WO2006102940A1 - Kühlanlage nach dem sorptionsprinzip und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Kühlanlage nach dem sorptionsprinzip und verfahren zu deren betrieb Download PDF

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WO2006102940A1
WO2006102940A1 PCT/EP2005/051441 EP2005051441W WO2006102940A1 WO 2006102940 A1 WO2006102940 A1 WO 2006102940A1 EP 2005051441 W EP2005051441 W EP 2005051441W WO 2006102940 A1 WO2006102940 A1 WO 2006102940A1
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fluid
absorption
cooling system
evaporator
collector
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PCT/EP2005/051441
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Jürgen Ullrich
Andreas Karsdorf
Heinz-Dieter Bürger
Kira Bürger
Günter Heinrich
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MIWE-ÖKOKÄLTE GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F25B15/02—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas
    • F25B15/06—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas the refrigerant being water vapour evaporated from a salt solution, e.g. lithium bromide
    • 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
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/02—Compression-sorption machines, plants, or systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems

Definitions

  • the invention relates to a cooling system according to the absorption principle with an absorption circuit in which a pump circulates an aqueous absorption fluid between an absorber, in which it absorbs water vapor, and an expeller, in which water is expelled as steam again, and with a Collector in which the steam is brought back to condensation.
  • the object of the invention is therefore to provide a cooling system, with a
  • Cooling fluid temperature is well below 0 ° C achievable and yet allows to use an aqueous solution that causes no problems in the disposal.
  • a high coefficient of performance (COP coefficient of power) and a low cost of equipment and external energy value should be placed.
  • the cooling system according to the invention according to the preamble of claim 1 is characterized in that an aqueous solution is used as the cooling fluid, which is located in an evaporator, which communicates via a steam line with a vapor space of the absorber and from the collector with condensate is fed, and that the expeller interacts with a mechanical vapor compression pump and has a immersed in the absorption fluid condensation coil, which is the input side connected to a pressure outlet of the vapor compression pump and the output side with the collector.
  • a gas space of the expeller can be connected to a vacuum pump.
  • the evaporator may be provided with an agitator which prevents in operation the formation of compact ice and thus allows the use of an aqueous solution to achieve a low temperature.
  • a pump may be located in a cooling fluid passage between the evaporator and the header to supply cooling fluid to the header.
  • the collector can also be provided with a stirrer.
  • the cooling system may have a further absorption circuit as a deep-freezing stage.
  • a pump circulates an aqueous absorption fluid between an absorber and an expeller. This absorber extracts steam from another evaporator whose cooling fluid circulates in a consumer circuit.
  • the vapor space of the expeller of the further absorption circuit may be connected to the vapor space of the absorber of the first absorption circuit.
  • the further evaporator may likewise be provided with an agitator in order to avoid the formation of ice.
  • the invention also relates to a method for operating the previously described
  • Cooling system This method is characterized in that the cooling fluid is admixed with at least one substance from the group comprising alkaline earth and alkali halides, formates, acetates, perchlorates and sulfates.
  • the cooling fluid may be added, besides water, a substance from the group comprising polyol, polyethylene oxide and polyether. Furthermore, at least one substance from the group comprising ethylene glycol, butylene glycol, polyethers and alcohols can be added to the cooling fluid.
  • the absorption fluid may differ from the cooling fluid only by its lower water content.
  • FIG. 1 schematically shows the construction of a first cooling system according to FIG.
  • FIG. 2 shows a two-stage cooling system, which is based on the system according to FIG.
  • FIG. 1 has a further absorption circuit and a deep-freeze circuit.
  • the system according to FIG. 1 contains an absorption circuit in which a
  • the expeller is heated by a heat source 4, which is, for example, a solar collector and allows the low-boiling component of the absorption fluid, namely water, to evaporate. This reduces the water content of the fluid.
  • the hot fluid is then supplied via a cooler 5 to a spray absorber 6, into which a steam line 7 opens, so that water enriched in water collects at the bottom of the spray absorber.
  • the outlet of the spray absorber 6 is connected via a siphon 8 to the sump 2, whereby the circle for the absorption fluid closes.
  • the siphon 8 has the task of separating the gas space of the collecting container 2 from that of the spray absorber under all operating conditions, which of course can also be achieved without a siphon, if the collecting container is positioned so that its gas space is equal to the gas space of the spray absorber.
