DE1601019B2 - Absorptionskälteanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Absorptionskälteanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Anlage ist z. B. aus der US-PS 22 002 bekannt. Bei dieser Anlage schaltet die mit dem Flüssigkeitsstandsmesser im Verdampfersumpf verbundene Steuereinrichtung die Kältemittelpumpe während des Betriebs unterhalb eines vorgegebenen Kältemittelstandes ab, um ein Trockenlaufen der Kältemittelpumpe zu verhindern. Eine gezielte Steuerung der Konzentration der Absorptionsmittellösung während des Betriebs der Anlage ist in diesem Zusammenhang nicht gegeben.

Zusätzlich weist die bekannte Anlage eine weitere Steuereinrichtung auf, die nach einem Stillsetzen der Anlage die Kältemittelpumpe und die Pumpe für schwache Absorptionslösung mit Hilfe von Verzögerungsmitteln für eine bestimmte Zeit weiter eingeschaltet hält. Damit soll die schwache Absorptionslösung gleichmäßig im Leitungssystem des Absorptionsmittelkreises verteilt werden, um eine Kristallisation starker Lösung zu verhindern. Verhindert hingegen ist hierbei nicht, daß die Konzentration auf einen unnötig niedrigen Wert herabsinkt, so daß beim erneuten Anfahren der Anlage sehr viel Energie verbraucht wird, um die Anlage in den gewünschten Betriebszustand zu bringen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Absorptionskälteanlage zu schaffen, bei der auf einfache Weise ohne besonderen zusätzlichen Aufwand eine Steuerung der Konzentration der Absorptionsmittellösung erhalten werden kann. Insbesondere soll beim.

ίο Stillsetzen der Anlage die Konzentration der Absorptionsmittellösung gesteuert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst, wobei eine für die Konzentrationssteuerung nach dem Abschalten der Anlage besonders vorteilhafte Weiterbildung der Absorptionskälteanlage im Anspruch 2 angegeben ist.

Erfindungsgemäß wird also in einfacher Weise die Konzentration der Absorptionsmittellösung dadurch gesteuert, daß abhängig vom Flüssigkeitsstand im Verdampfersumpf ein Ventil betätigt wird, über das das Kältemittel vom Kältemittelkreislauf in den Absorptionsmittelkreislauf zurückgeführt wird. Der Flüssigkeitsstand im Verdampfersumpf ist dabei ein Maß für die Konzentration der Arbeitsmittellösung.

Nach den DT-PS 9 66 026 und 9 63 434 ist es zwar an sich bekannt, zu Beginn des Betriebs einer Absorptionskälteanlage Kühlmittel, in diesem Falle Wasser, das im Verdampfer gekühlt wird, zu sammeln und nach dem Stillsetzen der Anlage über ein Ventil in die die starke Lösung führende Leitung einzuleiten, um eine Verdünnung der Absorptionsmittellösung zu erzielen, doch wird in diesem Fall nach dem Stillsetzen der Anlage die Arbeitsmittellösung nicht mehr weiter mit Hilfe der Pumpen umgewälzt, so daß nicht schnell genug die Konzentration der Arbeitsmittellösung an jedem Punkt der Anlage herabgesetzt wird und sich somit Kristalle bilden. Auch hier wird die Konzentration der Absorptionsmittellösung nicht gezielt gesteuert.

Weitere Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise erläutert wird. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Absorptions-Kälteanlage mit der erfindungsgemäßen Konzentrationssteuerung und

F i g. 2 ein Schaltbild für die in F i g. 1 gezeigte Absorptions-Kälteanlage.

Bei der erfindungsgemäßen Absorptions-Kälteanlage werden vorzugsweise Wasser als Kältemittel und eine Lithium-Bromid-Lösung als Absorptionsmittel verwendet. Es können aber auch andere Kälte- und Absorptionsmittel benutzt werden. Der Ausdruck »starke Lösung« bezieht sich auf eine konzentrierte Lithium-Bromid-Lösung, die ein starkes Absorptionsvermögen aufweist; der Ausdruck »schwache Lösung« bezieht sich auf eine verdünnte Lithium-Bromid-Lösung, die ein geringes Absorptionsvermögen hat.

