DE2900153C2 - Sprühgenerator zur Erwärmung der Lösung in einer Absorbtionskälteanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sprühgenerator zur Erwärmung der Lösung in einer Absorptionskälteanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Sprühgenerator ist beispielsweise aus der DD-PS 71 125 bekannt. Der Wärmeaustauscher des Sprühgenerators umfaßt hierbei ein Bündel im wesentlichen paralleler, etwa horizontal verlaufender Wärmeaustauscherrohre. Diese Rohre sind sowohl in Horizontal- als auch in Vertikalrichtung in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Bei dieser Ausführungsform beeinflußen verschiedene Faktoren nachteilig das Ausmaß der Wärmeübertragung von den Wärmeaustauscherrohren auf die über die Rohre strömende Lösung. So kann beispielsweise nur eine unvollständige Flüssigkeitsverteilung innerhalb des Wärmetauschers möglich sein. Der Flüssigkeitsdurchsatz je Flächeneinheit der Wärmeaustauscherrohroberfläche ist dabei im oberen Bereich größer als im unteren Bereich. Der Grund dafür ist u. a. darin zu sehen, daß das Flüssigkeitsvolumen beim Strömen durch den Wärmeaustauscher abnimmt, da das Kältemittel aus der flüssigen Lösung abgeschieden und verdampft wird. Diese Schwierigkeit der Flüssigkeitsverteilung wird durch den KaUemitteldampf, der im Wärmeaustauscher aus der Lösung verdampft wird, verschärft Wenn das Kältemittel zu Dampf wird, verläßt es die abwärts strömende Flüssigkeit und strömt direkt aus dem Wärmeaustauscher heraus in Richtung auf den Kondensator. Die Wärmeaustauscherrohre behindern dabei die Strömung des Dampfes durch Blokkieren desselben innerhalb des Wärmetauschers. Dort besitzt der Kältemitteldampf die Neigung, die flüssige Lösung aus Absorptions- und Kältemittel von den Oberflächen der Wärmeaustauscherrohre fortzudrükken und die Rohre mit einem Dampffilm zu bedecken.

Dadurch wird die Wärmeübertragung von den Wärmeaustauscherrohren auf die Lösung erschwert, was in der Nähe des Bodens des Wärmeaustauschers zu einem ernsthaften Problem werden kann, da dort eine bedeutende Menge Kältemmeldampf vorhanden ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sprühgenerator der angegebenen Art zu schaffen, der eine verbesserte Flüssigkeitsverteilung und ein verbessertes Abströmen des abgeschiedenen Kältemittels ermöglicht und bei dem ein Herausspritzen der Lösung weitgehend verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sprühgenerator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden die vorstehend aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik vermieden. Die eng beabstandeten oberen Wärmeaustauscherrohre sind durch das Leitblech abgedeckt, so daß ein Herausspritzen der flüssigen Lösung aus dem Wärmeaustauscher von den Rohren verhindert wird.

Die enge nestartige Anordnung der Rohre im oberen Teil des Wärmeaustauschers verzögert die Flüssigkeitsströmung und begünstigt eine fühlbare Erwärmung der Lösung. Durch den weiten Abstand der Wärmeaustauscherrohre im unteren Abschnitt des Wärmeaustauschers wird der Lösungsdurchsatz über die Oberfläche der Wärmeaustauscherrohre pro Flächeneinheit der Rohre im wesentlichen konstant gehalten, d. h. im unteren Bereich des Wärmeaustauschers, wo eine hohe Durchflußgeschwindigkeit der Lösung existiert, wird der hohe Oberflächenbereich verhindert. Die mit weitem Abstand angeordneten Rohre schalten auch ein Fortblasen der Lösung durch den Kältemitteldampf aus, indem sie das Abströmen des Kältemitteldampfes aus dem Wärmeaustauscher heraus erleichtern.

Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf die DE-AS 12 98 107 verwiesen, aus der eine Absorptionskälteanlage bekannt ist, bei der im Absorber und im Verdampfer Wärmeaustauscher angeordnet sind, deren Wärmeaustauscherrohre im oberen Teil mit größeren Abständen voneinander angeordnet sind als im unteren Teil. Dies steht der erfindungsgemäßen Lösung diametral entgegen. Bei einer anderen in der DE-AS 12 98 107 beschriebenen Ausführungsform soll bei einer Strömungsrichtung des Kältemitteldampfes von oben nach unten der Rohrabstand von oben nach unten zunehmen. Diese Anordnung steht ebenfalls der erfindungsgemäßen Ausführungsform diametral entgegen, da erfindungsgemäß der Abstand der Rohre in Strömungsrichtung der Lösung immer zunimmt.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im

29 OO 153

einzelnen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Absorptionskälteanlage mit einem Sprühgenerator; und

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Sprühgenerators und Kondensators der in F i g. 1 gezeigten Anlage, bei der der Generator gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgebildet ist

Es sei vorausgesetzt, daß die hier beschriebene Absorptionskälteanlage mit einer hygroskopischen Salzlösung als Absorptionsmittel und Wasser als Kältemittel arbeitet Insbesondere hat sich eine Lithiumbromidlösung als ein geeignetes Absorptionsmitte! erwiesen; es können jedoch auch andere Absorptionsmittel und andere Kältemittel Verwendung finden.

Die hier beschriebene Absorptionskälteanlage ist zur Verwendung einer Energiequelle niedriger Temperatur ausgelegt insbesondere Solarenergie, um eine konzentrierte Absorptionsmittellösung zu regenerieren. Es kann jedoch auch jede bekannte andere Energiequelle sowohl niedriger Temperatur als auch hoher Temperatur Anwendung finden, wie beispielsweise ein herkömmlicher Dampfkessel, dif! bei zahlreichen Herstellungsverfahren anfallende Wärmeenergie oder geothermische Wärmeenergie etc. Der hier verwendete Ausdruck »konzentrierte Lösung« bedeutet eine Lösung relativ hoher Konzentration von Lithiumbromid, während der Ausdruck »verdünnte Lösung« eine Lösung verhältnismäßig geringer Konzentration von Lithiumbromid bedeutet

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Absorptionskälteanlage, die einen Sprühgenerator enthalt Die Anlage enthält einen oberen Hochdruckbehälter 10 und einen unteren Niederdruckbehälter 12. Wie bei Absorptionskältemaschinen allgemein üblich, ist der untere Behälter 12 durch eine Trennwand 14 in zwei Abschnitte unterteilt Die Abschnitte enthalten einen Verdampfer 16 und einen Absorber 18. Ebenso ist der obere Behälter 10 durch eine Wanne 20 und einen Flüssigkeitsabscheider 22 in einen Sprühgenerator 24 und einen Kondensator 26 unterteilt. Unter normalen Betriebsbedingungen ist in dem Verdampfer 16 ein Kältemittel, wie zum Beispiel Wasser vorhanden, und der Kältemitteldampf strömt vom Verdampfer zum Absorber 18, wo ein Absorptionsmittel, wie beispielsweise Lithiumbromid, den Dampf absorbiert. Dies erzeugt einen Druckabfall in dem Absorber 18, was den Durchstrom einer größeren Dampfmenge vom Verdampfer 16 zum Absorber gestattet. Dies verursacht eine Verdampfung von mehr Kältemittel im Verdampfer 16, was im Verdampfer eine Kühlwirkung erzeugt. Um sich diese Kühlwirkung zunutze zu machen, wird Wasser oder irgendein anderes geeignetes Wärmeaustauschmedium durch eine Wärmeaustauschschlange 28 hindurchgefühlt, die in dem Verdampfer 16 angeordnet ist. Die Wärmeaustauschschlange 28, die allgemein als Kühlwasserschlange bezeichnet wird, ist durch Wasserleitungen 30 und 32 mit einer Kühllast verbunden. Das verdampfende Kältemittel in dem Verdampfer 16 absorbiert Wärme von dem Wasser beim Durchstrom des Wassers durch die Kühlwasserschlange, und dies gestattet es dem Wasser wiederum, Wärme von der Kühllast zu absorbieren. Im allgemeinen tritt das Wasser bei etwa 12°C in die Kühlwasserschlange 28 ein und verläßt sie bei etwa 7°C.

