Чиллер для генератора озона: расчёт по производительности

Чиллер для генератора озона рассчитывают по электрической мощности генератора: почти вся она в разрядной ячейке превращается в тепло и уходит в охлаждающую воду. Калькулятор считает мощность по производительности по озону и удельному расходу энергии для кислорода или осушенного воздуха, а затем холодопроизводительность с запасом и расход воды.

Откуда берётся тепло

• Разрядная ячейка. Озон получают в коронном или барьерном разряде, и на сам синтез уходит малая доля энергии: остальное нагревает электроды и газ, и это тепло снимает вода в рубашке ячейки.
• Питающий газ. На кислороде генератор тратит на килограмм озона заметно меньше энергии, чем на осушенном воздухе, поэтому при той же производительности тепла меньше.
• Источник питания. Высоковольтный преобразователь тоже греется; если он охлаждается водой из того же контура, его потери входят в общую нагрузку.

Калькулятор принимает, что в воду уходит 90 % электрической мощности генератора.

Формула

P = n × G × e / 1000

Q = P × 0,9 × (1 + k)

V = Q / (1,163 × Δt)

• P — электрическая мощность генераторов, кВт; n — число генераторов; G — производительность одного генератора по озону, г/ч.
• e — удельный расход энергии, кВт·ч на килограмм озона; 1000 — перевод граммов в килограммы.
• 0,9 — доля мощности, уходящая в охлаждающую воду; k — запас по холодопроизводительности, доля.
• V — расход воды, м³/ч; Δt — нагрев воды в генераторе, принят 5 °C; 1,163 — теплоёмкость воды, кВт·ч/(м³·°C).

Если в паспорте генератора указана потребляемая мощность, точнее подставить её: она уже учитывает концентрацию озона и режим. Энергия на получение кислорода или осушку воздуха в таблицу не входит — концентратор и осушитель охлаждаются своим воздухом. Расход воды и мощность при известном перепаде можно пересчитать в расчёте мощности по расходу и перепаду температур.

Пример расчёта

Один генератор производительностью 1200 г/ч работает на кислороде, вода 15 °C, запас 15 %.

1. Мощность генератора: P = 1 × 1200 × 10 / 1000 = 12,0 кВт.
2. Тепло в воду: 12,0 × 0,9 = 10,8 кВт.
3. С запасом: Q = 10,8 × 1,15 = 12,42 кВт, округлённо 12,4 кВт.
4. Расход воды: V = 12,42 / (1,163 × 5) = 2,14 м³/ч.

Типовые ошибки

• Охлаждать водопроводной водой летом. Летом вода в сети теплеет до 20 °C и выше, озон в ячейке распадается, и генератор недодаёт производительность; сравнение затрат на проточную воду и чиллер — в расчёте «проточная вода или чиллер».
• Считать по мощности для кислорода при работе на воздухе. На осушенном воздухе энергии на килограмм озона уходит почти вдвое больше, и чиллер, подобранный по кислородной цифре, не снимет тепло.
• Заливать в контур жёсткую воду. Накипь в тонких каналах рубашки ухудшает теплообмен, и электроды перегреваются при нормальной температуре на выходе чиллера; требования к воде — в справочнике о воде для чиллера.
• Работать без защиты по протоку. Без воды тонкостенные трубки перегреваются за секунды и трескаются; генератор блокируют по реле протока и температуре воды на выходе, а насос чиллера не отключают раньше генератора.

Озон часто применяют в водоподготовке аквариумов и океанариумов, где чиллер охлаждает и саму воду, — задача о чиллере для аквариума.