-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Wasser-Ammoniak-Absorptionssysteme enthalten
als Hauptkomponente einen Absorber, einen Generator, einen Kondensator
und einen Verdampfer. Derartige Systeme, die im Stand der Technik
allgemein bekannt sind, sind beispielsweise in
US-A-5,367,884 ,
US-A-5,548,971 und
US-A-5,490,393 offenbart.
Diese Wasser-Ammoniak-Absorptionssysteme können als Wärmepumpen, Kühlapparate,
Chiller, Heizgeräte
und Chiller-Heizvorrichtungen konstruiert sein und betrieben werden.
-
Der
Generator eines Wasser-Ammoniak-Absorptionssystems arbeitet als
Destillationssäule
und umfasst als Komponenten einen Erhitzer, einen Abscheideabschnitt
oder Abscheider und einen Rücklaufverflüssigerabschnitt.
Die Zusammensetzungseinspeisung zum Generator, die eine ammoniakreiche Lösung aus
dem Systemabsorber umfasst, wird in den Generator an einer oder
mehreren Speise- oder Einlassstellen eingeführt. Der Erhitzer ist so konstruiert,
dass er koinzierend mit der Wärmeeingabe
einen Flüssigkeits-
und Dampfgegenstrom erzeugt. Direktwärme wird über eine begrenzte Länge oder
Höhe des
Erhitzers eingeführt,
was zu einer signifikanten Änderung
der Ammoniakkonzentration in dem Bereich des Wärmeeingangs führt. Bei
einigen Systemen wird der Erhitzer durch einen Verdampfer ersetzt,
in den Hitze aus einer Direktenergiequelle jedoch ohne wesentliche
Ammoniaktrennung außer derjenigen
von Dampf eingeführt
wird, der sich im Gleichgewicht von der Flüssigkeit in der Nähe des Säulenbodens
trennt. So führt
ein Verdampfer einfach Dampf zurück
zur Generatorsäule.
-
Der
Abscheideabschnitt umfasst alle Abschnitte der Generatorsäule, die
sich unterhalb des höchsten
(kältesten)
Speisepunkts befinden. Im Abscheideabschnitt wird Wärme aus
der Lösung
wiedergewonnen, die den Boden der Destillationssäule verlässt, wobei die wiedergewonnene
Wärme in
den Teil der Säule über dem
Erhitzer zurückgeführt wird. Der
Abscheideabschnitt umfasst drei Teile: einen lösungserhitzten Desorber (LHD)
und entweder einen adiabatischen Desorber oder einen Generatorabsorber-Wärmeaustauscher-(GAX)Desorber
und den Erhitzer. Der LHD ist der Teil des Abscheideabschnitts, der
Hitze aus schwacher Lösung,
d.h. Lösung
vom Boden der Generatorsäule
extrahiert, bevor die schwache Lösung
zum Absorber geführt
wird. Der adiabatische Desorber des Abscheideabschnitts hat keinen
Wärmeeingang
und befindet sich typischerweise zwischen der kältesten Einspeisestelle und dem
LHD. Der GAX-Desorber nimmt Hitze vom Absorber auf und zwar entweder
durch Wärmeübertragung
mithilfe schwacher Lösung
aus dem unteren Teil der Generatorsäule oder einem sekundären Fluid.
Typischerweise weist ein Generator in einem GAX-Wasser-Ammoniak-Absorptionssystem
einen GAX-Desorber oder einen adiabatischen Desorber, jedoch nicht
beide, auf. Wenn in dem System ein GAX starker Lösung verwendet wird, so wird
ein adiabatischer Abschnitt verwendet, während ein GAX-Desorber für GAX von
schwacher Lösung
oder ein GAX von sekundärem
Fluid verwendet wird. Eine zusätzliche
Komponente eines Generators ist ein Rücklaufverflüssiger, der den Abschnitt des
Generators oberhalb der höchsten
(kältesten)
Einspeisestelle darstellt. Derartige Generatoren wie oben beschrieben
sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden im Folgenden
in weiteren Einzelheiten beschrieben.
