DE1751375A1 - Mehrstufen-Absorptionskaelteverfahren und Mehrstufen-Absorptionskaelteanlage - Google Patents

Description

ZUSTELLPNGSANSCHHIPT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TKI.. 367428 UND .18*113

TBLBGB. NEGEDAPATKNT HAMBUHG

CARRIER CORPORATION München is mozahtsth. 23

Carrier Parkway, τ«..»».,»«,».-

TBLKGR. NEGEDAPATENT MfTNCHBN

Syracuse, New York/USA

Hamburg, den 17. Mai 1968

Mehrstufen-Absorptionskälteverfahren und Mehrstufen-Absorptionskälteanlage

Eine zweistufige Absorptionskälteanlage besitzt einen Primär-absorber, einen Primär-Verdampfer, einen Generator (Austreiber) der Hochdruckstufe, einen Generator der Niederdruckstufe, ein Kondensationsteil der Hochdruckstufe

und einen Kondensator der Niederdruckstufe, die so |

miteinander in Verbindung stehen, daß eine Kältewirkung

erzielt wird.

Die Hochdruckstufe v/ird nachfolgend kurz mit HD bezeichnet? entsprechend erhalten Anlagenteile der Hochdruckstufe die Vorbuchstaben HD, wie z.B. HD-Generator. Die Niederdruckstufe wird nachfolgend kurz mit ND bezeichnet; entsprechend erhalten Anlagenteile der ITiederdruckatufe die Vorbuchstaben IJD, wie z. B. ND-Generator·

00993W0588

~ 2 —

Eine oder mehrere zusätzliche Hilfsabsorberstufen werden in die Leitung für arme Lösung zwischen dem HD-Generator und dem Primär-Absorter eingebaut. Weiterhin werden eine oder mehrere zusätzliche Hilfsverdampferstufen in der Leitung für angereicherte Lösung zwischen dem HD-Generator und dem ND-Generator sowie eine oder mehrere Hilfsverdampferstufen in der Leitung für reiche Losung zwischen dem ND-Generator und dem Primär-Absorber vorgesehen. Die Hilfsverdampferstufen sind mit den Hilfsabsorberstufen jeweils entsprechend der Stufenzahl durch eine oder mehrere Kältemitteldampfleitungen verbunden, um die Äbsorptionslösung, die den Generator verläßt, gleichzeitig anzureichern und zu kühlen, während ebenfalls gleichzeitig die zu den Generatoren strömende, arme Lösung aufgeheizt und verdünnt wird. Bin HD-Ekonomiser dient zur Verdampfung eines Teiles des im HD-Kondensator verflüssigten Kältemittels, um dadurch das übrige Kältemittel zu kühlen. Der entstehende Kältemitteldamp-f wird dem oder einem der Hilfsabsorber zugeleitet, um die darin befindliche Lösung weiter zu verdünnen und abzukühlen. Ein ND-Ekonomiser dient zur Verdampfung eines Teiles des im Mi-Kondensator verflüssigten Kältemittels, um dadurch das übrige Kältemittel zu kühlen. Der entstehende Kältemitteldampf wird einem anderen Hilfsabsorber mit dem Ziel zugeleitet, die arme Lösung zu kühlen und zu verdünnen.

Die Erfindung bezieht sich auf mehrstufige Absorptionskälteverfahren und entsprechende Anlagen, bei denen der Wärmeinhalt

00983A/058a

des im HD-G-enerator erzeugten Dampfes wieder verwendet νΐΐτά, um die Absorptionslösung im ND-Generator weiter zu konzentrieren.

Ss ist hinreichend bekannt, daß mit zweistufigen Verfahren, im Vergleich zu konventionellen Absorptions-Kreisprozessen, ein hoher Y/irkungsgrad zu erzielen ist. Die "bisher bekannten Zweistufen-Kreisprozesse machen jedoch hohe lösungstemperaturen und hohe Konzentrationen des Absorptionsmittel | im HD-Generator erforderlich, wenn man eine lohnenswerte Steigerung des \7irkungsgrades·erreichen will. Hohe Lösungstemperaturen und -konzentrationen rufen bei z. Bo Verwendung einer Lithiumbromid-Absorptionslösung eine nennenswert beschleunigte Korrosion der Metallteile hervor, so daß zweistufige Verfahren bzw. entsprechende Anlagen bisher teure Werkstoffe erforderlich machten, u·:.· iiesem Problem au begegnen. Han hat daher zu niedrigeren G-eneratortemperaturen und

niedrigeren Konzentrationen der Absorptionslösung Zuflucht ^

genommen, um die,durch Korrosion auftretenden Probleme zu verringern, mußte damit aber eine größere erforderliche ,,'ärmeaustauschfläche und einen geringeren Y/irkungsgrad in Kauf nehmen, so daß der Vorteil der zweistufigen Verfahren gegenüber den konventionellen, einstufigen Verfahren - von wenigen Ausnahmen abgesehen - aufgehoben wurde.

Die bisher bekannten zweistufigen Absorptionskälteverfahren litten zudem unter den hohen Kosten der erforderlichen, stark angewachsenen Wärmeaustauschflächen. Diese Y/änneaustaußcher

009834/0588

mußten, verglichen mit den konventionellen Verfahren "bzw. Anlagen, aus dem Grund so groß ausgeführt v/erden, weil die zu übertragende Wärmemenge "bei ihnen größer ist, und der hohe wirkungsgrad des Kreisprozesses eben von den Wärmeaustauschern abhing, die vorgesehen wurden, um eine möglichst gute Annäherung der Temperaturen zu erzielen.

Die bisher bekannten zweistufigen Systeme haben daher nicht nur unter einem niedrigeren als dem Optimalwirkungsgrad, sondern außerdem unter den erheblich vergrößerten Investitionskosten gelitten, welche aus der notwendigen, außerordentlich großen Yfärmeaustauschflache resultierten, die wiederum zur Erzielung eines zufriedenstellenden Wirkungsgrades erforderlich war.

