DD223222B1 - Kompakt-hochdruckteil fuer eine absorptionswaermepumpe - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird bei Wärmepumpen und Kälteanlagen, die nach dem Absorptionsprinzip 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 Wärmeverhältnis der Absorptionswärmepumpenanlage.

Zur Reinigung des Kältemitteldampfes, d. h. zur Entfernung der Dampfanteile des Lösungsmittels, wird nach dem Austreibungsvorgang eine Rektifikation durchgeführt. Der Reinigungswirkung im Rektifikator sind jedoch im Hinblick auf die eingeschänkten Kühlmöglichkeiten, unter Berücksichtigung der Forderung nach kompakter, raumsparender Bauweise 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 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 Hochdruckanlagenteil für eine Absorptionskälteanlage beschrieben, bei dem in einem liegenden Hohlzylinder übereinander der Austreiber, die Rektifikationskolonne und der Kondensator angeordnet sind, wobei durch die Zuordnung zweier senkrechter Trennwände zu diesem Anlagenteil 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 Hohlzylinder ausgebildten Kompakt-Hochdruckteil erreicht. Der verfahrensseitigen Forderung nach einer möglichst hohen Reinigungswirkung im Rektifikator wird diese Lösung durch die eingeschränkten Kühlmöglichkeiten 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 Stoffübergang im Rektifikator, da die längs der Trennwände im Temperaturwechsler strömende heiße Austreiberlösung eine höhere Temperatur als der in der Rektifikationssäule aufsteigende Dampf hat. Das heißt, die Rektifiktionssäule 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, Absorptionswärmepumpen 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 werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem das zwischen dem Austreiber und dem Absorber befindliche Rektifikationssystem aus einer Rektifikationssäule und einem unmittelbar um diese wendelförmig verlaufenden Temperaturwechsler besteht.

Zwischen dem Zylindermantel und der in herkömmlicher Weise ausgebildeten Rektifikationssäule sind, als Temperaturwechsler, zwei wendelförmig verlaufende Wärmeübertragerscheiben angeordnet, so daß über die Höhe der Rektifikationssäule 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 Kolonnenböden der Rektifikationssäule unmittelbar über deren Seitenwand. Dabei wird die Kühlung der Kolonnenböden von unten nach oben verstärkt.

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

In einer weiteren Ausführungsvariante 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 Strömungsrichtung Leitbleche eingebaut sind. In dem der Rektifikationssäule zugewandten Kanal fließt von oben nach unten reiche, kalte Lösung, während durch den daneben liegenden Kanal im Gegenstrom heiße, arme Lösung transportiert wird. Der Wärmeaustausch erfolgt wiederum zwischen kalter, reicher und heißer, armer Lösung auf der einen Seite und dem Medium in der Rektifikationssäule auf der anderen Seite.

Mit der erfindungsgemäß durchgeführten nichtadiabaten, differentiellen Rektifikation, wonach über die Höhe der Rektifikationssäule differenziert Wärme über den Temperaturwechsler abgeführt wird, verbessert sich die Reinigungswirkung des Rektifikationssystems erheblich. Damit verbunden sind gleichzeitig zwei weitere Vorteile: Die hohe Wirksamkeit des Temperaturwechslers durch optimale Ausnutzung der Wärmeübertragungsflächen, da sich in der ersten Ausführungsvariante kalte und warme Flächen immer berühren, und, infolge der Ausführung und Zuordnung des Temperaturwechslers, die kompakte Bauweise des Hochdruckteils der Wärmepumpe bei optimaler Raumausnutzung.

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

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, in der

Fig. 1: das Kompakt-Hochdruckteil mit einem Temperaturwechsler, dessen Stoffströme übereinander liegen, Fig. 2: das Kompakt-Hochdruckteil in einer zweiten Ausführungsvariante, mit nebeneinander liegenden Stoffströmen, Fig.3: einen Schnitt A-A durch die erste Lage des Temperaturwechslers nach Fig. 2

zeigen, 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 sind.

Kondensator 2 und Austreiber 3 sind durch die aus der Rektifikationssäule 4 und dem Temperaturwechsler 5 bestehende kompakte Baugruppe getrennt.

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

Der Temperaturwechsler 5 besteht aus zwei wendelförmig zwischen den Seitenwänden 6 und dem Zylindermantel 1 verlaufenden Wärmeübertragerscheiben 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. 1) ist der untere, die heiße, arme Lösung aus dem Austreiber 3 führende Kanal durch eine Zwischenwand 16 oder eine Isolierschicht 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 6 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 Gegenstrom 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 Rektifikationssäule 4 über die Trennwände 6 erfolgt.

Senkrecht zur Strömungsrichtung sind in die Kanäle zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit 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 Lösungsmittelbestandteile aus dem Dampferfolgt. In dem oberhalb der Rektifikationssäule 4 angeordneten Kondensator 2 wird der Reinigungsvorgang durch einen Dephlegmator (nicht dargestellt) vervollkommnet und der Kältemitteldampf kondensiert.

Die Zuführung der reichen, kalten Lösung zum Temperaturwechsler 5 erfolgt in Höhe des oberen Glockenbodens 11 der Rektifikationssäule 4. Die sich allmählich erwärmende reiche Lösung gelangt über den unteren Glockenboden 12 in den Austreiber 3. Im Gegenstrom fließen heiße, arme 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 optimaler Kühlung der Rektifikationssäule entsprechend dem Temperaturniveau in den Glockenböden.

Claims (5)

1. -1 -Patentansprüche:

   1. Kompakt-Hochdruckanteil für eine Absorptionswärmepumpe sowie für Absorptionskälteanlagen, mit in einem liegenden Hohlzylinder unten angeordneten Austreiber, einem oben angeordneten Kondensator, einer dazwischen befindlichen Rektifikationssäule und einem Temperaturwechsler im Lösungskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß die 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 Wärmeübertragerscheiben (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"!, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Wärmeübertragerscheiben (7) engmaschiges, wellenförmiges Streckenmetall (8) gelegt ist.
3. 3. Kompakt-Hochdruckteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Zwischenwand (16) eine Isoierschicht an den Seitenwänden (6) vorgesehen ist.
4. 4. Kompakt-Hochdruckteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wendelförmig verlaufende Wärmeübertragerscheibe (7) angeordnet ist und der zwischen zwei Wendeln der Wärmeübertragerscheibe (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-Hochdruckteil nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wärmeübertragerscheiben (7) Leitbleche (10) angeordnet sind.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen