DE10206226A1 - Diffusionsabsorptionsanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Diffusionsabsorptionsanlage und mit einem von einem Kältemedium, beispielsweise Ammoniak, und einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, gebildeten Arbeitsstoffpaar sowie mit einem druckausgleichenden Hilfsgas, wie Helium oder Wasserstoff in einem geschlossenen System, mit einem Kocher zum Antrieb eines Kältemittel- und Lösungsmittelkreislaufs, wobei der Kocher wenigstens ein Kaminrohr mit wenigstens einem Pumpenrohr aufweist, welches im Lösungsmittelkreislauf mit seinem oberen Ende mit einem mit einem Absorber der Anlage verbundenen Standrohr in Verbindung steht und mit seinem unteren Ende mit einem mit dem Absorber verbundenen Vorlauf der Dampfblasenpumpe.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Diffusionsabsorptionsanlage entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Diffusionsabsorptionsanlagen sind u. a. als Kälteanlagen zur Verwendung in Kühlschränken bekannt. Sie können aber mit einer entsprechenden konstruktiven Gestaltung auch als Wärmepumpen zu Heiz- oder Kühlzwecken eingesetzt werden. In bekannten Anlagen wird in der Regel als Kältemittel Ammoniak (NH₃) und als Lösungsmittel oder absorbierender Stoff Wasser eingesetzt, also Ammoniak-Wasser als Arbeitsstoffpaar. Zum Druckausgleich wird weiterhin ein Hilfs- oder Inertgas, beispielsweise Wasserstoff oder Helium verwendet. Die Wärmezufuhr erfolgt in einem Kocher. Durch Sieden werden Dampfblasen aus der an ammoniakreichen Lösung ausgetrieben und hierdurch einerseits ein Lösungskreislauf und ein Ammoniakkreislauf erzeugt. Der Wasseranteil in dem von den Dampfblasen gebildeten Dampfstrom wird in einem Rektifikator abgeschieden, so daß dann fast reiner Ammoniak-Dampf zum Kondensator der Anlage strömt. Der Ammoniakdampf kondensiert im Kondensator und gibt dabei die Kondensationswärme über einen Kondensatorwärmetauscher an die Umgebung oder beispielsweise an das Heizungswasser einer Heizung ab. Anschließend strömt das flüssige Ammoniak aus dem auf einem höheren Niveau angeordneten Kondensator nach unten in einen Verdampfer, in dem das Ammoniak in der dort vorhandenen Atmosphäre aus dem Hilfsgas und Ammoniak verdampft, und zwar unter Aufnahme von Wärme aus der Umgebung bzw. unter Nutzkälteleistung. Danach gelangt das Gasgemisch aus Ammoniak-Gas und Hilfsgas über einen Gaswärmetauscher in den Absorber, wo das gasförmige Ammoniak von der dortigen, nur geringen Menge an Ammoniak enthaltenden Ammoniak-Wasser-Lösung absorbiert wird und so in den Lösungskreislauf zurück gelangt. Die Absorptionswärme wird über einen Absorptionswärmetauscher abgegeben, beispielsweise wieder an das Wasser einer Heizung. Die mit Ammoniak angereicherte Ammoniak-Wasser-Lösung strömt über einen Vorlauf zurück an den Kocher.
• Bekannt ist es, diesen Kocher so auszubilden, daß er in einem von den heißen Abgasen z. B. eines Brenners durchströmten Kaminrohr mehrere Pumpenrohre aufweist, in denen das Erhitzen der Ammoniak-Wasser-Lösung und damit die Dampfblasenbildung aus dieser Lösung erfolgen. Die Dampfblasen fördern die siedende Lösung mit an ein oberes Ende des jeweiligen Pumpenrohres und dort über einen Übergang in ein Standrohr, welches mit dem Absorber in Verbindung steht. Am Übergang bzw. an einer dortigen Ableitung erfolgt das Trennen des Dampfstromes von der heißen, nur noch einen geringen Anteil an Ammoniak enthaltenden Lösung. Der Dampf wird dann über eine Ableitung in der vorstehend beschriebenen Weise den weiteren Funktionselementen der Diffusionsabsorptionsanlage zugeführt. Nachteilig ist hierbei unter anderem, daß das Standrohr von einem das Kaminrohr unmittelbar umschließenden Ringkanal gebildet ist, ebenso auch die Ableitung für den Dampfstrom.
• Nachteilig ist bei der bekannten Diffusionsabsorptionsanlage weiterhin, daß relativ große Flüssigkeitsmengen in den Pumpenrohren, in dem als Ringkanal ausgebildeten Standrohr sowie in dem Vorlauf vorhanden sind. Dies bedeutet, daß nach dem Abschalten der Anlage durch die natürliche Konvektion im Kaminrohr eine relativ schnelle Abkühlung großer im Kocher vorhandener Mengen an Flüssigkeit bzw. Lösung erfolgt, wodurch erhebliche Wärmeenergie verlorengeht, und daß beim Einschalten der Diffusionsabsorptionsanlage große Mengen an Flüssigkeit bzw. Lösung wieder auf die notwendige Betriebstemperatur (beispielsweise 170°C) erhitzt werden müssen. Hierdurch ergeben sich hohe Wärmeverluste und damit ein nicht zufriedenstellender Wirkungsgrad, und zwar insbesondere dann, wenn die Diffusionsabsorptionsanlage häufig ein- und ausgeschaltet wird, wie dies z. B. bei Verwendung dieser Anlage als Wärmepumpe für Heizzwecke der Fall ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Diffusionsabsorptionsanlage aufzuzeigen, die diese Nachteile vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Diffusionsabsorptionsanlage entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
• Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und teilweise im Schnitt eine Diffusionsabsorptionsanlage gemäß der Erfindung;
• Fig. 2 in Einzeldarstellung den Kocher mit Dampfblasenpumpe der Diffusionsabsorptionsanlage der Fig. 1;
• Fig. 3 in einer Darstellung ähnlich Fig. 2 den Kocher einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
• Die in der Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Diffusionsabsorptionsanlage ist beispielsweise Bestandteil einer Wärmepumpe. Als Betriebsmittel dient Ammoniak und Wasser sowie ein inertes Hilfsgas, z. B. Wasserstoff oder Helium zur Erzielung eines möglichst konstanten Betriebsdrucks im geschlossenen System.
• Die Diffusionsabsorptionsanlage 1 umfaßt u. a. einen Kocher 2, der eine Dampfblasenpumpe und mit einer geeigneten Wärmequelle, beispielsweise mit einem Gasbrenner 3 beheizt wird. Der Kocher 2 ist über eine Dampfleitung 4 mit einem Kondensator 5 verbunden, der seinerseits über eine Leitung 6 mit einer Baugruppe verbunden ist, die aus dem Verdampfer 7, dem Gaswärmetauscher 8 und dem Absorber 9 besteht. Über eine Leitung 10 wird Wasser-Ammoniak-Gemisch in den Kocher 2 zurückgeführt. In der Leitung 10 befindet sich ein Wärmetauscher 11, der als Doppelrohr-Wärmetauscher dargestellt und Bestandteil einer nachstehend noch näher beschriebenen und mit einem Ende an einen oberen Bereich des Absorbers 9 führenden Leitung oder Verbindung 12 ist. Zwischen dem Standrohr 19 und dem Wärmetauscher 11 kann ein weiterer Wärmetauscher angeordnet sein.
• Unterhalb der Baugruppe, bestehend aus dem Verdampfer 7, dem darunter angeordneten Gaswärmetauscher 8 und dem darunter angeordneten Absorber 9 ist ein Reservoir 13 vorgesehen, welches über eine Leitung 14 mit dem Kochers 2 verbunden ist und welches zur Aufnahme eines gewissen Vorrates an dem Wasser-Ammoniak- Gemisch dient. Über eine Druckausgleichsleitung 15 ist das Reservoir 13 mit dem unteren Bereich des Absorbers 9 verbunden. Eine weitere Druckausgleichsleitung 16 verbindet den unteren Bereich des Absorbers 9 mit der Oberseite des Kondensators 5. Die beiden Druckausgleichsleitungen dienen dazu, interne Druckdifferenzen im System auszugleichen.
• Wie insbesondere auch in der Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt der Kocher 2 u. a. ein beidendig offenes und mit seiner Achse in vertikaler Richtung orientiertes Kaminrohr 16, in welchem ein parallel zu diesem Kaminrohr angeordnetes Pumpenrohr 17 angeordnet ist. Letzteres steht mit seinem unteren Ende in Verbindung mit einem Vorlauf oder Vorlaufrohr 18, an welches auch die beiden Leitungen 10 und 14 angeschlossen sind. Das obere Ende des Pumpenrohres 17 mündet in ein vertikal angeordnetes Standrohr 19, und zwar in der Nähe des oberen Endes dieses Standrohres, welches mit seinem unteren Ende über den Wärmetauscher 11 mit der Leitung 12 verbunden ist. Oberhalb der Verbindung zwischen dem Standrohr 19 und dem Pumpenrohr 17 ist das Standrohr 19 über einen Bogen 20 mit einem Rohr 21 verbunden, welches parallel zu dem Standrohr 19 in vertikaler Richtung angeordnet ist und mit seinem unteren Ende über einen Bogen 22 in das untere Ende der Dampfleitung 4 übergeht. Der Bogen 22 ist über eine Leitung 23 mit dem das Wasser- Ammoniak-Gemisch führenden Teil des Wärmetauschers 11 verbunden und leitet das in dem Rohr 21 und dem Dampfrohr 4 gebildetete Kondensat ab.
• Wie die Fig. 2 weiterhin zeigt, ist der den Vorlauf 18, das Standrohr 19, den Bogen 20 und das Rohr 21 aufweisende Teil des Kochers 2 durch eine thermische Isolation 24 thermisch von dem Kaminrohr 16 und von dem in diesem Kaminrohr angeordneten Pumpenrohr 17 getrennt.
• Die generelle Arbeitsweise der Diffusionsabsorptionsanlage 1 läßt sich dahingehend beschreiben, daß der im Kocher 2 bzw. im Pumpenrohr 17 durch den Brenner 3erzeugte Dampf über den Bogen 20, das Rohr 21 in das Dampfrohr 4 und von dort in den Kondensator 5 strömt. Der dort unter Abgabe von Wärmeenergie kondensierte Ammoniak-Dampf gelangt dann durch die Leitung 6 als Flüssigkeit in den Verdampfer 7, wo das flüssige Ammoniak unter Aufnahme von Wärme in das Inert- oder Hilfsgas verdampft. Das mit Ammoniak angereicherte Inert-Gas strömt dann durch den Gaswärmetauscher 8 nach unten in den Absorber 9. Das den Absorber 9 nach oben verlassende und nur noch eine geringe Menge Ammoniak enthaltende Inert-Gas strömt durch den Gaswärmetauscher 9 zurück in den Verdampfer 7.
