Промислові чилери: принцип дії, види, застосування, вибір обладнання

Чилер – це холодильна промислова машина, серцем якої є охолоджуючий компресор (компресори). Чилер охолоджує рідину до заданої температури, опускаючи її в діапазоні від 3 до 8 °C. Охолоджена рідина (найчастіше вода або водний розчин гліколю) використовується для відведення надлишкового тепла, що виділяється під час роботи різних видів виробничого обладнання, охолодження сировини, застосовується в системах «чилер-фанкойл» у системах центрального кондиціювання.

Стандартний чилер складається з таких основних вузлів: конденсатора та випарника, що виконують функції теплообміну, компресора, терморегулюючого вентиля (ТРВ).

Випарник виконує функцію відводу тепла з охолоджуваної рідини. У ньому відбувається передача тепла від холодоносія до холодоагенту (фреону), який нагрівається і закипає, забираючи теплову енергію у холодоносія. Далі холодоагент у газоподібному стані потрапляє до компресора, де він стискається, внаслідок чого відбувається його нагрівання. Після цього нагрітий фреон подається до конденсатора, у якому він охолоджується внаслідок обдуву повітрям із оточуючого середовища, і потрапляє до осушувача, де видаляється зайва волога. Далі холодоагент подається до терморегулюючого клапану, що знижує тиск фреону, і відбувається його перехід до рідкого стану. Після цього цикл повторюється.

Види чилерів

За типом охолодження конденсатора чилери можна розділити на такі види:

• Моноблочні з повітряним охолодженням конденсатора. Всі основні елементи моноблочного чилера (компресор, випарник та конденсатор) змонтовані в одному корпусі, необхідно лише підвести трубопроводи з водою та кабель живлення. Такі машини мають порівняно компактні розміри, вони прості в експлуатації та монтажі. Чилери невеликої потужності можуть встановлюватися в приміщенні, але найпоширеніший спосіб встановлення таких машин – на вулиці просто неба.
• З виносним конденсатором повітряного охолодження. Це популярний тип промислових чилерів, що дозволяє охолоджувати безпосередньо воду без переходу на незамерзаючі розчини. Компресорний блок з теплообмінником встановлюється всередині будівлі в приміщенні, що обігрівається (котельня і т.д.). Конденсатор виноситься на вулицю, має менший шум, вагу і більш компактні габарити. Далі необхідно змонтувати фреонові магістралі, що з’єднують внутрішній та зовнішній блоки, підвести до внутрішнього блоку воду, а також підвести кабель живлення до внутрішнього та зовнішнього блоків.
• Чилери з водяним охолодженням конденсатора. Для охолодження конденсатора ці чилери використовують оборотну воду (або суміш води та гліколю), яка охолоджується градирнею або драйкулером. Великим плюсом таких машин є будь-яка відстань між внутрішнім блоком, встановленим у приміщенні, та зовнішнім блоком (градирня або драйкулер). Під час монтажу підбирається необхідна потужність насосів, що прокачують водяний контур між внутрішнім та зовнішнім блоками. Безперечною перевагою для промисловості цього виду чилерів є можливість у зимовий час переходити на повний фрикулінг при правильній гідравлічній обв’язці.
• Абсорбційні чилери. Цей вид промислових охолоджуючих машин функціонує за рахунок утилізації теплової енергії у вигляді пари (близько 200 °C), гарячої води (більше 80 °C) або тепла, що виділяється в процесі горіння. Холодоагентом є вода, яка охолоджується за рахунок застосування абсорбера – розчину броміду літію (LiBr), що відновлюється тепловою енергією. Застосовуються такі чилери на виробництвах, де є безкоштовне або відносно недороге джерело теплової енергії.

За типом компресора чилери поділяються на:

1. Чилери із поршневими компресорами.
2. Чилери зі спіральними компресорами.
3. Чилери з гвинтовими компресорами.
4. Чилери з відцентровими компресорами.

Сфери застосування

• Система “чилер-фанкойл”. Досить часто чилери використовується для централізованого кондиціонування будівель через систему фанкойлів (вентиляторні теплообмінники, до яких підведений тепло- або холодоносій для нагрівання або охолодження повітря). Застосування чилерів для підтримки комфортної температури всередині житлових та комерційних приміщень має низку переваг:
  • Можливість передачі охолодженої води до фанкойлів, розміщених на значній відстані від чилера.
  • Стабільна та комфортна підтримка необхідної температури (м’яке охолодження – немає перегріву або переохолодження повітря як у процесі випаровування фреону в системах VRF).
  • Можливість одночасного використання для охолодження декількох споживачів (кондиціювання повітря, охолодження вентиляції, охолодження обладнання).
  • Економія електроенергії у разі використання реверсних чилерів з функцією теплового насоса, що працюють як на охолодження, так і на обігрів. В цьому випадку для опалення чилер використовує тепло зовнішнього середовища, а електроспоживання у 2-5 разів нижче порівняно зі стандартними електричними нагрівачами (залежно від зовнішньої температури).
• Охолодження виробничих технологічних процесів. Якщо у процесі виробництва будь-якої продукції стоїть завдання охолодження обладнання чи сировини нижче температури навколишнього середовища, у таких випадках найчастіше застосовуються промислові чилери. Якщо необхідна температура охолоджуючої рідини вище температури навколишнього середовища, то у цих випадках частіше використовуються градирні.

