-
Die
Erfindung betrifft einen Kocher für eine Diffusionsabsorptionsanlage
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Diffusionsabsorptionsanlagen
sind als Kleinkälteanlagen zur Verwendung in Haushaltskühlschränken
seit langem bekannt. Sie können mit einer entsprechenden
konstruktiven Gestaltung auch als Wärmepumpen zu Heiz-
oder Kühlzwecken eingesetzt werden. In diesen Anlagen wird
das Kältemittel Ammoniak (NH3)
und Wasser als Stoffpaar eingesetzt. Dabei stellt das Wasser als
Lösungsmittel den absorbierenden Stoff dar, wobei als druckausgleichendes
Trägergas in der Regel Wasserstoff oder Helium verwendet
wird. Als Arbeitsmedium im Kreisprozess setzt sich das Ammoniak-/Wasser-Gemisch bei
Wärmezufuhr durch Temperatur- und Konzentrationsunterschiede
in Bewegung.
-
Die
Wärmezufuhr erfolgt in einem Kocher. Durch Sieden werden
Gasblasen aus der NH3-reichen Lösung
ausgetrieben. Der Wasseranteil in diesem Gasstrom wird im Rektifikator
abgeschieden bzw. zurückgeführt, so daß fast
nur NH3-Dampf zum Kondensator strömt.
Dabei muss die Gasblasenpumpe so ausgebildet sein, dass sie die
Flüssigkeit auf eine erhebliche Höhe pumpt, um
die nötige Antriebskraft zu erzeugen. Der hochreine Ammoniakdampf kondensiert
und gibt dabei die Kondensationswärme an das Heizungswasser
ab. Anschließend strömt das flüssige
Ammoniak nach unten in den Verdampfer. In der Helium-/Ammoniak-Atmosphäre
verdampft das Ammoniak unter Aufnahme von Umgebungsenergie. Danach
gelangt das Gasgemisch durch einen Gas-7Gas-Wärmetauscher
und strömt zum Absorber, wo das gasförmige Ammoniak
von der NH3-armen Ammoniak-/Wasser-Lösung
absorbiert wird und die Absorptionswärme an das Heizungswasser
abgibt, bevor der geräuschfreie Prozess wieder neu beginnt.
-
Sowohl
die
EP 0 413 791 B1 als
auch die
EP 0 419 606
B1 zeigen eine Diffusionsabsorptionsanlage mit den einzelnen
Aggregaten. Diese sind jeweils als separate Bauteile ausgeführt
und über Leitungen miteinander verbunden. Weil der Arbeitsdruck
bei derartigen Anlagen mehr als 20 bar beträgt, müssen alle
Aggregate und Leitungen entsprechend druckfest gestaltet sein. Daher
ergibt sich bei diesem Aufbau eine große Anzahl von Schweiss nähten,
die sehr hochwertig bzw. genau ausgeführt sein müssen.
Insgesamt entsteht für die einzelnen Druckbehälter
und Leitungen ein erheblicher Material-, Fertigungs- und Prüfaufwand.
-
Die
EP 0 419 606 B1 enthält
einen Austreiber mit einer Gasblasenpumpe. Dieser besitzt sechs kreisförmig
angeordnete Pumpenrohre und im unteren Bereich ebenfalls sechs Flammenrohre
auf einem Teilkreis zur Beheizung mit je einem Gasbrenner. In der
alternierenden Anordnung berührt jedes Flammenrohr je zwei
Pumpenrohre und ist mit diesen verschweißt. Außerdem
verlaufen die Pumpenrohre als voneinander getrennte Einzelbauteile
direkt im zentralen Abgaskamin. Mit dieser relativ komplizierten
Konstruktion aus Rohrbogen und Einzelrohren entsteht die Notwendigkeit
zur Herstellung und Verschweißung vieler Einzelbauteile
mit dem vorstehend beschriebenen Aufwand.
-
Aus
der Konstruktion von Kälteanlagen sind einzelne Zellen
mit Kocherrohren bekannt. Die
DE-OS 24 05 950 zeigt beispielsweise einen
Absorptionskälteapparat mit Rektifikator. Dabei ist jedes
einzelne Kocherrohr von einem zylindrischen, konzentrischen Mantel
umgeben und die Beheizungseinrichtung ist mit diesem Außenrohr
verbunden. Im Zwischenraum strömt die Kältemittellösung.
