DE2216203A1

DE2216203A1 - Kühleinrichtung für Absorptionskältesysteme

Info

Publication number: DE2216203A1
Application number: DE19722216203
Authority: DE
Inventors: Donald Evansville Ind. Kuhlenschmidt (V.StA.)
Original assignee: Arkla Industries Inc
Current assignee: Arkla Industries Inc
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1972-04-04
Publication date: 1972-10-12
Also published as: IT950740B; FR2132318B1; BE781574A; GB1332879A; FR2132318A1; JPS5036901B1; DE2216203B2; NL7203714A; AU464101B2; US3750416A; AU4059772A; CA949761A

Description

MTiNTANWXUf DR.-ING. H. FlNCKI f Λ APR 1Q7? DIPl.-ING. H. BOHR O O IC O ff DIW.-ING. S. STAEGSB I 2 I O 2 U

MÖNCHEN 5

MOLLERSTR. 31

Happe 9056
Docket 7-2

Beschreibung zum Patengesuch

der Firma AEKLA INDUSTRIES, INC., Evensville, Indiana,

V.St.A.

betreffend

"Kühleinrichtung für Absorptionskältesysteme"

***
Priorität: 2. April 1971 - V.St.A.

Die Erfindung betrifft Absorptionskältesysteme, bei denen ein flüssiges Kältemittel verdampft, um eine Kühlwirkung zu erzeugen, wobei das Kältemittel nachfolgend in einer flüssigen absorbierenden Lösung absorbiert wird. Insbesondere betrifft di Erfindung solche Systeme, welche eine Kühlung mit einem relativ warmen Kühlfluid ermöglichen, beispielsweise mit Umgebungsluft.

Eine Schwierigkeit bei Absorptionskältema^chinen mit einer wässrigen Salzlösung aus Absorptionsmittel liegt darin, daß eine Kühlung des Absorberteils mit einem verhältnismäßig warmen Kühlmittel, beispielweise Umgebungsluft, nicht allgemein zweckmäßig istο Die Hauptgründe für dieses ungünstige Verhalten liegen da-

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ORIGINAL INSPECTBD

rin, daß erstem der Dampfdruck der Salzlösung bei den erhöhten Temperaturen, welche sich aus der Luftkühlung ergeben, zu einer Verdampfertemperatur führt, die zu hoch ist, um zufriedenstellend zu kühlen, und/oder daß zweitens die Salzlösung eine hohe Kristal- ? \r?Tfcionstemperatur hat, welche das Bestreben zeigt, Kristalle bei Umgebungstemperatur zu bilden, wenn die Maschine abgeschaltet ist. Unter Kristallisationstemperatur ist diejenige Temperatur zu verstehen, bei welcher feste Kristalle sich zu bilden beginnen, wenn die Salzlösung gekühlt wird. Das Problem ist nachfolgend in Einzelheiten in Verbindung mit einer Maschine erläutert, welche eine wässrige Lithiumbromidlösung als Beispiel eines typischen Absorptionsmittel verwendet. Die Grundlagen der Erfindung sind jedoch nicht auf die Verwendung eines besonderen Absorptionsmittels beschränkt.

Bei Absorptionskältesystemen der betrachteten Art ändert sich der Absorberdruck für eine gegebene Loaungskonzentration mit der Absorbertemperatur. Wenn Wärme aus dem Absorber mit einem Kühlmittelstrom abgeleitet wird, so liegt die minimale praktische und erzielbare Absorbertemperatur um 5 - 11⁰O oberhalb der Kühltemperatur oder beträgt etwa 46⁰C für eine Temperatur von 35⁰C der Umgebungsluft. Wenn man demgemäß wünscht, eine übliche luftgekühlte Einheit zu betreiben, muß man eine Absorptionslösung verwenden, welche einen niedrig genug liegenden Dampfdruck bei 46°C aufweist, um die erforderliche Verdampfung in dem Verdampfer zu erreichen. Praktisch sollte der Verdampfer in der Lage sein, einen Wasserstrom auf 7 C zu kühlen; zu diesem Zweck sollte die Verdampfertemperatur nicht höher als etwa 5»5°C liegen. Die letztgenannte Temperatur ergibt sich während der Verdampfung von Wasser bei 6,7 Torr. Demgemäß sollte die den Absorber bei einem in üblicher Weise ausgelegten luftgekühlten System verlassende Lösung einen Dampfdruck von nicht höher als 6,7 Torr bei 46°C aufweisen. Aus zur Verfügung stehenden Dampfdruckdaton für Lithiumbromid ergibt sich, daß bei 59,2 Gewichtsprozent die Lösung diese Forderung erfüllt. Die Konzentration der eintretenden Lösung muß, wie sich versteht, höher sein; für ein arbeitendes System beträgt die Eintx*ittskonzentration etwa 62,2 %. Da die letztgenannte Lösung ^e^ne Krrstallisations-

