Podstawowe obiegi chłodnicze CO2 - część 3.

Drukuj
Kategoria: Chłodnictwo
Opublikowano

Najbardziej zaawansowane pod względem technicznym układami pracującymi z CO2 są układy nadkrytyczne typu booster (rys. 1). W układzie takim mamy do czynienia ze sprężarką booster pracującą na potrzeby systemu niskotemperaturowego. Uzupełnianiem układu jest zawór upustowy (elektroniczny zawór rozprężny) zamontowany pomiędzy zbiornikiem cieczy a ssaniem sprężarki wysokotemperaturowej. Układy te posiadają największą wydajność i sprawność spośród systemów pracujących na dwutlenek węgla.

Układ może pracować zarówno w zakresie podkrytycznym (rys 2) jak i nadkrytycznym (rys 3)  w zależności od temperatur czynnika schładzającego gas cooler.
Rys.1 System nadkrytyczny booster CO2

Rys. 1  System nadkrytyczny booster CO2 (1)

Systemy podkrytyczne CO2 znalazły szerokie zastosowanie ze względu na łatwą możliwość kontroli ciśnienia CO2. Czynnik nie jest podgrzewany powyżej temperatury punktu krytycznego przez co jego ciśnienie nie jest wysokie i mogą być stosowane standardowe materiały wykorzystywane dotychczas przez producentów urządzeń chłodniczych - freonowych.

Gdy temperatury zewnętrzne są niższe od krytycznej dla CO2 schładzacz gazu opuszcza już skroplony CO2 (rys. 2) i schładzacz pracuje jako tradycyjny skraplacz a zawór rozprężny wysokiego ciśnienia pracuje jako regulator przechłodzenia.

Sprężarka wysokiego ciśnienia tłoczy CO2 do gas coolera (3-4). W okresach chłodniejszych gas cooler pracuje jako skraplacz (zazwyczaj dla temperatur zewnętrznych poniżej 30[oC]).

Po skropleniu czynnik chłodnicza wpływa do zbiornika, a stamtąd kierowany jest na zawory rozprężne systemu średnio i niskotemperaturowego. Po rozprężeniu i odebraniu ciepła od schładzanego powietrza, cieczy czy ciała stałego, CO2 jest zasysane przez sprężarki i kierowane na skraplacz następnie cały cykl zostaje powtórzony.

 Rys. 2. System booster CO2 w zakresie działania podkrytycznym

Rys. 2 System booster CO2 w zakresie działania podkrytycznym (1).


rys.3 System booster CO2 w zakresie działania nadkrytycznym

Rys. 3 System booster CO2 w zakresie działania nadkrytycznym (1)

W okresie letnim (rys 3) gas schładzany jest do ok. 32[oC] – 35 [oC] (przy temperaturze powietrza zewnętrznego 32 [oC]) i ciśnienia na wyjściu z gas coolera ok. 90 bar. Czynnik chłodniczy schładzany jest w gas coolerze (4-5) i przepływa do zaworu rozprężnego wysokiego ciśnienia. Tutaj następuje zdławienie CO2 do ciśnienia panującego w zbiorniku (ok. 30-32bar) przy jednoczesnym częściowym skropleniu CO2 (5-6). Zawór ustawiony jest w ten sposób aby system pracował przy maksymalnym COP, kontrolując ciśnienie i  temperaturę gazu na wyjściu z gas coolera. Jeżeli wymagana była by większa wydajność systemu (sprężarek) podniesione zostanie ciśnienie w gas coolerze (zawór rozprężny wysokiego ciśnienia tzw. ICMT zamknie się) jednak skutkiem niższego COP.

