DE2339936A1 - Absorptionskuehlsystem und verfahren zum betrieb desselben - Google Patents

Description

DIPL.-1NQ. R. SPLANEMANN dipl-chem. dr. B. REITZNER - dipu-.ng. J. RICHTER

MÜNCHEN HAMBURG

8OOO MÜNCHEN 2 J. AUgUst 1973

Tal 13

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Patentanmeldung

Absorptionskühlsystem und Verfahren zum Betrieb desselben

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Absorptionskühlsystems, bei dem ein Kühlmittel und eine absorbierende Lösung innerhalb eines einen Verdampfer und einen Absorber enthaltenden geschlossenen Kreises einen Absorptionskühlzyklus durchlaufen, wobei der Absorber so

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KontwcDMHidMtankAG.Mandian.KontQ-Nr. 20/14009 ■ PoittdMdc: MOr.chen 600iO-8C7

angeordnet ist, daß er das in dem Verdampfer verdampfte Kühlmittel adsorbiert und daß ihm zu diesem Zweck eine absorbierende Lösung zugeführt wird, und wobei in einem Kühlmittelkreis eine Flüssigkeit einer Verteilervorrichtung zugeführt wird, die so angeordnet ist, daß sie die Flüssigkeit zur Verdampfung in dem Verdampfer verteilt, ferner betrifft die Erfindung ein solches Kühlsystem selbst.

Bei einem bekannten Absorptionskühlsystem wird eine in einem Verdampfer abgekühlte Flüssigkeit einer Kühllast zugeführt, welche aus mindestens einer in einiger Entfernung befindlichen Baumklimatisierungseinheit oder einem Kühlsystem für einen industriellen Prozeß bestehen kann. Das im Verdampfer verdampfte Kühlmittel gelangt zunächst zu einem Absorber und wird dort von einer Lösung absorbiert, die zu dem Kühlmittel eine starke Affinität besitzt. Dabei wird die absorbierende Lösung verdünnt, und die Lösungswärme wird durch die in einer Kühlschlange im Absorber zirkulierende Kühlflüssigkeit eines äußeren Kühlkreises entfernt. Die verdünnte Lösung wird in einem Generator erwärmt, so daß das Kühlmittel verdampft, und die verbleibende konzentrierte Lösung wird wieder zu dem Absorber zurückgeführt. Das verdampfte Kühlmittel gelangt zu einem Kondensator, wo die Verdampfungswärme von einer in einer Kondensatorschlange zirkulierenden Kühlflüssigkeit aufgenommen wird. Danach wird das so erhaltene Kondensat wieder zum Verdampfer zurückgeführt, wo es mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe in einem Kühlmittelkreis umgewälzt wird· Häufig wird für die vorgenannten, in mindestens drei verschiedenen Leitungskreisen umlaufenden Kühlflüssigkeiten und Kühlmittel Wasser benutzt, und die Wärmequelle im Generator kann Dampf oder Heißwasser sein, der oder das in einer Heizschlange umgewälzt wird. Wenn das Kühlmittel Wasser ist, dann ist die absorbierende Lösung typischerweiee eine hygroskopische Lauge, wie z. B. eine wässrige Lösung von Lithiumbromid oder

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Lithiumchlorid, Bekanntlich können aber auch eine große Zahl anderer Flüssigkeit mit in weitem Bereich wechselnden Eigenschaften in Absorptionskühlsystemen benutzt werden.

Die Absorberkühlschlange ist gewöhnlich in einem äußeren Kühlkreis, mit der Kondensatorschlange in Serie geschaltet· Das Kühlwasser wird von der Kondensatorschlange zu einem entfernt angeordneten Kühlturm geleitet, wo die in dem Absorber und dem Kondensator aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft, d. h. die Luft außerhalb des zu klimatisierenden Raumes, zurückgegeben wird· Soweit dies möglich ist, kann alternativ das Kühlwasser auch aus einem größeren Gewässer, beispielsweise einem See, einem Strom, einem künstlichen Teich oder einem tiefen Schacht, entnommen und direkt oder indirekt dorthin zurückgeführt werden, wobei dann das Gewässer einen Teil des äußeren Kühlkreises bildet.

Die Temperatur des erwärmten Kühlwassers muß der Temperatur der Umgebungsluft so angepaßt sein, daß sich günstige Wärmeübertragungsverhältnisse ergeben. Da der Kühlleistungsbedarf gewöhnlich während der Zeiten höchster Umgebungstemperaturen am größten ist, werden Absorptionskühlsysteme meist so bemessen, daü sie mit verhältnismäßig hohen K-ühlwassertemperaturen arbeiten. Ferner wurde es gemeinhin als für einen stabilen Betrieb des Systems notwendig angesehen, eine Steuervorrichtung bereitzustellen, welche diese Temperaturen trotz täglicher und saisonaler Veränderungen der Umgebungstemperatur innerhalb eines engen kritischen Bereichs hält.

Solche Steuervorrichtungen bestehen normalerweise aus einer Kühlturm-Febenschlußleitung und einem zugehörigen Dreiwegeventil, das so angeordnet ist, daß bei niederen Umgebungstemperaturen das ganze Kühlwasser oder ein Teil davon in dem Maße, wie es die Bemessungstemperatur erfordert, am Kühlturm

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vorbeigeleitet werden kann. Die Stellung des Dreiwegeventils wird "bestimmt von einer Ventilsteuervorrichtung, die ständig die Temperatur des in die Absorberkühlschlange eintretenden Wassers sensiert* Ähnliche ITebenschlußvorrichtungen werden vorgesehen, wenn die Quelle des Kühlmittels ein Gewässer schwankender Temperatur ist. Eine "bekannte Kühlturm-ITebensehlußanordnung ist in dem US-Patent 3 640 084 schematisoh gezeigt und beschrieben, das am 8. Februar 1972 N, E. Hopkins und P, W, Huench erteilt und das auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde.

Wegen der Bedeutung, die bislang dem Erfordernis der möglichst genauen Einhaltung der Beraessungs-Kühlwassertemperatur beigemessen wurde, was es notwendig, daß die Kühlwasser-Temperatursteuerung absolut zuverlässig und verhältnismäßig empfindlich war. Diese Anforderung zusammen mit den Aufwendungen für die Planung und Installation der Nebenschlußleitung, des Dreiwegeventils und der Ventilsteuerung haben die Investitionskosten des bekannten Systems beträchtlich erhöht.

Wenn andererseits Schwankungen der Kühlwassertemperatur bei Umgebungstemperaturschwankungen zugelassen werden, d. h., wenn die oben beschriebene Temperatursteuerung weggelassen oder funktionsunfähig gemacht wird, dann Sinkt mit absinkender Kühlwassertemperatur der Wärmebedarf des Generators, was eine Wirtschaftlicükeit erlaubt, die bei gleichbleibend hohen Kühlwassertemperaturen nicht erreicht werden kann.

Das Fehlen einer genauen Kühlwasser-Temperatursteuerung bringt allerdings eine Anzahl betrieblicher Probleme mit sich, von denen eines der wesentlichsten auf der Tatsache beruht, daß, wenn die Kühlwassertemperatur fällt, die Konzentration der absorbierenden Lösung sich verringert. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß die Konzentration auch in Abhängigkeit

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von-der Verringerung der Kühllast verringert wird, einer Auswirkung also, die bei den.meisten Anlagen bei fallender Umgebungstemperatur zu erwarten ist. So kann ohne Kühlwasser-Temperatursteuerung eine abnehmende Umgebungstemperatur schnell eine übermäßige Verdünnung der absorbierenden Lösung hervorrufen mit einem entsprechend starken Kühlmittelverlust aus dein Kühlkreis, da das System sein betriebliches Gleichgewicht auch unter den neuen Verhältnissen aufrechtzuerhalten sucht. läßt man das System weiterhin in Betrieb und werden keine korrigierenden Maßnahmen ergriffen, 'dann führt der Kühlmittelverlust im Kühlmittelkreis schnell zu schwerwiegenden Kavitationserscheinungen bei der Kühlmittelpumpe. Die vorliegende Erfindung richtet sich in erster Linie auf die Lösung dieses Problems.

Ausgehend von dem einleitend näher bezeichneten Verfahren liegt die Lösung des Problems erfindungsgemäß darin, daß zu der Flüssigkeit im Kühlkreis in Abhängigkeit von einer Verringerung des Flüssigkeitsvolumens in dem Kühlkreis auf einen vorbestimmten Wert absorbierende Lösung zugefügt wird.

