DE3441016A1

DE3441016A1 - Stoffaustausch-waermetauscher

Info

Publication number: DE3441016A1
Application number: DE19843441016
Authority: DE
Inventors: Masaki Ikeuchi; Kazushige Amagasaki Hyogo Nakao; Eiichi Ozaki; Tsuneou Yumikura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-11-09
Filing date: 1984-11-09
Publication date: 1985-05-23
Also published as: GB2151009A; GB8428383D0; JPH052908B2; US4651819A; DE3441016C2; GB2151009B; JPS60103275A

Description

H O FFMANtN > BtTLE: & F=ARfN£·£* Q/ / 1 Π'1 R

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ΙΝΘ. W. LEHN

DIPL.-INQ. K. FDCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H,-A. BRAUNS . DIPL.-INQ. K. 6OR3

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

Mitsubishi Denki Kabishiki Kaisha 41 100

Tokyo / Japan

Stoffaustausch-Wärmetauseher

Die Erfindung bezieht sich auf einenStoffaustausch-Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem eine Lösung für einenStoffaustausch längs der Außenwände, von Wärmeübertragungsrohren fließt, wo sie Dampf zur Wärmeerzeugung absorbiert, und die so erzeugte Wärme auf ein in den Wärmeübertragungsrohren fließendes Fluid übertragen wird.

Ein Beispiel eines bekannten Stoffaustausch-Wärmetauschers dieser Art ist in Fig. 1 dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Tank 1, horizontal in dem Tank 1 angeordnete Wärmetauscherrohre 2, eine Berieselungswanne 3 zur Aufnahme der zum Stoffaustausch verwendeten Lösung 10 hoher Dichte, Berieselungsauslässe 4, die mit dem Boden der Wanne 3 verbunden sind, eine Austritts leitung 5 für eine Lösung niedriger Dichte zum Fördern der mittels des Stoffaustauschs erhaltenen Lösung 11 niedriger Dichte aus dem Tank 1, eine Zuführleitung 6 zur Zuführung von Lösung hoher Dichte zur Berieselungswanne 3, eine Dampfzuführleitung 7 zur Zuleitung

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von Dampf 12 zum Tank 1, eine Pumpe 8 und eine Austrittsleitung 9 für Lösung niedriger Dichte.

Die so aufgebaute Vorrichtung arbeitet wie folgt: Eine durch die mit dem Tank 1 verbundene Zuführleitung 6 zugeführte Lösung hoher Dichte 10 wird in die Berieselungswanne 3 geleitet. Die so eingeleitete Lösung rieselt über die Wärmeübertragungsrohre 2 durch die Berieselungsauslässe 4 am Boden der Wanne 3. Beim Herunterfließen an den Wänden der Wärmetauscherrohre 2 absorbiert die Lösung 10 hoher Dichte den durch die Zuführleitung 7 zugeführten Dampf. Hierdurch wird sie in eine Lösung niedriger Dichte umgewandelt, wobei Wärme erzeugt wird. Die so erzeugte Wärme wird auf ein in den Wärmetauscherrohren 2 fließendes Fluid durch die Wände der Wärmetauscherrohre übertragen. Andererseits wird die Lösung 11, die den Dampf absorbiert hat,aus der Vorrichtung durch eine Austrittsleitung 5 für Lösung niedriger Dichte und durch die Austrittsleitung 9 mittels der Pumpe 8 ausgegeben.

Bei einem derartig aufgebauten Stoffaustausch-Wärmetauscher besteht der Nachteil, daß, wenn die Wärmetauscherrohre 2 horizontal längs ihrer axialen Richtung angeordnet sind, es sehr schwierig ist, eine gleichförmige Benetzung der Außenwände der Wärmeübertragungsrohre 2 mit der aus den Berieselungsauslassen 4 ausgegebenen Lösung hoher Dichte zu erhalten. Dies trifft insbesondere für die unteren Wärmeübertragungsrohre zu.In dem FaIl₇ wenn die Wärmeübertragungsrohre horizontal angeordnet sind, ist es notwendig, eine Anzahl der Berieselungsauslässe 4 für die Berieselungswanne 3 vorzusehen, und entsprechend ist es schwierig, die Lösung 10 hoher Dichte gleichförmig zu verteilen. Für den Fall, in dem der Tank 1 geneigt ist, wird die Lösung 10 hoher Dichte nicht gleichmäßig über die äußeren Wände der Wärmeübertragungsrohre 2 verteilt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Einige Wärmetauscher haben den Nachteil, daß die Menge

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der durch die Zuführleitung 6 zugeführten Lösung 10 hoher Dichte größer ist, als die durch die Berieselungsauslässe 4 ausgegebene Menge Lösung hoher Dichte, so daß das Berieseln mit der Lösung hoher Dichte nicht gleichförmig durchgeführt wird.

