DE1501008C - Absorptionskälteanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptionskälteanlage, bei der ein Austreiber, eine dem Austreiber dampfseitig nachgeschaltete Trennsäule und ein daran anschließender Dampfkühler eine bauliche Einheit bilden, wobei der Dampfkühler voneinander gelrennte Strömungswege aufweist, die im Gegenstrom einerseits von dem von der Trennsäule zum Kondensator strömenden Dampf und andererseits von relativ kalter schwacher Absorptionsmittellösung durchströmt werden, welch letztere in den oberen Teil der Trennsäule eingeführt wird und entgegen dem darin aufwärts strömenden Dampf in Wärme- und Stoffaustausch mit diesem zum Austreiber abfließt und bei der ferner eine der Rückführung der starken Absorptionslösung vom Austreibar zum Absorber dienende Leitung in Wärmeaustausch mit dem vom Dampfkühler austretenden · Kondensat steht.

Es ist bereits bei Absorptionskälteanlagen bekannt (USA.-Patentschrift 2241621), den Austreiber, die ao Tiennsäule und den Dampfkühler zu einer Baueinheit zusammenzufassen. Diese bekannte Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem senkrecht stehenden zylindrischen Gehäuse, in dessen unterem Abschnitt das Kältemittel aus der schwachen Absorp- as tionsmittellösung abgedampft wird und die im mittleren Abschnitt des Gehäuses angeordnete Trennsäule unter Stoff- und/oder Wärmeaustausch mit der in der Trennsäule abwärtsströmenden schwachen Lösung und dem Dampfkühlerkondensat sowie der in der Trennsäule aufwärts strömenden starken Lösung durchströmt und in dem im oberen Abschnitt des Gehäuses angeordneten Dampfkühler nachgekühlt wird. Obwohl diese Einrichtung gegenüber anderen bekannten Absorptionskälteanlagen (USA.-Patentschrift 3 038 321) sowohl im Hinblick auf eine kompaktere Bauweise als auch bezüglich des thermodynamischen Wirkungsgrades vorteilhaft ist, so setzt doch die Höhe des Gehäuses für den Austreiber, die Trennsäule und den Dampfkühler einer raümsparcndun Ausgestaltung der Absorptionskälteanlage Grenzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ei.it.- Absorptionskälteanlage mit möglichst geringer Bauliche zu schaffen und dabei den thermodynamisehen Wirkungsgrad der Anlage möglichst groß zu halten. Diese Aufgabe wird mit einer Absorptionskälteanlage der eingangs angegebenen Art erfindimgsgcmäß dadurch gelöst, daß der. Dampfkühler im wesentlichen waagerecht und unterhalb des obe- 5» reu Endes der Trennsäule angeordnet ist und daß unterhalb des Dampfkühlers und über einem neben dem Austreiber vorgesehenen Austreiberspeicher ein Wärmeaustauscher außerhalb der Trennsäule vorgesehen ist, dessen einer Strömungsweg von einem Leitungsabschnitt der für die Rückführung der starken Absorptionsmittellösung vom Austreiber zum Absorber vorgesehenen Leitung gebildet ist und durch dessen anderen Strömungsweg das aus dem Dampfkühler austretende Kondensat geleitet ist, das unter Wirkung der Schwerkraft in den Wärmeaustauscher eintritt und über eine Dampffalle in den Austreiberspeicher abfließt.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird somit der Wärmeaustausch zwischen dem Dampfkühlerkondensat und der vom Austreiber zum Absorber fließenden starken Lösung dazu verwendet, Kältemittellf Mus dom Dampfkühlcrkondensat auszutreiben.