  • the expeller 3 is provided with a vapor compression pump 9, which the in
  • the vapor compression pump is preferably a positive displacement type positive displacement pump, that is with an additional inlet for the compressed and cooled vapor into the pumping chamber shortly before it opens to the outlet. This relieves the pump and increases the pumping capacity.
  • the collector 11 receives water from the expeller, but is additionally charged via a pump 13 with the actual cooling fluid consisting of water and an admixture of alkaline earth or alkali halides, formates, acetates, - perchlorates or sulfates consists, for example, potassium formate KCOOH.
  • the absorption fluid in the expeller may also contain one of these admixtures, but this may not necessarily be the same substance.
  • the fluids in the expeller 3 and in the collector 11 differ only by the concentration of the aqueous solution, which is lower in the cooling fluid in the collector 11.
  • the supply of condensate to the collector 11 leads there due to the heat of solution to a temperature increase, so that the cooling with the help of the sink 12 at a given temperature is more effective.
  • An agitator in the collector 11, which is indicated in the figure, improves the mixing effect and evened out the heat development.
  • the cooling fluid comes from an evaporator 14, which is also an agitator
  • the concentration of the absorber fluid in the expeller 3 is measured with a probe 16 am
  • Input of the spray absorber 6 measured and readjusted by controlling the pump 1 to a desired value: As long as the pump 1 is turned off, the concentration increases in the expeller.
  • the freezing point depressant is added to the cooling fluid selected from ethylene glycol, butylene glycol, polyethers or alcohols.
  • Crystallization allows, up to an ice content of about 30%. Then the agitator 15 is turned on. Beyond a 30% level of ice, which is crowded at the surface due to its lower density relative to water, the evaporation rate in the evaporator decreases significantly and the temperature thus increases. Ice-sludge is favorable for isothermal cooling because the temperature remains constant as long as the enthalpy of fusion still works. Furthermore, it is possible to add polyol, polyethylene oxide or polyether to the cooling fluid for a more homogeneous distribution of ice crystals and for improved circulation capability of the cooling fluid.
  • the use cycle of the cooling fluid consists of a circulation pump 20 and the
  • Heat exchanger 21 with the (not shown) refrigerated goods.
  • coolers are connected in parallel, namely the already mentioned cooler 5 at the inlet to the spray absorber and a cooler 22 in the return line 18 from the collector 11 to the evaporator 14th
  • the crystallization temperature at which an ice suspension is formed between 0 0 C and -30 0 C can be adjusted.
  • the vapor pressure depression compared to water or ice is not high in this area.
  • the device according to the invention requires apart from the drive of the pump, and agitators only inexpensive heat energy, especially for the expeller.
  • the device according to the invention is also characterized by a small amount of equipment, compared, for example, with a device for shaving off ice from a water-sprayed cooling wall.
  • the system according to FIG. 2 does not fundamentally differ from the system described above with reference to FIG. 1, which is manifested by the same reference symbols for similar elements.
  • an additional freezing stage was added, so that the temperature in the evaporator 14 can be above 0 0 C.
  • This additional stage uses an aqueous potassium formate solution as the absorption fluid, which acts as an antifreeze.
  • the solution absorbs steam in a further spray absorber 23.
  • the latter supplies the so-enriched solution via a circulation pump 32 to an expeller 24, which is heated by a heat source 25 and whose vapor space communicates via the line 7 with the vapor space of the spray absorber 6.
  • the loop for the potassium formate solution closes via a cooler 26, from which cooled, depleted cryogenic fluid reaches the spray heads of the spray absorber 23.
  • the loss of water in the evaporator 27 can be compensated via a valve 31 from the evaporator 14 and by returning cooling fluid from the evaporator 27 by means of a pump 33 into the collector 11.
  • the vacuum pump 19 for the removal of permanent gases at the start of operation additionally performs the same task in the gas chambers of the further spray absorber 23, the further expeller 24 and the further evaporator 27 in this system.
  • the task of the spray absorber 23 is the removal of water vapor from an evaporator 27 provided with a stirrer 28, the aqueous KCOOH solution of which is conveyed by a pump 29 to a consumer heat exchanger 30.
