DE3018505A1

DE3018505A1 - Absorptionskuehlvorrichtung

Info

Publication number: DE3018505A1
Application number: DE19803018505
Authority: DE
Inventors: Yonathan Ben-Dror; Yigal Kimchi; Isaih Vardi
Original assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Current assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Priority date: 1979-05-16
Filing date: 1980-05-14
Publication date: 1980-11-27
Also published as: GB2049903A; IT1209413B; IL57310A; FR2456921B3; IL57310A0; IT8022103A0; ZA802726B; FR2456921A1; JPS55155148A; JPH0127352B2; US4343159A; GB2049903B

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Absorptionskühlvorrichtung, und zwar betrifft die Erfindung im einzelnen Verbesserungen bei Kühlvorrichtungen des Typs, bei denen Wasser als Kühlmittel und wäßriges Lithiumbormid und/oder gleichartige bzw. ähnliche Substanzen als Absorptionsmittel verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen bei den Absorbern von derartigen Kühlvorrichtungen.

Es ist zwingend notwendig, nichtkondensierbare Gase in einer so weit wie möglich vollständigen Weise von den Absorbern von Kühlvorrichtungen, die auf der Verwendung von wäßrigem Lithiumbromid und dergleichen als Absorptionsmittel für Wasserdampf basieren, zu entfernen. Solche nichtkondensierbaren Stoffe sind allgemein Luft und Wasserstoff sowie möglicherweise andere Gase, wie beispielsweise Ammoniak etc. Das Entfernen der nichtkondensierbaren Stoffe wird allgemein mittels Wasserdampf erzielt, der die nichtkondensierbaren Stoffe am Boden des Bündels von horizontalen Absorptionsrohren hinausdrück bzw. -schiebt. Die Leistungsfähigkeit bzw. der Wirkungsgrad von gut gereinigten Kühlvorrichtungen im Vergleich mit ungereinigten ist um bis zu etwa 70 % höher, und wenn gewisse Alkohole als Zusatz verwendet werden, dann kann die Verbesserung 100 % erreichen.

Wenn sich der Wasserdampf nach abwärts bewegt, indem er durch das Bündel der horizontalen Rohre hindurchgeht, kondensiert er, und seine Geschwindigkeit nimmt auf etwa die Hälfte der Anfangsgeschwindigkeit etwa in der Mitte des. Rohrbündele ab. Um unteren Ende des Rohrbündels können niedrigere Geschwindigkeiten zu ziellosen, willkürlichen, zufälligen o.dgl. Strömen führen, und eine adäquate Geschwindigkeit wird dadurch erzielt, daß man auf eine ungleichförmige Anordnung der Rohrleitungen zurückgreift.

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Aufgrund des horizontalen Temperaturgradienten von einem Ende der Rohre zum anderen ergibt sich ein Problem. Dieser Gradient hängt von der Anzahl von Durchgängen des Wassers durch den Absorber ab, Typischerweise findet ein Temperaturanstieg des Wassers in den Rohren von etwa 5°C statt, und in einer Anordnung mit einem Durchgang ist dieser Wert gleich dem Temperaturgradienten zwischen den beiden Enden des Rohres. Wenn eine Anzahl von Durchgängen angewandt wird, dann ist dieser Temperaturgradient durch die Anzahl von Durchgängen zu teilen.

Der kältere Teil des Rohres hat eine größere Fähigkeit, Wassei? zu kondensieren, als der heißere Teil, und infolgedessen ist eine Tendenz vorhanden, daß Wasserdampf durch den wärmeren Teil der Rohrleitungen hindurchgeht und sich nach dem kälteren Teil hin bewegt, Nichtkondensierbare Stoffe werden zusammen mit dem Wasserdampf mitgerissen, und auf diese Weise wird ihre Entfernung beeinträchtigt bzw. vermindert. Wenn dieser Prozeß fortdauert, dann haben die nichtkondensierbaren Stoffe die Tendenz, sich anzusammeln, und sie führen zu einer ernsthaften Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Kühlvorrichtung. Mit der vorliegenden Erfindung sollen die Nachteile überwunden werden, die sich aufgrund des horizontalen Temperaturgradienten der horizontalen Rohre, welche durch den Absorber hindurchgehen, ergeben.

