DE3432888A1

DE3432888A1 - Absorptionskaelteanlage mit raeumlich getrenntem hochdruck- und niederdruckteil

Info

Publication number: DE3432888A1
Application number: DE19843432888
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Ing. 1000 Berlin Holldorff
Original assignee: Borsig GmbH
Current assignee: Deutsche Babcock Borsig AG
Priority date: 1984-09-07
Filing date: 1984-09-07
Publication date: 1986-03-13
Also published as: DE3432888C2; US4622830A

Description

Absorptionskälteanlage mit räumlich getrenntem Hochdruck- und Niederdruckteil

Die Erfindung betrifft eine Absorptionskälteanlage mit einem Hochdruckteil und einem räumlich davon getrennten Niederdruckteil sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Absorptionskälteanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes der Ansprüche 1 und 2.

Derartige bekannte Absorptionskälteanlagen (Klima- und Kälteingenieur, extra 14, Verlag CF. Müller, Karlsruhe 1981, Seiten 66 - 68) haben sich bei der Ausnutzung von Abwärme zur Beheizung der Absorptionskälteanlage bewährt. Durch die räumliche Trennung von Hochdruck- und Niederdruckteil kann der Hochdruckteil mit geringen WarmeVerlusteη in der Nähe der Wärmequelle aufgestellt werden, während der Niederdruckteil optimal dem Kälteverbraucher zugeordnet wird. Dabei ergeben kurze Saugleitungen geringe Druckverluste. Die beiden Anlageteile sind nur durch drei nicht isolierte Verbindungsleitungen für die reiche Kältemittellösung, die arme Kältemittellösung und die Kältemittelflüssigkeit miteinander verbunden. Dabei können Entfernungen von 800 m und mehr überbrückt werden.

Während die arme Kältemittellösung im allgemeinen gegenüber dem Sättigungsdruck stark unterkühlt ist, ist das verflüssigte Kältemittel hinter dem Kondensator nur geringfügig unterkühlt. Bei großen Leitungslängen, hohen Umgebungstemperaturen und Höhenunterschieden innerhalb der Leitungsführung kann die Kältemittelflüssigkeit in den Siedezustand gelangen und der Flüssigkeitstransport durch Gasblasenbildung gestört werden.

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Diesem Problem kann durch zusätzliche Unterkühlung hinter dem Kondensator begegnet werden. Eine Unterkühlung mittels Kühlwasser ist jedoch nur im gebgrenzten Maße - und bei der Verwendung von Verdunstungskondensatoren praktisch gar nicht - möglich. Deshalb muß die Unterkühlung in einem Unterkühlungsverdampfer durch bei tieferem Druck siedendes Kältemittel erfolgen. Dazu kann ein Fremdkreislauf mit einem Kompressionskälteaggregat verwendet werden. Dies bedeutet jedoch, daß eine zusätzliche mechanische Komponente in das Absorptionskältesystem eingebracht und damit ein wesentlicher Vorteil der Absorptionskälteanlage, nämlich die minimale Anzahl bewegter Teile, eingeschränkt wird.

Zweckmäßiger wäre es, Kältemittel aus dem Absorptionskältesystem zur Kühlung zu verwenden. Der Kältemitteldampf müßte dann jedoch auf die Niederdruckseite geleitet werden, um im Absorber der Absorptionskälteanlage absorbiert zu werden. Dies erfordert die Verlegung einer zusätzlichen Leitung von der Hochdruck- zur Niederdruckseite, die zur Vermeidung der Bildung von Schwitzwasser isoliert sein müßte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Absorptionskälteanlage so zu betreiben und auszubilden, daß ohne Erhöhung des apparativen Aufbaues ein ungestörter Transport der armen Kältemittellösung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung wird die Entspannung der armen Kältemittellösung im Hochdruckteil vorgenommen und der Kälte-

mitteldampf in geeigneter Weise an eine oder mehreren Stellen direkt in die entspannte arme Kältemittellösung eingespeist und von ihr absorbiert. In Anbetracht des großen Verhältnisses von Lösungsmassenstrom zu Kältemittelmassenstrom kann auf eine Kühlung verzichtet werden und die Verbindungsleitung für die arme Kältemittellösung wirkt als ungekühlter Absorber.