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temperatur von etwa 44,5 G aufweist, ist eine solche Lösung unpraktisch, da sie kristallisiert, wenn die Einheit abgeschaltet wird. Wenn eine mehr verdünnte Eintrittslösung verwendet wird, beispielsweise eine 59 %-Lösung, um die Schwierigkeit der Kristallisation zu vermeiden, so hätte die abgehende Lösung eine Konzentration von etwa 56 % und einen Dampfdruck von etwa 9 Torr. Bei diesem Druck würde der Verdampfer bei 9»75^GC arbeiten, was offensichtlich zur Erzielung einer Temperatur von 7°C des gekühlten Wassers unbrauchbar ist.

Erfindungsgemäß wird der Absorber durch Wärmeaustausch mit einem Strom von verdampfendem flüssigen Kältemittel gekühlt, das von dem Verdampfer erhalten wird. Diese verdampfende Kältemittel vermag den Absorber auf eine geringere Temperatur als beispielsweise 35 C der Umgebungsluft zu kühlen; im Ergebnis führt dies dazu, daß der Absorberdruck und damit der Verdampferdruck abgesenkt werden. Der geringere Verdampf erdrück führt zu einer geringeren Verdampfertemperatur, so daß das Gesamtergebnis des Verfahrens zur Fähigkeit des Systems führt, eine Kühlung bei einer geringeren Temperatur zu erzeugen, während eine Salzabsorptionsloung angewendet wird, die bei dem üblichen System eine Kühlung lediglich bei einer höheren Temperatur ergeben würde. Dies bedeutet, daß dieses Absorptionsmittel hinsichtlich des Salzgehaltes stärker verdünnt sein kann als das normalerweise verwendete Absorptionsmittel. Bezogen auf die Konzentrationen gemäß dem obigen Beispiel ermöglicht die Erfindung beispielsweise die Anwendung einer 59 %-igen wässrigen Lithiuiabromid-Lösung in einer luftgekühlten Einheit, welche Wasser von 7°C erzeugt, wogegen ohne die Kältemittelkühlung des Absorbers die gleiche Lösung gekühltos Wasser von 9,75 C oder darüber erzeugen würde.

Der Kältemitteldampf, welcher bei der Kühlung des Ab-

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sorbers während des KühlVorganges erzeugt wird, uß ständig von dem Absorber zwecks nachfolgender Kondensation abgeleitet werden. Zu diesem Zweck schafft die Erfindung ein Pumpelement zur Weiterführung des Dampfes von dem in Zuordnung zu dem Absorber stehenden Wärmeaustauscher zu
einem Kondensator, wobei das Pumpelement zweckmäßg eine
Auswerf- oder Ansaugeinrichtung ist, welche mit einem
schon vorliegenden Fluidstrom als Treiberfluid zu betätigen ist.

Erfindungsgemäß wird also der Absorber in einer Salzlösungs-Absorptionskältemaschine durch Wärmeaustausch mit einem Strom einer Kältemittelflüssigkeit gekühlt, welche von dem Verdampfer erhalten wird. Das Kältemittel verdampft bei der Absorption von Wärme, wobei der Dampf danach durch einen luftgekühlten Kondensator mittels einer Auswerfeinrichtung verläuft, welche heißen Kältemitteldampf verwendet, der
von dem Generator als Treiberfluid herströmt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung zeigt.

In der Zeichnung ist eine Einzeleffekt-Absorptionskälteeinheit veranschaulicht, die mit wässriger Salzlösung arbeitet. Die Einheit weist einen Kältemitteldampfgenerator 10, einen an Umgebungsluft gekühlten Kondensator 11,
einrn Verdampfer 12, eine Kühlwaeserachlange 14 in Zuordnung zu dem Verdampfer und einen

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Absorber 16 auf, welcher mit dem Verdampfer über eine Leitung in Verbindung steht. Diese erwähnten Bauelemente sind sämtlich in üblicher Weise ausgebildet, mit der Ausnahme, daß der Absorber 16 durch siedendes Kältemittel gekühlt wird. Ber Kältemitteldampf wird aus der absorbierenden Lösung in dem Generator 10 ausgetrieben, indem zu dem letzteren Wärme von einer Wärmequelle geführt wird, beispielsweise einem Gasbrenner 20. Der ausgetriebene Dapf trennt sich von der Absorptionslösung in einem Dampftrenner 22 und verläuft zu dem Kondensator 11, wo er durch Wärmeaustausch mit Umgebungsluft kondensiert ist, die über das Äußere des Kondensators verläuft..