Wenn somit das Flüssigkeitsvolumen im Kühlmittelkreis als Ergebnis einer niederen Kühlwassertemperatur, einer verringerten Kühllast oder als Ergebnis beider Ursachen auf ein vorbestimmtes Minimum oder der Flüssigkeitsspiegel auf ein kritisches Niveau fällt, wird absorbierende Lösung in den Kühlmittelkreis eingeführt und damit das Minimalniveau aufrechterhalten oder das Flüssigkeitsvolumen im Kühlmittelkreis auf einen höheren wert angehoben. Damit wird nicht nur sichergestellt, daß ausreichend Flüssigkeit im Kühlmittelkreis verDleibt und damit Kavitationserscheinungen bei der Künlmittelpumpe vermieden werden, sondern es wird auch die Absorptionskapazität der Lösung verringert und dadurch weiterer Kühlmittelentzug verhindert. Sollte sich der Entzug

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von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreis fortsetzen, so wird je nach Bedarf zusätzliche absorbierende lösung in den Kreis eingeführt.

Ferner ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Betrieb des Systems in dieser Art und Weise vorgesehen.

Die konventionelle Kühlturm-liebenschlußleitung und das zugehörige Dreiwegeventil wird beim äußeren Kühlkreis eines Absorptionskühlsystems weggelassen, wodurcn die Temperatur der in die Absorberkuhlschlange eintretenden Kühlflüssigkeit entsprechend der Umgebungstemperatur schwanken kann. Mit der hier offenbarten Vorrichtung und dem Verfahren zu ihrem Betrieb wird ein kontinuierlicher, stabiler Betrieb des Systems unter diesen Bedingungen erreicht, insbesondere bei in weiten Grenzen schwankenden Kühlflüssigkeitstemperaturen.

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Diese und andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung deutlich.

Die Figur ist eine schematische Darstellung eines Absorptionskühlsystems, das so konstruiert und ausgelegt ist, daß es nach der Erfindung betrieben werden kann»

Das in der Zeichnung gezeigte Kühlsystem ist besonders geeignet zur Anwendung der Prinzipien der Erfindung, obwohl die Erfindung selbstverständlich auch leicht bei anderen Absorptionskühlsystemen angewendet werden kann.

Ein in der Figur dargestelltes oberes rundes Gefäß 10 enthält einen Wärmeaustauscher, der nachfolgend als Kondensatorschlange 12 bezeichnet ist und der einen Teil eines äußeren Kühlkreises 14 bildet. Unter der Kondensatorschlange 12 befindet sich ein Auffangbehälter oder eine Kondensatorschale 16, die mit der Kondensatorschlange 12 und dem oberen Teil dee Gefäßes 10 zusammenwirkt und einen Kondensator 18 darstellt.

Im unteren Teil des Gefäßes 10 ist ein Wärmeaustauseher vorgesehen, der nachfolgend als Heizschlange 20 bezeichnet wird. Eine durch diese Heizschlange führende Strömung eines Heizmediums, wie z. B. Dampf oder Heißwasser, wird mittels eines Heizventiles 22 gesteuert. Dieses ist über eine Steuerleitung 22c mit einer Steuervorrichtung 22a verbunden. Die Steuervorrichtung 22a ist auf irgendeine geeignete Weise mit einem temperaturempfindlichen Element 22b verbunden. Die Heizschlange 20 bildet einen Teil eines Heizkreises, der notwendigerweise eine Pumpe und eine geeignete Wärmequelle einschließt, die jedoch beide nicht gezeigt sind. Der untere Teil des Gefäßes 10 und die Heizschlange 20 bilden miteinander einen Generator 24 und der untere Teil des Gefäßes 10 stellt einen Generator-Sammelbehälter dar. Eine gestrichelte Linie

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deutet die gedachte Grenzfläche zwischen dem Kondensator 18 und dem Generator 24 an.

Ein unteres rundes Gefäß 26 enthält einen Wärmeaustauscher, der nachfolgend als Lastkühlschlange 28 "bezeichnet wird und einen Teil eines insgesamt mit 27 bezeichneten Lastkühlkreises "bildet. Dieser läßt ein Lastkühlmittel zu einer Kühllast fließen. Der Lastkühlkreis 27 enthält auch eine Pumpe 29. Über der Lastkühlschlange 28 befindet sich eine Verteilervorrichtung für ein anderes Kühlmittel oder ein Verdampfersprührohr 30, dessen Sprühdüsen so angeordnet sind, daß dieses Kühlmittel über die Lastkühlschlange verteilt und mit ihr in Wärmekontakt gebracht wird. Unter der Lastkühlschlange ist ein Auffangbenälter oder eine Verdampferschale 32 zum Sammeln von flüssigem Kühlmittel. Die Lastkühlschlange 28, das Verdampfersprührohr 30, die Verdampferschale 32 und der obere Teil des Gefäßes 26 wirken zusammen und bilden einen Verdampfer 34.

Unter der Verdampferschale 32 befindet sich ein Wärmeaustauscher, der nachfolgend als Kühlschlange 36 bezeichnet wird und einen Teil des äußeren Kühlkreises 14 bildet. Die Kondensatorschlange 12 ist mit der Kühlschlange 36 in Reihe geschaltet. Eine Verteilervorrichtung für eine absorbierende Lösung oder ein Absorbersprührohr 38 befindet sich über der Kühlschlange 36 und ist mit mehreren Sprühdüsen versehen. Das Absorbersprührohr 38, der untere Teil des Gefäßes 26 und die Kühlschlange 36 wirken zusammen und bilden einen Absorber 40, wobei die Düsen des Absorbersprührohres 38 so angeordnet sind, daß sie die absorbierende Lösung im oberen Abschnitt des Absorbers 40 verteilen. Eine gestrichelte Linie 41 stellt eine gedachte Grenzfläche zwischen dem Verdampfer 34 und dem Absorber 40 dar.

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Der Kondensator 18, der Generator 24, der Verdampfer 34 und der Absorber 40 sind in einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden und führen das Kühlmittel und die äosorbierende Lösung in einem Absorptionskühlzyklus. Der geschlossene Kreislauf schließt auch eine Durchlaßvorrichtung 42 für eine konzentrierte Lösung, eine Durchlaßvorrichtung 44 für eine verdünnt* Lösung, eine Kondensatleitung 46 und eine Durchlaßvorrichtung 48 für das Kühlmittel ein. Ein Mäntelrohr-Wärmeaustauscher 50 besteht aus einer Mantelseite 52, die einen Teil der Durchlaßvorricntung 42 für die konzentrierte Lösung bildet, und aus einer Rohrseite 54, die einen Teil der Durchlaßvorrichtung 44 der verdünnten Lösung bildet. Die Durchxaßvorrichtung 42 für die konzentrierte Lösung enthält ferner einen Aufnenmer 56 für die konzentrierte Lösung, der mit dem Generator 24 verbunden ist, und eine Leitung 58, die den Empfänger 56 für die konzentrierte Lösung mit der Mantelseite des Wärmeaustauschers 50 verbindet. Schließlich ist ein Eduktor 60 in die Durchlaßvorrichtung 42 für die konzentrierte Lösung eingeschlossen. Dieser Eduktor hat einen Auslaß 64 und einen Saugeinlaß 62, welch letzterer mit der Mantelseite 52 verbunden ist. Eine Leitung 66, die den Auslaß 64 mit dem Absorbersprührohr 38 verbindet, vervollständigt die Durchlaßvorrichtung 42 für die konzentrierte Lösung.

Der untere Teil des Gefäßes 26 bildet einen Absorbersammelbehälter 68 und ist mit einem Aufnenmer 70 für die verdünnte Lösung verbunden, der einen Teil der Durchlaßvorrichtung 44 für die verdünnte Lösung bildet. Letztere besteht aus einer Lösungspumpe 72, einer Leitung 74, die den Lösungspumpeneinlaß und den Aufnehmer 70 miteinander verbinden, einer Leitung 76, die den Lösungspumpenauslaß und die Rohrseite 54 des Wärmeaustauschers 50 miteinander verbindet und einer Leitung 77, die die Rohrseite 54 und den Generator 24 verbindet. Eine Zweigleitung 78 verbindet die Leitung 76 und damit den Auslaß der Lösungspumpe 72 mit dem Antriebsflüssigkeitseinlaß 79 des Eduktors 60.