Der auf diese Weise erzeugte Dampf wird dann zusammen mit dem aus der Trennsäule kommenden Dampf zum Dampfkühler geführt, wo er dann weiter dehydriert und dem Kondensator zugeführt wird. Der angestrebte hohe thermodynamische Wirkungsgrad wird dabei durch die Verwendung des Wärmegehaltes der starken Lösung zum Abdampfen von Kältemittel aus dem Dampfkühlerkondensat erreicht. Da der Dampfkühler unterhalb des Oberteiles der Trennsäule angeordnet ist, kann das Dampfkühlerkondensat nicht in das obere Ende der Trennsäule eingeführt werden. Dadurch geht die Wechselwirkung zwischen dem Kondensat einerseits und dem in der Trennsäule aufwärts strömenden Dampf sowie der starken Lösung andererseits verloren. Dieser Verlust kann jedoch durch die erfindungsgemäße Anordnung, bei der ein Wärmeaustausch zwischen dem Kondensat und der starken Lösung stattfindet, voll ausgeglichen werden.

Das Dampfkühlerkondensat wird über eine Dampffalle zum Austreiber geleitet, die verhindert, daß Kältemitteldampf von dem Austreiber unter Umgehung der Trennsäule durch den Wärmeaustauscher direkt in den Dampfkühler eintritt.

Die erfindungsgemäße Absorptionskälteanlage zeichnet sich in vorteilhafter Weise durch geringe Abmessungen aus und weist gleichzeitig den bei solchen Anlagen geforderten hohen thennodynamischen Wirkungsgrad auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung geht aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, die ein Flußschema der erfindungsgemäßen Absorptionskälteanlage darstellt.

Die Zeichnung veranschaulicht eine Absorptionskälteanlage mit einem Absorber 10, einem Kondensator 11, einem Verdampfer 12 und einem Austreiber 13. Zum Umwälzen der schwachen Absorptionsmittellösung von dem Absorber 10 zum Austreiber 13 wird eine Pumpe 14 verwendet. Der Ausdruck »schwache Absorptionsmittellösung« bedeutet in der Beschreibung eine Lösung mit geringer Absorptionskraft und der Ausdruck »starke Absorptionsniittellösung« eine Lösung mit starker Absorptionskraft. Bei der beschriebenen Anlage bildet Wasser eine Absorptionsmittellösung, während Ammoniak das Kältemittel darstellt.

Zum Fördern des Wassers oder eines anderen in dem Verdampfer 12 gekühlten Wärmeaustauschmediums dient eine Kühlwasserpumpe 20, die das Kühlmedium durch eine Kühlwasserleitung 21 pumpt. Das Wasser wird sodann durch eine Kühlwasserleitung 22 zu einer Sammelleitung 19 zurückgeführt, von der es über der Außenseite einer Verdampferschlange 27 versprüht wird.

Von dem Kondensator Il wird flüssiges Kältemittel durch eine Leitung 23, eine Drossel 24, den äußeren Kanal eines Flüssigkeit ansaugenden Wärmeaustauschers 25 und eine zweite Drossel 26 zur Verdampferschlange 27 des Verdampfers 12 geführt. Die Wärme von dem zu kühlenden Wasser, das über die Außenseite der Verdampferschlange 27 strömt, wird an das Kältemittel abgegeben, das im Inneren der Verdampferschlange verdampft. Der Kältemitteldampf strömt von der Schlange 27 durch eine Dampfleitung 28, den inneren Kanal des Wärmeaustauschers 25 zu einer Mischleitung 29, in der er mit der von dem Austreiber zum Absorber zurückkehrenden starken Lösung vermischt wird.

Die Mischung aus Kältemitteldampf und starker Lösung strömt durch die Mischleitung 29 in die Wärmea.ustauschschlange ein, die den Absorber 10 bildet. Über die Außenfläche der Absorberschlange wird durch ein Gebläse 15 Luft geführt, um die Absorptionsmittellösung darin zu kühlen und ihre Absorptionskraft zu erhöhen. Die Absorptionsmittellösung wird durch Absorption von Kältemitteklampf während ihres Durchganges durch den Absorbei geschwächt. Wenn die Absorptionsmittellösung das Abgabeende der Absorberschlange erreicht, ist dei Kältemitteldampf vollständig in der Absorptionsmittellösung absorbiert, und die Lösung ist nunmehi eine schwache Absorptionsmittdlös.ung.
- Die .schwache Absorptionsmittellösung strömi durch eine Leitung 30 zum Reinigungsbehälter 31, in dem die nicht kondensierbaren Gase gesammelt und aus der Anlage abgezogen werden. Die schwächt Lösung wird dann von der Lösungspumpe 14 durch eine Leitung 32 in einem kombinierten Dampfkühlei ao und Wärmeaustauschabschnitt 35 weitergeführt.

