-
Regelung von Absorptionskälteanlagen Bei neuzeitlichen Kälteanlagen
ist eine vollkommen selbsttätige Regelung .erwünscht, um die Kälteleistung mit dem
jeweiligen Kältebedarf in Übereinstimmung abringen zu können. Während bei Kompressionskältemaschinen
die Leistungsregelung in verhältnismäßig einfacher Weise bewirkt werden kann, ist
diese bei kontinuierlich arbeitenden Absorptionskälteanlagen mit größeren Schwierigkeiten
verbunden. Dies liegt daran, daß zur Regelung von Absorptionskälteanlagen eine größere
Anzahl regelnder Eingriffe erforderlich sind. Die Kälteleistung ist außer von der
Kältemittelzufuhr zum Verdampfer von der Austreibung, d. h. von der Beheizung des
Austreibers und vor allem auch von der Absorberleistung abhängig. Wenn bei einer
Absorptionskälteanlage üblicher Bauart die Kälteleistung beispielsweise erhöht werden
soll, muß zunächst die Einspritzung des Kältemittels vergrößert werden. Entsprechend
der größeren Kältemittelverdampfung im Verdampfer muß .dann der Lösungsumlauf, d.
h, der Rücklauf der armen Lösung von dem Plustreiber in den Absorber, durch Verstellung
des Absorberregelventils neu eingestellt und die Zufuhr reicher Lösung zum Austreiber
erhöht werden. Der gesteigerte Lösungsumlauf und die zunehmende Kälteleistung erfordern
eine stärkere Kältemittelverdampfung im Austreiber, so daß also auch das Heizmittel
in seiner Menge oder seiner Temperatur erhöht werden rnuß. Unter Umständen ist ferner
.die Kühlwassermenge zu
steigern, urn die erhöhte Leistung im Absorber
aufzunehmen. Da die verschiedenen Regelstellen unabhängig voneinander betätigt werden,
zumal ihre Abhängigkeit voneinander nicht eindeutig bestimmbar ist, werden sich
Betriebszustände einstellen, die dein Bedarf nicht oder nur annähernd Rechnung tragen
und ein dauerndes Nachregeln der Anlage von Hand erfordern.
-
Es sind Verfahren bekanntgeworden, die bei stetig arbeitenden Absorptionskälteanlagen
eine selbsttätige Regelung von Teilvorgängen des Arbeitsprozesses bezwecken, und
zwar dienen diese vornehmlich der Einhaltung einer bestimmten Temperatur oder eines
bestimmten Temperaturbereichs für die im Austreiber zti entgasende Lösung, uni die
C'berschreitung einer bestimmten Lösungstemperatur zu vermeiden, die eine Gefährdung
derAbsorptionsanlage durch Steigerung des Druckes, durch Zersetzung des Kältemittels
oder durch Erstarrung des Lösungsmittels zur Folge haben könnte. Es ist daher vorgeschlagen
worden, die Heizmittel- bzw. Brennstoffzufuhr durch einen in .der zu eintgasenden
Lösung befindlichen Thermostaten oder eine sonstige Vorrichtung in Abhängigkeit
von der Lösungstemperatur derart zu beeinflussen, daß diese bei Erreichung einer
bestimmten Temperatur abgestellt wird. Die Vorrichtungen wirken somit als Sicherung
gegen Zerstörung derApparatur oderStörungen im Betrieb der Anlage, jedoch nicht
zur Regelung der Kälteleistung.
