DE10347498B4 - Vorrichtung zum Austreiben von Wasser aus einer wässrigen Lösung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Austreiben von Wasser aus einer wässrigen Lösung in einem Vakuumkessel, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Wälzkolbenpumpe (2) enthält, die saugseitig an den Gasraum (4) oberhalb der Lösung im Vakuumkessel (1) und druckseitig über eine in die Lösung eingetauchte Kondensationsschlange (7) an einen Wasserauslaß (8) angeschlossen ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Austreiben von Wasser aus einer wässrigen Lösung.
• Zahlreiche technische Verfahren arbeiten mit einem Absorptions/Desorptionszyklus, wie beispielsweise Kältemaschinen, Wärmespeicher oder Wärmepumpen. Dabei wird heute Wert darauf gelegt, daß die Betriebsmittel umweltfreundlich und unbrennbar sind und daß die für das Austreiben des im Sorptionsmittel gebundenen Stoffes erforderliche Energie preiswert zur Verfügung steht. Gegenüber festen Sorptionsmitteln wie Zeolithen haben flüssige Sorbentien in Form einer wässrigen Lösung Vorteile hinsichtlich des Apparate- und Energieaufwands. Wasser, gegebenenfalls mit Additiven zur Herabsetzung des Kristallisationspunkts, ist der bevorzugte, aber nicht ausschließlich verwendete Stoff, der vorübergehend in dem Sorptionsmittel gebunden wird.
• Die Druckschrift DE 44 15 199 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Austreiben von Wasser aus einer wäßrigen Lösung in einem Vakuumkessel. Der Aufbau der dem Austreiber zugeordneten Pumpe sowie deren Verbindung mit anderen Bauelementen des Austreibers wird hier nicht näher erläutert. Die Druckschrift DE 197 48 843 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Guttrocknung und läßt daher auch keinen Rückschluß auf die Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Austreiben von Wasser aus einer wäßrigen Lösung in einem Vakuumkessel zu. Die Druckschrift DE 44 04 844 A1 beschreibt eine Maschine zur Erzeugung von Tieftemperaturen mit einem tiefsiedenden Gas als Kältemittel und einem Kompressor, der als spaltgedichtete Wälzkolbenpumpe ausgebildet ist. Auch dieser Druckschrift lassen sich keine Hinweise auf den konstruktiven Aufbau einer Vorrichtung zum Austreiben von Wasser aus einer wäßrigen Lösung in einem Vakuumkessel entnehmen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Austreiber anzugeben, der Wasser aus einer Wasser absorbierenden Lösung in einem Vakuumkessel mit geringem Energieaufwand austreibt. Dieser Austreiber ist im beiliegenden Hauptanspruch definiert. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen wird auf die Unteransprüche verwiesen.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
• 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des Austreibers gemäß der Erfindung.
• 2 zeigt eine Variante zu 1 gemäß der Erfindung.
• 3 zeigt ein Schema einer Kühl- oder Wärmevorrichtung, in der der erfindungsgemäße Austreiber eingesetzt ist.
• In 1 ist ein Vakuumkessel 1 gezeigt, der an eine Wälzkolbenpumpe 2 so angeschlossen ist, daß ihr Saugeingang 3 mit dem Gasraum 4 oberhalb der wässrigen Lösung 5 im Vakuumkessel 1 verbunden ist, während ihr Druckauslaß 6 in eine Kondensationsschlange 7 mündet, die sich im unteren Bereich des Kessels 1 befindet und außerhalb des Kessels über einen Wasserauslaß 8 zu einem in 2 dargestellten Sammelbehälter 25 für Wasser führt. Ein feinmaschiges Gitter 10 im oberen Bereich des Gasraums 4 verhindert das Ansaugen von Flüssigkeit durch die Wälzkolbenpumpe.
• Letztere ist als an sich bekannte Wälzkolbenpumpe dargestellt, aber man kann auch eine andere Verdrängungspumpe nach dem isochoren Verdichtungsprinzip (konstantes Volumen) verwenden, z.B. eine dreiflügelige Wälzkolbenpumpe oder eine Helix-Wälzkolbenpumpe, wobei letztere sich durch eine sehr geringe Geräuschentwicklung bei Drücken oberhalb von etwa 100 mbar auszeichnet. So wird der aus dem Gasraum 4 des Kessels angesaugte Wasserdampf verdichtet und kondensiert dann in der Kondensationsschlange 7 unter Abgabe seiner Verdampfungsenergie an die Lösung im Kessel. Am Wasserauslaß 8 der Schlange 6 ergibt sich also heißes Wasser, das als Wärmequelle für nicht dargestellte Verbraucher genutzt werden kann.
• Die Pumpe arbeitet als sogenannter Brüdenverdichter und erzeugt ein Vakuum im Gasraum des Kessels. Für ein Sorptionsmittel LiBr bedeutet dies, daß zum Aufkonzentrieren einer 40%-igen wässrigen Lösung auf 57% bei einer Temperatur von 110°C ein Totaldruck von 300 mbar vorliegt. Bei diesem Druck schafft eine Rootspumpe ohne weiteres ein Druckverhältnis von 1:1,5 und mehr, was eine Temperaturerhöhung auf der Druckseite von bis zu 150°C ergibt. Der Verlust an Saugvermögen bleibt unter 10%.