In dem Maße, wie das Absorptionsmittel Kältemitteldampf absorbiert, verdünnt es sich, und seine Fähigkeit zum Absorbieren von weiterem Kältemitteldampf nimmt ab. Um ein konzentriertes Absorptionsmittel zu erzeugen, wird die verdünnte Lösung aus Absorptionsmittel und Kältemittel von der Pumpe 36 durch eine Strömungsmittelleitung 34 aus dem Aisorber 18 abgezogen. Die Pumpe 36 führt die Lösung durch eine Leitung 38, einen Wärmeaustauscher 40, der im folgenden zu beschreiben ist zu einer Sprühdüse 42, die in dei Nähe der Oberseite des Generators 24 angeordnet ist Die Sprühdüse 42 sprüht dann die verdünnte Lösung über einen Wärmeaustauscher 44, der aus einem Bündel Wärmeaustauscherrohre 46 besteht

Der Wärmeaustauscher 44 ist mit einem Solarkollektor (nicht gezeigt) verbunden, so daß warmes Wasser oder Dampf durch die Wärmeaustauscherrohre 46 strömen und Wärme auf die Lösung übertragen kann. Die Wärmeaustauscherrohre 46 sind in der Nähe des Oberteils des Wärmeaustauschers 44 eng voneinander beabstandet Dies verlangsamt den Durchfluß der flüssigen Lösung durch den oberen Teil des Wärmeaustauschers 44 und vergrößert den Wärmeübertragungsflächenbereich in diesem Abschnitt des Wärmeaustauschers. Dadurch wird den Flüssigkeitsdurchsatz je Einheit Wärmeübertragungsflächenbereich in dem oberen Teil des Wärmeaustauschers reduziert und eine fühlbare Erwärmung der Lösung begünstigt. Beim Herunterströmen der Lösung durch den Wärmeaustauscher 44 wird von den Oberflächen der Wärmeaustauscherrohre 46 Wärme auf die Lösung übertragen. Die verdünnte Lösung wird erwärmt und das Kältemittel beginnt, aus der Lösung heraus zu verdampfen. Das verdampfte Kältemittel hat die Neigung, aus den Seiten des Wärmeaustauschers 44 heraus in Richtung auf den Kondensator zu strömen, wo der Dampfdruck etwas geringer ist.

Beim weiteren Herabströmen der Flüssigkeitslösung durch den Wärmeaustauscher 44 und beim weiteren Absorbieren von Wärme verdampft ständig mehr Kältemittel aus der Lösung. Bis zu dem Zeitpunkt, wo die Lösung den Bodenabschnitt des Wärmeaustauschers 44 erreicht, verdampft eine realtiv große Menge Kältemittel. Um den Strom dieses Kältemitteldampfes in Richtung auf den Kondensator 26 zu erleichtern, sind die Wärrneaustauscherrohre 46 im unteren Abschnitt des Wärmeaustauschers 44 weit voneinander auf Abstand gehalten. Somit hat der Kältemitteldampf, anstatt in dem Wärmeaustauscher 44 durch die Rohre 46 blockiert zu werden, eine gute Gelegenheit, aus dem Wärmeaustauscher herauszuströmen. Die Erleichterung des Heranströmens des Kältemitteldampfes verhindert ein Verbleiben des Dampfes innerhalb des Wärmeaustauschers 44, wo er die flüssige Lösung von den Oberflächen der Wärmeaustauscherrohre 46 fortdrücken und die Rohre