 W zbiorniku cieczy (w tym wypadku separatorze) następuje oddzielenie cieczy od gazu (9-7). Zawartość gazu w miksturze wynosi ok. 55% przepływu. Ciśnienie w zbiorniku kontrolowane jest przez zawór na obejściu (by-pass)

Ciekły czynnik chłodniczy przepływa do parowników (nisko i średniotemperaturowych 10-11 i 10-12),  a pary znad cieczy znajdującej się w zbiorniku przepływają na ssanie sprężarki plusowej (punkt 8). O ich przepływie decyduje elektroniczny zawór rozprężny utrzymujący odpowiednie ciśnienie w zbiorniku tak, aby układ mógł pracować w zakresie ciśnień zarezerwowanych dla systemów tradycyjnych (7-8).  Pary wchodzą na zawór (by-pass) przy ok. 30-35 [bar] (-5,5/0 [oC]) i wychodzą przy ok.26 barach (-10 [oC]). Zawór generalnie ma za zadanie utrzymywanie ciśnienia w zbiorniku i liniach cieczowych poniżej 40 [bar]. Pozwala to na zbudowanie tej części systemu jak układu tradycyjnego pracującego na freon (np. R404A). Ciśnienie takie zostało dobrane ze względu na koszty i na pracę elektronicznych zaworów rozprężnych na parownikach (30-35 [bar]).

Ciekły czynnik chłodniczy (11,12) zostaje rozprężony przez elektroniczne zawory rozprężne i odparowuje w parowaczach (1 i 3). Dla układu plusowego ciecz wchodzi na zwory rozprężne przy 30 [bar] (-5,5oC) i odparowuje przy 26 [bar] (-10 [oC]) z przegrzaniem rzędu 5-10 [K]. Układ minusowy zasilany jest cieczą o parametrach takich samych jak układ plusowy ale odparowanie jest przy 14 [bar] (-30oC). Przegrzanie również wynosi 5-10 [K]. Pary z układu minusowego zasysane są przez sprężarkę niskotemperaturową (1-2) przy temperaturze ok. -20 [oC], sprężane są do ok. 26 [bar] (35 [oC]). Po wyjściu ze sprężarki pary mieszają się z parami z układu plus i parami ze zbiornika i tłoczone na ssanie sprężarki plusowej. Aby nie doprowadzić do przegrzania sprężarki plusowej tłoczony gaz schładzany jest przez pary dopływające z parowników wysokotemperaturowych. Pary z systemu plus i minus mieszają się z parami gazu znad lustra cieczy w zbiorniku (8). Sprężarki plus zasysają pary o temperaturze ok. 26 [bar] przy 10 [oC] i sprężają je do 90 [bar] przy 130 [oC].     

Obok obiegu czynnika chłodniczego istnieje również obieg oleju w układzie chłodniczym. Układ wysoko ciśnieniowy jest wyposażony w odolejacz i zbiornik oleju. Takiej konieczności nie ma po stronie niskiego ciśnienia, ponieważ olej tłoczony jest wraz z czynnikiem przez sprężarki niskotemperaturowe na ssanie sprężarek wysokotemperaturowych. W odolejaczu (dzięki zmianie prędkości i kierunku przepływu mieszaniny oleju i CO2) olej zostaje oddzielony od czynnika chłodniczego. Olej gromadzi się na dnie odolejacza a czynnik chłodniczy na górnej jego części. Dzięki różnicy ciśnień gaz odpływa do zbiornika a olej pod ciśnieniem ok. 35 [bar] przepływa do zbiornika oleju. Ze zbiornika poprzez zawory elektroniczne po otrzymaniu sygnału od czujnika oleju zamontowanego na sprężarkach olej przepływa do karterów sprężarek. System booster poprawia powrót oleju do karterów sprężarek oraz zwiększa wydajność układów. 

Kilka słów na zakończenie.

Rozwój technologii chłodniczej wykorzystującej CO2 jako czynnik chłodniczy rozpoczął się w latach 90 dwudziestego wieku kiedy to Lorenzen wymyślił sposób regulacji ciśnienia w gas coolerze oraz sposób regulacji współczynnika wydajności chłodniczej.

<span ">W Polsce, ze względu na koszty inwestycyjne, na stosowanie CO2 decydują się tylko nieliczni inwestorzy a warunki klimatyczne Polski sprawiają, że nie ma ekonomicznego uzasadnienia stosowania takich systemów.    

Niska w porównaniu z systemami freonowymi wartość współczynnika TEWI wskazuje jednak na takie systemy, jako te, które będą wyznaczały kierunek rozwoju chłodnictwa ze względu na ochronę środowiska.

 

Literatura:


(1) materiały szkoleniowe Danfoss

Powered by Bullraider.com
Copyright 2011 Podstawowe obiegi chłodnicze CO2 - część 3..
Templates Joomla 1.7 by Wordpress themes free