DE19858686A1 - Absorption machine for cooling with water or ambient air includes a generator and condenser exchanger unit and a damper and absorber exchanger unit - Google Patents

Absorption machine for cooling with water or ambient air includes a generator and condenser exchanger unit and a damper and absorber exchanger unit

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Abstract

An absorption machine has a generator and condenser exchanger unit (G,K) and a damper and absorber exchanger unit (V,A). These exchanger units are designed as plate heat exchangers. Feed and outlet pipes (30-33) supply a cooler (E) and the exchange units with cooling substances like water or ambient air. Three feed pipes (40-42) match up to the outlets for the condensing stages (V) for gas streams.

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptionsmaschine, bestehend aus wenigstens einer Generator/Kondensator-Austauscheinheit und wenigstens einer Verdampfer/Absorber-Austauscheinheit.The invention relates to an absorption machine consisting of at least one Generator / capacitor exchange unit and at least one Evaporator / absorber exchange unit.

Die im folgenden verwendeten Begriffe "Gasstrom", "Kältemittel" und "Kälteträger" seien jeweils dahingehend zu verstehen, daß sie aus einer oder mehreren Komponenten bestehen können. Mit "Austausch" gebildete Begriffe bezeichnen einen Wärmeaustausch.The terms "gas flow", "refrigerant" and "refrigerant" used in the following should be understood to the extent that they consist of one or more Components can exist. Terms formed with "exchange" designate one Heat exchange.

Absorptionsmaschinen sind seit langem bekannt; siehe z. B. Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Verfahrenstechnik II und Reaktionsapparate, 4. Auflage, Band 3, Seite 195 ff., Verlag Chemie, Weinheim/Bergstraße. Der Vorteil von Absorptionsmaschinen gegenüber Kompressionskälteanlagen besteht in erster Linie darin, daß bei einer Absorptionsmaschine auf den Einsatz eines Verdichters, der bei einer Kompressionsmaschine für die Verdichtung des Kältemittels benötigt wird, verzichtet werden kann. Der "Antrieb" einer Absorptionsmaschine erfolgt, indem in einem sog. Austreiber bzw. Generator durch Wärmezufuhr eine Trennung zwischen dem Kältemittel und dem Absorptionsmittel erfolgt.Absorption machines have been known for a long time; see e.g. B. Ullmann's Encyclopedia technical chemistry, process engineering II and reaction apparatus, 4th edition, Volume 3, page 195 ff., Verlag Chemie, Weinheim / Bergstrasse. The advantage of Absorption machines versus compression refrigeration systems exist primarily in the fact that in an absorption machine on the use of a compressor which a compression machine is required to compress the refrigerant, can be dispensed with. The "drive" of an absorption machine is carried out by in a so-called expeller or generator by heat supply a separation between the refrigerant and the absorbent.

Eine zum Stand der Technik zählende Absorptionsmaschine sei anhand der Fig. 1 (Stand der Technik gemäß Fa. CARRIER) näher erläutert. Derartige Absorptionsmaschinen bestehen aus einer Generator/Kondensator-Austauscheinheit G/K und einer Verdampfer/Absorber-Austauscheinheit V/A. Die Austauscheinheiten G/K und V/A sind hierbei als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet. Im Regelfall wird zusätzlich ein ebenfalls als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildeter Kühler (E) vorgesehen.An absorption machine belonging to the state of the art will be explained in more detail with reference to FIG. 1 (state of the art according to CARRIER). Such absorption machines consist of a generator / condenser exchange unit G / K and an evaporator / absorber exchange unit V / A. The exchange units G / K and V / A are designed as shell-and-tube heat exchangers. As a rule, a cooler (E), also designed as a shell-and-tube heat exchanger, is additionally provided.

Das abzukühlende Medium (Gas, viskose Flüssigkeiten) wird im einfachsten Fall einer einstufigen Adsorptionsmaschine der Reihe nach vom Generator über Kühler zum Verdampfer abgekühlt. Zur Abgabe der Abwärme aus der Absorptionsmaschine kann Kühlwasser eines Kühlturm oder insbesondere bei Plattenapparaten auch die Umgebungsluft herangezogen werden.In the simplest case, the medium to be cooled (gas, viscous liquids) becomes one single-stage adsorption machine in sequence from generator to cooler Evaporator cooled. To release the waste heat from the absorption machine can  Cooling water of a cooling tower or especially in the case of plate apparatus Ambient air are used.