In F i g. 1 ist eine Absorptionskälteanlage mit einem Austreiber 10, einem Kondensator 11, einem Verdampfer 12 und einem Absorber 13 gezeigt, die miteinander verbunden sind und die Kühlung bewirken. Der Verdampfer und der Absorber sind vorzugsweise in einer zylinderförmigen Kammer 33 untergebracht.

Der Austreiber 10 enthält eine Kammer 15, in der mehrere Flammrohre 16 zur Erhitzung der dem Austreiber zugeführten schwachen Lösung angeordnet sind. In die Rohre 16 strömt über Gasdüsen 17 ein

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brennendes Gas-Luftgemisch ein. Eine Dampf-Steigleitung 18 verbindet den Austreiber tO mit einem Abscheider 20.

An Stelle des unmittelbar beheizten Austreibers 10 kann auch ein Austreiber verwendet werden, der durch Dampf oder Heißwasser beheizt wird. In diesem Fall wird der Austreiber vorzugsweise gemeinsam mit dem Kondensator 11 in einer einzigen Kammer untergebracht.

Im Austreiber 10 wird die schwache Lösung erhitzt, damit das Kältemittel ausdampft und infolgedessen die schwache Lösung eine höhere Konzentration annimmt. Über die Dampf-Steigleitung 18 steigt ein Gemisch aus konzentrierter Absorptionslösung und Kühlmittelblasen nach oben in den Abscheider 20. Die Ausgleichslei- *5 tung 21, die das untere Ende des Austreibers 10 mit dem Abscheider 20 verbindet, dient unter bestimmten Umständen als Rückführleitung und stabilisiert die Austreibung des Kältemittels.

Der Kondensator 11, der in der gleichen Kammer wie der Abscheider 20 untergebracht sein kann, besteht aus mehreren Wärmetauschrohren 23. Ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, wird durch die Kondensatorrohre 23 geführt. Kältemitteldampf, der sich von der Absorptionslösung im Abscheider 20 getrennt hat, strömt über Austrittsbleche 22 in den Kondensator 11. Hier wird der Kältemitteldampf durch das die Rohre 23 durchfließende Kühlmittel in Flüssigkeit umgewandelt. Das flüssige Kältemittel verläßt den Kondensator 11 über die Kondensatleitung 24. Sprühdüsen 25 im Verdämpfer 12 verteilen das Kältemittel über Verdampferrohre 30.

Im Verdampfer 12 sind die Rohre 30 in einem Rohrbündel angeordnet, das in einem Abschnitt der Kammer 33 liegt. Das zu kühlende Wärmetauschmittel, beispielsweise Wasser, wird durch die Rohre 30 geführt und gibt die mitgeführte Wärme an das über die Außenfläche der Rohre fließende Kältemittel ab. Die Wärme wird von dem zu kühlenden Wasser an das Kältemittel übergeben, wodurch das Wasser in den Rohren 30 gekühlt und das Kältemittel an den Außenflächen der Rohre in Dampf übergeführt wird. Das dampfförmige Kältemittel strömt vom Verdampfer 12 in den Absorber 13 und führt die Wärme, die von den durch die Rohre 30 fließenden Wasser abgegeben wurde, mit sich. Das gekühlte Wasser kann dem Kühlmittelverbraucher am gewünschten Ort zugeführt werden. Um das Kühlmittel von den Sprühdüsen 25 zum Rohrbündel in dem Verdampfer zu lenken, sind Schaufeln 32 vorgesehen. Im Dampfweg zwischen Absorber 13 und Verdampfer 12 können Austrittsbleche 39 vorgesehen sein.