Kurz zusammengefaßt wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbesserter Absorber mit einer Kühlvorrichtung, in der Wasser als Kühlmittel und Lithiumbromid oder dergleichen als Absorptionsmittel verwendet wird, zur Verfügung gestellt, und dieser Absorber ist in eine Mehrzahl von Abteilungen unterteilt, wobei Ablaß- und Reinigungsleitungen von jeder der Abteilungen wegführend vorgesehen sind. Diese Anordnung führt zu einer wesentlichen Verbesserung bei der Entfernung von nichtkondensierbaren Gasen (Luft, Wasserstoff etc.) und infolgedessen zu einer wesentlichen Verbesserung der Leistungsfähigkeit bzw. des Wirkungsgrades der Kühlvorrichtung.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden die zum Halten der Rohre vorgesehenen Bleche, Platten, dünnen Platten, flächigen Materialien o.dgl., die senkrecht zu den horizontalen Rohren angeordnet sind, Zwischenwände zwischen den einzelnen Abteilungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Reinigungsleitungen in einen Behälter zusammengeführt, der unter einem Druck gehalten wird, welcher niedriger als derjenige der verschiedenen Abteilungen ist. Vorzugsweise wird dieser niedrige Druck dadurch erzielt, daß man eine geeignete gekühlte Lösung von Lithiumbromid in den Behälter sprüht, wobei eine Scheide- bzw. Zwischenwandeinrichtung in dem Behälter vorgesehen ist, die die Einlaßrohre bzw. die in den Behälter mündenden Rohre voneinander trennt. Eine verhältnismäßig kleine Menge an unterkühlter Lithiumbromidlösung reicht aus, um diesen Druck niedriger zu halten als den Druck in den Abteilungen des Absorbers..." Das in der Kammer gesprühte Lithiumbromid wird zum Absorber zurückgeführt, während die nichtkondensierbaren Gase aus dem oberen Teil der Kammer entfernt und zu einer Reinigungspumpe gefördert werden.

Der Temperaturgradient zwischen dem Wassereinlaß in die horizontalen Rohre, die durch den Absorber gehen, und dem Auslaß beträgt etwa 5°C, und der Gradient längs jedes Rohres hängt „von der Anzahl von horizontalen Rohren ab, auf welche dieser Temperaturunterschied von 5⁰C aufgeteilt ist. Wenn eine Anordnung mit fünf Durchgängen verwendetet wird, dann ist der Temperaturunterschied längs jedes der Rohre nur 1⁰C. Um die schädlichen Wirkungen des horizontalen Temperaturgradienten zu überwinden, ist der Absorber mittels Zwischenwänden, die senkrecht zu den horizontalen Rohren sind, in eine Mehrzahl von Abteilungen unterteilt. Die bevorzugte Länge jeder dieser Abteilungen beträgt etwa 75 bis 150 cm, was von der Gesamtlänge des Absorbers abhängt, der allgemein 3 bis 5 m lang ist. Vorzugsweise werden die Bleche, Platten, dünnen Platten, flächigen Bauteile o.dgl., mit denen die Rohre gehaltert sind,

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als Zwischenwände verwendet, und diese können sich nach abwärts bis zum Boden des Absorbers erstrecken oder wenigstens bis unterhalb des FlUssigkeitsniveaus in den Abteilungen, so daß sie eine Abdichtung bzw. Abschlußvorrichtung zwischen den Abteilungen bilden. Der Druck im unteren Teil der verschiedenen Abteilungen ist aufgrund des Temperaturunterschieds des Wassers» das durch die Rohre fließt, unterschiedlich.

In einer typischen 1OO-Tonnen-KUhlvorrichtung tritt eine Menge von etwa 9,0718 kg Wasserdampf in den unteren Teil des Absorbers alt einer Geschwindigkeit von etwa 1829 m/min ein, und diese Geschwindigkeit vermindert sich auf etwa 914,5 m/ min in der Mitte des Rohrbündels.

Eine Reinigungsleitung erstreckt sich von Jeder der Abteilungen zu einer gemeinsamen Niederdruckkammer, in die eine unterkühlte Lithiumbromidlösung gesprüht wird. Eine Unterkühlung um etwa 1 bis 2°C ist auereichend, und die Menge an Llthiumbromid variiert allgemein zwischen etwa 11,355 und 30,28 1/ min (etwa 3 bis 8 gallons/min). Der obere Teil der Niederdruckkamaer ist Bit einer Saugeinrichtung oder einer geeigneten Vakuum- bzw. Unterdruckpumpe verbunden. Eine Strahlsaugeinrichtung von etwa 28,32 dm'/min ist allgemein ausreichend, und diese fördert den Dampf mit mitgerissenen nichtkondensierbaren Stoffen zu einem Trennbehälter, wobei die nichtkondensierbaren Stoffe am oberen Ende des Trennbehälters bzw. der Trenneinrichtung entfernt werden, während das Lithiumbromld von dessen Boden erneut in den Kreislauf zurückgeführt wird, und zwar zu den Düsen der Niederdruckkammer.

In dieser Niederdruckkammer ist vorteilhafterweise eine Zwischenwand vorgesehen, die den unteren Teil des Behälters in eine Anzahl von Abteilungen entsprechend der Anzahl von Abteilungen des Absorbers unterteilt, und die Reinigungsleitungen führen in diesen unteren Teil des Unterdruckbehälters bzw.

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der Niedeidruckkammer. Da das unterkühlte Lithiumbromid in diese Kammer gesprüht wird, wird die Kammer auf einem Druck gehalten, der niedriger als derjenige von irgendeiner der Abteilungen des Absorbers ist. Jede der Abteilungen ist mit einer Ablaßleitung zum Ablassen von Lithiumbromidlösung versehen, die über einen Wärmeaustauscher zum Generator der Kühlvorrichtung geführt wird. Die Reinigungs- bzw. Ablaßleitungen der nichtkondensierbaren Stoffe sind im unteren Teil des Absorbers, vorzugsweise unter den niedrigsten Rohren in den Abteilungen, vorgesehen. Die Anordnung des in eine Mehr- bzw. Vielzahl von Abteilungen unterteilten Absorbers führt zu einer sehr wirksamen bzw. leistungsfähigen Entfernung der nichtkondensierbaren Gase (Luft, Wasserstoff etc.) und zu einer ausgesprochenen Verbesserung der Leistungsfähigkeit bzw. des Wirkungsgrades der Kühlvorrichtung.

Die Erfindung sei nunmehr unter Bezugnahme auf die schematischen Figuren 1 bis 3 der Zeichnung, die nicht maßstabsgemäß sind, anhand einer besonders bevorzugten Ausführungsform näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine Aufriß-Schnittansicht durch einen Absorber gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer Kühlvorrichtung, die einen Absorber gemäß der Erfindung umfaßt; und

Figur 3 eine Aufsicht auf den Absorber der Figur 1.

Wie in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigt ist, ist der Absorber 11 mit einem zweifach durchgehenden bzw. zwei Durchgänge bildenden horizontalen Rohr 12 versehen, in dem Wasser umgewälzt wird, wobei der Temperaturgradient zwischen den beiden Enden 13 und 14 etwa 5⁰C ist, d.h. etwa 2,5⁰C pro Rohr. Der Absor-

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ber 1st in zwei Abteilungen 15 und 16 unterteilt, und zwar ist er durch die Zwischenwand 17 unterteilt, die außerdem ein Rohrträger bzw. -halter ist und sich unter die Oberfläche der Lithiumbromidlösung 18 erstreckt. Von Jeder der Abteilungen 15 und 16 erstrecken sich Reinigungsleitungen 19 und 20, die jeweils zu der Niederdruckkammer 21 führen, welche ihrerseits durch eine innere Leit- bzw. Zwischenwand 22 unterteilt und mit dem Trennstrahl 23 bzw. dem Niedrigdruckerzeugungsstrahl und der Sprühdüse 24 verbunden ist.

Von jeder der Abteilungen 15 und 16 erstreckt sich eine Ablaßleitung 25 bzw. 26 für die Lithiumbromidlösung zu einer Pumpe 27 und einer Leitung 28, die zu den Wärmeaustauschern 29 und 30 führt.

Aufgrund der Unterteilung in zwei Abteilungen ist der Temperaturgradient längs des Teils des Rohres, das sich in jeder der Abteilungen befindet, nur 1,25°C. Wenn eine größere Anzahl von Abteilungen vorgesehen ist, indem man mehr als eine innere Zwischenwand vorsieht, wird der Temperaturgradient in jeder Abteilung entsprechend vermindert, so daß infolgedessen die gefährliche bzw. nachteilige Wirkung des horizontalen Tempera tür gradient en vermindert wird.

