DE2600853A1 - ABSORPTION COOLING MACHINE WITH SOLAR PANEL - Google Patents
ABSORPTION COOLING MACHINE WITH SOLAR PANELInfo
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Description
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10.12.7512/10/75
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie._, Baden (Schweiz)BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie._, Baden (Switzerland)
Absorptionskältemaschine mit SonnenkollektorAbsorption chiller with solar collector
Die vorliegende Erfindung betrifft eine als Sonnenkollektor ausgebildete Einrichtung zur Energieaufnahme für eine Absorptionskältemaschine .The present invention relates to a device designed as a solar collector for absorbing energy for an absorption refrigeration machine .
Seit längerer Zeit gewinnen Absorptionskalteanlagen in steigendem Masse an Bedeutung und werden in zahlreichen gewerblichen und industriellen Betrieben zur Kälteerzeugung verwendet. In vielen Betrieben wird sie als Verbindungsglied zwischen der Kraftwirtschaft auf der einen und der Wärme- und Kältewirtschaft auf der anderen Seite betrachtet. Besonders wertvoll ist die Absorptionskälteanlage für die Kälteerzeugung bei tiefen Temperaturen geworden, wie sie beispielsweise in der Gefriertechnik, aber auch in vielen Bereichen der chemischen Industrie für Verdampfungstemperaturen von etwa -30 bis -60°CFor a long time now, absorption refrigeration systems have been increasing Increasingly important and are used in numerous commercial and industrial companies for refrigeration. In many companies it is used as a link between the power industry on the one hand and the heating and cooling industry considered on the other hand. The absorption refrigeration system is particularly valuable for generating cold at low temperatures, for example in freezing technology, but also in many areas of the chemical industry Industry for evaporation temperatures from around -30 to -60 ° C
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benötigt werden.are needed.
Die Absorptionskältemaschinen arbeiten mit einem Zweistoffgemisch, z.B. einem Wasser-Ammoniakgemisch (HpO-NH1,). Dieses Zweistoffgemisch wird in einem Austreiber unter Zuführung von Wärme zum Teil verdampft, wobei der Dampf reicher ist an der leichtersiedenden Komponente, beispielsweise an Ammoniak (NH,). Zum Aufheizen des Austreibers kann elektrischer Strom, Dampf, heisse Gase oder jedes andere Heizmittel verwendet werden. The absorption chillers work with a two-substance mixture, for example a water-ammonia mixture (HpO-NH 1 ,). This two-component mixture is partially vaporized in an expeller with the addition of heat, the vapor being richer in the lower-boiling component, for example ammonia (NH). Electric current, steam, hot gases or any other heating means can be used to heat the expeller.
Es sind auch bereits Absorptionskältemaschinen bekannt geworden, bei welchen die Anwendung von Sonnenenergie als Heizquelle für den Austreiber verwendet wird.Absorption chillers are also already known in which the use of solar energy as a heating source is used for the expeller.
Bei diesen bekannten Anlagen hat sich jedoch der Nachteil ergeben, dass bereits im Kollektor das Sieden der leichtersiedenden Komponente einsetzt, d.h. Blasen im Kollektor entstehen, wodurch eine Beeinträchtigung der Wärmeübertragung und der Ausnützung der Sonnenenergie eintrat. Des weiteren wurde der an der leichtersiedenden Komponente ärmere flüssige Teil des Zweistoffgemisches ohne Ausnützung der noch darin befindlichen Wärme über eine Rohrleitung zum Absorber geführt. Dadurch entstanden Wärmeverluste, welche durch erhöhte Energiezufuhr zum Austreiber kompensiert werden mussten,In these known systems, however, the disadvantage has arisen that the lower-boiling component begins to boil in the collector, i.e. bubbles form in the collector, whereby an impairment of the heat transfer and the utilization of the solar energy occurred. Furthermore was the liquid part of the two-component mixture that is poorer in the lower-boiling component, without utilizing the part that is still in it Heat passed through a pipe to the absorber. This caused heat losses due to increased energy input had to be compensated to the expeller,
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine konstruktiv kompakt ausgebildete Anordnung für eine Absorptionskältemaschine mit Sonnenkollektor zu schaffen, bei welcher die im an leichtersiedenden Komponenten armen Teil des flüssigen Zweistoffgemisches enthaltene Wärme während der Rückführung zum Absorber zur Vorerwärmung des durch den Sonnenkollektor zum Austreiber fliessenden und an flüssigen Bestandteilen reichem Zweistoffgemisches verwendet werden kann, und bei welcher eine partielle Verdampfung des Zweistoffgemisches bereits im Sonnenkollektor verhindert wird.It is the object of the invention to provide a structurally compact design To create an arrangement for an absorption chiller with a solar collector, in which the im at lower boiling points Components poor part of the liquid two-substance mixture contained heat during the return to the absorber to preheat the rich in liquid components flowing through the solar collector to the expeller Two-substance mixture can be used, and in which a partial evaporation of the two-substance mixture already in the solar collector is prevented.