DE1900293C3 - Flüssige Kältemittel/Absorptionsmittel-Zusammensetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich a-f Absorptionskältemittel für Absorptionsküh'systeme, bei denen eine wäßrige Salzlösung aus Lithiumbiomid und Lithiumiodid spezieller Zusammensetzung verwendet wird. Da derartige Lösungen eine niedrige Kristallisationstemperatur aufweisen, sind sie als Kälte- und Absorptionsmittel in mit Raumluft gekühlten Systemen geeignet.

Absorptionskühlsysteme besitzen einen geschlossenen Kreislauf, der eine unter hohem Vakuum stehende wäßrige Salzlösung enthält. Das Abkühlen wird durch Verdampfen von flüssigem Kältemittel (V/asser) innerhalb einer Verdampferschlange od. dgl. bewerkstelligt, die einen Teil des geschlossenen Kreislaufs bildet. Luft oder ein anderes Medium wird über die Schlange geführt und wird dabei abgekühlt, während es dem Kältemittel Verdampfungswärme zuführt. Der entstandene Kältemitteldampf wird in einem Absorber mit einem Strom eines Absorptionsmittels (eine wäßrige Lösung von Lithiumchlorid, Lithiumbromid od. dgl.) kontaktiert und darin absorbiert. Die durch den Absorptionsprozeß in Freiheit gesetzte Wärme wird durch Wärmeaustausch mit einem äußeren Kühlmedium entfernt. Die resultierende Lösung, die einen hohen Kältemittclgchalt aufweist, wird in einen Generator geleitet, wo sie durch eine äußere Wärmequelle erhitzt wird, um Kältemittcldampf (Wasserdampf) auszutreiben. Die resultierende Lösung (Absorptionsmittel), die einen niedrigen Kältemittelgehalt (Wassergehalt) aufweist, wird /um Absoiber zurückgeführt. Der Kältcmittcldampf (Wasserdampf) wird durch Wärmeaustausch mit einem äußeren Kühlmedium kondensiert und tritt wieder in den Verdampfer ein.

Der Betrieb eines Absorptionskreislaufs hängt unter .imlcrem von der Verringerung des Dampfdrucks des Kältemittels (Wasser) ab, wenn es im Absorptionsmittel (kon/.entricrtc Salzlösung) absorbiert wird. Der niedrige Druck, der im Ab.sorbcrabschnitl erzeugt wird, wird auf den Vcrdampferabschnitt übertragen und verursacht so lange die Verdampfung des Kältemittels, bis seine Temperatur auf einen Wert fällt, bei dem der Kaltemitieldampfdruck gleich dem Druck im Absorberabschnilt ist, d. h., die Kältemilteltemperatur ändert sich direkt mit dem Absorberdruck. Es ist deshalb klar, daß die Kühlkapazität des Kreislaufs direkt mit dem Absorberdruck zusammenhängt, und aus diesem Grunde ist es üblich, ein Absorptionsmittel zu verwenden, das bei der Arbeitstemperatur des Absor-

berabschnitts einen niedrigen Dampfdruck aufweist.

in der Kältetechnik ist es allgemein bekannt, daß

man einen niedrigen Absorberdruck und eine große

Kühlkapazität dadurch erzielen kann, daß man eine

hochkonzentrierte Salzlösung verwendet. Andererseits ist es auch bekannt, daß diese Maßnahme durch die Tatsache beschränkt ist, daß hochkonzentrierte Salzlösungen eine größere Kristallisationsneigung besitzen. Es ist somit klar, daß die maximale Konzentration durch die Löslichkeit des Salzes beschränkt ist.

Aus der USA.-Patentschrift 3 296 814 ist es bekannt, LiJ-LiBr-Lösungen mit einem hohen LiJ-Gehalt, d.h. oberhalb 50% LiJ, in solchen Kühlsystemen zu verwenden. Diese hohen LiJ-Gehalte wurden deshalb verwendet, weil angenommen wurde, daß die gewünschte niedrige Kristailisationstemperatur nur bei hohen Jodidkonzentrationen besteht. Nach sorgfältigen Versuchen wurde nunmehr jedoch gefunden, daß die optimale minimale Kristailisationstemperatur des LiJ-LiBr-HXl-Systems bei Jodid-

