DE19538383A1

DE19538383A1 - System for controlling cold absorption unit for air chilling units

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Publication number: DE19538383A1
Application number: DE1995138383
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Albring; Lutz Dipl Ing Richter; Alexander Dr Ing Pietsch; Hans-Heinrich Dipl Ing Schroth
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Current assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Priority date: 1995-10-14
Filing date: 1995-10-14
Publication date: 1997-04-17

Abstract

The system comprises an evaporator, absorber, intermediate heat carrier, pump, generator and condenser with thermostats in the cooling medium circuit, to control the heating temperature, and the heating medium circuit, controlling a three-way valve. Crystallisation of salts in the cooling medium of known units at low ambient temperatures is prevented by limiting the heating medium temperature with thermostatic sensors in the heating and cooling circuits which limit the fall in temperature of the cooling solution to a value above which crystallisation does not occur. The LiBr solution absorption chiller unit produces water at 6 deg. C. and the generator (5) is heated with hot water while the absorber (2) and condenser (6) are cooled with cold water. The heating medium temperature remains constant and the performance of the absorption unit increases with reducing cold water temperature. As the temperature and pressure fall the risk of crystallisation is normally increased but with the control of the cold water and hot water temperatures it is avoided.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Heizmittel-Eintrittstemperatur wärmebetriebener Absorptionskälteanlagen mit dem Ziel, Kristallisationserscheinungen sicher zu vermeiden und/oder die Anlage mit optimalen Wärmeverhältnissen - Kälteleistung zu Heizleistung - zu betreiben.The invention relates to a device for regulating the heating medium inlet temperature heat-operated absorption refrigeration systems with the aim of preventing crystallization phenomena avoid and / or the system with optimal heat conditions - cooling capacity to heating capacity - to operate.

In Absorptionskälteanlagen finden thermodynamische Prozesse der Wärme- und Stoffübertragung statt. Die Wirkungsprinzipien sind seit langem bekannt. Es ist die Kopplung zweier Kreisläufe, eines Kältemittelkreislaufes und eines Lösungskreislaufs.In absorption refrigeration systems there are thermodynamic processes of heat and mass transfer instead of. The principles of action have long been known. It is the coupling of two cycles, one Refrigerant circuit and a solution circuit.

In einer Sorptionsanlage zur Kälteerzeugung verdampft das Kältemittel in einem Verdampfer und kühlt einen Kälteträger, z. B. Kaltwasser. Der entstehende Dampf tritt in einen Absorber. Dort wird die sog. "arme" Lösung mit dem Kältemittel angereichert. Das kann im isobaren Zustand nur dann erfolgen, wenn die Lösung ständig und intensiv durch ein Kühlmittel gekühlt wird. Danach wird die sog. "reiche" Lösung auf ein höheres Druckniveau gebracht und durch ein Heizmittel erwärmt. Dabei wird Kältemitteldampf ausgetrieben. Die verbleibende "arme" Lösung wird entspannt und fließt zurück in den Absorber. Eine Wärmeübertragung von der "armen" zur "reichen" Lösung sowie zwischen Kältemitteldampf und -kondensat verbessert die Effektivität des Prozesses und bringt wesentliche Einsparungen an Kühlmittel und Heizenergie.In a sorption system for refrigeration, the refrigerant evaporates in an evaporator and cools a coolant, e.g. B. Cold water. The resulting steam enters an absorber. There is the So-called "poor" solution enriched with the refrigerant. This is only possible in the isobaric state take place when the solution is constantly and intensively cooled by a coolant. After that the So-called "rich" solution brought to a higher pressure level and heated by a heating medium. Here refrigerant vapor is expelled. The remaining "poor" solution is released and flows back in the absorber. A heat transfer from the "poor" to the "rich" solution and between Refrigerant vapor and condensate improve the effectiveness of the process and bring essentials Savings in coolant and heating energy.