Nachteilig bei der beschriebenen Absorptionsmaschine ist jedoch, daß insbesondere bei gasförmigen Medien oder auch hochviskosen Medien die Wärmeübergänge sehr gering sind. Die Wärmeübergänge können prinzipiell durch Berippung verbessert werden, was jedoch bei Rohrbündelwärmetauschern mit relativ hohen Kosten verbunden ist. Glatte Rohrbündelwärmetauscher ergeben unter gleichen thermischen Randbedingungen erheblich höhere Druckverluste, wodurch ein Großteil der Energieeinsparungen des Absorbers wieder aufgezehrt wird. Zudem sind Absorptionsmaschinen mit Austauscheinheiten in Rohrbündelbauweise nur unter erhöhten Engineeringkosten in ihrer Leistungsgröße skalierbar. Bei Hintereinanderschaltung von Absorberkomponenten (Generator, Verdampfer) in Röhrenbündel-Bauweise ergeben sich weitere Nachteile, wie große Baulänge oder Umlenkungen.A disadvantage of the absorption machine described is that especially with gaseous media or highly viscous media Heat transfers are very low. The heat transfers can in principle by Fins can be improved, but this is relatively true for shell-and-tube heat exchangers is associated with high costs. Smooth tube bundle heat exchangers result in same thermal boundary conditions, significantly higher pressure losses, resulting in a Much of the energy saved by the absorber is consumed again. In addition, absorption machines with exchange units in tube bundle construction Scalable in their performance size only under increased engineering costs. When cascading absorber components (generator, evaporator) in Tube bundle design, there are other disadvantages, such as large length or Redirections.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Absorptionsmaschine anzugeben, die eine Verbesserung der Wärmeübergänge ermöglicht. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Absorptionskälteanlage anzugeben, die apparativ einfacher als die bekannten Absorptionsmaschinen aufgebaut ist.The object of the present invention is to provide an absorption machine which enables an improvement in heat transfer. The invention is also the The task is to provide an absorption refrigeration system that is simpler in terms of equipment than the known absorption machines.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Austauscheinheiten als Plattenwärmetauscher ausgebildet sind.To solve this problem it is proposed that the exchange units as Plate heat exchangers are designed.

Plattenaustauscher sind ohne weitere Engineeringkosten über einen größeren Leistungsbereich von z. B. 300 bis 1000 kW skalierbar. Sie benötigen nur ein geringes Druckgefälle zur Erzeugung des Wärmeübergangs sowie bei ggf. erforderlichen Umlenkungen für die Durchströmung der Absorberkomponenten, was insbesondere bei gasförmigen Medien wichtig ist und Energiekosten spart. Erst in Plattentauschern ist mit Gasen ein Wärmeübergang mit einer so geringen treibenden Temperaturdifferenz zu bewerkstelligen, daß ein noch ausreichendes Temperaturgefälle für die Nutzung in der Absorbermaschine übrig bleibt.Plate exchangers are larger than any other without engineering costs Performance range from z. B. scalable from 300 to 1000 kW. You only need a little Pressure drop to generate heat transfer and if necessary Deflections for the flow through the absorber components, which in particular is important for gaseous media and saves energy costs. Only in plate exchangers is with gases a heat transfer with such a low driving Temperature difference to accomplish that a still sufficient Temperature gradient remains for use in the absorber machine.

In Plattenbauweise kann über einen weiten Leistungsbereich ein und das selbe Grund-Design eingesetzt werden. Insbesonders zeigen Plattenwärmetauscher aufgrund ihrer einfachen Skalierbarkeit auch erhebliche Vorteile bei der Passageneinteilung für die Durchströmung einer Absorberkomponente (Generator, Verdampfer) mit mehreren Medienströmen.In panel construction, one and the same can be used over a wide performance range Basic design can be used. Plate heat exchangers in particular show  due to its simple scalability also considerable advantages in Passage division for the flow through an absorber component (generator, Evaporator) with multiple media flows.

Plattenwärmetauscher können kostengünstig berippt werden und so der gasseitige Wärmeübergang wesentlich verbessert werden. Zudem ist durch die Berippung auch auf der Seite der Arbeitsmittel des Absorbers mit einer Verbesserung des Wärmeübergangs zu rechnen. Eine kompakte Hintereinanderschaltung mehrerer Absorberkomponenten ist ohne Rohrleitungen und deshalb mit geringstmöglichem Druckabfall realisierbar.Plate heat exchangers can be finned cost-effectively and thus the gas side Heat transfer can be significantly improved. In addition, the ribbing also on the side of the working equipment of the absorber with an improvement of the Heat transfer to be expected. A compact series connection of several Absorber components are without pipes and therefore with the lowest possible Pressure drop realizable.

Desweiteren weist die erfindungsgemäße Absorptionsmaschine Mittel zum Zu- und Abführen wenigstens eines Kühlmediums sowie des zu kühlenden Mediums und/oder wenigstens eines Kälteträgers auf.Furthermore, the absorption machine according to the invention has means for feeding and Removing at least one cooling medium and the medium to be cooled and / or at least one coolant.