-
Die
Zuspeisung zur Generatorsäule
aus dem Systemabsorber ist eine reiche Lösung umfassend eine Lösung, die
einen vergleichsweise hohen Ammoniakgehalt aufweist. Eine derartige
reiche Lösung weist
typischerweise 40 % bis 50 % Ammoniak auf, jedoch kann sie unter
einigen Arbeitsbedingungen nur etwa 20 % aufweisen. Eine derartige
reiche Lösung
steht im Gegensatz zu einer schwachen Lösung, die vom Generator zum
Absorber geleitet wird und eine wasserreiche Zusammensetzung mit
etwa 1 % bis etwa 15 % Ammoniak unter Messverhältnissen und typischerweise
etwa 3 % bis etwa 5 % Ammoniak umfasst. In GAX-Absorptionszyklen
von starker Lösung
wird Wärme
durch Spalten der reichen Flüssigkeitszuspeisung
zum Generator gewonnen, wobei ein Teil durch den GAX-Wärmeaustauscher
im Absorber hindurchgeht, während
der andere Teil direkt zum Generator geführt wird. Die beiden Teile
werden an verschiedenen Stellen in den Generator eingeführt. Ein
Speisestrom wird bei oder in der Nähe des Rücklaufverflüssigers als Einphasenfluid
bei oder unterhalb der Blasenbildungspunkttemperatur eingeführt. Der
zweite Strom, gewöhnlich
eine Zweiphasenzusammensetzung, wird in die Säule an einer Stelle eingeführt, die
niederer liegt als die erste Einphasenflüssigkeitseinspeisung. Der zweite
Speisestrom wird wünschenswerterweise
zu einer Zweiphasenmischung beim Erhitzen über seine Blasenbildungspunkttemperatur.
Herkömmliche
Generatoren, die in den oben erwähnten
Wasser-Ammoniak-Absorptionssystemen verwendet werden, sind mit Platten
und daran angebrachten Wärmeübertragungsröhren zum Übertragen
von Hitze an die Destillationssäule
an den verschiedenen Stellen der Säulenlänge entlang konstruiert. Derartige
Generatorsäulen sind
in den oben erwähnten
Patenten beschrieben und veranschaulicht.
-
Die
WO 94/29655 offenbart zahlreiche
Ausführungsformen
und damit verbundene Verfahren für Generator-Absorber-Wärmeaustauscher. Es ist die Verwendung
einer Packung in dem adiabatischen Desorberabschnitt ausschließlich des
Generators offenbart. Die
EP
0895037 offenbart einen Rücklaufverflüssigungsapparat vom Dampf/Flüssigkeitskontakttyp.
Der Rücklaufverflüssiger ist über dem
Generator angebracht und besitzt zwei Stufen. Die Stufen sind mit
Filterelementen gefüllt,
von denen jedes ein kegelförmiges
Unterteil für
das Ausrichten von herunterfallender Flüssigkeit auf ihren Mittelpunkt
hin besitzt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte Wasser-Ammoniak-Absorptionvorrichtung gerichtet,
umfassend einen Absorber, einen Generator, einen Kondensator und
einen Verdampfer, wobei der Generator eine erste Generatoranordnung
mit einem ersten Speiseeingang für
reiche Lösung
und einem zweiten Speiseeingang für reiche Lösung, einen zwischen den ersten
und zweiten Speiseeingängen angeordneten
und im wesentlichen mit einem Packmaterial gefüllten adiabatischen Desorberabschnitt, einen
Erhitzen oder Verdampfer, einen zwischen dem Erhitzer oder Verdampfer
und dem adiabatischen Desorberabschnitt angeordneten lösungsbeheizten
Desorberabschnitt und einen Rücklaufverflüssiger umfasst,
oder umfassend eine zweite Anordnung mit einem einzelnen Speiseeingang
für reiche
Lösung,
einen unterhalb des Speiseeingangs für reiche Lösung angeordneten und im wesentlichen mit
einem Packmaterial gefüllten
Generator-Absorber-Wärmeaustausch-Desorberabschnitt,
einen Erhitzer oder Verdampfer, einen zwischen dem Erhitzer oder
Verdamp fer und dem GAX-Desorberabschnitt angeordneten lösungsbeheizten
Desorberabschnitt und einen Rücklaufverflüssiger und
wobei der Generator dadurch gekennzeichnet ist, dass der Innenraum
des Erhitzers und/oder des lösungsbeheizten Desorberabschnitts
und/oder des Rücklaufverflüssigers
im Wesentlichen mit einer strukturierten Packung mit einer im wesentlichen
gleichmäßigen Dichte über ihre
ganze Masse hindurch und welche inert gegenüber einer wässrigen Ammoniaklösung bei
Generatortemperatur ist, gefüllt
ist.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1, 2 und 3 sind
schematische Seitenschnittveranschaulichungen von Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Generators,
die die verschiedenen Abschnitte des mit strukturierter Packung
gefüllten
Generators veranschaulichen.
