EP0133271B1 - Austreiber für eine Sorptionswärmepumpe - Google Patents
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- EP0133271B1 EP0133271B1 EP84108706A EP84108706A EP0133271B1 EP 0133271 B1 EP0133271 B1 EP 0133271B1 EP 84108706 A EP84108706 A EP 84108706A EP 84108706 A EP84108706 A EP 84108706A EP 0133271 B1 EP0133271 B1 EP 0133271B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B33/00—Boilers; Analysers; Rectifiers
Definitions
- the present invention relates to an expeller for a sorption heat pump according to the preamble of the independent claim.
- an absorption refrigeration system which describes an expeller heated by a burner with a solvent heat exchanger.
- the expeller is designed as a vessel that extends into a combustion chamber and is heated by an annular gas burner. Heat exchange elements are located on the outer circumference of the expeller.
- an absorption heat pump system has become known from DE-A-2 913 066, which has an expeller with an exhaust gas heat exchanger, which is arranged in an exhaust duct at a higher level, but independently of the expulsion vessel.
- the present invention is based on this prior art, the task of improving the thermal efficiency of an expeller of a heat pump to integrate a solvent heat exchanger in the expeller and optimize it in terms of operation, and also to integrate an exhaust gas heat exchanger into this expeller in such a way that it is connected to a Place is provided in which the flow cross section for the exhaust gas is constricted.
- the invention consists in the characterizing features of the independent claim.
- the expeller 1 has an insulating housing 2 which encloses a hollow cylinder.
- the actual container 3 which is filled with a mixture of refrigerant (ammonia) and solvent (water), is suspended within the housing at a distance from its inner wall.
- the housing 2 is surrounded by a cover 4 at a distance 5, so that a gap space is used to guide the air. Air can flow in through openings 6 on the top of the cover 4 and sweep along the outer jacket of the cover 4 in the gap space formed by the distance 5 and absorb heat from there.
- the air enters the interior 8 of the housing 2 through an air passage opening 7 arranged at the bottom of the cover 4.
- the container 3 has a substantially cylindrical shape, at its lower end 9 it is provided with a hemispherical rounded portion 10.
- This hemispherical rounding forms the deepest part of the expeller, underneath is a hollow cylindrical gas burner 11, which is supplied with gas via a fuel feed line 12.
- a conical guide body 14 is arranged between the top 13 of the burner 11 and the hemispherical rounding 10.
- a heat exchange zone extends above the hemispherical rounded portion 10 between the flue gases of the burner and the interior 17 of the container 3.
- This heat exchange zone consists of ribs which are applied to the outer jacket of the container .
- the ribs are part of a sheet metal strip which is bent and, with its inside diameter in the manner of a screw, is in contact with the outer jacket of the container 3 while maintaining distances at height level. Since the band is provided with slots 18 in the area of its outer diameter bearing against the inner jacket 15 of the housing 2, twisted ribs 19 are formed, which are inclined in a range of 20 to 30 ° relative to the longitudinal axis of the container. Experiments have shown that the angle should be selected in the range from 10 to 40 °, 30 ° being the optimum.
- the slots 18 and the ribs 19 can be seen clearly from FIG. 2, likewise the application of the outer diameter 20 of the sheet metal strip 21 to the inner casing 16 of the housing 2 and the application of the inner diameter 22 of the sheet metal strip to the outer casing of the container 3.
- the height 23 of the entire rib zone relates to the outer diameter 20 as 1.1 to 1.5.
- a truncated cone part 24 protruding into the interior 8 of the housing 2 is arranged on the upper side of the rib zone, which starts from the inner jacket 15 of the housing 2 and extends narrowing upwards. It constricts the annular space between the outer jacket of the container 3 and the inner jacket of the housing 2 by two-thirds.
- an exhaust gas heat exchanger 26 is arranged in the annular space 25, which is connected to a return line 27 for rich solution and whose supply line 28 leads to the interior 17 of the container 3.
- an exhaust nozzle provided with a blower 30 31 connected, which is connected to a chimney, not shown.
- the blower is driven by a motor 32. It is possible to regulate the engine speed in such a way that the fan output is adapted to the gas flow rate to the burner as a function of a heating curve in order to achieve a ratio control between air and fuel.
- the interior 17 of the container 3 has the expeller to be described, together with the rectifier: the rich solution coming from the temperature changer connected to the line 28 is introduced into the interior 3 via a drill socket 33, and that at the highest level.
- the rich solution flows over a large number of column trays, the uppermost one is designated by 34 and the lowermost 35 is arranged approximately at the level of the upper end 29 of the cover 4 or of the housing 2.
- the overflow pipes 36 accordingly bring the rich solution to the deepest floor and from there via a central overflow pipe 36 to a solvent heat exchanger 37.
