DE4415199A1 - Kälteanlage - Google Patents

Description

Absorptionsanlagen mit Wasser als Kältemittel sind als LiBr-Anlagen schon lange bekannt. Diese Anlagen arbeiten nach dem bekannten Prinzip von Kaltdampfanlagen, wobei anstelle eines mechanischen Verdichters ein thermischer Verdichter arbeitet. Dieser thermische Verdichter ist als Absorptionskreislauf mit Absorber und Austreiber, Lösungsmittelpumpe und Expansionsventil ausgelegt.

Der Einsatz mechanischer Verdichter ist für die Bedingungen des Wasserdampfes unter Vakuum schwierig und aufwendig, da die volumetrische Kälteleistung bei den niedrigen Verdampfungstemperaturen sehr klein ist und damit ein Verdichter mit großem Hubvolumen und zugleich hohem Druckverhältnis erforderlich wäre. Durch den Absorptionskreislauf wird diese Aufgabe bekannterweise, gelöst, in dem die Energiezuführung als Wärme und die Druckerhöhung mit Hilfe der Flüssigkeitspumpe erfolgt.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die gewünschten niedrigen Austreibertemperaturen für den Betrieb in Fernwärmenetzen im Sommer und für die Nutzung von Solarenergie bestimmt werden durch die Kondensationstemperatur, bzw. der äquivalenten Ausgangstemperatur des Wasserdampfes aus dem Austreiber.

Absorptionskältesysteme herkömmlicher Art, die mit Wasser und wäßriger Lithiumbromidlösung arbeiten, gehören zum Stand der Technik. Diese Systeme bestehen im wesentlichen aus einem Verdampfer, einem Absorber, einem Austreiber und einem Kondensator. Im Verdampfer wird ein Kälteträgerfluid durch das Verdampfen des Kältemittels Wasser Wärme entzogen und somit gekühlt. Der Wasserdampf aus dem Verdampfer wird in eine wäßrige Lithiumbromidlösung im Absorber bei gleichzeitiger Wärmeerzeugung absorbiert. Im Austreiber wird die vom Absorber im allgemeinen über einen Wärmeübertrager gepumpte reiche Lösung (reich an Kältemittel) durch ein Heizmedium erhitzt, wobei das Kältemittel Wasser aus der Absorptionslösung ausgedampft wird. Die durch den Austreiberprozeß entstandene arme Lösung (arm an Kältemittel) wird über den bereits genannten Wärmeübertrager dem Absorber wieder zugeführt, in welchem es zur Wasserdampf-Absorption wieder verwendet wird. Der aus der Absorptionslösung ausdampfende Kältemitteldampf wird vom Austreiber in den Kondensator geführt, um es dort zu kondensieren. Der kondensierte Kältemitteldampf wird über eine Drosselstelle wieder dem Verdampfer zugeführt.

Bei diesem bekannten System ist die erforderliche Heiztemperatur zum Austreiben des Kältemittels aus der Absorptionslösung neben den Wärmeübergangsbedingungen von der Kondensationstemperatur abhängig. Absorptionskälteanlagen nach dem Stand der Technik benötigen zum Antrieb in Abhängigkeit von den Kühlungsmöglichkeiten des Kondensators Temperaturen von mindestens 80°C in den meisten Fällen jedoch weit höher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absorptionskälteanlage zu schaffen, die mit niedrigen Heiztemperaturen betrieben werden kann. Das Ziel der Erfindung ist es Voraussetzungen zu schaffen, daß Absorptionskälteanlagen auch unter den Bedingungen der Nutzung von Abwärme (Fernwärme) betrieben werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der schematischen Darstellung der erfindungsgemäßen erweiterten Absorptionskälteanlage.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß bei Wasserdampf die volumetrische Kälteleistung expotential in Abhängigkeit von der Ausgangstemperatur des Verdichters steigt, nutzt die vorgeschlagene Lösung dieses Verhalten des Wasserdampfes aus und zugleich den thermodynamischen Zusammenhang, daß die Austreibertemperatur sinkt, wenn die Ausgangstemperatur des Wasserdampfes aus den Austreibern abgesenkt werden kann. Erfindungsgemäß wird dem thermischen Verdichter ein mechanischer Verdichter nachgeschaltet, der es ermöglicht, die Ausgangstemperatur des Wasserdampfes niedriger zu halten als die Kondensationstemperatur, der jedoch zugleich ein viel kleineres Hubvolumen bei gleicher Kälteleistung besitzt und nur ein kleines Druckverhältnis erfordert. Ein derartiger mechanischer Verdichter für Wasserdampf ist leichter zu realisieren als unter den Bedingungen einer Ansaugung bei Verdampfungstemperatur.

Erfindungsgemäß wird der mechanische Verdichter so dem Austreiber nachgeschaltet, daß sich die Druckverhältnisse des thermischen Verdichters und des mechanischen Verdichter wie 2 : 1 bis 3 : 1 verhalten und damit günstige Bedingungen auch für Verdrängungsverdichter geschaffen werden. Ein weiterer Anspruch besteht darin, daß der Ausgang des Austreibers direkt mit der Ansaugung des Verdichters verbunden wird, so daß mechanische Verdichter und thermische Verdichter konstruktiv miteinander verschmelzen.

Um die Verdichtungs- und Motorwärme des mechanischen Verdichters auszunutzen, besteht ein weiterer Lösungsweg der Erfindung darin, daß der Wärmestrom des Heizmediums teilweise oder vollständig zur Kühlung dieser Bauteile geführt wird. Dadurch wird der energetische Effekt verbessert und die Ausgangstemperatur des benötigten Heizmediums kann weiter abgesenkt werden.

