DE3201074A1 - Kolonne fuer eine sorptionswaermepumpe - Google Patents

Kolonne fuer eine sorptionswaermepumpe

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DE3201074A1 DE19823201074 DE3201074A DE3201074A1 DE 3201074 A1 DE3201074 A1 DE 3201074A1 DE 19823201074 DE19823201074 DE 19823201074 DE 3201074 A DE3201074 A DE 3201074A DE 3201074 A1 DE3201074 A1 DE 3201074A1
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DE19823201074
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Hartmuth 5632 Wermelskirchen Diesing
Antun Dipl.-Ing. 4040 Neuss Gelesic
Hans-Joachim 5650 Solingen Mehlau
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Vaillant GmbH
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Joh Vaillant GmbH and Co
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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Description

ι. DE 888
9 J* et β
-x-
Kolonne für eine Sorptionswärmepumpe
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kolonne für eine Sorptionswärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Solche Kolonnen sind bekannt. Sie werden in der Regel von einem Gas- oder Ölbrenner beheizt und nehmen in ihrem unteren Bereich den Kocher, im oberen Bereich den Rektifikatorteil auf. Hierbei besteht d.as Problem, Wärme aus den heißen Abgasen des Brenners init möglichst großem Wirkungsgrad in den Innenraum der Kolonne zu bringen.
320107A
Weiterhin besteht innerhalb des Rektifikatorbereiches das Problem, die Wärme aus dem auf steife η denn Kältemitteldampf abzunehmen und der ihm im Gegen.r;troir, zu[tführten reichen Lösung zuzuführen.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen optimalen Wärmeübergang von den Abgasen des die Kolonne beheizenden Brenners auf den Innenraum uer Kolonne zu ermöglichen und weiterhin die Wärmeübergänge zwischen den einzelnen Medien im Innenraum der Kolonne gleichermaßen zu optimieren.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den in; kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 3 der Zeichnung näher erläutert .
Es zeigen
Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Kolonne,
Figur 2 ein Detail der Kolonne
ο ζ υ. tu /
und Figur j5 eine Ansicht auf den Kolonnonboden von unten teilweise im Schnitt.
In allen drei Figuren bedeuten gleiche bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Eine Kolonne 1 weist einen Stahlaussenmantel 2 auf, in dessen unterem Bereich 3 der Kocher 1J und in dessen oberer! Bereich 5 der Rektifikator 6 angeordnet sind. In seinem unteren Bereich 3 ist der Kolonnenmantel 2 von einem Brennkammergehäuse 7 umgeben, das an seiner Unterseite
8 offen ist, wobei diese Öffnung durch einen Ölbrenner
9 abgedeckt ist, der aus einer Brennstoffleitung 10 gespeist ist. Zwischen dem Aussenmantel 2 und dem Brennkammergehäuse 7 ergibt sich ein Zwischenraum 11, der von den Abgasen des Brenners 9 bestrichen wird und der über eine Abgasleitung 12 an die Atmosphäre entlüftet ist.
Im Bereich des Kochers 4 ist der Aussenmantel 2 der Kolonne mit drei mäanderförmig gewickelten Blechstreifen 13 versehen, die bei gleichem Innendurchmesser in der Entfernung vom Brenner 9 zunehmende Aussendurchmesser aufweisen und alle in einem Abstand 14 voneinander stehen. Die Mäanderringe sind aus Stahlblechstreifen gewickelt,
sodaß sie einen zylindrischen Aussenumfarif; und einen zylindrischen Innenumfang begrenzen. Der zylindrische Innenumfang ist im Ruhezustand um ein geringes kleineials der Aussenumfang des Kolonnenrnantels 2. Die Enden des Mäanderings sind miteinander verschweißt. Zur Montage wird der Mäanderring aufgeweitet und auf dem Kolonnenmantel aufgeschoben. Dies kann mechanisch oder durch Erhitzen geschehen. Nach dem Erkalten beziehungsweise Loslassen schrumpft der Mäanderring auf den Aussenmantel der Kolonne auf, er kann gegebenenfalls im Bereich der den Mantel berührenden Teile des Mäanders angeschweißt oder -gelötet werden. Es ist möglich, die Mäanderringe gegeneinander zu versetzen, um eine Verwirbelung des aussen am Kolonnenmantel 2 entlangstreichenden Abgases zu erzielen. Diese Verhältnisse sind in der Schnittdarstellung der Figur 3 genauer ersichtlich.