• Zusätzlich zu diesem Kältemittel- bzw. Ammoniak-Kreislauf fließt die vom Kocher 2 bzw. von dem Pumpenrohr 17 mit kleinem Innenquerschnitt durch die Dampfblasen nach oben geförderte heiße Wasser-Ammoniak-Lösung in einem Lösungskreislauf durch das Standrohr 19 nach unten in den Wärmetauscher 11, dann durch den mit der Leitung 12 verbundenen Teil dieses unteren Wärmetauschers 11 in den oberen Teil des Absorbers 9. Dort nimmt die Lösung unter Wärmeabgabe Ammoniak aus dem Inert-Gas auf und fließt aus dem Absorber 9 nach unten durch die Leitung 10 und den mit dieser Leitung verbundenen Teil des Wärmetauschers 11 zurück an den Vorlauf 18. Um Schwankungen im Flüssigkeitspegel des Kochers 2 auszugleichen, ist dieser in der beschriebenen Weise mit dem Reservoir 13 verbunden. Dieses Reservoir ist teilweise mit der Lösung aus Wasser und Ammoniak gefüllt.
• In Betrieb erfolgt auch ein Wärmefluß vom oberen Ende des Pumpenrohres 17 zu dem Standrohr 19 und ebenso vom unteren Ende des Pumpenrohres 17 zum Vorlaufrohr 18. Diese Wärmeflüsse sind aber durch die geringen Abmessungen des Pumpenrohres 17 so gering, daß dadurch keine nennenswerte Erwärmung des Standrohres 19 und des Vorlaufrohres 18 erfolgt.
• Durch die Isolation 24, die insbesondere das Standrohr 19, das Rohr 21 sowie auch das Vorlaufrohr 18 umgibt, werden Wärmeverluste an die Umgebung vermieden. Zweckmäßig kann es sein, auch das Kaminrohr 16 gegenüber der Umgebung zu isolieren. Durch das geringe Volumen und durch die Isolation 24 ist weiterhin auch ein schnelles Einschalten der Diffusionsabsorptionsanlage 1 mit geringer Verzögerung erreicht.
• Die Fig. 3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Diffusionsabsorptionsanlage bzw. des in dieser Figur mit 2a bezeichneten Kochers. Bei dieser Ausführungsform wird wiederum das Kaminrohr 16 mit dem Pumpenrohr 17 verwendet. Letzteres ist mit seinem unteren Ende wiederum mit dem Vorlauf 18 verbunden. Das obere Ende des Pumpenrohres 17 mündet über eine Erweiterung 25 in das dem Standrohr 19 entsprechende Standrohr 19a, welches über den Wärmetauscher 11 und das Rohr 12 mit dem oberen Bereich des Absorbers 9 verbunden ist. Die Erweiterung 25 des oberen Endes des Standrohres 19a ist so ausgebildet, daß sich dort eine das Pumpenrohr 17 an seinem in die Erweiterung 25 hineinreichenden Ende umschließende ringförmige Öffnung 26 ergibt, über die die Erweiterung 25 mit einem in vertikaler Richtung und bei der dargestellten Ausführungsform achsgleich mit der Achse des Standrohres 19a verlaufenden Kanal 27 in Verbindung steht, in dem das Standrohr 19a mit der Erweiterung 25 vollständig aufgenommen ist. Dieser von einem Rohrstück gebildete geschlossene Kanal 27 mündet mit seinem unteren Ende in den Vorlauf 18a. Oberhalb der Einmündung des Kanals 27 in den Vorlauf 18a ist der Kanal über einen Anschluß 28 mit dem Dampfrohr 4 verbunden. Der Kanal 27, das Standrohr 19a mit seiner Erweiterung 25 sowie der Verlauf 18a sind in einer der Isolation 24 entsprechenden Isolation 24a untergebracht.
• Die Arbeitsweise des Kochers 2a entspricht der Arbeitsweise des Kochers 2, d. h. im Pumpenrohr 17 erfolgt wiederum das Erhitzen der Wasser-Ammoniak-Lösung. Der hierbei entstehende Dampf gelangt über die Ringöffnung 26 in den Kanal 27 und von dort über den Anschluß 28 und die Dampfleitung 4 an den Kondensator 5. Der Flüssigkeits- bzw. Lösungskreislauf verläuft wieder über das obere Ende des Pumpenrohres 17, die Erweiterung 25 und das Standrohr 19a, den Wärmetauscher 11 und die Leitung 12 in den oberen Bereich des Absorbers 9 und von dort nach Aufnahme von Ammoniak über die Leitung 10 und den Wärmetauscher 11 zurück an den Vorlauf 18a.
• Die Vorteile der beschriebenen Diffusionsabsorptionsanlage 1 bzw. 1a bzw. der dort verwendeten Kocher 2 bzw. 2a bestehen u. a. in einer wesentlichen Reduzierung der Wärmeverluste des Kochers durch die verwendete Isolation 24 bzw. 24a.