Die erfindungsgemäße Absorptionsmaschine weiterbildend wird vorgeschlagen, daß zwischen der oder den Generator/Kondensator-Austauscheinheiten und der oder den Verdampfer/Absorber-Austauscheinheiten wenigstens ein Kühler angeordnet ist, wobei der Kühler vorzugsweise als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist. Hierbei weist der Kühler Mittel zum Zu- und Abführen wenigstens eines Kühlmediums auf. Der Kühler ist grundsätzlich zwar nicht erforderlich, verringert jedoch die erforderliche Leistungsgröße der Absorptionsmaschine erheblich. Insbesondere für den Fall, daß die Antriebsenergie der Absorptionsmaschine ausschließlich von dem abzukühlenden Strom bereitgestellt werden soll wird er aus energetischen Gründen unverzichtbar.The absorption machine according to the invention is further developed that between the generator / capacitor exchange unit or units Evaporator / absorber exchange units at least one cooler is arranged, wherein the cooler is preferably designed as a plate heat exchanger. Here the cooler has means for supplying and removing at least one cooling medium. The cooler is basically not necessary, but it reduces the required one Performance size of the absorption machine considerably. Especially in the event that the drive energy of the absorption machine exclusively from the one to be cooled Electricity is to be made available for energy reasons.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Absorptionsmaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Austauscheinheiten und/oder zwischen den Austauscheinheiten und dem Kühler (E) eine wärmeleitende Barriere angeordnet ist. Die wärmeleitende Barriere ist vorzugsweise mit schlecht wärmeleitenden Materialien, beispielsweise als leerer Spalt oder als Spalt mit Dichtungen aus Faser- oder Kunststoffen, ausgebildet. Die metallische Wärmeleitung durch einen Rohrboden bedeutet thermische Kurzschlußleistungen, die durch den z. B. leeren Distanz-Spalt zwischen Plattenapparaten vermieden werden. Another advantageous embodiment of the absorption machine according to the invention is characterized in that between the exchange units and / or a heat-conducting barrier between the exchange units and the cooler (E) is arranged. The heat-conducting barrier is preferably poor thermally conductive materials, for example as an empty gap or as a gap Seals made of fiber or plastics. The metallic heat conduction through a tube sheet means thermal short-circuit powers caused by the e.g. B. empty distance gap between plate apparatus can be avoided.  

Eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Absorptionsmaschine sei im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert.A possible embodiment of the absorption machine according to the invention is explained in more detail below with reference to FIG. 2.

Die dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Absorptionsmaschine besteht aus einer Generator/Kondensator-Austauscheinheit G/K, einer Verdampfer/Absorber-Austauscheinheit V/A sowie einem Kühler E. Es können auch mehrere Generator/Kondensator-Austauscheinheiten, mehrere Verdampfer/Absorber- Austauscheinheiten und/oder mehrere Kühler verschaltet werden. Alle genannten Komponenten ruhen auf einem Sockel 50.The illustrated embodiment of the absorption machine according to the invention consists of a generator / condenser exchange unit G / K, an evaporator / absorber exchange unit V / A and a cooler E. Several generator / condenser exchange units, several evaporator / absorber exchange units and / or several coolers can be connected. All of the components mentioned rest on a base 50 .

Über geeignet angebrachte Zu- und Abführleitungen 30 und 31 bzw. 32 und 33 werden dem Kühler E sowie den Austauscheinheiten G/K und V/A Kühlmedien, wie bspw. Kühlwasser und/oder Umgebungsluft, zu- und abgeführt, wobei bei ausreichendem verfügbarem Temperaturgefälle auf einen Naßkühlturm verzichtet werden kann.Cooling media, such as cooling water and / or ambient air, are supplied to and removed from the cooler E and the exchange units G / K and V / A via suitably attached supply and discharge lines 30 and 31 or 32 and 33 , with a sufficient available temperature gradient can be dispensed with a wet cooling tower.

Die Absorptionsmaschine kann einen Niederdruck- oder ein Hochdruckkältemittel aufweisen.The absorption machine can be a low-pressure or a high-pressure refrigerant exhibit.

Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Absorptionsmaschine ist z. B. für die Nach- bzw. Zwischenkühlung eines dreistufig verdichteten Gasstromes geeignet. Sie weist zu diesem Zweck drei Zuführleitungen 40 bis 42 auf - die Abführleitungen sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt -, wobei die Zuführleitungen 40 bis 42 jeweils zu den Auslässen der Verdichterstufen V1 bis V3 korrespondieren können. Unter dem Begriff "korrespondieren" sei zu verstehen, daß entweder der verdichtete Gasstrom selbst durch die erfindungsgemäße Absorptionsmaschine geführt und abgekühlt wird oder die Abkühlung des verdichteten Gasstromes über einen Kältemittel- oder Kälteträgerkreislauf erfolgt.The embodiment of the absorption machine according to the invention shown in FIG . B. suitable for the after-or intermediate cooling of a three-stage compressed gas stream. For this purpose, it has three feed lines 40 to 42 (the discharge lines are not shown for the sake of clarity), the feed lines 40 to 42 each corresponding to the outlets of the compressor stages V1 to V3. The term "correspond" should be understood to mean that either the compressed gas stream itself is passed through the absorption machine according to the invention and cooled, or the compressed gas stream is cooled via a refrigerant or coolant circuit.