Приклади застосування чилерів у промисловості

Сфера застосування	Охолоджуване середовище/продукція	Особливості
Молочна промисловість, виробництво морозива	Молоко, молочні та кисломолочні продукти: незбиране молоко, вершки, вершкове масло, кефір, сир, сметана, молочна сироватка, йогурти та ін.	Залежно від технології, молоко та молочні продукти охолоджуються до 4 °C та вище. При виробництві морозива багато технологічних процесів вимагають підтримки температури на рівні +4 °C і нижче.
Виноробство, коньячне виробництво	Вино, коньяк у процесі виробництва	Під час охолодження до точки замерзання продукту (близько -10 °C для вина та -25 °C для коньяку) відбувається стабілізація – відділення винного каменю, кристалічних помутнінь, винної кислоти.
Пиво-безалкогольна промисловість	Пиво, квас, мінеральні та газовані води в процесі виробництва	У процесі виробництва пиво або квас охолоджуються після бродіння і при пастеризації. Охолодження продукції перед розливом у тару.
Кондитерська та хлібобулочна промисловість	Шоколад, ірис, карамель, кондитерські начинки, тісто, закваски, вода	Чилери застосовуються для охолодження інгредієнтів для кондитерського та хлібобулочного виробництва, підтримання необхідних температурних режимів, охолодження технологічного обладнання.
Виробництво рослинного масла	Рослинне масло	Чилери використовуються в процесі депарафінізації – виморожування олії, під час чого відбувається зв’язування та видалення з нього восків та воскоподібних речовин. Крім того, на виробництві рослинна олія зберігається у великих резервуарах при температурі +4…+6 °C, що дозволяє зберігати її смакові якості протягом тривалого часу.
Виробництво ковбас	Варені та копчено-варені ковбаси, сосиски, вода	Після термічної обробки ковбасних виробів їх охолоджують з температури 65…80 °C до 5 °C методом душування (зрошення холодною водою) та туманного охолодження в спеціальних камерах. Крім того, холодна харчова вода додається у фарш.
Виробництво консервів	Автоклави	Після стерилізації для припинення негативної дії тепла консерви охолоджують до температури 25…30 °C шляхом подачі до автоклавів води температурою +4 °C та вище.
Переробка пластика, виготовлення виробів з пластику, видув ПЕТ тари	Прес-форми термопластавтоматів, ливарних та термоформувальних машин, екструдери, частини обладнання із замкнутим контуром, печі розігріву, гідравлічне масло, самі вироби	Прес-форми охолоджуються водою температурою 6…20 °C, яка подається в охолоджуючі канали. Залежно від типу виробництва та застосовуваних технологій, за допомогою чилерів можуть охолоджуватися різні технологічні процеси, обладнання та безпосередньо вироби.
Виробництво резинотехнічних виробів (РТВ)	Технологічне обладнання, самі РТВ	Залежно від типу виробництва та застосовуваних технологій, за допомогою чилерів можуть охолоджуватися різні технологічні процеси, обладнання та безпосередньо РТВ.
Хімічна, лакофарбова, фармацевтична, косметична промисловість	Бісерні млини, реактори, електроліти, інше технологічне обладнання	Залежно від типу виробництва та застосовуваних технологій, за допомогою чилерів можуть охолоджуватися різні технологічні процеси та обладнання, що має сорочки охолодження.
Поліграфічна промисловість	Друкарські вали, зволожуючі склади, люмінесцентні лампи	Під час виробництва друкованої продукції за допомогою чилерів проводиться терморегулювання процесу висихання та запікання фарб, охолодження валів обладнання та зволожуючих розчинів офсетних верстатів.
Металобробка	Мастильно-охолоджувальна рідина (МОР), гідравліка верстатів	Мастильно-охолоджувальна рідина під час роботи верстата повинна підтримуватись у заданому діапазоні температур. Гідравлічне обладнання охолоджується оливою, температура якої також може регулюватися чилерами.
Металургія	Печі, прес-форми, кондиціонування	Залежно від типу виробництва, багато печей та прес-форм оснащені охолоджувальними каналами, в які подається вода температурою 15 °C і вище. Крім того, на металургійних виробництвах широко використовуються чилери для систем кондиціювання повітря в цехах.

Вибір чилерів

Для правильного та максимально точного підбору промислового холодильного обладнання необхідно дати відповіді на такі питання:

• Сфера застосування чилера, опис технологічного процесу, об’єкт охолодження, продукція, що виготовляється, виробничі потужності.
• Чи використовується на підприємстві якась система охолодження на даний момент? Як і за допомогою якого обладнання виконується охолодження? Використовується оборотна чи проточна вода, чи виконується водопідготовка?
• Вимоги до охолоджуючої рідини: щільність, питома теплоємність, витрата, початкова та кінцева температура.
• Документація до охолоджуваного обладнання. У ній мають бути зазначені вимоги до охолоджувачів.
• Чи планується система з відкритим або закритим контуром?
• Характеристики приміщення, де планується встановлення чилера: розміри, опалення, вентиляція, температура влітку та взимку, наявність вікон тощо.

Загальні правила при виборі промислового холодильного обладнання:

• Застосування чилерів доцільне за робочих температур теплоносія від -30 до +25 °C. При температурі вище +25 °C доцільно використовувати «мокрі» (відкриті) та «сухі» (із закритим контуром) градирні.
• Від температури зовнішнього середовища та необхідної (отримуваної) температури рідини на виході з чилера безпосередньо залежить його холодопродуктивність. Чим вища температура навколишнього середовища і чим нижча температура рідини на виході, тим більша необхідна холодопродуктивність чилера і навпаки. Коректність цієї інформації при розрахунку потужності чилера може суттєво вплинути на його вартість.
• Максимальна різниця температур, яку забезпечує чилер, становить 3-8 °C. У випадку, якщо необхідна різниця ∆T більша за 8 °C, потрібно застосовувати спеціальне виконання чилера або додаткове обладнання – проміжна ємність, проміжний теплообмінник та ін.