DE3432888C2

DE3432888C2 - Absorptionskälteanlage mit räumlich getrenntem Hochdruck- und Niederdruckteil

Info

Publication number: DE3432888C2
Application number: DE3432888A
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: 1987-03-12
Also published as: US4622830A; DE3432888A1

Abstract

Die Absorptionskälteanlage besteht aus einem Hochdruckteil (2) und einem davon räumlich getrennten und über Verbindungsleitungen (13, 14, 15) verbundenen Niederdruckteil (1). Der Hochdruckteil (2) umfaßt einen Desorber (6), eine Trennsäule (7), einen Lösungswärmetauscher (9), einen Kondensator (8) und einen Unterkühlungsverdampfer (10), während der Niederdruckteil (1) einen Verdampfer (3), einen Absorber (4) und eine Lösungspumpe (5) enthält. Der Kältemitteldampf aus dem Unterkühlungsverdampfer (10) wird an einer oder mehreren Einspeisestellen (12) in die entspannte arme Kältemittellösung eingespeist, wobei die die arme Kältemittellösung führende Verbindungsleitung (14) als ungekühlter Absorber wirkt. unden, wobei die Kettentriebe (16) durch eine torsionssteife Welle (20) miteina

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Absorptionskälteanlage und eine Absorptionskälteanlage mit einem Hochdruckteil und einem räumlich davon getrennten Niederdruckteil mit den Merkmalen des Oberbegriffes der Ansprüche 1 oder 2.
Derartige bekannte Absorptionskälteanlagen (Klima- und Kälteingenieur, extra 14, Verlag C. F. 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 Wärmeverlusten 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 Lösung, die arme Lösung und die Kältemittelflüssigkeit miteinander verbunden. Dabei können Entfernungen von 800 m und mehr überbrückt werden.
Während die arme Lösung 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.
Diesem Problem kann durch zusätzliche Unterkühlung hinter dem Kondensator begegnet werden. Eine Unterkühlung mittels Kühlwasser ist jedoch nur im begrenzten Maße - und bei der Verwendung von Verdunstungskondensatoren praktisch gar nicht - möglich. Deshalb muß die Unterkühlung in einem Unterkühlungswärmetauscher 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 der 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 bei einem Verfahren oder einer Absorptionskälteanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung wird eine teilweise Entspannung der armen Lösung im Hochdruckteil vorgenommen und der Kältemitteldampf in geeigneter Weise an eine oder mehreren Stellen direkt in die entspannte arme Lösung 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 Lösung 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 Lösung 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 Leitungsquerschnitt und -oberfläche der Einfluß einer Wärmeeinstrahlung wesentlich geringer als bei der Leitung für das flüssige Kältemittel.
Durch die teilweise Entspannung der armen Lösung im Hochdruckteil und die übrige Entspannung im Niederdruckteil eignet sich die Erfindung besonders für Anwendungsfälle mit extrem langen Verbindungsleitungen, hohen Außentemperaturen und/oder großen Höhenunterschieden. Dabei kann der Druck in der Verbindungsleitung so eingestellt werden, daß er einerseits tief genug ist, um eine genügend tiefe Verdampfungstemperatur im Unterkühlungswärmetauscher zu gewährleisten, andererseits aber auch hoch genug ist, um die arme Lösung sicher im unterkühlten Zustand zu erhalten. Vor dem Eintritt in das zweite Entspannungsorgan kann die arme Lösung nötigenfalls 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 Unterkühlungswärmetauscher 10. Der Niederdruckteil 1 und der Hochdruckteil 2 sind durch Verbindungsleitungen 13, 14, 15 miteinander verbunden, wobei durch die Verbindungsleitung 13 die kalte reiche Lösung, durch die Verbindungsleitung 14 die arme Lösung und durch die Verbindungsleitung 15 die Kältemittelflüssigkeit geführt wird.
In der die arme Lösung führenden Leitung 18 des Hochdruckteils 2 ist ein Entspannungsorgan 11 angeordnet. Ein zweites Entspannungsorgan 16 ist in der die arme Lösung führenden Leitung 19 des Niederdruckteils 1 vor dem Eintritt in den Absorber 4 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 Unterkühlungswärmetauscher 10 ist von einem verdampfenden Teilstrom der Kältemittelflüssigkeit durchflossen. Der kältemitteldampfseitige Austritt 20 des Unterkühlungswärmetauschers 10 ist über eine oder mehere Einspeisestellen 12 mit der die arme Lösung 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 Lösung 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 Lösung wird nach einer Kühlung im Lösungswärmetauscher 9 im Entspannungsorgan 11 auf den Verdampfungsdruck des Niederdruckteils 1 entspannt. Über die Verbindungsleitung 14 wird die arme Lösung - bei einstufiger Entspannung direkt - wieder in den Absorber 4 eingespeist. Bei 2stufiger Entspannung der armen Lösung 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 Unterkühlungswärmetauscher 10 wird das Kältemittel durch Verdampfung eines Teilstromes unterkühlt, bevor es in die Verbindungsleitung 15 eintritt. In dem Niederdruckteil 1 wird die Kältemittelflüssigkeit dann wieder in dem Verdampfer 3 entspannt.
Der in dem Unterkühlungswärmetauscher 10 gebildete Kältemitteldampf wird an der Einspeisestelle 12 in die entspannte arme Lösung eingeführt und innerhalb der Verbindungsleitung 14 absorbiert. Die Verbindungsleitung 14 wirkt damit als ungekühlter Absorber. In dieser 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 Unterkühlungswärmetauscher 10 auf einem etwas höheren Druckniveau gehalten wird.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Absorptionskälteanlage mit räumlich getrenntem und durch Verbindungsleitungen verbundenem Hochdruck- und Niederdruckteil sowie einer Unterkühlung des verflüssigten Kältemittels vor Eintritt in die Verbindungsleitung und einer Entspannung mit Niederdruckteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemitteldampf aus der Unterkühlung an einer oder mehreren Stellen in die im Hochdruckteil teilweise entspannte arme Lösung eingespeist wird und die Verbindungsleitung für die arme Lösung als ungekühlter Absorber wirkt.

2. Absorptionskälteanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Hochdruckteil (2), der einen Desorber (6), eine Trennsäule (7), einen Lösungswärmetauscher (9), einen Kondensator (8) und einen Unterkühlungswärmetauscher (10) umfaßt und mit einem von dem Hochdruckteil (2) räumlich getrennten und über Verbindungsleitungen ( 13, 14, 15) verbundenen Niederdruckteil (1), der ein Entspannungsorgan (16), einen Verdampfer (3), einen Absorber (4) und eine Lösungspumpe (5) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterkühlungswärmetauscher (10) von entspannter und verdampfender Kältemittelflüssigkeit durchströmt ist, daß innerhalb des Hochdruckteils (2) in der die arme Lösung führenden Leitung (18) ein zweites Entspannungsorgan (11) angeordnet ist und daß der Austritt (20) des Unterkühlungswärmetauschers (10) über eine Leitung mit der die arme Lösung führenden Leitung (18) stromabwärts des Entspannungsorgans (11) verbunden ist, so daß die die arme Lösung führende Verbindungsleitung (14) als ungekühlter Absorber wirkt.

3. Absorptionskälteanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Entspannungsorgan (16) als feste Drosselstelle ausgebildet ist.

4. Absorptionskälteanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Entspannungsorgan (16) selbsttätig regelbar ist.