DE60109831T2

DE60109831T2 - Absorptionskältegerät

Info

Publication number: DE60109831T2
Application number: DE60109831T
Authority: DE
Inventors: Mitsuru 4-1 Ishikawa; Nobuyuki 4-1 Yuri; Hidetaka 4-1 Kayanuma
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: KR20010076370A; CN1172138C; KR100542833B1; EP1120613A3; EP1120613A2; EP1120613B1; CN1319751A; US20010009101A1; US6422033B2; DE60109831D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Absorptions-Kühlvorrichtung und insbesondere eine Absorptions-Kühlvorrichtung, welche eine Funktion zum Entfernen von nicht kondensierbarem Wasserstoffgas, welches während des Absorptions-Kühlzyklusvorgangs erzeugt wird, mit einer Reduktionsreaktion hat, und zwar gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Absorptions-Kühlvorrichtungen zur Verwendung als Kühlvorrichtungen, welche in einem Absorptions-Kühlzyklus betrieben werden, sind bereits bekannt. Da auf ihren Vorteil hinsichtlich der die Effizienz des Energieverbrauchs während des Betriebs geachtet wird, werden solche Absorptions-Kühlvorrichtungen außerdem vermehrt zum Ausführen eines Wärmepumpen-Heizvorgangs mit der Verwendung von Wärme, welche von einem Verdunster aus der umgebenden Atmosphäre gepumpt wird, zusätzlich zu dem Kühlvorgang gefordert. Beispielsweise ist in der japanischen Patentveröffentlichung Heisei 6-97127 ein Absorptionsgerät zum Zuführen von heißem/kaltem Wasser offenbart, das drei unterschiedliche Betriebsmodi ausführen kann: Kühlen, Erwärmen durch einen Wärmepumpen-Vorgang und Erwärmen durch direktes Verbrennen (Boilerbetrieb).
In dem Absorptions-Kühlzyklus einer solchen Absorptions-Kühlvorrichtung kann eine Kontaktreaktion zwischen den Bestandteilen eines Kühlmittels, dem Metallmaterial, den Kühlleitungen und einem Antikorrosionsmittel eine geringe Menge von nicht kondensierbarem Gas wie beispielsweise Wasserstoff erzeugen. Es wird gesagt, dass die Existenz dieses nicht kondensierbaren Gases den Vakuumzustand des Absorbierers oder Verdunsters ungünstig beeinflusst, welcher auf einem sehr niedrigen Druck innerhalb des Bereichs von einigen wenigen mmHg bis hin zu einigen hundert mmHg gehalten werden sollte, und dadurch die Betriebseffizienz des Kühl- und Erwärmungsvorgangs vermindert. Dies erfordert ein Extraktionsmittel wie beispielsweise eine Vakuumpumpe, um periodisch einen Wartungsvorgang auszuführen, um dieses nicht kondensierbare Gas nach außen hin auszubringen.
Solche Vorrichtungen zum Ausbringen oder Entfernen des nicht kondensierbaren Gases aus einer Absorptions-Kühlvorrichtung nach außen sind in den japanischen veröffentlichten Patenten Heisei 8-121911 und Heisei 5-9001 offenbart. Diese Vorrichtungen ermöglichen es, das nicht kondensierbare Gas aus einer Kühlflüssigkeit abzuscheiden und in eine erwärmte Palladiumleitung hinein zu leiten, wo es dann durch die Wirkung der selektiven Permeabilität des Palladiums nach außen ausgegeben wird.
In einer Absorptions-Kühlvorrichtung, welche ein Alkohol-Kühlmittel wie beispielsweise Fluoridalkohol zum Betreiben des Absorptions-Kühlzyklus verwendet, ist das Kühlmedium mit Wasser gemischt, um eine Korrosion des Metallmaterials einer Kühlleitung zu verhindern. Dies führt jedoch dazu, dass das Wasser mit Aluminium in dem Kühlleitungsmaterial reagiert, wodurch eine geringe Menge an Wasserstoffgas erzeugt wird, welches dann entfernt werden muss.
Die Erzeugung des Wasserstoffgases ergibt sich aus den folgenden Anoden- und Kathodenreaktionen. Die Anodenreaktion wird ausgedrückt durch Al → Al³ + 3e^– und Al³ + 3OH → AlOOH·H₂O (die Hydrierung von Aluminiumionen oder die Abscheidung einer Boehmitschicht), und die Kathodenreaktion wird ausgedrückt durch 3H + 3e → 3/2H₂ (Erzeugung von Wasserstoff).
Wenn das Kühlmittel nicht ein alkoholisches ist, sondern Wasser in Kombination mit einem Absorbenten aus Lithiumbromid (LiBr) oder Ammoniak (NH₃) in Kombination mit einem Absorbenten aus Wasser, wird Wasserstoffgas freigesetzt und muss entfernt werden.
Die Vorrichtungen zum Entfernen des nicht kondensierbaren Gases, die in den oben beschriebenen Veröffentlichungen offenbart sind, haben die folgenden Nachteile. Da diese Vorrichtungen zum Ausbringen des Wasserstoffgases nach außen ausgestaltet sind, müssen ihre Aufbauten komplex sein, um eine Luftdichtheit sicherzustellen. Da Wasser in dem Kühlmedium nach und nach vermindert wird, kann außerdem seine Menge, die zum Verhindern der Korrosion erforderlich ist, kaum aufrechterhalten werden.
EP 0 994 317 A2 ist ein Dokument aus dem Stand der Technik gemäß Artikel 54 (3) und (4) EPÜ und beschreibt eine Absorptions-Kühlvorrichtung mit einem Kondensator, begleitet von einem Kondensatortank. Eine Anordnung zum Entfernen von Wasserstoff ist innerhalb dieses Kondensatortanks vorgesehen.
Eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bekannt aus US-A-4,398,399, US-A-2,320,349 und DE-C-587 712.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, im Hinblick auf eine Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile eine Absorptions-Kühlvorrichtung mit einer Reduktionseinheit zu schaffen, deren Effizienz verstärkt ist.
Die Absorptions-Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Bevorzugte Merkmale sind in abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wirkt das Wasserstoffgas auf das oxidierende Metall ein und wird mit der Reduktionsreaktion oder Deoxidierung des oxidierenden Metalls in Wasser verwandelt und kann so eliminiert werden. Dies verhindert eine Verminderung der Betriebseffizienz mit einer Verminderung des Vakuumzustands des Kondensators, des Verdunsters, des Absorbierers und der Kühlmittelleitungen. Außerdem wird von der Reduktion erzeugtes Wasser hin zu der Kühlmittelleitung transferiert, wodurch das Kühlmedium seinen Wassergehalt auf einer gewünschten Menge halten kann. Da die Reduktionseinheit in dem Kondensator angebracht ist, kann sie auf günstige Art und Weise Wärme aus dem Kühlmitteldampf abziehen, die für die Reduktionsreaktion verwendet bzw. benötigt wird.
Insbesondere kann die Reduktionsreaktion, da die Reduktionseinheit in dem Kondensator vorgesehen ist, durch die Wärme des Kühldampfes weiter gefördert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen hauptsächlichen Bereich des Kondensators in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Modifikation des Kondensators der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht, welche einen hauptsächlichen Bereich des Kondensators in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Ansicht entlang der Linie A-A der 3;
5 ist eine Querschnittsansicht, welche einen hauptsächlichen Bereich des Kondensators in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Ansicht entlang der Linie B-B der 5; und
7 ist eine Querschnittsansicht eines Kondensators, welche die vierte Ausführungsform zeigt;
8 ist eine Querschnittsansicht eines Kondensators, welche die fünfte Ausführungsform zeigt;
9 ist eine schematische Ansicht eines hauptsächlichen Bereichs eines Kondensators, welche die sechste Ausführungsform zeigt;
10 ist ein Kreisdiagramm einer Absorptions-Kühlvorrichtung, welches die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein Diagramm, welches verschiedene Temperaturen an bestimmten Stellen in dem Kondensator zeigt, und
12 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Temperatur bei der Reduktionseinheit und der Menge des reduzierten Wasserstoffs veranschaulicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
10 ist ein Blockdiagramm, welches einen hauptsächlichen Bereich einer Absorptions-Kühl-/-Heizvorrichtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Verdunster 1 beinhaltet ein Kühlmittel aus Fluoridalkohol wie beispielsweise Trifluorethanol (TFE), während ein Absorbierer 2 eine Lösung aus einem DMI-Derivativ wie beispielsweise Dimethyl-Imidazolidinon beinhaltet, welche einen Absorbenten beinhaltet. Das Kühlmittel ist nicht auf Fluoridalkohol beschränkt, sondern kann irgendein geeignetes Mittel sein, dessen nicht gefrierender Bereich breit ist. Die Lösung ist nicht auf das DMI-Derivativ beschränkt und kann auch jede andere absorbierende Lösung sein, deren nicht gefrierender Bereich breit ist, die einen höheren Atmosphärentemperatur-Siedepunkt hat als TFE und genug Energie hat, um TFE zu absorbieren.
Der Verdunster 1 und der Absorbierer 2 sind in Fluidverbindung miteinander über einen (Kühl-)Dampfkanal 5. Wenn der Verdunster 1 auf einem geringen Druck wie beispielsweise 30 mmHg gehalten wird, ist das Kühlmittel darin dampfförmig und bewegt sich über den Dampfkanal 5 in den Absorbierer 2 hinein, wie durch die Doppelstrich-Pfeile angezeigt. Der Kühldampf wird dann von dem Absorbenten in dem Absorbierer 2 absorbiert, wodurch eine Absorptionsgefrierwirkung verursacht wird.
Eine Kühleinrichtung 18 ist zum Erhitzen und Verdampfen eines verbleibenden Nebels (des Kühlmittels) in dem Kühldampf und zum Vermindern der Temperatur des Kühlmittels, das von dem Kondensator 9 her empfangen wird, vorgesehen.
Wenn ein Brenner 7 angezündet wird, um einen Regenerator 3 zum Erhöhen der Konzentration der Absorbentenlösung in dem Absorbierer 2 aufzuheizen, absorbiert das Absorbent den Kühldampf in dem Absorbierer 2, und die Verdunstung des Kühlmittels in dem Verdunster 1 wird beschleunigt, wodurch sich das Innere des Verdunsters 1 mit der latenten Wärme der Kühlmittelverdampfung abkühlt. Der Brenner, der Regenerator und die Konzentration der Absorbentenlösung werden später noch genauer beschrieben. Eine Röhre oder Leitung 1a zum Leiten eines abgekühlten Wassers ist so angebracht, dass sie durch den Verdunster 1 hindurch verläuft, durch Verwenden einer Pumpe 4. Die Röhre 1a ist an einem Ende (der Ausgangsseite in der dargestellten Ausführungsform) mit der Öffnung Nr. 1 eines ersten Vierwegeventils V1 verbunden und am anderen Ende (in der Ausführungsform der Eingangsseite) mit der Öffnung Nr. 1 des zweiten Vierwegeventils V2. Das Kühlmittel wird durch die Wirkung einer Pumpe P1 zum einem Sprühmittel 1b gefördert, welches in dem Verdunster 1 angebracht ist, so dass es über die Röhre 1a gesprüht wird, in welcher das gekühlte Wasser verläuft. Das Kühlmittel entzieht dem gekühlten Wasser in der Röhre 1a die Wärme und wendet sich einem Dampf zu, welcher über den Dampfkanal 18 in den Absorbierer 2 hineingeleitet wird. Demzufolge vermindert sich die Temperatur des gekühlten Wassers weiter.
