DE60009368T2 - Absorptionsmaschine mit Kältemittelführungsanordnung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Absorptionsklimatisierung und insbesondere eine Absorptionsheiz- und Absorptionskühlmaschine mit einem Kühlmittelmanagementsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine derartige Maschine ist aus dem Dokument US-A-5 752 388 bekannt.
• Wie wohl bekannt ist, wird bei einem Absorptionsheiz- und Absorptionkühlsystem ein Kühlmittel anfangs mit einem Absorptionsmittel zusammengebracht, das in der Lage ist, eine hohe Konzentration von Kühlmittel aufzunehmen, um eine Lösung zu erzeugen, die zur Verwendung in dem Prozess geeignet ist. Unter bestimmten Betriebszuständen kann die Kühlmittelmenge variieren, die notwendig ist, um das System effizient weiter zu betreiben. Typischerweise wird eine ausreichende Kühlmittelmenge in der Maschine gespeichert, so dass sie verfügbar ist, um dem Bedarf während dieser Spitzenbetriebszeiten gerecht zu werden. Erlaubt man der zur Verfügung stehenden Kühlmittelmenge, dass sie zu Neige geht, verursacht das, dass die Kühlmittelpumpe kavitiert oder sie ein Kristallisieren des Absorptionsmittels verursacht.
• Obwohl es möglich ist, sehr grosse Kühlmittelmengen in einer Absorptionsmaschine zu speichern, um den Spitzenlastbedarf zu erfüllen, ist diese Vorgehensweise nicht nur platzraubend sondern auch wirtschaftlich ungeeignet.
• In einer japanischen Anmeldung (62-178 858) ist eine Absorptionsmaschine beschrieben, bei der die Gravitationsströmung eines flüssigen Kühlmittels zwischen dem Systemkondensator und dem Systemverdampfer in Reaktion auf bestimmte erfasste systembezogene Zustände, beispielsweise die Lösungsmitteltemperatur, während es die Absorptionseinrichtung verlässt, kontrolliert wird. Ein Reservoir für flüssiges Kühlmittel wird in dem Kondensator bereitgestellt, und das Kühlmittel wird unter normalen Betriebszuständen an den Verdampfer durch einen ersten Strömungsweg dosiert. Beim Erfassen eines Betriebszustands, der mehr als die normalen Kühlmittelmengen erfordert, wird ein zweiter Strömungsweg in dem Reservoir geöffnet, der das Kondensatoreservoir zum Verdampfer abzieht. Obwohl dieses System einige der Probleme löst, die mit einem Kühlmittelmanagement in einer Absorptionsmaschine verbunden sind, benötigt es trotzdem einen relativ großen Kühlmittelspeicherbereich in der Kondensatoreinheit. Weil das Reservoir auf den Verdampfer beschränkt ist, schafft es eine geringe Flexibilität beim Verlagern des Reservoirs an geeignetere und günstigere Stellen der Maschine.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden und Absorptionsheiz- und Absorptionskühlsysteme zu verbessern.