-
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird bei einem verbesserten Wasser-Ammoniak-Absorptionssystemgenerator
eine strukturierte Packung innerhalb eines Teils oder des ganzen
Innenraums der Generatorsäule
verwendet. Die anderen Hauptkomponenten einer erfindungsgemäßen Wasser-Ammoniak-Absorptionsvorrichtung,
die eine Absorberanordnung, einen Kondensator und einen Verdampfer
umfasst, mit der die erfindungsgemäße Generatoranordnung verwendet
wird, sind in den Zeichnungen nicht gezeigt. Diese Wasser-Ammoniak-Absorptionssysteme
können
als Wärmepumpen,
Kühlapparate, Chiller,
Heizgeräte
und Chiller-Heizvorrichtungen konstruiert sein und betrieben werden.
In der Ausführungsform von 1 umfasst
der Generator 10 vier verschiedene Abschnitte mit einer
einzigen in senkrechter, vertikaler Position gezeigten Hülle, wie
sie typischerweise in einer Wasser-Ammoniak-Absorptionsvorrichtung
orientiert und verwendet wird.
-
Der
Abscheideabschnitt der Generatorsäule ist der kombinierte Erhitzer,
LHD und die adiabatischen Abschnitte und befindet sich im heißesten Abschnitt
des Generators unterhalb des Niveaus C in der Nähe des Eingangs der ersten
Einspeisung 22. So umfasst der Abtriebsabschnitt alle Abschnitte
der Generatorsäule
unterhalb der höchsten
(kältesten) Einspeisestelle,
während
der Rücklaufverflüssiger sich
in dem Abschnitt des Generators über
der höchsten
Einspeisestelle befindet. Der kühlste
Abschnitt der Säule
ist der Rücklaufverflüssiger 18,
der sich über
dem Niveau C befindet. Die Leitung 21 führt einen Kühlmitteldampf von dem Rücklaufverflüssiger zum
Kondensator der Absorptionsvorrichtung. Im unteren Teil der Generatorsäule befindet
sich ein Erhitzerabschnitt 12, der sich vom untersten Ende
der Säule
bis zum Niveau A erstreckt. Über
dem Erhitzer ist der LHD-Abschnitt 14 zwischen den Niveaus
A und B der Säulenlänge entlang
positioniert, wobei die Position B sich bei einem Niveau befindet,
in das die zweite Einspeisung 24 eingeführt wird. Über dem LHD-Abschnitt 14 befindet
sich der adiabatische Desorberabschnitt 16, der sich zwischen
dem Niveau B und dem Niveau C der Säulenlänge entlang erstreckt, wobei
das Niveau C dem ersten Speiseeingang 22 entspricht. Am
oberen Teil des Generators 10 befindet sich der Rücklaufverflüssiger 18,
der sich zwischen dem Niveau C und dem oberen Ende der Generatorsäule erstreckt.
Obwohl der Generator 10 so veranschaulicht ist, dass er
eine Einzel- oder allgemeine Hülle ist,
die aus verschiedenen Abschnitten besteht, die senkrecht der Hülle entlang
aufeinandergestapelt sind, kann der Generator aus einer oder mehreren
Hüllen
bestehen, die verschiedene Abschnitte enthalten, wie im Folgenden
beschrieben wird.
-
Der
Erhitzerabschnitt 12 wird durch einen Brenner 15 mit
einer Brennröhre 13 erhitzt,
die sich der Länge
des Erhitzerabschnitts entlang erstreckt, wobei die Abgase aus dem
Brenner am Ende 17 der Brennröhre abgelassen werden. Der
Brenner bietet Hitze für
den Erhitzer aus einer Direktenergiequelle. Die Hitze aus dem Erhitzerabschnitt
wird durch die Röhre 20 mit
Hilfe schwacher Flüssigkeit
in den LHD-Abschnitt geleitet. Der Wärmeaustauscher 25, der
sich der Länge
des LHD-Abschnitts 14 entlang erstreckt, gibt eine vernünftige Menge
Hitze aus der schwachen Flüssigkeit
ab.
-
Die
in 1 veranschaulichte Ausführungsform umfasst zwei Flüssigkeitseinspeisestellen.
Die erste Einspeisung 22 wird in die Säule als Einphasenfluid bei
oder etwas unterhalb der Blasenbildungspunkttemperatur der Flüssigkeit
eingeführt.