so mit einem Dampffilm bedecken würde. Die flüssige Lösung kann in direkte Berührung mit den Oberflächen der einzelnen Wärmeaustauscherrohre 46 kommen. Dies maximiert die auf die verdünnte Lösung übertragene Wärmemenge und die aus dieser Lösung heraus verdampfte Kältemittelmenge. Der weitere Abstand der Rohre 46 am Boden des Wärmeaustauschers 44 verringert auch den Wärmeübertragungsflächenbereich in diesem Abschnitt des Wärmeaustauschers, und dies erhöht den Durchsatz der Flüssigkeit je Flächeneinheit der Wärmeübertragungsfläche im unteren Teil des Wärmeaustauschers. Somit wird durch Veränderung des Abstands der Wärmeaustauscherrohre 46 in der oben beschriebenen Weise dem Entstehen eines größeren rlüssigkeitsdurchsatzes je Flächeneinheit der Wärmeübertragungsfläche im oberen Abschnitt des Wärmeaustauschers und einem geringeren Flüssigkeitsdurchsatz im unteren Abschnitt entgegengewirkt. Ebenso wird das Problem des Fortblasens der Flüssigkeit, das

29 OO

bei bekannten Sprühgeneratoren auftritt, ausgeschaltet. Der Generator 24 enthält auch ein Leitblech 48. Dieses Leitblech 48 erstreckt sich über die Oberseite des Wärmeaustauschers 44 und an seinen Seiten um etwa ein Drittel der Tiefe des Wärmeaustauschers herunter. Es verhindert ein Fortspritzen der flüssigen Lösung aus dem Wärmeaustauscher 44 von den eng beabstandeten oberen Wärmeaustauscherrohren 46.

Die konzentrierte Lösung strömt nach dem Durchströmen des Wärmeaustauschers 44 zu dem Boden des Generators 24. Von dem Hochdruckgenerator 24 strömt die Lösung durch die Strömungsmittelleitung 60 und durch den Wärmeaustauscher 40. Der Wärmeaustauscher 40 wird benutzt, um die Wirksamkeit der Anlage durch Übertragung von Wärme von der relativ warmen Lösung, die von dem Generator 24 kommt, auf die relativ kühle Lösung, die von dem Absorber 18 kommt, zu erhöhen. Dies hat die Wirkung einer Vorwärmung der verdünnten Absorptionsmittellösung vor ihrem Eintritt in den Generator und einer Vorkühlung der konzentrierten Absorptionsmittellösung vor ihrem Eintritt in den Absorber 18. Nach dem Durchgang durch den Wärmeaustauscher 40 strömt die Absorptionsmittellösung durch die Strömungsmittelleitung 62 zu dem Sprührohr 76, welches in dem Niederdruckabsorber 18 angeordnet ist. In dem Absorber 18 wird die konzentrierte Lösung über einen Wärmeaustauscher 66 versprüht. Der Wärmeaustauscher 66 ist an eine Quelle (nicht gezeigt) relativ kühlen Wassers, beispielsweise an einen Kühlwasserturm beliebiger herkömmlicher Konstruktion, angeschlossen. Die gekühlte, konzentrierte Absorptionsmittellösung in dem Absorber 18 kann Kältemitteldampf absorbieren und dadurch den Kühleffekt im Verdampfer 16 fortsetzen.

