DD223222A1 - Kompakt - hochdruckteil fuer eine absorptionswaermepumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf den als Kompaktanlage ausgebildeten Hochdruckteil einer Absorptionswaermepumpe, die Anordnung der einzelnen Baugruppen in einem liegenden Hohlzylinder sowie die besondere Ausbildung des Temperaturwechslers und dessen Zuordnung zum Rektifikator, zur Verminderung des Anlagen- und Fertigungsaufwandes unter der Bedingung der nichtadiabaten, differentiellen Rektifikation. Gemaess der Erfindung ist zwischen dem ueber die gesamte Breite des Querschnitts des Hohlzylinders untergebrachten Austreiber und Kondensator eine Rektifikationssaeule angeordnet, ueber deren Hoehe zwischen den Seitenwaenden des Rektifikators und dem Zylindermantel wendelfoermig verlaufende Waermeuebertragerscheiben vorgesehen sind. In den derart gebildeten uebereinander oder nebeneinander verlaufenden beiden Kanaelen fliesst in unmittelbarem Kontakt mit der Rektifikationssaeule von oben nach unten reiche, kalte Loesung sowie im Gegenstrom, isoliert vom Rektifikator, arme, heisse Loesung. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung

Kompakt - Hochdruckteil für eine Absorptionswärmepumpe

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird bei Wärmepumpen und Kälteanlagen, die nach dem Ab'sorptionsprinzip mit einem Zweistoffgemisch arbeiten, angewendet und bezieht sich auf die Ausbildung des aus Austreiber, Rektifikator und Kondensator bestehenden Hochdruckteils der Anlage unter besonderer Berücksichtigung der Zuordnung und Ausführung des Temperaturwechslers im Lösungskreislauf.-

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Durchführung des Wärmepumpenprozesses in Absorptionswärmepumpen hat die Reinheit des im Austreiber erzeugten Kältemitteldampfes erheblichen Einfluß auf den Wirkungsgrad der gesamten Anlage, d, h. in dem Maße, wie sich der Lösungsmittelanteil im Kältemitteldampf verringert, verbessert sich die Verdampferleistung und-damit letztendlich das I7ärmeverhältnis der Absorptionswärmepumpenanlage.

Zur Reinigung des Kältemitteldampfes, d. h. der Entfernung der Dampfanteile des Lösungsmittels, wird nach dem Austreibungsvorgang eine Rektifikation durchgeführt. Der Reinigungswirkung im Rektifikator sind jedoch im Hinblick auf die eingeschränkten Kühlmöglichkeit.en, unter Berücksichtigung der Forderung nach kompakter, raumsparender Sauweise des gesamten Hochdruckteils

und insbesondere unter dem Blickwinkel der auf eine dem unterschiedlichen Temperaturniveau in den einzelnen Rektifikatorböden angepaßten Kühlung, vom apparativen Aufwand her Grenzen gesetzt. Eine differenzierte Kühlung der Kolonnenböden, würde ^Λ die Rektifikation fraglos verbessern. Andererseits muß bei der Herstellung von Absorptionswärmepumpen den anlagenseitigen Vorteilen durch eine platzsparende, kompakte Bauweise Rechnung getragen werden. . - .

Es sind bereits technische Lösungen bekannt geworden, mit denen der durch die getrennte Anordnung der einzelnen Anlagenteile' im Hochdruckbereich bedingte Aufwand bei-der Fertigung von Absorptionswärmepumpen verringert wird und die. zudem einen wesentlich verminderten platzbedarf erfordern. So wird beispielsweise ein komplex ausgebildetes Kochdruckanlagenteil,für eine Absorptionskälteanlage beschrieben, bei dem"in einem liegenden Hohlzylinde'r.übereinander der Austreiber, die Rektifikationskol ο nne und der Kondensator angeordnet sind. Wobei durch die Zuordnung zweier senkrechter Trennwände zu diesem Anlagente'il zu. beiden Seiten des Zylinderquerschnitts ein freier Raum zur unterbringung je eines Temperaturwechslers zum Wärmeaustausch zwischen -heißer Austreiberlösung und kalter Lösung aus dem Absorber verbleibt. .

