DE2216203B2 - Absorptionskältemaschine - Google Patents

Description

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

Eine Schwierigkeit bei Absorptionskältemaschinen mit einer wäßrigen Salzlösung als Absorptionsmittel !liegt darin, daß eine Kühlung des Absorberteils mit einem verhältnismäßig warmen Kühlmittel, beispielsweise Umgebungsluft, nicht allgemein zweckmäßig ist. Die Hauptgründe für dieses ungünstige Verhalten liegen darin, daß erstens 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 Kristallisationstemperatur 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 Absorptionsmittels verwendet. Die Grundlagen der Erfindung sind jedoch nicht auf die Verwendung eines besonderen Absorptionsmittels beschränkt.

Bei Absorptionskältemaschinen der betrachteten Art ändert sich der Absorberdruck für eine gegebene Lösungskonzentration mit der Absorbertemperatur. Wenn Wärme aus dem Absorber mit einem Kühlmittelstrom abgeleitet wird, so liegt die minimale praktische und erzielbare Absorbertemperatur um 5 bis 1I°C oberhalb der Kühltemperaiur oder beträgt etwa 46°C für eine Temperatur von 35°C der Umgebungsluft. Wenn man demgemäß wünscht, eine übliche luftgekühlte Einheit zu betreiben, muß man eine Absorptionsiösung verwenden, welche einen genügend niedrig liegenden Dampfdruck bei 46°C aufweist, um die erforderliche Verdampfung im Verdampfer zu erreichen. Praktisch sollte der Verdampfer in der Lage sein, einen Kaltwasserstrom 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 Verfugung stehenden Dampfdruckdaten für Lithiumbromid ergibt sich, daß bei 59,2 Gewichtsprozent die Lösung diese Forderung erfüllt. Die Konzentration der eintretenden Lösung muß naturgemäß höher sein; für ein arbeitendes System beträgt die Eintrittskonzentration etwa 62,2 %. Da die letztgenannte Lösung eine Kristallisationstemperatur von etwa 44,5^DC 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° C arbeiten, was offensichtlich zur Erzielung einer Temperatur von 7°C des gekühlten Wassers unbrauchbar ist.

Erfindungsgemäß (doch ohne daß die Erfindung damit vollendet wäre) wird der Absorber durch Wärmeaustausch mit einem Strom von verdampfendem flüssigem Kältemittel gekühlt, das von dem Verdampfer erhalten wird. Dieses 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 Verdampferdruck führt zu einer geringeren Verdampfertemperatur, so daß das Gesamtergebnis dazu führt, eine Kühlung bei einer geringeren Temperatur zu erzeugen, während eine Salzabsorptionslösung angewendet wird, die bei dem üblichen System eine Kühlung lediglich bei einer höheren Temperatur ergeben würde. Dies bedeutet, daß dieses Absorptionsmittel hinsichtlich des Salzgehaltes stärket verdünnt sein kann als das normalerweise verwendete Absorptionsmittel. Bezogen auf die Konzentrationen gemäß dem obigen Beispiel ist im Rahmen der Erfindung beispielsweise die Anwendung einer 59%igen wäßrigen Lithiumbromid-Lösung in einer luftgekühlten Einheit ermöglicht, welche Wasser von 7°C erzeugt, wogegen ohne die Kältemittelkühlung des Absorbers die gleiche Lösung gekühltes Wasser von 9,75°C oder darüber erzeugen würde.

Der Kältemitteldampf, welcher bei der Kühlung des Absorbers während des Kühlvorganges erzeugt wird, muß ständig von dem Absorber zwecks nachfolgender Kondensation abgeleitet werden. Dieser Zweck kann

eijie Pumpe zur Weiterführung des Dampfes von dem in Zuordnung zu dem Absorber stehenden Wärmeaustauscher zu einem Kondensator erfüllen.

Die Erfindung besteht bei einer Absorptionskältemaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung darin, daß eine weitere Pumpe vorgesehen ist, deren Saugseite mit dem Auslaß der mit Kältemittel beschickten, zusätzlichen Kühlvorrichtung des Absorbers in Verbindung steht, und daß diese Pumpe vom Strom des den Austreiber verlassenden Kältemittels betrieben h>t, welch letzteres sich im Bereich der Pumpe mit dem Kähemitteldampf vereinigt, welcher die zusätzliche Kühlvorrichtung des Absorbers verlassen hat. Die Besonderheit des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß sich bei ihm eine selbsttätige Durchsatzregelung des Kältemittels durch die Kühlvorrichtung des Absorbers ergibt, da der Anteil des aus der Leitung zwischen Kühlvorrichtung und Pumpe angesaugten verdampften Kältemittels eir? Funktion des Durchsatzes des vom Austreiber gelieferten Kälieiiiittels ist. je größer demnach der Durchsatz des den Austreiber verlassenden Kältemittels ist, desto mehr Kältemittel wird auch der Kühlvorrichtung des Absorbers zugeführt, wodurch der Absorber auf einer ausreichend tiefen Temperatur gehalten wird.