Der Kältemitteldampf wird nach dem Austreiber im Kondensator verflüssigt. Mit der Entspannung des flüssigen Kältemittels in den Verdampfer wird der Kreislauf geschlossen.The refrigerant vapor is liquefied in the condenser after the expeller. With the relaxation of the liquid refrigerant in the evaporator, the circuit is closed.

Im Laufe der Entwicklungen sind die Arten der Prozeßführungen sowie alle Bauteile, die der Wärme- und Stoffübertragung dienen, in vielfältiger Weise verbessert worden.In the course of developments, the types of process control as well as all components that and mass transfer have been improved in many ways.

Ein rentabler Betrieb von Sorptionsanlagen ist besonders dann möglich, wenn geeignete Abwärmequellen billig zur Verfügung stehen. Verdampfungstemperatur, Umwelttemperatur (Kühlwasser- bzw. Kühllufttemperatur) und das Arbeitsstoffpaar bestimmen je nach Art der Prozeßführung die notwendige Temperatur für die Heizenergie. Temperaturdifferenzen zwischen den Arbeitsstoffströmen und den Energieträgern müssen einkalkuliert werden. Große Temperaturdifferenzen erhöhen thermodynamische Verluste, verringern aber den apparativen Aufwand und die Installationskosten.Profitable operation of sorption plants is particularly possible if suitable Waste heat sources are available cheaply. Evaporation temperature, environmental temperature (Cooling water or cooling air temperature) and the working material pair depending on the type of Process control the necessary temperature for the heating energy. Temperature differences between the Material flows and energy sources must be taken into account. Size Temperature differences increase thermodynamic losses, but reduce the equipment Effort and installation costs.

Umfangreiche Untersuchungen für die Nutzung der Sonnenenergie bzw. von Fernwärme durch Sorptionsanlagen zur Kälteerzeugung führten zu geeigneten Schaltungen mit komplexer Prozeßführung. Die Eigenschaften solcher Anlagen bestehen darin, Heizmedien mit geringen Vorlauftemperaturen (z. B. unter 100°C) mit großen Abkühlungsraten (Temperaturspreizungen) von 30-40 K nutzen zu können. Extensive investigations for the use of solar energy or district heating Sorption systems for refrigeration led to suitable circuits with complex Litigation. The properties of such systems consist of low heating media Flow temperatures (e.g. below 100 ° C) with large cooling rates (temperature spreads) from 30-40 K to be able to use.

Ein grundsätzlicher Nachteil der bekannten Lösungen ist, daß die Temperaturen der Kühlmittel für die ständige Kühlung der Kondensatoren und Absorber in engen Grenzen gehalten werden müssen, um Problemen der Kristallisation z. B. von LiBr-Salzen aus der wäßrigen Lösung auszuweichen. Das erfolgt gewöhnlich durch aufwendige Aufwärmung des Kühlwassers durch Rücklaufbeimischung bei niedrigen Außenlufttemperaturen. Die energetischen Vorteile eines Betriebs mit niedrigen Kondensations- und Heizmitteltemperaturen werden außer acht gelassen. Ein Betrieb mit zu hohen Heizmitteltemperaturen, der ebenfalls zu Kristallisationen führen kann, bleibt weitestgehend unkontrolliert. Dagegen werden zusätzlich große Aufwendungen gemacht, um ggf. auftretende Kristallisationserscheinungen innerhalb der Kältemaschine automatisch zu beseitigen.A fundamental disadvantage of the known solutions is that the temperatures of the coolants for the constant cooling of the capacitors and absorbers must be kept within narrow limits Problems of crystallization e.g. B. to avoid LiBr salts from the aqueous solution. The is usually done by consuming warming up of the cooling water by adding return low outside air temperatures. The energetic advantages of operating with low Condensation and heating medium temperatures are ignored. An operation with too high Heating medium temperatures, which can also lead to crystallization, largely remain uncontrolled. On the other hand, large expenses are made to cover any costs that may arise Automatically eliminate crystallization phenomena within the refrigerator.