Es ist ersichtlich, daß der bekannte Stoffaustausch-Wärmetauscher insofern von Nachteil ist, als die Wärmeübertragungsflächen nicht optimal genutzt werden,' so daß der Stoffaustauschwirkungsgrad gering ist.

Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile des bekannten Stoffaustausch-Wärmetauschers zu beheben.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 und 3 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Das heißt, es wird ein Stoffaus-• tausch-Wärmetauscher mit einem ausgezeichneten Stoffaustaus chwirkungsgr ad geschaffen, der einen Tank umfaßt, in 0 dem vertikal Wärmeübertragungsrohre angeordnet sind. Eine Trennplatte, durch die sich die Wärmeübertragungsrohre erstrecken ,unterteilt den Tank in obere und untere Kammern. Mit einer Zuführleitung wird die den Stoffaustausch zu unterwerfende Lösung hoher Dichte in die obere Kammer geführt. Zum Abziehen einer mittels des Stoffaustauschs erhaltenen Lösung niedriger Dichte aus der unterenKammer und zum Zuführen eines Teils der Lösung niedriger Dichte zur oberen Kammer dient eine Pumpe. Die obere Kammer ist mit der unteren Kammer über eine Rückführleitung verbunden, die zum Zuführen einer Lösung mittlerer Dichte zur unteren Kammer dient, wobei man die Lösung mittlerer Dichte durch Mischen der Lösung hoher Dichte mit einem Überschuß der Lösung niedriger Dichte in der unteren Kammer erhält. In die untere Kammer wird durch eine Dampfzuführleitung Dampf eingeführt, so daß die Lösung mittlerer Dichte längs der Wärmeübertragungsrohre durch die Spalte zwischen den

Trennplatten und den Wärmeübertragungsrohren fließt und beim Herabfließen zur Erzeugung von Wärme den Dampf absorbiert, und wobei die so erzeugte Wärme auf das in den Wärmeübertragungsrohren fließende Fluid übertragen wird. 5

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung eines

bekannten Stoffaustausch-Wärmetauschers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der an den Wärmeübertragungsrohren herabfließenden Lösung bei einem geneigten Tank;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels des Stoffaustausch-Wärmetauschers gemäß der Erfindung; 20

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Abänderung der Wärmeübertragungsrohre beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher;

Fig. 5

und 6 eine Seitenansicht und eine Schnittansicht des

Wärmeübertragungsrohres von Fig. 4 im einzelnen;

Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils des Wärmeübertragungsrohres;

Fig. 8 eine Seitenansicht zur Darstellung der an dem

Wärmeübertragungsrohr gemäß Fig. 4 bis 7 herabfließenden Lösung;
35

Fig. 9 eine Aufsicht auf eine Reihe Rippen, zur Beschreibung des Verfahrens, wie die Rippen rings um das

Wärmeübertragungsrohr angeordnet werden; und

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Stoffaustausch-Wärme tauschers gemäß der Erfindung.

In Fig. 3 ist ein erstes. Aus führungs bei spiel des Stoffaustausch-Wärmetauschers dargestellt, der vertikal befestigte Wärmeübertragungsrohre 2, eine Trennplatte 13, die einen Tank 1 in die obere Kammer 1a und die untere Kammer 1b unterteilt, eine Zuführleitung 14 zum Zuführen eines Teils der mittels des Stoffaustausche erhaltenen Lösung 11 niedriger Dichte zur oberen Kammer 1a und eine Rückführleitung 15 zum Zuführen einer Lösung 16 mittlerer Dichte zur unteren Kammer 1b, umfaßt, wobei man die Lösung 16 mittlerer Dichte durch Mischen einer Lösung 10 hoher Dichte und eines Überschusses der Lösung 11 niedriger Dichte in der oberen Kammer 1a erhält. Zwischen der Trenn-0 platte 13 und jedem Wärmeübertragungsrohr 2 ist ein Spalt 17 ausgebildet. In diesem Fall ist der Spalt 17 rings um die Außenwand jedes Wärmeübertragungsrohres 2 ausgebildet. In Fig. 3 zeigen die Pfeile die Strömungsrichtung der Fluide.