-
Bei einem weiteren Vorschlag wird durch den in der entgasenden Lösung
befindlichen Thermostaten .die Heizmittel- bzw. Brennstoffzufuhr nicht nur bei einer
bestimmten höchsten Temperatur ausgeschaltet, sondern auch bei Überschreitung einer
unter der erstgenannten liegenden Temperatur wiedereingeschaltet. Hier wird offenbar
eine gewisse Beeinflussung der Kälteleistung insofern angestrebt, als bei Absinken
des Kältebedarfes die Absorptionsanlage abgestellt und bei Ansteigen des Kältebedarfes
wiederangestellt wird. Diese Regelung der Kälteleistung kann nur bei kleineren gewerblichen
Kälteanlagen angewandt werden und entspricht der bei Kompressionskältemaschinen
üblichen Aussetzerregelung des Kälteverdichters, die eine völlige Übereinstimmung
des Kältebedarfes finit dem Kälteverbrauch, also eine stufenlos und pausenlos sich
dem Kältebedarf anpassende Regelung der Kälteanlage nicht herbeizuführen vermag,
auf die es bei vielen Kälteanlagen für industrielle Zwecke nicht ankommt, Bei der
bekannten Regelung ist ferner ein Thermostat in der entgasenden Lösung vorgesehen,
der auf die Lösungspumpe bzw. deren Antriebsmotor einwirkt und die Lösungspumpe
in Abhängigkeit von der Lösungstemperatur ein- und ausschaltet. Ein derartiger Betrieb
ist bei großindustriellen Absorptionskälteanlagen für durchlaufendenTag- und-Nachtbetrieb
nicht durchführbar.
-
Bei Resorptionskälteanlagen sind auch Einrichtungen bekannt, die auf
einen gleichbleibenden Lösungsumlauf im Lösungskreislauf abzielen. Hierbei ist die
Förderleistung der Lösungspumpe als gleichbleibend angenommen worden, während der
Rücklauf der geförderten Lösung von dein Behälter höheren Druckes zu dem niederen
Druckes durch eine im erstgenannten Behälter befindliche Schwimmerregelvorrichtung
beeinflußt wird. Diese Regelvorrichtung soll ein Leerlaufen des Behälters höheren
Druckes verhindern, wirkt also ebenfalls mehr als Sicherheitsvorrichtung, denn als
Regelvorrichtung. Es ist deshalb noch ein zweiter Regler vorhanden, der in Abhängigkeit
von dem Druckunterschied zwischen den beiden Behältern einen Rücklauf der Lösung
derart steuert, daß ein möglichst gleichbleibender Rücklauf gewährleistet ist. Eine
selbsttätige Anpassung der gesamten Resorptionskältemaschinen an veränderte Kälteleistungen
ist durch diese Regeleinrichtungen nicht gegeben, da hierzu noch der in dein Gaskreislauf
eingeschaltete Verdichter sowie der Lösungsumlauf geregelt werden inüßte.
-
Die bisher bekannt gewordenen Regeleinrichtungen von Absorptions-
und Resorptionskältemaschinen haben somit nur eine Teilbeeinflussung des Arbeitsprozesses,
und zwar vornehmlich nur im Sinne einer Sicherung gegen Gefährdungen der Anlage
oder gegen unbeabsichtigte Schwankungen in den inneren oder äußeren Betriebsverhältnissen,
zum Ziel. Im Gegensatz hierzu wird mit der vorliegenden Erfindung eine den gesamten
Arbeitsprozeß einer kontinuierlichen Absorptionsanlage erfassende, möglichst vollautomatische
Anpassung der Kälteleistung an den Kältebedarf erreicht, wie sie für industrielle
Kühlzwecke erforderlich ist. Oftmals ist die Kältemaschine unmittelbar in den Herstellungspro7eß
des Betriebserzeugnisses eingeschaltet und muß sich den hier auftretenden Schwankungen
in der Erzeugung anpassen können. Dies ist z. B. bei der Gasaufbereitung durch Tiefkühlung,
bei der Raffination von Ölen durch Tiefkühlung, bei der Herstellung von Kunstfaser,
Kunstgummi usw. notwendiz. In diesen Fällen ist eine Regelung der Kälteleistung