Der Dampfkühler 35 umfaßt bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Hülle 46, die einen Dampfkanal bildet. Die Hülle 46 enthält eine innere Wärmeaustauschschlange 45 und eine konzentrische äußere Wärmeaustauschschlange 36. Vorzugsweise ist die äußere Wärmeaustauschschlange 36 schraubenförmig auf der Innenwand der Hülle 46 angeordnet und kann mit Rippen zur Verbesserung der Wärmeübertragung ausgestattet sein. '

Die Schlangen 36 und 46 bilden einen Lösungswärmeaustauscher zwischen der gesamten Menge der verhältnismäßig starken Lösung, die von dem Austreiber zum Absorber strömt, und der gesamten Menge der verhältnismäßig kühlen, schwachen Lösung, die von dem Absorber zum Austreiber strömt. Die Wärmeübertragungsfläche zwischen der starken und der schwachen Lösung ist so groß, daß die schwache Lösung gerade auf ihren Siedepunkt gebracht wird, so daß in dem Wärmeaustauscher kein Dampf gebildet wird.

Die aus der Leitung 32 kommende schwache Lösung strömt durch die Schlange 36 in den Ringraum zwischen der inneren Wärmeaustauschschlange 45 und der äußeren Wärmeaustauschschlange 36, wo die schwache Lösung in Wärmeaustausch mit der starken Lösung im wesentlichen bis auf ihren Siedepunkt erwärmt wird. Nach dem Durchgang durch die Schlange 36 wird die erwärmte schwache Lösung durch eine Öffnung 37 auf eine von mehreren Platten 39 in einer Trennsäule 38 abgegeben.

Die Trennsäule umfaßt ei,nen rohrförmigen Körper mit mehreren Platten 39, auf denen der Dampf mit der zurückströmenden schwachen Lösung, die die Oberflächen der Platten benetzt, in Austausch treten kann. Die schwache Lösung strömt nacheinander über die Platten und wird vom Boden der Trennsäule aus in einen Austreiberspeicher 40 hinein abgegeben. Der Speicher 40 bildet einen Lösungsspeicher für Teillastbetrieb, gestattet Beschickungstoleranzen für Lösung sowie Kältemittel und schafft einen Ausgleich für durch die Herstellung bedingte Abweichungen im Volumen der Anlage.

Die von dem Speicher kommende schwache Lösung strömt durch eine Leitung 49 in die Austreiberschlange 50 ein. Die Lösung in der Schlange 50 wird z.B. durch Gasbrenner51 erwärmt, so daß Dampf aus der Lösung ausgetrieben wird. Der Dampf und die heiße Lösung werden von der Schlange 50 aus in eine Abscheidekammer 53 abgegeben, die durch eine Leitwand gebildet wird, und in der sich der Dampf von der zurückbleibenden starken Lösung abscheidet. Vorzugsweise läuft ein Teil der Lösung normalerweise über den Oberteil der Leitwand 52 über und wird durch die Leitung 49 zur Schlange 50 zurückgeführt.

Der in dem Austreiber 13 gebildete Dampf strömt durch einen in dem oberen Teil des Speichers 40 gebildeten Dampfkanal 55, durch die Trennsäule 38 und durch einen Dampfkanal 137 sowie den durch die Hülle 46 des Dampfkühlers 35 gebildeten Dampfkanal zum Kondensator 11.