Die Einspeisung ist eine reiche Flüssigkeit, wie oben beschrieben,
mit typischerweise 40 % bis 50 % Ammoniak, die aus einem Absorber
zum Speiseeingang 22 geführt wird. Der zweite Speiseeingang 24 ist
ein aus reicher Flüssigkeit
bestehendes Absorptionsfluid, das aus einem GAX-Wärmeaustauscherabschnitt
eines Absorbers geführt
wird. Der zweite Speisestrom wird in die Generatorsäule an der
Stelle injiziert, die den adiabatischen Desorberabschnitt 16 und
den LHD-Abschnitt 14 trennt. Die Speiseeinlassvorrichtungen
umfassen Sprühvorrichtungen,
Düsen, Sprühdüsen, Verteiler,
Sammelrohre oder andere Vorrichtungen zum gleichmäßigen Verteilen
der Flüssigkeit
auf der strukturierten Packung, wie es von denjenigen Fachleuten,
die mit dem Stand der Technik vertraut sind, verstanden wird und
diesen bekannt ist.
-
In
der in
1 gezeigten Ausführungsform ist das Innere aller
Abschnitte der Generatorsäule
mit einer strukturierten Packung
11 gefüllt. Jedoch ist die Erfindung
nicht auf das Füllen
aller der Abschnitte in der Säule
beschränkt,
sondern stattdessen können ausgewählte Abschnitte
gefüllt
werden. In vielen Fällen
wird es vorgezogen oder ist es vorteilhaft, eine strukturierte Packung
nicht in allen Abschnitten zu verwenden. So können eine oder mehrere der
Abschnitte eine strukturierte Packung enthalten. Die strukturierte
Packung soll typische innere Generatorkomponenten, die zur Zeit
in den verschiedenen Generatorabschnitten installiert sind, wie
Bleche, Rohrschlangen, Prallplatten usw. ersetzen. Die strukturierte
Packung, wie sie hier verwendet wird, umfasst ein Material, das
im Wesentlichen homogen mit sich wiederholenden Mustern ist und
nebeneinander oder übereinandergelegte
Schichten von flachen Röhrenmaschenelementen
umfasst. Die strukturierte Packung weist eine im Wesentlichen gleichförmige Dichte
durch ihre Masse hindurch auf. Ein Beispiel einer strukturierten
Packung, die in einer erfindungsgemäßen Generatorsäule verwendet
wird, ist in der
US-Patentschrift
Nr. 4,014,557 offenbart. Ein Beispiel einer handelsüblichen
strukturierten Packung wird von Metex Corporation unter dem eingetragenen
Warenzeichen Goodloe
® vertrieben. Eine andere
im Handel erhältliche
strukturierte Packung ist Optic-Pack, ebenfalls von Metex Corporation
vertrieben. Ein derartiges Material kann aus feinem Draht gebildet
werden, der zu einer Röhrenform
verstrickt wird, die dann unter Bildung eines Streifens abgeflacht wird
und einen Kräuselwinkel
von 45° mit
der Achse des Streifens erhält.
Zwei derartige Streifen werden zusammengerollt, wobei einer der
Streifen so gedreht wird, dass die Kräuselungen einander überkreuzen,
und die Rolle eine zylindrische Kartusche bildet. Die Kartusche
wird etwas größer gerollt
als der Innendurchmesser (ID) der Säule, in die sie installiert werden
soll. Derartige Kartuschen weisen eine Rückfederung auf, die es ihnen
erlaubt, gut sitzend in die Säule
eingefüllt
zu werden, wobei im Wesentlichen keine Umgehungskanäle freigelassen
werden. Bei dieser Ausführungsform
enthalten die verschiedenen Generatorabschnitte, in denen eine strukturierte
Packung verwendet wird, keine herkömmlichen inneren Generatorsäulenkomponenten
wie Bleche. Jedoch können
eine oder mehrere der Abschnitte der Säule ein mittiges Abzugrohr
und/oder neben der Generatorhüllenwand
eine Wärmeübertragungsrohrschlange
enthalten. So ist beispielsweise in einem zylindrischen Hüllenabschnitt,
der ein konzentrisches Abzugsrohr aufweist, das sich der Abschnittslänge entlang
erstreckt, ein ringförmiger
Raum zwischen den Wänden
der Hülle
und des Rohrs mit der strukturellen Packung, wie in
1 gezeigt,
gefüllt.