konzentrationen unter 50%, insbesondere im Bereich von 30 bis 40%, bezogen auf die gesamten Salze, erhalten wird. Weiterhin wurde beobachtet, daß der Dampfdruck bei diesen Jodidkonzentrationen niedriger ist als bei den höheren Jodidkonzentrationen, und dies ist ein weiterer Grund für die Auswahl niederer Konzentrationen.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine flüssige Kältemittel/Absorptionsmittel-Zusammensetzung, bestehend aus einer wäßrigen Lösung von Lithiumbromid und Lithiumiodid, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Lithiumjodid-Gehalt 10 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 30 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht beider Salze, beträgt. Die Feststeilungen gemäß der vorliegenden Erfindung, welche sich auf die optimale Jodidkonzentration beziehen, beruhen auf Versuchen, bei denen direkt der Effekt der Änderung der Jodidkonzentration auf die Kristallisationstemperatur gemessen wurde. Bei den Versuchen wurde insbesondere die Kristallisationstemperatur von Lösungen mit unterschiedlichen Salzkonzentrationen, aber mit dem gleichen Dampfdruck gemessen. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil alle Lösungen die gleiche Kühlkapazität besitzen, da nämlich diese Eigenschaft vom Dampfdruck der Lösung abhängt. Als Resultat davon kann die gemessene Kristailisationstemperatur direkt mit einer jeden anderen verglichen werden, ohne daß irgendwelche Umrechnungen oder zusätzliche Versuche erforderlich sind.
Gemäß der Erfindung wurde weiterhin festgestellt, daß es möglich ist, die Kristailisationstemperatur von wäßrigen, salzhaltigen Kältemittel/Absorptionsmittel-Zusammensctzungen herabzusetzen, wenn der Lösung ein mehrwertiger Alkohol, wie z. B. Äthylenglykol oder Glycerin, zugesetzt wird. Dies ermöglicht es, höherkorizentiierte Kältemittel/Absorptionsmittel-Zusammensetzungen in einem Kühlsystem zu verwenden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die obigen Kältemittcl/Absorptionsmittcl-Zusam-

metiset/.ungen einen mehrwertigen Alkohol in einer Menge bis zu 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Lösung.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. I ist eine graphische Darstellung, in der die Krislalüsationstemperatur gegen die Zusammensetzung von verschiedenen Gruppen von Li.i-LiBr-Lösungen aufgetragen ist, wobei die Lösungen einer jeden Gruppe den gleichen Dampfdruck aufweisen;

F i g. 2 ist eine graphische Darstellung, in der die Kristallisationstemperatur gegen die Zusammensetzung von zwei unterschiedlichen Gruppen von LiJ-LiBr-Lösungen aufgetragen ist, wobei die Lösungen einer jeden Gruppe die gleiche Gesamtkonzentration an Salz aufweisen.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß bestimmte Verhältnisse von LiJ zu LiBr in gemischten Salzlösungen eine minimale Kristallisationstemperatur ergeben, die beträchtlich niedriger ist als die Krista'üsationstemperatur einer Lösung mit 100¹V₀ LiJ oder 100ⁿ/₀ LiBr. Insbesondeie ist zu beobachten, daß die Kurven A, Β und C Minima haben, die nahe beieinander liegen, und ganz dicht bei 35% LiJ auftreten.

Wie bereits erläutert, besitzen alle Lösungen innerhalb jeder Gruppe in F i g. 1 den gleichen Dampfdruck, wobei der Dampfdruck \on Gruppe zu Gruppe unterschiedlich ist. Die Lösungen der Gruppe Λ besitzen Dampfdrücke, die gleich dem Dampfdruck einer wäßrigen LiBr-Lösung mit einem Gehalt von 61,6 Gewichtsprozent LiBr sind. Die Lösungen der Gruppe B entsprechen bezüglich des Dampfdrucks einer Lösung mit 65 Gewichtsprozent LiBr, und die Lösungen der Gruppe C entsprechen bezüglich des Dampfdrucks einer Lösung mit 68 Gewichtsprozent LiBr. Da Lösungen mit 61,6 und 68ⁿ/₀ LiBr typische praktische Salzlösungen für die Verwendung als Kühlmittel-Absorptionsmittel sind, sind die Lösungen der Gruppen A, B und C ebenfalls praktische Kältemittel/Absorptionsmittel.

Die Lösungen wurden dadurch hergestellt, daß die Salze in den gewünschten Verhältnissen eingewogen, und in Wasser aufgelöst wurden und daß die Gesamtkonzentration an Salz dadurch eingestellt wurde, daß Wasser abgedampft oder zugesetzt wurde, bis der gewünschte Dampfdruck erhalten war. Beispielsweise wurden die Lösungen der Gruppe B dadurch hergestellt, daß die verschiedenen gemischten Salze in gesonderten Wasserchargen aufgelöst und dann eingedampft wurden, bis ein Siedepunkt von 170,6° C erreicht war, wobei dieser Siedepunkt demjenigen einer wäßrigen Lösung mit 65 Gewichtsprozent LiBr entspricht. Die Lösungen der Gruppen A und C wurden durch entsprechende Verfahren auf Dampfdrücke eingestellt, die den Dampfdrücken von wäßrigen Lösungen mit 61,6 bzw. 68°/o LiBr entsprachen, wobei die Gleichgewichtseinstellung bei 51,7 bzw 107,2⁰C erfiilgie. Die Kristallisationstcrnperatiiren wurden nach bekannten Methoden gemessen; sie sind diejenigen Temperaturen, oberhalb deren keine Kristalle vorhanden sind.