An der Innenseite des Kolonnenmantels 2 sind Wärmeübertragungsbolzen 15 angeschweißt, die Radialrippen 16 aufweisen. Es ist vorgesehen, in der Mittelebene eines Mäanderrings jeweils eine Ebene von Rippenbolzen anzuordnen. Bei drei äusseren Mäanderringen sind demgemäß auch in drei Ebenen Bolzen vorgesehen. Die Bolzen können hierbei in senkrechter Richtung übereinander oder auch ver-
setzt gegeneinander stehen. Es ist hierbei möglich} die Wärmeübertragungsfläche der Bolzen n.it wachsendem Abstand vom Brenner 9 größer zu halten.
Konzentrisch zur Mittelachse der Kolonne ist ein Rohr 17 angeordnet, das den innersten Teil der Kolonne bildet. Dieses Rohr ist mit seiner Wandung am halbkugelartigen Kolonnenboden l8 festgeschweißt, wobei im untersten Hereich des Rohres 17 Durchtrittsöffnungen 19 vorgesehen sind. Diese Durchtrittsöffnungen stehen mit dem Innenraum 20 der Kolonne in Verbindung. In den Innenraum 21 des Rohres 17 ist ein nach Art eines Krückstokkes gebogenes Rohr 22 eingefügt, dessen tiefste Stelle im Abstand vom Boden 18 beziehungsweise der Durchtrittsöffnung 19 angeordnet ist. Das Ende des umgebogenen Teils des Rohres 22 endet etwa im Bereich des höchsten Mäanderrings 13· An der Aussenwandung 23 des Rohres 17 sind Scheiben 2k befestigt, die in Abständen zueinander stehen. Je zwei Scheiben 2k schließen in ihrem Höhenabstand eine Ebene mit den Bolzen 15 ein. Die Aussendurchmesser der Scheiben 2*1 sind erheblich kleiner als der Innendurchmesser des Kolonnenmantels 2. Jeweils zwischen 2 Scheiben 2k, von denen
insgesamt drei vorgesehen sind, sind Ringscheiben 25 vorgesehen, die am Innenmantel der Kolonne angeschweißt
te
sind. Sie weisen eine freie Innenüffnung auf, die von den Scheiben 2k jeweils ab ge schirmt ist.
Im Bereich des Rektifikator 6 sind zwei V.Virmetauschei-26 und 27 vorgesehen, zwischen denen ein Abstand 28 angeordnet ist. Die Wärmetauscher sind identisch ausgestaltet, sie bestehen aus einem Bündel senkrecht stehender Rohre 29» die jeweils aurch eine obere Abdeckplatte 30 und eine untere Abdeckplatte 31 hindurchreichen, sodaß der Raum 28 auf der einen Seite mit dem darunter liegenden Raum 32 und auf der anderen Seite mit dem darüber liegenden Raum 33 über das Rohrbündel verbunden ist. Die Räume 28, 32 und 33 sind jeweils Teile des Innenraums 20. Im Bereich des Rohrbündels 29 sind waagerechte Einsätze in Form von boden 3*J vorgesehen, die jeweils am Aussenumfang aller Rohre 29 anliegen. Diese Böden 3^ erstrecken sich aber nicht über den gesamten Innenumfang der Kolonne 2.