Der beschriebene Stoffaustausch-Wärmetauscher arbeitet wie folgt.

Durch die Zuführleitung 6 wird eine Lösung 10 hoher Dichte in die obere Kammer 1a geleitet, die sich auf die Trennplatte 13 ergießt. Ebenfalls wird eine Lösung 11 niedriger Dichte durch die Zuführleitung 14 in die obere Kammer 1a geleitet. Entsprechend wird die Lösung 10 hoher Dichte mit der Lösung 11 niedriger Dichte vermischt, um eine Lösung 16 mittlerer Dichte in der oberen Kammer 1a

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zu bilden. Die so ausgebildete Lösung 16 mittlerer Dichte fließt durch die Spalte 17 zwischen der Trennplatte 13 und jedem Wärmeübertragungsrohr 2 und fließt längs an den Außenwänden der Wärmeübertragungsrohre 2 herab. Hierdurch absorbiert die Lösung 16 mittlerer Dichte Dampf 12, der durch die Zuführleitung 7 zugeführt wird, so de.3 sie in eine Lösung 11 niedriger Dichte umgewandelt wird,'wobei Wärme erzeugt wird. Die so erzeugte Wärme wird durch die Wände der Wärmeübertragungsrohre 2 auf das in den Rohren 2 fließende Fluid übertragen. Andererseits wird die Lösung 11, die den Dampf 12 absorbiert hat,durch die Austrittsleitung 5 zur Austrittsleitung 9 und zur Eintrittsleitung 14, z. B. im Verhältnis 1:1 mittels der Pumpe 8 geführt. Ein Überschuß der Lösung 16 mittlerer Dichte in der oberen Kammer 1a wird durch die Rückführleitung 15 zur unteren Kammer 1b zurückgeführt.

Bei dem beschriebenen Stoffaustausch-Wärmetauscher wird eine der für den Stoffaustausch herabrieselnden Lösung 0 entsprechende Menge Lösung, z. B. die Hälfte der für den Stoffaustausch herabrieselnden Menge der Lösung,durch die Zuführleitung 14 für Lösung niedriger Dichte zurückgeführt, so daß kontinuierlich Lösung für den Stoffaustausch zugeführt wird und ein Überschuß der Lösung in der oberen Kammer durch die Rückführleitung 15 zur unteren Kammer zurückgeführt werden kann. Weiter kann bei dem Wärmetauscheraufgrund der vertikalen Anordnung der Wärmeübertragungsrohre die Lösung gleichförmig an den Wänden der Wärmeübertragungsrohre 2 herunterlaufen. Verglichen mit dem bekannten Wärmetauscher wird daher der Stoffaustausch wirkungsvoller an die Wärmeübertragungsrohren 2 durchgeführt; d. h., der erfindungsgemäße Wärmetauscher liefert einen ausgezeichneten Stoffaustauschwirkungsgrad und kann daher in der Größe verkleinert werden. Dci die Lösung mittlerer Dichte an den Außenwänden der aufrecht befestigten

WärmeübertragungsroKre 2 herunterläuft, beeinflußt eine ü. U. vorhandene Neigung des Tanks 1 kaum die Leistung des Wärmetauschers. Das heißt, daß bei dem erfindungsgemäßen Stoffaustausch-Wärmetauschers im Gegensatz zu den bekannten Wärmetauschern alle Wärmeübertragungsrohre mit der Lösung benetzt werden.

