DD238104A1 - Plattenwaermetauscher fuer den loesungskreislauf von absorptionswaermepumpen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwaermetauscher mit dem Ziel, diesen entsprechend den spezifischen Bedingungen des Loesungskreislaufs von Absorptionswaermepumpen so auszubilden, dass deren Betriebsverhalten verbessert und der Fertigungsaufwand und Platzbedarf verringert wird. Erfindungsgemaess sind in dem aus extrem duennwandigen Platten und dazwischen angeordneten Abstandsscheiben bestehenden Waermetauscher jeweils nebeneinander und uebereinander liegende Stroemungskanaele vorgesehen. Der Stroemungsquerschnitt fuer die arme Loesung ist um das 1,5- bis 2fache kleiner als der fuer die reiche Loesung. Der Waermetauscher ist in einem Druckausgleichsbehaelter untergebracht, aus dem die reiche Loesung von einem bestimmten Fluessigkeitsniveau in den Waermetauscher gelangt. Fig. 1

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Sorptionswärmepumpen und -kältemaschinen und betrifft insbesondere die Ausbildung eines im Lösungskreislauf derartiger Anlagen angeordneten Plattenwärmetauschers.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Verbesserung der Leistung von Absorptionswärmepumpen ist es bekannt, u. a. in deren Lösungskreislauf Wärmeübertrager zu verwenden. Dabei erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen der kalten Lösung aus dem Absorber und der heißen Lösung aus dem Austreiber. Die an Kältemittel arme Lösung wird abgekühlt und nach Entspannung in einem Expansionsventil oder einer Drossel in den Absorber geleitet, während die reiche Lösung, durch eine Lösungspumpe auf ein höheres Druckniveau gebracht und im Wärmeübertrager erwärmt, in den Austreiber gelangt.

Als Temperaturwechsler werden bekanntermaßen Apparate mit Rohrkanälen oder zwischen Platten gebildeten Wärmeaustauschkanälen eingesetzt, wobei es insbesondere bei Kleinabsorptionswärmepumpen darauf ankommt, Wärmetauscher mit möglichst geringen Abmessungen, d. h. in kompakter Bauform, bei gleichzeitig intensivem Wärmeübergang, vorzusehen.

Der Nachteil der bekannten, dem Lösungskreislauf von Absorptionskältemaschinen und -wärmepumpen zugeordneten Wärmetauscher besteht darin, daß diese den spezifischen Bedingungen des Lösungskreislaufs bezüglich der unterschiedlichen Volumina in Verbindung mit dem erforderlichen Druckniveau der armen und reichen Lösung nach Verlassen des Wärmetauschers nicht gerecht werden.

Die erforderliche Entspannung der armen Lösung bedingt einen Verlust an potentieller Energie und einen zusätzlichen apparativen Aufwand, während andererseits die reiche Lösung, die zudem ein größeres Volumen einnimmt, mit gleichbleibendem Druck in den Austreiber gelangen soll. Da die Pumpe im Lösungskreislauf notwendigerweise als periodisch fördernde Membranpumpe ausgebildet ist, kommt es zu mehr oder minder starken Druckschlägen, die einerseits zu einer dynamischen Belastung des Wärmetauschers führen und sich zum anderen auf den Stoffaustausch zwischen reicher und armer Lösung im Austreiber störend auswirken.

Bezüglich der Ausführung des Temperaturwechslers wird der am nächsten liegende Stand der Technik durch einen Plattenwärmetauscher gebildet, der aus abwechselnd angeordneten Wärmeaustauschplatten und mit Ausnehmungen versehenen Abstandsschichten besteht, so daß zwischen den Platten im Wechsel ein Strömungskanal für das heiße bzw. das kalte Medium und ein Führungskanal für die Überleitung des Mediums durch die Wärmeaustauschplatte in den jeweils übernächsten Strömungskanal entstehen.

Dieses an sich vorteilhafte Prinzip ist insofern nachteilig, als der Überströmbereich zwischen den Platten nicht für den Wärmeaustausch zwischen den Flüssigkeiten zur Verfügung steht und die Wärmeübertragung nur senkrecht zwischen den Platten erfolgt. Der Material- und Platzbedarf für den Wärmetauscher ist somit unter der Bedingung des Erreichens hoher Wärmeübertragungskoeffizienten relativ hoch.

Bei einem anderen bekannten Plattenwärmeaustauscher ist der Plattensatz innerhalb eines Mantels angeordnet, wobei eines der beiden Medien über den Mantelraum nach außen geführt wird. Diese Lösung ist für den Wärmeaustausch zwischen unter hohem Druck stehenden Flüssigkeiten vorgesehen, wobei der Flüssigkeitsdruck von innen und von außen auf den Plattensatz wirkt und diesen somit entlastet.

Die für den Wärmeaustausch im Lösungskreislauf von Absorptionswärmepumpen erforderlichen Bedingungen werden mit dem dargestellten Mantelplattenwärmetauscher nicht erfüllt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, Absorptionswärmepumpen in bezug auf den Wärmetausch und die Ausbildung des Wärmetauschers im Lösungskreislauf sowohl wärmetechnisch als auch unter dem Blickwinkel der Materialökonomie und Platzersparnis fertigungstechnisch effektiv zu gestalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Temperaturwechsler für die spezifischen Bedingungen des inneren Wärmeaustauschs im Lösungskreislauf von Absorptionswärmepumpen zu entwickeln. Der Wärmetauschersoll einfach herzustellen sein und eine maximale Nutzung sowohl der Wärmeaustauschflächen als auch der in der heißen Lösung vorhandenen potentiellen Energie gewährleisten.

Die Erfindung geht von einem Plattenwärmetauscher mit abwechselnd angeordneten Wärmetauscherplatten und zwischen diesen durch Abstandsscheiben gebildeten Kanälen aus, wobei erfindungsgemäß in den Abstandsscheiben nebeneinander zwei spiegelbildlich, aber seitenverkehrt zueinander versetzt angeordnete, deckungsgleiche Ausschnitte, die jeweils aus einem längs der Schmalseite verlaufenden und einem die Längsachse übergreifenden Überströmabschnitt, der mit Durchgangsschlitzen in den Wärmetauscherplatten korrespondiert, und einem Wärmeaustauschabschnitt bestehen, vorgesehen sind. In jeweils einem Ausschnitt verbleiben längs der nach außen weisenden Seite Verwirbelungsstege, so daß die Querschnittsfläche dieses Ausschnitts um das 1,5- bis 2fache geringer ist als die des daneben liegenden. Die Abstandsscheiben sind im Wechsel um 180° um die Längsachse gedreht angeordnet.

Durch die zwischen den Wärmetauscherplatten gebildeten Kanäle mit dem geringen Querschnitt fließt hochgespannte, arme Lösung aus dem Austreiber mit erhöhter Geschwindigkeit, so daß die erforderliche Entspannung der armen Lösung bereits innerhalb des Wärmetauschers erfolgt. Dabei wird die potentielle Energie der Lösung in kinetische Energie, d. h. in Strömungsgeschwindigkeit umgewandelt und somit zur Verbesserung der Wärmeübertragung genutzt.

Die Kanäle mit dem größeren Strömungsquerschnitt stehen für die das größere Volumen umfassende reiche Lösung zur Verfugung.

Der Druckverlust zwischen Lösungspumpe und Austreiber wird dadurch in Grenzen gehalten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Plattenwärmeaustauscher innerhalb eines Druckausgleichsbehälters untergebracht und zwar derart, daß die reiche Lösung zunächst in den Druckausgleichsbehältern und von einem bestimmten Flüssigkeitsniveau in den Plattenwärmetauscher und von dort in den Austreiber strömt. Indem Druckausgleichsbehälter entsteht oberhalb des Rohrstutzens für die in den Plattenwärmetauscherfliegende Lösung ein Luftpolster, so daß von der Lösungspumpe herrührende Druckschläge aufgefangen und nicht in den Wärmetauscher und den Austreiber weitergeleitet werden. Damit wird die dynamische Beanspruchung des Wärmetauschers verringert und der Entmischung der Lösung im Austreiber entgegengewirkt.

Durch die dargestellte Ausbildung des Plattenwärmetauschers und dessen erfindungsgemäße Einbindung in den Lösungskreislauf wird das Betriebsverhalten der Absorptionswärmepumpe bezüglich des Austreibungsvorgangs und des inneren Wärmeaustauschs, aber auch im Hinblick auf Laufruhe und dynamische Belastung verbessert. Der Wärmetauscher ist bei intensiviertem Wärmeaustausch platzsparend ausgeführt und wenig fertigungsaufwendig.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung in der

Fig. 1: einen Längsschnitt durch den Plattenwärmetauscher und Fig.2: eine Explosionszeichnung des Plattenpaketes

zeigt, näher erläutert.

Der Plattenwärmetauscher besteht aus einem Paket abwechselnd übereinander angeordneter Wärmetauscherplatten 1 und Abstandsscheiben 2 und ist in einem Druckausgleichsbehälter 3 untergebracht. Im Boden des Druckausgleichsbehälters 3 sind Bohrungen vorgesehen, durch die über Rohrleitungen 4.1 bzw. 4.2 die an Kältemittel arme Lösung „b" in die Strömungskanäle 8 b des Plattenwärmetauschers gelangt bzw. diese wieder verläßt.