Die Kammer 33 bildet unterhalb der Verdampferrohre 30 einen Kältemittelsumpf 34, in dem nicht verdampftes, flüssiges Kältemittel aufgenommen wird, das von den unteren Reihen der Rohre 30 heruntertropft. Eine Rückführleitung 35 entnimmt dem Sumpf 34 Kältemittel, das durch eine Kältemittelpumpe 36 über eine Leitung 37 Düsen 38 zugeführt wird, wo es erneut über das obere Ende des Rohrbündels in den Verdampfer ausgesprüht wird.

Die vom unteren Abschnitt des Abscheiders 20 entnommene starke Lösung ließt über eine Leitung 40 in einen Wärmetauscher 41, wo sie mit der in den Austreiber strömenden schwachen Lösung Wärme austauscht. Die starke Lösung verläßt den Wärmetauscher 41 über eine Leitug 42 und wird durch Sprühdüsen 52 über längs verlaufende Absorberrohre 46 verteilt, so daß die Absorberrohre benetzt werden. Ein Kühlmittel, beispielsweise Kaltwasser, wird durch die Rohre 46 geleitet, um die auf deren Außenflächen aufgesprühte Absorptionslösung zu kühlen.

Das Rohrbündel im Absorber 13 ist seitlich und unten von einer Trennwand 47 umgeben. Der untere Teil der Trennwand 47 bildet einen Sumpf 48, der aus dem Absorber eine schwache Lösung in die Auslaßleitung 55 und die Leitung 71 abgibt. Die Auslaßleitung 55 führt zum Auslaß 56.

Das flüssige Kältemittel im Sumpf 34 und die schwache Lösung im Sumpf 50 haben unterschiedliche Temperaturen. Um sie körperlich und thermisch voneinander zu trennen, ist der Boden der Kammer 33 mit einer in Längsrichtung verlaufenden, aufrechten Trennwand 58 versehen. Zwischen der Trennwand 58 und dem unteren Abschnitt der Trennwand 47 ist ein Leitblech 75 dichtend angeordnet, um den Verdampfer 12 vom Absorber 13 vollständig zu trennen.

Eine Säuberungsleitung 57 führt nahe dem unteren Abschnitt des Rohrbündels in den Absorber 13. Die Leitung 57 steht mit einer Reinigungsvorrichtung (nicht gezeigt) in Verbindung.

Die Absorptionslösung wird vom Absorber 13 über den Auslaß 56 und die Leitung 65 abgesaugt. Die schwache Lösung wird durch eine Pumpe 66 über die Leitung 67, den Wärmetauscher 41 und die Leitung 69 der Ausgleichsleitung 21 und von dort dem Austreiber 10 zugeführt, wo sie erneut konzentriert wird. Falls erwünscht, kann ein Teil der von der Pumpe 66 geförderten schwachen Lösung über eine Rückführleitung 72 befördert werden, um mit der konzentrierten Absorptionslösung in der Leitung 42 vermischt und über die Sprühdüsen 52 ausgegeben zu werden. Ein Ventil 70 in der Leitung 72 bestimmt die Durchflußmenge der schwachen Lösung durch die Rückführleitung 72.

Die zwischen der Ausgleichsleitung 21 und dem Sumpf 48 verlaufende Leitung 71 sorgt während des Betriebs der Anlage für einen geeigneten Flüssigkeitsspiegel im Austreiber 10.

Zur Steuerung der Konzentration der Absorptionslösung in der Anlage und zur Verhinderung einer unzulässig hohen Konzentration ist eine Verbindungsleitung 78 zwischen der Kältemittel-Rückführleitung 37 und der Leitung 65 für die schwache Lösung vorgesehen. Durch ein Ventil 79, das vorzugsweise durch ein Solenoid 80 betätigt wird, wird die Leitung 78 geöffnet oder verschlossen, wie weiter unten beschreiben wird. Das Ventil 79 wird durch Pegelschalter 81, 82 gesteuert, die iij Abhängigkeit vom Stand des flüssigen Kältemittels im Verdampfersumpf 34 in Tätigkeit treten.

Gemäß F i g. 2 ist der Motor 84 der Kältemittelpumpe 36 über Kontakte 85 an Leitungen Ll, L2, 13 angeschlossen. Die Leitungen Ll, L2, L3 führen zu einer mehrphasigen Stromquelle. Es kann auch eine einphasige Stromquelle verwendet werden, wenn die Schaltung entsprechend abgeändert wird. Der Motor 86 der Pumpe 66 für die Lösung ist über Kontakte 87 an die Leitungen Ll, L2, L3 angeschlossen.

Die Primärwicklung eines Abwärtstransformators 88 ist an die Leitungen Ll, L2 angeschlossen. Mit der Sekundärwicklung 89 des Transformators 88 liegen ein Startschalter 90, einer oder mehrere Sicherheitsschalter 91, ein Stoppschalter 92 und ein Steuerrelais 93 in Reihe. Die Sicherheitsschalter 91 können beispielsweise aus Übertemperatur-Wächtern, Überlast-Steuereinrichtungen od. dgl. bestehen, die bei einem vorgegebenen Fehler den Erregerkreis des Steuerrelais 93 unter-

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brechen und die Anlage abschalten.

Die Betätigungsspule 94 für die Kontakte 85 des Motors für die Kältemittelpumpe ist in Reihe mit den Sicherheitsschaltern 91 und dem Startschalter 90 an die Transformatorwicklung 89 angeschlossen. In gleicher Weise ist die Betätigungsspule für die Kontakte 87 des Motors der Lösungspumpe in Reihe mit dem Sicherheitsschalter 91 und dem Startschalter 90 an die Transformatorwicklung 89 angeschlossen. Bei Erregung schließen die Spulen 94 und 95 die Kontakte 85 bzw. 87, um den Erregerkreis für die Pumpenmotoren 84 bzw. 86 zu schließen.

Das Solenoid 80 für das Ventil 79 ist in Reihe mit einem normalerweise geschlossenen Steuerrelaisschalter 96, dem Schalter 82, der den Flüssigkeitsspiegel abfühlt, den Sicherheitsschaltern 91 und dem Startschalter

90 mit der Transformatorwicklung 89 verbunden. Parallel zu den Schaltern 82, % liegen der normalerweise geöffnete Steuerrelaisschalter 97 und der Schalter 81, dessen Schaltstellung von der Höhe der Flüssigkeit abhängig ist.

Ein Steuerrelaisschalter 98 liegt parallel zum Startschalter 90. In gleicher Weise liegt ein Schalter 99, der von der Konzentrationssteuerung 100 betätigt wird, parallel zum Startschalter 90. Die Konzentrationssteuerung 100, die ein Temperatur-Meßgerät sein kann, fühlt die Temperatur der starken Lösung ab. Vorzugsweise wird der Fühler 100' der Konzentrationssteuerung 100 an der Leitung 40 befestigt.

Beim Schließen des Startschalters 90 wird über die Sicherheitsschalter 91 und den normalerweise geschlossenen Stopschalter 92 ein Erregerkreis für das Steuerrelais 93 geschlossen. Beim Schließen des Startschalters 90 wird weiterhin über die Sicherheitsschalter

91 ein Erregerkreis für die Betätigungsspulen 94 und 95 geschlossen, die die Kontakte 85 bzw. 87 schließen, so daß die Motoren 84 bzw. 86 erregt werden. Das Steuerrelais 93 schließt die Relaisschalter 97, 98 und öffnet den Schalter 96. Durch das Schließen des Schalters 98 wird der Startschalter 90 überbrückt. Beim Schließen des Startschalters 90 wird auch über einen Steuerkreis (nicht gezeigt) der Austreiber 10 in Betrieb gesetzt.