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Die Kondensatleitung 46 verbindet die Kondensatorschale 16 mit dem Verdampfer 34 und speist damit kondensiertea Kühlmittel in den Verdampfer. Die Durchlaßvorrichtung 48 für das Kühlmittel verbindet die Verdampferschale 32 mit dem Verdampfersprührohr 30 und besteht aus einem Aufnehmer 90 für das Kühlmittel, welcher sich an die Verdampferschale 32 anschließt, einer leitung 94, einer Külilmittelpumpe 92 und einer Leitung 95. Die leitung 94 verbindet den Aufnehmer mit dem Kühlmittelpumpeneinlaß und die leitung 95 verbindet den Kühlmittelpumpenauslaß mit dem Verdampfersprührohr 30. Die Durchlaßvorrichtung 48 für das Kühlmittel, die Verdampferschale 32 und das Verdampfersprührohr 30 wirken zusammen und bilden einen Kühlmittelkreislauf zur ständigen Zirkulation von flüssigem Kühlmittel zu und von dem Verdampfer 34.

Außer der Kondensatorschlange 12 und der Kühlschlange 36 enthält der äußere Kühlkreis 14 eine leitung 104. Zwischen der Kühlschlange und der Kondensatorschlange, eine Leitung zwischen der Kondensators chlange und einem Kühlturm 108, eine Leitung 118 zwischen dem Kühlturm und einer Pumpe 112 und eine Leitung 120 zwischen der Pumpe und der Kühlschlange 36.

Konventionelle Systeme enthalten normalerweise eine Kühlturm-Nebensehlußleitung zwischen den Leitungen 114 und 118 und ein Dreiwegeventil an der Stelle, an der die Uebenschlußleitung von der Leitung 114 abzweigt, was in dem vorgenannten US-Patent 3 640 084 gezeigt und beschrieben ist. Es ist wichtig anzumerken, daß die Nebenschlußleitung, das Dreiwegeventil und eine Ventilsteuervorrichtung für das letztere bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weggelassen wurden.

Der Kühlturm 108 besteht typischerweise aus einem Gehäuse 124, einem an der Leitung 114 angeschlossenen Sprüh-

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rohr 125 mit mehreren Sprühdüsen, einer Auffangvorrichtung in Porm eines Kaltwasserbassins 128, das einen Sammelbehälter 130 bildet, einem diesen Behälter 130 und die Leitung verbindenden Aufnehmer 132 für das in diesem äußeren Kühlsystem zirkulierende Kühlmittel und aus mehreren Ventilatoren 134, die wie gezeigt unmittelbar oder über ein Übersetzungsgetriebe von Elektromotoren 135 angetrieben sind. Die Motoren 135 sind über eine Steuerleitung 135c an einer Steuervorrichtung 135a angeschlossen. Die Steuervorrichtung 135a ist ihrerseits auf geeignete Weise mit einem temperaturempfindlichen Element 135b verbunden. Das Gehäuse 124 ist mit einer Vielzahl jalousieartiger Einlaßöfrnungen 136, einigen Auslaßöffnungen 138 und einer geeigneten Halterung 140 für die Ventilatoren 134 und die Motoren 135 versehen.

Abgesehen von der Y/eglassung der Kühlturm-llebensehlußanordnung entspricht die oben beschriebene Anlage zum großen Teil bekannten Absorptionskühlsystemen. Mögen auch eine Anzahl zusätzlicher Merkmale oder Abänderungen bei diesen Systemen gefunden werden können, diese spielen bei der vorliegenden Erfindung keine Rolle und wurden daher um der größeren Klarheit willen weggelassen. Solche zusätzlichen Merkmale sind beispielsweise Reinigungsvorrichtungen zum Entfernen von nicht kondensierbaren Gasen aus dem System, sogenannten Eliminatoren, die Dampf vom Verdampfer 34 zum Absorber 40 durchlassen, jedoch im Dampf mitgeführte Flüssigkeitströpfchen zur Verdampferschale 32 ableiten, und ein Lösungsventil, welches in der Durchlaßvorrichtung für die verdünnte Lösung enthalten sein kann, um die Strömungsgeschwindigkeit der Lösung bei reduzierter Aufnahmefähigkeit herabzusetzen. Auf der anderen Seite findet man hier gezeigte und beschriebene merkmale nicht in bekannten Systemen. Dies gilt insbesondere für den Eduktor 60, der besonders angebracht ist, wenn wie im vorliegenden System nur eine einzige Lösungspumpe 72 benutzt wird.

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Im folgenden sollen nun die Elemente beschrieben werden, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zu der rein konventionellen Anlage Hinzugefügt sind. Hierzu gehört zunächst eine übergeordnete Steuervorrichtung 22d, die auf geeignete Weise mit einem temperaturempfindlichen element 22e verbunden ist, das die Temperatur des in die Kühlschlange 36 eintretenden Kühlmittels des äußeren Kühlkreises erfaßt. Die übergeordnete Steuervorrichtung 22d ist auch über eine Steuerleitung 22f mit dem Heizventil 22 verbunden.

Lösungs-DurchlaßvorricJatung verbindet den Absorbersammelbehälter 68 mit dem Kühlmittelkreis. Sie besteht aus einer Lösungsübertragungsleitung 201 zwischen den Leitungen 76 und 94 und verbindet somit den Einlaß der Kühlmittelpumpe mit dem Auslaß der Iiösungspumpe 72. Die Strömung durcn diese leitung 201 wird gesteuert mittels eines Lösungsübertragungsventils 203, das - wie nachfolgend noch des näheren erläutert wird - normalerweise geschlossen ist. Das Ventil 203 ist an eine Steuervorrichtung 203a über eine Steuerleitung 203c angeschlossen. Zur Steuervorrichtung 203a gehört ein auf den Flüssigkeitsstand ansprechendes Element 203b, das sich in dem Kühlmittelaufnehmer 90 befindet.

Eine Kühlmittel-Durchlaßvorrichtung stellt eine Verbindung her zwischen dem Kühlmittelkreis und dem Absorbersprührohr 38. Sie besteht aus einer Kühlmittelübertragungsleitung zwischen den Leitungen 95 und 66 und verbindet den Auslaß der Kühlmittelpumpe 92 mit dem Absorbersprührohr 38. Die Strömung durch die Leitung 205 wird mittels eines Kühlmittelübertragungsventils 207 gesteuert, das wie nachfolgend erläutert, normalerweise geschlossen ist. Das Ventil 207 ist über eine Steuerleitung 207c an eine Steuervorrichtung 207a angeschlossen. Außerdem ist die Lösungspumpe 72 oder näherhin der (nicht gezeigte) Lösungsmittelpumpenmotor über eine

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weitere Steuerleitung 207d mit einer Steuervorrichtung 207a verbunden. Die Steuervorrichtung 207a iat ihrerseits an ein temperaturempfindliches Element 207b angeschlossen, das die Temperatur der Flüssigkeit im Kühlmittelaufnehmer 90 sensiert.

Eine Verbindungsleitung 209 verbindet die Leitung 95 und die iLondensatleitung 46 und lenkt einen Teil der Flüssigkeit aus dem Verdampfersprührohr 30 in das von der Kondensatorschale 16 zum Verdampfer 34 fließende Kondensat, was unten erläutert wird. Die Verbindungsleitung 209 ist mit einer Drosselscheibe 211 versenen, welche die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit auf einem vorbestimmten Wert hält.

Bei dieser Beschreibung sei angenommen, daß als Kühlmittel in allen Kühlkreisen Wasser verwendet wird, also im eigentlichen inneren Kühlmittelkreis, im äußeren Kühlkreis 14 und damit in der Kühlschlange 36 sowie im Lastkühlkreis 27 und damit in der Lastkühlschlange 28. Ferner aei angenommen, daß das Heizmedium, das in der Heizschlange 20 zirkuliert, Dampf ist und daß die absorbierende Löeung eine wässrige Lithiumbromidlösung ist, die auch geeignete Additive zur Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung und zur Korrosionshemmung enthalten kann. Wie zuvor erwähnt können aber auch andere Fluide verwendet werden. Die Erfindung ist in keiner Weise auf die Verwendung der genannten Substanzen beschränkt.

Unter bestimmten Bedingungen kann - wie nachfolgend erläutert die im Kühlmitteikreis zirkulierende Flüssigkeit erfindungsgemäß eine Mischung aus einem Kühlmittel und einer absorbierenden Lösung sein.

