DE1935601A1

DE1935601A1 - Absorptionskaeltesystem und Arbeitsverfahren fuer ein derartiges System

Info

Publication number: DE1935601A1
Application number: DE19691935601
Authority: DE
Inventors: Leonhard Jun Louis Howell
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1968-07-30
Filing date: 1969-07-12
Publication date: 1970-02-05
Also published as: GB1213949A; US3491545A; DE1935601B2; FR2014775A1

Description

PATENTAN VVALTE

du. ing. II. N^-EGENDANK · dipl-ing. H. HAUCK · κ ι pi-.· ph Y S.W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN 1935601

ZUSTELLtJNGSANSCHRIFT: HAMBURG_86 ^NJgUER.WALI. 41

TBI.. »β 7« 28 UND 3β *1 10

HAMBURG

O · MOZARTSTR.23 TBI..8380388

HAMBURG. ||_t j_ujj 1969

Carrier Corporation,
Carrier Parkway,
Syracuse, N.Y. 13201
(V.St.A.)

Afcsorptionskältesystem und Arbeitsverfahren für ein derartiges System. '

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absorptionskältesystem mit einem Paar gestufter luftgekühlter Absorber und einem Paar gestufter adiabatischer .Verdampfer. Ton dem Generator oder Austreiber abgegebene starke Lösung wird zunächst einem Absorber für niedrige Temperatur zugeführt, von welchem sie durch einen Absorber für hohe !Temperatur zum Generator zurückfließt. Die Kältemittelflüssigkeit wird in der. adiabatischen Verdampferstufe für hohe !Temperatur schnell abgekühlt, gelangt von dieser zur adiabatischen Verdampferstufe für niedrige Temperatur zur weiteren Schnellkühlung und von dieser wiederum durch einen Kältemittelwärmeaustauseher zur Kühlung einer Kühllast und zurück zu dem adiabatischen Verdampfer für hohe Temperatur.

- 2 909886/1063

Absorptionskältemasehinen mit einem wassergekühlten Absorber und einem Kältemittelverflussiger, bei denen als Absorptionsmittel Lithiumbromid und als Kältemittel Wasser verwendet wird, haben sich sehr gut bewährt. Lithiumbromid ist ein preiswertes, nichttoxisches Salz, Wasser ist ein preiswertes Kältemittel mit einer im Vergleich zu seinem Gewicht hohen latenten Veraampfungswärme und infolge ihrer unterschiedlichen Dampfdrücke lassen sich das Kältemittel und das Absorptionsmittel leicht in einem Generator trennen, der im Vergleich zu Absorber und Verdampfer bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druckunterschied arbeitet. Allgemein herrscht jedoch die Auffassung, daß die vielen Vorteile eines mit Lithiumbromid und Wasser betriebenen Systems im wesentlichen auf wassergekühlte Absorptionsmaschinen beschränkt sind und sich dieses System nicht ohne weiteres auf luftgekühlte Anlagen anwenden läßt.

■ ' ■

Eines der Hauptprobleme, die sich beim Sau eines wirtschaftlichen luftgekühlten Kältesystems ergeben, besteht darin, daß die bei luftgekühltem Betrieb erreichbare Absorbertemperatur wesentlich höher (und in der Größenordnung von + 52 ⁰C) als die Absorbertemperatur liegt, die bei einer typischen wassergekühlten Maschine verwendet wird. Da der Dampfdruck der lithiumbromidlösung für eine bestimmte Konzentration eine direkte Punktion der !Temperatur ist, muß in einem luftgekühlten einstufigen Absorber für hohe Temperatur zur

309886/1063

Erzielung der gewünschten niedrigen Verdampfertemperatur eine konzentriertere Absorptionsmittellösung verwendet werden"als bei einer wassergekühlten Maschine. Unglücklicherweise befindet sich jedoch die für einen luftgekühlten Absorber benötigte hochkonzentrierte Lithiumbromidlösung bei hoher Außentemperatur in gefährlicher Nähe ihres Kristallisationspunktes. Ein Abfall der Außentemperatur oder auch nur ein Betrieb der Kältemaschine mit Unterbrechungen kann eine Erstarrung der hochkonzentrierten AbsorptionsmittelLösung herbeiführen, was komplizierte Verfahrensschritte zur Beseitigung der Erstarrung der Maschine notwendig macht, bevor diese wieder in Betrieb genommen werden kann.

Die zum Konzentrieren des Absorptionsmittels in dem Generator benötigten hohen Temperaturen bedingen zusätzlich ein Korrosionsproblem. Wenn eine Absorptionsmittellösung geringerer Konzentration verwendet wird, die bei normalen Betriebsbedingungen nicht erstarrt, reicht der dabei entstehende höhere Dampfdruck des Absorptionsmittels nicht dazu aus, eine ausreichend niedrige Verdampfertemperatur für die für Klimatisierungszwecke erforderliche Luftentfeuchtung und Kühlung zu ergeben.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese Schwierigkeiten teilweise durch Verwendung von Verdampfern mit unmittelbarer Expansion zur unmittelbaren Kühlung der zu