Durch die gewählte Zuordnung der, einzelnen Anlagenteile wird eine vorteilhafte Raumausnutzung in einem als liegender Hohlzylihder ausgebildeten Kompakt >' Hochdruckteil erreicht.·Der verfatirensseitigen Forderung nach einer möglichst hohen Reinigungswirkung im Rektifikator wird diese Lösung durch die eingeschränkten Kühlmqgliehke'iten für die Rektifikationssäule jedoch.nicht gerecht. Der unmittelbare Kontakt der heißen Lösung aus dem Austreiber mit der Rektifikationskolonne über ..die beschriebenen Trennwände vermindert den Wärme- und Stoff übergang im .Rektifikator,, da 3ie längs der Trennwände im Temperaturwechsler strömende heiße Austreiberlösung eine höhere Temperatur als der in der Rektifikationssäule aufsteigende Dampf hat. Das heißt, die Rektifikationssäule wird von außen noch gewärmt«

Ziel der Erfindung

Die Erfindung ist auf das Ziel gerichtet, bei einer Absorptionswärmepumpe mit einem kompakt ausgebildeten Hochdruckteil die Reinigungswirkung des Rektifikators und damit das Wärmeverhältnis der gesamten Anlage zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Absorptionswärmepum- ., pen der genannten Art im Hinblick auf die Anordnung der Apparate der Hochdruckseite und die Ausführung und Zuordnung des Temperaturwechslers im Lösungskreislauf so auszubilden, daß einerseits eine gute Raumausnutzung und andererseits ein optimaler Wärmeaustausch durch den Temperaturwechsler sowie eine differenzierte Kühlung des Rektifikationssystems erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem im unteren Bereich des liegenden Hohlzylinders 'der Austreiber und im oberen'Abschnitt der Kondensator über die gesamte Breite des Zylinderquerschnitts angeordnet sind und zwischen beiden sich das mit einem unmittelbar um die Rektifikationssäule wendelförmig verlaufenden iemperaturwechsler ausgerüstete Rektifikationssystem befindet. Zwischen dem Zylindermantel und der in herkömmlicher Weise ausgebildeten .Rektifikationssäule sind, als Temperaturwechsler, zwei .'wendelförmig verlaufende Wärmeübertragerscheiben angeordnet, so daß über die Höhe aer Rektifikations'saule zwei relativ breite, angenähert, rechteckige Kanäle gebildet sind, in denen übereinander in einer Schraubenlinie von oben nach unten kalte, reiche Lösung aus dem Absorber , und im Gegenstrom heiße, arme Lösung aus ,dem Austreiber, fließt.

Der die heiße Lösung von unten nach oben führende, schraubenförmig gewendelte Kanal ist zur Rektifikationssäule durch eine Zwischenwand oder eine Isolierschicht abgeschirmt, so daß an dieser Stelle keine Wärmeübertragung erfolgen kann.

Der Wärmeaustausch erfolgt^zwischen heißer, armer Lösung und reicher, kalter Lösung über die-Wärmeübertragerscheiben, sowie zwischen kalter, reicher Lösung und dem Medium der Kolonnenboden der Rektifikationssäule unmittelbar über deren Seitenwand, Dabei wird- die Kühlung der Kolonnenboden von unten nach oben . verstärkt. . '. . -. ·

Nach .einem.weiteren.Merkmal -der Erfindung ist zwischen den wärmeübert ragers_Ncheiben engmaschiges Streckmetall in gewellter Form angeordnet, so daß sehr gute Bedingungen für den Wärmeaustausch geschaffen werden.'

In einer weiteren Ausf ühr'ungsv.arian.te der Erfindung ist bei Anordnung einer wendeiförmigen Wärmeübertragerscheibe zwischen den Wendeln eine senkrechte, wellenförmig verlaufende Trennwand vorgesehen. Dadurch entstehen nebeneinander liegende Kanäle, ' in die senkrecht zur St römungsrichtung Leitbleche', eingebaut sind.. In dem"der Rektifikationssäule zugewandten Kanal fließt von oben nach unten reiche·, kalte Losung., während durch den daneben liegenden Kanal - im Gegenstrom heiSe, arme Lösung transportiert wird. Der Wärmeaustausch erfolgt wiederum zwischen 'kalter/-„-reicher . und heißer, armer Lösung auf der einen Seite und dem Medium in ,der¹Rektifikationssäule auf der anderen Seite.