Die Aufgabe der Erfindung ist, die Heizmitteltemperatur maximal zu senken, Kühlmittel mit beliebigen Vorlauftemperaturen zu verwenden und die damit verbundenen Vorteile, speziell die der Energieeinsparung, zu nutzen sowie aufwendige Sicherheitsvorkehrungen zur Vermeidung von Kristallisationserscheinungen überflüssig zu machen.The object of the invention is to reduce the heating medium temperature as much as possible, with any cooling medium Use flow temperatures and the associated advantages, especially those of Energy saving, to use as well as elaborate safety precautions to avoid Make crystallization phenomena superfluous.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren wird nicht mehr die Kühlmitteltemperatur bei niedrigen Umwelttemperaturen hochgeregelt, sondern die Heizmittel-Vorlauftemperatur hinuntergeregelt. Das Verfahren der Teillastregelung z. B. durch Änderung der Heizmittel-Vorlauftemperatur bleibt dabei unberührt. Um Kristallisationserscheinungen in den Lösungskreisläufen zu vermeiden, dürfen z. B. die Temperaturen der Heizmittel zur Erwärmung der Lösung in den Austreibern von wärmebetriebenen H₂O-LiBr-Absorptionskälteanlagen einen bestimmten Wert nicht überschreiten, der durch das thermodynamische Verhalten dieses Stoffpaares festgelegt ist. Das kann dadurch erfolgen, daß in Abhängigkeit von der gemessenen Kühlmittel-Vorlauftemperatur TC1 ein Regelgerät die dazugehörige maximale Heizmittel-Vorlauftemperatur ermittelt und die Anlage dementsprechend schützt. Für diesen Schutz gibt es verschiedenartige Möglichkeiten. Eine davon ist z. B. die Begrenzung des Ventilhubs eines Dreiwegeventils innerhalb der Schaltung einer Rücklaufbeimischung.According to the invention the object is achieved by the features of the claims. In contrast The coolant temperature at low temperatures no longer becomes the conventional method Environmental temperatures up, but the heating medium flow temperature down. The Partial load control method z. B. by changing the heating medium flow temperature remains untouched. To avoid crystallization phenomena in the solution cycles, z. B. the Temperatures of the heating means for heating the solution in the expellers of heat-operated H₂O-LiBr absorption refrigeration systems do not exceed a certain value, which by the thermodynamic behavior of this pair of substances is determined. This can be done in that Depending on the measured coolant flow temperature TC1 a control device the corresponding maximum heating medium flow temperature is determined and the system accordingly protects. There are various options for this protection. One of them is e.g. B. the Limitation of the valve lift of a three-way valve within the circuit of one Return admixture.

Eine H₂O-LiBr-Absorptionskälteanlage erzeugt Kaltwasser mit einer konstanten Temperatur von +6°C. Der Generator 5 wird mit Heizwasser beheizt. Absorber 2 und Kondensator 6 werden mit Kühlwasser gekühlt, das im Kreislauf über ein zwangsbelüftetes Rückkühlwerk geleitet wird.An H₂O-LiBr absorption refrigeration system produces cold water with a constant temperature of + 6 ° C. The generator 5 is heated with heating water. Absorber 2 and condenser 6 are cooled with cooling water, which is passed through a forced-air cooling system.

Je nach Außenlufttemperatur und -feuchte variiert in der gemäßigten Klimazone Mitteleuropas die Kühlwasser-Vorlauftemperatur zwischen 0 und 28°C. Dementsprechend verändert sich Kondensationstemperatur und -druck. Im Absorber 2 entsteht eine mehr oder weniger kältemittelreiche Lösung.Depending on the outside air temperature and humidity, the cooling water supply temperature varies between 0 and 28 ° C in the temperate climate zone of Central Europe. The condensation temperature and pressure change accordingly. A more or less refrigerant-rich solution is created in the absorber 2 .