- 4 909836/1063

- 4 - .■..■■■

klimatisierenden Luft zu beseitigen und dadurch, die Wärmeaus tauschverluste herabzusetzen. Eine derartige Lösung wird beispielsweise in der US-Patentschrift 3 273 350 beschrieben. Systeme dieser Art erfordern, daß der Verdampfer auf einer höheren als der für eine einwandfreie Entfeuchtung gewünschten Temperatur betrieben oder eine übermäßig stark konzentrierte Absorptionsmittellösung verwendet wird, um einen annehmbaren Wirkungsgrad zu erhalten. Absorptionskältesysteme mit Verdampfern mit unmittelbarer Expansion, die zur Kühlung von Luft verwendet werden, haben außerdem zahlreiche andere Nachteile. Der Verdampfer muß so angeordnet sein, daß er einen integralen Bestandteil der Kälteanlage bildet, weil längere Dampfleitungen zwischen Verdampfer und Absorber nicht zugelassen werden können. Außerdem sind die von einem Verdampfer mit unmittelbarer Expansion ausgehenden Kältemitteldampfleitungen komplex und aufwendig infolge dee großen Volumens des erzeugten Kältemitteldampfee, weil viele Dampfausläsee aus dem Verdampferinneren erforderlich sind. Der Verdampfer muß wei-_v terhin eine sehr große Wärmeaustauschfläche aufweisen, damit gewährleistet ist, daß kein Anteil des Kältemittels den Ver dampfer im flüssigen Zustand verläßt, da flüssiges Kältemittel das Absorptionsmittel in dem Absorber verdünnen würde. Durch eine Verdünnung der in dem Absorber befindlichen Lösung werden die Betriebskosten erheblich gesteigert und die Kapazität und der Wirkungsgrad des Systems werden herabgesetzt, indem der Betrag des Kältemitteldampfes, der im Absorber ab-

909886/1063

sortiert werden kann, begrenzt und Kältemittel ohne Urzeugung von Kälte verbraucht wird. Die erforderliche größere Wärmeaus tausehfIache führt außerdem zu einer unerwünschten Kostensteigerung für die Kältemaschine.

Es ist unerwünscht, die Abmessungen" des Kältemittelverdampfers groß zu machen, weil dann ein !Teil des Verdampfers zu warm ist, um die durchgeführte Luft zu kühlen und eine ausreichende Luftentfeuchtung zu bewirken.

Es wird daher bereits seit langem angestrebt, eine andere Kombination von Absorptionsmittel und Kältemittel wie beispielsweise Wasser und Ammoniak in einer luftgekühlten Absorptionsmaschine zu verwenden, auch wenn durch Verwendung dieser anderen Kombinationen die Komplexität des ganzen Systems im allgemeinen gesteigert wird. Verdampfer mit unmittelbarer Expansion haben zusätzliche, bauartbedingte Nachteile innerhalb eines Kältesystems, das auch eine Erwärmung bewirken muß, da die Möglichkeit besteht, daß sich das Heizmedium bei unterhalb des Gefrierpunktes liegenden Temperaturen auf den Oberflächen des Verflüssigers und des Absorbers verflüssigt und die Wärmeaustauschflächen in Hitleidenschaft sieht.

Erfindungsgemäß wird daher ein Absorptionekältesjetea in der Fozm einer luftgekühlten Absorptionskältemaschine vorgeschlagent die mehrfache Verdampfer- und Absorberstufen aufweist. Die Teedampferstufen sind rom adiabatischen Typ

80*8867'ΐ'08$ " ⁶ "

mit Frischsole, in denen etwa ein Prozent des Kältemittels verdampft wird, um das übrige Kältemittel ohne Wärmeaustausch mit der Kühllast sofort abzukühlen. Das Kältemittel geht nacheinander von den Verdampf er stuf en für hohe Temperatur zu den Verdampferstufen für niedrige Temperatur und von diesen aus wird das abgekühlte flüssige Kältemittel durch einen Kältemittelwärmeaustauscher umgewälzt, um die Kühllast stark; zu kühlen. Die Kältemittelflüssigkeit wird dann zum Kältemittelverdampf er für hohe Temperatur zurückgeführt, um erneut abgekühlt zu werden. Die. starke Absorptionsmittellösung wird unmittelbar dem Absorber für niedrige Temperatur zugeführt, von welchem sie nacheinander "zu den Absorberstufen für hohe Temperatur gelangt. Auf diese Weise.wird die Temperatur in dem Verdampfer für niedrige Temperaturen durch den Dampfdruck bestimmt, auf welchen die stärkste Lösung innerhalb des Systems durch Luft abgekühlt werden kann, ohne daß die Absorptionsmittellosung auf einen Wert konzentriert werden muß, bei dem unter niedrigen Umgebungstemperaturen eine Erstarrung auftreten könnte.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt teilweise im Querschnitt ein schematischee Plußdiagramm eines Absorptionskälteeysterns mit gestuften luftgekühlten Absorbern und gestuften adiabatischen Verdampfern, die erfindungegeaäS alt eine« lälteBittelwärmeaußtauflcher verbunden sind.

- 7 -909886/1063

In dem Absorptionskältesystem, das als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, wird als Kältemittel Wasser und als Absorptionsmittel eine wässrige Lösung von Lithiumbromid verwendet. Dieser Lösung können ein geeigneter Zusatz wie beispielsweise Octylalkohol (2-Athyl-n-Hexanol) zur Verbesserung des Wärmeaustausclies und geeignete Korrosionshemmstoffe zugesetzt sein.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck "starke Lösung" soll eine konzentrierte Lösung von Lithiumbromid verstanden werden, die ein starkes Absorptionsvermögen hat und beispielsweise etwa 64,5 Gew.φ Lithiumbromid enthält. "Schwache Lösung" ist eine verdünnte Lösung von Lithiumbromid, die ein geringes Absorptionsvermögen aufweist und beispielsweise etwa 59,9 i° Lithiumbromid enthält. Der Ausdruck "mittlere · Lösung" bezeichnet eine Lösung, deren Absorptionsvermögen und Konzentration mittlere Werte haben und zwischen der starken und der schwachen Lösung liegen, wobei die Lösung etwa 62,1 i» liithiumbromid enthalt.