Das Kühlmittel in dem Verdunster 1 wird von der Pumpe P1 hin zu dem Sprühmittel getrieben, und außerdem wird, wie es später noch genauer beschrieben wird, seinen Anteil durch den Filter 4 hindurch geleitet und dem Gleichrichter 6 als ein Dampf-/Flüssigkeitskontaktfluid übermittelt (im folgenden bezeichnet als "Ausblutung"). Ein Durchflusssteuerventil V5 ist zwischen dem Verdunster 1 und dem Filter 4 vorgesehen. Das in der Röhre 1a laufende gekühlte Wasser kann vorzugsweise entweder eine Ethylenglycol- oder Propylenglycolwasserlösung sein.
Wenn der Kühldampf von der Lösung in dem Absorbierer 2 absorbiert wird, erhöht die Absorptionshitze die Temperatur der Lösung. Je geringer die Temperatur und je höher die Konzentration der Lösung, desto größer wird die Absorptionsfähigkeit der Lösung sein. Um den Temperaturanstieg der Lösung abzuschwächen, ist eine Röhre 2a in dem Absorbierer 2 vorgesehen zum Führen eines Durchflusses von Kühlwasser. Die Röhre 2a ist an einem Ende (in der dargestellten Ausführungsform der Ausgangsseite) über einen Kondensator 9 und eine Pumpe P3 mit der Öffnung Nr. 2 des ersten Vierwegeventils V1 verbunden und an dem anderen Ende (auf der Eingangsseite) mit der Öffnung Nr. 2 des zweiten Vierwegeventils V2. Vorzugsweise ist das entlang der Röhre 2a verlaufende Kühlwasser das gleiche wie das gekühlte Wasser, welches über die Röhre 1a hinwegläuft, was die Eigenschaften oder die Konstitution angeht.
Die Absorbentenlösung wird durch die Arbeit der Pumpe P2 einem Sprühmittel 2b zugeleitet, welches in dem Absorbierer 2 angebracht ist, so dass sie über die Röhre 2a gesprüht wird. Demzufolge wird die Lösung durch das entlang der Röhre 2a laufende Kühlwasser abgekühlt. Gleichzeitig entzieht das Kühlwasser der Lösung die Wärme, und ihre Temperatur wird ansteigen. Wenn die Lösung in dem Absorbierer 2 den Kühldampf absorbiert hat, fällt die Konstitution des Absorbenten ab, so dass die Absorptionsfähigkeit der Lösung sich vermindert.
Die verdünnte Lösung, die den Kühldampf in dem Absorbierer 2 absorbiert hat, wird über die Röhre 7b und ein Steuerventil 3 zu dem Gleichrichter 6 und dem Regenerator 3 mittels der Pumpe P2 zugeführt. Der Regenerator 3 ist mit dem Brenner 7 zum Erwärmen der verdünnten Lösung versehen, der Brenner 7 kann ein Gasbrenner oder jedes andere Heizmittel sein. Die Lösung wird von dem Brenner 7 erhitzt und die Konzentration des Absorbenten wird erhöht, wenn der Kühldampf abgeschieden wird. Die entstehende (konzentrierte) Lösung wird über eine Röhre 7a und ein Steuerventil V4 zu dem Absorbierer 2 zurückgeführt, wo sie über die Röhre 2a mittels des Sprühmittels 2b und der Pumpe P2 gesprüht wird.
Wenn die dem Regenerator 3 zugeleitete verdünnte Lösung von dem Brenner 7 erhitzt wird, wird ein Kühldampf erzeugt. Der Großteil der Absorbentenlösung wird in dem Gleichrichter 6 aus dem Kühldampf abgeschieden, und so wird der Kühldampf mit einer höheren Reinheit dem Kondensator 9 zugeleitet. Der Kühldampf wird dann abgekühlt und kondensiert auf eine Flüssigkeit in dem Kondensator 9 und über den Vorheizer 18 und das Reduktionsventil 11 wieder dem Verdunster 1 zugeleitet. Das Kühlmittel wird über die Leitung 1a hinüber gesprüht.
Obwohl die Reinheit des von dem Kondensator 9 zurückgeführten Kühlmittels in dem Verdunster 1 recht hoch ist, kann sie sich nach und nach vermindern oder muss sich sogar nach und nach vermindern, weil eine sehr kleine Menge des Absorbenten in dem umlaufenden Dampf sich während eines langen Zeitraums des Zyklusvorgangs ansammelt. Um die Reinheit des Kühlmittels wieder herzustellen, wird ein geringer Anteil des Kühlmittels aus dem Verdunster 1 durch das Ventil 5 und den Filter 4 zum Gleichrichter 6 geschickt, wo es mit dem Kühldampf aus dem Regenerator 3 gemischt wird. Der Filter 4 wird verwendet, um zu verhindern, dass Füllröhren des Gleichrichters 6 durch Schmutz und/oder Rost in der Absorbentenlösung verfaulen, was zu einer Beeinträchtigung der funktionalen Arbeitsweise führen könnte.
