DE2234374A1 - Absorptionskaelteapparat mit einem inerten hilfsgas - Google Patents

Description

10. Juli 1972 Wi-sz

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH HAUSGERÄTE GMBH, Giengen, Robert-BÖsch-Straße

Absorptionskälteapparat mit .einem inerten Hilfsgas

Die Erfindung betrifft einen Absorptionskälteapparat mit einem inerten Hilfsgas und einem Arbeitsmittelstoffpaar aus einem Kältemittel und einem Absorptionsmittel, sowie mit einem Absorber ,· der vorzugsweise ein oder mehrere, gegebenenfalls parallelgeschaltete, wenigstens annähernd horizontal verlaufende Rohre aufweist.

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Bekannte Absorptionskälteapparate der genannten Art haben im Vergleich zu den ohne Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparaten eine erheblich verminderte Kälteleistung. Dies ist im wesentlichen auf die zwischen dem Hilfsgas und dem Kältemitteldampf auftretenden Diffusionsvorgänge im Verdampfer und Absorber und den dadurch verschlechterten Stoffübergang.zurückzuführen. Die bekannten, mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparate sind daher bis jetzt von solchen Anwendungsgebieten ausgeschlossen geblieben, in denen - wie beispielsweise bei Raumklimageräten - größere Kälteleistungen bewältigt werden müssen.

Die bekannten Vorteile der mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparate - deren verschleißfreier Betrieb und deren nahezu völlig geräusch- und wartungsfreie Arbeitsweise - haben aber den Wunsch wachgerufen, derartige Absorptionskälteapparate auch bei größerem Bedarf an Kälteleistung einsetzen zu können. Es hat daher in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, die Kälteleistung durch verbesserten Stoffübergang im Verdampfer und besonders im Absorber zu erhöhen.

Beim Verdampfer war es schon frühzeitig gelungen, durch entsprechende einfache konstruktive Maßnahmen - etwa durch Auskleiden des Verdampfers mit einem Kapillarwirkung er-

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zeugenden Drahtgeflecht oder durch Aufrauhen bzw. Rillen der Innenseite der Verdampferwand - dafür zu sorgen, daß beim Betrieb des Absorptionskälteapparates die ganze Innenfläche des Verdampfers benetzt und somit für den Stoffaustausch herangezogen wird. Entsprechende konstruktive Maßnahmen konnten jedoch beim Absorber keine wesentliche Verbesserung des StoffÜberganges herbeiführen.

Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß der bei den Absorbern eingetretene Mißerfolg auf ganz einfache hydrostatische Gründe zurückzuführen ist:'Bei den üblichen Arbeitsmittelstoff paaren aus Ammoniak als Kältemittel, Wasser als Absorptionsmittel und Wasserstoff als Hilfsgas steigt ein Flüssigkeitsteilchen der am Grunde des den Absorber bildenden Rohres rinnenden armen Lösung aufgrund der Kapillarwirkung an der Wand des Rohres hoch_o Dort nimmt es Ammoniak aus dem vorbeiströmenden Gas auf. Es wird dabei reicher und ändert gleichzeitig seine spezifische Dichte. Es wird leichter als die am Grund des Rohres rinnende Lösung. Dadurch wird die Lage des mit Ammoniak angereicherten Flüssigkeitsteilchens im Schwerkraftfeld stabil und es zeigt keine Neigung wieder nach unten zu fließen. Die durch Kapillarwirkung an der Rohrwand hochgestiegenen Flüssigkeitsteilchen nehmen deshalb am Stoffaustausch praktisch nicht teil. Der einzige Stoffaustausch zwischen dem Flüssigkeits-

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strom und dem Teilchen wird durch Diffusion durch den dünnen Flüssigkeitsfilm an der Rohrwand verursacht. Dessen Wirkung ist jedoch in diesem Zusammenhang völlig vernachlässigbar. Aus diesem Grunde mußten alle Versuche, den Stoffaustausch im Absorber durch Erhöhen der Kapillarwirkung der Innenwand im Absorber zu erhöhen, fehlschlagen.