In der Zeichnung ist ein Absorptionskältesystem dargestellt, das aus einem Generator oder Austreiber 10, einem Kältemittelkondensator oder -verflüssiger 11, einem adiabatischen Verdampfer für hohe Temperatur 12, einem adiabatischen Verdampfer für niedrige Temperatur 13, einem Hochdruckabsorber Hi einem Niederdruckabsorber 15, einem empfindlichen Kältemittelwärmeaustauscher 16 und einem Wärmeaustauscher 17 für Absorptionsmittellösung besteht, die in einem Kreislauf

909886/1063 _₈_

zur Erzeugung von Kälte miteinander verbunden sind. Eine Reinigungseinheit 18 kann vorgesehen sein, um verhältnismäßig nichtkondensierbare Dämpfe aus dem System zu entfernen.

Der Generator oder Austreiber 10 weist einen Kessel vorzugsweise mit einem Mantel 25, mehreren inneren Flammrohren 26, einer Wärmequelle wie beispielsweise einem Gasbrenner 27 und einem Rauchgassammler 28 auf. Schwache Absorptionsmittellösung tritt in den Generator ein und wird in diesem gekocht, wodurch die Absorptionsmittellösung durch Verdampfung von Kältemittel konzentriert wird. Diese konzentrierte oder starke Lösung wird von dem Generator durch die Rohrleitung 30 für starke Lösung abgegeben. Andere Typen bekannter Kessel oder Generatoren, die mit einem Heizbrennstoff oder einer Heizflüssigkeit wie beispielsweise Dampf oder Wasser betrieben werden, können ebenfalls zum Konzentrieren der Absorptionsm.ittellösung verwendet werden.

Die den Generator verlassende starke Lösung wird vorzugsweise dadurch·abgekühlt, daß sie entlang der Wand durch den Lösungswärmeaustauscher 17 geführt wird. In der bevorzugten Ausführung wird eine Pumpe 31 für die starke Lösung verwendet, um die starke Lösung von dem Wärmeaustauscher 17 dem Niederdruckabsorber 15 zuzuführen. Die Verwendung einer Pumpe 31 für die starke Lösung ermöglicht, daß der Generator 10 in bezug auf die anderen Komponerfcen des Systems in einer ge-

_ 9 _ 909886/1063

eigneten und beliebigen Höhe angeordnet werden kann, obwohl die Pumpe für die starke Lösung infolge des Druckunterschiedes zwischem dem Generator tu und dem Niederdruckabsorber 15 nach Wunsch auch in Fortfall kommen kann.

Der Niederdruckabsorber 15 enthält vorzugsweise mehrere, in senkrechter Richtung angeordnete und mit Kühlrippen versehene Absorberrohre 36, die an ihren oberen Enden zu einem Niederdruck-Dampfsammelr&r 35 hin offen sind. Die starke Lösung wird von der Rohrleitung 30 für starke Lösung an einen Vorratsbehälter für starke Lösung oder an einen anderen Auslaß innerhalb des Niederdruck-DampfBammelrohrs 35 des Niederdruckabsorbers 15 abgegeben. Die unteren Enden der Absorberrohre 36 öffnen sich in ein Niederdruck-Flüssigkeitssammelrohr 33. In der Nähe der Absorberrohre 36 befindet sich vorzugsweise ein Lüfterflügel 39, durch welchen aus der Umgebung kommende Kühlluft über die Außenflächen der Absorberrohre geleitet wird, um die innerhalb der Rohre nach unten strömende Absorptionsmittellösung zu kühlen. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung auf ein luftgekühltes Absorptionskältesystem gerichtet ist, kann anstelle der hier dargestellten luftgekühlten Anordnung auch ein flüssigkeitsgekühlter Absorber verwendet werden, bei welchem das von einem Kühlturm kommende Wasser zum Kühlen der Absorptionsmittellösung dient.

Die oberen Enden der Absorberrohre 36 stehen nach oben in das Dampfsammelrohr 36 hinein.vor und bilden einen Über-

909886/1083 - 10 -

- 1 ο -

lauf, durch welchen die starke Lösung auf die -Innenwände der Absorberrohre verteilt wird. Die starke Lösung strömt durch die Absorberrohre nach unten und wird dabei durch die Umgebungsluft gekühlt, welche die äußeren Oberflächen der Rohre bestreicht, so daß ein optimal niedriger Dampfdruck oder Sättigungsdruck der Lösung aufrechterhalten ' wird. Der von dem Verdampfer 13 für niedrige Temperatur W abgegebene Kältemitteldampf tritt vom Dampfs amme Ir ohr 35 aus in die Enden der Absorberrohre 36 ein und strömt im Gleichstrom mit der starken Lösung durch diese hindurch nach unten. Dieser Kältemitteldampf kommt damit innerhalb der Absorberrohre 36 in Berührung mit der starken Absorptionsmittellösung, wird von dieser absorbiert und bildet eine Absorptionsmittellösung mittlerer Stärke.

Die Lösung mittlerer Stärke wird in einem Flüssigkeitssammelrohr 33 gesammelt, von welchem sie durch ein Hosen- oder Siphonrohr 40.abgeführt wird, das einen nach oben gewölbten Abschnitt 4-1 und einen nach unten geführten Zweig 42 aufweist. Der nach oben gewölbte Abschnitt 4-1 des Siphonrohrs 40 öffnet sich in das Flüssigkeitssammelrohr 38 und der nach unten geführte Zweig 42 öffnet sich in ein Flüssigkeitssammelrohr 45 des Hochdruckabsorbers 14 unterhalb des Pegelstandes der darin befindlichen flüssigkeit. Das Siphonrohr 40 ist so bemessen, daß es eine Flüssigkeitsdichtung bildet, welche die Druckunterschiede zwischen dem Niederdruckabsorber 15 und dem Hochdruckabsorber 14 im Gleich-

90 98 86/1063 - 11 -

gewicht hält.

