DD284081A5 - Verfahren zur abkuehlung eines fluids - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abkuehlung eines Fluids. Erfindungsgemaesz wird in der Weise verfahren, dasz einem Fluid Waerme durch indirekten Kontakt mit einer Fluessigkeit in einem Waermeaustauscher entzogen wird. Der Waermeaustauscher weist eine erste und eine zweite Flaeche auf, die in Waermetauschkontakt miteinander stehen. Die genannte Fluessigkeit laeszt man unter reduziertem Druck expandieren, um Dampf und Restfluessigkeit zu erhalten. Der Dampf wird kondensiert und in einer Absorptionsfluessigkeit absorbiert, deren Dampfdruck niedriger ist als der des Dampfes bei einer entsprechenden Temperatur. Die Restfluessigkeit wird dem Waermeaustauscher zurueckgefuehrt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Ausfuehrung des Verfahrens.{Abkuehlung; Fluid; Absorptionsfluessigkeit; Luftkonditionierungssystem; Waermeaustauscher; Expansionsgefaesz; Kondensator; Kuehlsystem; Kondensation, Wasserdampf; Waermeentzug}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abkühlung eines Fluids und eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kühlprozeß und eine entsprechende Vorrichtung, insbesondere eine Luftkonditionierungsvorrichtung und einen Prozeß zur Abkühlung von Flüssigkeit, die Luft-Feuchtigkeit und/oder Wärme entzieht.
Charakteristik de· bekannten Standes der Technik
Es ist bekannt, daß der Wasserdampfdruck über konzentrierten Wasser-Salz-Löcungen, wie etwa Kalziumchlorid, Lithiumchlorid oder Lithiumbromid od. dgl. und/oder deren Mischungen niedriger Ist als der des klaren Wassers bei entsprechender Temperatur, und daß diese Lösungen daher als wasserabsorbierende Flüssigkeiten verwendet werden können.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen und wirtschaftlichen Verfahrens zur Abkühlung eines Fluids, beispielsweise einer Absorptionsflüssigkeit, die zur Entfeuchtung und Abkühlung von Luft in einem Luftkonditionierungssystem eingesetzt ist.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, in der für die Abkühlung des Fluids der verschieden hohe Dampfdruck von Salzlösungen gegenüber Wasser bei gleichen Temperaturen ausgenutzt wird. Erfindungsgemäß wird für die Abkühlung eines Fluids, beispielsweise einer Absorptionsflüssigkeit, ein neuartiges Verfahren zur Verfügung gestellt, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß einem Fluid Wärme durch indirekten Kontakt mit einer Flüssigkeit in einem Wärmeaustauscher entzogen wird, welcher Wärmeaustauscher eine erste und eine zweite Fläche aufweist, die in Wärmetauschkontakt miteinander stehen;
man die genannte Flüssigkeit unter reduziertem Druck expandieren läßt, um Dampf und Restflüssigkeit zu erhalten; den genannten Dampf kondensiert und in einer Absorptionsflüssigkeit absorbiert, deren Dampfdruck niedriger ist als der des Dampfes bei einer entsprechenden Temperatur; und die Restflüssigkeit dem Wärmeaustauscher zurückgeführt wird.
Gemäß einem Aspekt de/ vorliegenden Erfindung läßt man einen zirkulierenden Wasserstrom, der Wärme aus einem . Wärmeaustauscher aufnimmt und abführt, in einem Expansionsgefäß unter reduziertem Druck expandieren. Dabei wird eine Wasserdampfmenge entsprechend dem Temperaturabfall, d. h. dem absoluten Druck, freigesetzt. Der durch Expansion in dem Expansionsgefäß freigesetzte Wasserdampf wird in einen Kondensator mit gekühlten Oberflächen gele.tet, die kontinuierlich
mit oiner wasserabsorblerenden konzentrierten Salzlösung benetzt werden. Wasserdampf wird von der Salzlösung absorbiert,oder er kondensiert In sie so lange wie der Wasserdampfdruck über der Salzlösung niedriger ist als der Druck des Dampfes, derdurch Expansion aus dem Expansionsgefäß frelgesetrt wird. Dadurch Ist es möglich, Wasserdampf in eine Salzlösung mit einer
Temperatur kondensieren zu lassen, die etwa 204C oder mehr über der Sättigungstemperatur, des Wasserdampfes liegt. Die vorliegende Erfindung nutzt damit den niedrigen Wasserdampfdruck über einer konzentrierten Salzlösung aus, wodurch
gesättigter Wasserdampf in eine Salzlösung absorbiert werden kann, deren Temperatur höher ist als die des absorbierten
Wasserdampfes. Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Kühlung von Flüssigkeit wie etwa einer Absorptionsflüssigkeit zur Verfügung gestellt, die zur Entfeuchtung und Abkühlung eines Gases wie etwa Luft In einer Luftkonditlonierungeanlage benutzt Die erfindungsgemäße Anordnung ist gekennzeichnet durch:
eine erste Anordnung für die Übertragung von Wärme aus dem Fluid in eine Flüssigkeit;
eine mit der genannten ersten Wärmeübertragungeanordnung verbundene Anordnung für die Freisetzung von Dampf aus der
Flüssigkeit;
eine mit der genannten Dampffreisetzungsanordnung verbundene Anordnung für die Kondensierung des Dampfes, wobei die
Kondenslerungsanordnung aus einer zweiten Anordnung für dan Wärmetransport besteht, die eine erste Kühlfläche für die Kondensierung und Absorbierung des genannten Dampfes in eine Absorptionsflüssigkeit auf der genannten ersten Kühlfläche
aufweist;
eine Anordnung zur Zirkulierung der genannten Flüssigkeit durch die genannte Dampffreisetzungsanordnung und die erste
Wärmetransportanordnung; und
eine Anordnung zur Aufrechterhaltung eines reduzierten Druckes In der genannten Dampffreisetzungsanordnung und über dergenannten Kühlfläche In der Kondensationsanordn jng.