Das in dem Generator 24 aus der Absorptionsmittellösung verdampfte Kühlmittel strömt durch einen Flüssigkeitsabscheider 22 zu dem Kondensator 26, wo es durch das durch den Wärmeaustauscher 68 strömende Kühlwasser gekühlt und kondensiert wird. Das durch den Wärmeaustauscher 68 strömende Kühlwasser erzeugt eine etwas geringere Temperatur in dem Kondensator als in dem Generator 24. Dieser Temperaturunterschied führt zu einem etwas geringeren Druck im Kondensator 26, was die Neigung des Käitemitteidampfes erklärt, von dem Wärmeaustauscher 44 in dem Generator 24 zu dem Kondensator zu strömen. Die Quelle des Kühlwassers für den Wärmeaustauscher 68 kann dieselbe sein wie für den Wärmeaustauscher 66, der in dem Absorber 18 angeordnet ist. Wie bei der Konstruktion von Absorptionskälteanlagen allgemein üblich, können diese beiden Wärmeaustauscher in Reihenschaltung verbunden sein. Das kondensierte Kältemittel strömt zum Boden des Kondensators 26 und sammelt sich in der Wanne 20. Das Kältemittel strömt dann von dem Hochdruckkondensator 26 durch die Strömungsmittelleitung 70 zum Niederdruckverdampfer 16. Mit dem Verdampfer 16 ist durch die Leitung 74 eine Kältemittelpumpe 72 verbunden, um das Kältemittel, das sich im Boden des Verdampfers gesammelt hat; durch den Verdampfer umzuwälzen. Die Pumpe 72 zieht Kältemittel aus dem Boden des Verdampfers 16 durch die Leitung 74 und fördert ihn dann durch die Strömungsmittelleitung 76 zu einem Sprührohr 78, welches in dem Verdampfer über der Kühlwasserschlange 28 angeordnet ist es

Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Wärmeaustauscherrohre 46 in einer Anzahl paralleler Reihen angeordnet, und der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Reihen nimmt in Abwärtsrichtung zu. Außerdem ist der Abstand zwischen benachbarten Rohren einer Reihe für jede Reihe gleich, wird jedoch von Reihe zu Reihe in Abwärtsrichtung größer. Die spezielle Anordnung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Zum Beispiel können die Rohre, wie in F i g. 2 gezeigt, in Sätzen angeordnet sein, und zwar mit einem oberen Satz, einem mittleren Satz und einem unteren Satz, wobei der Rohrabstand für jeden Satz gleichmäßig ist, sich jedoch zwischen den einzelnen Sätzen ändert, so daß die Rohre in dem oberen Satz eng beabstandet, die Rohre in dem unteren Satz weit beabstandet sind, und die Rohre in dem mittleren Satz einen mittleren Abstand haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

29 OO 153 Patentansprüche:

1. Sprühgenerator zur Erwärmung der Lösung in einer Absorptionskälteanlage, bei der eine Lösung aus Kältemittel und Absorptionsmittel erwärmt wird, um das Kältemittel gasförmig nach oben von der Lösung abzuscheiden und das konzentrierte Absorptionsmittel zurückzulassen, mit einer Sprühdüse zum Sprühen der Lösung aus Kältemittel und Absorptionsmittel nach unten, einem Wärmeaustauscher, der unter der Sprühdüse angeordnet ist und ein Bündel im wesentlichen paralleler, allgemein horizontal verlaufender Wärmeaustauscherrohre enthält, sowie Einrichtungen zum Hindurchführen eines relativ warmen Strömungsmittels durch jedes der Wärmeaustauscherrohre zur Übertragung von Wärme auf die Lösung zum Abscheiden des Kältemittels daraus, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscherrohre (46) derart mit engem Abstand in dem oberen Teil des Wärmeaustauschers (44) angeordnet und in dem unteren Abschnitt des Wärmeaustauschers (44) weit voneinander auf Abstand gehalten sind, daß der Lösungsdurchsatz über die Oberfläche der Wärmeaustauscherrohre pro Flächeneinheit der Rohre etwa konstant bleibt, und daß ein die Oberseite des Wärmeaustauschers (44) abdeckendes Leitblech (48) vorgesehen ist.

2. Sprühgenerator nach Anspruch 1, bei welchem die Wärmeaustauscherrohre des Bündels in parallelen Reihen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Reihen und der Abstand zwischen den Rohren (46) in einer Reihe innerhalb des Bündels nach unten hin zunimmt.

3. Sprühgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel Wärmeaustauscherrohre (46) einen ersten Satz mit engem Abstand angeordneter Wärmeaustauscherrohre und einen zweiten Satz mit weitem Abstand angeordneter Wärmeaustauscherrohre enthält.

4. Sprühgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitblech (48) annähernd das obere Drittel des Wärmeaustauschers (44) bedeckt.