Der Hochdruckabsorber I4 weist in entsprechender Weise mehrere in senkrechter Hichtung angeordnete und mit Kühlrippen versehene Absorberrohre 4b auf, deren obere Enden sich in ein Hochdruck-Dampfsammelrohr 45 öffnen und in diesem einen Pegelstand von Absorptionsmittellösung mittlerer Stärke hervorrufen. Die unteren Enden der Hochdruck-Absorberrohre 46 öffnen sich in ein Hochdruck-Plüssigkeitssammelrohr 40. Die von dem Flüssigkeitssammelrohr 45 kommende Absorptionsmittellösung mittlerer Stärke strömt zusammen mit dem von dem Hochtemperatur-Verdampfer 12 abgegebenen Kältemitteldampf durch die Absorberrohre 46 nach unten, wobei die Absorptionsmittellösung durch einen Lüfterflügel 49 gekühlt wird, der die äußeren Oberflächen der Absorber-rohre mit Umgebungsluft bestreicht. Vorzugsweise befinden sich die Hochdruck—Absorberrohre 4t> in senkrechter Richtung unterhalb und in der gleichen Ebene mit den Niederdruck-Absorberrohren 36.

Durch die Absorption von Kältemitteldampf in die Absorptionsmittellösung mittlerer Stärke, die durch die Absorberrohre 46 nach unten strömt, wird die Lösung mittlerer Stärke verdünnt und die sich daraus ergebende schwache Lösung wird im Elüssigkeitssammelrohr 48 gesammelt. Die sehwache Lösung verläßt das Flüssigkeitssammelrohr 4.S durch ein Hosen- oder Siphonrohr 50, das einen nach oben gewölbten

- 12 -

909886/1063

19356C1

Abschnitt 51 und einen nach unten geführten Zweig 52 aufweist und eine Flüssigkeitsdichtung bildet, durch welche das Entweichen von Kältemitteldampf aus dem Hochdruckabsorber verhindert wird. Die schwache Lösung gelangt von dem Siphonrohr 50 durch eine Rohrleitung 60 für schwache Lösung in einen Vorratsbehälter 61 für schwache Lösung. Der Vorratsbehälter 61 für schwache Lösung kann in einem Stück mit dem Flüssigkeitssammelrohr 4β des Hochdruckabsorbers 14 ausgebildet sein.

Die von dem Vorratsbehälter 61 kommende schwache Lösung wird durch eine Pumpe 62 für schwache Lösung durch eine weitere Rohrleitung 63 für schwache Lösung und den inneren Durchlaß des Lösungs Wärmeaustauschers 17, in welchem sie erwärmt wird, zum Generator 10 zur erneuten Konezntration zurückgeführt.

Der durch Kochen der schwachen Lösung entstehende Kältemitteldampf verläßt den Generator durch eine Kältemitteldampfleitung 65 und gelangt in das Dampfsammeirohr 70 des Kältemittelverflüssigers 11. Der Kältemittelverflüssiger 11 weist vorzugsweise mehrere in senkrechter Richtung angeordnete und mit Kühlrippen versehene Verflüssigerrohre 71 auf, die sich nach oben hin in das Dampfsammeirohr 70, und nach unten hin in das Flüssigkeitssammelrohr 72 öffnen. Die äußeren Oberflächen der mit Kühlrippen versehenen Verflüseigerrohre 71 werden vermittels eines geeigneten Lüfters mit

- 13 - · 909886/1063

Kühlluft bestrichen. Das Kältesystem wird vorzugsweise von einem Gehäuse umgeben und die Verflüssigerrohre sind in Reihe im Wege der über die Absorberrohre hinwegstreichenden Luft angeordnet, so daß für den Verflüssiger kein besonderer Lüfter erforderlich ist.

Der innerhalb der Verflüssigerrohre 71 durch den Wärmeaustausch mit der Luft und dem kondensierten Kältemittel kondensierte Kältemitteldampf gelangt durch die Rohrleitung 74 für flüssiges Kältemittel in den Hochtemperatur-Verdampfer 12.

Der adiabatische Verdampfer 12 für hohe Temperatur besteht aus einem Gehäuse 80, von dem aus eine Rohrleitung 86 für Kältemitteldampf zu dem Dampfsammeirohr 45 des Hochdruckabsorbers 14 geführt ist. Mehrere Drahtgitter oder ein anderes geeignetes Packungsmaterial innerhalb des Gehäuses 80 dient zum Wärmeaustausch für die adiabatische Verdampfung der verdampften Kältemittelflüssigkeit. Entsprechend der Erfindung ist sowohl der Hochtemperatur-Verdampfer 12 als auch der Niedertemperatur-Verdampfer 13 vom adiabatischen Typ, bei welchem dem innerhalb des Verdampfers befindlichen Kältemittel keine Wärme zugeführt und keine Wärme von diesem abgeführt wird.

Das warme Kältemittel wird bei seinem Eintritt' in den Hochtemperatur-Verdampfer 12 adiabatisch sofort auf den entsprechenden Absorberdrück und die Sättigungstemperatur

-H-909886/ 1063 , ■.

abgekühlt (Flash-Kühlung). Da dem Kältemittel innerhalb des Verdampfers keine Wärme zugeführt wird, ist die adiabatische Ausdehnung des Kältemittels ein konstanter Gesamtenthalpieprozeß. Der unverdampfte größere Anteil des innerhalb des adiabatischen Verdampfers 12 befindlichen flüssigen Kältemittels wird infolge der von der i'lüsaigkeit bei der Verdampfung des kleinen blitzverdampften Kältemittelanteils absorbierten Verdampfungswärme abgekühlt. In der Praxis wird zur Abkühlung des übrigen Kältemittels nur eine Gesamtmenge von etwa ein Prozent des Kältemittels inerhalb der beiden Verdampfer 12 und 13 verdampft.