durch Aussetzen «-epen des .durchlaufenden Produktionsganges nicht angängig, vielmehr
muß eine Regelung angewendet werden, die in Abhängigkeit von der durchlaufenden
Menge bzw. von der gewünschten
tiefstenTemperatur des zu kühlenden
Stoffes die Kälteanlagen in- ihrer Leistung beeinflußt, Diese Regelung - erfolgt
erfindungsgemäß dadurch, daß die Kältemittelzufuhr zum Verdampfer in Abhängigkeit
vom Flüssigkeitsstand-im Verdampfer und dem Austreiberdruck ausgeführt wird und
gleichzeitig die Menge der dem Austreiber zugeführten reichen Lösung von der Endtemperatur
(oder der Menge) des zu kühlenden Stoffes und ferner die Menge der zum Absorber
zurückfließenden armen Lösung vom Flüssigkeitsstand im Austreiber und dem Austreiberdruck
beeinflußt wird. Um eine möglichst vollkommene Übereinstimmung der Kälteleistung
mit dem Kältebedarf zu erlangen, kann zusätzlich die Beheizung des Austreibers und
außerdem die Kühlleistung im Dampfkühler (Rektifik ator) geregelt werden. Sämtliche
Regeleingriffe erfolgen selbsttätig und werden durch eine für den Arbeitsprozeß
maßgebliche Betriebsgröße ausgelöst, wie sie,durch die Temperatur,den Druck oder
Iden Flüssigkeitsstand gegeben sind. Bei geeigneter Kombination der verschiedenen
Regeleingriffe ist eine vollautomatische Leistungsregelung der gesamten Absorptionskälteanlage
erreichbar.
-
Die Abb. i zeigt die übliche Schaltung einer Absorptionskälteanlage
für Solekühlung bei dampfbeheiztem Austreiber, wie sie in der Mehrzahl aller Fälle
vorkommt. Wenn an Stelle von Sole, Süßwasser oder einer anderen Flüssigkeit Luft
oder Gase gekühlt werden sollen, ergeben sich nur geringfügige Änderungen in der
Schaltung, die ohne Einfluß auf die Regelvorgänge sind. Zur Beheizung der Absorptionsanlage
dient meistens Abdampf oder Entnahmedampf, nur selten kommen heiße Abgase in Betracht.
-
Die Beeinflussung der einzelnen Anlageteile, durch die eine selbsttätige
Anpassung der Kälteleistung an den Kältebedarf erreicht wird, wird in folgender
Weise durchgeführt.
-
Die Einspritzung des Kältemittels in den Verdampfer i erfolgt unter
Verwendung eines an sich bekannten Schwimmerventils. An den Abscheider2 des Verdampfers
ist ein Schwimmergehäuse 3 angeschlossen, das mit dem Abscheider kommuniziert. Der
nicht dargestellte Schwimmer hebt oder senkt sich entsprechend dem Flüssigkeitsstand
in Absaheider 2 und Verdampfer i. Der Schwimmer betätigt hierbei eine Steuereinrichtung
q., z, B. ein Ventil, einen Schieber oder Drehschieber, und gibt den von der Druckleitung
5 der Absorptionsanlage abgeleiteten Kältemitteldruck (Austreiberdruck) über die
zweckmäßig isolierten Steuerleitungen 7 und 8 auf die Membran des Einspritzventils
9 weiter, Durch die Steuereinrichtung 4 wird der Druckimpuls entsprechend .der Stellung
des Schwimmers abgedrosselt, so daß das Einspritzventil 9 mehr oder weniger geöffnet
und die Menge des eingespritzten Kältemittels verändert wird.
-
Wenn beispielsweise das zu dem Verdampfergefäß-io zurücideehrende,
zu kühlende Mittel infolge eines gesteigerten Kälteverbrauches wärmer zurückkommt
als bisher, findet eine lebhaftere Verdampfung des Kältemittels .im Verdampfer i
statt, so daß sein Flüssigkeitsstand und damit auch .der im Abschei:der 2 und Schwimmergehäuse
3 sinkt. Die Senkung des Flüssigkeitsspiegels bewirkt eine weniger starke Drosselung
des Steuerdruckes; das Einspritzventil wird daher weiter geöffnet und durch die
vermehrte Einspritzung des Kältemittels die größere Kälteleistung im Verdampfer
aufgenommen.