Die Erfindung bezieht sich auf zwei- oder auch mehrstufige Absorptionskälteverfahren und entsprechende Anlagen, mit denen der theoretisch erreichbare Wirkungsgrad erzielt werden kann, ohne daß weder die Lösungskonzentrationen herabgesetzt, noch daß hohe 'J-eneratortemperaturen oder eine große konventionelle Vlirrjeaustau schf lache vorgesehen werden müssen.

Die Srfinduiii- besieht sich auf zweistufige - oder auch mehrstufige - --.bücrptionskälteanlagen mit einem zusätzlichen I'Zälteaittel-Hili'uver'ianpfer in der Yerbindun^sleitung für rcicr,·= Losung arischen lern ND-Jenerator und dem Primär- -■^öörisr J.v.-r·=·!- -Cltcii-ittel-Kilf3verdcmipfer Gesteht

00SS34/0538 _ ₅_

BAD ORIGINAL COPY

zweckmäßigerweise aua zwei oder mehr hintereinander geschalteten Hilfsverdampferstufen, und dient zur gleichzeitigen Konzejitr ation und__KUhlung__der^ reichen Iosung, nachdem diese den ITD-Generator verlassen hat. Außerdem wird in der Verbindungsleitung für arme Lösung zwischen dem Primär-Absorber und dem HD-Generator ein zusätzlicher Hilfsabsorber vorgesehen. Der im Hilfsverdampfer erzeugte Kältemitteldampf v/ird in der zum HD-Generator strömenden, armen Lösung absorbiert, so daß die arme Lösung gleichzeitig verdünnt und vorgeheizt wird. Die Aufheizung und Verdünnung der armen Lösung hat einen verringerten Bedarf an dem HD-Gr -erator zuzuführender Wärme und eine niedrigere erforderliche Generatortemperatur zur Polge, da mehr Kältemitteldampf bei einer niedrigeren Temperatur aus der . · verdünnten Lösung' ausdampft, als es anderenfalls im Generator erforderlich wäre. Der ND-HiIfsabsorber besteht zweckmäßigerweise aus zwei oder mehr hintereinander gesohalteten Stufen mit einem stufenweise abfallenden Höhenniveau und entsprechend ansteigendem Druck, wobei jede Stufe mit der ihr entsprechenden Druckstufe der zwei oder mehr KD-Hilfsverd.'impfer verbunden ist. Die HD-HiIf averdampf er werden zweckraäßigerweiao ebenfalls von Stufe zu Stufe mit unterschiedlichem Hohormiveau angeordnet. Sie nind mit U-Rohron verbunden. Dadurch v/ird dio reiche Absorptionslöaung konstruiert, während uio zum Srimär-Absorber utromt.

BAD ORIGINAL

Kurzbesohreibung der Zeichnung

Sie Zeichnung stellt als Beispiel einen schematisehen Querschnitt durch eine zweistufige Absorptionskälteanlage in einer Ausführung dar, wie sie einer bevorzugten Ausfuhrung dieser Erfindung zugrundeliegt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform In der Zeiohnung ist eine mehrstufige Absorptionskälteanlage für ein zweistufiges Verfahren von der Art dargestellt, daß beispielsweise als Kältemittel Wasser und als Absorptionsmittel beispielsweise eine wässerige Lösung eines hygroskopischen Satzes, wie z. B. Lithiumbromid, benutzt

wird· Der Lösung können zahlreiche Zusätze beigegeben werden, z. B, 2-Äthylhexanol zur Verbesserung des Wärme-Überganges urid -Lithiumhydroxyd zur Verhinderung der Korrosion. Die Bezeichnung einer Lösung als "arm" bezieht auf eine Lösung, die arm an absorbiertem Salz und Absorptionskraft ist» entsprechend wird eine Lösung als "reich" bezeichnet, wenn sie reich an absorbiertem Salz und an Absorptionskraft ist.

Das zweistufige Absorptionskälteverfahren enthält oinen HD-Uenerator 7, einen NlMJenerator 8 mit einein HU-Konderisationatoil 83, einen MD-Kondensator i)_f β in on ifriaür-Abaorber 11 und einen Primär-Verdampfer 10.

Pvimiir-Verdiißipfar 10 und Prirailr-Abaorbor 11 sind, aweok-•ji^#ii3ir;er'-vi>i.:j« innerhalb einen NU-üehüuaea 16 ungeordnat.

00983W0588

r 7 -

Innerharb dieses Gehäuses 16 "bilden ein innerer Teil 12 die Primär-A]dsorberkammer und ein innerer Teil 13 die Primär-.Verdampferkammer. Zahlreiche Röhren 14 zum Wärmeaustausch sind

~~" irinerh&To der~"Fr iinär-Verdämp f ei1cämnrer"~t5~ wige oiräirenrjr~

flüssiges Medium, wie z. B. v/asser, abzukühlen. Zahlreiche Röhren 15 zum 7färmeaustausch sind innerhalb der Primär-Absorberkammer 12 angeordnet, um ein Kühlmedium, wie z.B. Wasser, einem geeigneten Kühler, z. B. einem konventionellen Kühlturm, zuzuführen.

• Das flüssige Kältemittel wird, gut verteilt über die Verdampferröhren 14 geleitet und verdampft dort, wobei es das flüssige Kühlgut, welches durch die Verdampferrohre strömt, kühlt. Das unverdampfte, flüssige Kältemittel gelangt aus dem Sumpf des Sammelbehälters 13 mit Hilfe einer VerdampferRücklauf pumpe 17 durch die Rücklaufleitung 18 und wird schließlich wieder über die Verdampferröhren 14 geleitet.