Die reiche Lösung „a" wird mittels der Lösungspumpe über den Rohrstutzen 5.1 in den Druckausgleichsbehälter 3 gefördert, wobei oberhalb des Rohrstutzens 5.2 ein Dampfpolster entsteht. Die Druckstöße der als Membranpumpe ausgelegten Lösungspumpe werden im Druckausgleichsbehälter abgebaut. Danach gelangt die Lösung über den Rohrstutzen 5.2 in den Plattenwärmetauscher und schließlich über die Rohrleitung 5.3 in den Austreiber.

Die Wärmetauscherplatten 1 bestehen aus sehr dünnem Stahlblech und sind entweder mit längs der Stirnseiten oder auf der Längsachse befindlichen Durchgangsschlitzen 6 bzw. 7 versehen. In die Abstandsscheiben 2 sind zwei deckungsgleiche Strömungskanäle8eingeschnitten, von denen einermit querschnittsvermindernden Verwirbelungsstegen 9 versehen ist. Jeder Strömungskanal 8 besteht aus einem an der Schmalseite und einem auf der Längsachse der Abstandsscheiben 2 angeordneten Überströmabschnitt 11 bzw. 12 und einem Wärmeaustauschabschnitt. Die Überströmabschnitte korrespondieren nach einer Seite mit den Durchgangsschlitzen 7 und in der entgegengesetzten Fließrichtung mit den Durchgangsschlitzen 6. Die Ausschnitte in den Abstandsscheiben 2 zur Bildung der Strömungskanäle 8 sind spiegelbildlich, aber seitenverkehrt und zueinander versetzt angeordnet.

Die Anordnung der Wärmetauscherplatten 1 mit verschiedenen Durchgangsschlitzen 6; 7 erfolgt jeweils im Wechsel. Jede zweite Abstandsscheibe 2 befindet sich um 180° um ihre Längsachse gedreht zwischen den Wärmetauscherplatten 1.

Die reiche Lösung „a" gelangt aus dem Druckausgleichbehälter 3 über den Rohrstutzen 5.2 und den Durchgangsschlitz 7a in den Strömungskanal 8a und über den Durchgangsschlitz 6a in den nächsten Strömungskanal 8a usf. bis schließlich in die Rohrleitung 5.3 und von dort in den Austreiber. Die arme Lösung „b" aus dem Austreiber fließt aus der Rohrleitung 4.1 über den Durchgangsschlitz 7 b durch den Strömungskanal 8 b usw. bis in die Rohrleitung 4.2 und weiter zum Absorber. Der Wärmeaustausch zwischen beiden Lösungen „a" und „b" erfolgt über die Wärmetauscherplatten 1 im Gegenstrom und zusätzlich über die Trennwand 10 zwischen den Strömungskanälen 8a und 8 b.

Eine weitere Verbesserung der Wärmeübertragungsverhältnisse wird durch die Querschnittsverminderung des Strömungskanals 8b bewirkt, indem die erforderliche Entspannung der armen, heißen Lösung in eine hohe Strömungsgeschwindigkeit umgesetzt wird.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1. Plattenwärmetauscher für den Lösungskreislauf von Absorptionswärmepumpen und -kältemaschinen, bestehend aus abwechselnd angeordneten Wärmetauscherplatten und Abstandsscheiben, mit denen alternierend ein Strömungskanal für das heiße bzw. das kalte Medium gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abstandsscheiben (2) zwei deckungsgleiche spiegelbildlich, aber seitenverkehrt und zueinander versetzt angeordnete Strömungskanäle (8a; 8 b) unterschiedlichen Querschnitts mit an der Schmalseite und auf der Längsachse vorgesehenen Überströmabschnitten (11; 12), die mit entsprechenden Durchgangsschlitzen (6; 7) in den Wärmetauscherplatten (1) korrespondieren, ausgebildet sind und die Abstandsscheiben (2) im Wechsel um 180° um ihre Längsachse gedreht sind und das Plattenpaket in einem Druckausgleichsbehälter (3) für die reiche Lösung, die in einer begrenzten Flüssigkeitshöhe mit dem Strömungskanal (8a) verbunden ist, angeordnet ist.
2. 2. Plattenwärmetauscher nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Strömungskanals (8 b) für die arme Lösung zur Querschnittsverminderung Verwirbelungsstege (9) angeordnet sind.