DE1776159A1

DE1776159A1 - Verfahren zur Reduzierung des Dampfdruckes in einem Absorptionskaelteaggregat

Info

Publication number: DE1776159A1
Application number: DE19681776159
Authority: DE
Inventors: Lyon Clyde Chester
Original assignee: Arkla Industries Inc
Current assignee: Arkla Industries Inc
Priority date: 1967-10-05
Filing date: 1968-09-30
Publication date: 1972-01-13
Also published as: US3553136A; BE721790A; FR1586967A; DE1776159C3; DE1776159B2; NL140970B; NL6813840A; GB1174389A

Description

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ίί ^{8 München 5}·^{den 3}°· ^Sep^fc·^l968

Müllerstra₈₈e 31

Mappe 7711

Beechreibung zum Patentgesuch

der Firma ARKLA INDUSTRIES INC., Evanevllle, Indiana/

V.St.A.

betreffend

VBRiAHHEIi ZOR REDUZIERUNG DES DAMPFDRUCKES IN EINEM ABSORPTIONSKiLTEAGGREGAT

PRIORITÄT: 5. Oktober 1967 - V. St. A.

Kurzbeechylbune

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren eur Steigerung der KUhlleiatung eines Abeorptionekälteaggregates mit Waeeer •le Kältemittel und wässriger Salzlösung als Abeorptionskältemlttel durch Zugabe einer geringen Menge von Athylenglykolmonobutyläther oder Diäthylenglykolmonobutyläther Ια die 3*litlöaung.

Das Vorliegen dee Äthers erniedrigt den Betriebadampf-

druck in des Absorber des Aggregates und bewirkt eine

niedrigere Teeperatur des Kältemittels in de» Verdaepferteil.

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BAD ORIGINAL' Allgemeine Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweidruck-Absorptionskälteaggregat, bei de« eine wässrige Salzlösung ale Absorptionskältemittel verwendet wird, und besteht im wesentlichen in der Verwendung eines Dampfdruck-Reduktionsmittels in Form eines Zusatzes zu der Salzlösung.

Kälteaggregate, von denen die vorliegende Erfindung ausgeht und welche oftmals als Zweidruck-Kälteaggregate' bezeichnet werden, umfassen einen geschlossenen Kreis mit einer unter Hochvakuum gehaltenen wässrigen Salzlösung. Die Kühlung wird durch Verdampfung flüssigen Kältemittels (Wasser) innerhalb oder auBserhalb eines Verdampfers bzw. einer Verdampfe rachlange oder dergleichen bewirkt, die einen Teil des geschlossenen Kreises-darstellt. Luft oder Fluid wird über oder durch die Schlange geführt und dabei abgekühlt, während den Kältemittel Verdampfungswärme zugeführt wird. Der daraus entstehend« Kälteoltteldanpf verläuft zu einem Absorber, wo er mit einem Strom eines flüssigen Absorptionskältemittels (einer wässrigen Lösung von Lithiumchlorid, Lithiumbromid oder dergleichen) in Berührung gebracht und von diesem absorbiert wird. Durch den Absorptionsvorgang freigesetzte Wärme wird durch Wärmeaustausch mit einem äusseren Kühlfluid entfernt. Die daraus entstehende Lösung, welche einen hohen Anteil an Kältemittel aufweist, verläuft zu einem Generatorteil, wo sie durch eine äussere Wärmequelle erwärmt wird, um den Kältemitteldampf (Wasserdampf) auszutreiben. Die entstehende LtJ-

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BAD ORIGINAL

sung ·.'Abaorptionskäl temittel) mit niedrigem Ksltetuittelanteil !Wanser) veil auf t zu deti Absorber zurück. Der Kältemitteldatopf (Wasserdampf) wird durch Wärmeaustausch mit einem äuaseren KUhlfluid kondensiert und verläuft danach wiederum eu dem Veidämpfer.

Der Betrieb eines typischen Abeorptionskälteaggregates hangt unter anderem von der Reduktion des Dampfdruckes des Kältemittels (Wasser) ab, wenn dieses in dem Absorptionokälteraittel (konzentrierte Salzlöoung) absorbiert wird. Der in dem ALrorber hervorgerufene Unterdruck wird, wie sich versteht, auf den Verdampfer übertragen und bewirkt, dass das flüssige Kältemittel verdampft, bis seine Temperatur auf einen Wert abfällt, bei dem der Kältemitteldampfdruck gleich dem Druck in dem Verdampfer wird. Dies bedeutet, dass die Kältemitteltemperatur eich unmittelbar mit dem Druck des Absorptionakältemittele ändert. Daraus ergibt sich, dass die Kühlleietung des Aggregates in direkter Beziehung cu dem Druck des AbBorptionskältemittelB steht. Aus diesem Grund ist es üblich, ein Absorptionskaltemittel zu verwenden, welches einen niedrigen Dampfdruck bei der Betriebstemperatur des Absorbers aufweist.

