DE1551306A1 - Absorptionskuehlaggregat - Google Patents

Description

• ν PATfNTANWALT 8MONCHIN₅CLeD. '?. 3.1969/M \

DR. WILHELM HASSE ' FGni ?802Aü \ DIPLOMINGENIEUR j

jiüialapparate . GmbH, Ueberlandstraße koalieren/ZH. (Schweiz)

Absorptlonsiiuhlaggregat

I)Ie. vor-ll3^3iicLe -irfinduiii" betrifft ein _ibsori>"t;ionskühla^feire rac ^it drucicausffleichexidem li

JJas Acofjitsiririaip soldier Aggregate ist allgemein bekannt und a.. ß. Im Schweizer ,ratent .Hr. 35? 4-19 ausf uhr lieh beschrieben, jils Kältemittel wird meistens . .-jauaoHiak, als Lösungsmittel Wasser und als druckaus- ^lslehandes l^Ilfsgas /iasserstoff verwendet, is sind aber ohne weiteres« auch andere stoffe und t>to£fkombinationen Möglich.

Zur Erreichung möglichst tiefer Temperaturen im.Verdampfer eines solciien Absorptlousi£ühlaggregates ist es erforderlion und üblich, das flussige kältemittel vorgängig seines Eintrittes in den Verdampfer abzukühlen, sei es durch ,/armeaustausch mit dem den Verdampfer verlassenden kalten, an Kältemittel angereicherten. Gasstrom,

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sei es durch Verdunsten eines I'eils davon in einen ieilstrom des an kältemittel armen Hilfsgases. Die vorliegende Erfindung bezweckt die thermodynamiseIi richtige Anwendung des zweiten irinzips.

Das erfindungsgemäße jJDsorptionskuhlaggree-at zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen dem kondensator und dem Verdampfer in otröiaungsrichtung des Kältend, tbelkondensatss ein Vorverdampfer und ein .Varmeaustauschsr angeordnet si-id, v/elcher .,^rmeaustauscher einerseits von

flüssigem üältemitOelkondensat und andererseits von einem aus dem /orverdampfer strömenden Hiifsgasbeiistroiu beaufschlagt ist.

Ausfuhrungsbeisviele des .,rfindungsgegensfcandes v/erden anschließend anhand von J'iguren erläutert, .is zeigt:

J?ig. 1 eine schsinatische Darstellung einer beitanntsn „-aisführung eines Kreislaufes eines _^.usorptionskuhlaggre-rates, bei welchem das flüssige Lältemiütelkondensat durch ^ärmeaustausch mit dem den Verdampfer verlassenden, kalten und an Kältemittel

angereicherten Gasstrom vorgekühlt wird, Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Ausführungen von Kreisläufen in .losorp-

tionskühlaggregaten,

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Fig* 4 einen Schnitt durch den Wärmeaustauscher nach Linie HI-III der Fig. 3. ■

In dem bekannten, in Fig. 1 dargestellten kreislauf be-· findet sich ein kocher 1 mit einer Heizpatrone 2, sowie eine Theriiiosiphonpuiüpe mit einem Rohr 4. Ein Flüssigkeitssammler 5 ν in welchem das Flüssigkeitsniveau oder der Spiegel mit 6 bezeichnet ist, ist über einen Flüssigkeits-Wärmeaustauscher 11 mit dein kocher-1 verbunden. Im Innern des Rohres 4 befindet sieh ein sogenanntes I-uiiij;enrohr ?, 'dessen oberes ünde mit 8 und unteres Ende mi·t 3 bezeichnet ist. Der oiederaum des kochers ist mit 9 bezeichnet, süln inneres Hohr 10 des Flüssiskeits-viäriiieaustauschers 11. führt die an kältemittel verarmte Losung su eineui ^sorb.er 12. .,iine i>teigleitun<T ^d verbindet den liektif ikationsteil 5^ des'Kochers 1 mit einem kondenser Ii, von welchem eine Leitung 14 zum. Verdampfer 15 führt. Dieser Terdaiüi.fer 15 mändet an einer stelle 16 in einen !^äswäpiüeaustauscher 17, wobei ein l'eil aer Leitung 14, wie aus i?±£\ ' 1 ersichtlich, löit dem ^aswar:j,eaustauscher 1? über eiae strecke 18 in sVärmeaustausch-v'erbindung gebracht ist. Üne Druckausgleichs leitung 1>' verbindet das des Londensers 13 mit dem Anfang des absorbers 12.