Bei einer bekannten Anordnung hat man versucht, diese Schwierigkeit zu umgehen, indem man gerilltes Rohr benutzt, dessen Rillen rein axial verlaufen. In eine aus diesem Rohr hergestellte Absorberwendel wird die Flüssigkeit mit einer komplizierten Vorrichtung zugeführt und zwar so, daß sie um den ganzen Umkreis des Rohres gleichmäßig verteilt wird. Dann'wird die Flüssigkeit mindestens über eine kurze Strecke axial verteilt fließen, so daß das Rohr von einem strömenden Flüssigkeitsfilm völlig benetzt ist. Mit derartigen Anordnungen hat man zwar eine beträchtliche Erhöhung der Wärmeübergangszahlen im Absorber erreicht, die Nachteile sind aber groß: Das Rohr muß mit großer Neigung geführt werden, so daß man in der konstruktiv möglichen Bauhöhe nur wenig Rohre einbauen kann. Der Engpaß der Wärmeübertragung verschiebt sich dann von der inneren zur äußeren Fläche des Rohres. Ferner ist die Vorrichtung für die Flüssigkeitsverteilung teuer, empfindlich und nicht betriebssicher. Diese

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Schwierigkeiten sind so groß gewesen, daß sich das System in der Praxis nicht durchsetzen konnte.

Eine weitere bekannte Anordnung sieht Rillen vor, die schraubenlinienförmig über die Innenfläche des Rohres verlaufen. Auch dieses System hat keine wirtschaftliche Bedeutung gefunden, denn auch hier sind die praktischen Schwierigkeiten beträchtlich: Um die vorgesehene Flüssigkeitsmenge zu transportieren, müssen die Rillen sehr tief und scharfkantig ausgebildet sein, was mit erheblichen fertigungstechnischen Schwierigkeiten verbunden ist. Dazu kommen auch dieselben Schwierigkeiten, die mit dem axialgerillten Rohr verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Absorptionskälteapparat die durch die Anwesenheit von Hilfsgas auftretenden Nachteile zu vermeiden und einen verbesserten Stoffübergang im Absorber herbeizuführen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch-eine Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale gelöst:

a) die Rohre des Absorbers sind im Innern mit Mitteln ausgestattet, welche auf das Arbeitsstoffpaar eine Kapillarwirkung ausüben,

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b) das Arbeitsstoffpaar ist eine Kältemittel-Absorptionsmittel-Kombinatidn, deren Dichte mit zunehmenden Kältemittelgehalt wenigstens in dem im Absorber während des Betriebes auftretenden Temperatur- und Konzentrationsbereich zunimmt.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausbildung des Absorptionskälteapparates gelingt es, den Stoffübergang im Absorber wesentlich zu erhöhen und damit die Kälteleistung des Absorptionskälteapparates auf einfache Weise beträchtlich zu steigern.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rohre des Absorbers an der Innenfläche ihrer Wand mit eine Kapillarwirkung ausübenden Rillen versehen sind, welche in vorteilhafter Weise wenigstens annähernd in senkrecht zur Rohrachse stehenden Ebenen verlaufen.

Stoffpaare aus R 22 als Kältemittel und Tetraäthylenglykoldimethyläther bzw. Buthylacetat oder Perchloräthylen als Absorptionsmittel haben sich als besonders vorteilhafte und wirksame Arbeitsmittel in dem erfindungsgemäßen Absorptionskälteapparat erwiesen.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Absorptionskälteapparat arbeitet in der nachfolgend beschriebenen Weise:

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An der Innenfläche des Absorberrohres wird arme Flüssigkeit aus dem Hauptstrom - dem Rinnsal - unten am Grund des Rohres kapillar über die ganze Rohrfläche hochgesaugt, wobei diese -benetzt wird. Zwischen der dünnen Flüssigkeitsschicht auf der Rohrwand und dem durch das Rohr strömenden Gas wird ein intensiver Stoffaustausch stattfinden. Kältemitteldampf wird in der Flüssigkeit absorbiert und deren Gehalt an Kältemittel und damit deren Dichte nehmen dabei zu. Dadurch bekommen die Flüssigkeitsteilchen oben an der Rohrwand eine größere Dichte als die des Flüssigkextshauptstroms am Rohrgrund. Die Flüssigkeitsschicht an der Rohrwand wird labil, Strömungen in der Schicht setzen ein und es kommt ein Stoffaustausch zwischen der Schicht und.dem Hauptstrom zustande„ Durch solche Strömungen in der Flüssigkeitsschicht wird schwere, reiche Flüssigkeit auf der einen Seite des Rohres "herunterrutschen" und gleichzeitig leichte arme Flüssigkeit auf der anderen Seite hochgezogen. Durch.diesen ständigen Austausch zwischen der Wandschicht und_dem Hauptstrom wird die ganze Rohrinnenfläche für den Stoffübergang wirksam.

