或另一工艺流(例如空气或工艺用水)。作为必需的产品,制冷产生必须耗尽到环境的废热,或者为了更高的效率,回收用于加热目的。冷水用于中大型商业,工业和机构设施的空气冷却和除湿。水冷却器可以水冷,风冷或蒸发冷却。水冷系统可以提供超过风冷系统的效率和环境影响优势。

在空调中使用

出租冷水机安装在拖车上在空调系统中,冷却水通常被分布到热交换器,或线圈,在空气处理单元或其他类型的冷却空气在其各自的空间(S)终端设备。然后将水再循环回冷却器再次冷却。这些冷却盘管将显热和潜热从空气传递到冷冻水,从而冷却并通常对空气流进行除湿。典型的空调冷冻机的额定温度为15至2000 吨,至少有一家制造商可以生产能够达到5200吨冷却的冷水机组。[3]冷冻水温度范围为35至45°F(2至7°C),取决于应用要求。当空调系统的冷却器不可操作或需要维修或更换时,可使用紧急冷却器来提供冷冻水。租赁冷水机组安装在拖车上,以便将其快速部署到现场。大型冷冻水软管用于连接租赁冷水机组和空调系统。

在行业中使用

在工业应用中,来自冷冻机的冷冻水或其他液体被泵送通过过程或实验室设备。工业冷水机组用于各种行业的产品,机构和工厂机械的受控冷却。它们经常用于塑料工业,注塑和吹塑,金属加工切削油,焊接设备,压铸和机床加工,化学加工,药物配方,食品和饮料加工,纸和水泥加工,真空系统,射线衍射,电源和发电站,分析设备,半导体,压缩空气和气体冷却。它们也用于冷却高温专用物品,如MRI机器和激光器,以及医院,酒店和校园。用于工业应用的制冷机可以集中在一个单个冷却器中,可以满足多种冷却需求,或者在每个应用或机器具有自己的冷却器的情况下分散。每种方法都有其优点。也可以组合集中式和分散式冷水机组,尤其是对于一些应用或使用点而言,冷却要求相同但并非全部。分散式制冷机通常体积小,制冷量少,通常为0.2〜10短吨(0.179〜8.929吨,0.181〜9.072吨)。集中式冷水机组的生产能力一般在十吨到几十万吨之间。冷水用于中大型商业,工业和机构(CII)设施的空气冷却和除湿。水冷却器可以水冷,风冷或蒸发冷却。与风冷式冷水机组相比,水冷式冷水机组采用冷却塔,可提高冷却器的热力学效能。这是由于在空气的湿球温度处或附近的散热,而不是较高的,有时甚至更高的干球温度。蒸发冷却式冷水机比风冷式冷水机组提供更高的效率,但低于水冷式冷水机组。

水冷式制冷机通常用于室内安装和操作,并通过单独的冷凝器水回路冷却,并连接到室外冷却塔以将热量排放到大气中。

风冷和蒸发冷却的冷却器用于户外安装和操作。风冷机器通过环境空气直接冷却,机械循环直接通过机器的冷凝器盘管将热量排放到大气中。蒸发冷却机器是类似的,除了它们在冷凝器盘管上实施水雾以帮助冷凝器冷却,使得机器比传统的风冷机器更有效率。这些类型的空气冷却或蒸发冷却器中的任何一种通常不需要远程冷却塔。

如果有的话,附近水体容易获得的冷水可能直接用于冷却,放置或补充冷却塔。该深层湖水冷却系统在多伦多,安大略省,加拿大,就是一个例子。它使用冷湖水冷却冷水机组,反过来又用于通过区域冷却系统来冷却城市建筑物。回水用于温暖城市的饮用水供应,这在寒冷的气候中是可取的。每当冷却器的排热可以用于生产目的时,除了冷却功能之外,还有很高的热效能。

蒸气压缩冷水机技术

在蒸气压缩式冷水机中使用四种基本类型的压缩机:往复式压缩,涡旋压缩,螺杆驱动压缩和离心压缩均为机电式,可由电动机,蒸汽或燃气轮机提供动力。它们通过“ 反向兰肯 ”循环(也称为“蒸气压缩”)产生冷却效果。随着蒸发冷却散热,它们的性能(COP)非常高; 通常为4.0或更高。

