DE20023150U1 - Diffusion absorption system has boiler, rectification device and/or reservoir combined as component, absorber, evaporator, heat exchanger combined as second component, connecting lines - Google Patents
Diffusion absorption system has boiler, rectification device and/or reservoir combined as component, absorber, evaporator, heat exchanger combined as second component, connecting linesInfo
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Abstract
Description
G 1451 TE-P ZG 1451 TE-P Z
Beschreibung Diffusionsabsorptionsanlage Description diffusion absorption system
Die Neuerung betrifft eine Diffusionsabsorptionsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The innovation relates to a diffusion absorption system according to the preamble of patent claim 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-Gas-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.Diffusion absorption systems have long been known as small refrigeration systems for use in household refrigerators. With the appropriate design, they can also be used as heat pumps for heating or cooling purposes. In these systems, the coolant ammonia (NH 3 ) and water are used as a pair of substances. The water acts as the solvent and the absorbing substance, while hydrogen or helium is usually used as the pressure-equalizing carrier gas. As the working medium in the cycle, the ammonia-water mixture is set in motion when heat is added due to differences in temperature and concentration.
The heat is supplied in a cooker. Boiling expels gas bubbles from the NH 3 -rich solution. The water content in this gas flow is separated or returned in the rectifier, so that almost only NH 3 vapor flows to the condenser. The gas bubble pump must be designed in such a way that it pumps the liquid to a considerable height in order to generate the necessary driving force. The high-purity ammonia vapor condenses and releases the condensation heat to the heating water. The liquid ammonia then flows downwards into the evaporator. In the helium-ammonia atmosphere, the ammonia evaporates while absorbing ambient energy. The gas mixture then passes through a gas-gas heat exchanger and flows to the absorber, where the gaseous ammonia is absorbed by the NH 3 -poor ammonia-water solution and releases the absorption heat to the heating water before the noise-free process starts again.
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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 Schweißnähten, die sehr hochwertig bzw. genau ausgeführt sein müssen. Insgesamt entsteht für die mindestens fünf einzelnen Druckbehälter und Leitungen ein erheblicher Material-, Fertigungs- und Prüfaufwand.Both EP 0 413 791 B1 and EP 0 419 606 B1 show a diffusion absorption system with individual units. These are each designed as separate components and connected to one another via lines. Because the working pressure in such systems is more than 20 bar, all units and lines must be designed to be pressure-resistant. This design therefore results in a large number of welds that must be of very high quality and precise. Overall, the at least five individual pressure vessels and lines require a considerable amount of material, manufacturing and testing.
Bei der bekannten Ausführungsform ist beispielsweise der Rektifikator für seine Funktion als Dreifach-Wärmetauscher, mit konzentrischen Rohrspiralen und drei ineinanderliegenden Hohlräumen, -außen um den Druckbehälter des Kochers gewickelt und nur über Leitungen an die entsprechenden Zonen in dessen Innenraum angeschlossen. Weiterhin beschreibt die CH 678 104 A5 ein Reservoir als separates Bauteil mit Anschlußleitungen zur Integration in die Anlage gemäß EP 0 413 791 B1 und EP 0 419 606 B1. Außerdem zeigt die CH 678 102 A5 ein Filter mit Düsen an den einmündenden Leitungen, welches an den Absorber bzw. den Verdampfer gekoppelt und in einem eigenen Druckbehälter untergebracht ist.In the known embodiment, for example, the rectifier for its function as a triple heat exchanger, with concentric pipe spirals and three nested cavities, is wound around the outside of the pressure vessel of the cooker and is only connected to the corresponding zones in its interior via lines. Furthermore, CH 678 104 A5 describes a reservoir as a separate component with connecting lines for integration into the system according to EP 0 413 791 B1 and EP 0 419 606 B1. In addition, CH 678 102 A5 shows a filter with nozzles on the inlet lines, which is coupled to the absorber or the evaporator and housed in its own pressure vessel.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer Diffusionsabsorptionsanlage zu optimieren und dadurch den Fertigungsaufwand zu reduzieren.The innovation is based on the task of optimizing the structure of a diffusion absorption system and thereby reducing the manufacturing effort.
Neuerungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the innovation, this is solved with the features of claim 1. Advantageous further developments can be found in the subclaims.
Die Diffusionsabsorptionsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass Kocher und Rektifikator und/oder das Reservoir für das Kälte- bzw. Lösungsmittel zu einem ersten Bauteil sowie Absorber, Verdampfer und Gas-Gas-Wärmetauscher zu einem zweiten Bauteil zusammengefasst und über Leitungen miteinander verbunden sind.The diffusion absorption system is characterized in that the cooker and rectifier and/or the reservoir for the coolant or solvent are combined to form a first component and the absorber, evaporator and gas-gas heat exchanger are combined to form a second component and are connected to one another via lines.
Außerdem können die beiden vorgenannten Bauteile auch zu einer einzigen gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst werden. Der Kondensator kann dabei in das erste oder zweite Bauteil und der Rektifikator in den Kocher integriert sein. Da dieser Dreifach-Wärmetauscher insbesondere aus einer aufwendigen Wicklung von mehreren konzentrischen Rohren besteht, lässt sich dessen Herstellung mit geringeren Wandstärken oder Ersetzen eines Rohrkörpers durch Behälterwände vereinfachen.In addition, the two aforementioned components can also be combined into a single common unit. The condenser can be integrated into the first or second component and the rectifier into the cooker. Since this triple heat exchanger consists in particular of a complex winding of several concentric tubes, its manufacture can be simplified with smaller wall thicknesses or by replacing a tube body with container walls.