- the solvent heat exchanger 37 consists of two concentric tubes 37 and 38, the tube 38 being identical to the outlet line for poor solution 39 leading to the temperature changer.
- the wall of the inner tube 38 which is filled with hot, poor solution, preheats the rich solution instead, which flows down in the annular space between the tubes 38 and 37.
- the lower part of the solvent heat exchanger 37 forms a coil 40 to which the line 38 is wound.
- This coil is surrounded by an extension 41 of the tube 37.
- the extension has an exit point 42 for the rich solution, this exit point lies in the region of the hemispherical rounding 10.
- This annular space 43 is provided with ribs which are on the Inner shell of the container 3 are arranged.
- the ribs consist of a corrugated strip or of individual angular parts 44, which are clearly visible from the figure two.
- the shape of the ribs results in the interior 45 and the exterior rib 46, both of which are filled with tube sections 47.
- the pipe sections serve for better heat transfer of the heat present on the jacket of the container 3 to its interior.
- the height of the zone of the inner ribs corresponds to zone 23 of the outer jacket.
- the refrigerant-solvent mixture is in the interior 17 of the container 3 up to a level 48.
- An insulating barrier layer 49 is arranged above this level.
- the resulting poor solution is withdrawn from a solution drain pipe 50 that ends below level 48.
- the solvent drain pipe is connected to coil 40.
- the flue gas aftercooler consists of a finned tube which is wound helically around the container 3 and passes through the annular space between the vessel 3 and the housing 2.
- This exhaust gas heat exchanger is located above the heat exchange zone 23 of the expeller.
- the solvent discharge pipe ends at a level which is below the - fluctuating level 48 even under unfavorable operating conditions.
- the end of the solvent discharge tube is preferably arranged at approximately two thirds of the height of the heat exchange zone 23. It is possible to set this height between half and three quarters.
- the solvent heat exchanger 37 consisting of the concentric tubes 36 and 38, in the upper area only from the two concentric tubes, in the lower area, that is, in the ribbing zone of the expeller, on the other hand from the expansion with the inner tube 38 wound inside to form a tube coil 40.
- the pipe coil emerges from the side wall of the extension 41 on the underside approximately in the region of the outlet opening 42 and is directed upwards to a suction pipe 50. It is provided here that the beginning of the suction pipe, which is connected to the interior 17, is placed in such a way that it will certainly also be below the lowest expected level of the liquid level 48.
- the end of the suction pipe is preferably above the upper end 51 of the extension, but below the upper end of the ribbing zone 23.
- the suction pipe near the junction with the extension 41 is provided with small bores 52, so that not only refrigerant vapor but also solution is removed from the interior 17 through the small bore 52 even in the case of a very low level 48 can be.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Austreiber für eine Sorptionswärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
- Ein solcher Austreiber ist bekanntgeworden aus der DE-A-3 143 668.
- Aus der US-A-3 407 625 ist eine Absorptionskälteanlage bekanntgeworden, die einen von einem Brenner beheizten Austreiber mit einem Lösungsmittel-Wärmetauscher beschreibt. Der Austreiber ist hierbei als Gefäß ausgebildet, das in eine Brennkammer reicht und von einem ringförmigen Gasbrenner beheizt wird. Am Außenumfang des Austreibers befinden sich Wärmetauschelemente.
- Schließlich ist aus der DE-A-2 913 066 eine Absorptionswärmepumpen-Anlage bekanntgeworden, die einen Austreiber mit einem Abgaswärmetauscher aufweist, der in einem Abgaskanal auf einem höheren Niveau, aber unabhängig vom Austreibergefäß, angeordnet ist.
- Der vorliegenden Erfindung liegt gegenüber diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, unter Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades eines Austreibers einer Wärmepumpe einen Lösungsmittel-Wärmetauscher in den Austreiber zu integrieren und betriebsmäßig zu optimieren und weiterhin einen Abgaswärmetauscher derart in diesen Austreiber zu integrieren, daß er an einer Stelle vorgesehen ist, in der der Strömungsquerschnitt für das Abgas eingeschnürt ist.
- Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
- Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der diesem Anspruch nachgeordneten abhängigen Ansprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 3 der Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Figur 1 einen Querschnitt durch einen in der senkrechten geschnittenen Austreiber,
- Figur 2 einen weiteren Querschnitt in einer waagerechten Schnittebene im vergrößerten Maßstab und
- Figur 3 vergrößertes Detail.