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen dem Sonnenkollektor und einem Austreiber in einer Verbindungsleitung ein Drosselorgan angeordnet ist, und dass der Sonnenkollektor als Teil eines zweiflutigen Wärmeaustauschers ausgebildet ist und mit dem Austreiber eine Einheit bildet.The aforementioned object is achieved according to the invention in that between the solar collector and an expeller in a Connecting line, a throttle element is arranged, and that the solar collector as part of a double-flow heat exchanger is designed and forms a unit with the expeller.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung besteht insbesondere darin, dass durch die Anordnung eines Drosselorganes zwischen dem Sonnenkollektor und dem Austreiber der Druck an der Wärmezufuhrstelle so hoch gehalten wird, dass keine Verdampfung der leichtersiedenden Komponenten des Zweistoffgemisches, selbst im höchsten Punkt des Sonnenkollektors, stattfinden kann. Dadurch wird auch die Blasenbildung im Sonnenkol-The advantage of the arrangement according to the invention is, in particular, that the arrangement of a throttle element between the solar collector and the expeller the pressure at the heat supply point is kept so high that no evaporation of the lower-boiling components of the two-substance mixture, even in the highest point of the solar collector can. This also prevents the formation of bubbles in the sun
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lektor verhindert und eine gute Ausnützung der Kollektorfläche bzw. der Sonneneinstrahlung erzielt. Die Verdampfung findet im Austreiber statt. Weiter wird durch die Ausbildung des Sonnenkollektors als Wärmeaustauscher dem im Sonnenkollektor durch Sonneneinstrahlung zu erwärmenden Zweistoffgemisch bereits durch den engen Kontakt mit der an leichtersiedenden Komponenten armen Flüssigkeit über den Wärmeaustauscher Wärme zugeführt.lektor prevents and a good utilization of the collector surface or the solar radiation achieved. The evaporation takes place in the expeller. It continues through training of the solar collector as a heat exchanger for the two-substance mixture to be heated in the solar collector by solar radiation due to the close contact with the low-boiling liquid via the heat exchanger Heat supplied.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sind der als Wärmeaustauscher ausgebildete Sonnenkollektor und der Austreiber in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, und am Wärmeaustauscher ist eine Vielzahl von Anschlusstutzen mit je einem Absperrorgan zum Anschluss von Verbindungsleitungen zum Austreiberaustritt vorgesehen.According to a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention, the solar collectors designed as a heat exchanger are and the expeller are arranged in a common housing, and a plurality of connection pieces are located on the heat exchanger each with a shut-off device for connecting connecting lines to the expeller outlet.
Die Ausbildung des Sonnenkollektors gleichzeitig als Wärmeaustauscher in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Austreiber, welches vorzugsweise aus einem U-förmigen Trog aus einem Isolierstoff besteht, ergibt eine Erhöhung der Wärmeausnützung, insbesondere derjenigen aus dem an leichtersiedenden Komponenten armen Zweistoffgemischteil, welcher im Wärmeaustauscher nach unten in das Absorptionsgefäss abgeleitet wird. Weiterhin ergibt die Anordnung von einer Vielzahl von Anschlusstutzen am Wärmeaustauscher, wobei jeder Anschlusstutzen mit einem Ab-The formation of the solar collector at the same time as a heat exchanger in a common housing with the expeller, which preferably consists of a U-shaped trough from a Insulating material, results in an increase in the heat utilization, in particular that from the lower-boiling components poor two-substance mixture, which is diverted downwards in the heat exchanger into the absorption vessel. Farther results in the arrangement of a large number of connection pieces on the heat exchanger, each connection piece with a drain
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sperrorgan versehen ist, die Möglichkeit, entsprechend das Temperaturgefälle zwischen dem Zweistoffgemisch im Sonnenkollektor und dem an leichtersiedenden Komponenten armen Gemischteil im Wärmeaustauscher voll auszunützen, in dem die aus dem Austreiber kommende Flüssigkeit stets dort dem Wärmeaustauscher zugeführt wird, wo der Temperaturgradient zwischen der aufsteigenden und abwärtsfliessenden Flüssigkeit am günstigsten ist.locking device is provided, the possibility of correspondingly the Temperature gradient between the two-component mixture in the solar collector and the part of the mixture that is poor in low-boiling components fully exploit in the heat exchanger, in which the liquid coming from the expeller is always there to the heat exchanger is supplied where the temperature gradient between the ascending and descending liquid is most favorable is.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically in the drawing.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 ein Schema einer zum Stand der Technik zu zählenden Absorptionskältemaschine,1 shows a diagram of an absorption refrigeration machine belonging to the prior art,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen als Wärmeaustauscher ausgebildeten Sonnenkollektor mit integriertem Austreiber, Fig. 2 is a section through a designed as a heat exchanger Solar collector with integrated expeller,
Fig. 3 einen Querschnitt durch das Gehäuse mit dem als Wärmeaustauscher ausgebildeten Sonnenkollektor.Fig. 3 shows a cross section through the housing with the heat exchanger trained solar panel.
