DE2749243A1 - Absorptions-kaelteaggregat - Google Patents

Description

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Kühlapparate GmbH, 8952 Schlieren

Absorptions-Kälteaggregat

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absorptions-Kälteaggregat, insbesondere für Kühlschränke in Fahrzeugen, dessen Lösung einen Korrosionsinhibitor enthält.

7. September 1977/YB - 1 -

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Aufgrund der möglichen Betriebsarten von Absorptions-Kälteaggregaten (elektrische Beheizung oder Beheizung durch Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen) findet dieser Kühlschranktyp eine weitverbreitete Anwendung in Land- und Wasserfahrzeugen.

Beim Einsatz von festinstallierten Absorptions-Kälteaggregaten in Fahrzeugen, können Neigungen des Aggregates gegenüber der Vertikalen auftreten, welche die Neigung der flüssigkeitsführenden Rohre gegenüber der Horizontalen überschreiten. Dabei erfolgt eine nennenswerte Aufstauung von Flüssigkeit im Flüssigkeitskreislauf ausserhalb des Sammlers 11, wodurch der Flüssigkeitsspiegel 12 absinkt. (Fig. 1) Zudem kann sich die Höhenlage des unteren Endes der Thermosiphonpumpe bezüglich des ursprünglichen Flüssigkeitsspiegels 12 verändern. Die Neigung des Kühlschrankes hat m.a.W. eine Veränderung der Eintauchtiefe der Pumpe zur Folge. Der maximale Neigungswinkel, bei welchem die Thermosiphonpumpe gerade noch in der Lage ist, Flüssigkeit zu pumpen, sei im folgenden als "zulässige Neigung" bezeichnet. Wird die zulässige Neigung des Kühlschrankes überschritten, so ist die Pumpe nicht mehr minimal eingetaucht, und es wird aus ihr nur noch ein Dampfgemisch aus Kälte-

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und Lösungsmittel ausgetrieben. Dadurch erfolgt eine erhebliche Anreicherung des Korrosionsinhibitors in der zurückbleibenden Lösung, was zu einer nennenswerten Erhöhung ihres spezifischen Gewichtes führt. Infolgedessen sinkt die betreffende Lösung an den tiefsten Punkt des Vorlaufes 13 und wird durch nachströmende reiche Lösung ersetzt, welche wieder dem gleichen Auskochprozess unterliegt. Wird das Aggregat über längere Zeit mit unzulässiger Neigung betrieben, befindet sich im gesamten Vorlauf eine Lösung mit relativ niedrigem Kältemittelgehalt und extrem hohem Inhibitorgehalt.Diese Lösung hat somit einen gegenüber normalen Verhältnissen hohen Siedepunkt und ein hohes spezifisches Gewicht. Diese beiden Zustandsgrössen können derartige Werte annehmen, dass auch nach Rückführung des Aggregat in eine normale Betriebslage die Förderwirkung der Pumpe ausbleibt. Die Hauptursachen dafür sind:

a) Die Differenz der Siedetemperaturen zwischen der armen Lösung im Kocher 1 und der Lösung, welche sich im dampferzeugenden Ende des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers befindet, wird so klein, dass die Wärmeübertragung keine genügende Dampferzeugung zum Betrieb der Thermosiphonpumpe bewirkt.

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b) Durch das hohe spezifische Gewicht der Lösung im Vorlauf liegt der kommunizierende Flüssigkeitsspiegel 21 im dampfbildenden Ende des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers tiefer als der Flüssigkeitsspiegel 12 im Flüssigkeitssammler 11, was die Förderwirkung der Pumpe ebenfalls einschränken bzw. verhindern kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe der Schaffung eines Kühlaggregates zugunde, welches selbst nach stundenlanger überkritischer Neigung nach deren Einstellen auf einen unterkritischen Wert unverzüglich wieder Kälte erzeugend betreibbar ist.