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Konventionelle Wirkungsweise

nachfolgend wird die konventionelle Wirkungsweise beschrieben, bei welcher das System bei Umgebungstemperaturen betrieben wird, die so hocü sind, daß Kühlwasser in die Kühlschlange mit oder nahezu mit der höchsten .Bemessungetemperatur eintritt. Es sei hiermit festgelegt, daß die Ausdrücke "konventionell", "normal" und "normalerweise", sofern sie nachfolgend gebraucht werden, sich auf diese Betriebsart beziehen.

Der Druck im unteren Gefäß 26 wird auf einem Wert (z. B. etwa 7 mm Quecksilbersäule absolut oder ö,01 at) gehalten, der wesentlich geringer als der Druck im oberen Gefäß 10 (e+wa 75 mm Quecksilber absolut oder 0,1 at) ist. Die Schwerkraft und die Druckdifferenz rufen eine Strömung des kondensierten Kühlmittels von der Kondensatorschale 1b durch die Kondensatleitung 46 zu dem oberen Teil des Verdampfers 34 hervor, wo ein Teil des kondensierten Kühlmittels verdampft. Wenn das in den Verdampfer eintretende Kondensat verdampft, wird dem in der Lastkühlschlange 28 zirkulierenden Wasser Wärme entzogen. Nicht verdampftes Kühlmittel zirkuliert im Kühlmittelkreislauf, wird in der Verdampferschale 32 gesammelt und aus dieser über den Kühlmittelaufnehmer 90, die Leitung 94, die Kühlmittelpumpe 92 und die Leitung 95 zu dem Verdampfersprührohr 30 gepumpt. Die Übertragungsventile 203 und 207 sind normalerweise geschlossen. Das flüssige Kühlmittel wird durch das Verdampfersprührohr über die Lastkühlschlange 28 verteilt zur weiteren Verdampfung und dementsprechend zum weiteren Wärmeentzut aus dem zu kühlenden Wasser. Nicht verdampftes Kühlmittel wird weiter von der Verdampierschale 32 aufgefangen und durch das Verdampfersprührohr 30 rezirkuliert. Zu einem nachstehend näher erläuterten Zweck wird ein Teil des Kühlmittels aus dem Verdampfersprührohr 30 mittels der Verbindungsleitung 209 in die Kondensatleitung 46 abgeleitet,

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und zwar bei einer Strömungsgeschwindigkeit, die durch die Drosselscheibe 211 gesteuert wird.

Das zu kühlende Wasser in der Lastkühlschlange 28 wird unter der Wirkung der Pumpe 29 zu der Kühllast und wieder zurück zur Kühlschlange zirkuliert.

Das im Verdampfer 34 verdampfte Kühlmittel gelangt zum Absorber 40 dank eines leichten Druckgefälles innerhalb des Gefäßes 26, das durch den Absorptionsprozeß und durch die Wirkung der Versprühung aus den Düsen des Absorbersprührohres entsteht. Das verdampfte Kühlmittel kommt in Kontakt mit der aus dem Sprührohr austretenden lösung und wird von ihr absorbiert. Dabei wird die in den Absorbersammelbehälter 68 absinkende lösung verdünnt. Die entstehende Lösungswärme wird von dem in der Kühlschlange 36 zirkulierenden Kühlwasser aufgenommen.

Die verdünnte absorbierende Lösung wird aus dem Absorberstab elb ehält er 68 über den Aufnehmer 70 und die Leitung 74 entfernt, wobei die Lösungspumpe 72 die verdünnte Lösung durch die Leitung 76 zur Rohrseite 54 des Wärmeaustauschers und durch die Leitung 77 zu dem Generator 24 pumpt. Wie oben erwähnt, ist das Lösungsübertragungsventil' 203 normalerweise geschlossen.

Die verdünnte Lösung wird im Generator 24 durch den in der Heizschlange 20 zirkulierenden Dampf erhitzt, wobei das Kühlmittel aus der Lösung verdampft. Das verdampfte Kühlmittel steigt zum Kondensator 18, wo es durch die übergabe der Verdampfungswärme an das in der Kondensatorschlange 12 zirkulierende Wasser verflüssigt wird. Schließlich wird der Kühlzyklus vervollständigt durch das Sammeln des Kühlmittelkondensats in der Verdampferschale 16.

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Die Verdampfung des Kühlmittels aus der absorbierenden Lösung im G-enerator 24 erhöht die Konzentration der Lösung und die konzentrierte Lösung läuft aus dem Generatorsammelbehälter in den Aufnehmer 56 über. Die konzentrierte Lösung fließt dann vom Aufnehmer 56 durch die Leitung 58 zur Mantelseite 52 des Wärmeaustauschers 50, wo sie ihre Y/ärme an die durch die Kohrseite 54 fließende verdünnte Lösung abgibt. Dieser Wärmeaustausch fördert die Leistungsfähigkeit des Systems, indem die konzentrierte Lösung gekühlt und dadurch deren Absorptionsfähigkeit erhöht und indem die verdünnte Lösung auf ihrem Weg zum Generator 24 vorgewärmt wird. Von der Mantelseite 52 gelangt die konzentrierte Lösung zu dem Saugein±aß 62 des Eduktors 60. Ein Teil der verdünnten Lösung vom Auslau der Lösungspumpe 72 wird durch die Zweigleitung 78 zu dem Antriebsflüssigkeitseinlaß 79 des Eduktors 60 abgezweigt. Sie gibt die Antriebskraft für den Betrieb des Eduktors ab. Infolgedessen werden die in den Saugeinlaß 62 eintretende konzentrierte Lösung und die in den Antriebsflüssigkeitseinlaß 79 eintretende verdünnte Lösung im Bduktör miteinander vermischt und ergeben am Auslaß 64 eine Lösung mittlerer Konzentration. Der Eduktor bewirkt die Förderung dieser halbkonzentrierten Lösung durch die Leitung 66 zu dem Absorbersprührohr 38, wo es zur Vervollständigung des Zyklus der absorbierenden Lösung im oberen Abschnitt des Absorbers 40 verteilt wird.

Wie oben schon festgestellt wurde, kann der Eduktor 60 bei solchen Systemen auch weggelassen v/erden. In diesem Fall kann die Schwerkraft und das Druckgefälle zwischen den Gefäßen 10 und 26 ausreichen, um die konzentrierte Lösung vom Generator 24 zum Absorbersprührohr 38 zu leiten. Alternativ kann auch eine zweite Lösungspumpe anstelle des Eduktors 60 vorgesehen werden, wie dies beispielsweise im US-Patent 3 254 499, das am 7. Juni 1966 N. E. Hopkins erteilt und das auf die Anmelaerin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde.

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Die Leistungssteuerung erfolgt unter Zuhilfenahme des Heiz-" ventile 22 zur Regulierung der Dampfströmung in der Heizschlange 20. Außerdem kann, wie oben erwähnt, ein (nicht gezeigtes) Lösungssteuerventil in der Durchlaßvorrichtung 44 für die verdünnte Lösung vorgesehen sein. Die Stellung des Heizventils 22 wird normalerweise durch die Steuervorrichtung 22a über die Steuerleitung 22c bestimmt, während die übergeordnete Steuervorrichtung 22d im Normalbetrieb nicht betätigt wird. Die Steuervorrichtung 22a ist in ihrer typischen Ausbildungsform eine Thermos tatvorrichtun,g, die auf das temperaturempfindliche Element 22b anspricht, welches die Temperatur des die Lastkühlschlange 28 verlassenden gekühlten Wassers sensiert. In einem typischen System verlangt die Kühllast eine Temperatur des austretenden gekühlten Wassers von 6,7⁰C bei Vollast, während bei Bledriglast diese Temperatur 5⁰C sein sollte, in welchem Pail sich das Heizventil 22 in einer Drosselstellung befinden würde, da die Steuervorrichtung 22a normalerweise eine reine Proportionalsteuerung ergibt.