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

In der Zeichnung ist eine einstufige Absorptionskältemaschine veranschaulicht, die mit wäßriger Salzlösung arbeitet. Die Einheit weist einen Käliemitteldampfgenerator (Austreiber) 10, einen mittels Umgebungsluft gekühlten Kondensator 11, einen Verdampfer 12, eine Kaltwasserschlange 14 in Zuordnung zu dem Verdampfer und einen Absorber 16 auf, welcher mit dem Verdampfer über eine Leitung 18 in Verbindung steht. Diese Bauelemente sind in üblicher Weise ausgebildet, wobei der Absorber 16 in geschlossenem Wärmetausch, wie ebenfalls bekannt, durch verdampfendes Kältemittel gekühlt wird. Der Kältemitteldampf wird aus der Lösung im Generator 10 ausgetrieben, indem letzterem Wärme von einer Wärmequelle zugeführt wird, beispielsweise einem Gasbrenner 20. Der ausgetriebene Kältemitteldampf trennt sich von der Absorptionsiösung in einem Dampfabscheider 22 und gelangt zu dem Kondensator 11, wo er durch Wärmeaustausch mit Umgebungsluft kondensiert, die über das Äußere des Kondensators strömt.

Das Kältemittel läuft von dem Kondensator 11 über eine Drosselstelle 24 zu dem Verdampfer 12, wo ein Teil der Flüssigkeit verdampft und Kälte von dem Wasser aufgenommen wird, das durch die Rohrschlange 14 läuft. Der Kältemitteldampf läuft weiter zu dem Absorber 16, wo ei von absorbierender Flüssigkeit absorbiert wird. Die entstehende Flüssigkeit, welche einen hohen Kältemittelgehalt aufweist, läuft von dem Absorber 16 zum Dampfgenerator 10 über eine Leitung 26, eine Pumpe 28 sowie einen Wärmeaustauscher 30. Nachdem Kältemitteldampf im Generator 10 ausgetrieben wurde, erfolgt eine Rückkehr der armen Lösung zu dem Absorber über eine Leitung 32 sowie den Wärmeaustauscher 30,

Die vorangehend erwähnten Elemente sind von üblichem Aufbau und werden in üblicher Weise betrieben, wie dies bei einstufigen Absorptionskältemaschinen bekannt ist. Die vorangehende Beschreibung diente zur Erläuterung des Gesamtaufbaus, der in Verbindung mit dem Erfindungsgegenstand verwendet wird. Der Verwendungszweck des Systems besteht darin, das verdampfende Kältemittel im Verdampfer zur Erzeugung von Kaltwasser in der Rohrschlange 14 für einen geeigneten Zweck zu verwenden, beispielsweise zur Luftklimatisierung.

Dabei wird der Absorber 16 mit überschüssigem Kältemittel gekühlt, welches in unverdampfter Form dem Verdampfer 12 entnommen wird, wobei eine Verdampfung des Kältemittels in geschlossenem Wärmetausch mit der Lösung in dem Absorber 16 erfolgt. Bei dem dargestellten Beispiel wird flüssiges Kältemittel aus dem Verdampfer durch einen U-förmigen Flüssigkeusfänger 34 und danach durch eine Rohrschlange 35 geführt, über deren Äußeres die Absorptionslösung strömt.

Die in dem Absorber 16 durch den Absorptionsvorgang freigesetzte Wärme wandelt das flüssige Kältemittel in Dampf um. Um diesen Dampf zu entfernen, ist eine Pumpe vorgesehen, beispielsweise eine Strahlpumpe 36, welche in der Lage ist, den Dampf aus der Rohrschlange 35 zum Zwecke der anschließenden Kondensation herauszuführen.

Die Strahlpumpe 36, welche schematisch veranschaulicht ist, aber auch von anderer geeigneter Bauart sein kann, umfaßt 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 44 mit einem Diffusorteil 46 verbindet den stromabwärtigen Teil der Saugkammer 40 mit dem Kondensator 11.