Für die Ausbildung der geeigneten Oberflächenstruktur, die dazu dient, die ganze Rohrinnenfläche kapillar zu benetzen, gibt es mehrere bekannte Möglichkeiten. Man kann das Rohr innen mit einem Drahtgewebe oder einem Drahtgeflecht ausfüttern.

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Man kann einen dünnen, schraubenförmig gewickelten Draht im Rohr einlegen, so daß er mit einer gewissen Vorspannung an der Rohrwand anliegt, wobei sich zwischen der Rohrwand und dem Draht und, evtl. auch gegen naheliegende Drahtwendel, kapillare Kanäle ausbilden, in denen durch die Oberflächenspannung die Flüssigkeit hochgesaugt wird.

Man kann auch in der Rohrwand selbst Rillen anbringen, die mehr oder weniger dicht liegen können und die mehr oder weniger schräg zur Rohrachse verlaufen. Es ist auch möglich, durch Sandstrahlen, chemische Einwirkung oder ähnliches eine unregelmäßige rauhe Oberfläche zu schaffen, die demselben Zweck dient. Mehrere solche Methoden sind bekannt und einige sind auch schon im Verdampfer von Absorptionsapparaten praktisch ausgenutzt worden. Es ist für den praktischen Erfolg nur wichtig, daß die kapillaren Spalten eng genug sind, daß die Flüssigkeit bis an den obersten Punkt der Rohrwand hochgesaugt wird und trotzdem eine genügend große Strömung in der kapillaren Schicht stattfinden kann, die von Dichteunterschieden verursacht wird.

Kältemittel-Absorptionsmittel-Kombinationen mit den oben erwähnten Eigenschaften, sind bekannt. Als Beispiel kann das schwere Kältemittel R 22 angegeben werden, das von mehreren Forschern wegen geeigneter chemischer und physikalischer Eigen-

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schäften für den Einsatz in Absorptionskältemaschinen vorgeschlagen wird. Als geeignetes Absorptionsmittel für R 22 wird u.a, Tetraäthylenglykoldimethyläther, Butylacetat und Perchloräthylen vorgeschlagen. Alle diese Stoffkombinationen sind dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Mischung
(bei konstanter Temperatur) mindestens in einem bestimmten Konzentrationsbereich mit dem R 22-Gehalt wächst. Die Erfindung ist aber auf die hier angegebenen Stoffe nicht beschränkt, sondern,gilt ganz allgemein für jede Stoffkombination, die für den Einsatz in Absorptiohsapparaten geeignet ist und das oben erwähnte Dichteverhalten aufweist.

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Claims (4)

1. Ansprüche

   11. jAbsorptionskälteappärat mit einem inerten Hilfsgas und einem Arbeitsstoffpaar aus einem Kältemittel und einem Ab-■ sorptionsmittel, sowie mit einem Absorber, der vorzugsweise ein oder mehrere, gegebenenfalls parallel geschaltete, wenigstens annähernd horizontal verlaufende Rohre aufweist, gekennzeichnet durch eine Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale:

   a) die Rohre des Absorbers sind im Innern mit Mitteln ausgestattet, welche auf das Arbeitsstoffpaar eine Kapillarwirkung ausüben,

   b) das Arbeitsstoffpaar ist eine Kältemittel-Absorptionsmittel-Kombination, deren Dichte mit zunehmendem Kältemittelgehalt wenigstens in dem im Absorber während des Betriebes auftretenden Temperatur- und Konzentrationsbereich zunimmt.
2. 2. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre des Absorbers an der Innenfläche ihrer Wand mit eine Kapillarwirkung ausübenden Rillen versehen sind.

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3. 3. A'bsorptionskälteapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen wenigstens annähernd in senkrecht zur Rohrachse stehenden Ebenen verlaufen.
4. 4. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsstoffpaar aus R 22 als Kältemittel und aus Tetraathylenglykoldiraethylather oder Buthylacetat bzw. Perchloräthylen als Absorptionsmittel zusammengesetzt ist.

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