当前的蒸汽压缩冷冻机技术基于称为蒸气压缩的“反向兰肯”循环。参见附图,其中列出了冷却器系统的关键部件。

显示水冷式冷水机组件的图表

冷水机组的关键部件:

制冷压缩机 - 基本上是制冷剂气体的泵。压缩机的容量以及冷却器冷却能力以千瓦输入(kW),马力输入(HP)或体积流量(m 3 / h,ft 3 / h)测量。用于压缩制冷剂气体的机构在压缩机之间不同,并且各自具有其自身的应用。常用的制冷压缩机包括往复式,涡旋式,螺杆式或离心式。这些可由电动机,蒸汽轮机或燃气轮机供电。压缩机可以具有来自特定制造商的集成电动机,或者是开放式驱动器,允许连接到另一种类型的机械连接。压缩机也可以是密封(焊接封闭)或半密封(螺栓连接在一起)。近年来,变速驱动(VSD)技术的应用提高了蒸气压缩式制冷机的效率。第一台VSD在20世纪70年代后期应用于离心式压缩机冷水机组,随着能源成本的增加而成为标准。现在,VSD正在应用于旋转螺杆和涡旋技术压缩机。

冷凝器可以是空气冷却,水冷却或蒸发。冷凝器是热交换器,其允许热量从制冷剂气体迁移到水或空气中。空气冷却冷凝器由铜管(用于制冷剂流)和铝翅片(用于空气流)制造。每个冷凝器具有不同的材料成本,并且在效率方面是不同的。使用蒸发式冷凝器,它们的性能系数(COP)非常高; 通常为4.0或更高。


膨胀装置或制冷剂计量装置(RMD)限制液体制冷剂的流动,导致蒸发一些制冷剂的压降; 这种蒸发吸收附近液态制冷剂的热量。RMD位于蒸发器之前,使得蒸发器中的冷气体可以从蒸发器中的水中吸收热量。在蒸发器出口侧有一个用于RMD的传感器,其允许RMD基于冷却器设计要求来调节制冷剂流量。

蒸发器可以是板式或管壳式。蒸发器是热交换器,其允许热能从水流迁移到制冷剂气体中。在剩余液体向气体的状态变化期间,制冷剂可以在不改变温度的情况下吸收大量的热量。


吸收技术如何工作

吸收式制冷机的热力学循环由热源驱动; 这种热量通常通过蒸汽,热水或燃烧传送到冷水机组。与电动制冷机相比,吸收式制冷机具有非常低的电力需求 - 对于解决方案泵和制冷剂泵,很少超过15 kW的组合消耗。然而,其热输入要求较大,其COP通常为0.5(单效)至1.0(双重效应)。对于相同的吨位容量,吸收式制冷机需要比蒸气压缩式冷水机更大的冷却塔。然而,从能源效率的角度来看,吸收式制冷机在廉价,高品位的热或废热容易获得的情况下表现优异。在极度晴朗的气候中,单效吸收循环使用水作为制冷剂和溴化锂作为吸收剂。这两种物质彼此之间的强烈亲和力使得循环起作用。整个过程发生在几乎完全的真空中。

溶液泵  :在吸收器壳体的底部收集稀释的溴化锂溶液(浓度为63%)。从这里,密封溶液泵将溶液移动通过壳管式热交换器进行预热。

发电机  :离开热交换器后,稀释液移入上壳体。该溶液围绕一束带有蒸汽或热水的管。蒸汽或热水将热量转移到稀释溴化锂溶液池中。溶液沸腾,将制冷剂蒸气向上送入冷凝器,留下浓缩的溴化锂。浓缩的溴化锂溶液向下移动到热交换器,在那里它被被泵送到发生器的弱溶液冷却。

冷凝器  :制冷剂蒸气通过除雾器迁移到冷凝器管束。制冷剂蒸汽在管上冷凝。热量通过管道内部移动的冷却水除去。当制冷剂冷凝时,它聚集在冷凝器底部的槽中。

蒸发器  :制冷剂液体从上壳体中的冷凝器向下移动到下壳体中的蒸发器,并喷洒在蒸发器管束上。由于下壳体[6 mm Hg(0.8 kPa)绝对压力]的极端真空度,制冷剂液体在约39°F(4°C)下沸腾,产生制冷剂效应。(这种真空是通过吸湿作用产生的 - 强烈的亲和力溴化锂已经在水中 - 在下面的吸收体中。)