Wenn der Stopschalter 92 geöffnet wird, wird der Austreiber 10 abgeschaltet. Der Erregerkreis für das Steuerrelais 93 wird unterbrochen. Bei Entregung des Relais 93 öffnen sich die Schalter 97, 98, und der Schalter 96 schließt sich. Durch das Öffnen des Schalters 98 wird der Erregerkreis für die Betätigungsspulen 94, 95 unterbrochen, und die Motoren 84 und 86 werden abgeschaltet, wenn nicht, wie weiter unten beschreiben, der Steuerschalter 99 geschlossen ist.

Wenn einer der Sicherheitsschalter 91 geöffnet wird, wodurch eine bestimmte Störung der Anlage angezeigt wird, so wird der Schaltkreis für das Steuerrelais 93 und die Betätigungsspulen 94,95 unterbrochen, wodurch ein weiterer Betrieb der Anlage verhindert ist.

Während des Betriebs der Anlage hält das Steuerrelais 93 den Schalter 96 in der geöffneten und den Schalter 97 in der geschlossenen Schaltlage. In der geschlossenen Lage des Schalters 97 kann der Pegelschalter 81 über das Solenoid 80 des Ventils 79 die Durchflußmenge des Kältemittels in der Verbindungsleitung 78 in Abhängigkeit von Flüssigkeitsstandänderungen des Kältemittels im Sumpf 34 des Verdampfers steuern. Die Steuertätigkeit des Steuerschalters 82 ist zu dieser Zeit durch den Schalter 96 verhindert.

Die Pegelschalter 81, 82 sind im Verdampfersumpf 34 angeordnet und tasten die Flüssigkeitsmenge des Kältemittels im Sumpf 34 ab. Die Menge flüssigen Kältemittels im Verdampfersumpf 34 ist proportional der Konzentration der Lösung in der Anlage. Wenn die Kältemittelmenge im Sumpf 34 anwächst, steigt die durchschnittliche Konzentration des Absorptionsmittels in der Anlage an. Wenn der Flüssigkeitspegel im Sumpf 34 über den vorgegebenen Schaltwert des Pegelschalters 81 anwächst, schließt der Schalter 81 und erregt dadurch über den Steuerrelaisschalter 98, die

ίο Sicherheitsschalter 91 und den Steuerrelaisschalter 97 das Solenoid 80. Bei Erregung des Solenoids 80 wird das Ventil 79 geöffnet, so daß ein Teil des von der Pumpe 36 geförderten Kältemittels über die Verbindungsleitung 78 in die Leitung 65 und von dort zur Ansaug- seite der Pumpe 66 geführt wird. Durch Einleitung des flüssigen Kältemittels über die Leitung 78 in die den Absorber 13 verlassende Lösung wird die Absorptionslösung wirksam verdünnt.

Beim Abschalten der Anlage werden das Steuerrelais 93 entregt und der Schalter 97 geöffnet, wodurch der Pegelschalter 81 unwirksam wird. Bei Entregung des Relais 93 wird der Schalter % geschlossen, so daß der Pegelschalter 82 die Betätigungs des Solenoids 80 steuern kann, wie nunmehr beschrieben wird.

Der Pegelschalter 82 ist unterhalb des Schalters 81 angeordnet und auf einen vorgegebenen Pegelwert eingestellt, der die beim Abschalten der Anlage erwünschte Lösungskonzentration erbringt. Da beim Abschalten der Anlage im allgemeinen eine Lösungskonzentration bevorzugt wird, die niedriger als die während des Betriebs der Anlage zugelassene ist, liegt der Pegel, bei dem der Schalter 82 anspricht, niedriger als der Pegel, auf den der Schalter 81 eingestellt ist.

