Die Absorptionsmaschine

Absorptionsmaschinen

Absorptionsmaschinen arbeiten auf der Basis dreier bekannter physikalischer Phänomene:

1. Verdampfung und Verflüssigung. Verdampfende Flüssigkeit absorbiert Wärme, bei Kondensation wird Wärme abgegeben.
2. Die Siedetemperatur einer Flüssigkeit ist vom Druck abhängig. Mit sinkendem Druck nimmt auch die Temperatur ab.
3. Einige chemische Stoffe besitzen die Affinität, sich gegenseitig zu binden.

Grundprinzip

Bei der Erläuterung des Grundprinzips von Absorptionsmaschinenwerden als Arbeitsmittelpaar Lithiumbromid (LiBr) und Wasser zugrunde gelegt. In diesem Fall ist Wasser das zu verdampfende Kältemittel. Der Siedepunkt von Wasser ist abhängig vom Druck. Bei atmosphärischem Druck (1,01325 bar) siedet Wasser bei 100°C; bei geringerem Druck ist auch die Siedetemperatur niedriger. Bei nur 800 Pa beträgt die Siedetemperatur 3,9°C. LiBr ist hygroskopisch [Hygroskopie bezeichnet in der Chemie und Physik die Eigenschaft, Feuchtigkeit aus der Umgebung, meist in Form von Wasserdampf aus der Luftfeuchtigkeit, zu binden.] und reduziert den Dampfdruck [Der Dampfdruck ist ein stoff- und temperaturabhängiger Gasdruck und bezeichnet den Umgebungsdruck, unterhalb dessen eine Flüssigkeit beginnt, in den gasförmigen Zustand überzugehen.] des Wassers um 80%.

Der Absorptionsprozess basiert auf einem Zweistoffsystem, bei dem die Massenanteile Auskunft über die Konzentration geben. Der Begriff der Absorption beschreibt die Fähigkeit von Lösungen oder einzelnen Flüssigkeiten, gasförmige Teilchen aufzunehmen. Dabei vollzieht das gasförmige Teilchen (Absorbat[Analog zur Bezeichnung bei den Adsorptionsmaschinen ist das Absorbat das Kältemittel]) einen Phasenwechsel und geht mit dem Absorbent in Lösung. Ist der Abstand der Siedepunkte beider Stoffe nicht groß genug gewählt, um ein Mitverdampfen des Lösungsmittels zu vermeiden, werden Rektifikations-einrichtungen erforderlich [9]. Desweiteren besteht bei vielen Lösungsmitteln die Gefahr der Korrosion bei hohen Temperaturen, sowie nicht unerheblicher Kristallisationsprobleme [34, 35]. Die heutzutage wichtigsten Arbeitsstoffpaare sind nach [9, 36-38]:

• Lithiumbromid-Wasser oder Lithiumbromid-Methanol
• Wasser-Ammoniak oder Wasser-Methylamin
• Hydroxid-Wasser
• Nitrat-Wasser oder Nitrat-Ammoniak

Die Verdichtung bei den Absorptionsmaschinen wird wie in den zuvor behandelten Verfahren nicht mit einem mechanischen Kompressor vorgenommen, sondern in Form einer thermischen Verdichtung durch Heizwärmezufuhr. Dabei findet eine Reaktion zwischen Lösungsmittel und Kältemittel statt. In Abbildung 19 ist eine schematische Darstellung der einstufigen Absorptionsmaschine (links) und der Absorptionskältemaschinen-Prozess im lg p,1/T-Diagramm dargestellt. Der einstufige Prozess besteht aus einem Lösungsmittelkreislauf [Hier ist mit Lösungsmittelkreislauf die umlaufende Lithiumbromid-Lösung gemeint und mit Kältemittelkreislauf das umlaufende Wasser.] (1-6) und einem Kältemittelkreislauf (1-3,7-10).

Bei Absorptionsmaschinen wird die Druckerhöhung von Verdampferdruck  auf Kondensationsdruck  meist mit einer Flüssigkeitspumpe, und die Druckminderung von  auf  mit einer Drosselarmatur bewirkt.