Ein Wärmetauscher 12 ist in der Mitte zwischen den Röhren 7a und 7b vorgesehen, welche den Absorbierer 2 mit dem Gleichrichter 6 verbinden. Die Absorbentenlösung mit hoher Konzentration und hoher Temperatur, welche entlang der Röhre 7a von dem Regenerator 6 aus verläuft, wird in dem Wärmetauscher 12 einem Wärmetauschvorgang mit der verdünnten Lösung unterzogen, welche von dem Absorbierer 2 her entlang der Röhre 7b strömt, so dass sie abgekühlt wird, bevor sie dem Absorbierer 2 zugeleitet wird, wo sie zerstäubt wird. Umgekehrt wird die verdünnte Lösung durch die Wirkung des Wärmetauschers 12 vorgeheizt und dem Gleichrichter 6 zugeleitet. Dies wird sicher die thermische Effizienz in der Vorrichtung verbessern. Außerdem kann auch ein weiterer Wärmetauscher (nicht dargestellt) zum Übertragen von Wärme aus der konzentrierten Lösung zu dem Kühlwasser, welches von dem Absorbierer 2 oder dem Kondensator 9 her entlang der Röhre 2a strömt, vorgesehen sein. Demzufolge wird die Temperatur der konzentrierten Lösung, welche dem Absorbierer 2 wieder zugeführt wird, weiter vermindert werden, während die Temperatur des Kühlwassers erhöht wird.
Ein empfindlicher Wärmetauscher 14 ist auch mit einer Röhre 4a für den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser oder dem gekühlten Wasser und der Umgebungsluft versehen, und eine im Inneren befindliche Einheit 15 ist mit einer Röhre 3a versehen. Diese Röhren 3a und 4a sind an einem Ende (in der dargestellten Ausführungsform der Eingangsseite) mit den Öffnungen Nr. 3 und Nr. 4 des ersten Vierwegeventils V1 verbunden, und an dem anderen Ende (der Ausgangsseite) mit den Öffnungen Nr. 3 und Nr. 4 des zweiten Vierwegeventils V2. Die im Inneren befindliche Einheit 15 befindet sich in einem abzukühlenden oder zu erwärmenden Raum und beinhaltet einen Lüfter oder Ventilator 10, der gemeinsam zum Herausblasen entweder abkühlender oder erwärmender Luft aus seiner nicht dargestellten Ausblaseöffnung verwendet wird. Der empfindliche Wärmetauscher 14 ist normalerweise außen vorgesehen und beinhaltet einen Ventilator 19, um zwangsweise Wärme mit der Umgebungsluft auszutauschen.
Der Verdunster 1 ist mit einem Levelsensor L1 (Füllstandssensor) versehen, um die Menge des Kühlmittels zu erfassen, und einem Temperatursensor T1 zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels. Der Absorbierer 2 ist mit einem Füllstandssensor L2 zum Erfassen der Menge der Lösung ausgestattet. Der Kondensator 9 ist mit einem Füllstandssensor L9 zum Erfassen der Menge des kondensierten Kühlmittels ausgestattet, einem Temperatursensor T9 zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels und einem Drucksensor PS9 zum Erfassen des Drucks in dem Kondensator 9.
Der empfindliche Wärmetauscher 14 ist mit einem Temperatursensor T14 zum Erfassen der Temperatur der Außenluft versehen, die im Inneren befindliche Einheit 15 ist mit einem Temperatursensor T15 zum Erfassen der Temperatur eines Raums versehen, welcher klimatisiert wird, und der Regenerator 3 ist mit einem Temperatursensor T3 zum Erfassen der Temperatur der Lösung versehen.
Während des Kühlbetriebs werden die beiden Vierwegeventile V1 und V2 so eingestellt, dass ihre Öffnungen Nr. 1 und Nr. 2 mit den Öffnungen Nr. 3 bzw. Nr. 4 kommunizieren. Dadurch kann das durch Sprühen des Kühlmittels über die Leitung 1a abgekühlte Kühlwasser in die Leitung 3a der im Inneren befindlichen Einheit 15 zum Abkühlen des Raums hineinfließen.
Während des Heizbetriebs werden die beiden Ventile V1 und V2 umgeschaltet, so dass ihre Öffnungen Nr. 1 und Nr. 2 mit den Öffnungen Nr. 4 bzw. Nr. 3 kommunizieren. Dadurch kann das in der Leitung 2a aufgeheizte Kühlwasser von der Pumpe P3 in die Leitung 3a der im Inneren befindlichen Einheit 15 hinein getrieben werden, um den Raum aufzuheizen.
Wenn die Temperatur der Außenluft während des Heizvorgangs auf eine extreme Stufe abfällt, wird das Pumpen der Wärme aus der Außenluft über den empfindlichen Wärmetauscher 14 schwierig, so dass die Heizfähigkeit abnimmt. Für eine Kompensation sind ein Rückführkanal 9a und ein Öffnungs-/Schließventil 17 in einer Kombination zum Umleiten zwischen dem Kondensator 9 und dem Regenerator 3 (oder dem Gleichrichter 6) vorgesehen. Da das Pumpen der Wärme aus der Außenluft schwierig geworden ist, wird der Absorptions- und Kühlzyklus unterbrochen, und der von dem Regenerator 3 erzeugte Dampf wird hin zu dem Kondensator 9 und von diesem weg umlaufen gelassen. In dem Kondensator 9 wird die mit dem Brenner 7 erzeugte Wärme effizient durch das direkte Aufheizen zu dem Kühlwasser in der Leitung 2a übermittelt, wodurch die Heizfähigkeit verbessert wird.