Aus dem Obigen geht hervor, daß eine jede Lösung in einer jeden Gruppe eine unterschiedliche Gesamtsalzkonzentration aufweist. Zwar verändert sich die Gesamtsalzkonzentration nicht sehr stark, aber es wurde für wünschenswert gefunden, die Kristallisationspunkie für einige Lösungen mit konstantem gesamtem Salzgehalt und mit variierender LiJ-Konzeniration für Vergleichszwecke zu bestimmen. Die Resultate der Messungen, die mit zwei Gruppen von Lösungen mit konstantem Gesamtsalzgehalt ausgeführt wurden, sind in F i g. 2 gezeigt.

In F i g. 2 zeigt die unterste Kurve, daß für wäßiige Lösungen mit einem konstanten Salzgehalt an Lij-LiBr von 60 Gewichtsprozent eine minimale Kristallisationstemperatur von ungefähr 1,7 C bei

ungefähr 30% LiJ auftritt. Fü; wäßrige Losungen mit einem gemischten Salzgehalt von 65 Gewichtsprozent, tritt eine minimale Kristallisationstemperatur von ungefähr 25 C bei ungefähr 30% LiJ auf (vgl. oberste Kurve). Das Vorhandensein dieser beiden Minima bestätigt die obigen Schlußfolgerungen im Hinblick auf den optimalen Bereich des LiJ-Gehaltes in einer gemischten Salzlösung, obwohl die Kurven von F i g. 2 nicht direkt mit denen von F i g. 1 vergleichbar sind, und zwar auf Grund der unterschiede in der Experimentiertechnik.

In F i g. 2 ist auch der Dampfdruck in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Lösungen für eine 65%-Gesamtsalzkonzentration aufgetreten. Es ist ersichtlich, daß der Dampfdruck der Lösung mit einer Abnahme des LiJ-Gehalts abnimmt. Dies stützt die Feststellung gemäß der vorliegenden Erfindung, daß die niedrigeren Jodidkonzentrationen bevorzugt werden, da ja die Kühlkapazität der Lösung um so größer ist, je niedriger der Dampfdruck ist.

4" Das folgende Beispiel zeigt, daß durch den Zusatz eines mehrwertigen Alkohols die Kristallisationstemperatur noch weiter gesenkt werden kann.

Beispiel

Ein trockenes Salzgemisch mit einem Gehalt von 63 Gewichtsprozent Lithiumbromid und 37 Gewichtsprozent Lithiumjodid wurde in Wasser aufgelöst, um eine Grundlösung herzustellen. Es wurden Proben, 1, 2 und 3 hergestellt, indem gewogene Mengen der gemischten Salzlösung und Athylenglykol durch Mischen hergestellt und durch Eindampfen konzentriert wurden, bis ihre Siedepunkte 170,0 C erreichten, was dem Siedepunkt einer wäßrigen Lösung mit 65 Gewichtsprozent LiBr entspricht. Die Kristallisationsteri.peratur der Grundlösung und der Proben wurden bestimmt. Die Resultate sind in der Tabelle angegeben.

	Gewichts	Gewichts	Gewichts	bei 54.4 C	bei 54,4 C	Kristallisations-	Verhältnis
Probe	prozent Salz	prozent Wasser	prozent Glycol			tcmperatut C	von organischem Stoff zu SaI/
Grund	_		0			35,0	0
menge				1,818	8,0
1	63,0	28,1	8,9	1,800	11.3	26.1
2	61,1	25,7	13,2	1,752	12,5	19.4	ι ι ? ' ■■>
3	59.0	23,9	17,1		ILI

Die obigen Zahlen zeigen, daß der Zusatz von Athylenglykol zu der Salzlösung die Kristallisationstemperatur der Lösung beträchtlich verringert. Insbesondere zeigen die Zahlen, daß die Kristallisationstcmperatur von 35,0 auf 11,1 °C verringert werden kann. In einer Air-Conditioning-Einheit kann die Temperatur des Systems, wenn die Einheit zeitwi abgeschaltet wird, leicht unter 35,0°C sinken. Du den Zusatz von Athylenglykol zu einer Lösung k; somit eine normalerweise ungeeignete Lösung brau bar gemacht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flüssige Kältemittel/Ahsorptionsmiltel - Zusammensetzung für ein Absorptionskühlsystem, bestehend aus einei wäßrigen Lösung von Lithiumbromid und Lithiumiodid, dadurch gekennzeichne t, daß der Lithiumjodit-Gehalt 10 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht beider Salze, beträgt.

2. Flüssige Kältemittel/Absorptionsmitte! - Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lithiumjodidgehalt 30 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht beider Salze, beträgt.

3. Flüssig Kältemittel/Absorptionsmittel - Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Verringerung der Kristailisationstemperatur einen mehrwertigen Alkohol in einer Menge bis zu 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Lösung, enthält.