Das den Boden des adiabatischen Verdampf ez*a für hohe Temperatur erreichende abgekühlte flüssige Kältemittel fließt unter dem Jäinfiuß der Schwerkraft durch eine Rohrleitung ö5 für kaltes Kältemittel, in welcher sieh eine Flüssigkeitsfalle βό befindet, und von dieser in den adiabatischen Verdampfer 13 für niedrige Temperatur. Der Niedertemperatur-Verdampfer 13 befindet sich geometrisch auf einer kleineren Höhe als der Hochtemperatür-Verdampfer 12, um das Abfließen des flüssigen Kältemittels aus dem Hochtemperatur-Verdampfer zu dem Niedertemperatür-Verdampfer ohne die Zwischenschaltung eines Flüssigkeitsbehälters zu ermöglichen. Die Flüssigkeitsfalle 86 bildet eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem adiabatischen Verdampfer für hohe Temperatur und dem adiabatischen Verdampfer für niedrige Temperatur, durch welche der Durchgang einer größeren Dampfmenge ver-

30 9 8 86/1063

- 15 -

193R601

hindert und der Druckunterschied zwischen den Verdampferstufen aufrechterhalten wird.

Der adiabatische Verdampfer 13 für niedrige Temperatur arbeitet unter erheblich niedrigerem Druck und entsprechend niedrigerer Temperatur als der Hochdruck-Verdampfer 12. Der niedrigere Druck im Verdampfer 13 ist darauf zurückzuführen, daß die mittlere Konzentration der durch die Absorberrohre 36 des Kiederdruckabsorbers 15 strömenden Absorptionsmittellösung höher ist als die mittlere Konzentration der durch die Absorberrohre 46 des Hochdruckabsorbers 14 strömenden Absorptionsmittellösung. Infolge des hier verwendeten Stufentyps ist der Betrag der Verdünnung der starken Lösung in der Absorberstufe 15 nur gering. Auch dann, wenn beide Absorberstufen durch Umgebungsluft angenähert gleicher Temperatur gekühlt werden, ist der sich ergebende Dampfdruck der Absorptionsmittellösung innerhalb des Niederdruckabsorbers geringer als der innerhalb des Hochdruckabsorbers, und zugleich geringer als der in einem einstufigen Absorber. Da der Betrag der Absorptionsmittelverdünnung in jeder Stufe gering ist, gestattet die Stufenanordnung bei gutem Wirkungsgrad einen großen Gesamtbereich von Konzentrationen, ohne daß die Verdampfertemperatur darunter leidet.

Folglich wird das von dem adiabatischen Verdampfer 12 für hohe Temperatur an den adiabatischen Verdampfer 13 für niedrigen Druck abgegebene, abgekühlte Kältemittel wiederum

■■-' 16 -909886/1063 .

ad !abatisch sofort oder "blitzartig auf eine noch niedrigere Temperatur abgekühlt. Die den Boden des adiabatischen Verdampf-er s 13 für niedrige Temperatur erreichende, abgekühlte Kältemittelflüssigkeit wird unter dem Einfluß der Schwericraft durch eine Rohx-leitung 'J_5 für kalte Kältemittelflüssigkeit an einen geeigneten Vorratsbehälter % für kaltes Kältemittel abgegeben, der aieh in senkrechter Richtung unterhalb des liiedertemperatur-Verdampfers befindet und in einem Stück mit diesem ausgebildet sein kann. Obwohl das Kältemittelkondensat vorzugsweise vom Verflüesiger 11 dem Hochtemperatur-Verdampfer 12 zugeführt wird, da die Menge des Kältemittelkondensats nur etwa ein Prozent der gesamten Umwälzmenge beträgt, kann das Kondensat nach Wunsch auch unmittelbar in den Verdampfer 13 für niedrige Temperatur eingeführt werden.

Die abgekühlte Kältemittelflüssigkeit wird dann durch eine Kältemittelpumpe j'J durch die Rohrleitung So für flüssiges Kältemittel in das SinlalBsammelrohr 101 des Kältemittelwärmeaustauschers 16 gepumpt. Der Kältemittelwärmeaustauecher^ 16 enthält einen empfindlichen Wärmeaustauscher zur Kühlung der gewünschten Kühllast oder des Kühlgutes, das in der hier dargestellten Ausführung aus Luft besteht, die vermittels eines Lüfterflügels 103 in einer empfindlichen Wärmeaustausch.beZiehung mit dem durch den Kältemittelwärmeaustaucher 16 strömenden Kältemittel durch den Kanal I04 umgewälzt wird. Die zu kühlende Luft strömt vorzugsweise im Gegenstrom zu dem Kältemittel durch den Kältemittelwärmeaustauscher 1£>,

909886/10-6-3" BAPORlQfNAL

bo daß das kälteste Kältemittel die kälteste Luft abkühlt. Wenn anstelle von Luft Wasser oder ein anderes Wärmeaustauschmedium gekühlt werden soll, kann der Kältemittel-Wärmeaustauscher auch aus einem Flüssigkeit-Elüssigkeit-Wärmeaustauscher bestehen. Das erwärmte flüssige Kältemittel, das Wärme von der Kühllast aufgenommen hat, wird von dem Auslaßsammeirohr 102 des Kältemittelwärmeaustauschers 16 abgegeben und kehrt durch eine Rohrleitung für warmes Kältemittel zu dem Hochtemperatur-Verdampfer zurück.