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Die Bezugszahlen von Pig. 1 gelten für gleiche Teile auch in Fig. 2.Pig's reference numbers. 1 also apply to the same parts in FIG. 2.
Gemäss Fig. 1 ist im Schema der zum Stand der Technik zu zählenden Absorptionskältemaschine, deren Funktion als bekannt vorausgesetzt wird, mit 1 eine Pumpe bezeichnet, welche ein Zweistoffgemisch, beispielsweise ein Gemisch von Wasser und Ammoniak aus einem Absorptionsgefäss 2 in einen Austreiber 3 fördert. Im Austreiber 3 wird die Zweistoffflüssigkeit durch eine (nicht dargestellte) Energiequelle erhitzt, wobei die leichtersiedende Komponente (beispielsweise das Ammoniak) des Zweistoff Fisches teilweise verdampft und über eine Rohrleitung 4 .-' ien Kondensator 5 verflüssigt zum Verdampfer 16 abströ zur Kühlung Wärme der Umgebungsluft entnommen wird. an leichtersiedenden Komponenten arme flüssige Gemischteil fliesst über eine weitere Rohrleitung 6 in das Absorptionsgefäss 2 zurück, wo es sich wiederum mit dem an leichtersiedenden Flüssigkeitskomponenten reichen Gemisch, welches aus dem Verdampfer 16 ebenfalls in das Absorptionsgefäss geleitet wird, vermischt.According to FIG. 1, the diagram that belongs to the prior art is to be counted Absorption chiller, the function of which is assumed to be known, denoted by 1 a pump, which a Two-substance mixture, for example a mixture of water and ammonia from an absorption vessel 2 into an expeller 3 promotes. In the expeller 3, the two-component liquid is heated by an energy source (not shown), the The lower-boiling component (for example ammonia) of the two-component fish is partially evaporated and via a pipeline 4 .- 'ien condenser 5 liquefies to evaporator 16 effluent heat is taken from the ambient air for cooling. Liquid part of the mixture poor in low-boiling components flows back via a further pipe 6 into the absorption vessel 2, where it in turn connects with the lower-boiling liquid components rich mixture, which from the evaporator 16 also in the absorption vessel is passed, mixed.
In der Fig. 2 ist der Austreiber 3 an einem zweistufigen Wärmeaustauscher 7, dessen eine Flut als Sonnenkollektor 8 ausgebildet ist, angebracht. An den oberen und unteren Enden der beiden Fluten des Wärmeaustauschers 7,8 sind Querverteiler 9In FIG. 2, the expeller 3 is on a two-stage heat exchanger 7, one of which is designed as a solar collector 8, attached. At the top and bottom of the the two flows of the heat exchanger 7, 8 are transverse distributors 9
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bzw. Querverbindungsrohre 10 angeordnet, welche die einzelnen Röhren des Wärmeaustauschers 7 bzw. des Sonnenkollektors 8 miteinander verbinden. Am absteigenden Ast des Wärmeaustauschers 7 (siehe Pfeilrichtung) ist weiterhin eine Vielzahl von Anschlusstutzen 11 vorgesehen, welche jeweils mit einem Absperrorgan 12 versehen sind. Entsprechend dem Temperaturgefälle zwischen der aufsteigenden Flüssigkeit im Sonnenkollektor 8 wird das an leichtersiedenden Komponenten arme Gemisch, welches noch Wärmekbzugeben vermag, über den jeweiligen Anschlusstutzen 11 in den Wärmeaustauscher 7 eingeleitet, wobei die betreffenden Absperrorgane 12 geöffnet, bzw. geschlossen werden.or cross-connecting pipes 10 are arranged, which the individual pipes of the heat exchanger 7 and the solar collector 8 connect with each other. On the descending branch of the heat exchanger 7 (see arrow direction) there is still a large number provided by connecting pieces 11, each of which is provided with a shut-off element 12. According to the temperature gradient between the rising liquid in the solar collector 8 is the mixture, which is poor in low-boiling components, which is still able to give heat via the respective connection piece 11 introduced into the heat exchanger 7, the relevant shut-off devices 12 being opened or closed will.