Ein Modul zum Entfernen eines Wasserstoffgases, das in dem Kühl/Heizsystem vorgesehen ist, wird nun erläutert. Dieses Modul zum Entfernen des Wasserstoffgases ist in dem Inneren oder an der Innenwand des Kondensators vorgesehen. Genauer gesagt, ist die Reduktionseinheit, welche eine Hauptkomponente des Moduls zum Entfernen des Wasserstoffgases ist, so vorgesehen, dass ihre Temperatur nahe an der Kondensationstemperatur des Kühldampfes ansteigt, welcher in den Kondensator eingeleitet wird. Wenn das Metalloxid in der Reduktionseinheit dem Kühlmedium ausgesetzt wird, wird es mit; einer Schicht aus dem Kühlmedium beschichtet, und sein Kontaktflächenbereich mit Wasserstoff wird vermindert werden, so dass die Fähigkeit zum Eliminieren von Wasserstoff abnimmt. Um diese Beeinträchtigung zu verhindern, ist die Reduktionseinheit so ausgestattet, dass sie ihre Temperatur nahe an der Kondensationstemperatur erhöht. Genauer gesagt, verbleibt der Kühldampf, wenn er höher ist als die Kondensationstemperatur unkondensierbar, so dass eine höhere Fähigkeit zum Eliminieren des Wasserstoffgases sichergestellt wird. Wenn die Reduktionseinheit sich nahe an der Kondensationstemperatur befindet oder geringfügig geringer ist (beispielsweise um 5°C), verbleibt die Menge des kondensierten Kühlmediums gering und wird kaum die Fähigkeit zum Eliminieren des Wasserstoffgases beeinträchtigen.
11 ist ein Diagramm, das unterschiedliche Level der Temperatur in dem Kondensator während des Kühlvorgangs zeigt. Wie dargestellt, ist die Temperatur in dem Kondensator 9 am höchsten bei dem Empfangseinlass 94 zum Aufnehmen des Kühldampfes von dem Gleichrichter 6 her und wird mit zunehmenden Abstand von diesem Einlass 94 geringer. An keiner Stelle ist die Temperatur wesentlich geringer als 50°C. Das Kühlmedium, das sich an dem Boden des Kondensators 9 ablagert, ist bei 52°C, während die Kondensationstemperatur von TFE als Kühlmittel bei 53°C liegt.
1 ist eine Querschnittsansicht des Kondensators, begleitet von diesem Modul zum Entfernen des Wasserstoffgases. Wie dargestellt, weist der Kondensator 9 ein Gehäuse 91 auf, einen in dem Gehäuse 91 angebrachten Kern 92 sowie eine Reduktionseinheit, die neben dem Kern 91 vorgesehen ist, um als das Modul zum Entfernen des Wasserstoffgases zu dienen. Das Gehäuse 91 hat einen Kühldampfeinlass 94, der in einem Ende des Gehäuses vorgesehen ist, um den von dem Gleichrichter 6 her induzierten Kühldampf aufzunehmen. Der Kern 92 hat mehrere Metallbleche (Finnen) und eine Leitung 95, die sich durch die Finnen hindurch erstreckt. Die Leitung 95 ist als ein Bereich der Leitung 2a vorgesehen, welche für einen Durchtritt des Kühlwassers sorgt.
Das Modul 93 zum Entfernen des Wasserstoffgases als die Reduktionseinheit weist eine Röhre 96 auf, die sich von der oberen Seite des Gehäuses 91 aus hin zum Inneren des Kondensators 9 erstreckt, und einen Deckel 97, der in einem Gewinde hineingeschraubt ist, welches an der Öffnung in dem Gehäuse 91 vorgesehen ist, wo die Röhre 96 hineingepasst ist. Die Röhre 96 ist an dem Gehäuse 91 gesichert und an dem oberen Ende mittels des Deckels 97 geschlossen, der in die Öffnung hineingeschraubt ist. Ein Gewebe oder ein (netzartiger) Filter 98 ist am unteren Ende der Röhre 96 angebracht. Die Röhre 96 ist an dem unteren Ende von dem Filter 98 gestützt und mit einem Pulver- oder Granulatartigen Metalloxid 99 gefüllt.
Das Metalloxid 99 kann ein einzelnes Oxid aus einem Übergangsmetall oder eine Mischung aus Übergangsmetalloxiden sein. Charakteristische Beispiele des Metalloxids 99 sind NiO und eine NiO-basierte Mischung mit CuO, MnO₂ und Al₂O₃. Auch eine Mischung, die CuO, MnO₂ und/oder Al₂O₃ als Hauptkomponente beinhaltet, kann verwendet werden.
Während des Betriebs wird ein Wasserstoffgas H₂, welches während des Absorptionskühlzyklus erzeugt wird und in dem Kondensator 9 gespeichert wird, in direktem Kontakt mit dem Metalloxid 99 in der Röhre 96 durch den Filter 98 gebracht. Als Ergebnis findet die Reduktion oder Deoxidation des Metalloxids 99 statt, so dass Wasser erzeugt wird und das Wasserstoffgas eliminiert wird. Genauer gesagt, wird die chemische Reaktion begonnen, die ausgedrückt ist durch MOX + XH₂ = M + XH₂O ... (f1), wobei M ein Übergangsmetall ist und X eine Konstante.