Über die Absorberröhren 15 wird kalte, konzentrierte, reiche Absorptionslösung geleitet, wodurch das durchströmende Llediun

-—infoige Wärmeauσtausch gekühlt wird. Der Teil der Absorptions-

lösung, der sich im äumpf des Behälters sammelt, wird mit Hilfe einer Absorber-Rücklaufpumpe 19 durch die Rücklaufleitung zurückgeführt und wieder über die Absorberröhren 15 geleitet« Beide Pumpen 17 und 19 können durch einen einzigen Elektromotor 21 angetrieben werden. ■

4/0588 GOPY ]

§AD ORIGINAL ^ö "

ν.

Die Absorptionslösung im Primär-Absorber 11 wird durch Absorption von Kältemitteldampf verdünnt, der aus dem Primär-Verdampfer 10 stammt. Aus dem Sumpf des Teiles 12, also aus dem ID-G-ehäuse 16, gelangt kalte, mäßig arme Absorptionslösung durch die Leitung 25 in die erste Stufe eines ED-HiIfsabsorbers. Von dort aus gelangt diese Lösung in die zweite otufe 28, die dritte Stufe 29 und die vierte Stufe 30 des IiD-HiIfsabsorbers. Jede dieser Stufen kann

™ grundsätzlich gleich aufgebaut sein und enthält zweckmäßigerweise einen" oder besser noch mehrere Lochböden 31 zur Flüssigkeitsverteilung, um die Flüssigkeit kaskadenartig von Boden zu Boden durch jede Stufe leiten zu können. Eine Yerbindungsleitung 32 führt die Lösung von der ersten Stufe 27 zur zweiten Stufe 28. Entsprechende Verbindungen sind zwischen den nachfolgenden Stufen vorgesehen. Eine Kältemitteldampfleitung 33 ermöglicht es dem Kältemitteldampf, in der ersten Stufe 27 absorbiert zu werden. Entsprechende

)) Dampfeinlaßleitungen 34, 35 Und 36 leiten Kältemitteldampf in die jeweils folgende ND-HiIfsabsorberstufe.

Eine Pumpe 40 für arme FD-Lösung pumpt warme, arme Lösung von der letzten Stufe 30 des ED-Hilfsabsorbers duroh eine Leitung 41 für arme Lösung zur ersten Stufe 50 eines HD-Hilfsabsorbers. Die erste Stufe 50 des HD-HiIfsabaorfeerö kann konstruktiv ähnlich aufgebaut sein wie die erste Steife 27 des KD-HlIfsabsorbers. Sie besitzt eine KältenÜttelÄw^f- / leitung 51, die dem Kältemitteldampf ermöglich, in der

' 00983W0588

Absorptionslösung der druckmäßig zugeordneten Absorptionsstufe' absorbiert zu v/erden. Sine Yerbindungsleitung 52 leitet die Lösung von der ersten Stufe 50 zu einer zweiten Stufe 53 des HD-HiIfsabsorbers. Die zweite Stufe 53 besitzt ebenfalls eine Kältemittel-Dampfleitung 54, die dem Kältemitteldampf eine Absorption in der lösung der druekmäßig zugeordneten Absorptionsstufe -möglich macht. Die so entstehende sehr arme, sehr warme Absorptionslösung wird durch eine leitung 55 und eine Pumpe 60 für sehr arme Lösung in den ä

HD-G-enerator 7 gefördert, um dort konzentriert zu werden<> Die Pumpen 40 und 60 können durch einen gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden.

Der HD-G-enerator 7 beinhaltet die Generator-Wärmeaustau sehrohr en 65* welche Dampf führen und mit der vorbeiströmenden ■ Absorptionslösung Wärme austauschen. Es können auch andere Heizmittel vorgesehen werden? alternativ läßt sich der G-enerator beispielsv/eise direkt mit Gas befeuern. Die g

Absorptionslösung im Generator 7 v/ird erhitzt, um Kältemittel zu verdampfen und die Lösung zu konzentrieren. Vom HD-Generator 7 fließt heiße, angereicherte Absorptionslösung durch das Schwimmerventil 66 zn eine Leitung 70 für angereicherte Lösung und danach zur ersten Stufe 71 eines HD-HiIfaverdampfers.

Stuia 7t kann etwa aus einem Hohlkörper bestehen, in ■ welchem*41e eingespeist© üösmng ao gegen die Wsmdungen geleitet wlrd_r daß keim ?iüselgkeitstropfen. in die Dampfaus-IwMtQi.tang gelaugssu Sie KäWemltteldaiapfleltang 54 esöet iin

Dampfraum innerhalb der HD-HiIfsverdampferstufe 71· Diese Leitung führt Kältemitteldampf, v/elcher in der ersten Stufe des ED-HiIfsverdampfers erzeugt wurde, zur.letzten Stufe 53 des HD-HiIfsab sorbers»·

Von der ersten Stufe 71 des HD-HiIf sv.erdampf er s gelangt angereicherte Lösung über ein Heberrohr 74 und die Leitung zur zweiten Stufe 78 des ED-HiIfsverdampfers, welche b konstruktiv ähnlich wie die erste Stufe 71 ausgeführt ?;erden kann. Eine Kältemitteldampfleitung 51 führt den Kältemitteldampf von der zweiten Stufe 7ß des HD-HiIfsverdampfers zur ersten Stufe 50 des HD-HiIfsabsorbers.

In den Stufen des HD-HiIfsverdampfers verdampft Kältemitteldampf aus der angereicherten Lösung; gleichzeitig wird die heiße, angereicherte Lösung konzentriert und gekühlt, um eine ringereicher te Lösung mittlerer Temperatur und Konzentration zu erhalten. Die konzentrierte, angereicherte Lösung strömt

durch eine Leitung 79 und ein Heberrohr 80 in den MD-Generator 8.

Die verschiedenen Heberrohre, wie z. B. 74 und 80, fceeitzen eine derartige VertikalerStreckung, daß der Flüssigkeitsspiegel der Lösung des Schenkels, der zur nächsten Stufe mit niedrigerem Druck führt, den Niveauunterschied der lösung und die Druckdifferenz zu der vorhergehenden Stufe höheren Druckes ausgleicht, um eine Dampfströmung zwischen den Stufen zu verhindern.

009834/qStl

ψλ^: ■ . ' .^tV·.-. ;

Dei? BD-G-enerator 8 besteht aus einer G-enerator-Kondensatorjjlinheit. Sr ist mit einem Röhren-Wärmeaustauscher 83 bestückt, der den HD-Kondensatorteil bildet. Der im.HD-Generator 7 gebildete heiße Kältemitteldampf strömt durch die HD-Kältemitteldampf leitung 67 und den Röhren-Wärmeaustauscher 83, um die Lösung im KD-Generator zu erhitzen, wobei der Dampf ■ ■ innerhalb der Röhren des Wärmeaustauschers 83 kondensiert. Der im HD-Generator entstehende Kältemitteldampf gelangt λ

durch die Leitung 84 für ED-Kältemitteldampf zum BD-Kondensator ■9. Die im FD-Generator 8 erzeugte reiche Absorptionslösung gelangt durch das Heberrohr 86 und die Leitung 8? zur ersten Stufe 90 eines ED-HiIfsverdampfers. Das in den HD-Kondensatorröhren 83 kondensierte Kältemittel gelangt durch die Dampfklappe 96 zum HD-Kondensator 9«

Die erste Stufe 90 kann ebenso wie die folgenden Stufen des BD-HiIfsverdampfers ähnlich wie die erste Stufe 71 des

HD-HiIfsverdämpfers gestaltet werden. Die Kältemittel-Dampf- ' leitung 36 beginnt in der letzten Stufe 30 des ED-HiIfsabsorbers und endet im Dampfraum der ersten Stufe 90 des ED-HiIfsverdampfers, um den in der ersten Stufe 90 entstehenden Kältemitteldampf zur letzten Stufe 30 zu führen. Die reiche ÄbsorptiQnslösung strömt von der ersten Stufe 90 des ED-HiIfsverdampfers über das Heberrohr 89 in die zweite Stufe 92, in welcher weiteres Kältemittel aus der Lösung verdampft.

Danach gelangt die Lösung in die nachfolgenden Stufen 93 und 94, wo eine noch weiter© Verdampfung von Kältemittel stattfindet·!

009834/0588

- 12 -

Die zweite Stufe 92 des ID-Hilfsverdampfe^s "besitzt eine Dampfleitung 35 zur dritten Stufe 29 des IH)-HiIfsabsorbers. Entsprechende Verbindungen bestehen zwischen der dritten Stufe 95 bzw. vierten Stufe 94 mit der zweiten Stufe 28 bzw, der ersten Stufe 27 durch die Kältemitteldampfleitungen 34 bzw. 33.

Die konzentrierte, reiche Absorptionslösung gelangt von der letzten Stufe 94 durch ein Heberrohr in die Leitung " und wird von dort aus verteilt über den Absorber-Röhrenwärmeaustauscher 15 des Primär-Absorbers 11 geleitet.

Der ND-Kältemitteldampf strömt aus der ÜTD-Kältemitteldampfleitung 84 in den HD-Kondensator 9, wo er durch Wärmeaustausch mit einem geeigneten Kühlmittel, welches durch die Röhren des Kondensator-7/ärmeaustauschers 97 strömt, verflüssigt wird. Das Kühlmittel entzieht dem ED-Kondensator Wärme und führt diese an einem geeigneten Ort, wie etwa einem Kühlturm, aus dem System ab. Außerdem strömt flüssiges Kältemittel unter hohem Druck durch die Leitung 85 in den ND-Kondensator 9 und verdampft dort teilweise durch Entspannung, wobei es den übrigen Rest gleichzeitig kühlt, indem es im HD-Kondensator verteilt wird. Der verbleibende Dampf wird im Kondensator 9 wieder verflüssigt.

Das kondensierte Kältemittel gelangt vom KD-Kondensator 9 durch eine Drosselstelle 98 in die KD-Kältemittelleittmg 99 .' und wird von dort aus möglichst gut verteilt Über den

009834/0588

Röhren-Y/ärmeaustauscher 13 des Primär-Yerdampfers 10 geleitet.

Es ist empfehlenswert, in die HD-Kältemittelleitung einen HD-Kältemittelekonomiser 100 einzubauen. Dieser Ekonomiser TOO kann einen Behälter enthalten, der
konstruktiv ähnlich oder gleich aufgebaut ist wie diejenigen in den Hilfsverdampferstufen. Ein Teil des

flüssigen Kältemittels, das durch den HD-Kältemittel- g

ekonomiser strömt, verdampft und kühlt dabei die restliche Kältemittelflüssigkeit. Der im HD-Kältemittelekonomiser entstandene Kältemitteldampf gelangt durch die Kältemitteldampfleitung 102 in die Kältemitteldampfleitung und wird in der ersten Stufe 50 des HD-HiIfsabsorbers ab- . · sorbiert. Auf diese Weise wird die warme Kältemittelflüssigkeit aus dem HD-Kondensator gekühlt, bevor sie zum Primär-Absorber gelangt, und der im HD-Ekonomiser entstandene Kältemitteldampf wird in der armen lösung

absorbiert, wobei er diese gleichzeitig aufheizt und verdünnt. Die gekühlte HD-Kältemittelflüssigkeit strömt durch eine Drosselstelle 101 zumHD-Kondensator 9. Die Dampfklappe 96 und die Einschnürung 101 umfassen die- Druckzone des HD-Kältemlttelekonomisers 100, welche zv/ischen dem Druck im HD-Kondensator 8 und dem KD-Kondensator 9 liegt*