Vermittels der Erfindung wird die Verwendung einer Absorptionsmittellösung wie beispielsweise Lithiumbromid für luftgekühlte Absorptionskältesysteme ermöglicht und die früher auftretenden Probleme eines zu niedrigen Dampfdruckes, einer zu hohen Temperatur, der Erstarrung der hochkonzentrierten Absorptionsmittellösung und eines niedrigen Wirkungsgrades des Kreisprozesses sind gelöst. Dieses Ergebnis wird durch die Verwendung mehrstufiger adiabatischer Verdampfer in Verbindung mit einem empfindlichen Kältemittelwärmeaustauscher erzielt} der jede Verdünnung des durch die Absorber strömenden Kältemittels durch nichtverdampftes Kältemittel verhindert und dadurch einen wirksamen Einsatz der starken Lösung zur Erzielung eines ausreichend niedrigen Dampfdruckes ermöglicht. Dadurch, daß die stärkste, innerhalb des Systems befindliche Absorptionsmittellösung derjenigen Absorberstufe zugeführt wird, welche Dampf von der auf' der

- 18 86/1063 ■

- 1d -

niedrigsten Temperatur befindlichen Verdampferstufe erhält, ergibt sich für eine vorgegebene Konzentration ein niedrigerer Dampfdruck der Absorptionsmittellösung innerhalb des Niederdruckabsorbers und eine niedrigerere Verdampfertemperatur als vermittels eines einstufigen Absorbers erreichbar ist. Außerdem gestattet die Verwendung von entsprechend der Erfindung gestuften Absorbern in Verbindung mit adiabatischen Verdampfern einen größeren Gesamtbereich von Konzentrationen und ermöglicht einen höheren Wirkungsgrad als bei bekannten Systemen, bei denen entweder nichtadiabatische Verdampfer oder ein einstufiger Absorber verwendet werden. Der empfindliche Kältemittelwärmeaustauscher zur Kühlung der Kühllast ermöglicht, daß der gleiche Wärmeaustauscher dazu verwendet wird, nach Wunsch auch ein flüssiges Heizmedium in einen Wärmeaustausch mit der zu klimatisierenden Last zu bringen.

Das bevorzugte Absorptionsmittel ist Lithiumbromid und das bevorzugte Kältemittel ist Wasser, wobei sich jedoch auch andere Kombinationen von Absorptionsmittel und Kältemittel wie beispielsweise Gemische von hygroskopischen Halogensalzen oder organische Absorptionsmittel-Kältemittel-Kombinationen verwenden lassen, die für eine Verwendung in bekannten Absorptionskältesystemen in vielen Fällen nicht tragbar waren. , ;_; s-i ^*^

Zur Vereinfachung der Beschreibung ist das erfindungsgemäße System mit nur einer einzigen Hochdruck-Absorber-

9098 8671063 ' - 19 -

und Verdampferstufe mid unit nur einer eins ige j ι i^ieöerdruek Ahsorber- und Vera ample rs tui'e dargestellt worden* -entsprechend dei; erfindunesyeinäßeii Prinzips kann jedoch jede beliebige Anzahl von Stufen verwendet werden» Hoch beasere iür^ehniöse lassen sich hei _o"erin^er KooteiiBteigeriinr durch Verwendung von drei oder mehreren erfinaungs^emäß angeordneten Absorptions- und Verdampfungsstufen erzielen.

ÖADORKälNAL

- Patentansprüche -

~ 20 9098 86/ 1063

Claims

- 20 Pat en.tans prüc he

( 1. Absorptionskältesystem, das einen. Generator zum Konzentrieren von Absorptionsmittellösung durch Verdampfung des darin befindlichen Kältemittels und zur Ausbildung einer starken Absorptionsmittellösung, und einen Verflüssiger zur Verflüssigung des in dem Generator gebildeten Kältemitteldampfes aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination eines

" adiabatischen Verdampfers (1.2) für hohe Temper^ur zur Verdampfung eines Anteils der Kältemittelflüssigkeit unter gleichzeitiger sofortiger Abkühlung der übrigen, darin befindlichen Kältemittelflüssigkeit, eines mit dem Hochtemperatur-Verdampfer verbundenen Hochdruckabsorbers (14) zur Absorption des in diesem gebildeten Kältemitteldampfes, wobei der Hochdruckabsorber einen Wärmeaustauscher aufweist, durch den die innerhalb des Absorbers befindliche Absorptionsmittellösung in einen Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium gebracht und gleichzeitig die in dem Absorber befindliche Absorptionsmittellösung abgekühlt und Kältemitteldampf darin absorbiert wird, eines adiabatischen Verdampfers 03) für niedrige Temperatur zur Verdampfung eines Anteils der Kältemittelflüssigkeit unter gleichzeitiger sofortiger Abkühlung der übrigen, darin befindlichen Kältemittelflüssigkeit, eines mit dem Verdampfer für niedrige Temperatur verbundenen Niederdruckabsorbers (15) zur Absorption des darin gebildeten Kältemitteldampfes, wobei der Fiederdruckabsorber einen Wärmeaustauscher aufweist,

