EP0443468A2 - Sorptionskältemaschine - Google Patents
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- EP0443468A2 EP0443468A2 EP91102215A EP91102215A EP0443468A2 EP 0443468 A2 EP0443468 A2 EP 0443468A2 EP 91102215 A EP91102215 A EP 91102215A EP 91102215 A EP91102215 A EP 91102215A EP 0443468 A2 EP0443468 A2 EP 0443468A2
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- sorption
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- sorption refrigerator
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B33/00—Boilers; Analysers; Rectifiers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
- B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
- B01F31/86—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with vibration of the receptacle or part of it
Definitions
- the invention relates to a sorption refrigerator according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 12.
- Sorption chillers are only used to a lesser extent because the efficiency is lower than that of chillers that work with a compressor.
- an additional auxiliary gas can be used in a so-called absorption refrigerator, which, however, complicates the structure of the refrigerator.
- the reaction of the rich absorbent solution according to the invention with ultrasound results in a reaction which allows the refrigerant vapor to be expelled.
- the expeller is designed to be pressure-resistant in a manner known per se and has a somewhat elongated, essentially tubular, basic structure.
- the use of an insert body which is designed in the manner of a Venturi nozzle is particularly favorable, the feed line of the rich absorbent solution opening into the insert body.
- the insert body expediently extends essentially coaxially in front of the active surface of the piezo element used for ultrasound generation.
- the insert body has surfaces that reflect the ultrasound, so that there is a bundling and at the same time transmission of the sound into the space downstream of the feed line.
- the expeller is provided with an internal return line which branches off above the insert body, passes through a flow restrictor and opens in the region of the piezo element.
- the fluid is able to pass through a gap between the outer circumference of the piezo element and the insert body, so that there is a flow path that supports the escape of the refrigerant.
- an adsorption element can be used, the selection of which depends on the two-substance mixture used.
- the flow resistance for refrigerant vapor can hereby be kept comparatively low, so that there is only a small pressure drop.
- a mixture of water and alcohol was used as the two-substance mixture.
- the use of a piezo element for the radiation of an ultrasonic power of 20 W resulted in a surprisingly high degree of efficiency, based on the cooling power generated.
- a power transistor was mounted directly below the piezo element in heat-conducting connection with it, so that the heat loss from the power amplifier could also be used.
- a zeolite was used as the adsorption element.
- a sorption refrigeration machine 10 shown schematically in FIG. 1 has a condenser 12, into which refrigerant enters in vapor form and is cooled and condensed via a cooling coil 14, which is connected, for example, to the ambient air.
- the liquid refrigerant then passes through a control or throttle valve 16 and is fed to an evaporator 18 which has a further heat exchanger, not shown, via which the ent due to evaporation standing cold is delivered.
- the refrigerant passes from the outlet of the evaporator 18 in a relaxed state to an expeller 26 according to the invention, the structure of which is explained in more detail with reference to FIG. 2.
- the refrigerant then emerges from the expeller 26 essentially in the gas phase at a relatively high pressure and then reaches the condenser 12 again.
- the expeller 26 has a feed line 30 for the absorbent solution and a discharge line 32 for the essentially gaseous refrigerant.
- the feed line 30 opens into an insert body 36 which has the shape of a Venturi nozzle, essentially at its narrowest point.
- the Venturi nozzle 36 has an essentially vertical axis which passes through an ultrasound transducer 38 arranged below it.
- the ultrasonic transducer 38 has a piezo element 40 with an active surface 42 facing upwards. The sound waves emitted by the active surface 42 are each reflected on the essentially conically tapering inner surface 44 of the insert body 36 and are bundled approximately in an area 46 where the feed line 30 also opens.
- a space 48 above the insert body 36 is closed at the top by an adsorption element 50 which is permeable to refrigerants and at the same time has a low flow resistance for them.
- the derivative 34 is connected on the side.
- the discharge line 34 leads to an internal return line 52 of the expeller which runs through a flow limiter 54 and returns absorption medium solution into a ring area around the ultrasound transducer 38.
- a gap 56 is provided between the ultrasound transducer 38 and the insert body 36, through which the absorbent solution originating from the internal return line 52 of the expeller 26 can reenter the area 46 and is subjected to the ultrasound there.
- alcohol is used as the refrigerant and water as the absorbent.
- a zeolite is suitable for this purpose as an adsorption element, it being understood that any other suitable two-substance mixture can be used.
- the two-substance mixture used here has the additional advantage of being non-toxic and also harmless in the further.
- the flow is accelerated at the narrow point of the insert body 36 designed as a Venturi nozzle, so that there is also an acceleration for the rich absorbent solution on the feed line 30.
- the space 48 also serves to equalize the flow.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Sorptionskältemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12.