-
Gleichzeitig mit der Verdampferleistung muß auch die Absorberleistung
gesteigert werden, um der erhöhten Verdampfung des Kältemittels Rechnung zu tragen.
Dies kann durch Veränderung des Lösungsumlaufes unter Konstanthaltung der Kühlwasermenge
für den Absorber oder umgekehrt durch Vermehrung der Kühlwassermenge bei konstantem
Lösungsumlauf erfolgen. Wird die Entgasungs.breite, d. h. also der Konzentrationsunterschied
zwischen -der reichen und der armen Lösung beibehalten, so ist eine Regelung der
Förderleistung der Lösungspumpe notwendig, was in an sich bekannter Weise von der
Temperatur des zu kühlenden Mittels aus durchführbar ist. Bei Verwendung einer Kreiselpumpe
für die Lösungsförderung gestaltet sich dieses Verfahren besonders einfach.
-
In der Druckleitung i i der an den Absorbersammler 13 angeschlossenen
Lösungspumpe 12 befindet sich ein Drosselventil 1.4, das über eine Impulsleitung
16 von einem in der die gekühlte Sole führenden Leitung 1; eingebauten Thermostat
18 betätigt wird. Steigt die Soletemperatur, so wird das Drosselventil 14 weiter
geöffnet und der Lösungsumlauf vermehrt. Bei geringerem Kälteverbrauch findet der
umgekehrte Vorgang statt. Bei Verwendung einer Kreiselpumpe zur Förderung der Lösung
wird als Drosselventil ein Drosselschieber angewendet.
-
Wird die Lösungspumpe 12 -unmittelbar durch eine Dampfmaschine angetrieben,
so kann die Regelung durch Änderung der Drehzahl oder der Hubzahl vorgenommen werden.
Steht z. B. eine Dampfpumpe 2o mit unmittelbarem Antrieb (Duplexdampfpumpe) zur
Verfügung (Abb. 2), so beeinflußt der von dem Thermostat i8 ausgehende Impuls die
Dampfzufuhr zu dem Dampfzylinder, indem das Treibdampfeinlaßventil 21 mehr oder
weniger
geöffnet wird. Zur Lösungsförderung läßt sich auch eine Kreiselpumpe mit Dampfturbinenantrieb
verwenden, wobei in entsprechender Weise die Dampfzufuhr zur Dampfturbine von der
Endtemperatur des gekühlten Mittels beeinflußt wird.
-
Wenn die durch Leistungssteigerung bedingte größere Kälteinittelmenge
bei vergrößerter Entgasungsbreite der Lösung, also ohne Steigerung des Lösungsumlaufes
imAbsorber aufgenommen werden soll, muß die durch den Absorber fließende Kühlwassermenge
erhöht werden. Die Änderung der dem Absorber zufließenden Kühlwassermenge wird gleichfalls
durch den in die Soleleitung 17 eingebauten Thermostaten 18 gesteuert,
indem der durch dieTemperatursenkung oder Erhöhung bedingte Impuls die Verstellung
des in der Kühlwasserzuleitung 22 vorgesehenen Ventils 24 bewirkt.
-
Bei Absorptionskälteanlagen ist es üblich, die Kühlwassermenge für
die Höchstleistung einzustellen, so daß unterUmständen ein sehr großer Wasserv erbrauch
ohne besondere Notwendigkeit eintritt. Da der Kühlwasserverbrauch bei großen Industriewerken
von wesentlicher Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses ist, läßt
sich durch die vorstehende Art der Regelung die Wirtschaftlichkeit der Kälteanlage
verbessern, -ii-eil jeweils nur so viel Kühlwasser verbraucht wird, als es mit Rücksicht
auf die Kälteleistung notwendig ist. Der durch die Gleichhaltung derLösungsförderung
bedingte größere Kraftbedarf der Lösungspumpe fällt demgegenüber kaum ins Gewicht.