• Speziell bei dem Kocher 2a wird durch die Anordnung des dortigen Standrohres 19a innerhalb des dampfführenden Kanals 27 die äußere Oberfläche des Kochers gegenüber bekannten Ausführungen stark reduziert. So beträgt beispielsweise bei einem Innendurchmesser des Standrohres 19a von 7 mm und einer Wandstärke des Standrohres 19 und des den Kanal 27 bildenden Rohres von jeweils 1 mm bei einer für die Funktion ausreichenden Breite des Ringkanals bzw. Dampfspalts zwischen dem inneren Standrohr 19a und der Wandung des Kanals 27 von 3 mm der Außendurchmesser des den Kanal 27 bildenden Rohres nur 17 mm. Dem gegenüber hat ein Kocher gleicher Leistung nach dem Stand der Technik ein Kaminrohr mit 35 mm Außendurchmesser, ein Standrohr mit etwa 45 mm Außendurchmesser und ein weiteres umgebendes dampfführendes Rohr von mindestens 54 mm Außendurchmesser. Bei gleicher Dicke der umgebenden Isolation für den Kocher bedeutet dies bei der Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik sehr verkleinerter Außendurchmesser und eine sehr verkleinerte Außenfläche des Kochers und damit auch erheblich reduzierte Wärme- bzw. Isolationsverluste im Vergleich zum Stand der Technik. Andererseits ist es bei der Erfindung möglich, eine Kocherisolation, die den gleichen Außendurchmesser wie eine entsprechende Isolation beim Stand der Technik aufweist, mit größerer Dicke auszubilden und damit die Wärmedämmung der Kocherisolation wesentlich zu erhöhen.
• Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Diffusionsabsorptionsanlage liegt in den geringen Verlusten beim periodischen Abschalten der Anlage. Nach dem Abschalten des Gasbrenners 3 tritt ein Auskühlen des Kaminrohres 16 aber auch des Pumpenrohres 17 in relativ kurzer Zeit ein. Ist die Diffusionsabsorptionsanlage 1 bzw. 1a Bestandteil einer Heizung, so schaltet diese Diffusionsabsorptionsanlage insbesondere bei mäßig kühlem Wetter mangels Wärmebedarf oft ein und aus, zumal eine Diffusionsabsorptionsanlage nur begrenzt mit einer reduzierten Leistung betrieben werden kann. Die Isolation 24 bzw. 24a zwischen dem Kaminrohr 16 und dem Standrohr 19 bzw. 19a verhindert ein schnelles Auskühlen des Standrohres und der darin enthaltenen Lösung, so daß zumindest Verluste durch das Abkühlen des Standrohres während der Ausschaltperioden deutlich reduziert sind.
• Weiterhin ist selbst bei einer längeren Ausschaltzeit bei voller Auskühlung des Kochers 2 bzw. 2a der Verlust im Vergleich zum Stand der Technik stark reduziert, und zwar wegen des relativ kleinen Volumens der Funktionselemente des Kochers und der relativ kleinen Flüssigkeitsmenge in den Funktionselementen.
• Anstelle nur eines einzigen Pumpenrohres 17, wie es bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen der Fall ist, können auch zwei oder mehr als zwei Pumpenrohre verwendet sein. Diese sind dann parallel zueinander angeordnet und an ihren Enden entweder einzeln oder aber über eine Verbindung mit den weiteren Funktionselementen, nämlich dem Vorlauf 18 bzw. 18a und dem Standrohr 19 bzw. 19a verbunden. Die parallel zueinander angeordneten Pumpenrohre voneinander beabstandet, so daß eine gleichmäßige Erwärmung der Pumpenrohre durch die Wärmequelle, beispielsweise durch den Gasbrenner 3 bzw. die von diesem Brenner erzeugten Gase sichergestellt ist.
• Weist die Diffusionsabsorptionsanlage beispielsweise zwei Pumpenrohre 17 auf, die jeweils einen Innendurchmesser von 5 mm haben, so beträgt der Gesamtquerschnitt der beiden Pumpenrohre etwa 40 mm². Die von den Pumpenrohren geförderte Lösung wird von dem Standrohr 19 bzw. 19a mit einem Innendurchmesser von 7 mm und damit mit einem Querschnitt von ebenfalls etwa 40 mm aufgenommen und nach unten geleitet. Je Meter Länge der Pumpenrohre und des Standrohres befinden sich somit bei diesen Beispiel etwa 80 cm³ Lösung im Kocher.
• Werden zur Erhöhung der geforderten Lösungsmenge mehr als zwei Pumpenrohre eingesetzt, so ist auch der dafür notwendige Innenquerschnitt des Standrohres entsprechend größer, wobei der Innenquerschnitt des Standrohres in etwa gleich der Summe der Innenquerschnitte sämtlicher Pumpenrohre ist.
• Dagegen ist bei Kochern nach dem Stand der Technik, bei denen das Standrohr um das Kaminrohr herum angeordnet ist, ein in etwa konzentrischer Ringspalt zwischen Kaminrohr und Standrohr von etwa 4 mm notwendig. Ein Ringspalt geringerer Breite würde die im Standrohr nach unten verlaufende Strömung durch Dampfblasen hindern, die durch die Wärmeabgabe des heißen Abgases im Kaminrohr entstehen. Beträgt der Durchmesser des Kaminrohres 35 mm und sind zwei Pumpenrohre vorgesehen, so ergibt sich bei einer Ringspaltbreite von 4 mm ein effektiver Querschnitt zwischen Standrohr und Kaminrohr von 490 mm². Pro Meter Länge der verwendeten Rohre befinden sich dann bis zu 530 cm³ Lösung im Kocher, die beim Ausschalten der Diffusionsabsorptionsanlage abkühlt und beim Einschalten der Diffusionsabsorptionsanlage wieder auf Siedetemperatur erwärmt werden muß.
• Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist also auch das wesentlich kleinere Volumen der im Kocher vorhandenen Lösung, so daß auch hierdurch Wärmeverluste reduziert werden und ein schnelleres Einschalten der Diffusionsabsorptionsanlage möglich ist.