Es lassen sich damit allerdings nur kleine Leistungen erreichen. Ebenfalls
eine konzentrische Anordnung der zur Ausbildung eines Kochers notwendigen
Rohre ist aus der
US 55 33 362 und
der
DE-PS 478 338 bekannt,
wobei in der
DE-PS 478 338 ein
Heizrohr eine zentrale Beheizungseinrichtung innerhalb eines Flüssigkeitsbehälters
bildet.
-
Weiterhin
ist aus der
DE 100
14 128 C1 ein Kocher für eine Diffusionsabsorptionsanlage
bekannt. Dabei sind in einem abgeschlossenen druckbeständigen
Behälter mehrere Kocherrohre kreisförmig um eine
zentrale Beheizungseinrichtung mit darüberliegendem Abgaskamin
angeordnet. Es ist ein ringzylindrischer Raum um die Kocherrohre
vorhanden, welcher im unteren Bereich an der Innenseite von einer
Wand um die Beheizungseinrichtung bzw. weiter oberhalb vom Abgaskamin
begrenzt ist. Eine weitere Wand bildet den Außenmantel
um die Kocherrohre. Der Raum zwischen der inneren und äußeren
Wand ist insbesondere mit armer Ammoniak-/Wasser-Lösung
gefüllt und die Kocherrohre münden mit ihrer unteren
Stirnseite in den unteren Ansaugraum. Ein nach unten offener Ringraum
isoliert den Raum um die beheizten Kocherrohre vom umgebenden Ansaugraum
und/oder Reservoir mit der reichen Ammoniak-/Wasser-Lösung.
-
Bei
dieser Anordnung werden mehrere parallele Röhrchen des
Kochers direkt vom Brenner erhitzt, so dass sich Feuerungseinflüsse,
wie zum Beispiel eine ungleichmäßige Flammenverteilung
bei einem Gasbrenner, auch direkt bemerkbar machen. Durch die Parallel schaltung
kann daher die Leistungsverteilung pro Rohr unterschiedlich sein.
Bei Überlastung von einem Rohr produziert dieses ständig
mehr Gas und weniger Flüssigkeit. Überhitzung, Rohrbruch
sind dann möglicherweise die Folgen. Zudem ist die Einzelüberwachung
von 16 parallelen Röhrchen bei diesem Aufbau relativ kompliziert
und auch relativ störungsanfällig.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines Kochers für
eine Diffusionsabsorptionsanlage zu optimieren, dabei insbesondere
die Leistungsverteilung auf die Kocherrohre optimal zu gestalten
und eine einfache Überwachung zu ermöglichen.
-
Erfindungsgemäß wird
dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Der
erfindungsgemäße Kocher ist dadurch gekennzeichnet,
dass die um eine gemeinsame Beheizungseinrichtung angeordneten Kocherrohre
von einem mit einem Wärmeträgermedium gefüllten Raum
eingefasst sind. Dabei besitzt dieser Raum um die Kocherrohre vorzugsweise
eine ringzylindrische Form. An der Innenseite ist er von einer einen
Brennraum um die Beheizungseinrichtung einfassenden Wand, welche
im oberen Bereich auch und die zum Abgaskamin führenden
Abgaskanäle einfasst, und nach außen hin von einer
umgebenden Wand begrenzt.
-
Die
Kocherrohre sind gerade ausgebildet und durchdringen den ringzylindrischen,
mit einem Wärmeträgermedium gefüllten
Raum vertikal und mit Abstand zu den vertikalen Begrenzungswänden,
so dass nur die Enden der einzelnen Kocherrohre aus dem ringzylindrischen
Raum heraus ragen.
-
Die
untere ringförmige, den ringzylindrischen Raum horizontal
begrenzende Flanschplatte ist etwa an der Unterseite des Brennraumes
und oberhalb oder im oberen Bereich des Verteilers für
reiche Ammoniak-/Wasser-Lösung angebracht, welcher gleichzeitig
als Reservoir dient. Dabei ragen die Enden der Kocherrohre von dort
aus frei in den Verteiler als Ansaugraum.
-
Vorteilhafterweise
weist das Wärmeträgermedium im ringzylindrischen
Raum um die Kocherrohre eine Arbeitstemperatur im Bereich von etwa 90°C
bis 200°C sowie einen Arbeitsdruck im Bereich von etwa
0 bar bis 20 bar auf. Wasser ist vorzugsweise als Wärmeträgermedium
im ringzylindrischen Raum um die Kocherrohre vorgesehen. Es kann
aber auch ein anderes Medium zum Einsatz kommen. Beispielsweise
ein Öl, welches einen höheren Siedepunkt besitzt
und somit zu einem niedrigeren Dampfdruck führt. Dadurch
ist eine Begrenzung des maximalen Druckes des Mediums im ringzylindrischen Raum
zu erreichen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform sind im ringzylindrischen
Raum etwa 10 bis 20 Kocherrohre auf mindestens einem Teilkreis angeordnet.
Vorzugsweise werden 16 Kocherrohre auf einem Teilkreis eingesetzt.
-
Weiterhin
kann eine Überwachungseinrichtung für den ringzylindrischen,
mit einem Wärmeträgermedium gefüllten
Raum um die Kocherrohre vorgesehen sein, mit der indirekt Funktion
und Wirkungsweise der Kocherrohre überwacht werden. Dabei
erfolgt mit der Überwachungseinrichtung eine Druck- und/oder
Temperaturmessung am ringzylindrischen Raum um die Kocherrohre,
welche charakteristisch für Funktion und Wirkungsweise
der Kocherrohre im Betrieb ist. Die Messung kann zum Beispiel in
diesem Raum oder auch an der Wand erfolgen. Die ermittelten Messwerte
werden überwacht und mit vorgebbaren Schwellwerten verglichen.
-
In
einer weiteren Ausführungsform ist der mit einem Wärmeträgermedium
gefüllte Raum um die Kocherrohre mindestens auf einem Teilbereich
seiner Höhenerstreckung außen durch einem weiteren Raum
eingefasst. Dieser ist vorzugsweise ebenfalls ringzylindrisch gestaltet
sowie im unteren und im oberen Bereich mit Stutzen versehen, so
dass darüber ein Wärmeträgermedium eines
Kreislaufs über einen Wärmeverbraucher oder einen
Wärmeerzeuger zirkulieren kann.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Aufbau wird ein Kocher einer
Diffusionsabsorptionsanlage optimiert. Insbesondere wird dabei die
Leistungsverteilung auf die Kocherrohre optimal gestaltet und eine
einfache Überwachung des Kocherbetriebes ermöglicht.
-
Außerdem
wird die Sicherheit erhöht, weil die sonst im Schadensfall
eventuell mögliche Freisetzung eines Ammoniak-/Wasser-Gemisches
in einem Aufstellungsraum praktisch ausgeschlossen werden kann.
Das wesentliche Gestaltungskriterium dafür ist der druckbeständige
geschlossene Mantel, insbesondere rund um die Kocherrohre, in der
Zone der intensivsten Wärmeeinwirkung durch die Beheizungseinrichtung.
Die Rohrbruch-Gefahr ist nämlich ansonsten in der Regel
am größten, wenn ein Rohr vollständig
dicht zugesetzt ist. Tritt ein derartiger Fall von Verschlammung
von einem oder mehreren Röhrchen auf, ist dies nun durch
die Erfindung einfach über Temperatur- und/oder Druckabweichungen
des Mediums im ringzylindrischen Raum festzustellen.
-
Erfindungsgemäß werden
die Kocherrohre nun über ein Zwischenmedium im ringzylindrischen Raum
erhitzt. Es besteht also kein direkter Kontakt mehr mit der Flamme.
Die Wärmeübertragung von der Brennraumwand zu
den Kocherrohren sowie die Leistungsver teilung auf die einzelnen
Rohre ist sehr gut, und die Temperaturverteilung ist sehr gleichmäßig.
Dies macht eine einfache indirekte Überwachung der Kocherrohre über
das Zwischenmedium im ringzylindrischen Raum möglich.
-
Ein
weiterer Vorteil ist die erfindungsgemäß erreichte
Unabhängigkeit von der Wärmequelle bzw. des Brennstoffes,
weil die Wärmeverteilung im Kocher sowie die Gestaltung
des Brennraumes einfacher wird und gut an die verwendete Beheizungseinrichtung
angepasst werden kann. Wo bisher nur eine Gasfeuerung verwendet
wurde, kann nun zum Beispiel auch Öl eingesetzt werden.
Auch werden die Kocherrohre durch den erfindungsgemäßen
Ausbau vor eventuell auftretenden korrosiven Einflüssen
der Flamme geschützt.