Wenn das in dem Kondensator 9 gespeicherte Wasserstoffgas in Kontakt mit dem Metalloxid 99 gebracht worden ist und zu Wasser oxidiert ist, verursacht die Aktion zum Eliminieren des Wasserstoffgases kaum eine Beeinträchtigung oder Verminderung der Menge des Wassers, die sich in Kühlmedium befindet, welches entlang der Kühlmediumleitungen verläuft. Demzufolge kann das Wasser, das in den Kühlmedium vorhanden ist um die Korrosion des Metallmaterials der Kühlmittelleitungen zu verhindern, auf einer gewünschten Menge gehalten werden. Wenn Lithiumbromid oder Ammoniak als Kühlmittel verwendet wird, wird Wasser als Absorbentenflüssigkeit eingesetzt und wird so kaum den Absorptionskühlzyklusvorgang beeinträchtigen, bei welchem H₂ Gas in Wasser verwandelt wird.
Wie dargestellt, ist das Modul 93 zum Entfernen des Wasserstoffgases in dem Kondensator 9 beabstandet von dem Kühldampfeinlass 94 angebracht und kann verhindern, dass sich die Effizienz der Reduktion vermindert, weil das Metalloxid 99 von dem Kühlmedium befeuchtet wird. Weil der eingeleitete Kühldampf zumeist an der Stelle kondensiert, die von dem Kühldampfeinlass 94 beabstandet ist, wird er eine abgeschiedene Schicht über den Metalloxid 99 entwickeln.
Die Montage des Moduls 93 zum Entfernen des Wasserstoffgases ist nicht auf die in 1 dargestellte Stelle beschränkt. 2 ist eine schematische Ansicht des Kondensators 9 mit einer modifizierten Anordnung des Moduls 93 zum Entfernen des Wasserstoffgases. In der modifizierten Anordnung ist das Modul 93 zum Entfernen des Wasserstoffgases nahe an dem Kühldampfeinlass 94 vorgesehen. Da das Modul 93 zum Entfernen des Wasserstoffgases dem eingeleiteten Kühldampf sofort ausgesetzt ist und so auf einer vergleichsweise höheren Temperatur gehalten wird, kann ihr Metalloxid 99 auf der Temperatur verbleiben, die für die Reduktion geeignet ist.
Eine andere Form des Moduls zum Entfernen des Wasserstoffgases wird nun erläutert. 3 ist eine Querschnittsansicht des Kondensators 9 mit einer zweiten Ausführungsform des Moduls zum Entfernen des Wasserstoffgases. 4 ist eine Ansicht entlang der Linie A-A in 3. Wie es in den 3 und 4 dargestellt ist, ist das Modul 100 zum Entfernen des Wasserstoffgases an dem Kern 92 angebracht. Das Modul 100 zum Entfernen des Wasserstoffgases weist eine Ummantelung oder ein Gehäuse 101 auf, die bzw. das fest an der äußersten Finne des Kerns 92 angebracht ist, einen auf einer Seite einer unteren Öffnung des Gehäuses 101 vorgesehenen Filter 102 und ein Metalloxid 99, das in dem Gehäuse 101 des Moduls 100 zum Entfernen des Wasserstoffgases gehalten wird. Als Ergebnis kann das Metalloxid 99 konsistent vom dem Kern 92 eine Wärmeenergiemenge zum Fördern der Reduktion erhalten.
5 ist eine Querschnittsansicht des Kondensators 9, welcher eine dritte Ausführungsform des Moduls zum Entfernen des Wasserstoffgases hat, und 6 ist eine Ansicht entlang der Linie B-B der 5. Wie in den 5 und 6 dargestellt, sind zwei der Module 103 zum Entfernen des Wasserstoffgases vorgesehen. Jedes der Module 103 hat eine Schale oder ein Gehäuse 104, welches um eine Leitung 95 herum vorgesehen ist, welcher Teil der Kühlleitung ist, genauer gesagt, erstreckt sich die Leitung 95 über die Schale oder das Gehäuse 104 hinweg. Die zweite Modifikation ermöglicht eine Kombination aus der Wärme des Kühldampfes und der über die Leitung 95 von dem Kern 92 her empfangenen Wärme, der von dem Kühldampf aufgeheizt wird, um das Gehäuse 101 und so das Metalloxid 99, das in dem Gehäuse 101 des Moduls 103 zum Entfernen des Wasserstoffgases gehalten wird, auf einer geeigneten Temperatur zu halten.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine vierte Ausführungsform des Kondensators 9 darstellt. In der vierten Ausführungsform ist ein Modul 105 zum Entfernen eines Wasserstoffgases an einer Stützplatte 106 vorgesehen, welche horizontal an einem Gehäuse 91 des Kondensators 9 angebracht ist und ein Metalloxid 99 wie ein Gewebe oder einen Filter 107 aufweist, welches bzw. welcher das Metalloxid 99 in sich hält. Da sich die Stützplatte 106 zwischen dem Kühldampfeinlass 94 und einem Kern 92 befindet, ist sie dem Kühldampf mit einer höheren Temperatur ausgesetzt, ähnlich wie in 2.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine fünfte Ausführungsform des Kondensators 9 veranschaulicht. Die fünfte Ausführungsform hat wie die vierte Ausführungsform das Modul 105 zum Entfernen des Wasserstoffgases, welches in einer Tiefenregion des Kondensators 9 oder an der Stelle vorgesehen ist, die am weitesten von dem Kühldampfaufnahmeeinlass 94 entfernt ist. In der fünften Ausführungsform ist es, da der Kühldampf, wenn er kondensiert, kaum den Tiefenbereich des Kondensators 9 erreicht, wo das Modul 105 vorgesehen ist, ähnlich wie in 1 möglich, dass das Metalloxid 99 frei einer Befeuchtung bleibt und sich nichts hinsichtlich seiner Reduktionsfähigkeit verschlechtert.