In der Fig. 3 sind in einem, vorzugsweise aus Isolierstoff bestehendem Gehäuse 13, welches beispielsweise mit (nichtdargesteilten) metallischen Verstärkungen versehen ist, die beiden Fluten des als Wärmeaustauscher 7 ausgebildeten Sonnenkollektors 8 so angeordnet, dass beide in engem Kontakt miteinander stehen.In Fig. 3 are in one, preferably made of insulating material Housing 13, which, for example, with (not shown) metallic reinforcements is provided, the two floods of the solar collector designed as a heat exchanger 7 8 arranged so that both are in close contact with each other.
Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Anordnung ist analog zur Betriebsweise der bekannten Absorptionskältemaschinen. Jedoch wird die im Austreiber befindliche Flüssigkeit, bzw. das Zweistoffgemisch nicht durch Dampf oder Elektrizität aufgeheizt, sondern durch Sonneneinstrahlung im als WärmeaustauscherThe mode of operation of the arrangement according to the invention is analogous for the operation of the known absorption refrigeration machines. However, the liquid in the expeller or the Two-substance mixture is not heated by steam or electricity, but by solar radiation in the as a heat exchanger
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7 ausgebildeten Sonnenkollektor 8, wobei die Pumpe 1 das Zweistoffgemisch aus dem Absorptionsgefäss 2 durch die Querverteiler 9 in die einzelnen Röhren des Sonnenkollektors 8 verteilt und nach oben drückt, wobei das Zweistoffgemisch einmal durch die Sonneneinstrahlung Wärme erhält und zum anderen durch den in der absteigenden Flut des Wärmeaustauschers 7 nach unten strömenden Teil des Zweistoffgemisches, welcher an leichtersiedenden Bestandteilen arm ist und ebenfalls noch Wärme enthält. Eine zwischen dem Querverteiler 9 und dem Austreiber 3 angeordnete Drosselstelle 14 sorgt für die Aufrechterhaltung eines Druckes vor der Drosselstelle I1J, so dass im Sonnenkollektor 8 keine Verdampfung der leichtersiedenden Komponente des Zweistoffgemisches eintritt. Dadurch wird im Sonnenkollektor 8 eine Blasenbildung vermieden und eine gute Ausnützung der Sonneneinstrahlung erzielt. Nach der Drosselstelle 14 herrscht im Austreiber 3 ein entsprechend geringer Druck, wodurch ein grosser Teil der leichtersiedenden Flüssigkeitskomponente verdampft und über eine Rohrleitung 4 dem Kondensator 5 und anschliessend dem Verdampfer 16 und von dort dem Absorptionsgefäss 2 wieder zugeführt wird. Das an leichtersiedenden Teilen arme Flüssigkeitsgemisch fliesst aus dem Austreiber 3 über den absteigenden Ast des Wärmeaustauschers 7 ebenfalls in das Absorptionsgefäss 2 zurück, wo es den aus dem Verdampfer 16 kommenden, an leichtersiedenden Flüssigkeit steilen reicheren Anteil absorbiert.7 formed solar collector 8, whereby the pump 1 distributes the binary mixture from the absorption vessel 2 through the transverse distributors 9 into the individual tubes of the solar collector 8 and pushes it upwards, whereby the binary mixture receives heat on the one hand from the solar radiation and on the other hand from that in the descending tide of the heat exchanger 7 downwardly flowing part of the two-component mixture, which is poor in low-boiling components and also still contains heat. A throttle point 14 arranged between the transverse distributor 9 and the expeller 3 ensures that a pressure is maintained upstream of the throttle point I 1 J, so that no evaporation of the lower-boiling component of the two-substance mixture occurs in the solar collector 8. This avoids the formation of bubbles in the solar collector 8 and makes good use of the solar radiation. After the throttle point 14, there is a correspondingly low pressure in the expeller 3, as a result of which a large part of the lower-boiling liquid component evaporates and is fed back via a pipe 4 to the condenser 5 and then to the evaporator 16 and from there to the absorption vessel 2. The liquid mixture poor in lower boiling parts flows from the expeller 3 via the descending branch of the heat exchanger 7 also back into the absorption vessel 2, where it absorbs the part coming from the evaporator 16, which is steeper in lower boiling liquid.
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