• Dieses Ziel wird mittels einer Vorrichtung zum Verbessern des Kühlmittelmanagements in einer Absorptionsheiz- und Absorptionskühlmaschine erreicht, die einen Kondensator aufweist, der über einem Verdampfer angeordnet ist, so dass flüssiges Kühlmittel, das in dem Kondensator gebildet wird, durch Gravitation an das Sprühsystem des Verdampfers zugeführt wird, wo das Kühlmittel über die Verdampferrohre gesprüht wird. Eine Kühlmittelpumpe wird derart angeordnet, dass sie das flüssige Kühlmittel von dem Verdampfersumpf ansaugt und es an das Verdampfersprühsystem über eine Versorgungsleitung zur Wiederverwendung in dem Verdampfer zurückliefert. Ein Speichertank ist an der Kühlmittelversorgungsleitung mittels einer Entnahmeleitung angeschlossen, wodurch ein Teil des an das Verdampfersprühsystem gelieferten Kühlmittels in den Tank geführt wird. Eine Rückleitung ist an den oberen Teil des Tanks angeschlossen, die das Kühlmittel an den Verdampfersumpf zurückführt, das in dem Tank über dem Niveau der Rückleitung angesammelt ist. Eine Ablassleitung ist an der Unterseite des Tanks angeordnet, die ein fernbetätigtes Spülventil aufweist, das, wenn es geöffnet ist, den Tankinhalt schnell in den Verdampfersumpf ablässt, was das Kühlmittel in dem Tank sofort zur Verwendung in dem System verfügbar macht. Die Betätigung des Ventils wird durch einen Mikroprozessor kontrolliert, der dazu bestimmt ist, bei bestimmten Systemzuständen, die die Verfügbarkeit von zusätzlichem Kühlmittel für das System erfordern, für einen effizienten Betrieb des System zu sorgen, während gleichzei tig ein Kavitieren der Systempumpe und ein unerwünschtes Kristallisieren des Absorptionsmittels vermieden wird.
• Für ein besseres Verständnis dieser und anderer Ziele der Erfindung wird auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung Bezug genommen, die zusammen mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen ist, wobei gilt:
• 1 ist eine perspektivische Ansicht einer mehrstufigen Absorptionsheiz- und Absorptionskühlmaschine, die die Lehren der vorliegenden Erfindung verkörpert;
• 2 ist ein schematisches Diagramm, das die in 1 gezeigte Absorptionsmaschine darstellt; und
• 3 ist ein Schnitt, der entlang von Linien 3-3 in 1 genommen wurde.
• Es wird anfangs auf 1 Bezug genommen. Darin ist eine perspektivische Ansicht einer zweistufigen Absorptionsheiz- und Absorptionkühlmaschine 10 des Typs gezeigt, der gegenwärtig durch Carrier Corp. aus Syracuse, New York hergestellt wird. Die Maschine weist einen größeren Hauptbereich 12 und einen kleineren zweiten Bereich 13 auf, der an einer Seite dem Hauptbereich benachbart angeordnet ist. Der Hauptbereich der Maschine enthält ein Paar von vertikal angeordneten, voneinander beabstandeten Rohrplatten 14 und 15, die einen wichtigen Teil der Stützstruktur der Maschine bilden. Der zweite, kleinere Bereich der Maschine enthält einen Hochtemperaturgenerator bzw. Hochtemperaturaustreiber und einen Brenner zum Erwärmen einer Lösung, die an den Generator bzw. Austreiber von der Systemabsorptionseinrichtung geliefert wird, die in dem Hauptbereich der Maschine zusammen mit einem zweiten Niedertemperaturgenerator, einem Kondensator, einem Verdampfer und einem Paar von Lösungswärmetauschern untergebracht ist. Die Wärmetauscherrohre der verschiedenen Komponenten sind in axialer Ausrichtung in den zwei Rohrplatten angeordnet und in geeigneten leckdichten Ummantelungen eingeschlossen, die an die Rohrplatten geschweißt sind.
• Man wendet sich jetzt 2 zu. Dort sind in schematischer Form die Komponententeile des Absorptionssystems dargestellt, die in der in 1 dargestellten Maschine enthalten sind. Der Ablauf des Zyklus wird bezüglich der in einem Kühlmodus laufende Maschine beschrieben, jedoch sollte es für den Fachmann offensichtlich sein, dass der Zyklus derart angepasst werden kann, dass die Maschine auch in einem Heizmodus arbeiten kann. Das vorliegende System verwendet Wasser als Kühlmittel und Lithiumbromid, das eine hohe Affinität zu Wasser hat, als Absorptionsmittel.