-
Die oben beschriebene Regelung erfordert auch eine selbsttätige Regelung
der zum Absorber zurückfließenden armen Lösung bei Gleichhaltung der Lösungsstände
im Austreib2r und Absorber. Diesem Zwecke dient eine in den Lösungskreislauf eingeschaltete
Schwiinnierregeleinrichtung. Die Regeleinrichtung kann entweder an den Sammeltopf
25 des Austreibers 26 oder an den Sammelbehälter 13 für die im Absorber 28
angereicherte Lösung angebaut sein. Für den Regelbetrieb ist es besonders vorteilhaft,
wenn diese Einrichtung an den Sammeltopf 25 des Austreibers26 angeschlossen wird,
wie dies in Abb. i dargestellt ist. Die Regeleinrichtung besteht aus dein Schwimmergehäuse
3o, einer Steuerung 31, den Impulsleitungen 32 und 33 und dem Membranregelventi135.
Der Impuls für die Beeinflussung des Regelc-entils 35 wird vom Druck des ausgetriebenen
Isälteinitteldampfes abgeleitet.
-
Die Wiri:ungs«-eise dieser Einrichtung ist folgende. Wird z. B. :die
Förderung der Lösungspumpe i-2 gesteigert, so gelangen größere Mengen reichert ösung
über denTemperatur-Wechsler 36 in den Austreiber 26. Die in dein Sammeltopf
25 vorhandene Lösung wird also langsam ansteigen. Der in dem Gehäuse 30 befindliche
Schwimmer hebt sich und betätigt die Steuereinrichtung 31 derart, daß die Drosselung
in dieser geringer und somit über die Impulsleitungen 32, 33 ein erhöhter Druck
aus der Kältemitteldruckleitung 5 auf die Membran des Regelventils 35 gegeben wird.
Das Ventil 35 öffnet sich daher mehr. Entsprechend der gesteigerten Lösungsförderung
kann eine größere Menge der armen Lösung in den Absorber 28 zurückfließen; die Lösungsstände
in den Sammelbehältern 25 und 13 für die arme und die reiche Lösung werden
konstant gehalten. Damit entfällt die .Nachstellung des Lösungsregelventils 35 von
Hand.
-
Bei gesteigerter Kälteleistung muß in dein Austreiber 26 eine größere
Kältemittelmenge verdampft werden. Es ist daher auch die Menge des Heizmittels,
z. B. des Heizdampfes, zu vergrößern. Bei ,#"bsorptionskälteanlagen üblicher Bauart
und Schaltung wird das in der Zuleitung des Heizdampfes befindliche Ventil
38 nachgestellt. Dies kann erfindungsgemäß dadurch umgangen «-erden, daß
die Austreibung unter Verwendung eines an sich bekannten Rieselaustreibers 40 erfolgt.
Bei solchen Austreibern rieselt die zu entgasende, reiche Lösung als feiner Flüssigkeitsfilm
an den inneren Wandungen der senkrecht angeordneten, beheizten Rohre herab, wodurch
eine besonders günstige Ausdanipfung des Kältemittels stattfindet. Diese Bauart
des Austreibers hat den Vorteil, daß die Lösung bei einer Änderung der Lösungsmenge
oder auch bei einer finderung der Lösungskonzentration die zur Ausdampfüng der Kältemittelmenge
erforderliche Heizdampfinenge selbsttätig nachzieht, da mit größererLösungsmenge
dieKondensation des Heizmittels zunimmt.