  • the absorption fluid is again an aqueous solution of KCOOH, and also the cooling fluid in the evaporator 14 is KCOOH as before, but in a preferred mode, the flow temperature of the consumer heat exchanger 21 of the first stage only at -10 ° C without the use of the enthalpy of fusion of an ice suspension , If there is no need for cooling in this temperature range, the consumer heat exchanger 21 can be omitted.
  • this fluid At a KCOOH concentration of 63% and a temperature of -1O 0 C in the evaporator 14, this fluid has a vapor pressure of 1, 0 mbar.
  • the cooler 26 can be fed at the inlet to the absorber 23 from the absorber fluid in the evaporator 14.
  • the cryogenic fluid is at the outlet of the evaporator 27, a temperature of -32
  • An aqueous KCOOH solution with a concentration of 34% can, at this temperature, form a fluid / ice suspension which makes use of the melting enthalpy of ice for the consumer heat exchanger.
  • the heat capacity of this fluid without ice is 41.8 kJ / kg at a temperature difference of 10 degrees.
  • Such a suspension has a heat capacity of about 100 kJ / kg in isothermal cooling. If one tolerates a warming of 10 degrees, then one achieves a heat capacity of even 140 kJ / kg.
  • Absorber 23 injected KCOOH solution have a concentration of 77%. However, crystallized at -10 0 C formate. Here you can either keep the formate crystals in suspension with an ultrasonic device or direct a partial flow of frozen fluid from the pump 29 to the radiator 26 to bring the temperature of the sprayed into the spray absorber 23 solution to -2O 0 C. It then works with a formate concentration of 71%, which at -20 0 C has a vapor pressure of 0.3 mbar. The fluid / ice suspension with 34% concentration has a vapor pressure of 0.33 mbar under these conditions.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Kühlanlage nach dem Absorptionsprinzip mit einem Absorptionkreis, in dem eine Pumpe (1) ein wässriges Absorptionsfluid zwischen einem Absorber (6), in dem es Wasserdampf aufnimmt, und einem Austreiber (3), in dem Wasser als Dampf wieder ausgetrieben wird, umwälzt, und mit einem Sammler (11), in dem der Dampf wieder zur Kondensation gebracht wird. Erfindungsgemäss wird als Kühlfluid eine wässrige Lösung verwendet, die sich in einem Verdampfer (14) befindet, der über eine Dampfleitung (7) mit dem Dampfraum des Absorbers (6) in Verbindung steht und aus dem Sammler (11) mit Kondensat gespeist wird. Der Austreiber (3) wirkt mit einer mechanischen Brüdenverdichtungspumpe (9) zusammen und weist eine in das Absorptionsfluid eingetauchte Kondensationsschlange (10) auf, die eingangsseiting mit dem Druckauslass der Brüdenverdichtungspumpe (9) und ausgangsseiting mit dem Sammler (11) verbunden ist.

Description

Beschreibung
KÜHLANLAGE NACH DEM SORPTIONSPRINZIP UND VERFAHREN ZU DEREN BETRIEB
Technisches Umfeld
[001] Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage nach dem Absorptionsprinzip mit einem Absorptionskreis, in dem eine Pumpe ein wäßriges Absorptionsfluid zwischen einem Absorber, in dem es Wasserdampf aufnimmt, und einem Austreiber, in dem Wasser als Dampf wieder ausgetrieben wird, umwälzt, und mit einem Sammler, in dem der Dampf wieder zur Kondensation gebracht wird.
[002] Solche Anlagen, zum Beispiel mit einer LiBr-SoIe, sind aus der Druckschrift DE 44
15 199 Al bekannt. Sollen Temperaturen unter 00C erzielt werden, dann verwendete man bisher Kältemittel, zum Beispiel das giftige Ammoniak, die im Betrieb und bei der Entsorgung Probleme bereiten. Zudem würde man für die Kondensation der niedrig siedenden Komponente des Fluids in dem dem Verdampfer nachgeordneten Sammler eine kostengünstige Wärmesenke ausreichend niedriger Temperatur benötigen, die nicht immer und überall zur Verfügung steht. Offenbarung der Erfindung
[003] Aufgabe der Erfindung ist es also, eine Kühlanlage anzugeben, mit der eine
Kühlfluid-Temperatur deutlich unter 0°C erreichbar ist und die doch eine wäßrige Lösung zu verwenden erlaubt, die bei der Entsorgung keine Probleme hervorruft. Außerdem soll auf eine hohe Leistungszahl (COP coefficient of power) und einen geringen Aufwand an Apparaten sowie an Fremdenergie Wert gelegt werden.