Die Anordnung des Entspannungsorgans im Hochdruckteil hat außerdem den Vorteil, daß lange Instrumentenleitungen für diesen Regelkreis zwischen den beiden Anlageteilen vermieden werden. Die arme Kältemittellösung ist im allgemeinen am Austritt des Lösungswärmetauschers so tief unterkühlt, daß auch nach der Entspannung eine ausreichende Unterkühlung erhalten bleibt und keine Gefahr einer Dampfblasenbildung in der Verbindungsleitung besteht. Außerdem ist durch den relativ hohen Lösungsstrom und das dadurch günstige Verhältnis zwischen Leitung-squerschnitt und -oberfläche der Einfluß einer Wärmeeinstrahlung wesentlich geringer als bei der Leitung für das flüssige Kältemittel.

Für Sonderfälle mit extrem langen Verbindungsleitungen, hohen Außentemperaturen und/oder großen Höhenunterschieden wird die Entspannung der armen Kältemittellösung in zwei Stufen vorgenommen. Dabei ist das erste Entspannungsorgan im Hochdruckteil und das zweite im Niederdruckteil angeordnet. Damit kann der Druck in der Verbindungsleitung so eingestellt werden, daß er einerseits tief genug ist, um eine genügend tiefe Verdampfungstemperatur im Unterkühler zu gewährleisten, andererseits aber auch hoch genug ist, um die arme Kältemittellösung sicher im unterkühlten Zustand zu erhalten. Vor dem Eintritt in das zweite Entspannungsorgan kann die arme Kältemittellösung nötigen-

falls mit Wasser gekühlt werden, so daß sie auch nach der weiteren Entspannung nicht in den Siedezustand beim Eintritt in den Absorber gerät.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung gibt das Schema einer Absorptionskälteanlage gemäß der Erfindung wieder.

Die Absorptionskälteanlage besteht aus einem Niederdruckteil 1 und einem Hochdruckteil 2, die räumlich voneinander getrennt sind, wobei die Distanz etwa 800 m und mehr betragen kann. Der Niederdruckteil 1 umfaßt einen Verdampfer 3, einen Absorber 4 und eine Lösungsmittelpumpe 5. Der Hochdruckteil 2 enthält als Hauptkomponenten einen Desorber 6, eine Trennsäule 7, einen Kondensator 8, einen Lösungswärmetauscher 9 und einen dem Kondensator 8 nachgeschalteten Unterkühler 10. Der Niederdruckteil 1 und der Hochdruckteil 2 sind durch Verbindungsleitungen 13, 14, 15 miteinander verbunden, wobei durch die Verbindungsleitung 13 die kalte reiche Kältemittellösung, durch die Verbindungsleitung 14 die arme Kältemittellösung und durch die Verbindungsleitung 15 die Kältemittelflüssigkeit geführt wird.

In der die arme Kältemittellösung führenden Leitung 18 des Hochdruckteils 2 ist ein Entspannungsorgan 11 angeordnte. Für den fall, daß eine zweistufige Entspannung erforderlich ist, ist in der die arme Kältemittellösung führenden Leitung 19 des Niederdruckteils 1 vor dem Eintritt in den Absorber 4 ein zweites Entspannungsorgan vorgesehen. Dieses zweite Entspannungsorgan 16 kann als feste Drosselstelle ausgebildet oder auch selbsttätig regelbar sein, vor dem Absorber 4 und dem zweiten Entspannungsorgan 16 kann in der Leitung 19 ein Lösungskühler 17 angeordnet sein.

Der Unterkühler 10 ist von einem verdampfenden Teilstrom der Kältemittelflüssigkeit durchflossen. Der kältemitteldampfseitige Austritt 20 des Unterkühlers ist über eine oder mehrere Einspeisestellen 12 mit der die arme Kältemittellösung führenden Leitung 18 des Hochdruckteils 2 verbunden. Dabei liegt die Einspeisestelle oder die Einspeisestellen 12 stromabwärts des Entspannungsorgans 11.

