Einfluss des Wärme- und Stofftransports im thermischen Verdichter auf das Systemverhalten von Absorptionskältemaschinen
Michael Olbricht
Absorptionskältemaschinen (AKM) können einen Beitrag zu einer energieeffizienten und klimafreundlichen Kältebereitstellung leisten. Eine genaue Anlagenauslegung erfordert die Berücksichtigung der Prozesse in den Einzelapparaten der AKM sowie deren Wechselwirkung im systemischen Zusammenhang. Detaillierte Kenntnisse über die Transportprozesse in Austreiber und Absorber sind hierfür notwendig.
Daher wird für experimentelle Untersuchungen eine Absorptionskältemaschine entwickelt und als Versuchsanlage im Labormaßstab aufgebaut. Charakterisierende Größen wie Kälteleistung und thermische Leistungszahl (COP) werden im Versuchsbetrieb erfasst. Ergänzend werden die Transportprozesse in Absorber und Austreiber untersucht. Temperaturen und Volumenströme externer Wärmequellen und –senken sowie der prozessintern zirkulierenden Lösung werden variiert.
Die Kälteleistung nimmt mit steigender Temperatur im Verdampfer und Austreiber zu. Die Steigerung der Temperatur im Absorber und Kondensator führt zu einer Abnahme der Kälteleistung. Nahezu in gleicher Weise verhält sich der COP in Abhängigkeit der vorgenannten Parameter. Lediglich die Abhängigkeit des COPs von der Temperatur im Austreiber wird zusätzlich durch die Temperatur im Verdampfer beeinflusst. Zusammenfassend lassen sich diese Zusammenhänge durch die Temperaturabhängigkeit der Entgasungsbreite erklären, die ein Maß für die Fähigkeit der Lösung ist, Kältemittel aufzunehmen. Die Erhöhung des umlaufenden Lösungsvolumenstroms in der AKM führt zu einer Reduktion von Kälteleistung und COP. Dies ist auf die von der zusätzlichen Lösung im Austreiber aufgenommenen, sensiblen Wärme zurückzuführen, die im Absorber wieder abgeführt wird. Somit verringert sich der Anteil der latent durch die Absorption von Kältemittel übertragenen Wärme. Dem gegenüber führt eine Erhöhung des Lösungsvolumenstroms zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs in Austreiber und Absorber durch eine stärkere Durchmischung des Flüssigkeitsfilms und eine besseren Benetzung der Wärmeübertrageroberfläche. Der Einfluss unterschiedlicher Temperaturen auf die Transportprozesse lässt sich auf die damit verbundene Änderung der Stoffeigenschaften der Lösung erklären.
Zur Beschreibung der Einflüsse und Wechselwirkungen wird ein Simulationsmodell des Absorptionskreislaufes entwickelt, in dem die Transportprozesse in allen Apparaten detailliert berücksichtigt werden. Die Resultate der Simulation stimmen gut mit den experimentellen Daten überein.