Da das in den 7 oder 8 dargestellte Modul 105 geeignet zusammen mit der Stützplatte 106 zum Stützen des Metalloxids in dem Kondensator 9 untergebracht ist, verbleibt das Gehäuse 91 des Kondensators 9 nicht kompliziert. Demzufolge wird es einfach, die Luftdichtheit des Gehäuses 91 beizubehalten.
9 ist eine Querschnittsansicht, welche eine sechste Ausführungsform des Kondensators 9 zeigt. Gemäß jedem der früheren Beispiele ist das Modul zum Entfernen des Wasserstoffgases in dem Inneren des Kondensators 9 vorgesehen. In anderen Worten ist das Modul zum Entfernen des Wasserstoffgases angrenzend an den Kern oder die Kühlwasserleitung oder direkt daneben in dem Raum vorgesehen, wo der Kern oder die Kühlleitung vorgesehen ist. In der sechsten Ausführungsform befindet sich das Modul in einer Kammer, welche von dem Raum getrennt ist, wo sich der Kern oder die Kühlwasserleitung befindet. Wie in 9 dargestellt, ist das Modul 93 zum Entfernen des Wasserstoffgases durch eine Trennwand 108 von dem Kern 92 getrennt. Die Trennwand 108 hat eine Öffnung, die in ihrem unteren Bereich für eine Kommunikation zwischen dem Inneren des Kondensators 9 und der Kammer 109 vorgesehen ist, wo das Modul 93 zum Entfernen des Wasserstoffgases vorgesehen ist. Dadurch kann in dem Kondensator 9 gespeicherte Wasserstoffgas aus der Öffnung der Trennwand 108 hin zu einem Filter 98 strömen und den Kontakt mit dem Metalloxid 99 des Moduls 93 zum Entfernen des Wasserstoffgases geraten.
Der Vorteil, dass das Metalloxid 99, wenn es in der Atmosphäre mit zumindest einer Temperatur platziert ist, die höher ist als die Kondensationstemperatur des Kühldampfes, ermöglicht eine Verbesserung seiner Reduktionsreaktion mit der Hilfe der Wärme des Dampfes in dem Kondensator 9 wie es sich aus dem folgenden Profil ergibt. 12 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Temperatur des Aufheizens des Metalloxids und der Menge des reduzierten Wasserstoffs zeigt. Wie dargestellt, ist, wenn die Temperatur der Aufheizung des Metalloxids in einem Bereich von 40 bis 120°C liegt, die Menge des reduzierten Wasserstoffs so hoch wie mindestens 1,0 × 10^–2 mol/g oder höher. Die Spitze erscheint bei im wesentlichen 80°C. Da oben beschrieben ist, dass die Kondensationstemperatur des TFE normalerweise 53°C ist, kann die Reduktionsreaktion zum Eliminieren des Wasserstoffs garantiert werden dadurch, dass das Metalloxid zumindest auf der Kondensationstemperatur gehalten wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, wo ein Pulver- oder Granulat-förmiges Metalloxid 99 in der Röhre 96 oder dem Gehäuse 101 gefüllt ist. Beispielsweise kann das Metalloxid 99 auch die Form einer gesinterten Schicht haben, welche an den Außenflächen der Röhre 96 oder der Schale bzw. Gehäuse 101 vorgesehen ist, um so einfach einen direkten Kontakt mit dem Wasserstoffgas zu schaffen. In diesem Fall kann die Röhre 96 oder das Gehäuse 101 aus einer hohlen Stange oder einer Platte gemacht sein.
Die Oberflächen dieser Stange oder Platte, welche die Metalloxidschicht tragen, können gewellt sein, so dass der Flächenbereich insgesamt vergrößert ist. Das Metalloxid aus einer einzigen Substanz, wie zuvor beschrieben, kann mit einem Katalysatorzusatz dotiert sein, wie beispielsweise Palladium oder seine Verbindungen (PdCl₂) oder Platin oder seine Verbindung, um die Reaktion zwischen dem Metalloxid und dem Wasserstoffgas zu fördern.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die Absorptionskühlvorrichtung der Ausführungsform es, dass das in dem Kondensator 9 gespeicherte Wasserstoffgas während des Betriebs in direkten Kontakt mit dem Metalloxid 99 gerät, das in dem Modul gehalten wird, und durch die Reduktion in Wasser verwandelt wird. Demzufolge kann das Wasserstoffgas erfolgreich eliminiert werden, und die Reduktion wird geeignet durch die Wirkung von Wärme aus dem Kühldampf gefördert, welcher bei einer höheren Temperatur aus dem Gleichrichter eingeleitet wird.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, kann gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 der vorliegenden Erfindung der während des Zyklusbetriebs der Absorptionskühlvorrichtung erzeugte Wasserstoff durch die Reduktion des Metalloxids eliminiert und in Wasser verwandelt werden. Dies verhindert, dass der Vakuumzustand in den Kühlmitteilleitungen sich vermindert, so dass eine höhere Stufe der Betriebseffizienz sichergestellt wird. Außerdem wird das erzeugte Wasser nicht nach außerhalb der Vorrichtung ausgebracht, und so kann der Wasseranteil in dem Kühlmedium auf einer gewünschten Menge gehalten werden.