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Somit sind alle Bauteile bzw. die gesamte Baueinheit von einer druckbeständigen Hülle umgeben, die sich bei herkömmlichen Anlagen auf viele einzelne Behälter aufteilt. Selbst kleinere Funktionseinheiten, wie das dem Verdampfer und/oder Absorber vorgeschaltete Filter mit Düsen oder das Reservoir lassen sich wahlweise in einer Zuleitung oder innerhalb des umgebenden Behälters anordnen. Dann bildet die Rohrwand oder die Außenwand des Verdampfers bzw. Absorbers den Druckkörper.This means that all components or the entire assembly are surrounded by a pressure-resistant shell, which in conventional systems is divided into many individual containers. Even smaller functional units, such as the filter with nozzles upstream of the evaporator and/or absorber or the reservoir, can be arranged either in a supply line or within the surrounding container. The pipe wall or the outer wall of the evaporator or absorber then forms the pressure body.
Um insgesamt eine geringere Bauhöhe zu erreichen, können Absorber und Verdampfer nebeneinander angeordnet sein. Dabei erstreckt sich der Absorber in vertikaler Richtung mit seinem oberen Bereich mindestens bis auf das Niveau des unteren Bereiches des Verdampfers. Beide Bauteile besitzen Rohrwicklungen, welche dann beispielsweise mit einem größeren Radius ausgeführt werden können, so dass bei einem gleichbleibend kompakten Aufbau die Leistung gesteigert werden kann. Alternativ dazu ist es möglich, den Absorber und den Verdampfer ringförmig übereinanderliegend um den Kocher anzuordnen. Dabei bildet der Kocher jeweils das Zentrum des Behälters oder durchdringt dieses. In order to achieve a lower overall height, the absorber and evaporator can be arranged next to each other. The upper part of the absorber extends vertically to at least the level of the lower part of the evaporator. Both components have tube windings, which can then be designed with a larger radius, for example, so that the performance can be increased while maintaining a consistently compact structure. Alternatively, it is possible to arrange the absorber and evaporator in a ring around the cooker. The cooker forms the center of the container or penetrates it.
Mit dem neuerungsgemäßen Aufbau der Diffusionsabsorptionsanlage wird der Material-, Fertigungs- und Prüfaufwand deutlich reduziert. Insbesondere sind nur noch wenige hochwertig auszuführende Schweißnähte erforderlich, die beispielsweise zum Fügen der Außenwand eines Behälters, d. h. zum Einfassen mehrerer Bauteile, dienen. Auch der Aufwand für die Verrohrung sinkt, weil nur noch die Rohrleitungen zum Verbinden der einzelnen Behälter druckbelastet sind.The new design of the diffusion absorption system significantly reduces the amount of material, production and testing required. In particular, only a few high-quality welds are required, for example to join the outer wall of a container, i.e. to enclose several components. The amount of piping required is also reduced because only the pipes connecting the individual containers are subjected to pressure.
Im Behälterinneren können Baugruppen mit einfacheren Verbindungstechniken angeschlossen werden. Je nach Anwendungsfall erfüllen Press- oder Steckverbindungen ihren Zweck, da sogar geringe Leckströme, wie zum Beispiel zwischen der NH3-armen und reichen Lösung, die Anlagenfunktion nicht beeinträchtigen.Inside the tank, assemblies can be connected using simpler connection techniques. Depending on the application, press or plug connections serve their purpose, since even small leakage currents, such as between the NH 3 -poor and rich solution, do not affect the system function.
Außerdem befinden sich alle Schweißnähte an gut zugänglichen Stellen und lassen sich an den Behälterwänden bzw. Rohrleitungen gut anbringen und kontrollieren. Dies begünstigt eine kostensparende maschinelle Großserienproduktion mit fertigungsgerechtem Aufbau und Montagezeitersparnis.In addition, all welds are located in easily accessible places and can be easily attached and inspected on the container walls or pipes. This promotes cost-saving, machine-based large-scale production with a production-friendly structure and assembly time savings.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Neuerung dar. Eine Diffusionsabsorptionsanlage zeigt:The drawing shows an example of the innovation. A diffusion absorption system shows:
Fig. 1: Mit allen Bauteilen in einem gemeinsamen Druckbehälter undFig. 1: With all components in a common pressure vessel and
Fig. 2: mit jeweils mehreren zusammengefassten Bauteilen in zwei Druckbehältern und einem einzeln angeordneten Kondensator.Fig. 2: with several components combined in two pressure vessels and an individually arranged condenser.
Die Diffusionsabsorptionsanlage besteht aus einem Kocher 1, einem Absorber 2, einem Verdampfer 3, einem Gas-Gas-Wärmetauscher 4, einem Rektifikator 5, einem Kondensator 6, einem Reservoir 7 für das Kälte- bzw. Lösungsmittel sowie Leitungen 8 für den Kälte- bzw. Lösungsmittelkreislauf. Wahlweise umgibt eine druckbeständige Hülle 9 die gesamte Anordnung und/oder es besitzen die einzelnen, zusammengefassten Bauteile selbst einen derartigen Mantel.The diffusion absorption system consists of a cooker 1, an absorber 2, an evaporator 3, a gas-gas heat exchanger 4, a rectifier 5, a condenser 6, a reservoir 7 for the coolant or solvent and lines 8 for the coolant or solvent circuit. Optionally, a pressure-resistant casing 9 surrounds the entire arrangement and/or the individual, combined components themselves have such a casing.
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