Kälteflüssigkeit verläuft von dem Kondensator über eine Mündung 24- zu dem Verdampfer 12, wo ein Teil der Flüssigkeit verdampft wird, indem Wärme von Wasser absorbiert wird, das durch die gekühlte Wasserschlange 14 verläuft. Der auf diese V/eise erzeugte Kältemitteldampf verläuft zu dem Absorber 16, wo er in absorbierender Flüssigkeit absorbiert wird, die einen geringen Kältemittelgehalt aufweist. Die entstehende Flüssigkeit, welche einen hohen Kältemittelgehalt aufweist, verläuft von dem Absorber 16 zu dem Dampfgenerator 10 über eine Leitung 26, eine Lösungspumpe 28 sowie einen Wärmeaustauscher 30· Nachdem Kältemitteldampf in dem Generator 10 die entstehende konzentriere Salzlösung zum Absieden gebracht hat, d.h. Lösung mit geringem Kältemittelgehalt, erfolgt eine Rückkehr zu dem Absorber über eine Leitung 32 sowie den Wärmeaustauscher 30.

Die gesamten vorangehend erwähnten Elemente sind von üblichem Aufbau und werden in üblicher Weise betrieben, wie dies für Einzeleffekt-Absorptionskältemaschinen bekannt ist. Die vorangehende Beschreibung diente zur Erläuterung des Gesamtaufbaus, der in Verbindung mit dem Erfindungsgegenstand verwendet wird. Die Gesamtwirkungsweise des Systems besteht darin, das verdampfende Kältemittel in dem Verdampfer zur Erzeugung von Kühlwasser in der Schlange 14 für irgendeinen geeigneten Zweck zu verwenden, beispielsweise zur Luftklimatisierung.

Erfindungsgemäß wird der Absorber 16 mit überschüssigem Kälte-

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mittel gekühlt, welches in unverdampfter Form von dem Verdampfer 12 erhalten wird, wonach eine Verdampfung in Wärmeaustauschbeziehung mit der Lösung in dem Absorber 16 erfolgt. Bei dem dargestellten Beispiel wird flüssiges Kältemittel von dem Verdampfer durch einen U-förmigen Plüssigkeitsfanger 34 und danach duch eine Rohrschlange 35 geführt, über deren Äußeres die Absorptionslösung strömt.

Die in dem Absorber 16 durch den Absorptionsvorgang freigesetzte

mittel Wärme wandelt das flüssige Kälte/in Dampf um. Um diesen Dampf zu entfernen, ist ein Pumpelement vorgesehen, beispielsweise eine Auswerfeinrichtung 36 oder eine Ansaugeinrichtung oder ein ähnliches Bauelement, welches in der Lage ist, den Dampf aus der Schlange 35 zum Zwecke einer schließlichen Kondensation herauszuführen. Der Auswerfer 36 oder eine andere mit einem Venturirohr arbeitende Einrichtung ist als Pumpelement praktisch geeignet, weil er den Strom des Kältemitteldampfes von dem Generator 10 als Antriebs- oder Pumpenfluid verwenden kann.

Der Auswerfer 36, welcher schematisch veranschaulicht ist und von irgendeiner geeigneten Bauart sein kann, umfaßt in der gezeigten Weise eine Ejektordüse 38 von reduziertem Querschnitt, welche in eine Saugkammer 40 hineinragt, die eine Verbindung mit dem Absorber 16 über eine Leitung 42 herstellt. Eine Leitung mit einem Diffusorteil 46 verbindet den stromabwärtigen Teil der Saugkammer 40 mit dem Kondensator 11.

Die Düse 38 wandelt den Druckkopf des durchströmenden Dampfes in einen Hochgeschwindigkeitsstrom um, welcher in den Diffusorabschnitt 46 verläuft, wobei der Druck in der Saugkammer erniedrigt und Kältemitteldampf von der Schlange 35 eingeführt werden. Der eingeführte Dampf und der treibende Dampf des Generators 10 werden über die Leitung 44 zu dem luftgekühlten Kondensator 11 geführt. Eine Konzentrationskammer 48 kann in der Leitung 42 an dem Kältemitteldampf-Auslaß der Schlange vorgesehen sein, um jegliches überflüssige flüssige Kältemittel abzufangen.