ES" ist weiterhin empfehlenswert, einen HD-Kältemittel-

009834/0580 _1/t

- H

ekonomiser 110 in die HD-Leitung 99 für flüssiges HD-Kältemittel einzubauen. Der ID-Kältemittelekonomiser 110 ist konstruktiv ähnlich oder gleich aufgebaut wie der Ekonomiser 100. Der im Ekonomiser 110 erzeugte Dampf strömt durch die Dampfleitungen 112 und 33 in die erste Stufe 27 des ED-Hilfsabsorbers. D'ie Drosselstellen 111 und 98 für HD-Kältemittel sind in der Einlauf- und Yerteileitung angebracht und mit dem HD-Kältemittelekonomiser· 110 verbunden, um eine Druckzone abzugrenzen, welche zwischen den Drücken im ED-Kondensator 9 und im Primär-Verdampfer 10 liegt. Ein Teil des flüssigen 1H)-Kältemittels verdampft im ED-Kältemittelekonomiser 110 und kühlt dabei das übrige Kältemittel, bevor dieses möglichst gut verteilt auf den Eöhren-Y/ärmeaustauscher 14 des Primär-Verdampfers geleitet wird. Der so entstehende Kältemitteldampf wird absorbiert, wobei er die kalte, angereicherte Lösung der ersten Stufe 27 im HD-HiIfsabsorber verdünnt und aufheizt.

Während des Betriebes steigen die Drücke der in Reihe, geschalteten Stufen 27, 28, 29 und 30 des ED-HiIfsabsorbers allählich in Strömungsrichtung der Lösung an, und damit auch vom Primär-Absorber 11 zum HD-HiIfsabsorber und schließlich zum HD-Generator 7. Die ITD-HiIfsabsorberstufen bilden Zonen langsam steigenden Druckes zwischen dem Druck im Primär-Absorber 11 und der ersten Stufe 50 dea HD-HiIfsabsorbers .

Dementsprechend ist der Druck in der zweiten Stufe 53 des HD-Hilfsabaorbera größer als der Druck in dessen ersten

009334/0888

. - 15 -

Stufe 50. Beide in Heihe geschalteten Stufen verursachen einen allmählichen Druckanstieg zwischen dem Druck in der letzten Stufe 30 des ND-HiIfsabsorbers und dem HD-Generator 7, und zwar in Strömungsrichtung der Lösung vom Primär-Absorber 11 zum HD-Generator 7.

Ein typischer Betriebsfall läge ζ. Bo dann vor, wenn angereicherte (60$), kalte (41,1 ⁰C) Absorptionslösung aus dem Primär-Absorber 11 allmählich in den Stufen des HD-HiIfsabsorbers durch Absorption von Kältemitteldampf derart verdünnt g und erhitzt wird, daß durch den HD-HiIfsabsorber warme (68,9 ⁰C), arme (58,8 $). Lösung strömt. Diese warme, arme Lösung wird allmählich/weiter verdünnt und erhitzt, indem sie beim Durchlauf durch die Stufen des HD-HiIfsabsorbers Kältemitteldampf absorbiert, so daß beim Eintritt in den HD-Generator 7 eine sehr warme (118,3 ⁰C), sehr arme (56,7 7°) Absorx:>tionslösung vorliegt.

Die Kältemittelmenge, die durch kochende, arme Lösung im

HD-Generator bei einerbestimmten Temperatur erstellt werden kann, ist erheblich angewachsen, da die durchströmende Lösung nur sehr y/enig gelöstes Salz enthält. Bei Anwendung der Erfindung ist-mithin eine niedrige Generatortemperatur zu erzielen. Außerdem ist eine sehr arme Lösung hinsichtlich der Korrosionsgefahr für die Metallteile des HD-Generators viel weniger aggresiv-, als dies bei reicherer Lösung und gleichem Temperaturniveau der Fall ist. Weiterhin ist es wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Hilfsabsorber bei Übernahme

00983 4/0588

- 16 -

sowohl einer Verdünnungs- als auch einer Heizfunktion diese Vorteile ermöglichen, ohne teure Y/ärmeaustauscheroberf lachen zu benötigen und somit einen "bedeutsamen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber den konventionellen Wärmeaustauschern aufweisen.

Die heiße (307 ⁰F entsprechend 152,8 ⁰C), mittelmäßig angereicherte (58,7 ^c/o) Absorptionslösung aus dem HD-Generator wird "bei ihrem Durchgang durch die IID-Hilf averdampf er durch die dort stattfindende Verdampfung von Kältemittel weiter konzentriert. Ss wächst aber nicht nur die Konzentration der Lösung an, sondern gleichzeitig wird deren Temperatur herabgesetzt, so daß nur mäßig heiße (220 ⁰P entsprechend 104,4 ⁰C), aber konzentrierte (60,7 r>) angereicherte Lösung in den ED-Generator gelangt.

Im ITD-G-enerator wird die Absorptionslösung durch Verdampfung von Kältemittel weiter gekühlt und konzentriert.

Die mäßig kalte (190 ⁰I¹ entsprechend 87,8 ⁰C), reiche (63,3 #) Lösung wird durch die hintereinander geschalteten Stufen des ND-HiIfsverdampfers zum Primär-Absorber geleitet. Im ND-HiIfsverdampfer wird weiterer Kältemitteldampf aus der reichen Lösung ausgedampft. Dabei wird die Lösung durch die Verdampfung von Kältemittel weiter gekühlt, und die kalte (145 ⁰P entsprechend 62,8 ⁰C), konzentrierte, reiche (64,5 $>) lösung Wird zum Primär-Absorber geführt, um dort Kältemitteldampf zu , absorbieren.

009834/0588

Die Verwendung von Hilfsverdampfern zur Konzentrierung der " angereicherten und der reichen Lösung bietet gegenüber den konventionellen Verfahren ganz erhebliche Vorteile.