Die strukturierte Packung kann aus irgendeinem Material, das gegen
die Wasser-Ammoniaklösung
bei in dem Generator anzutreffenden Temperaturen inert ist, hergestellt
werden. Typische Arbeitstemperaturen liegen über etwa 93,3°C (200°F) bis zu
etwa 202,4°C (400°F) oder höher, obwohl
die Rücklaufverflüssigertemperaturen
etwa 93,3°C
(200°F)
oder weniger betragen. Ein derartiges Material ist benetzbar oder kann
durch die Lösung
benetzbar gemacht werden. Metalle, die zur Herstellung der strukturierten
Packung nützlich
sind, umfassen Stahl, Edelstahl, Nickel und verschiedene Stahllegierungen,
einschließlich
Markenlegierungen wie Inconel
®, Monel
®, Carpenter20
®,
Hastelloy
® und
Nickel, Titan, Aluminium, Tantal, Zirconium und silberplattierter
Kupfer. Eine bevorzugte strukturierte Packung umfasst Edelstahl,
insbesondere Edelstahl, der eine AISI-Qualität 304, 304L, 316 aufweist oder
eine martensitische Legierung der Serie 400. Bevorzugte Metallfilamente, die
in einer strukturierten Packung verwendet werden, weisen einen Nenndurchmesser
zwischen etwa 0,051 mm (0,002 Zoll) und 0,203 mm (0,008 Zoll) auf. Nichtmetallische
Materialien, die nützlich
sein können,
umfassen Polypropylen, Teflonarten (TFE), Tefezelarten (ETFE), Halcar
(ECTFE), Kynararten (PVDF), Polyester, Polyethylen und dergleichen.
Mit Ammoniak verträglicher
Kunststoff wie beispielsweise Polypropylen ist in den Abschnitten
niederer Temperatur, wie beispielsweise dem Rücklaufverflüssiger, für eine erfindungsgemäße Packung
nützlich.
-
Die
in einem oder mehreren Abschnitten verwendete strukturierte Packung
wird effizienter, wenn Flüssigkeit
und Dampf gleichmäßig über die
Verpackung verteilt sind. Obwohl die strukturierte Packung sehr
effizient ist, Flüssigkeit
schnell zu verteilen, ist es wichtig, Flüssigkeitsverteiler zu verwenden,
um die Menge an schlechter Verteilung an den Einspeisestellen zu
reduzieren und die Notwendigkeit einer zusätzlichen Packungshöhe zum Erreichen
der erforderlichen Verteilung zu minimieren. Verteiler können auf
wirksame Weise an den Einspeisestellen sowie dort verwendet werden,
wo die Hülle
der Säule
in verschiedene Abschnitte geteilt ist. Derartige Verteiler können in
Form von Sprühvorrichtungen,
Sprühdüsen, Düsen usw.
vorliegen, die innerhalb der Säule positioniert
sind, um eine derartige gleichförmige
Verteilung zu erreichen.
-
Die
strukturierte Packung, die in einem oder mehreren Abschnitten des
Generators verwendet wird, wird für verschiedene Flüssigkeits-
oder Dampfbeladungen oder zur Kostenwirksamkeit optimiert. Derartige
Optimierungen werden durch Ändern
der Maschengröße und Filamentgrößen des
Materials, aus dem die Packung hergestellt ist, erreicht. Typischerweise
führen
diese Änderungen
zu einer Packung mit verschiedenen Dichten (Gewicht pro Oberflächenvolumen
der Packung) wobei Dichten im Bereich von 400,46 bis 649,74 kg/m3 (25 bis 40 Pfund/Kubikfuß) und noch
bevorzugter zwischen etwa 480,55 und 560,65 kg/m3 (30
bis etwa 35 Pfund/Kubikfuß)
die höchste
Effizienz aufweisen. Ein anderer Vorteil der strukturierten Packung
im Vergleich mit anderen Destillationsmassenübertragungsvorrichtungen ist
die relativ hohe Flüssigkeits- und
Dampfbeladung, die möglich
ist, was sich als kleinere Generatorhüllendurchmesser für eine vorgegebene
Kapazität
ausdrückt.
