InLithiumbromid-AbsorptionskältemaschineDie Lithiumbromidlösung (LiBr) dient als primäres Absorptionsmittel und ermöglicht durch ihre stark ygroskopischen Eigenschaften den Kältekreislauf. Durch die leichte Absorption von Wasserdampf hält sie im Absorber eine Umgebung mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck aufrecht und erleichtert so die Kaltwasserproduktion. Die LiBr-Lösung weist jedoch temperaturabhängige Löslichkeitseigenschaften auf. Weichen die Betriebsparameter von den Konstruktionsspezifikationen ab und überschreitet die Lösungskonzentration ihre Löslichkeitsgrenze bei der herrschenden Temperatur, fällt LiBr aus der flüssigen Phase in Form fester Kristalle aus – ein Phänomen, das als Kristallisation bezeichnet wird.

Der zugrundeliegende Mechanismus lässt sich anhand einer übersättigten Zuckerlösung veranschaulichen: Bei erhöhter Temperatur kann sich mehr gelöster Stoff lösen, während eine Temperaturabsenkung oder eine zu hohe Stoffkonzentration zur Ausfällung führt. In LiBr-Systemen gelten ähnliche thermodynamische Prinzipien, wobei bei Erreichen der Übersättigung eine Kristallisation auftritt.

Betriebliche Auswirkungen der Kristallisation

Kristallisation birgt erhebliche Betriebsrisiken für Absorptionskältemaschinen. Feste LiBr-Ablagerungen können sich in den Zirkulationswegen ansammeln, Sprühverteiler und Lösungsleitungen verstopfen und so den Absorptionsmittelfluss behindern. Darüber hinaus bildet Kristallablagerung auf Wärmetauscheroberflächen eine Isolierschicht, die die Wärmeübertragungsleistung beeinträchtigt und die Kühlleistung erheblich reduziert. Durchflussbeschränkungen können zudem zu lokalen Temperatur- und Druckungleichgewichten im Absorber oder Generator führen und so die Stabilität des Absorptionszyklus beeinträchtigen.

Bei unkontrollierter Kristallisation erkennen die integrierten Überwachungs- und Steuerungssysteme Abweichungen bei Konzentration, Temperatur oder Druck und leiten eine automatische Schutzabschaltung ein. Diese Schutzabschaltung verhindert zwar mechanische Schäden, führt aber zu einem sofortigen Verlust der Kühlleistung. Die Wiederherstellung erfordert kontrolliertes Erhitzen zum Auflösen der Kristalle, anschließend eine mechanische Inspektion und die Beseitigung aller verbleibenden Verstopfungen – ein zeitaufwändiger und betriebsstörender Prozess.

Hauptursachen der Kristallisation

• Typische auslösende Faktoren sind:
• Zu niedrige Kühlwassertemperaturen führen zu einer lokalen Abkühlung des Absorbers.
• Erhöhte Lösungskonzentration über die Löslichkeitsschwelle hinaus.
• Unterbrechung der Wärmezufuhr oder Lösungszirkulation, was zu schnellen, örtlich begrenzten Temperaturabfällen führt.
• Unsachgemäße Start- oder Herunterfahrsequenzen, insbesondere abruptes Abkühlen.
• Eindringen von Partikeln oder anderen Verunreinigungen, die als Keimbildungsorte dienen.