Erfindungsgemäss zeichnet sich ein derartiges Aggregat durch den Wortlaut des Anspruchs 1 aus.

Die Erfindung wird anschliessend anhand einer Zeichnung beispielsweise erläutert.

Es zeigt :

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kälteaggregates bisheriger Bauart,

Fig. 2 das Kälteaggregat analog Fig. 1, nach erfindungsgemässer Ausführung.

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Anhand der schematischen Darstellung Fig. 1 wird die Wirkungsweise eines Zweitemperatur-Absorptionsaggregates moderner bekannter Bauart mit druckausgleichendem Hilfsgas kurz erläutert.

Dieses Aggregat umfasst einen Kocher 1, in welchem der Kältemitteldampf ausgetrieben wird. Dieser Dampf gelangt durch eine Leitung 2 in einen Kondensator 3, wo er kondensiert, Das Kondensat fliesst durch eine Vorkühlung 4, wie sie im SchweizerPatent 454 192 beschrieben wird, in einen Verdampferteil 5, wo es durch Kontakt mit dem in gleicher Richtung strömenden Hilfsgas unter Wärmeaufnahme verdunstet. Infolge des geringen Partialdruckes des Kältemittels im Hilfsgas erfolgt die Verdunstung im Verdampferteil 5 bei tiefer Temperatur. In einem anschliessenden Gegenstromgas-Wärmeaustauscher 6 wird das an Kältemittel arme Hilfsgas durch Wärmeabgabe an das an Kältemittel reiche Hilfsgas auf annähernd die Temperatur des Verdampferteils abgekühlt. In einem Verdampferteil 7 erfolgt die Verdunstung des restlichen Kältemittels in das angereicherte Hilfsgas. Infolge des angestiegenen Partialdruckes des Kältemittels im Hilfsgas erfolgt die Verdunstung in diesem Bereich bei einer höheren Temperatur. Ein anschliessender Gegenstromgas-

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Wärmeaustauschers 8 hat die Aufgabe, das aus dem Absorber kommende kältemittelarme Hilfsgas abzukühlen. Das kältemittelreiche Gas gelangt anschliessend in einen Absorber 9, wo es in Kontakt mit der im Gegenstrom fliessenden kältemittelarmen Lösung aus dem Kocher 1 gelangt. Hierbei wird das dampfförmige Kältemittel durch Absorption in das Lösungsmittel dem Hilfsgas entzogen. Das kältemittelarme Hilfsgas strömt nun durch einen Rohrbogen 10, welcher der Vorkühlung des kältemittelarmen Hilfsgases dient und durch die vorbeschriebenen Bauteile 8, 7 und 6 zum Verdampferteil 5, wo es erneut die Verdunstung des aus der Vorkühlung 4 kommenden Kältemittelkondensates bewirkt.

Die arme Lösung, welche aus dem Kocher 1 in den Oberteil des Absorbers 9 gelangt, fliesst durch die mit einem bestimmten Gefälle versehene Rohrschlange in einen Sammelbehälter 11, welcher infolge seiner geometrischen Proportionen bei normalem Betriebszustand einen möglichst konstanten Flüssigkeitsspiegel 12 gewährleisten soll. Aus dem Sammler gelangt die kältemittelreiche Lösung durch einen Vorlauf des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers in ein dampfbildendes Ende 15 des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers. Im Gegenstrom dazu fliesst in einem Rücklauf 14 des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers die heisse, kältemittelarme Lösung vom Kocher 1 zum oberen Ende 19 des Absorbers 9. Im dampf-