Zwischen dem Kühler E und den beiden Austauscheinheiten G/K bzw. V/A kann eine in der Fig. 2 nicht dargestellte, wärmeleitende Barriere vorgesehen werden.A heat-conducting barrier, not shown in FIG. 2, can be provided between the cooler E and the two exchange units G / K or V / A.

Bei der erfindungsgemäßen Absorptionsmaschine sind die Austauscheinheiten G/K und V/A sowie der Kühler E als Plattenwärmetauscher ausgebildet. Gegenüber den bekannten Konstruktionen, bei denen Rohrbündelwärmetauscher Verwendung finden, ermöglicht die erfindungsgemäße Absorptionsmaschine durch Schaffung kostengünstiger Rippenstrukturen deutlich bessere Wärmeübergänge auf der Seite des verdichteten Gasstromes wie auch der Arbeitsmittelströme der Absorptionsmaschine. Die kompakte Bauweise der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Absorptionsmaschine ermöglicht es zudem, die Verrohrungskosten in erheblichem Umfang zu verringern.In the absorption machine according to the invention, the exchange units G / K and V / A and the cooler E are designed as plate heat exchangers. Compared to the known constructions, in which tube bundle heat exchangers are used, the absorption machine according to the invention enables significantly better heat transfers on the side of the compressed gas flow and also the working medium flows of the absorption machine by creating cost-effective fin structures. The compact design of the embodiment of the absorption machine according to the invention shown in FIG. 2 also makes it possible to reduce the piping costs to a considerable extent.

Claims (9)

1. Absorptionsmaschine enthaltend wenigstens eine Generator/Kondensator- Austauscheinheit (G/K) und wenigstens eine Verdampfer/Absorber- Austauscheinheit (V/A), dadurch gekennzeichnet, daß die Austauscheinheiten (G/K, V/A) als Plattenwärmetauscher ausgebildet sind.1. Absorption machine containing at least one generator / condenser exchange unit (G / K) and at least one evaporator / absorber exchange unit (V / A), characterized in that the exchange units (G / K, V / A) are designed as plate heat exchangers. 2. Absorptionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsmaschine Mittel zum Zu- und Abführen wenigstens eines Kühlmediums sowie des zu kühlenden Mediums und/oder wenigstens eines Kälteträgers aufweist (31, 33).2. Absorption machine according to claim 1, characterized in that the absorption machine has means for supplying and removing at least one cooling medium and the medium to be cooled and / or at least one coolant ( 31 , 33 ). 3. Absorptionsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der oder den Generator/Kondensator-Austauscheinheiten (G/K) und der oder den Verdampfer/Absorber-Austauscheinheiten (V/A) wenigstens ein Kühler angeordnet (E) ist.3. Absorption machine according to claim 1 or 2, characterized in that between the generator / capacitor exchange unit (G / K) and the or the evaporator / absorber exchange units (V / A) at least one cooler is arranged (E). 4. Absorptionsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (E) als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.4. Absorption machine according to claim 3, characterized in that the cooler (E) is designed as a plate heat exchanger. 5. Absorptionsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (E) Mittel zum Zu- und Abführen wenigstens eines Kühlmediums aufweist (30, 32).5. Absorption machine according to claim 3 or 4, characterized in that the cooler (E) has means for supplying and removing at least one cooling medium ( 30 , 32 ). 6. Absorptionsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Austauscheinheiten (G/K, V/A) und/oder zwischen den Austauscheinheiten (G/K, V/A) und dem Kühler (E) eine wärmeleitende Barriere angeordnet ist.6. Absorption machine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that between the exchange units (G / K, V / A) and / or between the exchange units (G / K, V / A) and the cooler (E) one thermally conductive barrier is arranged. 7. Absorptionsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Barriere mit schlecht wärmeleitenden Materialien, beispielsweise als leerer Spalt oder als Spalt mit Dichtung aus Faser- oder Kunststoffen, ausgebildet ist.7. Absorption machine according to claim 6, characterized in that the thermally conductive barrier with poorly thermally conductive materials, for example  as an empty gap or as a gap with a seal made of fiber or plastics, is trained. 8. Absorptionsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsmaschine ein Niederdruckkältemittel aufweist.8. Absorption machine according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the absorption machine is a low pressure refrigerant having. 9. Absorptionsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsmaschine ein Hochdruckkältemittel aufweist.9. Absorption machine according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the absorption machine has a high pressure refrigerant.
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