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Die Betriebsweise des Systems wird erläutert, indem zuerst typische Werte für einige Betriebsvariable angenommen werden. Für Darstellungszwecke sei angenommen, daß die Umgebungslufttemperatur 35°C beträgt, daß die in den Absorber 16 eintretende Lösung eine wässrige Lithiumbromidlösung mit 59 % Lithiumbromid ist und daß diese Lösung eine Kristallisationstemperatur von etwa 15,25°C aufweist. Wenn der Absorber 16 durch Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft gekühlt würde, wie bei einem üblichen luftgekühlten System, so hätte die den Absorber 16 verlassende Lösung eine Temperatur von etwa 46⁰C und eine Konzentration von etwa 56 % Salz. Bei dieser Temperatur hätte die Lösung einen Dampfdruck von etwa 9 Torr. Wenn der Verdampfer bei etwa 9 mm Druck betätigt würde, so könnte gemäß den vorangehenden Erläuterungen das verdampfende Kältemittel eine Temperatur von 9,75°C erzeugen, die zu hoch wäre, um die typischerweise 7°C des gekühlten Wassers zu erzeugen.

In dem dargestellten System wird jedoch Kälteflüssigkeit von innerhalb des Systems verwendet, um den Absorber 16 unter die Temperatur zu kühlen, welche bei 35°C zu erhalten ist. Da für eine Salzlösung von gegebener Konzentration der Absorberdruck sich mit der Absorbertemperatür verändert, bewirkt die niedrigere Temperatur einen entsprechend geringeren Absorberdruck. Dieser geringere Druck erscheint auch in dem Terdampfer 12, mit dem Ergebnis, daß die Temperatur des darin verdampfenden Kältemittels abfällt. Wenn beispielsweise Kältemittelflüssigkeit in den Absorber 16 über den Flüssigkeitsfänger 34 eintritt und die 56 %-Salzlösung auf 41°C abkühlt, so fallen der Absorberdruck und der Verdampferdruck auf 6,7 Torr, was den Dampfdruck dieser Lösung bei 41⁰C darstellt. Bei diesem Druck arbeitet der Verdampfer auf einer Temperatur von 5»5°C, um Wasser von 7°C zu erzeugen. Die Gesamtwirkungsweise besteht darin, daß das System in der Lage ist, eine gewünschte geringe Verdampfertemperatur zu erzeugen, während eine auf verhältnismäßig hoher Temperatur befindliche TJmgebungsluft als letztliches Kühlmedium verwendet wird und vfH.hr..-nö fern·-?:· eine Salzlösung von verhältnismäßig geringer Konzentration angewendet wird, welche keine genügend niedrige Verdampfertemperatur erzeugt,

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wenn eine übliche Umgebungsluftkühlung des Absorbers angewendet wird.

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Claims

MJ Absorptionskältesystem mit einem Verdampfer zum Verdampfen von flüssigem Kältemittel, einem Absorberbehälter zur Aufnahme von Kältemitteldampf seitens des Verdampfers sowie zur Absorption des Dampfes in einem flüssigen Absorptionsmittel oder einem Generator zum Austreiben des Kältemitteldampfes aus den flüssigen Absorptionsmittel und einem Kondensator zum Kondensieren des ausgetriebenen Kältemitteldampfes, gekennzeichnet durch eine Leitung (34) zum Transport flüssigen Kältemittels von dem Verdampfer (12) in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Absorptionsmittel (Schlange 35 im Absorberbehälter 16) zur Kühlung des flüssigen Absorptionsmittels und Verdampfung des flüssigen Kältemittels und durch eine Leitung zur Abführung des verdampften Kältemittels von dem Absorber.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung zum Abführen dos verdampften Kältemittels von dem Absorber (16) ein Pumpelement (Auswerfer 36) umfaßt, um die Entfernung von Kältemitteldampf aus dem Absorber zu unterstützen.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpelement einen Auswerfer (36) mit einem Leitungsteil (38) von vermindertem Innenquerschnitt aufweist, welcher zur Aufnahme von Kältemitteldampf aus dem Generator (10) und zur Abgabe des Dampfes sowie eingeführten Dampfes von dem Absorber (16) in den Kondensator (11) eingerichtet ist»
4. Verfahren zum Betrieb eines Systems nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch Kühlung des Absorptionsmittels in dem Absorberbohälter mittels Ableitung des flüssigen Kältemittels aus dem Verdampferbehälter in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Absorptionsmittel in dem Absorptionsbehälter und Verdampfung des flüssigen Kältemittels, wobei die Temperatur und damit der Druck in dem Absorberbehälter abgesenkt werden und

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wobei der abgesenkte Druck in dem Verdampferbehälter erscheint, und durch folgende Kondensation des entstehenden verdanpften Kältemittels durch Wärmeaustausch mit dem Kühlstrom.
5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfende Kältemittel von dem Absorberbehälter in Wärmeaustausch mit dem Kühlstrom gebracht wird, indem ein Ansaugen mit einem Strom des Kältemitteldampfes erfolgt, welcher durch Erwärmung einer Lösung des Kältemittels in einem flüssigen Absorptionsmittel ausgetrieben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlstrom die Umgebungsluft ist.

Für Firma ARKLA INDUSTRIES, INC. MmMMmnu.1«

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