Kleinere Durchmesser bedeutet geringere Kosten und eine effizientere Übertragung
von Wärme
zur oder von der Hülle,
wodurch die Notwendigkeit kostspieliger interner Wärmeaustauschstrukturen
eliminiert wird. Die Packung wird in einen oder mehrere der Generatorabschnitte mit
einem Innenquerschnittsbereich von weniger als etwa 2,84 cm2/kg/h (0,2 Quadratzoll/Pfund/h) Ammoniakkühlkonstruktionskapazität des Generators
installiert. Noch bevorzugter beträgt der innere Querschnittsbereich
der Packung in einem oder mehreren Abschnitten 2,13 cm2/kg/h
(0,15 Quadratzoll/Pfund/h) Ammoniakkühlmittel oder weniger. In einigen
Fällen
ist es möglich,
mit nur 0,71 cm2/kg/h (0,05 Quadratzoll/Pfund/h)
zu arbeiten, was zu einem stark reduzierten Generatorsäulendurchmesser führt. Außerdem kann
eine effiziente Trennung in einer Generatorsäule von relativ geringem Durchmesser
im Vergleich mit den gegenwärtigen
kommerziellen Absorptionsgeneratoren durchgeführt werden. Beispielsweise
kann bei Anwendung einer strukturierten Packung wie oben beschrieben
in einem oder mehreren Abschnitten eines Generators von 17,647 W
(60.000 Btuh), kann der GAX-Wasser-Ammoniak-Absorptionszyklus nomineller
Kühlkapazität nur 6,98
cm (2,75 Zoll) betragen, im Vergleich mit einer Generatorsäule eines
Durchmessers von 15,24 cm (6 Zoll), die einen häufig verwendeten Komponentenwärmeaustauscher
vom Plattentyp aufweist. Eine handelsübliche Vorrichtung für eine 3
RT-Kühlung
in einem häufig
verwendeten Generator eines Innendurchmessers von 15,24 (6 Zoll)
erfordert etwa 32,66 kg/h (72 Pfund/h) Kühlmittel, was etwa 5,55 cm2/kg/h (0,39 Quadratzoll/Pfund/h) Kühlmittel
entspricht. Im Gegensatz dazu arbeitet eine Säule, die mit der erfindungsgemäßen strukturierten
Packung installiert ist, mit einem normalisierten Querschnittsbereich
von nur 0,71 cm2/kg/h (0,05 Quadratzoll/Pfund/h)
Kühlmittelbildung.
-
Die
folgenden sind Beispiele von Generatoren mit einer strukturierten
Packung in einem oder mehreren der Abschnitte, wie hier beschrieben:
Ein Generator mit einer Auslegungskapazität unter Bemessungsbedingungen
einer Umgebungstemperatur von 35°C
(95°F) für das Kühlen von
45,36 bis 68,04 kg/h (100 bis 150 Pfund/h) Ammoniakkühlmittel,
wobei mindestens einer der Abschnitte einen Innendurchmesser von
weniger als etwa 15,24 cm (6 Zoll), bevorzugt etwa 11,43 cm (4,5
Zoll) oder weniger und noch bevorzugter etwa 8,89 cm (3,5 Zoll)
oder weniger aufweist, ein Generator mit einer Auslegungskapazität unter
Bemessungsbedingungen einer Umgebungstemperatur von 35°C (95°F) für das Kühlen von 22,68
bis 45,36 kg/h (50 bis 100 Pfund/h) Ammoniakkühlmittel, wobei mindestens
einer der Abschnitte einen Innendurchmesser von weniger als etwa
15,24 cm (6 Zoll), bevorzugt etwa 10,16 cm (4 Zoll) oder weniger
und noch bevorzugter etwa 7,62 cm (3 Zoll) oder weniger aufweist,
ein Generator mit einer Auslegungskapazität unter Bemessungsbedingungen
einer Umgebungstemperatur von 35°C
(95°F) für das Kühlen von
56,7 bis 113,4 kg/h (125 bis 250 Pfund/h) Ammoniakkühlmittel,
wobei mindestens einer der Abschnitte einen Innendurchmesser von
weniger als etwa 15,24 cm (6 Zoll) aufweist, ein Generator mit einer
Auslegungskapazität
unter Bemessungsbedingungen einer Umgebungstemperatur von 35°C (95°F) für das Kühlen von
2,5 bis 3,5 Kühltonnen,
wobei mindestens einer der Abschnitte einen Innendurchmesser von
weniger als etwa 15,24 cm (6 Zoll), bevorzugt etwa 10,16 cm (4 Zoll)
oder weniger und noch bevorzugter etwa 7,62 cm (3 Zoll) oder weniger aufweist,
ein Generator mit einer Auslegungskapazität unter Bemessungsbedingungen
einer Umgebungstemperatur von 35°C
(95°F) für das Kühlen von 3,5
bis 4,5 Kühltonnen,
wobei mindestens einer der Abschnitte einen Innendurchmesser von
weniger als etwa 15,24 cm (6 Zoll), bevorzugt etwa 10,16 cm (4 Zoll)
oder weniger und noch bevorzugter etwa 7,62 cm (3 Zoll) oder weniger
aufweist, ein Generator mit einer Auslegungskapazität unter
Bemessungsbedingungen einer Umgebungstemperatur von 35°C (95°F) für das Kühlen von
4,5 bis 5,5 Kühltonnen,
wobei mindestens einer der Abschnitte einen Innendurchmesser von
weniger als etwa 15,24 cm (6 Zoll), bevorzugt etwa 11,43 cm (4,5
Zoll) oder weniger aufweist, ein Generator mit einer Auslegungskapazität unter
Bemessungsbedingungen einer Umgebungstemperatur von 35°C (95°F) für das Kühlen von
6 bis 8 Kühltonnen,
wobei mindestens einer der Abschnitte einen Innendurchmesser von
weniger als etwa 15,24 cm (6 Zoll) aufweist.