Dem Kocher 1 »vird durch die elektrische .ieizpatrone c. .idri-vs ::u"^r3flj;irt. "Unter .^imvirkung; dieser 'Järme ^comiat die in „.ολι' 4, welches mit der Lösung des Niveaus 6 *\

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im Flüss'igkeitssammler 5 kommuniziert, am Eintritt 3 der Thermosiphonpumpe zum oieden. Die sich dabei bildenden : -'" _; Dampfblasen entweichen durch daß J^impenrohr 7 und führen ' · dabei die flüssige Lösung mit. Am oberen Ende 8 des Pum- -J penrohrs 7 trennt sich die derart nach oben geförderte ! Flüssigkeit vom Treibdampf und fließt im Gegenetrom zum Dampf, welcher im Siederaum 9 erzeugt wird nach unten, «

wobei zwischen beiden ein Rektifikationsvorgang stattfindet. Die an Kältemittel verarmte Flüssigkeit Wird ; , ^.., durch das Rohr 10 über den Flüssigkeitswärmeaustauscher , _; ; „ ,' * 11 zum oberen .Snde des Absorbers 12 geleitet. DpXt sät- j ·.? ,^ tigt sich die Lösung, vom aufsteigenden reichen Gasstrom kältemittel absorbierend, wieder mit kältemittel auf und fließt über den Flüssigkeitssammler 5 wieder dem Kocher 1 zu.

ι Der im kocher 1 erzeugte, je nach Irozeßfiihrung «ehr oder ^* weniger reine kaltemitteldampf wird im Kondenser 13 Verflüssigt und ds kondensat über die Leitung 14 zum Verdampfer 15 geleitet. Im Verdampfer Ii? verdunstet das flüssige i-ciltemittel unter Wärmeentzug aus der Umgebung in den kältemittelarmen Gasstrom, welcher mit de» Kältemitteldampf angereichert als reiches Gas bei 16 in den GaswärmeaustauGcher 17 geleitet wird. Im Gaswärme aus tau- ., " scher 17 wird vornehmlich das aufsteigende arme Gas mit ,Ulfe des noch kalten, reichen Gases soweit wie möglich abs-ekür.lt. Da aoer einerseits der „asserwert (opez. Wärme

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c. iwassenstrom) des reichen Gasstromes denjenigen des armen Gasstromes beträchtlich übersteigt und andererseits beim direkten einleiten des warben flüssigen Kältemittels in den Verdampfer keine allzu tiefe i'eiuperaturen erreichbar sind, laijt man mit /orteil auch das Kältemittelkondensat sich am ,wärmeaustausch im Gaswärineaustauscher beteiligen, was durch die /erbindung 18 sichergestellt wird. Dadurch wird der ,.irkun^sftrad des Adlteprozesses verbessert und Gleichzeitig die erreichbare .,'iofststemperatur erniedrigt.

Vom theriiiodynamisehen Standpunkt aus betrachtet, ware es von /ort eil, das liohi- 14- dem ganzen Gaswarmeaustauscher 17 entlang, also bis zum absorber 12 hinunter zu fuhren, da jede andere Lösung zwangsläufig zu thermodynamisehen Irreversibilitäten führen muß. Dies ist aber in den meisten .Fällen, zumindest mit einfachen Litteln, nicht möglich; denn zwischen den Hohen A und B muli far das normale !funktionieaen der Kondensat zufuhr zum Verdampfer 15 ein bestimmtes Verhältnis eingehalten werden.

Diese Bedingung ergibt sich beim ersten Start des Aggregates aus dem spezifischen Gewichts-Unterschied zwischen 1.'¹UlIuUg und reinem Kältemittel; . denn die Füllung ist im ^; allgemeinen spezifisch schwerer und kann auäTd^r U-£örm|ic.;en zeitung 14 nur dann durch das spez. leiohtere' Kältemittel herausgedrückt werden, wenn diese eine

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chend größere h/drοstatische Höhe aufweist. Die Bedingung folgt aber oei normalem, kühlbetrieb auch aus analogen Gründen aus dem spezifischen Oewichts-Unterschied zwischen warmem und Kaltem kältemittel im rechten resp. linken Schenkel der U-förmigen i^ondensatleitung 14.

Aus diesen physikalischen Gesetzmäßigkeiten folgt schließlich auch die Tatsache, daß.unter solchen Umständen die Eintrittsstelle des kälteiuittelkondensats in den Verdampfer I^ nicht beliebig hoch gesetzt v^erden kann.

