DD223222B1

DD223222B1 - COMPACT HIGH PRESSURE PART FOR AN ABSORPTION WATER PUMP

Info

Publication number: DD223222B1
Application number: DD26185484A
Authority: DD
Inventors: Volkmar Gross; Lothar Haenschke; Matthias Wuenschmann; Siegmar Rappich; Ivan Boschnakow; Manfred Jankowski
Original assignee: Dsf Waermeanlagenbau
Priority date: 1984-04-11
Filing date: 1984-04-11
Publication date: 1987-07-08
Also published as: DD223222A1; DE3508862A1

Description

Field of application of the invention

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.The invention is applied to heat pumps and refrigeration systems which operate on the principle of absorption with a dual-substance mixture, and relates to the formation of the pressure generator consisting of expeller, rectifier and condenser high pressure part of the system with special attention to the allocation and execution of the temperature changer in the solution cycle.

Characteristic of the known technical solutions

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.When carrying out the heat pump process in absorption heat pumps, the purity of the refrigerant vapor generated in the expeller has a significant influence on the efficiency of the entire system, d. that is, as the proportion of solvent in the refrigerant vapor decreases, the evaporator performance and, ultimately, the heat ratio of the absorption heat pump system improve.

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.For cleaning the refrigerant vapor, d. H. To remove the vapor portions of the solvent, a rectification is carried out after the expulsion process. The cleaning effect in the rectifier, however, with regard to the limited cooling possibilities, taking into account the requirement for compact, space-saving design of the entire high-pressure part and in particular from the perspective of adapted to a different temperature level in the individual rectification floors cooling, set by the equipment cost her limits. A differentiated cooling of the column bottoms would undoubtedly improve the rectification. On the other hand, in the production of absorption heat pumps, the plant-side benefits must be borne by a space-saving, compact design.

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.There have already been known technical solutions with which the conditional by the separate arrangement of the individual parts of the plant in the high pressure area effort in the production of absorption heat pumps is reduced and also require a significantly reduced space requirements.

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.Thus, for example, a complex trained high-pressure plant part for an absorption refrigeration system is described, in which the expeller, the rectification column and the condenser are arranged in a horizontal hollow cylinder, wherein the allocation of two vertical partitions to this part of the plant on both sides of the cylinder cross-section, a free space to accommodate each of a temperature changer for heat exchange between hot Austreiberlösung and cold solution from the absorber remains.

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.Due to the selected assignment of the individual system parts an advantageous space utilization is achieved in a designed as horizontal hollow cylinder compact high pressure part. However, the process-side requirement for the highest possible cleaning effect in the rectifier does not do justice to this solution due to the limited cooling possibilities for the rectification column. The direct contact of the hot solution from the generator with the rectification column on the partitions described reduces the heat and mass transfer in the rectifier, since the along the partition walls in the temperature changer flowing hot Austreiberlösung has a higher temperature than the ascending in the rectification column steam. That is, the rectification column is still warmed from the outside.

Object of the invention

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.The invention is directed to the goal of improving the cleaning effect of the rectifier and thus the heat ratio of the entire system in an absorption heat pump with a compact high-pressure part.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has the object of providing absorption heat pump of the type mentioned in terms of the arrangement of the apparatus of the high pressure side and the design and assignment of the temperature changer in the solution circuit in such a way that on the one hand good space utilization and on the other hand optimal heat exchange through the temperature changer and a differentiated cooling of Rectification system can be achieved.

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.According to the invention, the object is achieved by the rectification system located between the expeller and the absorber consisting of a rectification column and a temperature changer running directly around the latter.

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.Between the cylinder jacket and the conventionally formed rectification column, as a temperature changer, two helically extending Wärmeübertragerscheiben are arranged so that over the height of the rectification column two relatively wide, approximately rectangular channels are formed, in which one above the other in a helix from top to bottom cold, rich solution from the absorber, and in counter-current hot, poor solution from the expeller flows.

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.The hot solution from the bottom up leading helical coiled channel is shielded from the rectification column by a partition or an insulating layer, so that no heat transfer can take place at this point.

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.The heat exchange takes place between hot, poor solution and rich, cold solution on the heat exchanger disks, as well as between cold, rich solution and the medium of the column bottoms of the rectification column immediately above the side wall. The cooling of the column bottoms is reinforced from bottom to top.

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.According to a further feature of the invention, closely meshed expanded metal is arranged in corrugated form between the heat exchanger discs, so that very good conditions for heat exchange are created.

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.In a further embodiment of the invention, a vertical, wave-shaped partition wall is provided when arranging a helical heat exchanger disc between the helices. This results in adjacent channels in which baffles are installed perpendicular to the flow direction. In the rectification column facing channel flows from top to bottom rich, cold solution, while the adjacent channel in countercurrent hot, poor solution is transported. The heat exchange is again between cold, rich and hot, poor solution on the one hand and the medium in the rectification column on the other side.

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.With the non-adiabatic differential rectification according to the invention, according to which heat is differentiated via the temperature changer via the height of the rectification column, the cleaning effect of the rectification system improves considerably. At the same time, two further advantages are associated with this: The high efficiency of the temperature changer through optimal utilization of the heat transfer surfaces, since in the first embodiment cold and hot surfaces always touch, and, as a result of the design and assignment of the temperature changer, the compact design of the high-pressure part of the heat pump optimal space utilization.

Weitere Vorzüge liegen neben dem geringen Anlagenaufwand in der einfachen Fertigung und Montage sowie den verminderten Dichtheitsproblemen den Temperaturwechsler betreffend.Other advantages are in addition to the low investment costs in the simple production and assembly and the reduced tightness problems concerning the temperature changer.

embodiment

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, in derThe invention will be described in an embodiment with reference to the drawing, in which

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. 21: the compact high-pressure part with a temperature changer, the material flows are superimposed, Fig. 2: the compact high-pressure part in a second embodiment, with adjacent streams, Figure 3: a section AA through the first layer of the temperature changer of FIG 2

zeigen, näher erläutert.show, explained in more detail.

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.1 and 2, the cylinder jacket 1 of the compact high-pressure part is formed by a horizontally arranged, closed pipe section, in the upper region of the capacitor 2 and in the lower part of the expeller 3 are arranged.

Kondensator 2 und Austreiber 3 sind durch die aus der Rektifikationssäule 4 und dem Temperaturwechsler 5 bestehende kompakte Baugruppe getrennt.Capacitor 2 and expeller 3 are separated by the compact assembly consisting of the rectification column 4 and the temperature changer 5.

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.While the condenser 2 and the expeller 3 are formed in a conventional manner, the side walls of the rectification column 4 are in direct communication with the rich solution of the absorber part leading to the rectification column helically extending temperature changer. 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.The temperature changer 5 consists of two helically extending between the side walls 6 and the cylinder jacket 1 heat exchanger discs 7, which are fixedly connected to the side walls 6 and the cylinder jacket 1, so that one above the other two approximately rectangular, dense channels are formed. In the embodiment variant with underlying material flows (FIG. 1), the lower channel leading the hot, poor solution out of the expeller 3 is separated from the side walls 6 of the rectification column 4 by an intermediate wall 16 or an insulating layer. In the channels closely meshed expanded metal 8 is inserted in corrugated form. Due to the turbulence generated in this way in the flowing media and the contact of the expanded metal 8 with the side walls 6 and the heat exchanger disks 7 very good conditions for optimal heat exchange are created.

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.According to Figures 2 and 3, only a helically extending heat exchanger disc 7 is associated with a vertical, wave-shaped partition wall 9, so that the cold and hot solution flow in countercurrent in the channels formed from two helical layers and the partition wall 9 side by side, wherein the heat transfer in the temperature changer 5 takes place via the partition 9 and between cold, rich solution and the medium in the rectification column 4 via the partitions 6.

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.Perpendicular to the flow direction baffles 10 are installed in the channels to increase the flow rate. The arrows 14 and 15 indicate the flow direction for rich, cold or poor, hot solution.

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.The refrigerant vapor generated in the generator 3 passes into the rectification column 4, in which the separation of the solvent components from the steam follows. In the condenser 2 arranged above the rectification column 4, the cleaning operation by a dephlegmator (not shown) is completed and the refrigerant vapor is condensed.

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.The rich, cold solution to the temperature changer 5 is supplied at the level of the upper bell bottom 11 of the rectification column 4. The gradually warming rich solution passes through the lower bell bottom 12 in the expeller 3. Countercurrently hot, poor solution flowing through the line 13 is transported from the expeller 3 in the temperature changer 5, with slow cooling back to the 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.In this way, there is an intense heat exchange between poor, hot and rich, cold solution while optimally cooling the rectification column according to the temperature level in the bubble cap shelves.

Claims

-1 patent claims:

1. Compact high-pressure component for an absorption heat pump and for absorption refrigeration systems, with in a horizontal hollow cylinder arranged downstream expeller, a capacitor arranged above, a rectification column located therebetween and a temperature changer in the solution circuit, characterized in that the rectification column (4) directly and over its entire Height with a temperature changer (5) is connected, the cold solution from top to bottom and the hot solution countercurrently thereto leading channels by two between the cylinder jacket (1) and the side walls (6) of the rectification column (4) provided, helically extending Heat exchanger discs (7) are formed, wherein the hot, poor solution receiving channel near the side walls (6) is provided with an intermediate wall (16).

2. Compact high-pressure part according to claim "!, characterized in that between the heat exchanger discs (7) close-meshed, wavy line metal (8) is placed.

3. Compact high-pressure part according to claim 1 and 2, characterized in that instead of the intermediate wall (16) an insulating layer on the side walls (6) is provided.

4. Compact high-pressure part according to claim 1, characterized in that a helically extending heat exchanger disc (7) is arranged and between two coils of the heat exchanger disc (7) resulting channel through a vertical, wavy partition (9) for the heat exchange between adjacent flowing cold or hot solution is shared.

5. Compact high-pressure part according to claim 1 and 4, characterized in that between the heat exchanger discs (7) baffles (10) are arranged.

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