Insbesondere hat es sich bei derartigen Aggregaten gezeigt, dass der tatsächliche! in dem Absorber vorliegende Dampf-

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druck etwas höher als der Gleichgev.'ichtsdampf druck der Lösung liegt. Diea bedeutet, dass der gemessene Dampfdruck während des Betriebes inter dynamischen Bedingungen höher als der Dampfdruck der gleichen Lösung bei Messung unter statischen Gleichgewichtsbedingungen im Labor ist. Das praktische Ergebnis dieser Erscheinung liegt darin, daoe das Kälteaggregat eine nie-lrigere Kühlleistung hat, als sie auf der Grundlage des ^leichgewichtsdampfdruckes erwartet wird. Dies ergibt sich daraus, dass der höher als angenommene Druck in dem Absorber eine entsprechend höhere Kältemitteltemperatur in dem Verdampfer hervorruft.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Betriebsdampfdruck in dem Absorber eines Absorptionskälteaggregates auf den Gleichgewichtsdampfdruck erniedrigt werden kann, indem eine geringe Menge Äthylenglycolmonobutyläther oder Diätylenglykolmonobutyläther der Salzlösung zugesetzt wird, welche als Absorptionskältemittel verwendet wird.

Die Auswahl der Äther zum Zwecke der vorliegenden Erfindung lag für einon Fachmann deshalb nicht nahe, weil die Wirkung eines Zusatzes auf einen dynamischen oder im Betrieb vorliegenden Dampfdruck einer Löeur-g nicht vorhersehbar ist. Der Gleichgewichtsdampfdruck einer Lösung ist zwar eine bekannte Grässe. Gleichwohl litgen Gleichgewichtsbedingungen in dem Absorber einös Kälteaigregates nicht vor. Es ergab sich, dass

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BAD ORfGlNAi.

die gemä3B der vorliegenden Erfindung verwendeten Äther keinen messbaren Einfluss auf den Gleichgewichtsdampfiruck einer Salzlösung aufweisen urd dass ihr druckminderndei Effekt sich auf den Betriebadampfdiuck allein uni in unerwarteter Weise auewirkt, Zusätzlich seilte das Dampfdruckreduk-tionaaittel die physikalischen Eigenschaften der Lösung, beispieleweise hinsichtlich Viskosität und Lösbarkeit des Salzea, so wenig wie möglich zu ungünstigen Werten hin ändern. Der Zusatz darf auch nicht mit der Lösung und dem Aggregat reagieren und muß eine stabile Erwärmung unter Betriebsbedingungen zeigen. Alle diese Überlegungen machen die Auswahl eines geeigneten Druckreduktionamittels für einen Fachmann völlig unüberschaubar.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, welche ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines Absorptionskai teaggregates zur Durchfuhrung dee erfindungegemä3-sen Verfahrens bei Anwendung für eine Rauajklimatisierung zeigt.

Das Aggregat besitzt einen üblichen Aufbau mit Ausnahme der Zusammensetzung des Absorptionskältemittels und ist daher lediglich allgemein beschrieben. Ein Verdampfer in Form einer Schlange 12 befindet sich in einer Kammer 16. Flüssiges Kältemittel (Wasser) fliesst über den Verdampfer 12 und verdampft bei unteratmosphärlschera Druck, wobei dem Verdampfer 12 Wärme entzogen wird, gleichgültig, von welchem Fluid

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er durchsetzt ist. Der entstehende Wasserdampf strömt in einen Absorber in ?orm einer Wärmeaustauacherschlange 1Θ, welche ebenfalls in dem Gehäuse 16 angeordnet let. Flüssiges Absorptionakältemittel strömt yon einem Verteiler 20 über die Schlange 16 und bietet eine grosse Oberfläche dar, über welcher eine Absorption von Wasserdampf stattfindet. Durch den Absorptionsvorgang freigesetzte Wärme wird durch einen Kühlwasserntrom 22 entfernt, welcher innerhalb der Schlange 18 strömt. Da3 flüssige Absorptlonskältemittel besteht vorliegend aus einer wässrigen Lithiumbromid-Löeung.