Dies ist; bei tianchen .jiwenduns-en, wie z. B. bei Tiefkühlschränken oder PiefkuhIfachern, ein gewichtiges Hindernis; denn wenn der zu kühlende Haum nicht von oben her gekühlt werden kann, dann steigt die Temperatur oberhalb des Kühlkörpers- Verdampfers - rasch an und es sind tiefere Verdampfertemperaturen oder eine bessere Isolation erforderlich, um z. B. eine gewisse Mindesttemperatur an keifaer stelle des zu kühlenden Raunes zu überschreiten.'

Die Druckausgleichsleitung 19 ermöglicht dea Hilfsgas die Datier des Kühlbetriebes au* dem ^ondeneer 13 zu

n, gemäß Fig. 1 beispielsweise in die unter«; 4bj»fj?b*rhälfte und vice versa. ' , '

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jjei deiii xviiula^ 're;/;at jeü.aii der Jrfinduup·, wsiciies in Fig. 2 sciieutatisch darq-3otei.it ist, wird dia Kältemittel- Kondensat aus dein i·. ondenser üoer ο in .iohr 2(j in einen Vorverdaw[:i'er 22 geleitet, wo es im Getrenstroiu zu einem aDgezwei~ten Teil des armen Hiiisgases strömend, in dieses hinein vordunstet und sicn dabei acKuriit. bei richtiger irozeijf ühruner erreicht" dabei das flüeüifre Kältemittel aw uide 24 des ^orverdaüijifers 22 vor seinem eintritt in den /erlaupfer 15 die deiii· 'Vrmerassustand entsx^recheaae u-unl^'i^nzteiE^eratur. Der abTezv.ei -te Teilstroui des uriue.i 'iases verlust hinrerren den Vorverdaiurfer 22 am enUiref-eii^ecetzten .^nde 23 erwärmt una sit i_kalt^.itteldaüii-an-^x-eLauert und wirä durch ei:"i ..our ..^ aa jiner ti al" jr -. r 3iien jt'iiie .«i;-der üiit de;., anderen ["eiiv;::.'-:i'.'j, am voi^%t;ⁱ?i-..ai't■".>.-;ten an. unteren

Jas Jy_-. ^.jronr -,j it^ a;jer ixne ve;. o^jui^..t^ -...ufe 21 u aefli -icur -^ W:.i\„^i'3iteua- vyrv^uc ;u, ui., zu rrr^lchen, dsi der reilruGotrom^ au.3 deu. /orverdü.^ i'er ^_ti c .; ...lteu.it- :.^ x, vorK^hlt.

.ine _'i. „·.:. t- iient, -iiL^ic;. ..i-3 ^i3 _eiuu.ir 1V in ^iίτ. 1. ,:;._. ,ruc-ί auscleic:.. .i? i.;t ni-?r ^eäocn, im 'Ie-"■iiiijai.2 m; -_-toteren·, mit de·- · .\ τ ,ro.:r 25 verbunden. J-iü /orv-.i..·. j.... r-axX'ohr 2._ wild mit ?uto. recheaieu :..itt-3ln, ..-ie ζ. -. -"L; r ir ar. t.^₁ ir:^:..lo 2,⁷ veri-ar^ii, se iac aas 1*1-

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teniittel die Rohrwand put benetzt und dadurch ein wirksamer otoffübersrang (Verdunstung) erreicht wird.

kit einar aolchen 1-rozeßführung und ^uiordnung ist es möglich, den Verdampfer 15 praktisch beliebig hoch zu setzen, da die Höhe A nur die Bedingung erfüllen muß, daß die dadurch definierte Neigung des Rohrteils 21 das Ablaufen eventuell vorhandener Flüssigkeit aus diesem xtohrteil ermöglicht. Im übrigen gelten auch hier für das Verhältnis A:B die an früherer Stelle angestellten Betrachtungen.

Die an der Flüssigkeitseintrittsseite 23 des Vbr«erdampfers 22 herrschende Temperatur hangt in erster Linie von der ...en~e des Hilfspasteilstromes und somit indirekt vom otröuungsv/iderstand des typaßrohres 25 ab. Dabei körnet es iia^er auf das /erhältxiis der otrömungswiderstande der zv/ei Jeilgasströme an, unter üe rücksicht igung der Tatsache, daß wegen des meistens unterschiedlichen Sättigungsgrades und Temperatur der Teilgasströae, deren spezifisches Gewicht und somit die durch sie erzeugten .antriebe verschieden sind.