Erstens dienen die Hilfsverdanipfer zur Konzentrierung der angereicherten und der lachen Lösung, so daß hohe ' Konzentrat ionen und eine hohe G-eneratortemperatur nicht erforderlich sind, um eine in den Absorber eintretende ' " . ' Absorptionslösung normaler Konzentration zu erzielen. Diese \ Konzentrierung des Absorptionsmittels macht eine nennenswerte Verkleinerung der erforderlichen Absorber-'Järmeaustauschfläche möglich, da bei gegebener ',Yärme aus tauschfläche ein niedrigerer Absorber-Dampfdruck erzielt wird.

Zweitens kühlen die Hilfsverdampfer die Lösung, indem sie Kältemittel aus ihr verdampfen und machen somit konventionelle ¥ärmeaustauscher überflüssig.

Drittens erzeugen die Hilfaverdampfer Kältemitteldampf, um ^ die zum HD-G-enerator strömende Lösung aufzuheizen und zu verdünnen, und ermöglichen damit, daß die Lösung bei einer gegenüber konventionellen Verfahren verhältnismäßig niedrigen !Temperatur kocht«

ist ersichtlich, daß der beschriebene Kreisprozeß alle Vorteils oiats konventionellen Zweistufen-Absorptionsverfahrene in bemerkenswert verbesserter Weiae aufweist.

000934/0688

- 18 -

Insbesondere kann die Temperatur im HD-Generator gegenüber vergleichbaren konventionellen Verfahren erheblich herabgesetzt werden, weil einmal die Absorptionslösung verdünnt wird, bevor sie in den Generator gelangt, und zum anderen konzentriert wird, bevor sie in den ITD-Generator geführt wird. In ähnlicher './eise wird die aus dem ND-Generator strömende, reiche Lösung weiter konzentriert, um eine größere Absorptionskraft zu erzeugen, ehe sie in den Primär-Absorber * eintritt. Auch dieses ist bei den konventionellen zweistufigen Absorptionskälteverfahren nicht vorgesehen.

Es ist zwar durchaus möglich, sowohl den MD-HiIfsverdampfer, als auch den 1ID-Hi If s ab sorber jeweils einstufig auszuführen, jedoch ist eine mehrstufige Ausführung des ND-HiIfsverdampfers und des HD-HiIfsabsorbers - wie dies in der Zeichnung dargestellt ist - der einstufigen Ausführung bei weitem vorzuziehen. Bei Verwendung zweier oder mehr Verdampfungszonen bzv/. zweier oder mehr Absorptionszonen kann eine erheblich größere Konzentration bzw. Verdünnung der reichen bzw. der armen Lösungen erzielt werden.

Weiterhin ist die übertragbare Wärmemenge zwischen der reichen und der armen Lösung bei Verwendung zweier oder mehrerer Stufen nennenswert größer, ao daß der Wirkungsgrad der Anlage dadurch noch zu verbessern ist.

Außerdem sollte jede der in der Leitung fUr arme Lösung vorgesehenen MD-HiIf«absorberetufen mit abfallenden Höhenniveau

009834/0588

: . ;. BAD ORIGINAL

ti

eingebaut v/erden - wie dieses in der Zeichnung dargestellt ist -, damit die arme Lösung infolge der Schwerkraft durch die Stufen strömen kann.

Es versteht sich, daß der konstruktive .aufbau der einzelnen Stufen so zu erfolgen hat, daß eine Dampfströmung zwischen zwei aufeinander folgenden Stufen verhindert wird. Auf diese ,'eise bilden die in Reihe hintereinander geschalteten Stufen des ITD-HiIf sabsorbers in Strömungsrichtung der Lösung vom Primär-Absorber zum HD-G-enerator Absorptionszonen allmählich steigenden Druckes, steigender Temperatur und fallender Lösungskonzentration.

Analogerweise ist es auch vorzuziehen, daß die in der Leitung für reiche Lösung vom UD-Generator zum Primär-Absorber vorgesehenen Stufen des IID-Hilfsverdampfers in Strömungsrichtung der Lösung mit abfallendem Höhenniveau eingebaut v/erden. Auf diese Y.^reise bilden die in Reihe hintereinander geschalteten Stufen Kältemittel-Verdampfungszonen allmählich f fallenden Druckes und fallender Temperatur. Eine Dampfströmung zwischen den Stufen wird dadurch verhindert, daß die Schenkel der U-Rohre, durch welche die Lösung fließt, in der Vertikalen ausreichend hoch ausgeführt werden, 30 daß die Flüssigkeitssäule der Lösung im kürzeren Schenkel den Druckunterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stufen ausgleicht. Der Höhenunterschied zwischen den einzelnen Stufen bewirkt eine

zum Primär-Absorber Schwerkraftströmung der Lösung/beim Stillsetzen und Anfahren

der Anlage und unterstützt die Strömung im Beharrungszuntand.

009834/0588

- 20 -

Die Hilfsverdampferstufen und die Hilfsabsorberstufen können beispielsweise als einzelne Behälter ausgeführt werden, wie dies in der Zeichnung angegeben ist} es ist aber ebenso möglich, sie zu einem einzigen Apparat zusammenzufassen, wobei dieser Apparat geeignete Teile und Leitungen für die Strömung von Lösung und Dampf enthalten muß, wie es etwa bei einem mehrstufigen Siedekolben der Fall ist.

Ebensosehr ist es möglich, die Kältemittelekonomiser in einem Gehäuse anzuordnen, welches die Hilfsabsorber und Hilfsverdampfer enthält. In diesem Pail können die Kältemittelekonomiser offene Pfannen enthalten, die in der llähe einer Hilfsverdampferstufe, durch welche das Kältemittel fließt, angeordnet werden.

Auch kann die Stufenzahl der Hilfsabsorber und Hilfsverdampfer variiert werden, um die Kosten des Verfahrens seinem Nutzungsgrad in geeignetster Weise anzupassen.

Weiterhin können Modifikationen des inneren Aufbaues der Anlage vorgenommen werden, um etwa die Bedienung der Anlage zu vereinfachen, d. h. zu verbessern.

Es sind mithin zahlreiche andere Konstruktions- und Verfahrensänderungen denkbar, ohne daß vom Prinzip dieser Erfindung abgewichen wird.

- 21 009834/0588

So kann das beschriebene Absorptionskälteverfahren beispielsweise auch mit mehr als zwei Stufen angewendet v/erden. Aus diesem Grund werden die Bezeichnungen "Hochdruck (ED)", "Niederdruck (ITD)", "reich", "arm" und "angeislchert" sowie ähnliche Ausdrücke vornehmlich zur klaren relativen Unterscheidung der Komponenten, Lösungen, Temperaturen oder Drücke benutzt und nicht etwa, um die Anzahl der möglichen btufen des Kreislaufes zu begrenzen.

Dementsprechend ist diese Erfindung in anderer Porm im Rahmen der folgenden Ansprüche abzugrenzen»

009834/0588

Claims (7)

PATENTANWÄLTE dr. ing. H. NEGENDANK · dipl-ing. H. HATJCK · dipl-phys-W. SCHMITZ HAMBURG-MÜNCHEN 1 7 R 1 ^ 7 R ZUSTELLUNGSANSCHRIFT; HAMBURG 36 · NBUBR WALL 41 TIL. 8β 74 SS UND 36411S TILIGB. NBQSOAPATBNT HAMB(TRO CARRIER CORPORATION München ι» · mozartstr. es Carrier Parkway "liMMM TBLBOR1NBOBDAPATBNTItONCHBN Syracuse, New York/tJSA Hamburg, den 17. Mai 1968 Patentansprüche

1. Absorptionskälteanlage mit einem Primär-Absorber, einem Primär-Verdampfer, einem HD-G-enerator, einem 1TD-Generator, einem ND-Xondensator, einer Leitung vom Primär-Absorber zum HD-Generator für arme Lösung, welche im HD-Generator konzentriert werden soll, einer Leitung vom HD-Generator zum HD-Generator für angereicherte Lösung, welche im ND-Generator weiter konzentriert werden soll, einer Leitung

vom ND-Generator zum Primär-Absorber für reiche Lösung, welche im Primär-Absorber Kältemitteldampf absorbieren soll, einer Leitung für den im HD-Generator entstandenen HD-Kältemitteldampf, die durch den HD-Kondensationsteil des ND-Generators führt, um diesen Dampf dort zu verflüssigen und die Lösung im HD-Generator aufzuheizen, einer Leitung für den im SD-Generator entstandenen ND-Kältemitteldampf, die zum ND-Kondensator fuhrt, um diesen Dampf dort zu verflüssigen, einer Leitung vom ND-Kondensator zum Primär-Verdampfer für flüssiges Kältemittel, welches im

009834/0588

Primär-Verdampfer verdampft werden soll, und einer Leitung vom Primär-Verdampfer zum Primär-Absorber für Kältemitteldampf, der in der ATdsorptionslösung des Primär-Ahsorters absorbiert v/erden soll, dadurch gekennzeichnet, daß ein HD-HiIfsabsorber in der Leitung für arme Lösung zwischen dem Primär-Absorber (11) und dem HD-Generator (7) vorgesehen wird, daß ein ETD-HiIf sverdampfer in der Leitung für reiche Lösung zwischen dem i ND-Generator (8) und dem Primär-Absorber (11) vorgesehen wird, um Kältemittel aus der zum Primär-Absorber (11) strömenden, reichen Lösung zu verdampfen und die reiche Lösung dabei zu konzentrieren und zu kühlen, und daß eine Kältemitteldampfleitung vom HD-HiIfsverdampfer zum IID-Hilfsabsorber vorgesehen wird, um den im HD-HiIfsverdampfer erzeugten Kältemitteldampf zum HD-HiIfsabsorber zu leiten, wo er in der armen Lösung absorbiert wird und dabei die zum HD-Generator (7) strömende Lösung verdünnt und aufheizt.

2. Absorptionskälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ND-Hilfsverdampfer aus zwei oder mehr (90, 92-94) hintereinander geschalteten Stufen mit einem in der Verbindungsleitung für reiche Lösung zwischen dem HD-Generator und dem Primär-Absorber von Stufe zu Stufe allmählich abfallenden Druck, daß der ITD-HiIf sab sorber aus zv/ei oder mehr (27-50) hintereinandergeschalteten 3tufen mit einem in der Verbindungsleitung für arme Lösung

009834/0588

zv/i s chen dem Primär-Ab sorter (11) und dem HD-Generator (7) von Stufe zu Stufe allmählich ansteigenden Druck "besteht, und daß die Kältemitteldampfleitung entsprechend der Stufenzahl der KD-HiIfsverdampfer bzw. ND-Hilfsabsorber aus zwei oder mehr (33-36) Kältemitteldampfleitungen besteht, wobei jeweils mindestens eine Dampfleitung eine Druckstufe des HD-Hilfsverdampfers mit der entsprechenden Druckstufe des ND-Hilfsabsorbers verbindet, um den im ND-HiTfsverdampfer erzeugten Kältemitteldampf den entsprechenden Druckstufen des HD-HiIfsabsorbers zuzuleiten.

3. Absorptionskälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Leitung für reiche Lösung zwischen dem ND-Generator (8) und dem Primär-Absorber (11) vorgesehene ND-HiIfsverdampfer aus zwei oder mehr (27-30) ψ hintereinander geschalteten Stufen mit einem von Stufe zu Stufe allmählich abfallenden Druckes besteht, welche in Strömungsrichtung vom HD-Generator (7) zum Primär-Absorber (11) jeweils auf einem niedrigeren Höhenniveau angeordnet werden, um so den erwünschten Druckunterschied zwischen den einzelnen Stufen zu erzeugen, daß der in der Leitung für arme Lösung zwischen dem Primär-Absorber (11) und dem HD-Generator (7) vorgesehene ND-HiIfsabsorber aus zwei oder mehr (27-30) hintereinander geschalteten Stufen besteht, welche in Strömungsrichtung vom Primär-Absorber (11) zum HD-Generator (7) jeweils auf einem niedrigeren

00983W0588

IS

Höhenniveau angeordnet v/erden, um so den erwünschten Druckunterschied zwischen den Stufen und eine Schwerkraft strömung der Absorptionslösung zwischen den Stufen zu erzeugen, und daß die Kältemitteldanrpfleitung entsprechen der Stufenzahl aus zwei oder mehr (33-36) Kältemitteldampfleitungen besteht, wobei jeweils mindestens eine Dampfleitung eine Druckstufe des IiD-HiIfsverdampfers mit einer entsprechenden Druckstufe des ITD-HiIf sabsorbers verbindet, um so den im HD-HiIfsverdampfer erzeugten ä

ICältemitteldampf den entsprechenden Druckstufen des IiD-HiIf sabsorbers zuzuleiten.

4. Absorptionskälteanlage nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Stufen des HD-HiIfsabsorbers durch U-Rohre miteinander verbunden sind, durch welche flüssige Lösung von einer in die zunächst folgende Stufe strömt, wobei die Schenkel dieser U-Rohre eine ausreichende Vertikalerstreckung mindestens von der Länge besitzen, daß die Druckdifferenz der HD-HiIfsabsorberstufen (27-30) untereinander "bzw. zu benachbarten Hilfsverdampferstufen ausgeglichen und somit gleichzeitig eine Dampfsperre errichtet wird.

5. Absorptionskälteverfahren mit einem Primär-Absorber, einem Primär-Verdampfer, einem HD-G-enerator, einem mit einem HD-G-enerator in einer Baugruppe vereinigten HD-, Kondensator und einem ND-Kondenaator, die so miteinander

009834/0588

at

verbunden sind, daß sie eine zwei- oder mehrstufige Absorptionskälteanlage bilden, bei welchem im . Primär-Verdampfer Kältemittel zur Kühlung verdampft wird, welches in der Absorptionslösung des Primär-Absorbers (11) absorbiert wird und dadurch eine arme Lösung erzeugt, daß diese arme Absorptionslösung im HD-Generator aufgeheizt wird, wobei eine angereicherte Absorptionslösung und HD-Kältemitteldampf entstehen, daß diese angereicherte Lösung im Generator von niederer Temperatur aufgeheizt wird, indem HD-Kältemitteldampf mit ihr im HD-Kondensationsteil des ITD-Generators V'arme austauscht, wobei reiche Lösung und HD-Kältemitteldampf entstehen, dieser ND-Kältemitteldampf wird im HD-Kondensator verflüssigt, und diese reiche Lösung wird zum Primär-Absorber (11) geleitet, um dort wieder Kältemitteldampf zu absorbieren, wonach der verflüssigte Kältemitteldampf dem Primär-Verdampfer zugeführt wird, um dort wieder verdampft zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß Kältemitteldampf aus der reichen Lösung, die vom ND-Generator (8) zum Primär-Absorber (11) strömt, verdampft, wodurch die arme Lösung konzentriert und gekühlt wird, bevor sie von dort zum Primär-Absorter (11) gelangt! daß der aus der reichen Lösung verdampfte Kältemitteldampf in der armen, vom Primär-Absorber (11) kommenden Lösung absorbiert wird, wobei sie die arme Lösung ver dünnt und aufheizt, bevor diese zum HD-Generator (7) gelangt.

009834/0S88 _ ₆ _

6. Absorptionskälteverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem HD-Generator (7) zum Primär-Absorber (11) strömende, reiche Absorptionslösung nacheinander durch zv/ei oder mehr Verdampfungszonen allmählich abnehmenden Druckes gelangt, wodurch die zum Primär-Absorber (11) strömende Lösung allmählich konzentriert und gekühlt wird, und daß die ' vom Prim-är-Absorber (11) zum HD-Generator (7) strömende, arme Absorptionslösung nacheinander durch zwei | oder mehr Absorptionszonen allmählich ansteigenden Druckes gelangt, wobei in jeder der einer bestimmten Verdampfungszone druckmäßig entsprechenden Absorptionszone der in der entsprechenden Verdampfungszone erzeugte Eältemitteldampf in der armen Lösung nach und nach absorbiert wird, und dabei die arme Lösung verdünnt und aufheizt, bevor diese in den HD-Generator (7) gelangt.

7. Absorptionskälteverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom HD-Generator (7) zum Primär-Absorber (11) strömende, reiche Absorptionslösung nacheinander durch zwei oder mehr Verdampfungszonen allmählich abnehmenden Höhenniveaus und allmählich abnehmenden Druckes gelangt, wobei sie die reiche, zum Primär-Absorber (11) strömende Lösung konzentriert und kühlt, und daß die vom Primär-Absorber (11) zum HD-Generator (7) strömende, arme Absorptionslösung nacheinander durch

zv/ei oder mehr Ab sorbit ionszonen allmählich abnehmenden 009834/0588

Höhenniveaus und allmählich zunehmenden Druckes gelangt, v/ohei in jeder der einer bestimmten Verdaiapfungszone clrucknäßig entsprechenden Äbsorptionazone der in der entsprechenden Verdampfungszone erzeugte Kältemittel-

in der armen Lösung nach und nach absorbiert wird cabei die arme Lösung verdünnt und aufheizt, bevor diese in den HD-Generator (7) gelangt.

00983/, /05 8 8

ORIGINAL INSPECTED