- In den drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
- Der Austreiber 1 weist ein Isoliergehäuse 2 auf, das einen Hohlzylinder umschließt. Innerhalb des Gehäuses ist im Abstand von dessen Innenwandung der eigentliche Behälter 3 aufgehängt, der mit einem Gemisch aus Kältemittel (Ammoniak) und Lösungsmittel (Wasser) gefüllt ist. Das Gehäuse 2 ist von einer Abdeckung 4 in einem Abstand 5 umgeben, so daß ein der Luftführung dienender Spaltraum entsteht. Durch Öffnungen 6 an der Oberseite der Abdeckung 4 kann Luft einströmen und in dem durch den Abstand 5 gebildeten Spaltraum am Außenmantel der Abdeckung 4 entlangstreichen und von dort Wärme aufnehmen. Durch eine am Boden der Abdeckung 4 angeordnete Luftdurchtrittsöffnung 7 tritt die Luft in den Innenraum 8 des Gehäuses 2 ein. Der Behälter 3 weist im wesentlichen Zylinderform auf, an seinem unteren Ende 9 ist er mit einer halbkugeligen Abrundung 10 versehen.
- Diese halbkugelige Abrundung bildet den tiefsten Teil des Austreibers, darunter ist ein hohlzylindrischer Gasbrenner 11 angeordnet, der über eine Brennstoffzuleitung 12 mit Gas gespeist ist. Zwischen der Oberseite 13 des Brenners 11 und der halbkugeligen Abrundung 10 ist ein kegelförmiger Leitkörper 14 angeordnet.
- Zwischen dem Innenmantel 15 des Gehäuses 2 und dem Außenmantel 16 des Behälters 3 erstreckt sich oberhalb der halbkugeligen Abrundung 10 eine Wärmetauschzone zwischen den Rauchgasen des Brenners und dem Innenraum 17 des Behälters 3. Diese Wärmetauschzone besteht aus Rippen, die auf den Außenmantel des Behälters aufgebracht sind. Die Rippen sind Teil eines Blechbandes, das gebogen ist und sich mit seinem Innendurchmesser nach Art einer Schraube unter Wahrung von Abständen im Höhenniveau jeweils an den Außenmantel des Behälters 3 anlegt. Da das Band im Bereich seines sich an den Innenmantel 15 des Gehäuses 2 anlegenden Außendurchmessers mit Schlitzen 18 versehen ist, bilden sich verwundene Rippen 19, die in einem Bereich von 20 bis 30° gegen die Behälterlängsachse schräg gestellt sind. Durch Versuche hat sich herausgestellt, daß der Winkel im Bereich von 10 bis 40° gewählt werden sollte, wobei 30° das Optimum darstellt.
- Aus der Figur 2 sind die Schlitze 18 und die Rippen 19 gut zu sehen, gleichermaßen das Anlegen des Außendurchmessers 20 des Blechbandes 21 an den Innenmantel 16 des Gehäuses 2 und das Anlegen des Innendurchmessers 22 des Blechbandes an den Außenmantel des Behälters 3.
- Die Höhe 23 der gesamten Rippenzone verhält sich zum Außendurchmesser 20 wie 1,1 bis 1,5. An der Oberseite der Rippenzone ist ein in den Innenraum 8 des Gehäuses 2 hereinragender Kegelstumpfteil 24 angeordnet, der vom Innenmantel 15 des Gehäuses 2 ausgeht und sich nach oben hin enger werdend erstreckt. Er schnürt den Ringraum zwischen dem Außenmantel des Behälters 3 und dem Innenmantel des Gehäuses 2 um zweidrittel ein. Oberhalb dieser Rippenzone ist im Ringraum 25 ein Abgaswärmetauscher 26 angeordnet, der an eine Rücklaufleitung 27 für reiche Lösung angeschlossen ist und dessen Vorlaufleitung 28 zum Innenraum 17 des Behälters 3 führt.
- Am obersten Ende 29 des Ringraums 25 ist ein mit einem Gebläse 30 versehener Abgasstutzen 31 angeschlossen, der mit einem nicht dargestellten Schornstein verbunden ist. Das Geblase ist von einem Motor 32 angetrieben. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Motordrehzahl so zu regeln, daß die Gebläseförderleistung in Abhängigkeit von einer Heizkurve an den Gasdurchsatz zum Brenner angepaßt ist, um eine Verhältnisregelung zwischen Luft und Brennstoff zu erzielen.