-
Es
gibt eine Reihe von Möglichkeiten,
die in dem Generator angewendet werden können, um die Wärmeeingabe
und Wärmewiedergewinnung
zu erleichtern. Beispielsweise kann die Röhre zum Fördern schwacher Flüssigkeit
um die Außenseite
der Säule
herum gewickelt werden, in welchem Falle die Röhre zum Erreichen eines guten
Wärmekontakts mit
der Hülle
installiert werden sollte. Hartlöten
oder Löten
der Röhre
an die Hülle
sind typische Möglichkeiten
zum Erhalten eines derartigen erhöhten Wärmekontakts. Die Wärmeübertragungsrohrschlange kann
auch innerhalb der Generatorhülle
positioniert werden, wobei die Rohrschlange gegen die Hüllenwand
positioniert ist und die strukturierte Packung gut sitzend in die
Rohrschlange passt. Bei direktem Kontakt der Lösung im Generator mit der Wärmeübertragungsrohrschlange
ist ein guter Wärmekontakt
mit der Packung nicht kritisch und ein guter Wärmekontakt mit der Hülle nicht
erwünscht.
Ein Fluidflussdurchgang für
das Wärmeübertragungsfluid
kann durch konzentrische Hüllen
gebildet werden, die durch Spiralenrippen getrennt sind, die an
einer der Hüllenwände befestigt
sein können.
Wärmeübertragungsdurchgänge können auch
durch Anwendung von Spiralenrippen mit einer Fluidgrenze zwischen der
schwachen Flüssigkeit
und der Lösung
im Generator bereitgestellt werden.
-
Verschiedene
andere Konfigurationen innerhalb der Generatorsäulenabschnitte können verwendet
werden, wie beispielsweise das Hindurchführen von Rauchgas durch die
Mitte des Erhitzers für
den effektiven Wärmeeingang.
Es kann auch vorteilhaft sein, zusätzliche Wärme vom Rauchgas in die LHD- und
GAX-Abschnitte des Generators, beispielsweise durch Hindurchführen des
Rauchgaskanals durch die Mitte dieser Abschnitte, die sonst mit
der strukturierten Packung gefüllt
sind, zu führen.
Die Generatorsäule
kann auch mit dem Rauchgaskanals zur Wärmerückgewinnung als Alternative
zum Hindurchführen
des Gases durch die Mitte der Säule
ummantelt werden.
-
2 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
einer Generatorsäule 30,
in der der Erhitzer durch einen Verdampfer 35 für das Eingeben von
Direktwärme
aus einer geeigneten Quelle ersetzt ist. Hitze aus dem Verdampfer
wird durch das Leitsystem 31 in den LHD-Abschnitt 34 durch
eine Wärmeübertragungsröhre 29 geführt. Die
Säule umfasst einen
GAX-Desorberabschnitt 36, der sich zwischen den Niveaus
B und C erstreckt, wobei das Niveau C eine bevorzugte Position für das Eingeben
der starken Einphasenflüssigkeit
vom Absorber ist. Die Wärmeübertragungsrohrschlange 37 wird
im GAX-Desorberabschnitt 36 installiert. Diese Säule umfasst
des Weiteren einen Rücklaufverflüssigerabschnitt 38 mit
der Röhre 33 zum
Führen
des Kühlmitteldampfes
zu einem Kondensator. Obwohl alle Abschnitte der Generatorsäule mit
einer strukturierten Packung 11 gezeigt sind, wird wiederum
bei vielen Anwendungen eine Packung nicht in allen Abschnitten verwendet.
Eine einzige Einspeisung 22 ist in diesem Beispiel gezeigt.
-
3 veranschaulicht
eine andere Ausführungsform
einer Generatorsäule 40,
die einen Erhitzerabschnitt 42 umfasst, durch den Rauchgas
von einem Brenner 15 geführt wird. Hitze aus dem Erhitzerabschnitt
wird durch die Röhre 20 in
den LHD-Abschnitt 44 geführt, der sich zwischen den
Niveaus A und B erstreckt. Die Hitze wird in dem LHD-Abschnitt durch
die Wärmeübertragungsspule 25 verteilt.