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bildenden Teil des Flüssigkc-its-Wärmeaustauschers 15, welcher indirekt durch die Heizquelle 18 des Kochers 1 beheizt wird, entsteht eine gewisse Menge Kältemitteldampf, welcher zum Antrieb einer Thermosiphonpumpe 16 dient. Der Betrag, um welchen das untere Ende 25 der Thermosiphonpumpe 16 unterhalb dem Flüssigkeitsspiegel 12 liegt, bezeichnet man als Eintauchtiefe. Erst ab einer bestimmten minimalen Eintauchtiefe ist die Thermosiphonpumpe 16 fähig, Flüssigkeit zu fördern. Diese minimale Eintauchtiefe hängt u. a. von der Dichte und der Viskosität der zu fördernden Flüssigkeit ab, der im dampfbildenden Ende des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers erzeugenden Dampfmenge und der Förderhöhe der Pumpe. Diese wird letztlich durch die Höhe des Absorbers bestimmt.

Im kältemittelarmen Gas, welches aus dem Absorber 9 durch das Rohr 10 in die Gaswärmeaustauscher 8 resp. 6 gelangt, wird ein gewisser Anteil dampfförmiger Lösung aus dem Absorber 9 mitgeführt. Dieser wird während der Abkühlung in den Gaswärmeaustauschern 8 resp. 6 teilweise als Kondensat ausgefällt und gelangt durch Schwerkraft in die Leitung 20 und anschliessend in den Vorratsbehälter 11.

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Auaser den bereits erwähnten Medien des Flüssigkeitsresp. Gaskreislaufes, muss bei den allgemein verwendeten Stoffpaaren Ammoniak-Wasser, resp. Wasserstoff ein Korrosionsinhibitor zugegeben werden. Dieser besteht aus einem in der Flüssigkeit löslichen Salz.

Bei einem derart gebauten Aggregat treten bei längerer Schiefstellung die erläuterten Nachteile auf, welche ein Funktionieren eines wieder nivellierten Aggregates verunmöglichen können.

Zur Vermeidung der vorbeschriebenen nachhaltigen Störungen bei der neuerlichen Inbetriebnahme, welche beim Betrieb eines Absorptions-Kalteaggregates nach unzulässiger Neigung auftreten können, mussten neuartige konstruktive Abänderungen im Boreich des Flüssigkeitskreislaufes vorgenommen werden. Diese Neuerungen, von denen eine mögliche Variante in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, müssen folgende Aufgaben erfüllen:

Es muss eine Speicherung der während der Auskochphase in dem dampfbildenden Ende des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers 15 anfallenden Lösung, welche sich durch einen sehr hohen Gehalt an antikorrosivem Inhibitor und relativ niedrigem Kältemittelanteil auszeichnet,

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möglich sein. Diese Speicherung muss ausserhalb des Vorlaufes der reichen Lösung zur Pumpe liegen.

Es muss vorzugsweise eine eindeutige Unterbrechung der Zufuhr von Lösung aus dem Sammler zur Pumpe stattfinden, wenn der Kühlschrank über den zulässigen Neigungswinkel geneigt wird.

Es muss eine zeitlich verzögerte Rückführung der abgeschiedenen Lösung in den Lösungskreislauf stattfinden, nachdem der Kühlschrank wieder in eine normale Betriebslage zurückgeführt ist.

Die Funktionsweise dieses neuen Bauteils wird anhand der in Fig. 2 schematisch dargestellten, konstruktiven Lösung zur Verhinderung der Störung beschrieben. Dazu wird das dort dargestellte U-Rohr 22, 26, 27 in drei Bereiche aufgeteilt, welche jeweils eine bestimmte Funktion ausüben. Ein Steigrohr 22 wird durch den sammlerseitigen Bereich des U-Rohres 22, 26, 27 dargestellt, welcher sich zwischen dem unteren Ende des Vorlaufes 24 und der Eintrittsöffnung für die Sammlerflüssigkeit 23 befindet. Unten anschliessend ist ein Puffervolumen 26 vorgesehen, welches