Die starke Lösung, die aus der Abscheidekammer 53 kommt, befindet sich unter dem verhältnismäßig hohen Druck des Austreibers und strömt durch die Wärmeaustauschschlange 48 in den Speicher 40, eine Wärmeaustauscherschlange 147 und die innere Wärmeaustauschschlange 45 in dein Dampfkühler. Die starke Lösung strömt sodann durch eine Leitung 60 und eine Drossel 61 in die Leitung 29 und den Absorber 10 auf der Niederdruckseite der Anlage.

Die von der durch die Schlange 48 strömenden starken Lösung abgegebene Wärme bringt die schwache Lösung in dem Austreiberspeicher zum Kochen, um Kältemittel von ihr abzudampfen.

Ein Teil der Schlange 48 befindet sich unter dem Spiegel der schwachen Lösung in dem Speicher 40, während ein weiterer Teil der Schlange in dem Dampfkessel über der schwachen Lösung liegt. Das Kochen der schwachen Lösung verursacht eine Benetzung des in dem Dampfkessel·55 liegenden Teiles der Schlange 48 mit Lösung. Die starke Lösung wird bei ihrem Durchgang durch die Schlange 48 allmählich kühler. Der in dem Austreiber und dem Speicher gebildete Dampf strömf durch den Dampfkanal 55 und' berührt den freigelegten benetzten Teil der Schlange 48 in dem Speicher, und es findet ein Stoff- und Wärmeaustausch mit der in dem Speicher kochenden schwachen Lösung statt. Es ist zu beachten, daß von der schwachen Lösung in dem Speicher Animoniakdampf abdampft und von dem Dampfraum Wasserdampf in die schwache Lösung kondensiert wird, und zwar in Verhältnissen, die zu einer Anreicherung des Kältemittelgehaltes des durch den Speicher strömenden Dampfes führen. In gleicher Weise findet beim Durchgang des Dampfes von dem Speicher in Aufwärtsrichtung durch die Trennsäule 38 ein Stoff- und Wärmeaustausch zwischen der nach unten über die Platten 39 in der Säule strömenden schwachen Lösung statt und führt zu einer weiteren Anreicherung des Kältemittelgehaltes des Dampfes.

Dampf strömt dann durch den Kanal 137 in den Dampfkühler 35 ein, in dem er mit der durch die Schlange 36 strömenden schwachen Lösung Wärme austauscht. Der in dem Dampfkühler stattfindende Wärmeaustausch führt zu einer Kondensation von Wasser aus dem Dampf, der dann den Dampfkühler gereinigt und angereichert verläßt.

Der gereinigte Dampf strömt von dem Dampfkühler 35 durch die Leitung 58 in den Kondensator 11 ein. Das Gebläse 15 führt Luft über den Kondensator 11 hinweg, um den Dampf zu kondensieren. Das kondensierte Kältemittel strömt durch die Leitung 23 und die Drossel 24 in den Verdampfer 12.

Gemäß der Erfindung wird die Wärme der starken

Lösung nach ihrem Durchgang durch den Speicher 40, jedoch vor ihrem Eintritt in den Lösungswärmeaustauscher.36,45 benutzt, um das Dampfkühlerkondensat zu kochen, so daß bei Herabsetzung des Gesamtbedarfs an Wärmeübertragungsfläche eine Verbesserung in der Leistung eines Arbeitskreislaufs herbeigeführt wird. Dieser Leistungsgewinn wird durch die Verdampfung von Ammoniak aus dem Dampfkühler bei dessen Durchgang durch einen Wärmeaustauscher 141 erreicht, in dem das'Kondensat mit der durch die Schlange 147 strömenden starken Lösung Wärme austauscht.'

Die in der Zeichnung dargestellte Anlage ist besonders vorteilhaft, da die Gesamthöhe der Absorptionskältemaschine durch Anordnung des Dampfkühlcrs 35 im wesentlichen in derselben Höhe mit dem Oberteil der Trennsäule 38 oder unter dieser stark herabgesetzt wird. Unter diesen Umständen kann der Rückfluß oder das in dem Dampfkühler gebildete Kondensat nicht auf Grund der Schwer- so kraft in den oberen Teil der Trennsäule abströmen.