Die Düse 38 wandelt die Druckspitze des durchströmenden Dampfes in einen Hochgeschwindigkeitsstrom um. welcher in den Diffusorabschnitt 46 gelangt, wobei der Druck in der Saugkammer erniedrigt und Käitemitteldampf von der Schlange 35 abgezogen wird. Der letztgenannte Dampf und der treibende Dampf des Generators 10 werden über die Leitung 44 zu dem luftgekühlten Kondensator 11 geführt. Eine Konzentralionskammer 48 kann in der Leitung 42 an dem Kältemilteldampf-Auslaß der Schlange 35 vorgesehen sein, um überschüssiges flüssiges Kältemittel abzufangen.

Die Betriebsweise der Maschine sei erläutert, indem typische Werte für einige Beiriebsvariable angenommen werden. Es sei vorausgesetzt, 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 nur 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 46°C und eine Konzentralion von etwa 56 % Salz. Bei dieser Temperatur hätte die Lösung einen Dampfdruck von etwa 9 Torr. Wenn der Verdampfer bei etwa 9 Torr Druck arbeiten würde, so könnte gemäß den vorangehenden Erläuterungen das verdampfende Kältemittel eine Temperatur von 9,75°C erzeugen, die aber zu hoch wäre, um die typischerweise benötigten 7°C des Kaltwassers in der Rohrschlange 14 zu erzeugen.

In der dargestellten Maschine wird jedoch flüssiges Kältemittel abgezweigt, um den Absorber 16 unter die Temperatur zu kühlen, welche normalerweise bei Kühlung mit Luft von 35°C erhältlich ist. Da für eine Salzlösung von gegebener Konzentration der Absorberdruck sich mit der Absorbertemperatur verändert.

bewirkt die niedrigere Temperatur einen entsprechend geringeren Absorberdruck. Dieser geringere Druck erscheint auch in dem Verdampfer 12, mil dem Ergebnis, daß die Temperatur des darin verdampfenden Kältemittels abfällt. Wenn beispielsweise Käliemitielflüssigkcit in den Absorber 16 über den Flüssigkeitsfänger 34 eintritt und die 56 %-Salzlösung auf 41⁰C abkühlt, so fallen der Absorberdruck und der Verdampferdruck auf 6,7 Torr, was den Dampfdruck dieser Lösung bei 4PC darstellt. Bei diesem Druck arbeitet der Verdampfer auf einer Temperatur von 5,5°C, um Kaltwasser von7°C /u

erzeugen. Die Gesamtwirkungsweise besteht demnach darin, daß die Maschine in der Lage ist, eine gewünschte niedrigere Verdampfertcniperatur zu erzeugen, während auf verhältnismäßig hoher Temperatur befindliche Umgebungsluft als Kühlmedium des Absorbers verwendet wird und während ferner eine Salzlösung von verhältnismäßig geringer Konzentration angewendet wird, die keine genügend niedrige Verdampfertemperatur erzeugen würde, wenn ausschließlich die übliche Umgebungslufikühlung des Absorbers angewendet würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Absorptionskältemaschine mit einem Austreiber zur Trennung von gasförmigem Kältemittel und Absorptionsflüssigkeit, einem Kondensator zur Verflüssigung des Kältemittels, einer Drossel zur Entspannung des flüssigen Kältemittels, einem der Drossel nachgeordneten Verdampfer, einem dem Verdampfer nachgeordneten (insbesondere umgebungslufigekühlten) Absorber, welcher zur Aufnahme der vom Austreiber kommenden Absorptionsflüssigkeit eingerichtet ist, und einer an den Absorber angeschlossenen Pumpe zur Rückführung von reicher Lösung zum Austreiber, wobei dem Absorber in geschlossenem Wärmeaustausch eine zusätzliche Kühlvorrichtung zugeordnet ist, welche einlaßseitig mit dem Verdampfer entnommenem flüssigem Kühlmittel beschickt ist und in welcher das letztere verdampft, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Pumpe (36) vorgesehen ist, deren Saugseite mit dem Auslaß der mit Kältemittel beschickten, zusätzlichen Kühlvorrichtung (35) des Absorbers (16) in Verbindung steht, und daß diese Pumpe (36) vom Strom des den Austreiber (10) verlassenden Kältemittels betrieben ist, welch letzteres sich im Bereich der Pumpe (36) mit dem Kälteinitteldampf vereinigt, welcher die zusätzliche Kühlvorrichtung (35) des Absorbers (16) verlassen hat.

2. Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (36) als Strahlpumpe ausgebildet ist.