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durch den Rohrteil zwischen den Punkten 24 und 28 dargestellt wird. Der oberhalb Punkt 28 anschliessende Schenkel des U-Rohres dient der Kondensatrückleitung in das Puffervolumen 26. Der Vorlauf 13 des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers 15 muss so angeordnet werden, dass bei jedem in der Praxis auftretenden Neigungswinkel des Kühlschrankes ein stetiges Gefälle vorhanden ist. Diese neue Anordnung funktioniert wie folgt:

Wird der Kühlschrank bei einem unzulässigen Neigungswinkel betrieben, staut sich nach kurzer Zeit eine erhebliche Menge Flüssigkeit in den flüssigkeitsführenden Rohren. Dadurch sinkt der Flüssigkeitsspiegel 12 unterhalb die Eintrittsöffnung 23. Von diesem Moment an befindet sich nur noch das im U-Rohr befindliche Lösungsvolumen in Verbindung mit der Thermosiphonpumpe. Da der freie Flüssigkeitsspiegel in beiden Rohren 22 und 27 im Verhältnis zum Flüssigkeitsspiegel 12 im Sammler sehr klein ist, sinkt nun der Pegel in diosen beiden Rohren 22, bei weiterem Flüssigkeitsentzug durch die Thermosiphonpumpe rasch ab. Dies hat zur Folge, dass auch der Flüssigkeitsspiegel 21 unter die dampfbildende Zone des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers 15 sinkt, worauf keine weitere

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Flüssigkeitsentnahme durch die Thermosiphonpumpe mehr stattfindet.

Die Folge der Flüssigkeitsentnahme aus dem Sammler nach Fig. 2 ist, dass, im Gegensatz zu der konventionellen Entnahme nach Fig. 1, nur ein kleines Flüssigkeitsvolumen am Ausdampfprozess im dampfbildenden Ende des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers 15 beteiligt ist und demzufolge auch nur eine relativ kleine Menge Lösung mit hohem Inhibitor- und niedrigem Kältemittelgehalt entsteht. Infolge der geometrischen Anordnung des Vorlaufes 13 sinkt dieser schwere Lösungsanteil durch Schwerkraft in das Puffervolumen 26 des neuen Bauteiles ab. Im Gegenstrom dazu fliesst im Vorlauf 13 kältemittelreiche Lösung und nimmt den Platz der abgeflossenen schweren Lösung ein.

Nach Aufhebung der unzulässigen Neigung des Kühlschrankes fliesst aufgestaute Flüssigkeit zurück in den Sammler 11, wodurch der Flüssigkeitsspiegel 12 wieder über die Eintrittsöffnung 23 zu liegen kommt und das Steigrohr 22 somit mit Flüssigkeit gefüllt wird. Dadurch steigt ebenfalls der Flüssigkeitsspiegel 21 derart an, dass die Thermosiphonpumpe ihre Förderwirkung wieder aufnehmen kann. ■Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,

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wird die Thermosiphonpumpe infolge des Entzuges der inhibitorreichen Lösung aus dem Vorlauf sofort nach der Rückführung des Aggregates in eino zulässige Betriebslage mit kältemittelreicher Lösung normaler Zusammensetzung versorgt. Sie ist somit voll funktionsfähig. Die im Puffervolumen 26 befindliche inhibitorreiche Lösung wird durch das Kondensat, welches beim normalen Betrieb des Kühlschrankes aus dem armen Gas ausfällt, verdünnt und bei geeigneter strömungstechnischer Konzeption des Puffervolumens 26 aus diesem herausgespült und dem Lösungsstrom vom Sammler 11 zur Pumpe 16 beigemischt. Da die anfallende Kondensatmenge im Verhältnis zum erwähnten Lösungsstrom klein ist, erfolgt die Wiedereinführung des abgeschiedenen Lösungsanteils so langsam, dass sich die Konzentrationsverhaltnisse im Vorlauf 13 nur geringfügig ändern, und somit keine Beeinträchtigung der Förderwirkunr der Thermosiphonpumpe stattfindet.