Die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt unter Hinweis auf
die beiliegende Zeichnung, die eine schematische Ansicht eines Kühlsystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in der Zeichnung dargestellt, besteht das Kühlsystem aus einem Wärmeaustauscher 1, einem Expansionsgefäß 2, einem Kondensator 3 und einer Pumpe 4. Eine durch die Rohrleitung 6 fließende Flüssigkeit wird fm Wärmeaustauscher 1 durch
indirekten Kontakt mit einem zirkulierenden Wasserstrom abgekühlt, der Wärme aus der Flüssigkeit absorbiert. Die Flüssigkeitkönnte z. B. eine Absorptionsflüssigkeit sein, wie etwa konzentrierte Salzlösung, die in einem Wärmeaustauscher 1 abgekühltund danach dem Absorber 42 durch Rohrleitung 44 zugeführt wird und einem Luftstrom 46 In einem
Luftkonditionierungssystem mit Absorption durch direkten Kontakt Feuchtigkeit entzieht. Das Wasser wird dem Wärmeaustauscher durch Rohrleitung 6 zu· und über Rohrleitung 7 abgeführt. Das vom Wärmeaustauscher 1 ablaufende
erwärmte Wasser wird über eine Drucküberwachungsvorrichtung wie ein Begrenzungsventil 30 in das Expansionsgefäß 2geleitet, in dem der Druck niedrig, für die Freisetzung von Wasserdampf niedrig genug Ist. Die Verdampfung von Wassererfordert Wärme, die dem Wasser entzogen wird, wodurch dessen Temperatur sinkt. Eine Dampfmenge entsprechend dem
Temperaturabfall des Wassers wird freigesetzt. Der Dampf wird danach vom Expansionsgefäß 2 abgeführt und dem Kondensator 3 durch Rohrleitung 8 zugeführt. Das im Expansionsgefäß 2 zurückbleibende Wasser wird dem Wärmeaustauscher 1 vorzugsweise mittels Pumpe 4 über Rohrleitung 9 zurückgeführt. Da durch die Verdunstung Wasser
kontinuierlich verbraucht wird, wird zusätzlich Wasser bei Bedarf durch Rohrleitung 10 zugeführt. Die abgekühlte
Absorptionsflüssigkeit wird durch Rohrleitung 44 dim Absorber 42 zugeführt, worin sie einem Luftstrom 46 Feuchtigkeit
entzieht und denselben abkühlt. Die Absorptionsflüssigkeit wird dem Wärmeaustauscher 1 durch Rohrleitung 48 mittels
Pumpe 60 zurückgeführt. Mindestens ein Teil der Absorptionsflüssigkeit' ann in den Kondensator 3 durch Rohrleitung 52
geleitet werden.