Zwischen den Abdeckplatten 30 und 31 geht ein Leitungsstutzen 35 für arme Lösung ab. Durch die untere Abdeckplatte 31 ist das Rohr 22 dicht hindurchgeführt, es endet im Bereich des vorn Rohrbündelwärmetauscher 26 umschlossenen Raums.
Im Raum 28 sind übereinander zwei mit Durchlaßöffnung
/Ik
versehene Scheiben 37 angeordnet, die im Abstand voneinander stehen. Zwischen der obersten Scheibe 37 und der unteren Abdeckplatte 31 des Rohrbündelwärmetauschers 27 mündet die Leitung 38 für reiche Lösung,' die von .einem Temperaturwechsler kommt. Im Bereich des Wärmetauschers 27 mündet eine weitere Leitung 39 für reiche Lösung, die aber unmittelbar vom Absorber kommt, also e,in tieferes Temperaturniveau aufweist als die reiche Lösung, die über die Leitung 38 zugeführt ist. Die Räume 28 und 33 stehen lediglich über die Rohre 29 ■des Rohrbündelwärmetauschers 27 miteinander in Verbindung.
Die eben beschriebene Kolonne weist folgende Funktion auf:
Es wird davon ausgegangen, daß der Brenner 9 öl verbrennt und seine Abgase den Kolonnenboden umstreichen und diesen über die Leitung 12 verlassen. Weiterhin wird über die Leitung 35 arme Lösung abgezogen und es wird reiche Lösung über die Leitungen 38 und 39 der Kolonne zugeführt. Die Lösung steht im unteren Kolonnenbereich etwa bis zum Pegel ^O. Die Abgase des Brenners 9 geben ihre Wärme einmal an den Aussenmantel der Kolonne 1 ab, zum weiteren an die Mäanderbänder 13. Über sie wird die Wärir.e
auch auf den Kolonnenmantel übertragen. Der Kolonnenmantel gibt seine Wärme entweder direkt oder über die Bolzen beziehungsweise die Rippen Ib an den Bolzen 15 an die im Boden stehende Lösung ab. Je tiefer das HC he η niveau der Lösung ist, um so ärmer ist sie an Kältemitteldampf. Als Kältemittel ist NH-,, als Lösungsmittel Wasser vorgesehen. Die arme Lösung, aas heißt das Wasser, dringt über die öffnungen 19 in den Innenraum 21 des Rohres 17 ein und steigt dort langsam nach oben. Im Innenraum 22 des Rohres 17 stellt sich derselbe Pegel 1JO ein. Die arme Lösung, das heißt das Wasser, dringt in den nach oben gebogenen Abschnitt des krückstockartigen Rohres 22 ein und gelangt nach der Umkehrung nach Passieren der Umkehrung des Rohres in den Innenraum des Wärmetauschers 26, dieser Innenraum ist gebildet einmal aus dem Innenmantel der Kolonne 1, den Innenseiten der Abdeckplatten 30 und 31 und üen Aussenmänteln der Rohre 29. Unter der Kinwirkung einer in der Leitung 35 vorgesehenen Lösungsmittelpumpe relangt die arme Lösung nach Passieren der durch die Scheiben 3^ dargestellten Umlenkungen in uie Leitung 35· Beim Passieren des Wärmetauschers 26 gibt die arme Lösung Wärme an das durch die Rohre 29 geführte Medium ab. Bei diesem Medium handelt es sich um Kältemitteldampf, der vom Pegel ^O auf Grund der Wärmeeinwirkung des Kochens aufsteigt. Der Kältemitte!dampf steigt dem-
- 9
gemäß in den Rohren 29 auf, ihm entgegen rieselt reiche Lösung in den gleichen Rohren. Bei dem gemeinsamen Passieren von reicher Lösung und Kältemitteldampf im Gegenstrom in den Rohren 29 wird die reiche Lösung weiter mit Kältemittel angereichert, das Kältemittel aber an Lösungsmittel verarmt. Durch diese Rektifizierwirkung wird der Gehalt des Kältemitteldampfes an Kältemittel mit wachsendem Hohenniveau großer. Der Külternitteldampf tritt durch die öffnung 36 der beiden Platten 37 hindurch und gelangt zum Wärmetauscher 27. Hier geschieht noch einmal der gleiche Vorgangs nur wird der Kältemitteldampf durch die noch kältere durch die Leitung 39 zugeführte reiche Lösung noch weiter heruntergekühlt und damit weiter rektifiziert.