1st der durch de α /orverdainpfer 22 durchströmende rasstroüi - infolge des relativ kleinen Strömungewiderstandes des D.7j.ai:rohres 25- verhältnismäßig groß, so wird er verhältnismäßig schwach mit Kältemittel aufgel'a-

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den und die temperatur am oberen .inde 25 des Vorverdampfers 22 verhältnismäßig niedrig, was zu Verlusten durch thermodynamische Irreversibilitäten führt. An der oberen Seite des Yorveraampfers 22 findet nämlich eine plötzlicne Temper at ursemcung des flussigen Kältemittels durch Drosselung seines xartialdruckes statt. Je tiefer nun der Sättigungsgrad, d.h. temperatur und Kältemittelpart ialdruc& des 'i'eilrrasstromes bei ο sind, umso stärker erfolgt dia drosselung, d.h. Irreversibilität, und umso niedriger wird der ..irKungsgrad.

Vollständig; vermeiden läit sich jedoch dieser ürosselverlust in der xraxis nicht; denn dann müwte aer i'eilgasotrom außerordentlicn klein, d.h. der .strömungswiderstand des lionras 25 außerordentlich groii sein. Das würde in der iraxis bedeuten, da.; man als xjypaßrohr 25 eine Ii.axillare verwenden müßte. Ja aus einer kapillare die i'iissig-iveiü aicht selbständig ausläuft und somit kein störungsfreiem .funktionieren möglich ist, darf der Durch~ inesser des uypaßrohres 2p ein gewisses iviaß nicht unterbchreiteu. Jie ^aaovx-iarfahi^keit wird diesbezüglich etwaa ax'hoht, :ieaa man als iypaürohr 25 ein kreisrundes .lohr verbandet, welches zum mindesten auf einem Teil seinar Länrre deformiert wird. Dieses liohr weist einen gröüe-Γ3ΐι .jtröiiungswidsrstand auf als das ursprünglich runde .,ohr itisichan ümfangs, dagegen Kleinere i-.apillarkräfte als ein rundes xiohr mit gleichem Strömungswiderstand wie

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das deformierte Rohr.

Ferner wird die Temperatur des flüssigen Kältemittels am unteren i]nde 24 des Vorverdauipfers 22 bei Herabsetzen des durch den Vorverdampfer 22 durchströmenden Teilgasstromes über ein vorbestraftes kaii hinaus gegenüber der Kühlgrenzteiuperatur imuisr weiter ansteigen.

Der aus den vorstehend geschilderten praktischen 'i den in einem gewissen Umfang unvermeidliche Drosselver lust läßt sich jedoch dilrch Einschalten des /ärmeaustauschers zwischen Laltemittelflüssigkeit im iohr 20 und Teilgasstroiü im Bohr 21 teilweise kompensieren.

Tatsächlich ist bei Apparaten, die auf verschiedenen otufen arbeiten massen (erhöhte oder reduzierte wärmezufuhr im Kocher) wie das z. B. bei den modernen Zweiteiaperatur-Kühlschranken der ?all ist und bei v;elchen das Ausmaß der Drosselung am Anfang 23 des Yorverdampfers ad aus diesem Grund verschiedene werte annehmen kann, die Verbesserung des .-ärmeverhältnisies durch diesen ,/armeaustauscher bedeutungsvoll.

Das Ausführungsbeispiel {reiuäß der ,rfindun? nach J¹Ig. ^yj zeigt gegenüber denjenigen nach iig. 2 in apparativer Beziehung verschiedene Vereinfachungen, welche in der Iraxis wirtschaftlich von .dedeutunp· sind.

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Z.S kauri dabei von der .ttn.scηIu₁-Steile 29 der Dampfleitung 2Ü aber den i,ondeasator 12, die Kondensat leitung 5G und den /orverdan;pfer 22 bis zur ..nachlußstelle des letzteren an den VeraaL^fer 1p ein *ionx· rl3iciier Dimension verv/endet werben. Dieses .ioar lu .. ledirjlicb i^ i.onaensatorteil &it _ii_x.pen versehea um lancs der· Lonaeüsatleitun^sstrecKe 30 zur Verhinderun<r unerwünschter interner Hilfsi?aszirkulation deformiert v.erden, ζ. ά. pemä.i /if?. 4, zusaiuueii^ei-reßt werden. ..eiterhin ist es entlang der ',Torverdaiki-funrsatrecKe idt mitteln auszurasten, welche eine :rute ^euetzun^ durch ä:£ i.^lteiuittel ermöglichen.