-
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung
ist die flexible Leistungsanpassung. Gemäß dem
Stand der Technik wird bisher der maximale Leistungsbereich einer
Diffusionsabsorptionsanlage als Gaswärmepumpe durch die
Modulierbarkeit der Kocherrohre, also deren Arbeitsbereich bis zum Beginn
bzw. Ende der Dampfblasenbildung, beschränkt. Erfindungsgemäß ist
es sogar möglich, über den weiteren, äußeren
ringzylindrischen Raum, welcher den inneren ringzylindrischen Raum
um die Kocherrohre einfasst, Energie wegzunehmen. Es liegt somit
keine Einschränkung mehr durch die maximale oder minimale
Leistung der Kocherrohre vor. Der Leistungsbereich, also die modulierbare
Leistungsabgabe, wird erfindungsgemäß ausschließlich durch
Brennstoff und/oder Brennraum bestimmt und lässt sich somit
einfacher anpassen.
-
Weiterhin
besteht die Möglichkeit, über den weiteren, äußeren
ringzylindrischen Raum zusätzliche Energie in den Prozess
einzubringen. Beispielsweise kann dies solar erzeugte Energie sein,
insbesondere bei Anlagen, welche für solare Kühlung
zum Einsatz kommen.
-
Die
Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dar. Es zeigt, jeweils im vertikalen Schnitt, einen Kocher für
eine Diffusionsabsorptionsanlage:
-
1:
mit einem ringzylindrischen, mit einem Wärmeträgermedium
gefüllten Raum um die Kocherrohre und
-
2:
wie 1, aber mit einem weiteren, äußeren
ringzylindrischen Raum mit Anschluss an einen Kreislauf eines Wärmeträgermediums über
einen Wärmeverbraucher oder einen Wärmeerzeuger.
-
Der
Kocher für eine Diffusionsabsorptionsanlage besteht im
Wesentlichen aus einer gemeinsamen Beheizungseinrichtung 1 in
einem Brennraum 2 mit darüberliegendem Abgas kamin 3 sowie,
mehreren vertikal ausgerichteten, um die Beheizungseinrichtung 1 angeordneten
Kocherrohren 4 als Austreiber oder Gasblasenpumpe sowie
einem nicht dargestellten unteren Ansaugraum mit einem Reservoir
für reiche Ammoniak-/Wasser-Lösung als unterer
Teil eines umgebenden abgeschlossenen, druckbeständigen
Behälters.
-
Die
Kocherrohre 4 sind kreisförmig um eine gemeinsame
Beheizungseinrichtung angeordnet und werden von einem ringzylindrischen,
mit einem Wärmeträgermedium gefüllten
Raum 5 eingefasst. Dieser Raum 5 ist nach innen
hin von einer Wand 6 begrenzt, welche den Brennraum 2 und
die zum Abgaskamin 3 führenden Abgaskanäle 7 umgibt.
Eine weitere Wand 8 bildet nach außen hin die
mantelartige Begrenzung.
-
Die
Kocherrohre durchdringen den ringzylindrischen Raum 5 vertikal
und mit Abstand zu den vertikalen Begrenzungswänden 6, 8.
Nur die Enden der Kocherrohre 4 ragen aus dem ringzylindrischen Raum 5 heraus,
wobei die untere ringförmige, den ringzylindrischen Raum 5 horizontal
begrenzende Flanschplatte 9 etwa an der Unterseite des
Brennraumes 2 angebracht ist.
-
Gemäß 2 ist
der ringzylindrische, mit einem Wärmeträgermedium
gefüllte Raum 5 um die Kocherrohre 4 mindestens
auf einem Teilbereich seiner Höhenerstreckung außen
durch einem weiteren ringzylindrischen Raum 10 eingefasst.
Dieser ist im unteren Bereich mit einem Zulaufstutzen 11 und
im oberen Bereich mit einem Ablaufstutzen 12 versehen,
so dass darüber ein Wärmeträgermedium
eines Kreislaufs über einen Wärmeverbraucher oder
einen Wärmeerzeuger zirkuliert. Die Zirkulation kann auch umgekehrt über
die beiden Stutzen 11, 12 erfolgen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0413791
B1 [0004]
- - EP 0419606 B1 [0004, 0005]
- - DE 2405950 A [0006]
- - US 5533362 [0006]
- - DE 478338 [0006, 0006]
- - DE 10014128 C1 [0007]