Das sich ergebende verdünnte Absorptionskältemittel (Salzlösung) strömt über eine Leitung 26 nach unten in einen Wärmeaustauscher 24 sowie von dort über eine Leitung 28 in einen Wasserdampfgenerator 30. In dem Generator 30 wird das verdünnte AbQorptionskältemittel (Salzlösung) mittels eines Gasbrenners 32 oder dergleichen auf Siedetemperatur erwärmt, so dass Wasserdampf aus der Lösung ausgetrieben wird. Der Siedevorgang wird in an sich bekannter Weise dazu verwendet,

aus
ein Gemisch/einer hierbei entstehenden konzentrierten SalB-lösung und Wasserdampfblasen durch ein Dampfsteigrohr 34 zu einer Trennkammer 36 zu leiten.

In der Trennkemmer 36 strömt aus dem Kältemittel (Wasserdampf) abgetrenntes konzentriertes Absorptionskältemittel

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BAD ORIGINAL

(Salzlösung) durch eine Erweiterung 38 nach unten zu dem WärmeauetauBcher 24, wo es das verdünnte Absorptionokältemittel (Salzlösung) verwärmt, bevor diases zu dem Generator 30 verläuft. Das konzentrierte Asorpttonskältemittel strömt alsdann durch eino Leitung 40 nach oben zu dem Verteiler 20.

Das Kältemittel (Wasserdampf) in der Trennkammer 36 strömt durch eine Leitung 42 zu einem Kondensator 44, wo eθ unter Wärmeabgabe an durch ^in Rohr 46 strömendes Kühlwasser kondensiert wird. Das Kühlwasser strömt durch eine Leitung 50, welche die Wärmeauetauscherschlange 18 mit dem Rohr 46 verbindet. Das kondensierte Kältemittel (Wasser) strömt von dem Kondensator 44 durch eine Mündung 52 zu dem Verdampfer 12, wo es wiederum verdampft, um die gewünschte Kälteleistung des Aggregates zu erzeugen.

Das Aggregat arbeitet auf der Grundlage einer sorgfältigen Abstimmung der Druckdifferenzen zwischen verschiedenen Teilen des Systems. Die Mündung 52 hält eine Druckdifferenz zwischen dem Unterdrück in der Kammer 16 sowie dem höheren Di'uck in dem Kondensator 44 aufrecht. In den Leitungen 38, 26 gebildete Flüs3igk<iitsaäulen halten eine Druckdifferenz zwischen dem Generator· 30 und der Trennkammer 36 einerseits sowie der Wärineaustauocherschlange 18 andererseits aufrecht. Beispielsweise obere Pegelstände der Flüasigkeitssäulen in den Leitungen 38, 26 Jind durch die Bezugsbuchstaben X, Y

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BAD ORIGINAL

angegeben. Ein beispielsweiser Flüssigkeitsstand in der äusseren Kammer des Wärmeaustauschers 24 ergibt sich gemass der Bezügebezeichnung Z.

Alle vorangehend beschriebenen Einzelheiten sind allgemein auf Absorptionskälteaggregate anwendbar und stellen an sich keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar. Nachfolgend ist aur besseren Erläuterung der Erfindung eine genaue Darstellung der Wirkungsweise der Beetandteil dee Absorbers bildenden Wäraeaustauscherschlange 16 gegeben. Wenn Kältemitteldampf (Wasserdampf) in den Absorber eintritt, wird er in der Oberflächenschicht des Absorptlonskältemittels (Salelösung) absorbiert, welche nach unten über die Wärmeaustauscherschlange 18 strömt. Der Absorptionsvorgang eetet Wärme frei, welche die Temperatur der Oberflächenschicht der Flüssigkeit anhebt. Zusätzlich wird die Oberflächenschicht reicher an Kältemittel (hinsichtlich der Salzkoneentratlon stärker verdünnt). Beide Wirkungen steigern den Dampfdruck der Oberflächenschicht, obgleich sie in gewissem Maas durch Ableitung der Wärme aus der Flüssigkeit und gegebenenfalls an das Kühlwasser (Leitung 22) sowie durch Mischung oder Diffusion der Oberflächenschicht mit den inneren Teilen der Flüssigkeit aufgehoben werden. Laβ Gesamtergebnis besteht darin, dass ein dynamischer Betriebsdruck vorliegt, welcher etwas höher als der Gleichgewichtsdampfdruck der Lösung ist. Dies bedeutet praktisch, dass die Betriebskältemitteltemperatur etwas höher als die Kälte- . aitteltemperatur liegt, die dem Gleichgewichtsdampfdruck der Lösung in dem Absorber entspricht.

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BAD ORIGJNAL

Ala Beispiel für die Wirksamkeit der Erfindung wurde ein Kälteaggregat der gezeigten Art unter Verwendung von etwa 30 kg einer wässrigen Lithiumhalidlösung als Absorptionskältemittel mit einem Gl^ichgewichtsdampfdruck betrieben, welcher zu erwarten wäre, um eine Temperatur von 5»56°C im Verdampfer zu erzeugen. Tatsächlich betrug die Kältemitteltemperatur während des Betriebes 8,8⁰C. Alsdann wurden 75 cm Äthylenglykolmonobutyläthei· dem A bs ο rp ti ons kältemittel bzw. der Salzlösung zugegeben, wonach das Aggregat erneut in Betrieb genommen wurde. Die Kälteaitteltemperatur wurde hierbei auf 5,56⁰C redueiert. Der Gleichgewichtedaapfdruck der behandelten Salzlösung, welcher Über 0,1 Gewichtsprozent Äther bezogen auf die Geeamtlösung enthielt, wurde gemessen und erwies sich als gleich demjenigen der unbehandelten Salzlösung.

Bei einem anderen Versuch wurde ein ähnliches, jedoch gröseerea Kälteaggregat unter Verwendung von 175 kg einer ähnlichen Salzlösung in Betrieb gesetzt, welche einen Gleichgewichtsdruck entsprechend einer Kältemitteltemperatur von 5⁰C aufwies. Die tatsächliche Betriebstemperatur des Kältemittels betrug 7,22⁰C. Nach Zugabe von 200 cm* Äthylenglykolmonobutyläther zu der Salzlösung fiel die Kältemitteltemperatur auf 5⁰C ab. Der Gleichgewichtsdaepfdruck der behandelten Salzlösung, welcher etwa 0,1 Gewichtsprozent Äther bezogen auf die Gesaetlosung enthielt, wurde gemessen und er-

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BAD ORIGINAL

- ίο -

wies eich ale im wesentlichen gleich demjenigen der unbehandelten Salzlösung.

Bei einem weiteren Versuch ergab die Zugabe von 0,002 Gewichteprozent Äthylenglykolmonobutyläther zu den Abeorptionskältemittel bzw. der gemischten Salzlösung in einem Kälteaggregat eine 13#ige Zunahme der Kühlleistung. Sine Zugabe von über etwa O,5?6 ergab eine geringe Kühll eist ungszunähme oder Überhaupt keine KUhllel3tungssunahme; bei Steigerung der Konzentration auf mehr ala 1jC fiel die Kühlleietung auf einen Wert ab, welcher unterhalb desjenigen ohne Zugabe eines Zusatzes lag.

Der Bereich der wirksamen Anteile der beiden Äther beträgt etwa zwischen 0,001 Gewichteprozent bis etwa 1 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtlösung. Oberhalb der oberen Grenze wird die Leistung bei steigendem Xthergehalt ungünstig beeinflusst. Unterhalb der unteren Grenze ist die Wirkung des Druckreduktlonsmittels zu gering, um einen Binfluss auf die Kühlleistung hervorzurufen.

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Claims

Patentansprüchea A

1. Verfahren zur Reduzierung de9 Dampfdruckes in einem Absorptionokälteaggregat mit innerhalb eines geschlossenen Rreises etrtiscender wässriger Salzlösung ale Absorptionskältemittel, wobei aus der Salzlösung durch Aufheizung Wasserdampf ausgetrieben und eine korzentrierte Salzlösung gebildet werden, der Wasserdampf kondensiert wird, das kondensierte Wasser verdampft wird, um Wärme aus der Umgebung zu absorbieren, der Wasserdampf in der konzentrierten Salzlösung bei niedrigem Druck absorbiert und der Zyklus wiederholt wird, gekennzeichnet durch Einbringung einer kleineren Menge eines den Betriebsdaepfdruck beeinflussenden Dampfdruckreduktionsmittels aus der Gruppe umfassend Äthylenglykolmonobutyläther und Diäthylenglykolmonobutyläther zwecks Reduzierung der Betriebstemperatur des verdampfenden Kältemittels.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfdruckreduktionsmittel in der Salzlösung in einer Konzentration von 0,001 bis 1,0 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtlösung eingeoracht wird.

Püi Pirna ARKLA INDUSTRIES INC.

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Leerseite