Der adiabatische Desorberabschnitt 46 erstreckt sich zwischen
den Niveaus B und C. Die LHD- und adiabatischen Desorberabschnitte
sind im Wesentlichen mit strukturierter Packung 11 gefüllt. Die Röhre 41 leitet
Dampf vom adiabatischen Desorberabschnitt zum Rücklaufverflüssigerabschnitt 48,
wobei Kondensat zum adiabatischen Desorber durch die Röhre 43 zurückgeleitet
wird. Das Leitungsrohr 33 führt Kühlmitteldampf zu einem Kondensator.
Man wird in der veranschaulichten Ausführungsform bemerken, dass kein
GAX-Wärmeübertragungsabschnitt
vorhanden ist und der adiabatische Abschnitt der Säule einen kleineren
Durchmesser aufweist als der Erhitzer- und der LHD-Abschnitt. Die
strukturierte Packung 11 wird nur im LHD-Abschnitt 44 und
im adiabatischen Desorberabschnitt 46 verwendet. Ein Partialkondensator 51 ist
in dem Rücklaufverflüssiger 48 verwendet und
der Rücklaufverflüssiger ist
in einer vom Rest des Generators getrennten Hülle untergebracht. 1 zeigt
einen Erhitzer, der mit einem adiabatischen Abschnitt kombiniert
ist, während
in 2 ein Verdampfer mit einem GAX-Abschnitt kombiniert
ist. Diese Kombinationen dienen ausschließlich Veranschaulichungs- und
Definitionszwecken. Es ist auch möglich, einen Erhitzer mit einem
GAX-Abschnitt zu kombinieren und einen Verdampfer mit einer Säule zu kombinieren,
die einen adiabatischen Abschnitt aufweist.
-
Obwohl
Wasser-Ammoniaklösungen
eine sehr geringe Neigung aufweisen, Schaum zu bilden oder zu schäumen, enthalten
Wasser-Ammoniakabsorptionszusammensetzungen im Allgemeinen Korrosionsinhibitoren
wie Natriumchromat und Natriumhydroxid, die dazu neigen, die Zusammensetzungen zum
Schäumen
zu bringen. Weil die strukturierte Packung gegen Überfluten
in Gegenwart von Schaum empfindlich ist, ist es vorteilhaft und
vorzuziehen, mechanische oder chemische Mittel zum Regulieren der Schaumbildung
oder des Aufschäumens,
insbesondere bei einigen Niveaus an Flüssigkeits- oder Dampfbeladung,
zu verwenden. Das Aufschäumen erfolgt
meis tens im Erhitzerabschnitt der Säule. So wird es vorgezogen,
mechanische Schaumbrecher zwischen dem Erhitzer und den LHD-Abschnitten
zu benutzen. Ein loser Maschendraht ist ein Beispiel eines nützlichen
mechanischen Schaumbrechers. Ein anderer nützlicher mechanischer Schaumbrecher
ist einfach ein Hohlvolumen zwischen den Abschnitten, das den Schaum
daran hindert oder die Möglichkeit reduziert,
dass er aus dem Boiler in den LHD eintritt. Chemikalien können auch
zur Schaumregulierung verwendet werden und umfassen das Reduzieren des
Hydroxidgehalts unter das normale Niveau von 0,15 % Natriumhydroxid
oder 250 ppm oder weniger. Alternative Inhibitoren umfassen Markenprodukte wie
Advaguard 1000® oder
Inhibitoren, die die Verwendung von Natriumchromat und/oder Natriumhydroxid
vermeiden. Weitere chemische Möglichkeiten zum
Reduzieren von Schaumbildung oder Aufschäumen umfassen die Verwendung
von antimonhaltigen Korrosionsinhibitoren.
-
Die
Vorteile der Verwendung einer strukturierten Packung in einer Generatorsäule umfassen die
Verwendung kurzer Säulen,
insbesondere Säulen von
geringem Durchmesser. Bei einem derartigen Generator sind auch die
Kosten im Vergleich mit komplizierten Destillationsplatten mit daran
angebrachten Wärmeübertragungsröhren und
andere zur Zeit verwendete Generatorkonstruktionen wesentlich reduziert.
Zyklen höherer
Effizienz werden durch die erforderliche Trennung mit weniger Rückfluss
erreicht. Außerdem
führen
Generatoren von geringem Durchmesser zu leichteren Systemen, einem
geringeren Lösungsaufwand,
kleineren Packungen und schnellerem Anlassen. Diese sowie andere
Vorteile der Erfindung werden den mit dem Stand der Technik vertrauten
Fachleuten offensichtlich sein.