Die oben beschriebene Ausführungsform ist nicht auf die beschriebene Konstruktion begrenzt. Es wird jedoch bevorzugt, wie in Fig. 4 dargestellt, daß nadeiförmige oder zahnförmige Rippen 18 sich radial aufwärtserstreckend an den Wärmetauscherrohren angebracht sind. In diesem Fall wird die Wärmeaustauschfläche vergrößert,und die Außenwände der Wärmeübertragungsrohre werden gleichförmig mit der Lösung benetzt, wodurch der Stoffaustausch beschleunigt wird. Da die Rippen 18 weiter einen Strömungswiderstand bilden, wird die Geschwindigkeit der an den Rohren herabfließenden Lösung vermindert, wodurch die Stoffaustauschzeit vergrößert und die Dampfabsorption beschleunigt wird. Auch wenn der Tank geneigt ist, halten die Rippen die Lösung, so daß die Außenwände der Rohre gleichförmig mit der Lösung benetzt werden. Das heißt, die Leistung des Wärmetauschers bleibt unverändert.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines Wärmeübertragungsrohres, das für den Stoffaustausch-Wärmetauscher gemäß der Erfindung geeignet ist. Fig. 6 ist eine Schnittansicht des Rohres,und Fig. 7 ist eine vergrößerte Seitenansicht, die einen Teil des Rohres von Fig. 5 zeigt.

In diesen Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 81 bis die Rippen, die zahnförmig ausgebildet sind. Diese Rippen sind um einen Winkel θ in bezug auf die Wand des Rohres gebogen, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Zwischen den benachbarten Rippen 81 und 85 und zwischen jeder Rippe und der Wand 3' des Rohres sind Spalte vorgesehen, um

die an dem Rohr herabfließende Lösung 4' zu halten. Weiter sind die Rippen so angeordnet, daß die Rippen 81 und 84 sich in Richtung der Achse des Rohres überlappen, wenn man in einer Richtung senkrecht zur Rohrwand sieht, wie dies in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Vorzugsweise liegt der Winkel θ in einem Bereich von 5 bis 5ü°.

Die herabrieselnde Lösung hoher Dichte fließt an dem Wärmeübertragungsrohr herab, wobei es die Spalte zwischen den Rippen 81 und 84, die in Richtung der Längsachse des Rohres zueinander benachbart liegen, ausfüllt. Hierbei verteilt sich die Lösung in den Spalten zwischen den Rippen 81, 82 und 83, die zueinander in Umfangsrichtung benachbart sind, infolge der Kapillarwirkung. Entsprechend fließt die Lösung am Rohr herab, wobei ein Lösungsfilm über der gesamten Rohrwand ausgebildet wird, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist.

Da die Rippen einen Strömungswiderstand bilden, ist beim erfindungsgemäßen Stoffaustausch-Wärmetauscher die Geschwindigkeit der am Rohr herabfließenden Lösung geringer und die DampfabsorOtionszeit langer als in üblichen Stoffaustausch-Wärmetauschern. Entsprechend ist der Stoffaustauschwirkungsgrad der Wärmeübertragungsrohre mit den Rippen 8¹ verglichen mit den Wärmeübertragungsrohren ohne Rippen besser.

Wie oben beschrieben fließt die Lösung an dem Rohr herab, während ein Teil von ihr in den Spalten zwischen den Rippen 81 bis 85 aufgrund der Kapillarwirkung gehalten wird. Dadurch wird, auch wenn die Wärmetauscherrohre etwas geneigt sind, die Dicke des Lösungsfilms auf der Außenwand des Rohres im wesentlichen gleichförmig gehalten, wodurch die vorteilhaften Eigenschaften des Stoffaustausch-Wärmetauschers unverändert bleiben.

In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Rippen zahnförmig ausgebildet. Die Rippen können jedoch ebenfalls nadeiförmig ausgebildet sein. Die Rippen sind, wie in den Fig. 5 und 7 dargestellt, regelmäßig angeordnet, sie können jedoch unregelmäßig angeordnet sein. Die Rippen können durch Einschneiden der Außenwand des Wärmeübertragungsrohres oder durch Aufwickeln einer bandförmigen Reihe von getrennt ausgebildeten Rippen auf das Rohr hergestellt werden.

Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß das erste Ausführungsbeispiel des Stoffaustausch-Wärmetauschers einen Tank umfaßt, in dem die Wärmeübertragungsrohre vertikal eingebaut sind, wobei eine Trennplatte vorgesehen ist, durch die sich die Wärmetauscherrohre erstrecken,und die den Tank in die obere und untere Kammer unterteilt. Weiter ist eine Zuführleitung zum Zuführen der Lösung hoher Dichte, die dem Stoffaustausch in der unteren Kammer unterworfen wird, eine Pumpe zum Abziehen der mittels des Stoffaustauschs 0 erhaltenen Lösung niedriger Dichte aus der unteren Kammer und zum Zuführen eines Teils der Lösung niedriger Dichte zur oberen Kammer vorgesehen. Die Rückführleitung, durch die die obere Kammer mit der unteren Kammer verbunden ist, wird verwendet, um der unteren Kammer eine Lösung mittlerer Dxchte zuzuführen, die man durch Mischen der Lösung hoher Dichte und eines Überschusses der Lösung niedriger Dichte in der oberen Kammer erhält. Weiter ist eine Zuführleitung für den Dampf in die untere Kammer vorgesehen, so daß die Lösung mittlerer Dichte an den Wärmeübertragungsrohren durch 0 die Spalte zwischen den Trennplatten und den Wärmeübertragungsrohren herabfließt und den Dampf beim Herabfließen absorbiert, um Wärme zu erzeugen. Die so erzeugte Wärme wird auf das in den Wärmeübertragungsrohren fließende Fluid übertragen. Entsprechend wird eine der Menge der herabfließenden Lösung entsprechende Lösungsmenge zurückgeführt, so daß die Lösung kontinuierlich an den Wärmeübertragungsrohren herab--

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fließt. Weiter kann ein Überschuß der Lösung in der oberen Kammer zur unteren Kammer durch die Rückführleitung zurückgeführt werden. Zusätzlich kann die Lösung gleichförmig an den Wärmeübertragungsrohren herunterfließen, da die Wärmeübertragungsrohre vertikal eingebaut sind. Somit weist das erste Ausführungsbeispiel des Stoffau^tausch-Wärmetauschers ausgezeichnete Stoffaustauscheigenschaften auf. Ein zweites Ausführungsbeispiel des Stoffaustausch-Wärmetauschers ist in Fig. 10 dargestellt.

Der Stofftausch-Wärmetauscher umfaßt eine Absorptionskammer 33, eine Verdampfungskammer 34, Wärmeübertragungsrohre 35, eine Zuführleitung 36 für Lösung hoher Dichte, die Lösung 38 hoher Dichte, Dampf 39, die Lösung 4 0 niedriger Dichte, eine Austrittsleitung 41 für Lösung niedriger Dichte, einen Wärmetauscher 42 für die Verdampfung, ein Kühlmittel 43, eine Zuführleitung 44 für Kühlmittel und einen inneren Tank 48 in Form eines Zylinders.

Im inneren Tank 48 sind mehrere sich vertikal durch eine horizontale Trennplatte 20, die den inneren Tank 48 in zwei Teile unterteilt, nämlich in die obere Kammer 102 und die Absorptionskammer(oder die untere Kammer) 33, Wärmeübertragungsrohre 35 vorgesehen,wobei die unteren Rohrenden fest an der unteren Endplatt 49 befestigt sind ,während die oberen Enden an der oberen Endplatte 21 befestigt sind.

Die untere Kammer 102 des inneren Tanks bzw. Zylinders ist über eine Rückführleitung (Überlaufleitung) 22 mit der

3Ό Absorptionskammer 33 verbunden. Der innere Zylinder 48 wird von einem ringförmigen äußeren Zylinder (äußerem Tank) umgeben. Der Wärmetauscher 42 für die Verdampfung, die durch Kühlen eines Rohres stattfindet, ist im ringförmigen unteren Abschnitt des äußeren Zylinders 100 vorgesehen. Ein Abscheider (Eliminator) 23 ist zwischen dem oberen Abschnitt der Absorptionskammer 33 und dem oberen Abschnitt des äußeren

Zylinders 100 ausgebildet. In Fig. 10 zeigt das Bezugszeichen 24 das Fluid, das durch die wärmeabsorbierenden Wärmeübertragungsrohre 35 fließt.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des beschriebenen Stoffaustausch-Wärmetauschers beschrieben werden.

Die durch die Zuführleitung 3 6 in die obere Kammer 102 des inneren Zylinders zugeführte Lösung 38 hoher Dichte fließt an den Außenwänden der Wärmeübertragungsrohre durch die Spalte 20a zwischen der Trennplatte 20 und dem Wärmeübertragungsrohr 35 herab. Die Durchflußmenge der Lösung wird durch das Niveau der Lösung 38 hoher Dichte in der oberen Kammer 102 bestimmt. Das heißt, wenn die der oberen Kammer 102 zugeführte Lösungsmenge groß ist, steigt das Niveau der Lösung in der Kammer und somit die Durchflußmenge, und wenn die zur oberen Kammer 102 zugeführte Lösungsmenge gering ist, nimmt das Niveau der Lösung in der Kammer,und damit die Durchflußmenge ,ab. Der auf der Außenwand jedes Wärme-Übertragungsrohres 35 ausgebildete Film der Lösung 38 hoher Dichte wird gekühlt, während das durch das Rohr 35 fließende Fluid erwärmt wird. Die Lösung 3 8 hoher Dichte, die den Kühlmitteldampf 39 absorbiert, der durch den Abscheider 23 von der Verdampfungskammer 34 strömt ,erzeugt Wärme. Die so erzeugte Wärme wird mittels des in den Wärmeübertragungsrohren 35 fließendenFluids24 abgeführt. Der Kühlmitteldampf 39 wird durch Erwärmen der Kühlmittellösung 43 in der Verdampfungskammer 34 erzeugt (die durch die Kühlmittelzuführleitung 44 von einem Kondensator (nicht gezeigt) zuge-0 führt wird) wobei das Wärmemedium in den Verdampfungswärmetauscher 42 fließt. Der Verdampfungswärmetauscher 42 wird von der Kühlmittellösung 43 umgeben.

Während des HerabfHeßens der Lösung 38 an den Außenwänden der Rohre 35 absorbiert sie Kühldampf 39 und ändert ihre

Dichte. Hierdurch wird sie in eine Lösung 4 0 niedriger Dichte umgewandelt/ die in den unteren Abschnitt der unteren Kammer 33 fließt. Die Lösung 40 niedriger Dichte wird durch die Austrittsleitung 41 ausgegeben. Der Abscheider 23 verhindert, daß die an den Außenwänden der wärmeabsorbierenden Wärmeübertragungsrohre 35 herabfließende Lösung 38 hoher Dichte in die Verdampfungskammer 34 gesprüht wird. Die Überlaufleitung 22 dient zur Zuführung eines Überschusses der Lösung 38 hoher Dichte in der oberen Kammer 102 zur unteren Kammer 33 und zum Druckausgleich in diesen Kammern,wodurch auf diese Weise die Lösungsmenge in der oberen Kammer 102 gesteuert wird.

Bei dem beschriebenen Stoffaustausch-Wärmetauscher nimmt, wenn beispielsweise die Temperatur des durch die Wärmeübertragungsrohre 35 fließenden Fliuds abnimmt, der Dampfdruck der Lösung 3 8 hoher Dichte auf den Rohren 35 ab, wodurch die Dampfabsorptionsfähigkeit gesteigert wird. Das heißt, die absorbierte Menge des Kühldampfs 39 wird vergrößert. Hierdurch nimmt das Niveau der Kühlmittellösung 33 ab, während das Niveau der Lösung 4 0 niedriger Dichte steigt. Wenn dies auftritt, nimmt die Absorptionsfläche (die der Wärmeübertragungsfläche der Wärmeübertragungsrohrßentspricht) ab, da das Niveau der Lösung niedriger Dichte zunimmt. Da das Niveau der Kühlmittellösung 43 abnimmt, erscheint der Verdampfungswärmetauscher 42 oberhalb der Oberfläche der Kühlmittellösung 43, wodurch die Verdampfungsfläche abnimmt und weiter die Verdampfungsfähigkeit abnimmt. Somit arbeitet der Stoffaustauscher-Wärmetauseher automatisch, um die Absorptionsfähigkeit zu vermindern.

Wenn dagegen die Temperatur des durch die Wärmeübertragungsrohre 35 fließenden Fluids zunimmt und der Druck im Stoffaustauscher-Wärmetauscher zunimmt,wird die Absorption schwieriger,und die Dichte der Lösung 4 0 niedriger Dichte

nähert sich der der Lösung 38 hoher Dichte, und das Niveau der Kühlmittellösung 43 in der Verdampfungskammer 34 nimmt zu. In diesem Fall nimmt die mittlere Dichte der Lösung 38 hoher Dichte auf den Außenwänden der Wärmeübertragungsrohre 35 zu, so daß die Absorptionsfähigkeit vergrößert wird. Andererseits führt ein Überschuß der Kühlmittellösung 43 zu einem Anstieg der Verdampfungstemperatur aufgrund der Wirkung der Flüssigkeitssäule der Kühlmittellösung 43 selbst, wodurch die Verdampfung vermindert wird.

Somit wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des Stoffaustausch-Wärmetauschers eine automatische Regelung bewirkt, so daß ein Überschuß der Kühlmittellösung 43 in der Verdampfungskammer 34 durch den Abscheider 23 in den inneren Zylinder 48 fließt, wodurch eine Abnahme der Verdampfung und eine übermäßige Zunahme der Dichte der Lösung 40 niedriger Dichte verhindert wird.

Im zweiten Ausführungsbeispiel des Stoffaustausch-Wärmetauschers wird ebenfalls bevorzugt, wie in Fig. 4 darge-0 stellt, daß Rippen 18 in Form von Nadeln oder Zähnen auf den Wärmeaustauschrohren ausgebildet sind, die sich radial aufwärts erstrecken. Wie bereits beschrieben, ward dadurch die Wärmeübertragungsfläche vergrößert, und die Außenwände der Wärmeübertragungsrohre werden gleichförmig aufgrund der Rippen 18 benetzt, wodurch der Stoffaustausch wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschleunigt wird. Da die Rippen 18 weiter einen Strömungswiderstand bilden, wird die Geschwindigkeit der an den Rohren herabfließenden Lösung vermindert, wodurch die Stoffaustauschzeit vergrößert und die Absorption des Dampfes beschleunigt wird. Auch wenn die Rohre etwas geneigt sind, können die Rippen die Lösung halten, wodurch die Außenwände der Rohre gleichförmig mit der Lösung benetzt werden, so daß die Leistung unverändert bleibt.

Im zweiten Ausführungsbeispiel des Stoffaustausch-Wärme-

tauschers werden, wenn äußere Veränderungen, wie z. B. eine Änderung der Temperatur des in den wärmeabsorbierenden Wärmeübertragungsrohren fließenden Fluids auftritt, die Menge der Lösung, die Absorptionsfähigkeit und die Verdampfungsfähigkeit automatisch geregelt. Weiter benötigt der erfindungsgemäße Stoffaustausch-Wärmetauscher im Gegensatz zu den bekannten Wärmetauschern keine Kühlmittelumlaufpumpe, da der Verdampfungswärmetauscher in der Lösung erhalten wird. Somit weist das zweite Ausführungsbeispiel des Stoffaustausch-Wärmetauschers eine hohe Betriebszuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit auf.

Claims

PATENT-U-NDRECHTSANVVAiITE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ΙΝΘ. W. LEHN DIPL-INe. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H-A. BRAUNS · DIPL.-ΙΝΘ. K. 6ORQ DIPL-ΙΝΘ. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE Mitsubishi Denki Kabishiki Kaisha 41 100 Tokyo / Japan Stoffaustausch-Wärmetauscher Patentansprüche

1.j Stoffaustausch-Wärmetauscher gekennzeichnet durch

- einen Tank (1),in dem vertikal Wärmetauscherrohre (2) angeordnet sind;

- eine Trennplatte (13), durch die sich die Wärmetauscherrohre (2) erstrecken, wobei die Trennplatte (13) den Tank (1) in eine obere und eine untere Kammer (1a, 1b) unterteilt;

- eine Zuführleitung (6) für Lösung hoher Dichte zur Zuführung der Lösung (10) hoher Dichte, die dem Stoffaustausch in der oberen Kammer (1a) unterworfen wird;

- eine Pumpe zum Abziehen einer Lösung (11) niedriger Dichte,die durch den Stoffaustausch aus der unteren Kammer (1b) erhalten wird, und zum Zuführen eines Teils der Lösung (11) niedriger Dichte zur oberen Kammer (1a) ;

\RABELLASTRASSE 4 . D-8OOO MÜNCHEN 81 . TELEFON CO 89} 911087 · TELEX 5-29619 CPATHEJ · TELEKOP.ERER 9183

- eine Rückflußleitung (15), durch die die obere Kammer (1a) mit der unteren Kammer (1b) verbunden ist, und die der unteren Kammer (1b) eine Lösung (16) mittlerer Dichte zuführt, die man durch Vermischen der Lösung (10) hoher Dichte und eines Überschusses der Lösung (11) niedriger Dichte in der oberen Kammer (1a) erhält;

- eine Dampfzuführleitung (7) zur Zuführung von Dampf (12) in die untere Kammer (1b); und

- Mittel zur Bewirkung einer Abwärtsströmung der Lösung (16) mittlerer Dichte in der oberen Kammer (1a) längs der Wärmeübertragungsrohre (2) durch Spalte (17) zwischen den Trennplatten (13) und den Wärmeübertragungsrohren (2) und zum Absorbieren des Dampfes (12) beim Herabfließen, um Wärme zu erzeugen, und zur Übertragung der so erzeugten Wärme auf ein in den Wärmeübertragungsrohren (2) fließendes Fluid.

2. Stoffaustausch-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei chnet, daß die Wärmeübertragungsrohre (2) mehrere Rippen (81, 81, 83, 83, 85) in Form von Nadeln oder Zähnen, die an der Außenwand des Wärmeübertragungsrohres (2) sich nach oben erstreckend, einen Winkel mit der Achse des Rohres (2) bildend angebracht sind.

3. Stoffaustausch-Wärmetauscher gekennzeichnet durch

- einen inneren Tank (1) ,in dem vertikal Wärmeübertragungsrohre (35) angeordnet sind;

0 - eine Trennplatte (2 0) durch die sich die Wärmeübertragungsrohre (35) erstrecken, wobei die Trennplatte (2 0) den inneren Tank in eine obere und untere Kammer (32, 102) unterteilt;

- eine Zuführleitung (3 6) für Lösung hoher Dichte zur Zuführung der Lösung (38) hoher Dichte,die dem Stoff-

austausch in der oberen Kammer (102) unterworfen wird;

- eine Austrittsleitung (41) für Lösung niedriger Dichte, zum Abziehen der mittels des Stoffaustausches geschaffenen Lösung niedriger Dichte aus der unteren Kammer (32); - eine Rückführleitung (22) , durch die die obere und die untere Kammer (102, 31) miteinander verbunden sind, wobei die Rückführleitung (22)einen Überschuß Lösung (3 8) hoher Dichte in der oberen Kammer (201) der unteren Kammer (32) zuführt und einen Druckausgleich zwischen der oberen und unteren Kammer bewirkt;

- einen ringförmigen äußeren, mit einem oberen Teil der unteren Kammer (32) des inneren Tanks (1) verbundenen äußeren Tank (100), der den inneren Tank (1) umgibt, wobei der ringförmige äußere Tank (100) in seinem Inneren einen Verdampfungswärmetauscher (42) aufweist;

- eine Zuführleitung (44) für Kühlmittel zur Zuführung einer Kühlmittellösung (43)zum äußeren Tank (100); und

- Mittel zur Bewirkung einer Abwärtsströmung der Lösung

(38) hoher Dichte in der oberen Kammer (102) längs der Wärmeubertragungsrohre (35) zwischen den Spalten zwischen der Trennplatte (2 0) und den Wärmeubertragungsrohren (35) und zum Absorbieren des Kühlmitteldampfs der Kühlmittellösung (43) im äußeren Tank (100) zur Wärmeerzeugung und zur übertragung der so erzeugten Wärme auf ein durch die Wärmetauscherrohre (35) fließendes Fluid.

4. Stoffaustausch-Wärmetauseher nach Anspruch -4, dadurch gekennz ei chnet, daß die Wärmeubertragungsrohre (35) mehrere Rippen (81, 82, 83, 84) in Form von Nadeln oder Zähnen aufweisen, die auf der Außenwand des Wärmeübertragungsrohres (35) sich nach oben erstreckend und einen Winkel mit der Achse des Wärmeubertragungsrohres (35) bildend angeordnet sind.