• In 1 ist im Ausgangsbereich der Wälzkolbenpumpe noch eine Voreinlaßkühlung dargestellt. Bei der Voreinlaßkühlung wird ein Kühlmittel in jede der beiden Förderkammern der Pumpe aufgrund der Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite eingesaugt, kurz bevor die jeweilige Kammer sich zum Auslaß 6 hin öffnet. Im vorliegenden Fall wird als Kühlmittel Wasser verwendet, das am Auslaß 8 der Kondensationsschlange über eine Leitung 11 zu entsprechenden Einlässen in die Förderkammern gelangt. Dadurch ergibt sich eine wirksame Kühlung der Pumpe, die sonst von dem sehr heißen Dampf auf der Druckseite erheblich erwärmt würde.
• Eine Alternative zur Entlastung der Wälzkolbenpumpe mittels Voreinlaßkühlung läßt sich durch eine Variante erzielen, die in 2 gezeigt ist: Hier wird in die Kondensationsschlange 7 an mindestens einer Stelle, vorzugsweise in regelmäßigen Abständen, eine wässrige Lösung eines den Dampfdruck des Wassers reduzierenden Stoffes über Sprühköpfe 12 eingespritzt. Es gibt zahlreiche hierfür brauchbare Stoffe, z.B. NaCl, Kaliumformiat KCOOH und Glykole. Auf diese Weise wird der Dampfdruck auf der Druckseite der Wälzkolbenpumpe, bei dem Kondensation erfolgt, verringert und so wie bei der Voreinlaßkühlung die Gefahr einer Überhitzung dieser Pumpe vermieden. Verwendete man beispielsweise für die Sprühköpfe 12 eine 40%-ige wässrige Lösung von LiBr, dann betrüge der erforderliche Verdichtungsdruck statt 1013 mbar für reines Wasser nur noch 170 mbar für eine mit 70°C eingespritzte LiBr-Lösung.
• In 3 ist eine Kühl- oder Wärmeanlage gezeigt, in der die Vorrichtung gemäß 1 Verwendung finden kann. Hier dient die Brüdenverdichtung im Austreiber 1 der Kälteerzeugung für eine Kühlkammer 21. Das mit Wasser befrachtete Sorptionsmittel wird mit einer Pumpe 22 in den Austreiber gepumpt und dort wie beschrieben aufkonzentriert. Das konzentrierte Sorptionsmittel gelangt über einen (parallel zur Kühlkammer 21 gespeisten) Kühler 23 in den Sprühkopf eines Sprühabsorbers 24, in den auch Wasserdampf aus einem Verdampfer 25 angesaugt wird. Das kalte Wasser in diesem Verdampfer dient als Kühlmittel für die Kühlkammer 21 und wird von einer Pumpe 27 umgewälzt.
• Der Boden des Sprühabsorbers 23 ist trichterförmig, und sein unteres Ende ist über einen in der Höhe einstellbaren Siphon 28 mit einem Sammelbehälter 29 verbunden, von dem die Pumpe 22 die angereicherte Lösung zur Aufbereitung zum Austreiber 1 zurückbefördert.
• Zur Inbetriebnahme des Systems ist der Gasraum 4 des Austreibers 1 zu evakuieren, um Permanentgase zu entfernen. Hierzu dient eine Vakuumpumpe 30. Falls bei Inbetriebnahme die Lösung im Austreiber nicht bereits die gewünschte Temperatur von z.B. 110°C hat, muß sie noch erwärmt werden, beispielsweise durch eine Heizschlange 9 im Austreiber 1. Im laufenden Betrieb kann dann auf weitere Erwärmung verzichtet werden, da die (durch die Energie der Pumpe 2 hervorgerufene) frei werdende Verdampfungsenergie im Austreiber die Lösung aufheizt.
• Die Erfindung ist nicht auf das anhand von 1 beschriebene Ausführungsbeispiel und die dazu oben erwähnten Varianten beschränkt. So kann die Voreinlaßkühlung entfallen, wenn die Temperatur der Pumpe im Betrieb bei dem vorgegebenen Druckverhältnnis einen Grenzwert nicht übersteigt. Schließlich wurden die konkreten Zahlenangaben zur Temperatur, dem Druck und der Konzentration der Lösung nur zur Erläuterung gemacht und schränken die Erfindung nicht ein.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Austreiben von Wasser aus einer wässrigen Lösung in einem Vakuumkessel, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Wälzkolbenpumpe (2) enthält, die saugseitig an den Gasraum (4) oberhalb der Lösung im Vakuumkessel (1) und druckseitig über eine in die Lösung eingetauchte Kondensationsschlange (7) an einen Wasserauslaß (8) angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkolbenpumpe mit einer Voreinlaßkühlung versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Voreinlaßkühlung Wasser vom Wasserauslaß (8) der Kondensationsschlange (7) in jede Förderkammer der Pumpe kurz vor deren Öffnung zur Druckseite angesaugt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kondensationsschlange (7) Sprühköpfe (12) angebracht sind, durch die eine wässrige Lösung eines den Dampfdruck mindernden Stoffs wie Glykol, Kaliumformiat oder Kochsalz in die Kondensationsschlange eingespritzt werden kann.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizschlange (9) im Vakuumkessel (1) vorgesehen ist, die in die Lösung eingetaucht ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkolbenpumpe (2) eine Helix-Wälzkolbenpumpe ist.