DE60009091T2 - Absorptionskühlverfahren und vorrichtung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung durch Absorption, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschleunigung der Einleitung des Abkühlungsprozesses.
  • Ein System zur Absorptionskühlung umfasst schematisch einen Generator, einen Verdampfer und einen Kondensator. Um zu funktionieren wird der Generator mit einer Mischung aus mindestens zwei mischbaren Stoffen gefüllt, die im Folgenden binäre Mischung (ein Kältemittel und ein Absorptionsmittel) genannt wird. Diese Mischung ist in einem Absorber kombiniert, in dem die Absorption des Kältemittels durch das Absorptionsmittel stattfindet. Das Kältemittel und das Absorptionsmittel müssen einen Verdampfungsdruck aufweisen, der sich stark genug unterscheidet, damit bei Erwärmung des Generators das flüchtigere der beiden, also das Kältemittel, verdampft und sich in dem Kondensator in eine Flüssigkeit umwandelt.
  • Das Absorptionssystem enthält in der Regel eine Pumpe zur Rückführung der binären Mischung aus dem Absorber zum Generator. Die Dämpfe durchqueren den Kondensator, der sie zu einer Flüssigkeit kondensiert, welche zwecks der gewünschten Abkühlung zum Expansionsventil des Verdampfers zurückgebracht wird.
  • Da dieses Prinzip auf der Erwärmung der binären Mischung basiert, ist der Inbetriebsetzungsprozess relativ langsam. Dabei muss die Temperatur der binären Mischung um mehrere Dutzend Grad steigen, bevor sie sich in Dampf umwandelt. Solange der Dampf nicht erzeugt wird, bleibt die Abkühlungsfunktion ohne Wirkung.
  • Eine solche Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 wird in der Schrift DE 28 56 767 A beschrieben.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Kälteerzeugung durch ein solches System sofort nach Inbetriebnahme des Kühlsystems zu gestatten.
  • Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung zur Lagerung des Kältemittels unter Druck in einem dazu vorgesehenen Tank und durch eine Zugriffssteuerung auf den Tank mittels zweier Ventile nach den Ansprüchen 1 und 5 erreicht.
  • Erfindungsgemäß wird die unter Druck stehende Mischung während des normalen Betriebs des Kühlsystems in einem Tank gespeichert. Falls das System einmal anhält, wird dieses unter Druck stehende Kältemittel dank des Schließens der dem Tank vor- und nachgeschalteten Ventile im Tank gehalten. Letzterer ist somit von dem Kühlkreislauf getrennt und hält so das Kältemittel unter Druck.
  • Ab der Inbetriebnahme des Kühlsystems wird dieser Druck dazu verwendet, den Kühlkreislauf mit unter Druck stehender Kältemittelflüssigkeit zu versorgen und somit sofort Kälte zu erzeugen. Dazu wird das in Richtung des Verdampfers nachgeschaltete Ventil geöffnet, während das vorgeschaltete auf der Seite des Kondensators geschlossen gehalten wird. Letzteres bleibt so lange geschlossen, bis der Druck am Ausgang des Kondensators niedriger ist als der im Tank.
  • Sobald der Dampferzeugungsprozess läuft, lässt das vorgeschaltete Ventil das unter Druck stehende Kältemittel durch, das einerseits den Verdampfer versorgt und andererseits den Tank für eine kommende Verwendung füllt.
  • Die Erfindung wird. anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft und keinesfalls einschränkend gegeben werden, besser verständlich; es zeigen darin:
  • 1 die Vorrichtung zur Lagerung des Kältemittels unter Druck,
  • 2 eine einteilige Variante.
  • In 1 verwendet der Generator 1 einen elektrischen Widerstand als Energiequelle. Die Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung wird erwärmt, und der flüchtigere der beiden Bestandteile, also das Kältemittel, wird in Dampf umgewandelt. Diese Dämpfe werden im Kondensator 2 zu einer Flüssigkeit kondensiert. Die unter Druck stehende Flüssigkeit kommt danach im vorgeschalteten Ventil 3 an, das den Zugang zum Tank 4 gestattet. Dieses vorgeschaltete Ventil 3 kann zum Beispiel durch eine Vorrichtung, die die verschiedenen Drücke misst, elektrisch gesteuert werden. Es kann sich auch um ein Differenzialventil handeln, das sich öffnet, sobald der Druck stromaufwärts den Druck stromabwärts übersteigt. Es funktioniert somit als Rückschlagventil.
  • Stromabwärts des Tanks 4 ist ein zweites Ventil 5 für den Betrieb der Anordnung erforderlich. Dieses Ventil wird im Allgemeinen durch die Versorgung des Systems gesteuert. Sobald das Kühlsystem unterbrochen wird, wird es sofort geschlossen, um den Druck im Behälter 4 aufrechtzuerhalten. Ebenso öffnet sich das System, sobald es angeschaltet wird, damit das unter Druck stehende Kältemittel den Verdampfer 7 durch das Expansionsventil 6 versorgen kann.
  • Danach wird das Kältemittel in den Absorber 8 geführt, der es mit dem Absorptionsmittel mischt, um es wieder in den Generator 1 einzuleiten.