An nachfolgendem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert:

Im Verdampfer 1 wird das Kältemittel Wasser a durch die Aufnahme von Wärme von einem Kälteträgerfluid d, das durch den Verdampfer 1 geführt wird, verdampft. Die Temperatur und der Druck im Verdampfer 1 betragen z. B. 5°C und 8,7 mbar. Das Kälteträgerfluid d mit einer Eintrittstemperatur von beispielsweise 12°C wird dem Verdampfer 1 zugeführt und verläßt diesen zum Beispiel mit einer Temperatur von 8°C. Das im Verdampfer 1 verdampfte Kältemittel a tritt in den Absorber 2 ein, in dem es von einer wäßrigen Lithiumbromidlösung c von der sogenannten armen Lösung (arm an Kältemittel) absorbiert wird. Der Druck im Absorber 2 entspricht dem Druck im Verdampfer 1 von 8,7 mbar. Die jetzt reiche Lösung (reich an Kältemittel) b verläßt den Absorber 2 mit einer Austrittstemperatur von beispielsweise 40°C und strömt durch einen Wärmeübertrager 3, in welchen es auf beispielsweise 60°C erwärmt wird und gelangt dann in den Austreiber 6. Das Vorwärmen der reichen Lösung b vor dem Eintritt in den Austreiber 6 dient dazu, die notwendige Wärmezufuhr im Austreiber 6 zu verringern. Der Austreiber 6 wird von einem Heizmedium f durchströmt, dessen Wärme dazu dient, das absorbierte Kältemittel Wasser a der reichen Lösung b zu verdampfen. Die durch den Austreiberprozeß gewonnene arme Lösung c verläßt den Austreiber 6 beispielsweise mit einer Temperatur von 70°C und wird beim Durchgang durch den Wärmeübertrager 3 auf beispielsweise 50°C abgekühlt. Dann wird die arme Lösung c zum Absorber 2 zurückgeführt, in welchen es zur Wasserdampf-Absorption wieder verwendet wird. Der Druck im Austreiber 6 beträgt beispielsweise 23 mbar. Als Heizmedium f kann beispielsweise Abwärme mit einer Temperatur von 80°C eingesetzt werden. Der aus dem Austreiber 6 Verdichter 7 abgesaugt und auf einen Druck von z. B. 42 mbar verdichtet und dem Kondensator 8 zugeführt. Der Kältemitteldampf a kondensiert zum Beispiel bei einer Temperatur von 40°C und einem Druck von 42 mbar im Kondensator 8, wobei die Kondensationswärme an einen äußeren Kühlwasserstrom g abgeführt wird. Der kondensierte Kältemitteldampf a gelangt dann über eine Drosselstelle 9 wieder in den Verdampfer 1.

Die verschiedenen Temperaturen und Drücke, die in Verbindung mit dem dargestellten Ausführungsbeispiel angegeben wurden, dienen nur der Erläuterung und sind nicht beschränkend zu verstehen.

Claims (8)

1. Kälteanlage mit einer Kondensatoreinheit zum Kondensieren des Kältemitteldampfes bei gleichzeitiger Wärmeabgabe an ein Kühlmedium, einer Drosselstelle über der das Kältemittel dem Verdampfer zugeführt wird, einem Verdampfer in dem das Kältemittel dadurch verdampft wird, daß einem Kälteträgerfluid seine Wärme entzogen wird, einer Absorbereinheit, in welcher der von der Verdampfereinheit erhaltene Kältemitteldampf von einem flüssigen Absorptionsmittel bei gleichzeitiger Wärmeerzeugung absorbiert wird, wobei Wärme über das Kühlmedium abgeführt wird, einer Austreibereinheit zum Konzentrieren des von der Absorbereinheit über den Wärmeübertrager und über der Pumpe erhaltenen verdünnten Absorptionsmittels durch Erhitzen desselben mit einem Heizmedium zwecks Ausdampfens des Kältemittels, so daß das konzentrierte Absorptionsmittel über die Drosselstelle und dem Wärmeübertrager in der Absorbereinheit wiederverwendbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß eine mechanische Verdichtereinheit (7) zur weiteren Kompression des aus der Austreibereinheit (6) abgesaugten Kältemitteldampfes (a) eingesetzt wird.

2. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Verdichter (Absorber- (2) und Austreibereinheit (6)) die Verdichtung in dem Bereich übernimmt, wo die volumetrische Kälteleistung klein ist und der mechanische Verdichter (7) den Teil übernimmt, wo die volumetrische Kälteleistung groß ist.

3. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Verdichter (7) dem Austreiber (6) so nachgeschaltet wird, daß sich die Druckverhältnisse des thermischen Verdichters und des mechanischen Verdichters wie 2 : 1 bis 3 : 1 verhalten.

4. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Austreibers (6) direkt mit dem Ansaugstutzen des mechanischen Verdichters (7) verbunden wird.

5. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrom des Heizmediums (f) teilweise oder vollständig zur Kühlung des mechanischen Verdichters (7) genutzt wird.

6. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältemittel Wasser oder ein anderer Stoff oder Stoffgemisch verwendet wird und daß das Absorptionsmittel eine wäßrige Lithiumbromidlösung oder ein anderer Stoff oder ein Stoffgemisch ist.

7. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Verdichter (7) zwischen Verdampfer (1) und Absorber (2) angeordnet ist.

8. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Verdichter (7) zwischen thermischen Austreiber (6) und Kondensator und/oder zwischen Verdampfer (1) und Absorbereinheit (2) angeordnet ist.