Der äußere Kühlkreis 14 funktioniert wie folgt. Das Kühlwasser tritt vom Auslaß der Pumpe 112 über die Leitung 120 in die Kühlschlange 36 ein. Nachdem es die Kühlschlange durchlaufen und im Absorber 40 Wärme aus der absorbierenden Lösung aufgenommen hat, wird das Kühlwasser durch die Leitung 104 zu der Kondensatorschlange 12 geleitet, wo es dureh Aufnahme der Verdampfungswärme die Verflüssigung des verdampften Kühlmittels bewirkt. Das erwärmte Kühlwasser wird von der Kondensatorschlange 12 durch die Leitung 114 zum Sprührohr 125 geleitet, wo es aus einer Reihe Sprühdüsen nach unten austritt und in Kontakt mit der Umgebungsluft kommt. Diese entzieht dem Kühlwasser die Wärme hauptsächlich durch partielle Verdampfung. Das so gekühlte Wasser fällt in den durch das Kaltwasserbassin 128 gebildeten Sammelbehälter 130 und wird von

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dort durch den Aufnehmer 132 und die leitung 118 zum Einlaß der Pumpe 112 geleitet, womit sich der Kühlwasserkreislauf schließt. Um eine höchstmögliche Kühlwirkung zu erreichen, v/erden die Ventilatoren 134 in Betrieb gesetzt. Sie saugen die Umgebungsluft durch die jalousieartigen öffnungen 136 ein. Sodann steigt die Luft durch das in Tropfen niederfallende Kühlwasser nach oben und strömt durch die Auslaßöffnungen 136 nach außen.

Aus den in dieser Beschreibung früher angesprochenen Gründen wurde die Temperatur des Kühlwassers, das in die Kühlschlange eintritt, bislang typischerweise auf einem hohen \7ert gehalten, insbesondere lag die Bemessungetemperatur gewöhnlich etwa zwischen 24⁰C und 32⁰C, und es wurde als für einen stabilen Betrieb wünschenswert angesehen, die Eintrittstemperatur mit einem Toleranzbereich von ί 1,4°C auf der Bemessunge temperatur zu halten. JJie Temperaturfeinsteuerung wurde mittels der üühlturm-Nebenschlußleitung und des zugehörigen Dreiwegeventiis erreicht, welche Teile bei der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels weggelassen wurden. Die Grobsteuerung erfolgte mittels der Ventilatoren 134, und zwar entweder durch Veränderung der Drehzahl der Motoren 135 oder durch eine Ein-Aus-Steuerung.

Die Motoren 135 werden über die Steuerleitung 135c von einer Steuervorrichtung 135a gesteuert. Diese ist typischerweise eine Thermostatvorrichtung, die auf das temperaturempfindlich^ Element 135b anspricht. Letzteres ist so angeordnet, daß es die Temperatur des aus dem Kühlturm 108 austretenden Kühlwassers sensiert. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Steuerung der Kühlwassertemperatur ausschließlich über die Ventilatoren, was unten erläutert wird.

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Betrieb bei veränderlichen Umgebungstemperaturen

Bei der nachfolgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, daß das betrachtete System bei den höchsten Umgebungstemperaturen arbeitete, die in dem Klima, in dem das System installiert ist, erwartet werden können. Demzufolge trat das Kühlwasser in die Kühlschlange 36 bei maximaler Bemessungstemperatur, angenommen 35⁰C, ein. Die Maximaltemperatur kann festgelegt werden durch die Auswahl der Bemessungsmerkmale des Kühlturms, wie z. B. der Größe, Anzahl und Drehzahl der Ventilatoren 134.

Unter diesen Bedingungen soll das System in der konventionellen und oben beschriebenen Art und Weise gearbeitet haben. Bei Umgebungstemperaturen im höchsten Temperaturbereich kann auch angenommen v/erden, daß die Kühllast an ihrem Bemessungsmaximum oder in der Hähe davon war, obwohl die Größe der Last während des konventionellen Betriebes nur wenig Einfluß auf die nachfolgenden Entwicklungen hat.

Es sei nun angenommen, daß die Umgebungstemperatur zu fallen beginnt. Die Ventilatoren 134 werden aber dessen ungeachtet im Hinblick auf möglichst geringen Dampfverbrauch vorzugsweise so betrieben, daß sich ein Kühlwasser von möglichst geringer Temperatur ergibt. Dabei kann die Kühlwassertemperatur bis zu einem praktikablen Minimum fallen, das beispielsweise nur wenige Grad über dem Gefrierpunkt liegt, je nach den Eigenschaften und den besonderen Anforderungen an das spezielle System. Die Minimaltemperatur wird festgelegt durch Justierung der Steuervorrichtung 135a. Diese kann so eingestellt werden, daß die Ventilatormotoren 135 abgeschaltet werden, wenn die Temperatur des Kühlwassers beim temperaturempfindlichen Element 135b auf 13⁰G abgesunken ist, und daß die Ventilatormotoren wieder eingeschaltet werden, wenn die Temperatur wieder auf 18⁰C ansteigt. Nach einer anderen Möglichkeit

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können die Ventilatonnotoren auch einzeln oder in Gruppen der Reihe nach abgeschaltet werden, wenn die Kühlwassertemperatur auf 13⁰C bzw. 7°C abfällt, wobei sie dann in umgekehrter Reihenfolge wieder zugeschaltet werden, wenn die Temperatur entsprechend angestiegen ist. Da viele Kühltürme mit vier oder mehr Ventilatoren ausgestattet sind und einige auch mit Ventilatoren, die mit verschiedenen Drehzahlen laufen können, sind vielerlei Steuerschemata möglicn.

Die minimale Kühlwassertemperatür wird ausgewählt auf der Basis des maximalen Kühlleistungsbedarfs während der Zeiten geringer Umgebungstemperaturen. Läßt man es zu, daß die Kühlwassertemperatur im Berhältnis zur Größe der Kühllast zu weit abfällt, dann findet im Generator 24 eine übermäßige Aktivität statt und folglich eine Übertragung von absorbierender Lösung zum Kondensator 18. Wenn somit während der Zeiten herabgesetzter Umgebungstemperaturen ein dem Vollastbetrieb entsprechender Kühlleistungsbedarf erwartet werden kann, dann mag die Temperatur des den Kühlturm 108 verlassenden Kühlwassers in einem typischen System auf einem Minimum von 18⁰C gehalten werden. Wenn bei einem ähnlichen System 80$ Vollast das erwartete Maximum ist, dann kann die Kühlwassertemperatur auch auf ein Minimum von 13⁰C begrenzt werden. Solche über die saisonabhängigen Erwartungen hinausgehende Kühllasten trifft man beispielsweise bei Kühlsystemen für industrielle Prozesse an. Bei einer normalen Klimaanlage jedoch, bei der man erwarten kann, daß der Kühlte istungsbedarf mit dem Abfallen der Umgebungstemperaturen nachhaltig abnimmt, ist ein sicherer und stabiler Betrieb erfindungsgemäß durchaus erreichbar mit einer Kühlwassertemperatur von nur 4⁰C bei 10$ der Bemessungsvollast.

Um eine zu große Aktivität im Generator 24 auf Grund zu geringer Kühlwassertemperatur zu vermeiden, ist die übergeord-

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nete Steuervorrichtung 22d vorgesehen, welche die Öffnung des Heizventils 22 begrenzt. Diese übergeordnete Steuervorrichtung 22d ist zweckmäßigerweise eine Thermostatvorrichtung, die auf ein temperaturempfindlioh.es Element 22e ansprioht, welches die Temperatur des in die Kühlschlange 36 eintretenden Kühlwassers sensiert und beispielsweise auf eine Temperatur von 24⁰C eingestellt sein kann. V/enn zu irgendeiner Zeit während des Betriebes die Temperatur des eintretenden Kühlwassers unter diesen Wert sinken sollte oder wenn bei der Inbetriebnahme die Umgebungsbedingungen so sind, daß Kühlwasser mit einer geringeren Temperatur in die Kühlschlange 36 eingespeist wird, dann gibt die übergeordnete Steuervorrichtung 22d über die Steuerleitung 22f ein Signal zum Heizventil 22, um das Ventil in eine vorbestimmte gedrosselte Stellung zu bringen. Solange diese Bedingung bestehen bleibt, können sich alle Signale der Steuervorrichtung 22a, die an sich eine größere Ventilöffnung bewirken würden, gegen das Signal der übergeordneten Steuervorrichtung 22d nicht durchsetzen, während Signale der Steuervorrichtung 22a, die auf eine noch weiter gedrosselte Stellung des Ventils gerichtet sind, zur Wirkung kommen.

