Die Absorptionsprozesse in der Kältetechnik

Die Absorptionsprozesse

Im Kältemaschinenprozeß gibt es einen Schritt, wo das Kältemittel den Verdampfer bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck verläßt und in Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck transformiert wird. Dies ermöglicht Kühlwasser höherer Temperatur einzusetzen.

Bei einer Kompressionskältemaschine wird  dieser Schritt vom Verdichter erledigt. Die Kältemittelverdichtung ist teuer. Betrieb, Installation, Regeleinrichtungen, der Verdichter selbst - alles ist teuer.

Es gibt auch andere Methoden. Beim Absorptions­ prozeß wird der aus dem Verdampfer kommende Dampf in einer Hilfsflüssigkeit - dem Absorptionsmittel - absorbiert (gelöst). Anschließend erhöht eine Pumpe den Druck der flüssigen Lösung. Die Drucksteigerung einer Flüssigkeit durch.eine Pumpe ist ein einfacherer und billigerer Vorgang als die Verdichtung von Dampf. Ein anderer Vorteil des Absoptionsprozesses ist der geräuscharme Betrieb. Eine Pumpe macht beträchtlich weniger Geräusche als ein Verdichter. Bei höherem Druck werden das Kältemittel und das Absorptionsmittel durch Destillation oder eine einfache Verdampfung getrennt. Es entsteht - genau wie beim Kompressionskältemaschinenprozeß - ein Hochdruck-Kältemitteldampf, der anschließend wie bei einem normalen Kreislauf verflüssigt und entspannt wird.

Bei der Destillation wird in einem Generator (Austreiber) geringwertige Wärme zugefügt. Diese Wärme ersetzt die mechanische Energie bei der Dampfverdichtung. Nach dem Austreiben des Hochdruck-Kältemitteldampfes wird das regenerierte Absorptionsmittel wieder zum Absorber zurückgeführt.

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Absorptionssystemen: Ammoniak/Wasser und Wasser/Lithiumbromid.

Ammoniak/Wasser ist ein Hochdrucksystem (˜ 24 bar), geeignet für kompakte Installationen. Ammoniak ist das Kältemittel und Wasser das Absorbent. Es gibt keine besonderen Korrosionsprobleme, außer dass Kupfer und Zink nicht verwendet werden sollten. Normalerweise wird nichtrostender Stahl eingesetzt.

Wasser/Lithiumbromid ist ein Niederdrucksystem (Vakuum - 1 bar). Wasser ist das Kältemittel und Lithiumbromid das Absorbent. Die konzentrierte Lithiumbromidlösung ist unter Umständen korrosiv gegen gebräuchliches Konstuktionsmaterial und es müssen spezielle Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Infolge des großen Dampfvolumens wird das System recht voluminös.

Anwendungen

Die Wirtschaftlichkeit der zwei Prozesse hängt von der verfügbaren Energie ab. Falls billige Elektroenergie ver­ fügbar ist, könnte die Kompressionskältemaschine wirt­ schaftlicher sein. Falls niederwertige Abwärme zu ge­ ringem Preis oder kostenlos verfügbar ist, könnte der Absorptionskreislauf die günstigere Lösung darstel len.

Es gibt grundsätzlich drei Arten von Anwendungen für Absorptionsprozesse, wo Plattenwärmeübertrager ver­ wendet werden können. Typisch für die meisten  ist, daß die Wärme für den Generator praktisch kostenlos sein muß und daß die Wärmeübertrager eine entscheidende Rolle in der Wirtschaftlichkeit der Anlage spielen.

◆   Abwärmenutzung

Eine Molkerei, ein Schlachthaus, eine Fischverarbeitungsfabrik usw. benötigen Elektrizi­ tät, Dampf/Wärme und Kaltwasser/Kälte.

Die Elektrizität wird in einem Dieselmotor oder einer Gasturbine erzeugt, das so entstehende Verbrennungs­ gas produziert Dampf. Ein Teil des Dampfes oder mög­ licherweise des Verbrennungsgases wird dann für die Absorptionsanlage genutzt.

Es werden industrielle Plattenwärmeübertrager (alle voll- oder kassettengeschweißt) an allen Stellen der Ab­ sorptionsanlage verwendet.

◆   Chemische Industriebetriebe

erzeugen manchmal große Mengen überschüssiger Wärme, welche für die Erzeugung von Kaltwasser genutzt werden kann . Voll­ oder kassettengeschweißte PHEs werden verwendet.

◆    Wohnraumk limatisierung-/wärmepumpen

Dies ist eine neue Entwicklung. In vielen Ländern, besonders in Ostasien, gibt es eine Nachfrage nach Wohnraum-Heizung während des Winters und Klimatisierung während des Sommers.

Im Gegensatz zu nördlicheren Staaten, die im Winter eine Energieverbrauchsspitze aufweisen, ist dort der Elektroenergieverbrauch während des ganzen Jahres hoch. Das Erdgasnetz hat im Winter eine Verbrauchs­ spitze. Der Zuwachs der letzten Jahre bei Klimageräten hat zu einer Überlastung des Elektrizitätsnetzes im Sommer ge­führt, während das Erdgasnetz kaum ausgelastet ist. Bei allen Wohnraumklimaanlagen werden leise Einheiten benötigt. Absorptions-A/C-Wärmepumpen sind somit eine ausgezeichnete Alternat ive. Auf S&THEs basierende Ein­ heiten werden jedoch zu schwer (~ 250 kg), um von praktischem Nutzen zu sein. Diese werden als Weißware, wie Kühlschränke, Öfen usw. verkauft und mit einem Transporter von zwei Leuten angeliefert. Die Lösung könnten Wärmepumpen/Klimaanlagen sein, die auf mit Nickel (oder anderem ammoniakresistentem Material) gelöteten Wärmeübertragern basieren. Das Gewicht kann dann halbiert werden. Die Weiterentwicklung solcher Systeme ist notwendig.

Quelle: Alfa Laval