[004] Diese Aufgabe wird durch die Kühlanlage gemäß dem beiliegenden Hauptänspruch gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie der bevorzugten Mittel zum Betrieb der Anlage wird auf die abhängigen Ansprüche verwiesen.
[005] Die erfindungsgemäße Kühlanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlfluid eine wäßrige Lösung verwendet wird, die sich in einem Verdampfer befindet, der über eine Dampfleitung mit einem Dampfraum des Absorbers in Verbindung steht und aus dem Sammler mit Kondensat gespeist wird, und daß der Austreiber mit einer mechanischen Brüdenverdich- tungspumpe zusammenwirkt sowie eine in das Absorptionsfluid eingetauchte Kondensationsschlange aufweist, die eingangsseitig mit einem Druckauslaß der Brüdenverdichtungspumpe und ausgangsseitig mit dem Sammler verbunden ist.
[006] Diese Anlage ermöglicht eine Kühlung auf tiefe Temperaturen, die bisher mit einer wäßrigen Lösung als Kühlfluid nicht erreichbar schienen. [007] In der Praxis kann ein Gasraum des Austreibers mit einer Vakuumpumpe verbindbar sein. Ferner kann der Verdampfer mit einem Rührwerk versehen sein, das im Betrieb die Bildung von kompaktem Eis verhindert und so die Verwendung einer wäßrigen Lösung zur Erreichung einer tiefen Temperatur ermöglicht.
[008] Außerdem kann bei einer praktischen Ausführungsform eine Pumpe in einer Kühl- fluidleitung zwischen dem Verdampfer und dem Sammler liegen, um dem Sammler Kühlfluid zuzuführen. Auch der Sammler kann mit einem Rührwerk versehen sein.
[009] Die Kühlanlage kann bei einer Ausführungsvariante einen weiteren Absorp- tionskreis als Tiefkühlstufe aufweisen. In dem weiteren Absorptionskreis wälzt eine Pumpe ein wäßriges Absorptionsfluid zwischen einem Absorber und einem Austreiber um. Dieser Absorber entzieht Dampf aus einem weiteren Verdampfer, dessen Kühlfluid in einem Verbraucherkreis zirkuliert. Bei dieser Variante kann der Dampfraum des Austreibers des weiteren Absorptionskreises mit dem Dampfraum des Absorbers des ersten Absorptionskreises verbunden sein., Der weitere Verdampfer kann ebenfalls mit einem Rührwerk versehen sein, um die Eisbildung zu vermeiden.
[010] Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb der zuvor beschriebenen
Kühlanlage. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß dem Kühlfluid mindestens ein Stoff aus der Gruppe beigemischt ist, die Erdalkali- und Alkali- Halogenide, -Formiate, - Acetate, -Perchlorate und -Sulfate umfaßt.
[011] Dem Kühlfluid kann außer Wasser einen Stoff aus der Gruppe beigefügt werden, die Polyol, Polyethylenoxid und Polyether umfaßt. Ferner kann dem Kühlfluid mindestens ein Stoff aus der Gruppe zugesetzt wird, die Ethylenglykol, Butylenglykol, Polyether und Alkohole umfaßt.
[012] In der Praxis kann sich das Absorptionsfluid vom Kühlfluid lediglich durch seinen geringeren Wassergehalt unterscheiden.
[013] Ebenfalls ist ein Verfahren zum Betrieb der Kühlanlage mit weiterem Absorptionskreis betroffen, bei welchem dem wäßrigen Absorptionsfluid des weiteren Absorptionskreises ein den Gefrierpunkt erniedrigender Stoff zugesetzt wird. Kurze Beschreibung von Zeichnungen
[014] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
[015] Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer ersten Kühlanlage gemäß der
Erfindung.
[016] Figur 2 zeigt eine zweistufige Kühlanlage, die aufbauend auf der Anlage gemäß
Figur 1 einen weiteren Absorptionskreis und einen Tiefkühlkreis besitzt.