Der Kältemitteldampf wird schließlich aus dem obersten Kolonnenkopf durch nicht weiter dargestellte Mittel abgezogen .
Gemäß Figur zwei ist es möglich, die Rohre 29 zur Verstärkung der Kektifizierwirkung noch gesondert auszubilden. So kann die Aussenwandung 1Jl des Rohres zylindrisch sein, die Innenwandung 42 jedoch Zylinderbereiche mit kleinem und Zylinderbereiche mit großem Durchmesser '13 aufweisen. Me Bereiche mit großem
- 10 -
Durchmesser 43 können sich hierbei nach Art eines Gewindes an der Innenwandung des Rohres entlciiifziehen, es können auch Ringe gebildet werden, die jeweils Abstände, gebildet durch einen Bereich kleinen Durchmessers 42, aufweisen. In den Innenraum 44 des Rohres 29 ist ein Verdrängungskörper 45 eingeführt, der Bereiche 46 ir.it kleinem Durchmesser und Bereiche 47 mit großem Durchmesser aufweist. Hierbei hat es sich als zweckmäßig heraus gestellt, daß der größte Durchmesser des Verdrängungskörpers 45 etwa 0,85 bis 1,1 mal dom kleinen Durchmesser des Innenraums beträgt.
Es ist auch möglich, als WärmeübertranuiiH5elemente im Innern der Kolonne statt der Bolzen 15 mit ihren Rippen 16 die Mäanderringe 13 vorzusehen, die, maßlich entsprechend angepasst, mit ihrem Aussendurchmesser am Innenmantel der Kolonne federnd anliegen.

Claims (1)

  1. Joh. Vaillant GmbH u. C DE 888
    12. 01.
    Ansprüche
    Kolonne für eine Sorptionswärmepumpe mit einem Austreiber- und einem Rektifikatorteil sowie einem Brenner und •Wärmetauschflächen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich (3) des Kochers (1J) der Aussenmantel (2) der Kolonne (1) mit mäanderförmigen Aufsätzen (13) versehen ist.
    2. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmigen Aufsätze (13) als Ringe ausgebildet sind, die im Abstand (1*0 angeordnet sind.
    •--2 -
    3. Kolonne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aussendurchmesser der mäanderförmigen Ringe (13) mit wachsendem Abstand vom Brenner (9) größer gehalten ist.
    4. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmigen Ringe in ihrem Innendurchmesser kleiner gehalten sind als der Aussendurchmesser des Kolonnenmantels (2).
    5. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 bis Ί, dadurch gekennzeichnet, daß die Mäander der Aufsätze (13) gegeneinander in Umfangsrichtung des Kolonnenmantels (2) versetzt angeordnet sind.
    '., Kolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der Kolonne mit Rippen (16) versehene Wärmeübertragungsbolzen (15) vorgesehen sind.
    7. Kolonne nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Bolzen ringförmig in einer Ebene angeordnet sind.
    8. Kolonne nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hinge von Bolzen im Abstand übereinander im Innenraurn der Kolonne angeordnet sind.
    9. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 oder 6 bis
    8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen vom Innenmantel der Kolonne auf die Mittelachse der Kolonne gerichtet sind.
    10. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 oder 6 bis
    9, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Mäander-'ring (13) auf der Aussenseite der Kolonne an der Innenseite ein Ring von Bolzen zugeordnet ist.