吸收器  :当制冷剂蒸气从蒸发器迁移到吸收器时,来自发生器的强溴化锂溶液被喷射在吸收管束顶部。强烈的溴化锂溶液实际上将制冷剂蒸气吸入溶液中,在蒸发器中产生极端的真空。制冷剂蒸汽吸收到溴化锂溶液中也产生被冷却水除去的热量。现在稀释的溴化锂溶液聚集在下壳的底部,在那里它向下流到溶液泵。冷却循环现在完成,过程再次开始。

工业冷水机技术

工业冷水机组通常来自完整的,封闭式的闭环系统,包括冷凝器,冷凝器和带循环泵的泵站,膨胀阀,无流量关闭,内部冷水控制。内部水箱有助于保持冷水温度,并防止发生温度上升。闭环工业冷水机组在恒温恒压条件下再循环清洁冷却液或清水,以提高水冷机器和仪器的稳定性和再现性。水从冷却器流向应用的使用点并返回。如果入口和出口之间的水温差高,则将使用大型外部水箱来储存冷水。在这种情况下,冷冻水不会直接从冷水机到应用程序,而是进入作为一种“温度缓冲器”的外部水箱。冷水箱比内部水从外部罐到应用程序大得多,并且来自应用的返回热水回到外部罐而不是冷却器。

较不常见的开环工业冷水机通过不断地循环来控制开放式罐或油槽中的液体的温度。液体从罐中抽出,泵送通过冷却器回到罐中。在工业用水冷却器中使用水冷而不是空气冷却。在这种情况下,冷凝器不会用环境空气冷却热的制冷剂,而是使用由冷却塔冷却的水。这种发展允许能量需求降低超过15%,并且由于水基冷凝器的较小的表面积和不存在风扇,因此能够显着降低冷却器的尺寸。另外,没有风扇可以显着降低噪音水平。大多数工业制冷机使用制冷作为冷却介质,但有些则采用简单的技术,例如空气或水流过包含冷却剂的线圈来调节温度。水是过程冷却器中最常用的冷却剂,尽管经常使用冷却剂混合物(主要是具有冷却剂添加剂的水以增强散热)。[7]

工业冷水机选择

在寻找工业冷水机组时要考虑的重要规格包括总生命周期成本,电源,制冷机IP等级,冷却器冷却能力,蒸发器容量,蒸发器材料,蒸发器类型,冷凝器材料,冷凝器容量,环境温度,电机风扇类型,噪声水平,内部管道材料,压缩机数量,压缩机类型,冰箱回路数量,冷却液要求,流体排放温度和COP(RT中冷却能力与整个冷水机组消耗的能量之间的比例,KW) 。对于中型至大型冷水机组,其数值应在3.5至7.0之间,较高的值意味着更高的效率。冷水机组的效率通常以每制冷量千瓦(kW / RT)为单位。重要的过程泵规格包括工艺流程,过程压力,泵材料,弹性体和机械轴密封材料,电机电压,电机电气等级,电机IP等级和泵额定值。如果冷水温度低于-5℃,则需要使用特殊的泵来泵送高浓度的乙二醇。其他重要规格包括内部水箱尺寸和材料以及满载电流。在工业制冷机之间选择时应考虑的控制面板功能包括本地控制面板,遥控面板,故障指示灯,温度指示器和压力指示器。

其他功能包括应急报警,热气旁路,城市用水切换和脚轮。

可拆卸式冷水机组也可用于偏远地区的部署,而且条件可能炎热多尘。

制冷剂

蒸气压缩式冷水机内部使用制冷剂作为其工作流体。许多制冷剂选项可用; 当选择冷却器时,应用冷却温度要求和制冷剂的冷却特性需要匹配。要考虑的重要参数是工作温度和压力。有几个关于制冷剂的环境因素,也影响到冷冻机应用的未来可用性。这是间歇式应用中的关键考虑因素,一台大型冷水机可能持续25年以上。需要考虑制冷剂的臭氧消耗潜力(ODP)和全球变暖潜能值(GWP)。ODP和GWP数据用于一些更常见的蒸气压缩制冷剂(注意到许多这些制冷剂是高度易燃和/或有毒的):[9]


点击次数:  更新时间:2017-06-30 17:50:44