Bleibt die Heizmitteltemperatur konstant, steigt die Leistung der Absorptionskälteanlage bei sinkender Kühlwassertemperatur. Die arme Lösung am Austritt des Generators 5 besitzt nur einen geringen Wasseranteil. Bei sinkenden Druck und Temperatur besteht erhöhte Kristallisationsgefahr. Aus diesem Grund wird in den herkömmlichen Absorptionskälteanlagen die Kühlwassertemperatur künstlich hochgehalten.If the heating medium temperature remains constant, the performance of the absorption refrigeration system increases as the cooling water temperature drops. The poor solution at the outlet of the generator 5 has only a small amount of water. If the pressure and temperature drop, there is an increased risk of crystallization. For this reason, the cooling water temperature is kept artificially high in conventional absorption refrigeration systems.

Die vorliegende Schaltung mit einer vorgegebenen Zuordnung von Kühlwasser- und Heizwassertemperatur bleibt auch bei veränderten Betriebsparametern die Leistung der Anlage konstant. Der Prozeßverlauf des Stoffpaares Kältemittel-Lösungsmittel entfernt sich von der Kristallisationszone. Spezielle Vorrichtungen im Lösungskreislauf zur automatischen Entkristallisation werden überflüssig.The present circuit with a predetermined assignment of cooling water and Heating water temperature remains the performance of the system even with changed operating parameters constant. The course of the process of the pair of refrigerant-solvent moves away from the Crystallization zone. Special devices in the solution circuit for automatic decrystallization become superfluous.

Mit der Heizwasser-Vorlauftemperatur sinkt auch die Heizwasser-Rücklauftemperatur. Die vorhandene Energiequelle (Abwärme) kann intensiver genutzt werden. Komplexe Anlagen können effektiver arbeiten.The heating water return temperature also decreases with the heating water flow temperature. The Existing energy sources (waste heat) can be used more intensively. Complex systems can work more effectively.

BezugszeichenlisteReference list

1 Verdampfer
2 Absorber
3 Zwischenwärmeübertrager
4 Lösungsmittelpumpe
5 Generator
6 Kondensator
7 Regeleinrichtung
8 Regelorgan
9 Temperaturfühler
10 Temperaturfühler
11 Kälteträgerleitung
12 Heizmittelleitung
13 Kühlmittelleitung 1 evaporator
2 absorbers
3 intermediate heat exchangers
4 solvent pump
5 generator
6 capacitor
7 control device
8 regulatory body
9 temperature sensors
10 temperature sensors
11 Coolant line
12 heating medium line
13 coolant line

Claims

1. Control device for simple and combined absorption refrigeration systems, consisting of one or more evaporators ( 1 ), absorbers ( 2 ), intermediate heat exchangers ( 3 ), solvent pumps ( 4 ), generators ( 5 ) and condensers ( 6 ) with any control of the temperatures of the refrigerant in the coolant line ( 11 ) and the heating medium in the heating medium line ( 12 ) according to a required cooling capacity, characterized in that
that a temperature sensor TC1 ( 9 ) in the coolant line ( 13 ) receives a signal for determining a maximum permissible heating medium flow temperature TC,
and a second temperature sensor TC ( 10 ) in the heating medium line ( 12 ) by means of a control device ( 7 ) a control element ( 8 ), for. B. affects a three-way valve in such a way that the heating medium temperature is always below a maximum value dependent on the signal of the temperature sensor ( 9 ) for reliable avoidance of crystallization.

2. Control device according to claim 1, characterized in that the permissible maximum heating medium temperature as a function of the coolant temperature in the control device ( 7 ) is permanently entered.

3. Control device according to claim 1 and 2, characterized in that the permissible maximum heating medium temperature is constantly calculated by a microprocessor becomes.

4. Control device according to claim 1, characterized in that an additional temperature monitor in the heating medium line against special security Offers crystallization.