    11. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 oder 6 bis
    10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bolzen in ihren Höhenlagen versetzt zueinander angeordnet sind.
    12. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 oder 6 bin
    11, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich (3) des Kochers (4) das Zentrum der Kolonne durch ein Rohr (17) gebildet ist, dessen Unterseite mit dem Boden (18) der Kolonne (1) unter·
    • · * · »tew ww tfw^.
    Freilassung wenigstens einer Durchtrittsöffnung (19) verschweißt ist.
    13· Kolonne nach Anspruch 1 oder 12, dadurch ge kennzeichnet, daß im Innenraum (21) des Rohres (17) ein krückstockartig gebogenes Rohr (22) vorgesehen ist, das aus dem Bereich (3) des Kochers in einen höher liegen den bereich eines Wärmetauschers (26) führt.
    1*1. Kolonne nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher in aufsteigender Richtung mit armer Lösung einerseits und Kaltemitteldampf andererseits, in absteigender Richtung mit reicher Lösung beaufschlagt ist, wobei die reiche Lösung und der Kaltemitteldampf nicht voneinander getrennt sind.
    5· Kolonne nach einem der Ansprüche 12 bis Ik3 dadurch gekennzeichnet, daß am Aussenmantel des Rohres (17) Scheiben im Abstand angeordnet sind, deren Aussendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Kolonne ist.
    • · · i
    -1J-
    l6. Kolonne nach einem der Ansprüche 12 bis
    15, dadurch gekennzeichnet, daß am Innenmantel der Kolonne (1) Ringscheiben (25) im Abstand angeordnet sind, wobei in Aufwärtsrichtung gesehen auf eine Scneibe (24) eine Ringscheibe (25) folgt-
    17· Kolonne nach einem der Ansprüche 1 bis
    16, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand (28) voneinander zwei Rohrbündelwärmetauscher (26, 27) vorgesehen sind, wobei im Bereich des Wärmetauschers (27) sowie unterhalb zwei Leitungen für reiche Lösung (38, 39) in die Kolonne (1) führen.
    18. Kolonne nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Zuführungsleitungen für reiche Lösung (38), die über einen Temperaturwechsler geführt ist und somit ein höheres Temperaturniveau als die andere Leitung (39) für reiche Lösung aufweist, unterhalb des Wärmetauschers (27) mit dem Innenrautn der Kolonne (1) verbunden ist.
    19· Kolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wärmetauscher (26, 27) Rohre aufweisen, deren Trinenmäntel mit Bereichen großen Durchmessers (^3) und Bereichen kleinen Durchmessers (^2) abwechselnd versehen sind und daß in dem Innenraum (44) des Rohres (29) ein Verdrängungskörper (45) angeordnet ist.
    20. Kolonne nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (''5) Bereiche kleinen Durchmessers (46) und Bereiche großen Durchmessers (47) abwechselnd aufweist.
    21. Kolonne nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser (47) des Verdrängungskörpers dem 0,8 bis 1,1-fachen des kleinen Durchmessers (46) des Innenmantels des Rohres (29) entspricht.
    — 7 —
    22. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich
    (5) des Kochers (*i) im Innenraum (20) der Kolonne müanderförmige Wärmetauscheleniente angeordnet sind, die mit ihrem Aussendurchmesser am Innenmantel der Kolonne federnd
    anliegen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0133271A2 (de) * 1983-08-06 1985-02-20 Joh. Vaillant GmbH u. Co. Austreiber für eine Sorptionswärmepumpe

Cited By (2)

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EP0133271A2 (de) * 1983-08-06 1985-02-20 Joh. Vaillant GmbH u. Co. Austreiber für eine Sorptionswärmepumpe
EP0133271A3 (en) * 1983-08-06 1985-09-11 Joh. Vaillant Gmbh U. Co Generator for a sorption heat pump

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