- Bei derartigen Sorptionskältemaschinen ist es bekannt, mit einem sogenannten Austreiber, der auch Kocher oder Generator genannt wird, ein Kältemittel aus einer reichen Absorptionsmittellösung mit möglichst großer Reinheit auszudampfen. Hierzu ist es bekannt, einen sogenannten Rektifikator zu verwenden, um die Reinheit des in der Gasphase auszuscheidenden Kältemittels zu erhöhen.
- Sorptionskältemaschinen kommen insbesondere deswegen nur in geringerem Umfang zum Einsatz, da der Wirkungsgrad geringer ist als bei Kältemaschinen, die mit einem Verdichter arbeiten.
- Zur Erhöhung des Wirkungsgrads kann in einer sogenannten Resorptionskältemaschine mit einem zusätzlichen Hilfsgas gearbeitet werden, das jedoch den Aufbau der Kältemaschine kompliziert.
- Andererseits wäre insbesondere im Haushaltsbereich die Verwendung von Sorptionskältemaschinen bei entsprechendem Wirkungsgrad wünschenswert, zumal diese nahezu geräuschlos zu arbeiten vermögen.
- Im gewerblichen Bereich ist es bekannt geworden, den Austreiber mit Abwärme zu betreiben, so daß hierdurch die zusätzlichen Energiekosten und -aufwendungen vergleichsweise gering gehalten werden können. Abwärme steht jedoch vielfach nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung, wobei die Zuleitung der Abwärme zu Austreiber zudem teilweise mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.
- Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sorptionskältemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12 zu schaffen, das mit vergleichsweise günstigem Wirkungsgrad arbeitet, obwohl der konstruktive Aufwand eher gering ist, und bei dem eine einfache Anpaßbarkeit an die gewünschte Installation ermöglicht ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Besonders günstig ist es, daß sich durch die erfindungsgemäße Beaufschlagung der reichen Absorptionsmittellösung mit Ultraschall eine Reaktion einstellt, die das Austreiben des Kältemitteldampfes erlaubt. Der Austreiber ist hierzu in an sich bekannter Weise druckfest ausgestaltet und weist einen etwas länglichen, im wesentlichen rohrförmigen, Grundaufbau aus. Besonders günstig ist die Verwendung eines Einsatzkörpers, der nach der Art einer Venturidüse ausgebildet ist, wobei die Zuleitung der reichen Absorptionsmittellösung in dem Einsatzkörper mündet. Der Einsatzkörper erstreckt sich zweckmäßig im wesentlichen koaxial vor der Wirkfläche des für die Ultraschallerzeugung verwendeten Piezoelements. Der Einsatzkörper weist den Ultraschall reflektierende Oberflächen auf, so daß sich eine Bündelung und zugleich Weiterleitung des Schalls in den Raum stromab der Zuleitung ergibt.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, den Austreiber mit einer internen Rückleitung zu versehen, die oberhalb des Einsatzkörpers abzweigt, einen Strömungsbegrenzer durchtritt und im Bereich des Piezoelements mündet. Durch einen Spalt zwischen dem Außenumfang des Piezoelements und dem Einsatzkörper vermag das Fluid hindurchzutreten, so daß sich ein das Austreten des Kältemittels unterstützender Strömungsweg ergibt.
- Anstelle oder zusätzlich zu einem Rektifikator kann ein Adsorptionselement verwendet werden, dessen Auswahl von dem verwendeten Zweistoffgemisch abhängt. Der Strömungswiderstand für Kältemitteldampf kann hierdurch vergleichsweise gering gehalten werden, so daß sich ein lediglich geringer Druckabfall ergibt.
- In einem versuchsweisen Aufbau wurde als Zweistoffgemisch ein Gemisch aus Wasser und Alkohol verwendet. Mit der Verwendung eines Piezoelements für die Abstrahlung einer Ultraschall-Leistung von 20 W ergab sich ein überraschend hoher Wirkungsgrad, bezogen auf die erzeugte Kühlleistung. Hierbei wurde ein Leistungstransistor unmittelbar unterhalb des Piezoelements in Wärmeleitverbindung mit diesem montiert, so daß die Verlustwärme des Leistungsverstärkers ebenfalls verwendet werden konnte. Als Adsorptionselement wurde hierbei ein Zeolith verwendet.
- Offenbar ergaben sich in dem Bereich vor dem Ultraschallwandler, in dem Bereich des Einsatzkörpers, sonochemische Reaktionen.
- Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale sind anhand der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher beschrieben.
- Es zeigen:
- Fig. 1 einen schematischen Kühlkreislauf einer Sorptionskältemaschine für die Verwendung des erfindungsgemäßen Austreibers; und
- Fig. 2 eine schematisierte Detaildarstellung des Austreibers gemäß Fig. 1.
- Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Sorptionskältemaschine 10 weist einen Kondensator 12 auf, in welchen Kältemittel dampfförmig eintritt und über eine beispielsweise mit der Umgebungsluft in Verbindung stehende Kühlschlange 14 gekühlt und kondensiert wird. Das flüssige Kältemittel durchtritt dann ein Regel- oder Drosselventil 16 und wird einem Verdampfer 18 zugeleitet, der einen weiteren nicht dargestellten Wärmetauscher aufweist, über welchen die aufgrund der Verdunstung entstandene Nutzkälte abgegeben wird.