• Die Maschine weist einen Verdampfer 19 und eine Absorptionseinrichtung 20 auf, die in einer Seite-an-Seite-Beziehung in einer gemeinsamen Ummantelung 21 angebracht sind. Ein in dem Prozess verwendetes flüssiges Kühlmittel wird in dem Verdampfer verdampft, wo es Wärme von einem Stoff absorbiert, der gekühlt wird. Der Stoff, der gekühlt wird, wird mittels einer Kaltwasserleitung 23 durch den Verdampfer gebracht. Das in dem Verdampfer entstehende, verdampfte Kühlmittel wird an die Absorptionseinrichtung weitergeleitet, wo es mit einem Absorptionsmittel zusammengeführt wird, um eine Lösung zu erzeugen, die für die Verwendung in dem Prozess geeignet ist. Die in dem Absorptionsprozess entstehende Wärme wird aus der Absorptionseinrichtung mittels einer Wasserleitung 24 abgeführt.
• Die verdünnte Lösung, die reich an Kühlmittel ist, wird mittels einer Lösungspumpe 25 von der Absorptionseinrichtung gesaugt. Die verdünnte Lösung wird der Reihe nach durch einen ersten Niedertemperaturlösungswärmetauscher 27 und einen zweiten Hochtemperaturlösungswärmetauscher 28 mittels einer Abgabeleitung 29 geleitet. Wie nachstehend detaillierter erläutert wird, wird die verdünnte Lösung mit der konzentrierten Lösung, die an die Absorptionseinrichtung von den zwei in dem System verwendeten Generatoren bzw. Austreibern zurückgeführt wird, in Wärmetauschrelation gebracht, wodurch die Temperatur der verdünnten Lösung erhöht wird, während sie sich in die Generatoren bzw. Austreiber bewegt.
• Beim Verlassen des Niedertemperaturlösungswärmetauschers wird ein Teil der verdünnten Lösung mittels einer Niedertemperaturlösungsleitung 31 zu dem Niedertemperaturgenerator bzw. -austreiber 36 gefördert. Die verbleibende verdünnte Lösung wird über eine Lösungsleitung 29 durch den Hochtemperaturlösungswärmetauscher 28 an den Hochtemperaturgenerator bzw. -austreiben 16 gefördert. Obwohl es in 2 nicht gezeigt ist, wird die verdünnte Lösung in dem Hochtemperaturgenerator bzw. -austreiber durch den Brenner erwärmt, um das Kühlmittel zu verdampfen und es so von der Lösung zu entfernen. Der Wasserdampf, der weggesiedet wird, wird mittels einer Dampfleitung 35 in den Niedertemperaturgenerator bzw. -austreiben 36 geleitet, der zusammen mit dem Systemkondensator 38 in einer Ummantelung 37 untergebracht ist. Hier wird der Rest der verdünnten Lösung erwärmt, und das darin enthaltene Kühlmittel wird durch das Hochtemperaturkühlmittel verdampft und zusammen mit dem Hochtemperaturgeneratordampfkondensat bzw. Hochtemperaturaustreiberdampfkondensat in den Systemkondensator abgegeben. In dem Kondensator werden die Kühlmitteldämpfe mit dem durch die Leitung 24 strömenden Kühlwasser in Wärmetauschrelation versetzt, um das Kühlmittel in einen unterkühlten, flüssigen Zustand zu versetzen.
• Das kondensierte flüssige Kühlmittel des Kondensators wird durch Gravitation an einen Sprühkopf 39 gespeist, der in dem oberen Teil des Verdampfers angeordnet ist, und über die Kaltwasserrohre gesprüht, um eine Kühlung zu erzeugen. Die konzentrierte Absorptionsmittellösung strömt von den zwei Generatoren bzw. Austreibern zu der Absorptionseinrichtung zurück, um in dem Absorptionszyklus wiederverwendet zu werden. Bei seinem Rückweg von dem Hochtemperaturgenerator bzw. -austreiben wird die konzentrierte Lösung durch die Hochtemperaturlösungswärmetauscher 28 und dann durch den zweiten Niedertemperaturlösungswärmetauscher 27 mittels einer Lösungsrückleitung 40 geleitet. Die den Niedertemperaturgenerator bzw. -austreiben verlassende konzentrierte Lösung wird mittels einer Zuführleitung 42, die in die Rückleitung am Eingang des zweiten Lösungswärmetauschers eintritt, in die Lösungsrückleitung zugeführt.