In dem Verdampfer 3 wird durch Wärmeentzug aus dem zu kühlenden Medium Kältemittel bei tiefem Druck verdampft und im Absorber 4 absorbiert. Die dadurch mit Kältemittel angereicherte reiche Kältemittellösung wird mittels der Lösungspumpe 5 auf den Kondensationsdruck des Hochdruckteiles 2 gebracht und über die Verbindungsleitung 13 und dem zum internen Wärmeaustausch dienenden Lösungswärmetauscher 9 in den Desorptionsteil mit dem Desorber 6 und der Trennsäule 7 gefördert. Durch eine Wärmezufuhr im Desorber 6 wird Kältemittel ausgetrieben. Die dadurch regenerierte arme Kältemittellösung wird nach einer Kühlung im Lösungswärmetauscher 9 im Entspannungsorgan 11 auf den Verdampfungsdruck des Niederdruckteils 1 entspannt. Über die Verbindungsleitung 14 wird die arme Kältemittellösung - bei einstufiger Entspannung direkt wieder in den Absorber 4 eingespeist. Bei 2-stufiger Entspannung der armen Kältendttellösung erfolgt die zweite Entspannung in dem zweiten Entspannungsorgan 16, gegebenenfalls nach einer zusätzlichen Kühlung im Lösungskühler 17.

Der in dem Desorber 6 ausgetriebene Kältemitteldampf wird in der Trennsäule 7 geläutert und anschließend in dem Kondensator 8 verflüssigt. In dem Unterkühler 10 wird das Kältemittel durch Verdampfung eines Teilstromes unterkühlt, bevor es in die Verbindungsleitung 15 ein-

tritt. In dem Niederdruckteil 1 wird die Kältemittelflüssigkeit dann wieder in dem Verdampfer 3 entspannt. Der in dem Unterkühler 10 gebildete Kältemitteldampf wird an der Einspeisestelle 12 in die entspannte arme Kältemittellösung eingeführt und innerhalb der Verbindungsleitung 14 absorbiert. Die Verbindungsieitung 14 wirkt damit als ungekühlter Absorber. In diese Verbindungsleitung 14 wird auch der sogenannte Lösungsrest das ist ein Teilstrom, der aus dem Verdampfer 3 abgezogen werden muß, um dort eine unzulässig hohe Anreicherung mit Absorptionslösung zu vermeiden - zurückgeführt, wobei der Unterkühler 10 auf einem etwas höheren Druckniveau gehalten wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE :

f 1yVerfahren zum Betreiben einer Absorptionskälteanlage mit räumlich getrenntem und durch Verbindungsleitungen verbundenem Hochdruck- und Niederdruckteil sowie einem Verdampfer zur Unterkühlung des verflussigten Kältemittels vor Eintritt in die Verbindungsleitung, dadurch gekennzeichnet , daß der Kältemitteldampf aus dem Unterkühler an einer oder mehreren Stellen in die entspannte arme Kältemittellösung eingespeist wird und die Verbindungsleitung für die arme Kältemittellösung als ungekühlter Absorber wirkt".
2. Absorptionskälteanlage, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Hochdruckteil (2), der einen Desorber (6), eine Trennsäule (7), einen Lösungswärmetauscher (9), einen Kondensator (8) und einen Unterkühler (10) umfaßt und mit einem von dem Hochdruckteil (2) räumlich getrennten und über Verbindungsleitungen (13/ 14, 15) verbundenen Niederdruckteil (1), der einen Verdampfer (3), einen Absorber (4) und eine Lösungspumpe (5) umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß der Unterkühler (10) von entspannter und verdampfender Kältemittelf lüssigkeit durchströmt ist, daß innerhalb des Hochdruckteils (2) in der die arme Kältemittellösung führenden Leitung (18) ein Entspannungsorgan (8) angeordnet ist und daß der Austritt (20) des Unterkühlers (10) über eine Leitung mit der die arme Kältemittellösung führenden Leitung (18) stromabwärts des Entspannungsorgans (10) verbunden ist, so daß die die arme Kältemittellösung führende Verbindungsieitung (14) als ungekühlter Absorber wirkt.
3. Absorptionskälteanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der die arme Kältemittellösung führenden Leitung (19) des Niederdruckteils (1) ein zweites Entspannungsorgan (16) angeordnet ist.
4. Absorptionskälteanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Entspannungsorgan (16) als feste Drosselstelle ausgebildet ist.
5. Absorptionskälteanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennze ichnet , daß das zweite Entspannungsorgan (16) selbsttätig regelbar ist.