Mit der erfindungsgemäß durchgeführten nicntadiabaten, differentiellen Rektifikation, wonach über die Höhe der Rektif ikations-_v. säule ,differenziert¹ Wärme über den Temperaturwechsler abgeführt wird, verbessert sich die Reinigungswirkung des Rektifikationssystems erheblich. Damit verbunden sind gleichzeitig zwei sei- , tere Vorteile: /'Die"hohe Wirksamkeit des Temperaturwechslers' durch optimale Ausnutzung äer ^'armeübert ragungsf lachen, da sich in der ersten Ausführungsvariante kalte und -warme Flächen immer berühren, und, infolge dbr Ausführung und Zuordnung des Temperaturwechslers, die¹ kompakte¹ Bauweise des Hochdruck teils der v/ä'rmepumpe bei optimaler Raumausnutzung.

Weitere Vorzüge liegen neben.dem geringen Anlagenaufwand in der einfachen Fertigung und Montage sowie den verminderten Dich-thsitsproblemen den Temperaturwechsler betreffend.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung,inder

Fig. 1 das Kompakt - Hochdruckteil mit einem Temperaturwechsler, dessen Stoffströme übereinander liegen

Fiq. 2 ' das Kompakt - Hochdruckteil in einer zweiten Ausführungsvariante, mit nebeneinander liegenden Stoffströmen

Fig. 3 einen Schnitt AA durch die erste Lage des Temperaturwechslers nach Fig. 2 .

zeigt, näher erläutert.

Gemäß Fig. 1 und 2 wird der Zylindermantel 1 des Kompakt. - Hochdruckteils durch einen liegend angeordneten, geschlossenen Rohrabschnitt gebildet, in dessen oberem Bereich der Kondensator 2. und in dessen unterem Teil der Austreiber 3 angeordnet ist. Kondensator 2 und Austreiber 3 sind durch die aus der Rektifikationssäule 4 und dem Temoeraturwechsler 5 bestehende kompakte Saugruppe getrennt.

Während der Kondensator 2 und der Austreiber 3 in herkömmlicher Weise ausgebildet sind, stehen die Seitenwände der Sektifilotionssäule 4 in unmittelbarer Verbindung mit dem die reiche Lösung aus dem Absorber führenden Teil des um die Rektifikationssäule wendelförmig verlaufenden Temperaturwechsler 5.

Oer Temperaturwechsler 5 besteht aus zwei wendelförmig zwischen den Seitenwänden 6 und dem Zylindermantel 1 verlaufenden Wärme-' Übertragerscheiben 7, die fest mit den Seitenwänden 6 und dem. Zylindermantel 1 verbunden sind, so daß übereinander zwei angenähert rechteckige, dichte Kanäle gebildet werden, in der Ausführungsvariante mit untereinander liegenden Stoffströmen (Fig.l) ist der untere, 'die heiße, arme Lösung aus dem Austreiber 3 führende Kanal durch eine Zwischenwand 16, oder eine Isolierschicht

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von den Seitenwänden 6 der Rektifikationssäule 4 getrennt.In die Kanäle ist engmaschiges Streckmetall 8 in gewellter Form" eingelegt. Durch die auf diese Weise in den strömenden Medien' erzeugte Turbulenz und den Kontakt des Streckmetalls 8 mit den-Seitenwänden 5 und den Wärmeübertragerscheiben 7 sind sehr gute Bedingungen für einen optimalen Wärmeaustausch geschaffen.