9 0 9-8 8 67 1063 - 21 -

durch den die innerhalb des Absorbers befindliche Absorptionsmittellösung in einen Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium gebracht und gleichzeitig die in dem Absorber befindliche Absorptionsmittellösung abgekühlt und Kältemitteldampf darin absorbiert wird, einer Rohrleitung (3U) für starke Lösung, durch welche stärke Absorptionsmittellösung von dem Generator dem Niederdruckabsorber zugeführt wird, um Kältemitteldampf in dieser zu absorbieren und dadurch eine Absorptionsmittellösung mittlerer Stärke zu bilden, eines Durchlasses (42) für Lösung mittlerer Stärke, durch welchen Absorptionsmittellösung mittlerer Stärke von dem Niederdruckabsorber dem Hochdruckabsorber zugeführt wird, um Kältemitteldampf in dieser zu absorbieren, von Rohrleitungen (60, 65)» durch welche schwache Absorptionsmittellösung von dem Hochdruckabsorber dem Generator zugeführt wird, um in diesem erneut konzentriert zu werden, eines Wärmeaustauschers (16) für Kältemittel, der die abgekühlte Kältemittelflüssigkeit in einen Wärmeaustausch mit einer Kühllast bringt, einer Rohrleitung (85), durch welche die im Hochtemperatur-Verdampfer abgekühlte Kältemittelflüssigkeit-dem Ifiedertemperatur-Verdampfer für eine sofortige Abkühlung darin zugeführt wird, von Rohrleitungen (95, 98), durch welche abgekühlte Kältemittelflüssigkeit von dem Niedertemperatur-Verdampfer dem Kältemittelwärmeaustauscher zur Kühlung der Kühllast zugeführt wird, wobei die Kältemittelflüssigkeit erwärmt wird, einer Rohrleitung (105) für Kältemittelflüssigkeit, durch welche die erwärmte Kältemittelflüssigkeit von dem Kälte-

9 098 86/10 63 - 22 -

mittelwärmeaustauscher zurück zum Hochtemperatur-Verdampfer zugeführt wird, um in diesem von neuem gekühlt und dann wieder durch das System umgewälzt zu werden, und einer Rohrleitung (74), durch welche Kältemittelflässigkeit von dem Verflüsiger zur sofortigen Abkühlung einem der Verdampfer zugeführt wird.

2. Absorptionskältesystem nach Anspruch 1 , dadurch, gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (74), durch welche die Kältemittelflüssigkeit von dem Verflüssiger (11) abgeführt wird, in einer solchen Weise verbunden ist, daß die Kältemittelflüssigkeit von dem Verflüssiger dem Hochtemperatur-Verdampfer (12) zugeführt wird.

3. Absorptionskältesystem nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (35) für abgekühlte Kaltemitte!flüssigkeit eine Plüssigkeitsialle (86) aufweist, die dazu dient, abgekühltes Kältemittel von dem adiabatischen Verdampfer (I2) für hohe Temperatur dem adiabatischen Verdampfer (13) für niedrige Temperatur zuzuführen, den Durchgang von Kältemitteldampf zu verhindern und zwischen den beiden Veraampfern einen Druckunterschied aufrechtzuerhalten.

4. Absorptionskältesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der adiabatische Verdampfer (12) für hohe Temperatur in senkrechter Richtung in einer größeren Höhe angeordnet ist als der adiabatische Verdampfer (13) für _.,_,:_T, niedrige Temperatur, und daß die Rohrleitung (85) für ab-

90 9 8 8"ß/ 1063 - 23 -

-23- 1W-BOI

gekühlte Kältemittelflüssigkeit eine .PlüssigkeitscMchtung (86) aufweist, die dazu dient, zwischen den beiden Verdampfern einen Druckunterschied aufrechtzuerhalten und dabei einen Abfluß abgekühlter Kältemittelflüssigkeit von dem adiabatischen Verdampfer, für hohe Temperatur zu dem adiabatischen Verdampfer für niedrige Temperatur unter dem Einfluß der Schwerkraft zu gestatten.

^lj. Absorptionskältesystera nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruekabsorber 1|? in senkrechter Richtung in einer größeren Höhe angeordnet ic υ als der Hochdruckabsorber (14) und daß die rohrleitung (42) für Lösung mittlerer Stärke aus einem Siphonrohr besteht, durch welches Absorptionsmittellösung mittlerer Stärke von dem liiederdruckabsorber dem Hochdruckabsorber zugeführt und ein Druckunterschied zwischen den beiden Absorbern aufrechterhalten wird.

b. Absorptionskältesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der adiabatische Verdampfer (12) für hohen Druck in senkrechter Richtung in einer größeren Höhe angeordnet ist als der adiabatische Verdampfer (13) für niedrigen Druck, die Rohrleitung (35) für abgekühlte Kältemittelflüssigkeit eine Flüssigkeitsdichtung (86) aufweist, die dazu dient, einen Durchgang von Ilältemitteldampf von dem adiabatischen Verdampfer für hohe Temperatur zu dem adiabatischen Verdampfer für niedrige Temperatur zu verhindern, einen Druckunterschied zwischen den Vaäampfern aufrechtzu-

BAD ORIGINAL Γ ²^ ~ 909886/1063

-■ζ*- - ■■ ;_y7

erhalten und einen durch Schwerkraft bewirkten Abfluß abge- · * ·.. küblter KaitömittelflüBsigkeit von dem adiabatischen Verdampfer für hohe Temperatur zu dem adiab*tischen Verdampfer für niedrige Semperatur zu gestatten, der Hochdruckabeorber . , , (14) in senkrechter Richtung in einer größeren Höhe auge- / ordnet ist als der Hiederdruckabsorber (15) und daß die ^//(

Hohrleitimg (42) für Atesorptioasaittellösung mittlerer Bar ke swiselisn eiern Hieöerdruckabrorber und dem Hochdruckabsor- € ■ ) ber eine Flüssigkeitsdichtung aufweist, die dazu dient, einen durch Schwerkraft hervorgerufenen Abfluß von AbsorptionsEiittellösung aus dem Niederdruckabeorber zu dem Hochdruökal?sorber zu gestatten und einen Druckunterschied zwischen diesen aufrechtzuerhalten.

7« Absorptionskältesystem nach Anspruch 1, dadurch ge- Ji ^v-f kennzeichnet, daß Vorrichtungen (103) vorgesehen sind, die ■ j dazu dienen, Luft in eine Wärmeaustauschbeziehung mit der Absorptionsmittellösung in dem Hochdruckverdampfer und dem Niederdruckverdampfer zu bringen und die in diesen Ver-

dampfern befindliche Absorptionsmittellösung zu kühlen.