Zur Dimensionierung der einzelnen Teile der neuen Ausführung ist festzuhalten:

a) Die Höhe der Eintrittsöffnung 23 muss derart festgelegt werden, dass diese während aller Niveauschwankungen des Flüssigkeitsspiegels 12, die während des Betriebes

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des Aggregates innerhalb der zulässigen Neigung auftreten, tiefer als der Spiegel 12 liegt. Erst bei Betrieb des Kühlschrankes ausserhalb der zulässigen Neigung muss der Spiegel 12 unterhalb der Oeffnung zu liegen kommen.

b) Die freien Flüssigkeitsspiegel in den Rohren 22 und sollen möglichst klein sein, damit nach der Unterbrechung der Flüssigkeitszufuhr aus dem Sammler 11 nur ein geringes Flüssigkeitsvolumen durch die Pumpe entzogen werden muss, bis der Flüssigkeitsspiegel unterhalb den dampfbildenden Bereich des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers 15 gelangt und die Ausdampfung durch die Pumpe beendet wird.

c) Das Puffervolumen 26 muss derart gestaltet sein, dass die gesamte inhibitorreiche Lösung, die während der Ausdampfphase aus der Thermosiphonpumpe entsteht, aufgefangen werden kann, und dass sie durch den beim Normalbetrieb entstehenden Kondensatstrom wieder in verdünnter Konzentration der Lösung vom Sammler 11 zur Thermosiphonpumpe zugeführt wird.

Ein auf diese Weise konzipiertes Absorptions-Kälteaggregat läuft mühelos auch bei überkritischer, langandauernder Schrägstellung an, unabhängig von dessen Leistung, insbesondere auch bei grossen Leistungen.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   l.y Absorptions-Kälteaggregat, insbesondere für Kühlschränke in Fahrzeugen/ dessen Lösung einen Korrosionsinhibitor enthält, dadurch gekennzeichnet, dass Speichermittel (26) angeordnet sind, welche bei überkritischer Schrägstellung des Aggregates dazu bestimmt sind, die inhibitorreiche Lösung, die während der Ausdampfphase aus der Thermosiphonpumpeentsteht, aufzufangen und zu speichern.
2. 2. Absorptions-Kälteaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermittel (26) rohrförmig ausgebildet sind.
3. 3. Absorptions-Kälteaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Seite der Speichermittel mit der Kondensatrückfahrleitung (27) und die andere mit dem Pumpenvorlauf (13) verbunden ist, um durch anfallendes Kondensat den im Speicher (26) vorhandenen Inhibitor dosiert der Pumpe zurückzuführen.

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   ORIGINAL INSPECTED
4. 4. Absorptions-Kälteaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (11) mit einem Standrohr (22) versehen ist, dessen Querschnitt und derjenige des kommunizierenden entsprechenden Teiles der Kondensatrückführleitung (27) wesentlich kleiner sind, als die Fläche des normalen Flüssigkeitszustandes im Sammler (11) , um nach Ueberschreiten des Aggregates des kritischen Neigungswinkels und Erreichen eines kritischen Spiegels im Sammler (11) ein abruptes Aussetzen der Pumpe durch Unterbrechung der Zufuhr von Lösung aus dem Sammler (11) zur Pumpe und dampfbildenden Ende des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers (15) zu sichern.
5. 5. Absorptions-Kälteaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlauf (13) des Flüssigkeits-Wärmeaustauschers in ein U-rohrförmiges Gebilde, bestehend aus Kondensatrückführleitung (27) , Speichermittel (26) und ein oder mehrere Steigrohre (22) zum Sammler (11), einmündet, vorzugsweise im Bereich (24) des Ueberganges von den Mitteln (26) und dem Steigrohr (22) , wobei der Flüssigkeits-Wärmeaustauscher (15) und gegebenenfalls der Speicher (26) gegen die Pumpe hin stetig steigend ausgebildet sind.

   Für Kühlapparate GmbH

   Der Vertreter:

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