DE2234374C3 - Absorptionskälteapparat mit einem inerten Hilfsgas - Google Patents

Description

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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, die im Innern mit Mitteln ausgestattet sind, welche auf das Arbeitsstoffpaar eine sich über die gesamte Rohrinnenfläche erstreckende Kapillarwirkung ausüben.

Bei einem bekannten Absorptionskälteapparat der genannten Art hat man durch Auskleiden des Verdampfers mit einem Kapillarwirkung erzeugenden Drahtgeflecht erreichen wollen, daß beim Betrieb des Absorptionskälteapparates die ganze Innenfläche des Verdampfers benetzt und somit für den Stoffaustausch herangezogen wird. Entsprechend konstruktive Maßnahmen konnten jedoch die damit beim Absorber angestrebte wesentliche Verbesserung des Stoffübergangs nicht herbeiführen.

Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß der bei den Absorbern eingetretene Mißerfolg auf ganz einfache hydrostatische Gründe zurückzuführen ist: Bei den üblichen Arbeitsmittelstoffpaaren 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 auf Grund der Kapillarwirkung an der Wand des Rohres hoch. 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 Flüssigkeilsteilchens im Schwerkraftfeld stabil und es zeigi keine Neigung wieder nach jntcn /u fließen. Die durch Kapillarwirkung an der Rohrwand hochgestiegenen Flüssigkeitsteilchen nehmen deshalb am Stoffaustausch praktisch nicht teil. Der ein/ige Stoffaustausch zwischen dem Flüssigkeitsstrom 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 einem anderen bekannten Absorptionskäiteapparat hat man daher versucht, diese Schwierigkeilen dadurch zu beheben, daß in den waagerechten Rohrabschnitten eine V-förmige Rinne angeordnel wird, über deren Ränder die Flüssigkeit von oben an die mit einem kapillarwirksamcn Geflecht ausgekleidete Rohr-Innenwand austritt. Mit deiartigen Anordnungen hat man zwar eine beträchtliche Erhöhung der Wärmeübergaiigszahlcn im Absorber erreicht, die Nachteile sind aber groß, da die mit der V-Iörmigen Rinne ausgestatteten Rohre auch bei nur geringfügiger Abweichung von ihrer vorgeschriebenen Lage gegen Langsund Querneigung sehr empfindlich sinci und daher den Absorptionskälteapparat in noch größerem Maße als normal lageabhängig machen. Ferner ist die Vorrichtung für die Flüssigkeitsverteilung teuer, empfindlieh und nicht betriebssicher. Diese Schwierigkeiten sind offenbar so groß, daß sich das System mit einer V-förmigen Rinne zur gleichmäßigen Verteilung in der Praxis nicht durchgesetzt hat.

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 axial gerillten Rohr verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Absorptionskälteapparat die durch die Anwesenheit von Hilfsgas auftretenden Nachteile zu vermeiden und auch ohne komplizierte Einbauten im Rohr einen verbesserten Stoffübergang im Absorber herbeizuführen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß als Arbeitsstoffpaar eine an sich bekannte Kältemittel-Absorptionsmittel-Kombination verwendet ist. deren Dichte mit zunehmendem 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 Tetraiithylcnglykoldimethyläiher bzw. Buthylacetat oder Per-(■hloräihylen als Absorptionsmittel haben sich ;il>. besonders vorteilhafte und wirksame Arbeitsmittel in dem erfindungsgemäßen Absorptionskälteapparat erwiesen.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Absorptionskalleapparat arbeitet in der nachfolgend beschriebenen Weise:

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. Kältemitteldanipf wird in der Flüssigkeit absorbiert und deren Gehalt an Kältemittel und damit deren Dichte nehmen dabei zu. Dadurch bekommen die Flüssigkeilsteilchen ao oben an der Rohrwand eine größere Dichte als die des Flüssigkeiishauptstroms 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 Haupistrom zustande. Durch solche St-ömungen 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. 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. eventuell auch gegen nuhcüccndc Drahtwendel, ki!ⁿi!!urc Kunäic liusbilden. 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, eher sehe Einwirkung od. ä. 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 ret 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-Kombinat ionen mit den obenerwähnten Eigenschaften, sind bekannt. AK Beispiel kann das schwere Kältemittel R 22 angegeben werden, das von mehreren Forschern wegen geeigneter chemischer i'nd physikalischer Eigenschaften für den Einsatz in AbsorptionskäUemaschinen vorgeschlagen wird. Als geeignetes Absorptionsmittel für R 22 wird unter anderem Tetraäthylenglykoldimethyläther. Butylacetat und Perchloräthylen vorgeschlagen. Alle diese Stoffkombinationen sind dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Mischung (bei konstanter Temperatur) mindestens in einem bestimmten Kon/entrationsbereich 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 Absorptionsjpparaten geeignet ist und das obenerwähnte Dichtevcrhalten aufweist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Absorptionskälteapparat mit einem inerten Hilfsgas und einem Arbeitsstoffpaar aus einem Kaitemittel und einem Absorptionsmittel sowie mit einem Absorber, der vorzugsweise ein oder mehrere, gegebenenfalls parallelgeschaltete, wenigstens annähernd horizontal verlaufende Rohre aufweist, die im Innern mit Mitteln ausgestattet sind, welche auf das Arbeitsstoffpaar eine sich über die gesamte Rohrinnenfläche erstreckende Kapillarwirkung ausüben, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsstoffpaar eine an sich bekannte Kältemittel-Absorptionsmittel-Kombination verwendet ist, deren Dichte mit zunehmendem Kältemittelgehalt wenigstens in dem im Absorber während des Betriebes auftretenden Temperatur- und Konzentrations-Bereich zunimmt.

2. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1, da- ao durch gekennzeichnet, daß die Rohre des Absorbers an der Innenfläche ihrer Wand mit eine Kapillarwirkung ausübenden Rillen versehen sind.

3. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen wenigstens as annähernd in senkrecht zur Rohrachse stehenden Ebenen verlaufen.

4. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsstoffpaar aus R 22 als Kältemittel und aus Tetraäthylenglykoldimethyläther oder Buthyiacetat bzw. Perchloräthylen als Absorptionsmittel zusammengesetzt ist.