Der Kondensator 3 umfaßt ein vorzugsweise vertikal gerichtetes, vorzugsweise rohrförmiges Wärmeaustauschelement 11 mit
einer Innenfläche 26 und einer Außenfläche :8, die von einem vorzugsweise koaxialen Gehäuse 12 umgeben ist. Ringförmige
Platten 20 und 21 sind zwischen der vertikaltin Gehäusewand 12 und der Außenfläche 28 des Wärmeaustauschelements 11 an
dessem oberen und unteren Ende angeordnet, wodurch ein geschlossener ringförmiger Raum 22 rund um das
Wärmeaustauschelement 11 gebildet wird. Das Gehäuse 12 ist mit einem Eintritt 13 ausgestattet, durch den der zu
kondensierende Dampf in den geschlossenen Raum 22 geleitet wird. Der Eintritt 14 ist vorzugsweise unterhalb und dicht an deroberen Platte 20 angeordnet, wodurch die Absorptionsflüssigkeit in den geschlossenen Raum 22 fließen kann. Der Eintritt 15 istinnerhalb des Gehäuses 12 über der oberen Platte zur Einführung von Kühlflüssigkeit angeordnet. Der Austritt 16, dervorzugsweise am oder dicht am Boden des geschlossenen Raumes 22 angeordnet ist, ermöglicht den Abzug von
Absorptionsflüssigkeit, die durch das Kondensat des darin absorbierten Wasserdampfes verdünnt wird. Der im Gehäuse 12 über
dem Austritt 16 angeordnete Austritt 19 ist mit dem geschlossenen Raum 22 verbunden und ermöglicht den Abzug von nichtkondensierten Gasen. Eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) kann an den Austritt 19 angeschlossen werden.
Das Gehäuse 12 ist ferner mit einem Lufteintritt 17 und einem Luftaustritt 18 vorzugsweise am oberen bzw. unteren Ende
ausgestattet. Ein Ventilator 24 begünstigt die Luftströmung durch den Innenraum 25 des Kondensators 3 entlang der
Innenfläche 26 des Wärmeaustauschelementes 11. Das obere Ende des rohrförmigen Wärmeaustauschelementes 11 erstreckt sich hinter die obere Platte 20, um einen ringförmigen Vorsprung 29 zu bilden, um den Überlauf von durch Eintritt 15 zugeführter Kühlflüssigkeit abwärts entlang der Innenfläche 26
des Wärmeaustauschelementes 11 in Form eines vorzugsweise gleichmäßigen dünnen Flüssigkeitsfilms zu begünstigen.
Eine ringförmige Platte 23 ist vorzugsweise in kurzem Abstand unterhalb der oberen ringförmigen Platte 20 angeordnet und
erstreckt sich von der Gehäusewand 12 hauptsächlich horizontal zur Außenfläche 28 des Wärmeaustauschelementes 11 hin undbildet dadurch eine runde Öffnung ringsum die Außenfläche 28 des Wärmeaustauschelementes 11, so daß die durch Eintritt 14in den geschlossenen Raum 22 eingegebene Absorptionsflüssigkeit veranlaßt wird, die Außenfläche 28 des
Wärmeaustauschelementes 11 abwärts zu fließen in der Form eines vorzugsweise gleichmäßigen dünnen Films. Das Gehäuse 12 ist daher mit einem Eintritt 13 für Wasserdampf, einem Eintritt 14 für Absorptionsflüssigkeit, einem Eintritt 15 für Kühlflüssigkeit, einem Austritt 16 für die durch Kondensat (Wasserdampf) verdünnte Absorptionsflüssigkeit und einem Lufteintritt 17 und oinem Lufteintritt 18 ausgestattet. Ein Austritt 19 ist für den Abzug von nicht kondensierten Gasen vorgesehen. Eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) kann an den Austritt 19 angeschlossen werden.
Der Im Expansionsgefäß 2 durch Expansion freigesetzte Wasserdampf wird über Rohrleitung 8 dem Eintritt 13 zugeführt. ExpanslonsgefBß 2 und Rohrleitung 8 sind mit dem geschlossenen Raum 22 ringsum die Außenfläche 28 des Wärmeauatauschelementea 11 verbunden. Durch Einführung von Wasserdampf in den geschlossenen Raum 22 wird der Wasserdampf In Kontakt mit der Absorptionsflüssigkeit gebracht, die durch einen oder mehrere Eintritte 14 eingegeben wird und entlang der Außenfläche 28 des Wärmeaustauschelementes 11 hinabfließt.
Die Innenfläche 28 des Wärmeaustauschelementes 11 wird durch eine Kühlflüssigkeit wie etwa Wasser abgekühlt, die durch einen oder mehrere Eintritte 15 eingegeben wird und abwärts vorzugsweise gleichmäßig über die Innenfläche 28 des Wärmeaustauschelementes 11 fließt. Der Luftstrom, der vorzugsweise Im Wärmeaustaufchelement 11 im Gegenstrom zum Wasser fließt, kühlt das Wasser durch Verdunstung ab. Das verdunstete Wasser wird zusammen mit der Luft durch den Austritt 18 abgezogen.