• Wie vorstehend beschrieben, ist das jeweilige Pumpenrohr 17 mit seinem unteren Ende mit dem Vorlaufrohr 18 bzw. 18a verbunden, welches mit der Lösung gefüllt ist und durch welches beim Betrieb der Anlage Lösung zu dem jeweiligen Pumpenrohr oder Pumpenrohren strömt. Wie ebenfalls beschrieben, ist die Lösung durch den vorgeschalteten Wärmetauscher 11 bereits stark erwärmt. Das Vorlaufrohr 18 bzw. 18a kann ebenfalls mit kleinem Querschnitt bzw. Durchmesser ausgeführt werden. Um aber die Füllung des Vorlaufrohres nach einem Transport der Diffusionsabsorptionsanlage oder nach der erstmaligen Füllung dieser Anlage sicherzustellen, ist das Vorlaufrohr 18 bzw. 18a im Querschnitt etwas größer ausgeführt als das Standrohr 19 bzw. 19a. Weiterhin ist das Vorlaufrohr 18 bzw. 18a aus gleichem Grunde bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen steil oder sogar senkrecht ausgeführt.
• Beispielsweise bei einem Kocher mit zwei Pumpenrohren mit je einem Innenquerschnitt von 20 mm² ist ein Vorlaufrohr mit einem Innenquerschnitt von 100 mm² ausreichend. Bei einer gefüllten Länge des Vorlaufrohres von beispielsweise 200 mm enthält das Vorlaufrohr nur 20 cm³ Lösung. Bei herkömmlichen Kochern nach dem Stand der Technik, beispielsweise bei einem Kocher wie er in der WO 90/10834 beschrieben ist, und bei denen die Versorgung der Pumpenrohre mit Lösung durch einen das Kaminrohr umgebenden Ringspalt erfolgt, muß dieser Ringspalt wegen der Wärmezufuhr durch das Kaminrohr und der damit verbundenen Dampfblasenentwicklung mit ausreichender Breite ausgeführt sein, so daß entstehende Dampfblasen nach oben entweichen können, ohne die Strömung der Lösung zu behindern. Bei einem angenommenen Kamindurchmesser von 35 mm und einer Ringspaltbreite von 4 mm beträgt dann der Innenquerschnitt des Ringspaltes 490 mm Bei einer gefüllten Länge von beispielsweise wiederum 200 mm enthält der Ringspalt dann etwa 100 cm³ Lösung, d. h. auch die in dem Vorlauf vorhandene Menge an Lösung läßt sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung wesentlich reduzieren.
• Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Standrohres 19 bzw. 19a und des Vorlaufrohres 18 bzw. 18a beträgt somit die Gesamtmenge an Lösung im Kocher ca. 100 cm³, während ein vergleichbarer Kocher nach dem Stand der Technik etwa 630 cm³ an Lösung enthält. Die zur Erwärmung der im Kocher enthaltenen Lösung notwendige Wärmezufuhr ist proportional zur Lösungsmenge. Hieraus resultiert bei der Erfindung eine geringere Wärmeaufnahme der im Kocher enthaltenen Lösung bei Erwärmung aus dem kalten Zustand auf dem Betriebszustand, d. h. die notwendige Wärmeaufnahme beträgt bei der Erfindung nur etwa 20% der Wärmeaufnahme, die bei vergleichbaren bekannten Anlagen bzw. deren Kocher beim Wiedereinschalten der Anlage benötigt wird.
• Die wesentlich kleineren Abmessungen, die die Bauteile bzw. Funktionselemente bei der erfindungsgemäßen Ausbildung aufweisen, führen zu einer reduzierten Wärmekapazität der Bauteile und damit ebenfalls zu einer geringeren Wärmeaufnahme beim Einschalten des Kochers. Gleichzeitig ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Ausbildung auch Vorteile hinsichtlich einer Gewichts- und Kosteneinsparung und eines wesentlich reduzierten Bauvolumens, d. h. die erfindungsgemäße Anlage ist in kompakter Bauform mit kleinen Abmessungen realisierbar.
• Der Kocher 2a hat zusätzlich zu den grundsätzlichen Vorteilen der Erfindung noch den Vorteil, daß das dortige Standrohr 19a auch außen mit dem Betriebsdruck des Aggregats beaufschlagt ist und eine Druckdifferenz zwischen dem Innendruck des Standrohres 19a und dem Druck in der dieses Rohr umgebenden Kammer 27 allenfalls durch die Flüssigkeitssäule in dem Standrohr 19a bestimmt ist. Hierdurch ist es möglich, das Standrohr 19a aus einem nicht korrodierenden Material herzustellen, beispielsweise aus Glas, aus Keramik, aus einem temperaturbeständigen Kunststoff oder dergleichen. Grundsätzlich bestünde natürlich auch die Möglichkeit, das die Lösung mit relativ hoher Temperatur (ca. 170°C) bei dem Arbeitsstoffpaar Ammoniak- Wasser führende Standrohr 19a aus einem korrosionsbeständigen Stahl zu fertigen. Dies führt aber dann zu Problemen, wenn für die übrigen Funktionselemente ein herkömmlicher Stahl, beispielsweise Baustahl verwendet wird, der ein leichtes Verarbeiten, d. h. insbesondere Formen, Schweißen usw. ermöglicht, da ein korrosionsbeständiger Stahl für das Standrohr mit den üblichen Kohlenstoffstählen der anderen Funktionselemente ein elektrochemisch aktives Element bildet, welches Korrosionen an den Funktionselementen oder Bauteilen hervorruft.