• Eine Kühlmittelpumpe 43 ist an den Sumpf 44 des Systemverdampfers mittels einer Saugleitung 46 angeschlossen und ist derart angeordnet, dass das in dem Sumpf angesammelte flüssige Kühlmittel mittels einer Versorgungsleitung 47 an den Sprühkopf 39 zurückgeführt wird.
• Es wird weiter auf 3 Bezug genommen. Dort ist eine Schnittansicht dargestellt, die durch den Hauptbereich der Absorptionsmaschine genommen ist, die ferner das darin enthaltene Kühlmittelmanagementsystem 50 darstellt. Ein Speichertank ist an irgendeiner geeigneten Stelle in dem Hauptmaschinenbereich bei einer gewissen Höhe angebracht, die höher ist als der Verdampfersumpf 44. Der Tank ist an die Versorgungsleitung 47 mittels einer Entnahmeleitung 53 angeschlossen, so dass ein Teil des an den Verdampfersprühkopf 39 zurückgeführten flüssigen Kühlmittels in den Tank abgezweigt wird.
• Eine Rückleitung 55 ist im oberen Bereich des Tanks angebracht. Die Rückleitung ist derart angeordnet, dass sie Kühlmittel von dem Tank zu dem Verdampfersumpf zurückführt, welches auf das Niveau der Rückleitung ansteigt. Demgemäß wird dem System unter normalen Betriebsbedingungen eine geeignete Kühlmittelmenge zur Verfügung gestellt, um den Betrieb des Systems aufrechtzuerhalten, ohne dass befürchtet werden muss, dass die Kühlmittelpumpe kavitiert oder das Absorptionsmittel kristallisiert.
• Eine Ablassleitung 57 ist in dem unteren Bereich des Speichertanks angeordnet, die ein fernbetätigtes Ablassventil 58 enthält. Das Ablassventil ist elektrisch an eine Kontrolleinrichtung 60 angeschlossen, die programmiert ist, um beim Erfassen bestimmter Systemzustände, die die Verfügbarkeit einer weiteren Kühlmittelversorgung erfordern, das Ventil zu öffnen und den Inhalt des Speichertanks in den Verdampfersumpf abzulassen. Die Querschnittsfläche der Ablassleitung ist relativ größer als die der Entnahmeleitung, so dass der Tank schnell in den Verdampfersumpf geleert werden kann. Wie in 3 dargestellt ist, ist ein Temperatursensor 62 in der Abgabeleitung 29 der Lösungspumpe 25 angebracht und ist derart ausgelegt, dass er eine Temperaturinformation bezüglich der die Absorptionseinrichtung verlassenden, verdünnten Lösung an die Kontrolleinrichtung zurücksendet. Falls die Lösungstemperatur unter einen gegebenen Wert fällt, der anzeigt, dass das System zusätzliches Kühlmittel benötigt, öffnet die Kontrolleinrichtung sofort das Ablassventil, um dem System das erforderliche Kühlmittel bereitzustellen, um optimale Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.
• Die Kontrolleinrichtung ist auch ausgelegt, um weitere systembezogene Zustände zu beobachten, die auch das Öffnen des Ablassventils erfordern könnten. Diese können ein Ändern des Maschinenbetriebsmodus von Kühlen zu Heizen umfassen. Der Zustand der Kühlstofftemperatur in der Leitung 24 kann auch beobachtet werden und das Ablassventil geöffnet werden, wenn die Kühlwassertemperatur unter einen vorbestimmten Wert fällt. Ähnlich kann auch das Kühlmittelniveau in dem Verdampfersumpf beobachtet werden und das Ablassventil geöffnet werden, falls die Kühlmittelmenge in dem Sumpf niedrig wird.

Claims (9)

1. Absorptions-Klimatisierungsmaschine mit einer Kühlmittelmanagementvorrichtung, aufweisend: eine Verdampfereinrichtung (19) und eine Absorbereinrichtung (20), eine Austreibereinrichtung (16, 36) und eine Kondensatoreinrichtung (38), die miteinander verbunden sind, um einen Absorptionszyklus zu schaffen; wobei die Verdampfereinrichtung (19) ferner einen Sumpf (44) zum Sammeln von Kühlmittel aufweist, das über Wärmetauscherrohre in der Verdampfereinrichtung geströmt ist; eine Kühlmittelpumpe (43) mit einer Saugöffnung, die an den Sumpf (44) angeschlossen ist, und einer Abgabeöffnung, die durch eine Versorgungsleitung (47) an einen Sprühkopf (39) angeschlossen ist, der über den Verdampferwärmetauscherrohren angebracht ist, wodurch Kühlmittel über die Wärmetauscherrohre der Verdampfereinrichtung gesprüht wird; einen Kühlmittelspeichertank, der über eine Entnahmeleitung (53) an die Versorgungsleitung (47) angeschlossen ist, wodurch ein Teil des Kühlmittels, das sich durch die Versorgungsleitung (47) bewegt, in den Speichertank geführt wird; gekennzeichnet durch: eine Rückleitung (55), die in dem oberen Teil des Speichertanks zum Zurückführen von Kühlmittel an den Sumpf (44), wenn der Speichertank bis zu dem Niveau der Rückleitung gefüllt ist, angebracht ist; eine Ablassleitung (57), die in dem unteren Bereich des Tanks zum Ablas sen des Speichertanks direkt in den Sumpf (44) angebracht ist; und ein in der Ablassleitung (57) angebrachtes Ablassventil (58), das arbeitsfähig ist, sich zwischen einer offenen Position, bei welcher ein in dem Speichertank gespeichertes Kühlmittel durch die Ablassleitung (57) in den Sumpf (44) geleitet wird, und einer geschlossenen Position zu bewegen, bei welcher Kühlmittel vom Strömen durch die Ablassleitung (57) von dem Speichertank zurück in den Sumpf (44) abgehalten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ablassventil (58) ein fernbetätigtes Ventil ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend eine Kontrolleinrichtung (60) zum fernbetätigten Öffnen und Schließen des Ablassventils (58).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Kontrolleinrichtung ferner eine Erfassungseinrichtung (62) zum Detektieren eines Absorptionszykluszustands, der eine Maximalmenge von zur Verfügung stehenden Kühlmittel benötigt, und eine Einrichtung zum Öffnen des Ablassventils (58) in Reaktion auf den erfassten Zustand aufweist, wobei das Kühlmittel in dem Speichertank in den Verdampfersumpf abgelassen wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Querschnittsfläche der Entnahmeleitung (53) kleiner ist als die der Ablassleitung (57), wodurch der Speichertank schnell in den Sumpf (44) abgelassen werden kann, wenn das Ablassventil geöffnet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Erfassungseinrichtung (62) in einer Lösungsleitung angebracht ist, um die Temperatur der verdünnten Lösung zu messen, welche die Absorptionseinrichtung verlässt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Erfassungseinrichtung in dem Sumpf (44) der Verdampfereinrichtung angebracht ist, um das Niveau des Kühlmittels in dem Sumpf (44) zu messen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Erfassungseinrichtung in einer Leitung angebracht ist, die einen Kühlstoff zu der Absorbereinrichtung (20) und dem Kondensator (38) führt, um die Temperatur des Kühlstoffes zu erfassen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Erfassungseinrichtung angeordnet ist, um zu bestimmen, wann der Betriebsmodus der Maschine von einem Kühlmodus zu einem Heizmodus geändert wird.