Da ihre Reduktionseinheit in dem Kondensator vorgesehen ist, erfordert die Absorptionskühlvorrichtung keine herkömmliche komplizierte Abdichtanordnung, wo die Reduktionseinheit außen vorgesehen ist und mit einer Leitung mit dem Kondensator verbunden ist, und es wird möglich, die Wärme des in den Kondensator eingeleiteten Kühlmediums direkt zum Fördern der Reduktion zu verwenden. Insbesondere ist gemäß dem Anspruch 2 das Metalloxid in der Reduktionseinheit geeignet vor einer Befeuchtung mit dem Kühldampf geschützt. Gemäß Anspruch 3 kann die Effizienz der Reduktion durch die Wirkung des Kühldampfes bei einer hohen Temperatur erhöht werden. Gemäß Anspruch 4 kann die Wärme des Kerns, der konstant dem Kühldampf ausgesetzt ist, ausgenützt werden zusätzlich zu der Wärme, die direkt von dem Kühldampf empfangen wird. Gemäß Anspruch 5 kann die Wärme der Kühlwasserleitung, die dem Kühldampf ausgesetzt ist, zusätzlich zu der Wärme ausgenutzt werden, welche direkt von dem Kühldampf erhalten wird.
Wie sich aus der eben erfolgten Beschreibung ergibt, wird gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 der vorliegenden Erfindung die Reduktionseinheit, welche das Metalloxid hält, auf eine Temperatur nahe an der Kondensationstemperatur des Kühlmediums aufgeheizt oder auf eine Temperatur, die nicht geringer ist als diese, um so erfolgreich Wasserstoff zu eliminieren oder zu Wasser zu reduzieren. Dies ermöglicht es, dass der Vakuumzustand in den Kühlmittelleitungen sich nicht verschlechtert, so dass die Betriebseffizienz verbessert wird. Da das durch die Reduktion erzeugte Wasser nicht nach außerhalb der Vorrichtung ausgebracht wird, kann außerdem der Anteil des Wassers in dem Kühlmedium auf einer gewünschten Stufe gehalten werden.
Insbesondere ist gemäß den Ansprüchen 2 bis 8 die Reduktionseinheit in dem Inneren des Kondensators vorgesehen oder ist eng mit diesem verbunden, so dass die Notwendigkeit einer herkömmlichen komplexen Abdichtstruktur entfällt, wo die Reduktionseinheit außerhalb vorgesehen ist und mit einer Leitung mit dem Kondensator verbunden ist. Außerdem kann die Reduktionseinheit für die Reduktion direkt durch die Wärme des Kühlmediumdampfes, welcher in den Kondensator eingeleitet wird, auf eine gewünschte Temperatur aufgeheizt werden. Gemäß Anspruch 4 kann das Metalloxid in der Reduktionseinheit vor einer Befeuchtung durch den Kühldampf geschützt werden. Gemäß Anspruch 5 kann die Reduktionswirkung in der Effizienz durch die Hochtemperaturenergie des Kühldampfes verstärkt werden.
Schließlich ist gemäß Anspruch 6 die Reduktionseinheit durch das Metalloxid verkörpert, das einfach in einem Gewebematerial eingeschlossen ist.

Claims

Absorptions-Kühlvorrichtung mit einem Verdampfer (1), in welchem ein Kühlmittel aufbewahrt wird, einem Absorber (2) zum Absorbieren eines in dem Verdampfer (1) erzeugten Kühldampfs unter Verwendung einer absorbierenden Lösung, einem Regenerierer (3) zum Aufheizen der absorbierenden Lösung, um den Kühldampf zu extrahieren und so eine Konzentration des Absorbenten in der Lösung wiederzugewinnen, und einem Kondensator (9) zum Kondensieren von in dem Regenerierer (3) extrahiertem Kühldampf, bevor dieser zurück zu dem Verdampfer (1) befördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduktionseinheit (93, 100, 103, 105) im Inneren des Kondensators (9) vorgesehen ist, um im Grunde ein Metalloxid (99) zu halten, das Wasserstoffgas zu Wasser oxidiert, welche Reduktionseinheit so angeordnet und aufgebaut ist, dass Wasserstoffgas, das während des Absorptionskühlzyklusvorgangs produziert wird, in Kontakt mit dem Metalloxid (99) gebracht wird.
Absorptions-Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Kondensator (9) ein Gehäuse (91) mit einem Einlass (94) zum Aufnehmen des Kühldampfs von dem Regenerierer (3) hat, und die Reduktionseinheit (93) sich innerhalb des Kondensators (9) auf der mit Bezug auf den Einlass (94) gegenüberliegenden Seite des Gehäuses (91) befindet.
Absorptions-Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Kondensator (9) ein Gehäuse (91) mit einem Einlass (94) zum Aufnehmen des Kühldampfs von dem Regenerierer (3) hat, und die Reduktionseinheit (93) sich innerhalb des Kondensators (9) angrenzend an den Einlass (94) befindet.
Absorptions-Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei welcher der Kondensator (9) Kernschichten (92) in seinem Inneren zum Kondensieren des Kühldampfs hat, und die Reduktionseiheit (100) nahe an diesen Kernschichten (92) montiert ist.
Absorptions-Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei welcher der Kondensator (9) Kernschichten (92) in seinem Inneren zum Kondensieren des Kühldampfs hat, sowie einen Kühlwasserkreis (95), der fest mit den Kernschichten (92) verbunden ist, und die Reduktionseinheit (103) nahe an dem Kühlwasserkreis (95) montiert ist.
Absorptions-Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Temperatur der Reduktionseinheit (93, 100, 103, 105) nahe bei der Kondensationstemperatur des Kühlmittels oder zumindest nicht geringer als diese gehalten wird.
Absorptions-Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Reduktionseinheit (93) in einer Kammer (109) untergebracht ist, die innerhalb des Kondensators (9) mittels einer Trennwand (108) definiert ist.
Absorptions-Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Reduktionseinheit (105) ein Maschenmaterial sowie ein in diesem Maschenmaterial (107) eingeschlossenes Metalloxid (99) aufweist.