• Ein grundsätzliches Problem bei Diffusionsabsorptionsanlagen, die mit dem Arbeitsstoffpaar Ammoniak-Wasser arbeiten und für deren Herstellung herkömmlicher Stahl oder Baustahl in Blech- und Rohrform verwendet wird, der (Stahl) kostengünstig auf dem Markt erhältlich ist, gut verformbar und auch schweißbar ist, besteht darin, daß dieser Stahl zwar ammoniakbeständig ist, die Anlage aber an verschiedenen Bereichen unterschiedliche Lösungskonzentrationen und Lösungstemperaturen aufweist und dadurch ein unterschiedliches elektrochemisches Potential verursacht wird. Als Folge hiervon wird im Inneren der Diffusionsabsorptionsanlage an bestimmten Bereichen Material von den Rohr- oder Behälterwandungen abgetragen und an anderen Bereichen angelagert. Dies kann zu Lecken sowie zu einer Verengung Rohrquerschnitten führen und damit die Lebensdauer der Anlage reduzieren.
• Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es üblich und auch bekannt, der Füllung der Diffusionsabsorptionsanlage einen Zusatz eines Inhibitor-Stoffes, beispielsweise wasserlösliches Natriumchromat beizufügen, und zwar in wenigen Prozenten. Dieses Inhibitor-Material bildet eine dünne Schicht auf der von der Lösung benetzten Innenfläche der Diffusionsabsorptionsanlage und reduziert dadurch die nachteiligen elektrochemischen Effekte, so daß hierdurch die Lebensdauer der Anlage wesentlich verbessert werden kann. Zur Bildung der erwähnten Schicht wird zunächst eine größere Menge an Inhibitor-Material verbraucht, anschließend kommt es aber zu einem ständigen Verbrauch des in der Lösung noch vorhandenen Vorrats an Inhibitor- Material. Die zur Ausbildung der Schutzschicht benötigte Menge an Inhibitor-Material sowie auch der spätere Verbrauch an diesem Material sind abhängig von der Größe und Temperatur der von der Lösung benetzten Innenflächen der Diffusionsabsorptionsanlage.
• Da insbesondere die die Lösung hoher Temperatur führenden Funktionselemente bei der erfindungsgemäßen Ausbildung in den Abmessungen und Querschnitten klein gehalten werden können, ergibt sich allein schon hierdurch eine starke Reduzierung der benötigten Menge an Inhibitor-Material. Um auch in dieser Hinsicht eine Optimierung der Konstruktion zu erreichen, ist bei der Erfindung das Standrohr 19 bzw. 19a mit einem kreisförmigen Querschnitt und kleinem Innendurchmesser hergestellt. Allein durch die Kreisform ergibt sich bei vorgegebener Höhe des Kochers 2 bzw. 2a und damit bei vorgegebener Höhe des Standrohres 19 bzw. 19a, die (Höhen) jeweils von der Höhe des Absorbers 9 abhängig sind, eine minimale Innenfläche des Standrohres 19 bzw. 19a. Dies ist besonders wichtig, da das Standrohr zum großen Teil mit der heißen Lösung gefüllt ist, wobei die Temperatur der Lösung in der Praxis bei dem Arbeitsstoffpaar Ammoniak-Wasser etwa 170°C beträgt. So hat ein Standrohr 19 bzw. 19a mit kreisförmigem Querschnitt und mit einem Innendurchmesser von 7 mm pro Meter Rohrlänge eine innere Oberfläche von 220 cm². Dem gegenüber haben bei dem in der WO 90/10834 beschriebenen bekannten Kocher das Kaminrohr mit beispielsweise 35 mm Außendurchmesser und das Standrohr von 43 mm Außendurchmesser eine mit heißer Lösung benetzte Innenfläche von 2450 cm² pro Meter Länge. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es also möglich, die von der heißen Lösung benetzte Innenfläche des Standrohres gegenüber der bekannten Kocher-Ausbildung erheblich zu reduzieren, und zwar bei dem gewählten Beispiel auf weniger als 10% der Innenfläche der bekannten Diffusionsabsorptionsanlage. Durch die Verkleinerung dieser Innenfläche ergibt sich auch eine erhebliche Reduzierung der benötigten Menge an Inhibitor-Material sowie des Verbrauchs an diesem Material oder aber bei gleichem Verbrauch an Inhibitor- Material eine Vergrößerung der Lebensdauer der Diffusionsabsorptionsanlage.
• Auch das Vorlaufrohr 18 bzw. 18a wird aus gleichem Grunde, d. h. zur Schaffung einer möglichst kleinen Innenfläche bzw. chemisch aktiven Fläche bei vorgegebenem Querschnitt mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt.
• Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. Bezugszeichenliste 1, 1a Diffusionsabsorptionsanlage
  2, 2a Kocher
  3 Gasbrenner
  4 Dampleitung
  5 Kondensator
  6 Ammoniakleitung
  7 Verdampfer
  8 Gaswärmetauscher
  9 Absorber
  10 Leitung
  11 Wärmetauscher
  12 Leitung
  13 Reservoir
  14 Leitung
  15, 15' Druckausgleichleitung
  16 Kaminrohr
  17 Pumpenrohr
  18, 18a Vorlauf
  19, 19a Standrohr
  20 Krümmer oder Bogen
  21 Rohr
  22 Bogen oder Krümmer
  23 Rücklaufrohr
  24, 24a Isolation
  25 Erweiterung
  26 Ringöffnung
  27 Kanal
  28 Anschluß
  