[017] Die Anlage gemäß Figur 1 enthält einen Absorptionskreis, in dem im Betrieb eine
Pumpe 1 ein Absorptionsfluid von einem Sammelbehälter 2 in einen Austreiber 3 befördert. Der Austreiber wird durch eine Wärmequelle 4 erwärmt, die beispielsweise ein Sonnenkollektor ist und die niedrigsiedende Komponente des Absorptionsfluids, nämlich Wasser, verdampfen läßt. Dadurch wird der Wassergehalt des Fluids verringert. Das heiße Fluid wird dann über einen Kühler 5 einem Sprühabsorber 6 zugeführt, in den eine Dampfleitung 7 mündet, so daß an Wasser angereichertes Fluid sich am Boden des Sprühabsorbers sammelt. Der Auslaß des Sprühabsorbers 6 ist über einen Siphon 8 mit dem Sammelbehälter 2 verbunden, wodurch sich der Kreis für das Absorptionsfluid schließt. Der Siphon 8 hat die Aufgabe, den Gasraum des Sammelbehälters 2 von dem des Sprühabsorbers unter allen Betriebsbedingungen zu trennen, was natürlich auch ohne Siphon erreicht werden kann, wenn man den Sammelbehälter so positioniert, daß sein Gasraum in Höhe des Gasraums des Sprühabsorbers liegt.
[018] Der Austreiber 3 ist mit einer Brüdenverdichtungspumpe 9 versehen, die den im
Gasraum des Austreibers sich bildenden Wasserdampf absaugt und verdichtet in eine im unteren Bereich des Austreibers liegende Kühlschlange 10 einspeist. Durch die Verdichtung und den Kühleffekt der Schlange kondensiert der Wasserdampf und fließt dann in einen Sammler 11, der von einer schematisch angedeuteten Wärmesenke 12 gekühlt wird. Die Brüdenverdichtungspumpe ist vorzugsweise eine Verdrängungspumpe mit Voreinlaßkühlung, das heißt mit einem zusätzlichen Einlaß für den verdichteten und abgekühlten Dampf in die Pumpenkammer, kurz ehe sich diese zum Auslaß hin öffnet. Dadurch wird die Pumpe entlastet und die Pumpleistung erhöht.
[019] Der Sammler 11 empfängt zwar Wasser vom Austreiber, wird aber zusätzlich über eine Pumpe 13 mit dem eigentlichen Kühlfluid beschickt, das aus Wasser und einer Beimischung von Erdalkali- oder Alkali-Halogeniden, -Formiaten, -Acetaten, - Perchloraten oder -Sulfaten besteht, beispielsweise Kaliumformiat KCOOH. Das Absorptionsfluid im Austreiber kann ebenfalls eine dieser Beimischungen enthalten, jedoch braucht dies nicht unbedingt derselbe Stoff zu sein. In einer bevorzugten Ausführungsform unterscheiden sich die Fluide im Austreiber 3 und im Sammler 11 nur durch die Konzentration der wäßrigen Lösung, die beim Kühlfluid im Sammler 11 geringer ist. Die Zufuhr des Kondensats zum Sammler 11 führt dort aufgrund der Lösungswärme zu einer Temperaturerhöhung, so daß die Kühlung mit Hilfe der Senke 12 bei gegebener Temperatur wirkungsvoller erfolgt. Ein Rührwerk im Sammler 11, das in der Figur angedeutet ist, verbessert den Mischeffekt und vergleichmäßigt so die Wärmeentwicklung .
[020] Das Kühlfluid kommt aus einem Verdampfer 14, welcher ebenfalls ein Rührwerk
15 besitzen kann und über die oben erwähnte Dampfleitung 7 seinen Dampf dem Sprühabsorber 6 anbietet. Damit ergibt sich ein Kreislauf für das aus dem Verdampfer 14 verdampfende Wasser über den Sprühabsorber 6 (Absorption von Wasserdampf), den Sammelbehälter 2, den Austreiber 3 (Desorption) und den Sammler 11 zurück zum Verdampfer 14. Die Förderleistung der Pumpe 13 wird so eingestellt, daß sich der Sammler 11 nie vollständig entleert. Über ein Ventil 17 in einer Verbindungsleitung 18 zwischen dem Sammler 11 und dem Verdampfer 14 kann der Fluidpegel und damit auch die Temperatur im Sammler 11 abgesenkt werden, beispielsweise wenn die Senke 12 die gewünschte Temperatur alleine nicht schafft.