Die Temperaturmeßvorrichtung 100' mißt die Temperaturen der starken Lösung in der Leitung 40. Wenn die Temperaturen der starken Lösung über einen vorgegebenen Minimalwert anwachsen, schließt der Steuerschalter 99.
Zum Abschalten der Anlage wird der Stopschalter 92 geöffnet, so daß das Steuerrelais 93 entregt wird, das seinerseits die Relaisschalter 97, 98 öffnet und den Schalter 96 schließt. Gleichzeitig wird beim öffnen des Schalters 97 der Austreiber 10 abgeschaltet. Wenn der Schalter 99 geschlossen ist, bleiben die Erregerkreise für die Betätigungsspulen 94, 95 über den Schalter 99 und die Sicherheitsschalter 91 erregt, und sowohl die Kältemittel- als auch die Lösungspumpe 36 und 66 bleiben in Betrieb. Wegen des nach dem Abschalten des Austreibers 10 fortgesetzten Antriebs der Pumpen 36, 66 werden sowohl Kälte- als auch Absorptionsmittel durch die Anlage gefördert und die Konzentration der Lösung herabgesetzt. Es erfolgt eine entsprechende Temperaturerniedrigung der durch die Leitung 40 strömenden Lösung. Wenn die Temperatur der Lösung in der Leitung 40 unter die vorgegebene Temperatur fällt, auf die die Steuereinrichtung 100 eingestellt ist, wird der Schalter 99 geöffnet, so daß der Erregerkreis für die Betätigungsspulen 94, 95 unterbrochen und sowohl die Kältemittel- als auch die Lösungspumpe 36 und 66 abgeschaltet werden.

Wenn der Stopschalter 92 geöffnet wird, wird das Steuerrelais 93 entregt und der Schalter % geschlossen. Wenn der Schalter 99 der Steuereinrichtung 100 geschlossen ist, bleiben die Kältemittel- und Lösungspum- ^5 pen 36 und 66 unter der Kontrolle des Schalters 99 in Betrieb, wie oben beschrieben ist. Wenn der Kältemittelpegel im Verdampfersumpf 34 über dem vorgegebenen Spiegel, bei dem der Schalter 82 anspricht, liegt,

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schließt der Schalter 82, um über den Schalter 99, die Sicherheitsschalter 91, den Schalter 82 und den Steuerrelaisschalter % eine Erregerschleife für das Solenoid 80. des Ventils 79 zu schließen. Das Lolenoid 80 öffnet das Ventil 79, so daß ein Teil des die Pumpe 36 verlassenden Kältemittels über die Verbindungsleitung 78 in die Leitung 65 strömt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

16 Ol 019 Patentansprüche:

1. Absorptionskälteanlage mit einem Austreiber, einem Kondensator, einem einen Kältemittelsumpf aufweisenden Verdampfer, einem Absorber, einer Kältemittelpumpe zwischen Kältemittelsumpf und Verdampfer, einer Pumpe für schwache Absorptionslösung zwischen Absorber und Austreiber und einem Flüssigkeitsstandsmesser im Verdampfersumpf, der mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abgabeseite der Kältemittelpumpe (36) und Ansaugseite der Pumpe (66) für schwache Absorptionslösung eine Verbindungsleitung (78) vorgesehen ist, in die ein steuerbares Ventil (79) geschaltet ist, das mit der Steuereinrichtung verbunden ist und von dieser geöffnet wird, wenn der vom Flüssigkeitsstandsmesser (Pegelschalter 81, 82) gemessene Kältemittelstand einen vorgegebenen Wert überschreitet.

2. Absorptionskälteanlage nach Anspruch 1 mit einer weiteren Steuereinrichtung, die bei einem Stillsetzen der Anlage die Kältemittelpumpe und die Pumpe für schwache Absorptionslösung eingeschaltet hält, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Temperaturfühler (100') aufweist, der die Temperatur der starken Absorptionsmittellösung mißt und dessen Ansprechen auf eine Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Wertes die beiden Pumpen (36, 66) eingeschaltet hält, wobei bei Stillsetzen der Anlage das steuerbare Ventil (79) von der dem Flüssigkeitsstandmesser (81, 82) zugeordneten Steuereinrichtung geöffnet wird, wenn der Kältemittelstand im Verdampfersumpf einen vorgegebenen Wert überschreitet, der unterhalb des bei Betrieb der Anlage vorgegebenen Wertes liegt.