Gemäß,Fig. 2 und 3 ist nur einer, wendelförmig verlaufenden Wärmeübertragerscheibe 7 eine senkrechte,, wellenförmige Trennwand 9 zugeordnet, so daß die kalte und' die heiße Lösung im Gegen-; strom in den aus.zwei Wendellagen und der Trennwand_:9 gebildeten Kanälen nebeneinander fließen, wobei die Wärmeübertragung im Temperaturwechsler 5 über-die Trennwand. 9 sowie zwischen kalter, reicher Lösung und dem Medium in der Rektifikationssau- ' Ie 4 über die Trennwände 6 erfolgt. Senkrecht zur Strömungsrichtung sind in die Kanäle zur Erhöhung der St römungsg'eschwindig- . keit Leitbleche. 10 eingebaut.-'Die pfeile 14. und 15 geben die Fließrichtung für reiche, kalte bzw. arme, heiße Lösung an. .

Der im Austreiber 3 erzeugte Kältemitteldampf gelangt in die Rektifikationssäule 4, in der die Abtrennung der Lösungsmittel-' bestandteile aus dem Dampf erfolgt. In dem oberhalb der Rsktifikationssäule 4 angeordneten Kondensator 2 wird der. Reinigungsvorgang durch einen Dephlegmator (nicht dargestellt) vervollkommnet., und der Kältemitteldampf kendensiert. ,

Die Zuführung der ' reichen·, kalten Lösung zum Temperaturwechsler. 5 erfolgt in Höhe des oberen Glockenbodens 11 der_Rekt.ifikationssäule 4i Die sich,allmählich erwärmende reiche Losung gelangt über den unteren Glockenboden 12 in den Austreiber 3. Im Gegenstrom fließt heiße, arms Lösung, die über die Leitung 13 aus dem Austreiber 3- in den Temperaturwechsler 5 transportiert wird, unter langsamer ,Abkühlung zurück zum Absorber.

Auf diese Weise erfolgt ein intensiver Wärmeaustausch zwischen armer, heißer und reicher, kalter Lösung bei gleichzeitig op ti-*, maler Kühlung der Rektifikationssäule entsprechend dem Temperaturniveau in aen Glockenboden.

Claims (5)

1. Patentansprüche ·

   1. Kompakt - Hochdruckteil für Absorptionswärmepumpen und -kälteanlagen mit in einem liegenden Hohlzylinder angeordnetem Austr« ber, einer Rektifikationssäule, einem Kondensator und einem
   Temperaturwechsler im Lösungskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß über die gesamte Breite des Zylinderquerschnitts irn unteren Bereich der Austreiber (3) und im oberen Teil der Kondensator (2) angeordnet und die dazwischen liegende Rektifikationssäule (4) unmittelbar und über ihre gesamte Höhe mit
   einem Temperaturwechsler (5) verbunden ist, dessen die kalte Lösung von oben nach unten und die heiße Lösung im Gegenstrom hierzu führende Kanäle durch zwei zwischen dem Zylindermantel (1) und den Seitenwänden (6) der Rektifikationssäule (4) vorgesehene, wendelförmig verlaufende Warmeübertragerschei-

   b-en (.7) gebildet sind, wobei der die heiße,, arme Lösung aufnehmende Kanal nahe der Seitenwände (6) mit einer Zwischenwand (16) versehen ist. ..·.··
2. 2. Kompakt - Hochdruckteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Wärmeübertragerscheiben (7) engmaschiges, wellenförmiges Streckmetall (8) gelegt ist. .
3. 3. Kompakt - Hochdruckteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet-, daß anstelle der Zwischenwand (16) eine Isolierschicht an den Seitenwänden (6) vorgesehen ist.
4. 4. Kompakt - Hochdruck teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wendelförmig verlaufende Vvärmeübertragerscheibe (7) angeordnet ist und der zwischen zwei '//endein der VYärmeübertragerscheibe' (7)' entstehende Kanal durch eine senkrechte, wellenförmig verlaufende Trennwand (-9) für den Wärmeaustausch zwischen nebeneinander strömender kalter bzw. heißer
   Lösung geteilt ist.
5. 5. Kompakt - Hochdruck teil nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, da2> zwischen-den Wärmeübertragerscheiben (7) Leitblech e(10)angeordπet siηd.