8. Absorptionskältesystem nach Anspruch 1, dadurch _r '' gekennzeichnet, daß die Absorptionsmittellösung aus einer wässrigen Lösung eines Halogensalses und das Kältemittel · aus Wasser besteht. ,''

- ■'· _Ίί

9. Absorptionskältesystem nach Anspruch 1, dadurch

^; ι •gekennzeichnet, daß die Absorptionsmittellösung aus Lithium- '\

-25 - · 9098 8 67 106 3

ORIGINAL INSPECTED

bromid und das Kältemittel aus Wasser besteht und das System Vorrichtungen aufweist, die dazu dienen, ümgebungsluft in eine Wärmeaustauschbeziehung mit der Absorptionsmittellösung innerhalb des Hochdruckabsorbers, des Niederdruekabsorbers und des Verflüssiger^ zu bringen um die Wärme aus dem System abzuführen»

10. Absorptionskältesystem nach Anspruch 1» gekennzeichnet durch eine in der Rohrleitung für schwache Lösung angeordnete Pumpe (62) für schwaohe Lösung, die dazu dient, die schwache Absorptionsmittellösung von dem Hochdruckabsorber dem Generator zuzuführen, und durch eine Pumpe (31) für starke Lösung, die dazu dient, starke Absorptionsmittellösung von dem Generator zu dem Hiederdruckabsorber zuzuführen.

11. Verfahren zur Erzeugung von Kälte, insbesondere Arbeitsverfahren für ein Absorptionskältesystem nach einem der Ansprüche 1-10, das einen Generator, einen Verflüssiger, einen Hochdruckabsorber, einen Hieäerdruckabsorber, einen Hochtemperatur-Verdampfer, ©inen Niederteaperatur-Verdampfer und einen Kältesiittelwärmeaustauscher aufweist und in welchem eine schwache Absorptionsmittellösung zum Verdampfen des darin befindlichen Kältemittels und zur Ausbildung einer starken Abeorptionsmittellösuag innerhalb des Generators erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß starke Absorptionsmittellösung γοη dem Generator (10) im Wärmeaustausch mit einem Kühlmediiaa durch den Niederdruckabsorber (15) geführt

- 26 909886/1063

wird, um gleichseitig die Absorptionsmittellösung abzukühlen und den innerhalb des Verdampfers (13) für niedrige Temperatur gebildeten Kältemitteldampf zu absorbieren, wodurch, eine Absorptionsmittellösung mittlerer Stärke gebildet wird, die von dem Nieäerdruckabsorber im Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium durch, den Hochdruckabsorber (H) geführt wird, um gleichzeitig die Absorptionsmittellösung abzukühlen und den von dem Hochtemperatur-Verdampfer kommenden Kältemitteldampf zu absorbieren, wodurch eine schwache Absorptionsmittellösung gebildet wird, die von dem Hochdruckabsorber zur erneuten Konzentration dem Generator zugeführt wird, der innerhalb des Generators gebildete Kältemitteldampf innerhalb des Verflüseigers (11) verflüssigt wird, um flüssiges Kältemittel zu bilden, das innerhalb des Hochtemperatür-Verdampfers befindliche Kältemittel adiabatisch sofort abgekühlt wird, um Kältemitteldampf und abgekühlte Kältemittelflüssigkeit zu bilden, die von dem Hochtemperatur-Verdampf er dem Niedertemperatur-Verdampfer zugeführt wird, das abgekühlte flüssige Kältemittel innerhalb des Niedertemperatur-Verdampf era weiter adiabatisch sofort abgekühlt wird, um Kältemitteldampf und abgekühlte Kältemittelflüssigkeit zu bilden, öle abgekühlt© Kältemittelflüssigkeit von dem Nieder temperatur« Verdampf er durch den Kältemittelwärmeaustauscher (16) geführt wird, um Wärme von einer Kü&llast aufzunehmen, wobei das flüssige Kältemittel erwärmt wird, die erwärmte Kältemittelflüssigkeit von dem Kaiteaittelwärmeaus tauscher zur Abkühlung dem Hochtemperatur-Verdampf er zugeführt und schließlich Sie

909886/1063 - 27 -

- .27 - '.%'■■ .
iisvsi^lceit von ■- dexa

dämpfer jsugefilMrt wird. _?·-

12. Verismen ~ nacb Anspruch. 11, dadurch -gekennzeichnet, daß Luft in eise WärmeaustausGhtoeaiehung mit der Abuorptionsmittellösimg .isanerlialb des HoehdruckabsorberB xmä des Hieäerdruekabsorlssrs gebracht wirdy^m^ die darin bafinäliche AbsorptloiismittellöBung ebauldüilea und die Wärme an die Luft
abzuführen, und daß luft in eine ^fl^meaustauschbsZiehung mit dem Kältemitteldampf imierhalb des' VerflttBeigers gebracht
wird, um den Kältemitteldampf zu

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Kältemittelflüssigkeit von <&©m Verflüssiger einem der
Verdampfer zugeführt wird, indem die KältemittelflüBsigkeit" von dem Verflüssiger dem Hochtemperatur-Verdampf er zugeführt¹ wir^d. .

H. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß das abgekühlte Kältemittel von dem Hoehtemperatur-Verdampfer abgezogen und durch Schwerkraft dem Niedertemperatur-Verdampfer zugeführt wird.

f 15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, Ϊ

daß das abgekühlte Kältemittel von dem Hochtemperatur-Verdampfer abgezogen und durch Schwerkraft dem Niedertemperatur-Verdampfer zugeführt, sowie Absorptionsmittellösung mittlerer Stärke von dem Kiederdruckabsorber abgezogen und durch Schwerkraft dem Hochdruckabsorber zugeführt wird.

909886/1063

INSPECTED

Leerseite