- Der Innenraum 17 des Behälters 3 weist den nun noch zu beschreibenden Austreiber zusammen mit dem Rektifikator auf: Die reiche, aus dem mit der Leitung 28 verbundenen Temperaturwechsler kommende Lösung wird über einen Bohrstutzen 33 in den Innenraum 3, und zwar auf dem höchsten Niveau eingeleitet. Die reiche Lösung fließt über eine Vielzahl von Kolonnenböden, deren oberster mit 34 bezeichnet ist und deren unterster 35 etwa auf dem Niveau des oberen Endes 29 der Abdeckung 4 beziehungsweise des Gehäuses 2 angeordnet ist. Durch Uberlaufrohre 36 gelangt die reiche Lösung demgemäß auf den tiefsten Boden und wird von dort über ein zentrales Oberlaufrohr 36 zu einem Lösungsmittel-Wärmetauscher 37 geführt. Der Lösungsmittel-Wärmetauscher 37 besteht aus zwei konzentrischen Rohren 37 und 38, wobei das Rohr 38 identisch ist mit der zum Temperaturwechsler führenden Austrittsleitung für arme Lösung 39. Durch die Wandung des Innenrohres 38, das mit heißer armer Lösung gefüllt ist, findet eine Vorwärmung der reichen Lösung statt, die im Ringraum zwischen den Rohren 38 und 37 herunterfließt. Den unteren Teil des Lösungsmittel-Wärmetauschers 37 bildet eine Rohrschlange 40, zu der die Leitung 38 aufgewickelt ist. Diese Rohrschlange ist von einer Erweiterung 41 des Rohres 37 umgeben. Die Erweiterung weist eine Austrittsstelle 42 für die reiche Lösung auf, diese Austrittsstelle liegt im Bereich der halbkugeligen Abrundung 10. Somit entsteht ein Ringraum 43 zwischen dem Außenmantel der Erweiterung 41 und dem Innenmantel des Behälters 3. Dieser Ringraum 43 ist mit Rippen versehen, die am Innenmantel des Behälters 3 angeordnetsind. Die Rippen bestehen aus einem Wellband oder aus einzelnen Winkelteilen 44, die aus der Figur zwei gut ersichtlich sind. Wesentlich ist, daß sich durch die Formgestaltung Rippeninnenräume 45 und Rippenaußenräume 46 ergeben, die beide mit Rohrabschnitten 47 gefüllt sind. Die Rohrabschnitte dienen zur besseren Wärmeübertragung der am Mantel des Behälters 3 anstehenden Wärme auf seinen Innenraum. Die Höhenlage der Zone der Innenrippen entspricht der Zone 23 des Außenmantels. Das Kältemittel-Lösungsmittelgemisch steht im Innenraum 17 des Behälters 3 bis zu einem Niveau 48. Oberhalb dieses Niveaus ist eine isolierende Sperrschicht 49 angeordnet. Die entstehende arme Lösung wird von einem Lösungsabzugsrohr 50 abgezogen, das unterhalb des Niveaus 48 endet. Das Lösungsmittel-Abzugsrohr ist mit Rohrschlange 40 verbunden.
- Wesentlich ist noch, daß der Rauchgasnachkühler aus einem Rippenrohr besteht, das schraubenförmig um den Behälter 3 gewickelt ist und den Ringraum zwischen dem Gefäß 3 und dem Gehäuse 2 durchsetzt. Dieser Abgaswärmetauscher liegt oberhalb der Wärmetauschzone 23 des Austreibers.
- Weiterhin ist wesentlich, daß das Lösungsmittel-Abzugsrohr auf einem Höhenniveau endet, das auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen unterhalb des - schwankenden Niveaus 48 liegt. Bevorzugt ist das Ende des Lösungsmittel-Abzugsrohrs auf etwa zweidrittel der Höhe der Wärmetauschzone 23 angeordnet. Hierbei ist es möglich, diese Höhe zwischen der Hälfte und dreiviertel einzustellen.
- Aus der Figur 1 ist gut ersichtlich, daß der Lösungsmittel-Wärmetauscher 37, bestehend aus den konzentrischen Rohren 36 und 38, sich im oberen Bereich nur aus den beiden konzentrischen Rohren, im unteren Bereich, also in der Verrippungszone des Austreibers, hingegen aus der Erweiterung mit dem innenliegenden zu einer Rohrwendel 40 aufgewickelten Innenrohr 38 besteht. Die Rohrschlange tritt an der Unterseite etwa im Bereich der Austrittsöffnung 42 aus der Seitenwandung der Erweiterung 41 aus und wird zu einem Saugrohr 50 nach oben gelenkt. Hierbei ist vorgesehen, daß der Anfang des Saugrohres, der mit dem Innenraum 17 in Verbindung steht, so gelegt ist, daß er mit Sicherheit auch unter dem tiefsten zu erwartenden Höhenstand des Flüssigkeitsniveaus 48 zu liegen kommt. Bevorzugt liegt das Ende des Saugrohres oberhalb des oberen Endes 51 der Erweiterung, aber unterhalb des oberen Endes der Verrippungszone 23.
- Wie insbesondere Figur 3 gut zeigt, ist das Saugrohr nahe der Einmündungsstelle in die Erweiterung 41 mit kleinen Bohrungen 52 versehen, so daß auch im Falle eines sehr tiefliegenden Niveaustandes 48 nicht nur Kältemitteldampf, sondern auch noch Lösung durch die Kleinbohrung 52 aus dem Innenraum 17 abgeführt werden kann.
Claims (11)
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