[021] Die Konzentration des Absorberfluids im Austreiber 3 wird mit einer Sonde 16 am
Eingang des Sprühabsorbers 6 gemessen und durch Steuerung der Pumpe 1 auf einen gewünschten Wert nachgeregelt: So lange die Pumpe 1 ausgeschaltet ist, steigt die Konzentration im Austreiber.
[022] Schließlich ist noch eine Vakuumpumpe 19 vorhanden, die Permanentgase bei Inbetriebnahme aus den verschiedenen Gasräumen, nämlich dem Austreiber 3, dem Absorber 6, den Sammlern 2 und 11 und dem Verdampfer 14 absaugt.
[023] Um zu verhindern, daß sich im Kühlfluid Eis bildet, setzt man dem Kühlfluid ein den Gefrierpunkt herabsetzendes Mittel zu, das ausgewählt wird unter Ethylenglykol, Butylenglykol, Polyethern oder Alkoholen.
[024] Man kann auch bewußt einen Eisschlamm erzeugen, indem man eine Teil-
Kristallisation zuläßt, bis zu einem Eisanteil von etwa 30%. Dann wird das Rührwerk 15 eingeschaltet. Jenseits von einem 30%-igen Anteil an Eis, das sich wegen seiner geringeren Dichte gegenüber Wasser an der Oberfläche zusammendrängt, nimmt die Verdampfungsrate im Verdampfer deutlich ab und die Temperatur somit zu. Ein Eisschlamm ist günstig für eine isothermische Kühlung, da die Temperatur konstant bleibt, so lange die Schmelzenthalpie noch wirkt. Weiter kann man zur homogeneren Verteilung von Eiskristallen und zur verbesserten Umwälzbarkeit des Kühlfluids Polyol, Polyethylenoxid oder Polyether dem Kühlfluid zusetzen.
[025] Der Nutzkreislauf des Kühlfluids besteht aus einer Umwälzpumpe 20 und dem
Wärmetauscher 21 mit dem (nicht dargestellten) Kühlgut. Zu diesem sind noch weitere Kühler parallelgeschaltet, nämlich der bereits erwähnte Kühler 5 am Einlaß in den Sprühabsorber und ein Kühler 22 in der Rückleitung 18 vom Sammler 11 zum Verdampfer 14.
[026] Verwendet man als Absorptionsfluid eine wäßrige Lösung von Lithiumchlorid LiCI mit einer Konzentration von 40%, dann kann die Temperatur dieses Fluids hinter dem Kühler 5 bei einem Dampfdruck von 1 mbar 200C, bei einem Dampfdruck von 0,6 mbar 10°C und bei einem Dampfdruck von 0,3 mbar noch 00C betragen, ohne daß eine Salzkristallisation der Sole auftritt.
[027] Wird im Verdampfer 14 eine KCOOH-Lösung verwendet, dann ergeben sich folgende Temperaturen mit entsprechenden Dampfdrücken bei verschiedenen Konzentrationen von Kaliumformiat KCOOH:
[028] Für eine Konzentration von 28% (Dampfdruck p=l,0 mbar) ergibt sich bei -200C noch keine Eiskristallisation.
[029] Für eine Konzentration von 55% (Dampfdruck p=0,6 mbar) ergibt sich bei -20°C noch keine Kristallisation.
[030] Für eine Konzentration von 46% (Dampfdruck p=0,3 mbar) ergibt sich bei -320C noch keine Kristallisation.
[031] Für eine Konzentration von 30% (Dampfdruck p=0,3 mbar) beginnt bei -230C die
Kristallisation.
[032] Für eine Konzentration von 39% (Dampfdruck p=0,2 mbar) beginnt bei -35°C die
Kristallisation.
[033] Im Bereich von 0 bis 28% KCOOH-Konzentration kann die Kristallisationstemperatur, bei der sich eine Eissuspension bildet, zwischen 00C und -300C eingestellt werden. Die Dampfdruckdepression im Vergleich zu Wasser beziehungsweise Eis ist in diesem Bereich nicht hoch.
[034] Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt abgesehen vom Antrieb der Pumpen, und Rührwerke nur preiswerte Wärmeenergie, insbesondere für den Austreiber. Außer einer hohen Leistungszahl zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch einen geringen Apparateaufwand aus, verglichen zum Beispiel mit einer Vorrichtung zum Abschaben von Eis von einer mit Wasser besprühten Kühlwand.