-
`'erden zur Beheizung des Austreibers 26 andere Heizmittel als Dampf,
z. B. heiße Abgase oder dieVerbrennungswärme einesHeizgases, benutzt, so wird eine
Anpassung der Heizleistung an die Kälteleistung erfor:lerlich. Die Regelung wird
zweckmäßig von der Temperatur der gekühlten Flüssigkeit vorgenommen, wie .das in
Abb. 3 dargestellt ist. Die Gase werden bei 41 dein in diesem Falle liegend angeordneten
Wärineaustauscher -12
zugeleitet und verlassen diesen durch die Leitung 4.3.
Zur Regelung der Menge der zutretenden Gase dient ein Regelorgan (Regelklappe),
die über die Impulsleitung von einem in der Soleleitung i; eingebauten Thermostat
4.6 verstellt wird.
-
Unter bestimmten Umständen kann es @-orteilhaft sein, die Heizleistung
auf mehr
mittelbarem Wege zu steuern, und zwar in Abhängigkeit von
der Temperatur .der armen Lösung beim Austritt aus .dem Austreiber. Die Abb. 3 zeigt
eine solche Steuerung. 48 ist der in der Austrittsleitung 49 eingebaute Thermostat
und 5o die Impulsleitung. Bei dieser Regelung wird die Temperatur der armen Lösung
gleichgehalten. Die Anwendung ist vor allem dann zu empfehlen, wenn mit veränderter
Entgasungsbreite gearbeitet wird. Wenn zur Beheizung des Austreibers Brenngase benutzt
werden, ist auch eine Einwirkung auf die Luftzufuhr Zur die Verbrennung möglich.
-
Bei Absorptionskälteanlagen, die mit einem Lösungsmittel arbeiten,
das einen eigenen Dampfdruck entwickelt, wie es- z. B. bei den üblichen, mit Ammoniak-Wasser-Gemischen
arbeitenden Absorptionsmaschinen der Fall ist, müssen in einer dem Austreiber nachgeschalteten
Trenneinrichtung (Rektifikator) die Lösungsmitteldämpfe entfernt werden. In Abb.
i ist diese Trenneinrichtungdargestellt; sie besteht aus der Trennsäule 5i, die
z. B. aus übereinander angeordneten Siebböden oder Glockenböden gebildet ist, und
einem Kühlsystem 52, das den für .die Verstärkung der ausgetriebenen Kälteinitteldämpfe
erforderlichen Rücklauf erzeugt. Dieses Kühlsystem 52 kann entweder durch Kühlwasser
oder auch, wie in der Ab.b. i dargestellt ist, durch die von der Lösungspumpe kommende,
angereicherte und noch kalte Lösung beschickt werden. Bei einer Änderung der Kälteleistung
der Absorptionsanlage ist auch die Kühlleistung in dem Dampfkühler 52 zu regeln.
Eine Bestimmungsgröße für die Kühlung ist die Temperatur der zum Verflüssiger 55
strömenden Dämpfe. Um die Trennwirkung der Einrichtung der geforderten Leistung
anzupassen, wird die Menge des durch den Dampfkühler geschickten Kühlmittels, in
diesem Falle der reichen Lösung, durch eine Ventil 58 verändert, das durch
den in der Druckleitung 5 des Kältemittels eingebauten Thermostaten 6o über die
Impulsleitung 61 gesteuert wird. Steigt die Temperatur des Kältemitteldainpfes,
so wird das Ventil 58 mehr geschlossen, so daß ein größerer Teil .des Kühlmittels
über den Dampfkühler fließt: im umgekehrten Falle wird die Kühlung im Dampfkühler
verringert. Bei Beschickung des Dampfkühlers mit Kühlwasser kann ein in der Kühlwasserzuleitung
befindliches Ventil in gleicher Weise beeinflußt werden.
-
Die beschriebene Regelung läßt sich sinngemäß auch auf zwei- und mehrstufige
Absorptionskälteanlagen oder auch auf Absorptionsanlagen mit zwei- und mehrstufiger
Verdampfung übertragen.