Sowie die Temperatur des in der Kühlscnlange 36 zirkulierenden Wassers abnimmt, nimmt die Aktivität im Absorber 40 wegen der erhöhten Affinität der absorbierenden Lösung gegenüber dem Kühlmitteldampf zu. Bei einem System, bei dem die Kühllast als Ergebnis fallender Umgebungstemperaturen auch absinkt, erzeugt die Steuervorrichtung 22a ein Signal, welches auf eine weiter geschlossene Stellung des Heizventils 22 gerichtet ist. Das setzt die Aktivität im Generator 24 herab, der demzufolge weniger verdampftes Kühlmittel an den Kondensator 18 abgibt, und als Folge davon gelangt weniger Kühlmittelkondensat zum Verdampfer 34. Diese beiden Bedingungen, nämlich verringerte Kühllast und ver-

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ringerte Kühlwassertemperatur, tendieren somit zu einer Verringerung der Konzentration der absorbierenden Lösung oder, umgekehrt ausgedrückt, sie tendieren zu einer stärkeren Verdünnung der lösung mit entsprechender Entnahme von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf. Der Kühlmittelverlust spiegelt sich wieder im Flüssigkeitsstand in der Verdampferschale 32 und im Kühlmittelaufnehmer 90. Wenn die Kühllast auf etwa 40$ der Vollast und die Temperatur des den Kühlturm 108 verlassenden Kühlwassers auf etwa 18⁰C gesunken ist, dann ist bei dem beschriebenen System das Niveau des Kühlmittels im Aufnehmer auf den Punkt gesunken, bei dem ein weiterer Kühlmittelverlust zu Kavitationserscheinungen in der Kühlmittelpumpe 92 und damit zu einer Beschädigung der Pumpe führen würde. Diese Werte sind wie andere in dieser Beschreibung genannte Werte nur als Beispiele angeführt, da das anfängliche Flüssigkeitsvolumen im Kühlmittelkreislauf von einer Anlage zur anderen wechselt. Das Maximalvolumen wird bestimmt duroh die Kapazität des Kühlmittelkreislaufs und damit im wesentlichen durch die Abmessungen der Verdampferschale 32 und des Kühlmittelaufnehmers 90.

Das Flüssigkeitsniveau im Aufnehmer 90 wird mittels des Elements 203b sensiert, das in der Zeichnung als einfacher am Ende eines Hebelarms angebrachten Schwimmer gezeigt ist. Er ist mit der Steuervorrichtung 203a "betriebsmäßig verbunden und bildet einen Schwimmerschalter. Es können jedoch auch ebensogut andere in der Technik bekannte Vorrichtungen zum Sensieren von flüssigkeitsständen benutzt werden. Wenn das vorbestimmte Minimalniveau erreicht ist, betätigt das Element 203b die Steuervorrichtung 203a und gibt ein entsprechendes Signal über die Leitung 203c zu dem Lösungsübertragungsventil 203. Das Ventil 203, das ein einfaches Magnetventil sein kann, wird somit aus seiner geschlossenen in seine offene Stellung bewegt und leitet einen Teil der absorbierenden

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Lösung vom Auslaß der Lösungspumpe 72 über die Lösungsübertragungsleitung 201 zum Einlaß der Kühlmittelpumpe 92. Die so abgezogene absorbierende Lösung bildet ein Gemisch mit dem Kühlmittel und die Mischung wird von der Kühlmittelpumpe 92 über die Leitung 95 zum Verdamprersprührohr 30 gefördert. Das Ventil 203 bleibt offen, bis der Flüssigkeitsstand im Kühlmittelaufnehmer 90 auf einen zweiten vorbestimmten Wert angestiegen ist, der etwas über dem erstgenannten oder vorbestimmten Minimalwert liegt. Das Erreichen des höheren Flüssigkeitsstandes wird vom Element 203b sensiert, das nun wiederum die Steuervorrichtung 203a betätigt, welche ein Schließsignal zum Ventil 203 sendet. Dieser Vorgang wird, sofern notwendig, wiederholt, so daß zu der Flüssigkeit im Kühlmittelkreislauf absorbierende Lösung addiert wird, wenn immer der Kühlmittelstand auf einen vorbestimmten Minimalwert absinkt, der vom Element 203b erfaßt wird. Es leuchtet ein, daß mit jeder weiteren Addition absorbierender Lösung zu der Flüssigkeit im Kühlmittelkreislauf die Konzentration der absorbierenden Salze in dieser Flüssigkeit erhöht wird.

Die Einleitung von absorbierender Lösung in den Kühlmittelkreislauf hat den zusätzlichen Effekt, daß die Aufnahmefähigkeit des Absorbers 40 herabgesetzt wird, was dazu führt, daß eine weitere Entnahme von Kühlmittel verhindert wird. Das Vorhandensein von absorbierender Lösung in dem Kühlmittelkreislauf setzt auch aie Leistung des Verdampfers 34 herab, aber diese verringerte Leistung trägt in Wirklichkeit dazu bei, das System unter verringerter üühllast im Gleichgewicht zu halten.

Wenn die Umgebungstemperaturen wieder ansteigen, womit eine entsprechende Erhöhung der Kühlwassertemperatur und der Kühllast einhergeht, dann wird beim normalen Betriebsablauf absorbierende Lösung aus dem Kühlmittelkreislauf durch einen

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graduellen Flüssigkeitsübergang mittels der früher erwähnten konventionellen (nicht gezeigten) Eliminatoren entnommen, da solche Vorrichtungen normalerweise nicht hundertprozentig wirksam sind. Bei manchen Systemen, speziell bei solchen, bei denen mit einem Umgebungstemperaturanstieg erwartungsgemäß ein schneller lastanstieg einhergeht, mag es wünschenswert sein, eine Abblasevorrichtung vorzusehen, um die Entfernung der absorbierenden Lösung aus dem Kühlmittelkreis zu beschleunigen und so den Verdampfer 34 in einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne auf volle Leistung zu bringen. Solche Abblasevorrichtungen sind an sich in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Sie sind stets so angeordnet, daß sie einen Teil der Flüssigkeit im Kühlmittelkreis direkt zum Absorber 40 leiten. Eine zweckmäßige Abblasevorrichtung ist in dem vorerwähnten US-Patent 3 640 084 gezeigt und beschrieben.

Wenn im ICühlmittelkreis absorbierende Lösung enthalten ist oder wenn insbesondere in dem aus den Düsen des Verdampfersprührohres 30 austretenden Kühlmittel absorbierende Salze vorhanden sind, dann kann der Dampfdruck im Verdampfer 34 kleiner als derjenige Dampfdruck sein, der vorherrscht, wenn das Kühlmittel reines Wasser ist. Dementsprechend tendiert in den Verdampfer eintretendes reines Kühlmittelkondensat am Auslaß der Kondensatleitung 46 zum Frieren. Dies wird jedoch dadurch verhindert, daß über die Verbindungsleitung 209 eine gesteuerte Flüssigkeitsmenge aus dem Kühlmittelkreis in das Kondensat eingeführt wird. Wenn in der Flüssigkeit des Kühlmittelkreises und damit in der zur Kondensatleitung abgeleiteten Flüssigkeit absorbierende Salze vorhanden sind, dann senken diese die Gefriertemperatur des in den Verdampfer eintretenden Kühlmittelkondensats ab und bewirken, daß sich am Auslaß der Kondensatleitung 46 kein Eis bilden kann.

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Als Alternative zu der Verbindungsleitung 209 kann auch, die Kondensatleitung 46 so ausgebildet sein, daß sie den Verdampfer 34 vollkommen kurzschließt, indem sie den Auslaß der Kondensatleitung mit der Kühlmittelleitung 94 verbindet und damit Kühlmittelkondensat direkt zum Einlaß der Kühlmittelpumpe 92 gelangen läßt. Eine solche Konstruktion ist in dem US-Patent 3 593 540 gezeigt und "beschrieben, das am 20. Juli 1971 N. E. Hopkins erteilt und das auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde.