Obwohl dieses Kondensat in der Höhe der in der Trennsäule befindlichen unteren Platten in die Säule eingespritzt weiden könnte, würde doch ein Teil der Leistungsfähigkeit der Anlage·verloren gehen. Daher wird der gesonderte Wärmeaustauscher 141 verwendet, der unterhalb des Dampfkühlers 35 und angrenzend an die Trennsäule 38 angeordnet ist. Die aus der Schlange 48 kommende starke Lösung wird durch die Wärmcaustauschschlange 147 in dem Wärmeaustauscher 141 geführt. Die starke Lösung strömt von der Schlange 147 in die innere Schlange 45 des Dampfkühlers 35. Das von dem Dampfkühler 35 kommende Kondensat strömt durch eine Leitung 140 in den Wärmeaustauscher 141. Von der dem Kondensat durch die durch die Schlange 147 strömende starke Lösung erteilten Wärme wird in dem Wärmeaustauscher 141 Ammoniak aus dem Kondensat verdampft. Das Kondensat strömt dann durch eine Dampffalle 142 in den Boden des Speichers 40 und zum Austreiber 13. Der durch das Kochen des Kondensats in dem Wärmeaustauscher 141 gebildete Ammoniakdampf strömt nach oben durch die Leitung 140 in den Dampfkühler 35, in dem er gemeinsam mit dem in der Trennsäule 38 gebildeten Dampf strömt und durch Wärmeaustausch mit der schwachen Lösung in der Leitung 36 angereichert wird.

Der Dampf wird aus dem Dampfkühler 35 durch die Leitung 58 abgegeben und in dem Kondensator 11 kondensiert. Die Dampffalle 142 kann das Kondensat nach dem Kochen im Wärmeaustauscher 141 in den Speicher 40 abgeben. Die Dampffalle 142 ist mit Flüssigkeit gefüllt, die eine Dampfdichtung bildet und verhindert, daß Dampf aus dem Austreiber 13 und dem Speicher 40 in den Wärmeaustauscher 141 gelangt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Absorptionskälteanlage, bei der ein Austreiber, eine dem Austreiber dampfseitig nachgeschaltete Trennsäule und ein daran anschließender Dampf-. kühler eine bauliche Einheit bilden, wobei der Dampfkühler voneinander getrennte Strömungswege aufweist, die im Gegenstrom einerseits von dem von der Trennsäule zum Kondensator strömenden Dampf und andererseits von relativ kalter schwacher Absorptionsmittellösung durchströmt werden, welch letztere in den oberen Teil der Trennsäule eingeführt wird und entgegen dem darin aufwärts strömenden Dampf in Wärme- und Stoffaustausch mit diesem zum Austreiber abfließt und bei der ferner eine der Rückführung der starken Absorptionslösung vom Austreiber zum Absorber dienende Leitung im Wärmeaustausch mit dem vom Dampfkühler austretenden Kondensat steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfkühler (35) im wesentlichen waagerecht und unterhalb des oberen Endes der Trennsäule (38) angeordnet ist und daß unterhalb des Dampfkühlers (35) und über einem neben dem Austreiber (13) vorgesehenen Austreiberspeicher (40) ein Wärmeaustauscher

   (141) außerhalb der Trennsäule (38) vorgesehen ist, dessen einer Strömungsweg von einem Leitungsabschnitt (147) der für die Rückführung der starken Absorptionsmittellösung vom Austreiber (13) zum Absorber (10) vorgesehenen Leitung (48,147, 45, 60, 29) gebildet ist und durch dessen anderen Strömungsweg das aus dem Dampfkühler austretende Kondensat geleitet ist, das unter Wirkung der Schwerkraft in den Wärmeaustauscher (141) eintritt und über eine Dampffalle

   (142) in den Austreiberspeicher (40) abfließt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen