DE3441074C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Austreiber- und Kondensatoreinheit für die Verwendung in einer Absorptionswärmepumpe oder dergleichen.

Eine herkömmliche Austreiber- und Kondensatoreinheit ist in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Die Einheit umfaßt ein Gehäuse 1 und eine darin ausgebildete Trennwand 2, welche das Innere der Einheit in eine Austreiberkammer 3 und eine Kondensatorkammer 4 aufteilt. Mit 5 ist ein Heizmedium, mit 6 eine reiche Lösung, mit 7 eine arme Lösung, aus der ein Kältemitteldampf erzeugt werden kann, mit 8 der Kältemitteldampf, mit 9 eine Kältemittelflüssigkeit und mit 10 ein Kühlwasser bezeichnet. Das bei 13 einströmende Heizmedium 5 wird als Arbeitsströmungsmittel bezeichnet. Weiterhin ist mit 11 ein Austreiberwärmeaustauscher, mit 12 ein Kondensatorwärmeaustauscher, mit 13 ein Einlaßrohr für das Heizmedium, mit 14 ein Auslaßrohr für das Heizmedium, mit 15 ein Einlaßrohr für die reiche Lösung, mit 16 ein Auslaßrohr für die arme Lösung, mit 17 eine Lösungspumpe, mit 18 eine Kältemittelpumpe, mit 19 ein Bypass-Rohr und mit 20 ein solenoidbetätigtes Ventil bezeichnet. Die mit den Bezugszeichen 11 bis 20 versehenen Teile bilden die Verrohrung der Austreiber- und Kondensatoreinheit. Das Einlaßrohr 13 für das Heizmedium ist mit dem Austreiberwärmeaustauscher 11 verbunden, welcher seinerseits mit dem Auslaßrohr 14 für das Heizmedium so verbunden ist, daß dieses vom Einlaßrohr 13 durch den Wärmeaustauscher 11 aus dem Auslaßrohr 14 herausströmt. Das Kühlwasser 10 fließt durch und wird aus dem Kondensatorwärmeaustauscher 12 abgegeben.

Die reiche Lösung 6 aus einer Absorptionskammer (in Fig. 1 nicht dargestellt) einer Absorptionsvorrichtung strömt aus dem Einlaßrohr 15 für reiche Lösung in die Austreiberkammer 3 des Gehäuses 1. Die reiche Lösung 6 drückt dann entlang den Rohraußenflächen des Austreiberwärmeaustauschers 11, welcher mit einem Heizmedium gefüllt ist, und wird aufgrund von dessen Wärme an den Rohraußenflächen des Wärmeaustauschers 11 verdampft oder verkocht. Das in der reichen Lösung 6 befindliche Kältemittel wird einem Phasenwechsel unterworfen, um einen Kältemitteldampf 8 zu erzeugen, welches in eine durch strichpunktierte Pfeile angedeutete Richtung aus der Austreiberkammer 3 in die benachbarte Kondensatorkammer 4 strömt. Die reiche Lösung 6 wird konzentriert, wenn sie entlang den Rohraußenflächen des Wärmeaustauschers 11 strömt, und wandelt sich dadurch in die arme Lösung 7, welche durch die Lösungspumpe 17 über das Auslaßrohr 16 für die arme Lösung in die Absorptionskammer der Absorptionsvorrichtung gepumpt wird. Der in der Austreiberkammer 3 erzeugte Kältemitteldampf 8 wird aufgrund einer Druckdifferenz in die Kondensatorkammer 4 gebracht und dann durch das Kühlwasser 10 gekühlt, welches durch die Rohre des Kondensatorwärmeaustauschers 12 strömt. Der Dampf 8 wird auf den Rohraußenflächen des Wärmeaustauschers 12 kondensiert und wandelt sich in eine Kältemittelflüssigkeit 9, welche durch die Kältemittelpumpe 18 teilweise in eine in Fig. 1 nicht dargestellte Verdampfungskammer der Absorptionsvorrichtung und teilweise durch das Bypass-Rohr 19 in die arme Lösung 7 gepumpt wird, um die Konzentration derselben einzustellen.

In der oben beschriebenen Einheit ist es erforderlich, die Strömungsmenge, die Temperatur, die Konzentration der reichen Lösung 6 und die Strömungsmenge des durch den Austreiberwärmeaustauscher 11 strömenden Heizmediums 5 einzustellen, um den erzeugten Dampf zu steuern. Es ist ebenso erforderlich, die Strömungsmenge und die Temperatur des Kühlwassers 10, welches durch den Kondensatorwärmeaustauscher 12 fließt, einzustellen, und zwar zum Steuern des kondensierten Dampfes. Daher ist es höchst schwierig, den erzeugten und den kondensierten Dampf zu steuern. Wenn beispielsweise die Kältemittelflüssigkeit 9 kondensiert wird, so strömt die arme Lösung aus dem Auslaßrohr 16 für die arme Lösung und hat dabei eine hohe Konzentration. Damit die arme Lösung die gewünschte Konzentration hat, ist es bei der bekannten Einheit erforderlich, über das Bypass-Rohr 19 Kältemittelflüssigkeit 9 in die arme Lösung 7 zurückfließen zu lassen. Über das solenoidbetätigte Ventil 10 muß die Strömungsmenge der rückgeflossenen Kältemittelflüssigkeit 9 eingestellt werden. Wenn dagegen die arme Lösung eine zu geringe Konzentration hat, so war es notwendig, die Strömungsmenge und die Temperatur des Kühlwassers 10 zu steuern.

Der Unterschied zwischen den Temperaturen innerhalb und außerhalb der Wärmeübertragungsrohrwände des Austreiberwärmeaustauschers 11, welcher in die Lösung eingetaucht ist, wird reduziert, weil aufgrund der Höhe der Lösungssäule der Siedepunkt wesentlich zunimmt. Wenn die Lösung an den Außenwandflächen des Wärmeaustauschers 11 siedet, so bilden erzeugte Dampfblasen, welche unter einer bestimmten thermischen Belastung kombiniert werden können, einen Dampffilm, welcher die Rohraußenflächen umgibt. Daraus resultiert ein großer thermischer Widerstand, welcher die Dampferzeugungsfähigkeit in einem erheblichen Ausmaß verhindert.

Durch die DE 5 49 116 ist ein Austreiber für Absorptionsmaschinen bekannt geworden, bei dem eine reiche Lösung an den Rohraußenflächen eines durch ein Heizmedium beheizten Wärmetauschers verdampft, der Dampf getrennt abgeführt und die arme Lösung anschließend abgeleitet wird. Bei diesem Austreiber fehlt jedoch der Innenzylinder und dessen besonders gestaltete Ausbildung, so daß die selbststeuernde Wirkung, wie sie beim Anmeldungsgegenstand eintritt, nicht erzielt werden kann.

Durch die DE 30 20 693 ist ferner ein Absorberkühlsystem bekannt, bei dem bereits die beanspruchte Doppelzylinderanordnung fehlt; demzufolge ist auch dort eine selbststeuernde Wirkung im Sinne der dem Anmeldungsgegenstand zugrundeliegenden Aufgabe nicht möglich.

Schließlich ist durch die nicht vorveröffentlichte US 44 24 688 eine Austreiber- und Kondensatoreinheit bekannt, bei der zwar eine Doppelzylinderanordnung bekannt ist, nicht aber die besondere Ausbildung des Innenzylinders. Im wesentlichen tritt durch diese besondere Ausbildung der besondere Effekt der Selbststeuerung ein.

Die vorliegende Erfindung wurde zur Vermeidung der vorstehenden Nachteile entwickelt. In diesem Zusammenhang ist es Aufgabe der Erfindung, eine Austreiber- und Kondensatoreinheit zu schaffen, die eine erhöhte Dampferzeugungsfähigkeit hat und die ohne das Steuern der Strömungsmenge und der Temperatur der Arbeitsströmungsmittel nach der Veränderung der Dampfkondensierungsfähigkeit das Erzeugen und Kondensieren von Dampf selbst steuern kann, ohne daß eine Bypass-Leitung für die Kältemittelflüssigkeit und ein solenoidbetätigtes Ventil notwendig sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 5 tragen zur Lösung der Aufgabe bei und ergänzen die Lösung nach Anspruch 1.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben, wobei weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile hervortreten werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Austreiber- und Kondensatoreinheit,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Austreiber- und Kondensatoreinheit entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Austreiber- und Kondensatoreinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Austreiberwärmeaustauschers für die Verwendung in der Einheit nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des in Fig. 4 dargestellten Austreiberwärmeaustauschers,

Fig. 6 eine fragmentarische Seitenansicht der Rippen des in Fig. 4 dargestellten Wärmeaustauschers,

Fig. 7 eine Seitenansicht mit der Darstellung der Art und Weise, auf die die Lösung den in Fig. 4 dargestellten Wärmeaustauscher herunterfließt, und

Fig. 8 eine Seitenansicht der Rippen, die an das Wärmeaustauscherrohr angebracht sind.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.

In dieser Figur sind solche Teile, die denen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen. Austreiberwärmeaustauscher 11 sind im wesentlichen vertikal in einer Austreiberkammer 3 aufgestellt. Das Innere eines Innenzylinders 21 ist in eine obere Kammer 21a und eine untere Kammer 21b aufgeteilt, was durch eine Verteilerplatte 22 mit Öffnungen 22a erfolgt. Die Austreiberwärmeaustauscher 11 verlaufen durch die Öffnungen 22a und sind mit ihren oberen Enden an eine obere Endplatte 23 und mit ihren unteren Enden an eine untere Endplatte 24 befestigt. Die obere Kammer 21a ist an ihrem oberen Teil durch die obere Endplatte 23, an der Seite durch den Innenzylinder 21 und am unteren Teil durch die Verteilerplatte 22 geschlossen. Eine reiche Lösung 6 fließt ein von einer Absorptionsvorrichtung (in Fig. 2 nicht dargestellt), verbleibt zeitweilig in der oberen Kammer 21a und bildet so einen Verteilerkopf 25 reicher Lösung. Die Austreiberkammer 3 im Innenzylinder 21 wird durch eine Trennwand 26 mit Leitvorrichtungen 27 von einer Kondensatorkammer 4 getrennt. Kondensatorwärmeaustauscher 12 sind im wesentlichen senkrecht in einem Raum aufgerichtet, der zwischen dem Innenzylinder 21 und einem Außenzylinder 28 liegt und als Kondensatorkammer 4 dient. Kühlwasser 10 fließt durch die Rohre des Kondensatorwärmeaustauschers 12. Der Betrieb des so aufgebauten Apparates gemäß der Erfindung ist wie folgt: Die von der Absorptionskammer (nicht dargestellt) durch ein Einlaßrohr 15 in den Verteilerkopf 25 strömende reiche Lösung 6 wird in Richtung auf die Austreiberwärmeaustauscher 11 verteilt, was durch die die Verteilung vornehmenden Öffnungen 22a an Spalten zwischen der Verteilerplatte 22 und dem Austreiberwärmeaustauscher 11 erfolgt. Die Menge der dispergierten oder verteilten reichen Lösung hängt von dem Niveau an reicher Lösung 6 im Verteilerkopf 25 ab, d. h. das durch den Einfluß der reichen Lösung 6 bestimmte Niveau nimmt zu oder ab. Weiterhin ist der Umfang der verteilten reichen Lösung abhängig von dem Intervall zwischen den Öffnungen 22a, der Oberflächenrauhigkeit und der Bearbeitungsgenauigkeit der Ränder der Spalte in den Öffnungen 22a. Die verteilte reiche Lösung 6 fließt an den Rohraußenflächen der Wärmeaustauscher 11 herunter in den Sumpf armer Lösung 7 unterhalb der Austreiberkammer 3. Zu diesem Zeitpunkt wird der Film aus reicher Lösung 6 an den Rohraußenflächen der Austreiberwärmeaustauscher 11 durch ein Heizmedium 5 erwärmt, welches von einem Einlaßrohr 13 oberhalb der Austreiberwärmeaustauscher 11 in diese strömt. Der Film von reicher Lösung 6 wird verdampft, um einen Kältemitteldampf 8 zu erzeugen. Daher nimmt die Konzentration der reichen Lösung 6 progressiv zu, wenn sie den Kältemitteldampf 8 abgibt, und wandelt sich in die arme Lösung 7 mit einer vorbestimmten Konzentration und wird von einem Auslaßrohr 16 für die arme Lösung in eine Absorptionskammer gefördert. Das Heizmedium 5 wird von einem unteren Auslaßrohr 14 für das Heizmedium abgegeben. Der erzeugte Kältemitteldampf 8 wird von der Austreiberkammer 3 in die Kondensatorkammer 4 überführt, und zwar aufgrund einer Druckdifferenz und wird durch das Kühlwasser 10 gekühlt, welches durch den Kondensatorwärmeaustauscher 12 strömt und an den Rohraußenflächen des Kondensatorwärmeaustauschers 12 in eine Kältemittelflüssigkeit 9 kondensiert, die die äußeren Rohrflächen entlang in einen unteren Kältemittelflüssigkeitssumpf herabfließt, aus dem die Kältemittelflüssigkeit 9 in eine Verdampfungskammer (in Fig. 2 nicht dargestellt) abgegeben wird. Die Leitvorrichtungen 27 dienen der Verhinderung der Streuung der Lösung in die Kondensatorkammer 4 aufgrund von Dampfblasen, die dann ausgebildet werden, wenn die Lösung an den Rohraußenflächen der Austreiberwärmeaustauscher 11 kocht. Wenn die Dampfkondensierungsfähigkeit zunimmt, nimmt das Niveau der Kältemittelflüssigkeit 9 in der Kondensatorkammer 4 zu, um die unteren Teile der vertikalen Kondensatorwärmeaustauscher 12 in die Kältemittelflüssigkeit 9 einzutauchen, woraufhin die Oberflächenbereiche der Kondensatorwärmeaustauscher 12, die für die Dampfkondensation verfügbar sind, und somit die Dampfkondensierungsfähigkeit reduziert werden. Wenn die Konzentration der armen Lösung 7 in einem unteren Abschnitt der Austreiberkammer 3 höher wird als das gewünschte Niveau, wenn die Dampfkondensierungsfähigkeit zunimmt, strömt die Kältemittelflüssigkeit 9 mit ihrem erhöhten Niveau durch die Spalte der Leitvorrichtungen 27 in die Austreiberkammer 3 über, so daß die Konzentration der armen Lösung 7 wieder auf das gewünschte Niveau zurückgebracht wird. Wenn umgekehrt das Niveau der Kältemittellösung 9 abnimmt, wenn die Dampfkondensierungsfähigkeit abnimmt, weisen die Kondensatorwärmeaustauscher 12 mehr freiliegende Bereiche auf, die aus der Kältemittelflüssigkeit 9 vorstehen. Als Resultat werden die Dampfkondensierungsbereiche vergrößert, um die Dampfkondensierungsfähigkeit zu erhöhen. Daher kann sich der Apparat hinsichtlich seiner Dampfkondensierungsfähigkeit selbst einstellen, wenn diese geändert wird.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand von Fig. 3 beschrieben. Teile in Fig. 3, welche mit denen der Ausführungsform in Fig. 2 übereinstimmen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Eine Abdeckung 29 ist auf die untere Endplatte 24 aufgebracht, damit das Heizmedium 5 von den oberen Enden der Austreiberwärmeaustauscher 11 nach unten strömen kann, um die Strömungsrichtung durch eine Strömungspassage 30 zu ändern, die von der Abdeckung 29 und der unteren Endplatte 24 begrenzt wird. Das Heizmedium 5 strömt dann nach oben aus den oberen Enden der Austreiberwärmeaustauscher 11 heraus. Mit der so auf die untere Endplatte 24 aufgebrachten Abdeckung 29 sehen die Austreiberwärmeaustauscher 11 gemeinsam eine U-Form oberhalb des Niveaus der Lösung vor, um konstante Oberflächenbereiche vorzusehen, die für die Verdampfung zur Verfügung stehen. Diese Anordnung löst das Problem, welches mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform (Fig. 2) in dem Fall festgestellt wurde, daß eine Zunahme der Dampferzeugungsfähigkeit in der Austreiberkammer 3 ein Absenken des Niveaus des unteren Sumpfes der armen Lösung 7, ein Zunehmen der Oberflächenbereiche und somit eine weitere Zunahme der Dampferzeugungsfähigkeit verursacht.

Fig. 4, 5 und 6 zeigen den Austreiberwärmeaustauscher 31, welcher für die Verwendung im Apparat der Erfindung geeignet ist. Der Wärmeaustauscher weist zahnförmige Rippen 32, 81-85 auf, die in einem Winkel R hinsichtlich eines Rohres 33 des Wärmeaustauschers 31 ausgerichtet sind, wie dies der Fig. 5 zu entnehmen ist. Die Spalte zwischen benachbarten zahnförmigen Rippen 81 bis 85 und zwischen diesen zahnförmigen Rippen 81 bis 85 und dem Rohr 33 erlauben eine Strömung der reichen Lösung durch diese. Entsprechend der Darstellung in Fig. 5 und 6 überlappen benachbarte Rippen 81 und 84 einander in Axialrichtung des Wärmeaustauschers 31 zumindest teilweise, wenn in eine Richtung normal zur Achse des Wärmeaustauschers 31 geblickt wird. Der Winkel R liegt vorzugsweise im Bereich von 5° bis 50°.

Beim Betrieb, wenn eine reiche Lösung dem Wärmeaustauscher zugeführt wird, strömt diese Lösung das Rohr 33 hinunter, während die Spalte zwischen axial benachbarten zahnförmigen Rippen 81 und 84 gefüllt wird. Die Lösung verteilt sich aufgrund der Kapillarwirkung zwischen den umfangsmäßig benachbarten zahnförmigen Rippen 81, 82 und 83. Daher fließt die Lösung nach unten, während sich ein Lösungsfilm über dem gesamten Austreiberwärmeaustauscher 31 ausbildet, wie dies der Fig. 7 zu entnehmen ist.

Da die zahnförmigen Rippen 32 der Strömung der Lösung nach unten einen Widerstand bieten, fließt die Lösung 6 in einer Menge, die geringer ist als die der Lösung, die bei einem herkömmlichen Dampferzeugungsapparat strömt. Als Resultat sehen die Rippen oder Flügel 32 einer vergrößerte Massenübertragungsmenge vor.

Da die Lösung aufgrund der Kapillarwirkung zwischen den zahnförmigen Rippen 81 bis 85 gehalten wird, verbleibt die Dicke des den Wärmeaustauscher 31 umgebenden Lösungsfilmes im wesentlichen konstant, so daß die Eigenschaften der Austreibervorrichtung nicht ungünstig beeinträchtigt werden.

Die Rippen 32 können auch eine andere Form haben. Sie können regelmäßig oder unregelmäßig ausgebildet sein. Die Rippen 32 können dadurch ausgebildet sein, daß die Oberfläche des Wärmeaustauscherrohres 33 geschnitten ist oder daß separat vorbereitete Zähne 32 entsprechend der Darstellung in Fig. 8 um das Rohr 33 gelegt werden.

Claims (5)

1. Austreiber/Kondensator-Einheit in einem Ab­ sorptionskältemittelkreislauf, mit einer Austreiberkammer, in die reiche Lösung aus einem Absorber außerhalb der Rohre eines Austreiberwärmeaustauschers eintritt, um das Kältemittel aus der reichen Lösung mit Hilfe eines Heizmediums auszutreiben, welches durch die Rohre des Austreiberwärmeaustauschers strömt, und mit einer Kondensationskammer, in der der durch eine Trennwand von der Austreiberkammer zugeführte Kältemitteldampf durch einen Kondensatorwärmeaustauscher verflüssigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Doppelzylinderanordnung vorgesehen ist, die aus einem Außenzylinder (28) und einem Innenzylinder (21) besteht, daß der Innenzylinder (21) durch eine Verteilerplatte (22) in eine obere Kammer (21a) und eine untere Kammer (21b) aufgeteilt ist, die als Vertreiberkammer bzw. als Austreiberkammer dient, daß die beiden Zylinder (21, 28) gemeinsam einen Raum bilden, in dem sich die Kondensatorkammer (4) befindet, daß die Trennwand (26) Leitvorrichtungen (27) an ihrem oberen Abschnitt aufweist, daß der Verteilerkopf (25) für die reiche Lösung ein Einlaßrohr (15) für die reiche Lösung aufweist und daß die Austreiberkammer (3) ein Auslaßrohr (16) für die arme Lösung im unteren Abschnitt derselben aufweist.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreiberwärmeaustauscher (11) eine Vielzahl von nadelförmigen oder zahnförmigen Rippen (32; 81-85) aufweist, die an der oberen Umfangsfläche desselben befestigt und nach oben geneigt sind.

3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreiberwärmeaustauscher (11) im wesentlichen vertikal innerhalb der Austreiberkammer (3) angeordnet ist und durch Öffnungen (22a) der Verteilerplatte (22) verläuft und daß der Austreiberwärmeaustauscher (11) an seinen oberen und unteren Enden jeweils an einer oberen Endplatte (23) bzw. einer unteren Endplatte (24) des Innenzylinders (21) befestigt ist.

4. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorwärmeaustauscher (12) im wesentlichen senkrecht angeordnet ist.

5. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckung (29) am unteren Ende des Austreiberwärmeaustauschers angebracht ist, damit das darin strömende Heizmedium (5) zurückfließen kann.