Gelingt die genau angepaßte Steuerung der Kühlwassertemperatur nicht, wenn also die Kühlturm-Nebenschlußleitung und das zugehörige Dreiwegeventil weggelassen Bind, dann reagiert das System außerordentlich empfindlich auf Laständerungen. Dies ergibt sich beispielsweise aus der Tatsache, daß schon eine kleine Verringerung der Kühllast eine entsprechende Herabsetzung der Temperatur des aus der Lastkühlsehlange 28 austretenden gekühlten Wassers mit sich bringt. Dies wird von dem Element 22b sensiert, so daß die Steuervorrichtung 22a ein Signal erzeugt, welches das Heizventil in eine weiter geschlossene Stellung bringt. Daraus entspringt wiederum eine Tendenz zur Verringerung der Belastung am Kondensator 18 und somit der Belastung des Kühlturms 108, wodurch die Temperatur des in die Kühlschlange eintretenden Wassers verringert wird. Die Verringerung der Kühlwassertemperatur erhöht die Aktivität im Absorber und damit im Verdampfer 34, was zu einer weiteren Absenkung der Temperatur des Kühlwassers führt und damit zu einer weiteren Nachstellung des Heizventils 22 in eine weiter geschlossene Stellung. Dieser kumulative zyklische Effekt tritt besonders stark in Erscheinung, wenn einer oder beide Kühlturmventilatoren 134 anlaufen und dadurch einen plötzlichen und schnellen Abfall der Kühlwassertemperatur bewirken. Wenn man die zyklische Absenkung der Kühlwassertemperaturen in den

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Kühlschlangen 28 und 36 sich weiter fortsetzen läßt, dann kann es vorkommen, daß die Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 34 sich dem Gefrierpunkt nähert.

Um ein solches Einfrieren des Verdampfers zu vermeiden und einen kontinuierlichen Betrieb des Systems sicherzustellen, sind die Kühlmittelübertragungsleitung 205 und das zugehörige Kühlmittelubertragungsventil 207 vorgesehen. Eine Steuervorrichtung 207a, die zweckmäßigerweise eine Thermostatvorrichtung ist, wird auf eine Temperatur von "beispielsweise 2,0⁰G eingestellt. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit im Kühlmittelaufnehmer 90 auf diesen vom Element 207t sensierten Wert abfällt, dann leitet die Steuervorrichtung 207a über die Steuerleitung 207c ein entsprechendes Signal zum Ventil 207, wodurch dieses Ventil 207, das beispielsweise ein einfaches Magnetventil sein kann, aus seiner geschlossenen in seine geöfrnete Stellung umgestellt wird. Das Dewirkt, daß ein Teil der Flüssigkeit im Kühlmittelkreis am Auslaß der Kühlmittelpumpe 92 abgezogen und direkt dem Absorbersprührohr 38 zugeführt wird, wodurch die den Absorbersprühdüsen zufließende lösung unmittelbar verdünnt wird, was eine schnelle Herabsetzung der Aktivität im Absorber zur Folge hat und eine weitere Absenkung der Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 34 verhindert.

Die Steuervorrichtung 207a ist ferner so eingestellt, daß sie dem Ventil 207 ein Schließsignal zuleitet, wenn das Element 207b ein Ansteigen der Kühlmitteltemperatur auf beispielsweise 2,1⁰C sensiert. Als äußerste Vorsichtsmaßnahme ist schließlich die Steuervorrichtung 207a so eingestellt, daß sie über die Steuerleitung 207d ein Signal abgibt, welches die Lösungspumpe 72 abschaltet, wenn aus irgendeinem Grund die Temperatur der Flüssigkeit im Kühlmittelkreis auf beispielsweise 1,1⁰C abfallen sollte. Die Steuer-

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vorrichtung 207a ist somit eine Zwei-Stellungs-Thermostatvorrichtung. Alternativ könnte die Steuerleitung 207d auch die Steuervorrichtung 207a mit der Kühlwasserpumpe 112 anstatt mit der Lösungspumpe 72 oder insbesondere mit dem (nicht gezeigten) Motor dieser Kühlwasserpumpe verbinden. Das Ziel jeder dieser Maßnahmen "besteht darin, das Einfrieren sofort aufzuhalten, wenn vom Element 207b die untere Temperatur oder die vorbestimmte Minimaltemperatur sensiert wird.

Wenn Kühlwasser in der Kühlschlange 36 des Absorbers mit herabgesetzten Temperaturen zirkuliert, dann sinkt auch die Temperatur der verdünnten absortierenden lösung, die durch die Rohrseite 54 des Wärmeaustauschers 50 fließt..Bei manchen Anlügen kann dies die Möglichkeit einer Kristallisation der konzentrierten Lösung in der Mantelseite 52 des Wärmeaustauschers besonders begünstigen. Deshalb wird bei einer alternativen (nicht gezeigten) Ausfuhrungsform die Kühlmittelübertragungsleitung 205 anstatt mit der Leitung 66 mit · der Leitung 58 verbunden, und zwar vorzugsweise an einem Punkt, der in Strömun^srichtung unmittelbar vor der Mantelseite 52 des Wärmeaustauschers 50 liegt. Damit ist das Ventil 207 so angeordnet, daß es Signale von einer geeigneten Steuervorrichtung erhalten kann, welche eine beginnende Kristallisation in der Mantelseite 52 sensiert. Diese Steuervorrichtung öffnet zeitweilig das Ventil 207 und leitet damit Flüssigkeit von dem Kühlmittelkreis in die Leitung"58 und von dort direkt zur Mantelseite 52, wodurch unmittelbar eine Verdünnung der Lösung bewirkt wird. Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise mit einer Zeitsteuervorrichtung verbunden, welche ihrerseits über eine Steuerleitung am Ventil 207 angeschlossen ist. Die Zeitsteuervorrichtung wird so eingestellt, daß das Ventil nach einer vorbestimmten Zeitdauer schließt und daß sich die Öffnung des Ventils periodisch wiederholt, bis die Kristallisationsbedingung beseitigt ist. Die Steuer-

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vorrichtung ist auch über eine besondere Steuerleitung vorzugsweise mit dem Heizventil 22 verbunden, um den Durchfluß durch die Heizschlange 20 zu drosseln, bis die Kristallisationsbedingung beseitigt ist, wodurch die Konzentration der den Generator 24 verlassenden Lösung verringert wird.

Hierzu wird ein Beispiel gegeben· Wenn bei der alternativen Ausführungsform die Steuervorrichtung eine drohende Kristallisation sensiert und die Zeitsteuervorrichtung betätigt, dann sendet diese ein Öffnungssignal zum Übertragungsventil 207. Gleichzeitig gibt die Steuervorricntung ein Signal zum Heizventil 22 und stellt dieses in eine weiter geschlossene Stellung um. Each beispielsweise zwei Minuten gibt die Zeitsteuervorrichtung ein weiteres Signal zum Ventil 207 und schließt dieses. Nach einem weiteren Zeitintervall iron Deispielsweise acht Minuten gelangt, sofern die Steuervorrichtung weiterhin die in Rede stehende Bedingung bestätigt, ein zweites Öffnungssignal zum Ventil 207. Dieses bleibt zwei Minuten lang bestehen. Dann wird der zehn Minuten lange Zyklus wiederholt, bis die Kristallisationsbedingung beseitigt ist. Wenn die Steuervorrichtung das Enae der Kristallisationsbedingung sensiert, gibt sie ein Signal, welches das Heizventil 22 aus seiner gedrosselten Stellung freigibt, und dies unabhängig von der Stellung des Ventils 207.

Es ist darauf hinzuweisen, daii bei der oben beschriebenen alternativen Ausführungsform das Kühlmitteiübertragungsventil 207 den Signalen der Steuervorrichtung 207a unterworfen bleibt, da eine Verdünnung der Lösung in der Mantelseite des Wärmeaustauschers 50 sehr schnell eine Verdünnung der aus dem Sprührohr 38 austretenden Lösung ergibt. So üben das Ventil 207 und die Kühlmittelübertragungsleitung zwei wichtige funktionen aus. Sie verhindern nämlich die Voraussetzungen für das Einfrieren des Verdampiers 34 und

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für eine Kristallisation im V/ärmeaustauscher 50. Die Wahrscheinlichkeit, äaü eine dieser Voraussetzungen eintritt, ist höher, wenn die Kühlturm-Nebenschlußleitung weggelassen ist, da dies die Möglichkeit von schnellen Kühlwassertemperaturwechseln schafft. Ein ähnliches Tentil, das ähnliche Punktionen erfüllt und das bei einem kombinierten Absorptions- und dampfturbinenbetrielDenen System angewandt wird, ist in dem US-Patent 3 314 246 geoffenbart, das am 18. April 1967 Έ. E. Hopkins und R. ϊ¹. Muhleman erteilt und das auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde.