Die Bleche, Platten, dünnen Platten, flächigen Bauteile o.dgl., die zur Rohrhalterung bzw. -abstützung dienen und die Dichtungen zwischen den Abteilungen bilden, können in einer solchen Weise benutzt werden bzw. vorgesehen sein, daß sie eine Dichtung bzw. Abschlußvorrichtung am Boden des Absorbers bilden. Der Druck in den verschiedenen Abteilungen unterscheidet sich gemäß der Temperatur am Boden jeder der Abteilungen. Die Ablaßleitungen für die Lithiumbromidlösung bzw. -lösungen sind in einer solchen Weise angeordnet, daß eine Flüssigkeitsdichtung in jeder der Abteilungen erzielt wird. Die nichtkondensierbaren Stoffe werden in die Niederdruckkammer 21 abgeführt,

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von der aus das Lithiumbromid wieder in den Kreislauf zurückgeführt wird, während die nichtkondensierbaren Stoffe vom oberen Ende der Niederdruckkammer über die Leitung 31 entfernt werden.

Wie in Figur 2 gezeigt ist, umfaßt eine Kühlvorrichtung des Typs, worin Wasser als Kühlmittel und Lithiumbromid als Absorptionsmittel für Wasserdampft verwendet wird, im wesentlichen in Kombination zwei Behälter 32 und 33, die auf niedrigen Drücken gehalten werden, wobei in dem Behälter 32 der Absorber 11 und der Verdampfer 34- untergebracht sind, während in dem Behälter 33 der Generator 35 und der Kondensor 36 untergebracht sind.

Kühlmittel (Wasser) tritt in das obere Ende des Verdampfers 34 ein und wird mittels Düsen 37 über das Verdampferrohrbündel 38 gesprüht bzw. gespritzt. Wärme von der Flüssigkeit, die gekühlt wird und die durch die Rohre 38 zirkuliert, verdampft das Kühlmittel. Der Wasserdampf strömt zum Absorber 11, wo eine über Düsen 39 erzeugte Sprühung von Lithiumbromid den Dampf absorbiert und die Lithiumbromidlösung 40 verdünnt, die sich am Boden des Absorbers ansammelt. Der Verdampfer 11 ist in zwei Abteilungen 15 und 16 unterteilt, wie die Figuren 1 und 2 zeigen, oder in eine größere Anzahl solcher Abteilungen. Einiger Wasserdampf und nichtkondensierbare Stoffe werden vom Absorber über die Reinigungsleitung 19 in die Niederdruckkammer 21 abgelassen, die mit der Zwischenwand 22 versehen ist und in die unterkühltes Lithiumbromid über Düsen 41 eingesprüht bzw. -gespritzt wird, während die Lithiumbromidlösung über die Leitung 42 zur Pumpe 43 und über die Leitung 44 zum Wärmeaustauscher 29 abgelassen und von letzterem über die Leitung 45 zum Generator 35 geleitet wird. Das Lithiumbromid wird, nach Konzentrierung, über die Leitung 46 und über den Wärmeaustauscher 29 zum Absorber 11 zurückgeführt, während ein kleiner Teil des Lithiumbromids über den

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Wärmeaustauscher 30, die Saugeinriehtung 23, die Leitung 47 und die Trenneinrichtung 48 zur Düse 41 geleitet wird. Nichtkondensierbare Stoffe verlassen die Niederdruckkammer 21 am oberen Ende über die Leitung 31 und die Saugeinriehtung 23» die durch eine Strömung von Lithiumbromid betätigt wird, sie trennen sich in der Trenneinrichtung 48 ab und verlassen diese an deren oberem Ende über die Leitung 49, durch die sie zu einem Speicherbehälter 50 gelangen. Ein Teil der Lithiumbromidlösung, die von der Pumpe 43 kommt und über die Leitung 44 fließt, wird über die Leitung 51 durch den Wärmeaustauscher 30 umgewälzt, wo sie unterkühlt wird, wonach sie über die Leitung 52 und durch die Saugeinriehtung 23 sowie über die Leitung 47 zur Trenneinrichtung 48 mit den nichtkondensierbaren Stoffen, die sie mitreißt und die über die Leitung 31 von der Niederdruckkammer 21 kommen, gefördert wird. Die Lithiumbromidlösung wird über die Leitung 53 zu den Sprühdüsen 41 in der Niederdruckkammer 21 gefördert.

Die Auftrennung des Absorbers 11 in eine Mehrzahl von Abteilungen führt zu einer entsprechenden Verminderung des horizontalen Temperatürgradienten, und dadurch wird die unerwünschte horizontale Bewegung der nichtkondensierbaren Stoffe verhindert, wodurch die Leistungsfähigkeit des Entfernens dieser nichtkondensierbaren Stoffe über die Niederdruckkammer 21 und die Trenneinrichtung 48 verbessert wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind die verschiedensten Änderungen und Abwandlungen in der Art und der Anordnung der Teile im Rahmen des Gegenstands der Erfindung und des allgemeinen Erfindungsgedankens möglich.