- Das Kältemittel gelangt vom Ausgang des Verdampfers 18 in entspanntem Zustand zu einem erfindungsgemäßen Austreiber 26, dessen Aufbau anhand von Fig. 2 näher erläutert wird.
- Anschließend tritt das Kältemittel im wesentlichen in der Gasphase aus dem Austreiber 26 bei einem relativ hohen Druck aus und gelangt dann erneut zum Kondensator 12.
- In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, weist der Austreiber 26 eine Zuleitung 30 für die Absorptionsmittellösung und eine Ableitung 32 für das im wesentlichen gasförmige Kältemittel auf. Die Zuleitung 30 mündet in einem Einsatzkörper 36, der die Form einer Venturidüse aufweist, und zwar im wesentlichen an deren engster Stelle. Die Venturidüse 36 weist eine im wesentlichen senkrechte Achse auf, die einen unterhalb diese angeordneten Ultraschallwandler 38 durchtritt. Der Ultraschallwandler 38 weist ein Piezoelement 40 mit einer nach oben gewandten Wirkfläche 42 auf. Die von der Wirkfläche 42 abgestrahlten Schallwellen werden an der sich im wesentlichen konisch verjüngenden Innen-Oberfläche 44 des Einsatzkörpers 36 je reflektiert und etwa in einem Bereich 46 gebündelt, wo zugleich die Zuleitung 30 mündet.
- Ein Raum 48 oberhalb des Einsatzkörpers 36 ist nach oben durch ein Adsorptionselement 50 abgeschlossen, das für Kältemittel durchlässig ist und zugleich für dieses einen geringen Strömungswiderstand aufweist. Zudem ist seitlich die Ableitung 34 angeschlossen.
- In dem dargestellten Ausführungsbeispiel führt die Ableitung 34 zu einer internen Rückleitung 52 des Austreibers, die durch einen Strömungsbegrenzer 54 hindurch verläuft und Absorptionsmittellösung in einen Ringbereich um den Ultraschallwandler 38 zurückführt. Zwischen dem Ultraschallwandler 38 und dem Einsatzkörper 36 ist ein Spalt 56 vorgesehen, durch welchen die aus der internen Rückleitung 52 des Austreibers 26 stammende Absorptionsmittellösung erneut in den Bereich 46 eintreten kann und dort dem Ultraschall unterworfen wird.
- Damit besteht ein geschlossener Kreislauf sowohl für das Kältemittel als auch für die Absorptionsmittellösung.
- In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Kältemittel Alkohol und als Absorptionsmittel Wasser verwendet. Hierfür eignet sich ein Zeolith als Adsorptionselement, wobei es sich versteht, daß beliebige andere geeignete Zweistoffgemische eingesetzt werden können. Das hier verwendet Zweistoffgemisch hat jedoch den zusätzlichen Vorteil, ungiftig und auch im weiteren unschädlich zu sein.
- Durch den Spalt 56 hindurch entsteht eine Strömung, die durch den labyrinthartig ausgebildeten Strömungsbegrenzer 54 begrenzt ist. Die Strömung ist an der Engstelle des als Venturidüse ausgebildeten Einsatzkörpers 36 beschleunigt, so daß sich ebenfalls eine Beschleunigung für die reiche Absorptionsmittellösung auf der Zuleitung 30 ergibt.
- Der Raum 48 dient zudem zugleich der Strömungsvergleichmäßigung.
- Besonders günstig ist es ferner, daß für den erfindungsgemäßen Kältemittelkreislauf keine zusätzliche Pumpe benötigt wird. Aufgrund der sonochemischen Reaktion entsteht im Bereich 46 ein Unterdruck in dem dortigen Fluid gegenüber dem Druck der angereicherten Absorptionsmittellösung im Raum 48. Der Absorptionsmittelkreislauf über die Rückleitung 52 mit dem Strömungsbegrenzer 54 stellt dann die benötigte Absorptionsmittelmenge zur Verfügung, wobei sich ein selbstregelndes Verhalten einstellt.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (2)
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DE4005192A DE4005192A1 (de) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | Sorptionskaeltemaschine |
DE4005192 | 1990-02-19 |
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EP0443468B1 EP0443468B1 (de) | 1994-06-22 |
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DE102013212531A1 (de) | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Dürr Systems GmbH | Anlage und Verfahren für das Aufbereiten von Gasen |
WO2014206949A1 (de) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Dürr Systems GmbH | Anlage und verfahren für das aufbereiten von brenngasen |
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- 1991-02-16 DE DE59101964T patent/DE59101964D1/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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DE4005192A1 (de) | 1991-08-22 |
EP0443468B1 (de) | 1994-06-22 |
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ATE107759T1 (de) | 1994-07-15 |
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