Ferner eribrit sici,. b«i die? ^r ..uoi'uaruxin· das ,axbrinaen einer s>2_; ^r-jkOeii Jruckaus i'iiol^Ieituii ■■■·, „.'eil au ca ixi der jutleioüii- ;>ü ein ν Γΐ-ei-i Ji .^^ij-K^itsob-iri i-iChe >^ en clz+oz ui;d das .-.i-.f3---i? carer über den /erdan.^- i'er xxaa '.as ri.eauct.iuscher sui: ie- i-.on-ieaser zaz ·.eichen

Das f-^c:.*^-eir. c. te :ioo;-7_ctellt;u .rcfii der i.ondeusatleitu::^r' ;>^, e.ⁱ_^ubt es, der .-_vi ""!ei :u:i" ^1 entlang der i.onie:: ΐΐ-ri;: :i^ pO, wo die oei^a-i ic .arneaustauscn steilen, di ? eri'orderlicne ..31-"Ua." von üiiudestens 2 zur !..-.. zu reben uni zu c-rreior.en, dan :?'lüssi-Ticeits-

rc-> i'-i- u::i.;u:e:. und sein „uers3::..i:⁴: cii"en bleibt.

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Fig. 4' zeigt einen Schnitt durch den aus den Rohren 30 und 31 gebildeten Wärmeaustauscher. Die freie Flüssigkeitsoberfläche in der Kondensatleitung 30 ist mit 32 bezeichnet.· JL's wird aus dieser Figur ersichtlich, daß die zwei .Rohre 30 und 31 wärmeleitend z. B. durch Schweißen, Löten, Kleben u.a. miteinander verbunden sind.

■"' ■ ff

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. ADsorptioiiskuhlaggregat mit druckausgleichendem Hilfsgas, - ■

   dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kondensator (13) und dem /erdampfer (15) in otrömungsrichtung "des Kältemittelkondensates ein viiclrmeaustauscher (20, 21; 30, 31) und ein /orverdampfer (22) angeordnet sind, welcher wärmeaustauscher einerseits von flüssigem Kältemittelkondensat und andererseits von einem aus dem \forverdampfer (22) strömenden Hilfsgasbeilstrom "beaufschlagt ist.

   1. iibsorptionskühlaggregat nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßleitung (21, 31) entlang dem Wärmeaustauscher (20, 21; 30, 31) mit der kondensatleitung (20, 30) einen Neigungswinkel von mindestens 2° gegenüber der Horizontalen aufweist.

   3· -i-bsorptionsicuhlaggregat nach ,Anspruch 1, . ^:

   dadurcn gekennzeichnet, daß die xsypaßleitung (25) mindestens auf einem Teil ihrer Länge einen vom kreisrunden j abweichenden querschnitt aufweist.

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   4. iibsorptionskuhlaggregat nach Einspruch 1, dadurch.· gekennzeichnet, daß die JLondensatleitung 0ü) derart be sonar fen und angeordnet ist, daß sich im .betrieb eine zusammenhängende, freie ji'lu.ssigkeitsoberflache bildet.

   5· Äbsorptionsicunlaggregat nach den Ansprüchen 1 und 4-,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatleitung 0G) derart deformiert ist, daß eine interne Konvektion des Hilfsgas es über der fneien i'lüssi^keitsoberf läcne dadurch verhindert; wird.

   b. ^bsorptionskuMa^^re^at nach den .nsprucnen Ί und 4,

   dadurch, gekennzeichnet, daß die üondensableitung (y^) einen flachen, z. ß. Iknrs ovalen hocngastellten Querschnitt aufweist, um eine freie .e'lüssigkeitsoberflache zu schaffen und eine interne Konvektion aes _XJ.ilfsp-ases über der freien i'lussieckeitsoberflache zu vernindern.

   7· Absorptionskahlaggregat nach den ansprachen 1 und m-,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher z-.vischen .Bypaillei'cung und ilondens at leitung aus eixiem in vertikaler .dichtung flachgedrückten xiohr (3>u) als i^on- · densatleitung und aus einem damit wärmeleitend verbundenen und im Verhältnis * zu deren Längsachse geneigten Bypaßrohr 01) gebildet ist.

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   — Ip-

   8. Absorptionskühlaggregat nach den Ansprüchen 1 und 4,

   dadurch gekennzeichnet, daß in der Kondensatleitung ' (50) Verdrängungsmittel angeordnet sind, um eine interne Konvektion des Hilfsgases über der freien flüssig-, keitsoberflache zu verhindern.

   9. Absorptionskühlaggregat nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem liocher (1) und dem Verdampfer (15) die dampfleitung (28), der kondensator (13), die KondensatIeituns (ρΌ) und der Vorverdampfer (22) die gleiche· iuisgangsrohrdimension aufweisen."

   10. Absorptionskahlaggregat nach Einspruch 1, ·

   dadurch gekennzeichnet, dai*. die Dampf leitung (28), der Kondensator (1i>), die Kondensat leitung (3o) und der Vorverdanii^fer (2.2) aus einem einzisren ^ohrstück hergestellt sind.

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   löers e ι te