Claims (14)

1. Diffusionsabsorptionsanlage und mit einem von einem Kältemedium, beispielsweise Ammoniak, und einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, gebildeten Arbeitsstoffpaar sowie mit einem druckausgleichenden Hilfsgas, wie Helium oder Wasserstoff in einem geschlossenen System, mit einem Kocher (2, 2a) zum Antrieb eines Kältemittel- und Lösungsmittelkreislaufs, wobei der Kocher wenigstens ein Kaminrohr (16) mit wenigstens einem Pumpenrohr (17) aufweist, welches im Lösungsmittelkreislauf mit seinem oberen Ende mit einem mit einem Absorber (9) der Anlage verbundenen Standrohr (19, 19a) in Verbindung steht und mit seinem unteren Ende mit einem mit dem Absorber (9) verbundenen Vorlauf (18, 18a) der Dampfblasenpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß das Standrohr (19, 19a) gegenüber dem wenigstens einen Kaminrohr (16) und dem wenigstens einen Pumpenrohr (17) thermisch isoliert ist.

2. Diffusionsabsorptionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen dem Standrohr (19, 19a) und dem Rohr (12) wenigstens ein Wärmetauscher (11) zum Vorwärmen des dem Vorlauf (18, 18a) der Dampfblasenpumpe zufließenden Lösung vorgesehen ist.

3. Diffusionsabsorptionsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Standrohr (19a) innerhalb eines Kanals oder einer Leitung (27) angeordnet ist, welcher bzw. welche das von dem wenigstens einen Pumpenrohr (17, 17a) erzeugten Dampf führt.

4. Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Standrohr (19, 19a) und/oder der Vorlauf (18, 18a) zumindest auf einer Teillänge einen kreisförmigen Innenquerschnitt aufweisen.

5. Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Querschnitt des Standrohres (19, 19a) gleich oder etwa gleich der Summe der Innenquerschnitte des wenigstens einen Pumpenrohres (17) ist.

6. Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Kaminrohr (16) und das zugehörige Pumpenrohr (17) in vertikaler Richtung oder annähernd in vertikaler Richtung angeordnet sind.

7. Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Standrohr (19, 19a) und/oder der Vorlauf (18, 18a) zumindest auf einer Teillänge in vertikaler Richtung verlaufen.

8. Diffusionsabsorptionsanlage, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf (18, 18a) gegenüber dem wenigstens einen Pumpenrohr (17) thermisch isoliert ist.

9. Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Standrohr (19, 19a) und/oder der Vorlauf (18, 18a) gegenüber der Umgebung thermisch isoliert sind.

10. Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Standrohr (19a) aus einem vom Arbeitsstoffpaar der Anlage nicht korrodierbarem Material besteht.

11. Diffusionsabsorptionsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Standrohr (19a) aus einem nichtmetallischen Material besteht.

12. Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere parallele und vorzugsweise voneinander beabstandete Pumpenrohre (17), vorzugsweise in einem gemeinsamen Kaminrohr (16).

13. Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsstoffpaar Wasser und Ammoniak sind.

14. Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Zusatz eines Inhibitor-Materials, beispielsweise von Natriumchromat zu der von dem Arbeitsstoffpaar gebildeten Lösung.