Der dem Kondensator 3 durch Eintritt 13 zugeführte Wasserdampf kondensiert auf der Außenfläche 28 des Wärmeaustauschelementes 11 und wird von dort als Kondensat zusammen mit der Absorptionsflüssigkeit durch Auetritt 16 entfernt. So lange Temperatur und Konzentration der Absorptionsflüssigkeit derartig sind, daß der Wasserdampfdruck über der Flüssigkeit niedriger ist als der des Wasserdampfes, wird der Wasserdampf von der Absorptionsflüssigkeit absorbiert. Die durch Kondonsation von Wasserdampf freigewordene Wärme wird von dem Wasser aufgenommen, das entlang der Innenfläche 26 des Wärmeaustauschelementes 11 hinabfließt und auf die durchfließende Luft übertragen.
Ausführungsbelsplel Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert. Beispiel Eine Flüssigkeit, z. B. eine Absorptionsflüssigkeit, die zur Entfeuchtung und Abkühlung von Luft in einem Luftkondltlonlerungesyetem eingesetzt ist, wird in einem Kühlsystem gemäß der vorliegenden Erfindung abgekühlt. Im Wärmeaustauscher 1 wird die Flüssigkeit von 35eC auf 18°C durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser abgekühlt, das dabei
von 150C auf 260C erwärmt wird. Das Wasser läßt man dann auf einen Druck expandieren, der einem Siedepunkt von 150Centspricht. Der freigesetzte Wasserdampf kondensiert und wird in eine konzentrierte Salzlösung absorbiert, deren Temperatur350C ist. Luft, deren Temperatur 30"C beträgt und die der Innenfläche 26 zugeführtes Wasser verdunsten läßt, wird durch das
Wärmeaustauschelement 11 gezogen. Eine verdünnte Salzlösung mit einer Temperatur von 650C wird durch den Austritt 16
abgezogen.
Die Absorptionsflüssigkeit, die durch Absorption von Wasserdampf verdünnt wurde, kann danach durch Verdunstung auf eine
als solche bekannte Welse zur Wiederverwendung regeneriert werden.
Bei der dargesteiften Ausführungsform umfaßt der Kondensator 3 nur ein rohrförmiges Wärmeaustauschelement 11, es Ist aber
klar, daß eine Vielzahl Wärmeaustauschelemente eingesetzt werden können, die rohr- oder plattenförmig ausgeführt seinkönnen. Das Innere des Wärmeaustauschelementes kann durch eine Flüssigkeit oder-wie oben beschrieben - durch eine
Flüssigkeit und ein Gas abgekühlt werden. Während die Erfindung hier in einer Ausführungsform beschrieben ist, die für die praktischste und bevorzugteste gehalten wird,
sollte es einem Fachmann einleuchten, daß sie sich im Rahmen der Erfindung vielfach abwandeln läßt, welcher Rahmen mit derbreitesten Auslegung der beigefügten Patentansprüche übereinstimmen soll, um sämtliche alternativen Konstruktionen und
Verfahren zu umfassen.

Claims (2)

1. Verfahren iur Abkühlung eines Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß einem Fluid Wärme durch indirekten Kontakt mit einer Flüssigkeit in einem Wärmeaustauscher entzogen wird, welcher Wärmeaustauscher eine erste und eine zweite Fläche aufweist, die in Wärmetauschkontakt miteinander stehen; man die genannte Flüssigkeit unter reduziertem Druck expandieren läßt, um Dampf und Restflüssigkeit zu erhalten; den genannten Dampf kondensiert und in einer Absorptionsflüssigkeit absorbiert, deren Dampfdruck niedriger ist als der des Dampfes bei einer entsprechenden Temperatur; und die Restflüssigkeit dem Wärmeaustauscher zurückgeführt wird.
2. Eine Anordnung zur Abkühlung eines Fluids, gekennzeichnet durch eine erste Anordnung (1) für die Übertragung von Wärme aus dem Fluid in eine Flüssigkeit; eine mit der genannten ersten Wärmeübertragungsanordnung (1) verbundene Anordnung (2) für die Freisetzung von Dampf aus der Flüssigkeit; eine mit der genannten Dampffreisetzungsanordnung (2) verbundene Anordnung (3) für die Kondensierung des Dampfes, wobei die Kondensierungsanordnung (3) aus einer zweiten Anordnung (11) für den Wärmetransport besteht, die eine erste Kühlfläche (28) für die Kondensierung und Absorbierung des genannten Dampfes in eine Absorptionsflüssigkeit auf der genannten ersten Kühlfläche (28) aufweist; eine Anordnung (4) zur Zirkulierung der genannten Flüssigkeit durch die genannte Dampffreisetzungsanordnung und die erste Wärmetransportanordnung; und eine Anordnung (2) zur Aufrechterhaltung eines reduzierten Druckes in der genannten Dampffreisetzungsanordnung und über der genannten Kühlfläche (28) in der Kondensationsanordnung (3).
DD89329505A 1988-06-13 1989-06-12 Verfahren zur abkuehlung eines fluids DD284081A5 (de)

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