[035] Die Anlage gemäß Figur 2 unterscheidet sich nicht grundsätzlich von der oben anhand von Figur 1 beschriebenen Anlage, was durch gleiche Bezugszeichen für gleichartige Elemente manifestiert wird. Hier wurde lediglich eine zusätzliche Tiefkühlstufe angefügt, so daß die Temperatur im Verdampfer 14 über 00C liegen kann. Diese zusätzliche Stufe verwendet als Absorptionsfluid eine wäßrige Kaliumfor- miatlösung, die als Gefrierschutzmittel wirkt. Die Lösung nimmt in einem weiteren Sprühabsorber 23 Dampf auf. Letzterer liefert die so angereicherte Lösung über eine Umwälzpumpe 32 an einen Austreiber 24, der von einer Wärmequelle 25 beheizt wird und dessen Dampfraum über die Leitung 7 mit dem Dampfraum des Sprühabsorbers 6 in Verbindung steht. Der Kreis für die Kaliumformiatlösung schließt sich über einen Kühler 26, von dem gekühltes, abgereichertes Tiefkühlfluid zu den Sprühköpfen des Sprühabsorbers 23 gelangt. Der Wasserverlust im Verdampfer 27 kann über ein Ventil 31 aus dem Verdampfer 14 und durch Rückführung von Kühlfluid aus dem Verdampfer 27 mit Hilfe einer Pumpe 33 in den Sammler 11 ausgeglichen werden.
[036] Die Vakuumpumpe 19 zur Entfernung von Permanentgasen bei Betriebsbeginn erfüllt in dieser Anlage zusätzlich die gleiche Aufgabe in den Gasräumen des weiteren Sprühabsorbers 23, des weiteren Austreibers 24 und des weiteren Verdampfers 27.
[037] Aufgabe des Sprühabsorbers 23 ist der Entzug von Wasserdampf aus einem mit einem Rührwerk 28 versehenen Verdampfer 27, dessen wäßrige KCOOH-Lösung von einer Pumpe 29 zu einem Verbraucher- Wärmetauscher 30 befördert wird. [038] Zusätzlich zu den beiden Kreisen mit dem Absorptionsfluid und dem Kühlfluid gemäß Figur 1 gibt es also hier noch eine zweite Stufe mit einem Absorptions- und einem Tiefkühlfluidkreis. Das Absorptionsfluid ist wieder eine wäßrige Lösung von KCOOH, und auch das Kühlfluid im Verdampfer 14 ist wie bisher KCOOH, jedoch liegt in einer bevorzugten Betriebsform die Vorlauftemperatur des Verbraucher- Wärmetauschers 21 der ersten Stufe nur bei -10°C ohne Nutzung der Schmelzenthalpie einer Eissuspension. Falls kein Bedarf für eine Kühlung in diesem Temperaturbereich vorliegt, kann der Verbraucher-Wärmetauscher 21 entfallen. Bei einer KCOOH- Konzentration von 63% und einer Temperatur von -1O0C im Verdampfer 14 hat dieses Fluid einen Dampfdruck von 1 ,0 mbar. Bei dieser Temperatur kann auch der Kühler 26 am Einlaß in den Absorber 23 aus dem Absorberfluid im Verdampfer 14 gespeist werden.
[039] Das Tiefkühlfluid soll am Ausgang des Verdampfers 27 eine Temperatur von -32
°C erreichen. Eine wäßrige KCOOH-Lösung einer Konzentration von 34% kann bei , dieser Temperatur eine Fluid/Eissuspension bilden, welche die Schmelzenthalpie von Eis für den Verbraucher- Wärmetauscher nützt. Die Wärmekapazität dieses Fluids ohne Eis beträgt bei einer Temperaturdifferenz von 10 Grad 41,8 kJ/kg. Eine solche Suspension hat bei isothermischer Kühlung eine Wärmekapazität von etwa 100 kJ/kg. Toleriert man eine Erwärmung um 10 Grad, dann erreicht man eine Wärmekapazität von sogar 140 kJ/kg.