  • Die in dem Generator 1 erzeugte Wärme kann verschiedene Ursprünge haben. Gemäß der Darstellung nach 1 kann sie elektrischen Ursprungs sein oder aus anderen Wärmequellen stammen, zum Beispiel aus den Abgasen eines Verbrennungsmotors.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist es möglich, ein zusätzliches Ventil für den Zugang zum Tank hinzuzufügen, um das Anfahren des Prozesses nicht zu verlangsamen, falls der Tank leer ist. Dieses Ventil öffnet sich nur dann, wenn das System genug Flüssigkeit unter Druck erzeugt, um einen Teil davon in dem Tank lagern zu können.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, beim Anhalten des Kühlsystems das nachgeschaltete Ventil 5 vor Anhalten der Dampferzeugung zu schließen. Somit wird in dem Kondensator ein Überdruck erzeugt, der im Tank 4 gespeichert wird. Wenn der gewünschte Druck erreicht ist, wird der Generator 1 angelassen. Dieser im Tank 4 gespeicherte Überdruck wird bei einer späteren Wiederinbetriebsetzung des Systems länger in der Lage sein, Kälte zu erzeugen.
  • Um die Sicherheitskriterien zu erfüllen, wird eine einteilige Variante der Anordnung vorgeschlagen, wie in 2 dargestellt. Diese Anordnung besteht aus einem Tank 4 mit seiner Wand ohne Schweißnaht, der aus einem ammoniakbeständigen Material einstückig geformt ist. Des Weiteren ist er so dimensioniert, dass er einen Druck von 50 Atmosphären aufnehmen kann.
  • Wie oben angegeben, ist diese Anordnung mit einem vorgeschalteten Rückschlagventil 3, einem nachgeschalteten Elektroventil 5 sowie einem auf 40 Atmosphären kalibrierten Sicherheitsventil 9 versehen. Die drei Elemente: Rückschlagventil, Elektroventil, Sicherheitsventil sind Teile der Anordnung und können nicht einzeln ausgetauscht werden.
  • Daher kann der Anordnungstank gefahrenlos ausgetauscht werden, selbst wenn in dem Tank unter Druck stehendes Ammoniak verbleibt. Nur die Spule 5a des Elektroventils 5 kann einzeln ausgetauscht werden.
  • Die beiden Enden des Rohrs 10 sind entweder verschweißt oder durch zwei konische Anschlüsse mit verformbaren Dichtungen 11 verbunden.
  • Die vorgeschlagene Anordnung kann in Abhängigkeit von dem Fahrzeug oder der Maschine, an dem bzw. der sie angebracht wird, verschiedene Abmessungen und Formen aufweisen.
  • In bestimmten Fällen ist das Rückschlagventil 3 durch ein Elektroventil ersetzt.

Claims (6)

  1. System zur Kälteerzeugung durch Absorption, das Folgendes umfasst: einen Generator (1), einen Kondensator (2), einen Verdampfer (7), ein Expansionsventil (6) und einen Absorber (8) sowie eine Anordnung zur Lagerung von Flüssigkältemittel unter Druck, die aus mindestens einem Tank (4), einem dem Tank (4) vorgeschalteten Ventil (3) und einem dem Tank (4) nachgeschalteten Ventil (5) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgeschaltete Ventil (3) den Durchgang freigibt, sobald der Druck am Ausgang des Kondensators (2) größer gleich dem Druck im Tank ist und dass das nachgeschaltete Ventil (5) gesperrt wird, sobald der Generator keinen Dampf mehr erzeugt.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (4) ein Sicherheitsventil (9) umfasst.
  3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Tank (4), dem vorgeschalteten Ventil (3) und dem nachgeschalteten Ventil (5) bestehende Anordnung so angebracht ist, dass diese drei Elemente nicht abmontierbar sind.
  4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgeschaltete Ventil (3) ein Elektroventil ist.
  5. Verfahren zur Kälteerzeugung durch Absorption mit den folgenden Schritten: – Erwärmung einer Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung bis zur Verdampfung des Kältemittels in einem Kocher (1), – Kondensation der Kältemitteldämpfe in flüssiger Form in einem Kondensator (2), – Entspannung des unter Druck stehenden Kältemittels in einem Verdampfer (7), – Absorption des entspannten Kältemittels mit dem Absorptionsmittel im Absorber (8), – Lagerung des Kältemittels in flüssiger Form in einem zwischen dem Kondensator (2) und Verdampfer (7) angeordneten Tank (4); dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: – Öffnen eines nachgeschalteten Ventils (5), sobald die Kälteerzeugung gewünscht wird, wobei der Tank die unter Druck stehende Flüssigkeit in den Verdampfer (7) leitet, um Kälte zu erzeugen, – Öffnen eines vorgeschalteten Ventils (3) nur dann, wenn der Druck am Ausgang des Kondensators (2) größer ist als der Druck im Tank (4), – Schließen des nachgeschalteten Ventils (5), sobald der Kocher keinen Dampf mehr erzeugt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgeschaltete Ventil (5) kurz vor dem Anhalten der Dampferzeugung geschlossen wird, wobei der so erzeugte Überdruck des Flüssigkältemittels in dem Tank (4) gespeichert wird.
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