Auch bei der alternativen Ausführungsform kann die Kühlmittelübertragungsleitung 205 wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Leitung 66 (anstatt mit der Leitung 58) verbunden sein. Wenn in diesem Falle das Ventil 207 öffnet, dann ergibt sich eine geringe Zeitverzögerung bei der Verdünnung der konzentrierten Lösung in der Mantelseite 52 des Wärmeaustauschers 50, jedoch eine unmittelbare Herabsetzung der Aktivität im Absorber 40. Bei manchen Anlagen mag diese Anordnung vorzuziehen sein. Die Wahl hängt davon ab, ob die schnellere Ansprechgeschwindigkeit in der Mantelseite 52 oder im Absorber 40 gewünscht wird.

Die gedrosselten Maximalöffnungssteilungen, die bei der alternativen Ausführungsform dem Heizventil 22 von der Kristallisations-Steuervorrichtung und von der übergeordneten Steuervorrichtung 22d aufgezwungen werden, können identisch sein oder sich voneinander unterscheiden. Dies hängt von den Eigenschaften und den Anforderungen an das betreffende System ab. Im letztgenannten Falle muß die stärker drosselnde Einstellung den Vorrang haben, wenn beide Steuervorrichtungen zur gleichen Zeit wirksam sind.

Die Kristallisations-Steuervorrichtung bei der alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise eine Thermostatvorrichtung,

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die mit einem temperaturempfindlichen Element kombiniert ist. Dieses Element sensiert die Temperatur in einer Überlaufvorrichtung, beispielsweise einem überlaufrohr, welches mit dem Aufnehmer 56 für die konzentrierte Lösung verbunden ist und dessen Einlaß über dem ITormalniveau der Flüssigkeit in dem Aufnehmer liegt. Wenn die Kristallisation, die ein progressiver Vorgang ist, in der Mantelseite 52 des Wärmeaustauschers 50 beginnt, dann verlangsamt sich die Strömung in der Leitung 58, wodurch der Flüssigkeitsstand im Aufnehmer 56 ansteigt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel den Einlaß des Überlaufrohres erreicht, dessen Auslaß normalerweise am Absorber 40 angeschlossen ist, dann tritt ein Teil der verhältnismäßig heißen konzentrierten Lösung in das Überlaufrohr ein. Der daraus folgende Temperaturanstieg im Überlaufrohr auf beispielsweise 60⁰C wird von dem temperaturempfindlichen Element festgestellt, und es beginnt der oben beschriebene Abhilfe schaffende Vorgang. Sinkt die Temperatur im Überlaufrohr ausreichend ab, so daß dies als Anzeichen dafür gelten kann, daß keine konzentrierte Lösung mehr in das Überlaufrohr eintritt, so veranlaßt dies die Steuervorrichtung, das Heizventil 22 aus seiner gedrosselten Stellung freizugeben und durch Stillsetzung der Zeitsteuervorrichtung auch die periodische Öffnung des Ventils 207 zu beenden. Eine ähnliche "überlaufvorrichtung und die zugehörige Steuervorrichtung sind in dem US-Patent 3 410 104 gezeigt und beschrieben, das am 12. Nov. 1968 H. E. Hopkins erteilt und das auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde.

Anstelle der temperaturempfindlichen Steuervorrichtung kann auch ein Schwimmerschalter ähnlicn dem durch die Steuervorrichtung 203a und das Element 203b dargestellten zusammen mit einem Überlaufrohr vorgesehen sein, um dadurch den Eintritt von konzentrierter Lösung in das Rohr festzustellen. Die temperaturempfindliche Steuervorrichtung ist jedoch vor-

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zuziehen, weil "bei Betriebsbeginn, bevor der Generator 24 seine volle Leistungsfähigkeit erreicht, manchmal etwas überschüssige Lösung in das Überlaufrohr übertritt, wobei dann natürlich die Voraussetzungen für eine Kristallisation nicht vorliegen. Ein Schwimmerschalter kann nicht zwischen diesen beiden Voraussetzungen unterscheiden. Da jedoch die bei Betriebsbeginn übertretende Lösung verhältnismäßig kühl ist, liegt ihre Temperatur wesentlich unter den als Beispiel oben erwähnten 60⁰C, so daß die bevorzugte temperaturempfindliche Steuervorrichtung das Ventil 207 nur im Falle einer beginnenden Kristallisation öffnet.

Ansprüche

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Claims (6)

1. Ansprüche

   Verfahren zum Betrieb eines Absorptionskühlsystems, bei dem ein Kühlmittel und eine absorbierende lösung innernalb eines einen Verdampfer und einen Absorber enthaltenden geschlossenen Kreises einen Absorptionskühlzyklus durchlaufen, wobei der Absorber so angeordnet ist, daß er das in dem Verdampfer verdampfte Kühlmittel absorbiert und daß ihm zu diesem Zweck eine absorbierende lösung zugeführt wird, und wobei in einem Kühlmittelkreis eine Flüssigkeit einer Verteilervorrichtung zugeführt wird, die so angeordnet ist, daß sie die Flüssigkeit zur Verdampfung in dem Verdampfer verteilt, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Flüssigkeit im Kühlkreis (30, 32, 48) in Abhängigkeit von einer Verringerung des Flüssigkeitsvolumens in dem Kühlkreis auf einen vorbestimmten Wert absorbierende lösung zugefügt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Flüssigkeit im Kühlkreis zugefügte absorbierende lösung aus dem Absorber (40) entnommen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufügung von absorbierender lösung zu der Flüssigkeit im Kühlkreis (30, 32, 48) unterbrochen wird in Abhängigkeit von einem Anwachsen des Flüssigkeitsvolumens in dem Kühlkreis auf einen zweiten vorbestimmten Wert, der größer als der erwähnte erste vorbestimmte ¥,Tert ist.
4. 4. Absorptionskühlsystem mit in einem geschlossenen Kreis enthaltenem Verdampfer und Absorber, wobei ein Kühlmittel und eine absorbierende lösung diesen Kreis in einem Absorptionskühlzyklus durchlaufen und der Absorber in dem geschlossenen Kreis so angeordnet ist, daß er das in dem

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   Verdampfer verdampfte Kühlmittel adsorbiert und daß ihm zu diesem Zweck eine assortierende Lösung zugeführt wird, und wobei ein flüssiges Kühlmittel in einer einen Kühlmittelkreis darstellenden Vorrichtung zirkuliert und dabei zu dem Verdampfer gelangt, welcher eine Kühlmittelverteilervorrichtung enthält, durch die das flüssige Kühlmittel zur Verdampfung in dem Verdampfer verteilt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Lösungsübertragungsvorrichtung (201) vorgesehen ist, die den Kühlmittelkreis und eine Quelle (68) der absorbierenden Lösung,in dem geschlossenen Kreis verbindet, daß ferner ein Lösungsübertragungsventil (203) zur Steuerung der Strömung in der Lösungsübertragungsvorrichtung vorgesehen ist, wobei dieses Ventil zwischen einer normalerweise geschlossenen Stellung und einer offenen Stellung umgestellt werden kann, in welcher offenen Stellung die absorbierende Lösung durch die Lösungsübertragungsvorrichtung von der Quelle zum Kühlmittelkreis fließen kann, wobei also absorbierende Lösung zu der flüssigkeit im Kühlkreis zugefügt wird, und daß das Lösungsübertragungsventil mit einer Steuervorrichtung betriebsmäßig verbunden ist, welche die Stellung des Ventils steuert, wobei die Steuervorrichtung einerseits auf eine Abnahme des Plüssigkeitsvolumens im Kühlmittelkreis auf einen vorbestimmten Wert anspricht und das Übertragungsventil in seine offene Stellung bringt und andererseits auf ein Ansteigen des Flüssigkeitsvolumens im Kühlkreis auf einen zweiten vorbestimmten Wert, der größer als der erste vorbestimmte Wert ist, anspricht und das Ventil in seine geschlossene Stellung bringt.
5. 5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (40) einen Absorbersammelbehälter (68) enthält, welcher die absorbierende Lösung sammelt, und daß dieser Sammelbehälter die Quelle der absorbierenden Lösung darstellt.

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6. 6. Kollisystem nach Anspruch 5, dadurcn gekennzeichnet, daß eine iösungspumpe (72) vorgesehen ist, deren Einlaß mit dem Absorberaammelbehälter (68) in Verbindung steht und absorbierende lösung daraus abzieht, daß eine Kühlmittelpumpe (92) vorgesehen ist zur Förderung von Flüssigkeit im Kühlmittelkreis zu der Kühlmittelverteilervorrichtung (30) und daß die Lösungsubertragungsvorrichtung (201) eine Verbindung zwischen dem Auslaß der Lösungspumpe und dem Einlaß der Künlmitteipumpe darstellt.

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