InLithiumbromid-AbsorptionskältemaschineDie Lithiumbromid-Lösung (LiBr) dient als primäres Absorptionsmittel und ermöglicht durch ihre stark hygroskopischen Eigenschaften den Kältekreislauf. Durch die schnelle Absorption von Wasserdampf sorgt sie für eine niedrige Temperatur und einen niedrigen Druck im Absorber und erleichtert so die Kaltwassererzeugung. Allerdings weist die LiBr-Lösung temperaturabhängige Löslichkeitseigenschaften auf. Weichen die Betriebsparameter von den Auslegungsspezifikationen ab und überschreitet die Lösungskonzentration die Löslichkeitsgrenze bei der jeweiligen Temperatur, fällt LiBr aus der flüssigen Phase als fester Kristall aus – ein Phänomen, das als Kristallisation bezeichnet wird.

Der zugrundeliegende Mechanismus lässt sich analog zu einer übersättigten Zuckerlösung veranschaulichen: Bei höheren Temperaturen kann mehr gelöster Stoff gelöst werden, während eine Temperaturabsenkung oder eine zu hohe Konzentration des gelösten Stoffes zur Ausfällung führt. In LiBr-Systemen gelten ähnliche thermodynamische Prinzipien; die Kristallisation erfolgt bei Erreichen der Übersättigung.

Betriebliche Auswirkungen der Kristallisation

Die Kristallisation birgt erhebliche Betriebsrisiken für Absorptionskältemaschinen. Feste LiBr-Ablagerungen können sich in den Zirkulationswegen ansammeln, Sprühverteiler und Lösungsleitungen verstopfen und dadurch den Absorptionsmittelfluss einschränken. Darüber hinaus bildet die Kristallablagerung auf den Wärmetauscherflächen eine Isolierschicht, die die Wärmeübertragungsleistung beeinträchtigt und die Kühlleistung erheblich reduziert. Durchflussbehinderungen können außerdem zu lokalen thermischen und Druckungleichgewichten im Absorber oder Generator führen und die Stabilität des Absorptionskreislaufs gefährden.

Schreitet die Kristallisation ungehindert fort, erkennen die bordeigenen Überwachungs- und Steuerungssysteme Abweichungen in Konzentration, Temperatur oder Druck und leiten eine automatische Schutzabschaltung ein. Diese erzwungene Abschaltung verhindert mechanische Schäden, führt aber zu einem sofortigen Ausfall der Kühlleistung. Die Wiederherstellung erfordert kontrolliertes Erhitzen, um die Kristalle aufzulösen, gefolgt von einer mechanischen Inspektion und der Beseitigung etwaiger verbliebener Verstopfungen – ein zeitaufwändiger und betriebsunterbrechender Prozess.

Hauptursachen der Kristallisation

• Typische Auslöser sind:
• Zu niedrige Kühlwassertemperaturen führen zu einer lokalen Abkühlung des Absorbers.
• Erhöhte Lösungskonzentration oberhalb der Löslichkeitsschwelle.
• Unterbrechung der Wärmezufuhr oder der Lösungszirkulation, die zu raschen lokalen Temperaturabfällen führt.
• Unsachgemäße Start- oder Abschaltvorgänge, insbesondere abrupte Abkühlung.
• Eindringen von Partikeln oder anderen Verunreinigungen, die als Kristallisationskeime dienen.