[040] Um eine Temperatur von -34°C im Verdampfer 27 zu erreichen, müßte die in den
Absorber 23 eingespritzte KCOOH-Lösung eine Konzentration von 77% aufweisen. Allerdings kristallisiert bei -100C das Formiat aus. Hier kann man entweder mit einer Ultraschallvorrichtung die Formiatkristalle in Suspension halten oder aber einen Teilstrom des Tiefkühlfluids von der Pumpe 29 zum Kühler 26 leiten, um die Temperatur der in den Sprühabsorber 23 eingespritzten Lösung auf -2O0C zu bringen. Man arbeitet dann mit einer Formiat- Konzentration von 71%, die bei -200C einen Dampfdruck von 0,3 mbar hat. Die Fluid/Eissuspension mit 34% Konzentration hat bei diesen Bedingungen einen Dampfdruck von 0,33 mbar.
[041] Bei der Kühlanlage gemäß Figur 2 ergibt sich eine wesentlich höhere Leistungszahl bei gleicher Endtemperatur als bei der Kühlanlage gemäß Figur 1. Es wäre auch möglich, dieses Kaskadenprinzip auf mehr als zwei Stufen zu erweitern.
[042] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen in allen Details beschränkt, sondern umfaßt im Rahmen des Hauptanspruchs zahlreiche Varianten, von denen einige oben angedeutet wurden.

Claims

Ansprüche
[001] Kühlanlage nach dem Absorptionsprinzip mit einem Absorptionskreis, in dem eine Pumpe (1) ein wäßriges Absorptionsfluid zwischen einem Absorber (6), in dem es Wasserdampf aufnimmt, und einem Austreiber (3), in dem Wasser als Dampf wieder ausgetrieben wird, umwälzt, und mit einem Sammler (11), in dem der Dampf wieder zur Kondensation gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlfluid eine wäßrige Lösung verwendet wird, die sich in einem Verdampfer (14) befindet, der über eine Dampfleitung (7) mit einem Dampfraum des Absorbers (6) in Verbindung steht und aus dem Sammler (11) mit Kondensat gespeist wird, und daß der Austreiber (3) mit einer mechanischen Brüdenverdichtungspumpe (9) zusammenwirkt sowie eine in das Absorptionsfluid eingetauchte Kondensationsschlange (10) aufweist, die eingangsseitig mit einem Druckauslaß der Brüdenverdichtungspumpe (9) und ausgangsseitig mit dem Sammler (11) verbunden ist.
[002] Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasraum des
Austreibers (3) mit einer Vakuumpumpe (19) verbindbar ist.
[003] Kühlanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (14) mit einem Rührwerk (15) versehen ist, das im Betrieb die Bildung von kompaktem Eis verhindert.
[004] Kühlanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (13) in eine Kühlfluidleitung zwischen dem Verdampfer (14) und dem Sammler (11) liegt, um letzterem Kühlfluid zuzuführen.
[005] Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (11) mit einem Rührwerk versehen ist.
[006] Kühlanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Absorptionskreis vorhanden ist, in dem eine Pumpe (32) ein wäßriges Absorptionsfluid zwischen einem Absorber (23) und einem Austreiber (24) umwälzt, und daß dieser Absorber (23) Dampf aus einem weiteren Verdampfer (27) entzieht, dessen Kühlfluid in einem Verbraucherkreis (29, 30) zirkuliert.
[007] Kühlanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfraum des Austreibers (24) des weiteren Absorptionskreises mit dem Dampfraum des Absorbers (6) des ersten Absorptionskreises verbunden ist.
[008] Kühlanlage nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verdampfer (27) mit einem Rührwerk (28) versehen ist.
[009] Verfahren zum Betrieb der Kühlanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kühlfluid mindestens ein Stoff aus der Gruppe beigemischt ist, die Erdalkali- und Alkali-Halogenide, -Formiate, - Acetate, -Perchlorate und -Sulfate umfaßt.
[010] Verfahren zum Betrieb der Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid außer Wasser einen Stoff aus der Gruppe enthält, die Polyol, Polyethylenoxid und Polyether umfaßt.
[011] Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem
Kühlfluid mindestens ein Stoff aus der Gruppe zugesetzt wird, die Ethy- lenglykol, Butylenglykol, Polyether und Alkohole umfaßt.
[012] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsfluid sich vom Kühlfluid lediglich durch seinen geringeren Wassergehalt unterscheidet.
[013] Verfahren zum Betrieb der Kühlanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem wäßrigen Absorptionsfluid des weiteren Absorptionskreises ein den Gefrierpunkt erniedrigender Stoff zugesetzt wird.
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