Kurz zusammengefaßt betrifft die vorliegende Erfindung eine AbsorptionskUhlvorrichtung, in der Wasser als Kühlmittel und wäßriges Lithiumbromid oder dergleichen als Absorptionsmittel

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verwendet werden, und diese AbsorptionskUhlvorrichtung ist mit einem oder mehreren horizontalen Rohren versehen, die durch den Absorber hindurchgehen und als Leitungen für Wasser dienen; dieser Absorber ist durch Abdichtungen bzw. Abschlußbzw. Trenneinrichtungen, die im wesentlichen senkrecht zu dem Rohr oder den Rohren sind, in eine Mehrzahl von einzelnen Abteilungen unterteilt; eine Reinigungsleitung und eine Ablaßleitung führen von jeder der Abteilungen weg. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Flüssigkeitsdichtung für jede der Abteilungen vorgesehen, die eine horizontale Strömung von Wasserdampf und nichtkondensierbaren Stoffen verhindert.

Ende der Beschreibung.

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Claims

PATENTANWÄLTE

DR WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER ■ DRING. ANNEKÄTE WEISERT DIPU-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 ■ D-8OOO MÜNCHEN 71 ■ TELEFON Ο8Θ/79 7077-79 70 78 · TELEX Ο5-21215Θ kpat d

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2557 JS/an

TAPIRAN IiSRAEL ELECTRONICS INDUSTRIES LTD. Tel-Aviv, Israel

Abs orpti onskühlvorri chtung P A T E N T A N S P R U C H E

"VJ Absorptionskühlvorrichtung, in der Wasser als Kühlmittel undwäßriges Lithiumbromid oder dergleichen als Absorptionsmittel verwendet wird, dadurch gekennzeichnet , daß sie mit einem oder mehreren horizontalen Rohren (12) durch den Absorber (11) versehen ist, die als Leitungen für Wasser dienen, der mittels Abdichtungen (17) bzw. Abschlußvorrichtungen, die im wesentlichen senkrecht zu dem Rohr oder den Rohren (12) sind, in eine Mehrzahl von einzelnen Abteilungen (15,16) unterteilt ist, wobei eine Reinigungsleitung (19,20) und eine Ablaßleitung (25,26) vorgesehen sind, die von jeder der Abteilungen (15,16) wegführen.

2, Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß eine Flüssigkeitsabdichtung bzw. -abschlußvorrichtung (17) für jede der Abteilungen (15,16) vorgesehen ist, die eine horizontale Strömung von Wasserdampf und nichtkondenslerbaren Stoffen verhindert.

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3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsleitungen (19, 20) zu einer Kammer (21) führen, die unter einem Druck gehalten wird, der niedriger als derjenige von jeder der Abteilungen (15,16) ist.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (21) mittels einer Sprühung bzw. einer zerstäubten Flüssigkeit von unterkühlter Lithiuabromidlösung auf einem niedrigeren Druck gehalten wird.

5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß Rohrhaltebleche bzw. -platten (17) bzw. dünne Rohrhalterungsplatten (17) als Dichtungen bzw. Abschlußvorrichtungen zum Erzeugen der Abteilungen (15,16) verwendet werden.

6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß nichtkondensierbare Stoffe, die vom Absorber (11) abgeführt worden sind, mittels einer geeigneten Vakuum- bzw. Unterdruckpumpe (23) entfernt werden.

7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Niederdruckkammer (21) mit einer Leit- bzw. Zwischenwand (22) versehen ist, die die Einlasse der Reinigungsleitungen (19,20) voneinander trennt.

8. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der niedrige Druck in der Kammer (21) mittels einer Sprühung bzw. einer verstäubten Flüssigkeit von etwa 11,355 bis 30,28 l/inin· (3 bis 8 gallons/min) aufrechterhalten wird.

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9. Kühlvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche

1 bis 8, in der Wasser als Kühlmittel und Llthiumbromid oder dergleichen als Absorptionsmittel verwendet wird, dadurch
gekennzeichnet , daß sie mit einer Mehrzahl von Abteilungen (15,16) versehen ist, die den Absorber (11) unterteilen.

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