EP1319910A2 - Verfahren zur Regelung einer Diffusionsabsorptionsanlage - Google Patents
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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
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/04—Arrangement or mounting of control or safety devices for sorption type machines, plants or systems
- F25B49/043—Operating continuously
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
- F25B15/10—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type with inert gas
Definitions
- the invention relates to a method for controlling a diffusion absorption system according to the preamble of patent claim 1.
- Diffusion absorption systems have long been known as small refrigeration systems for use in household refrigerators. With the appropriate design, they can also be used as heat pumps for heating or cooling purposes.
- the refrigerant ammonia (NH 3 ) and water are used as a pair of substances.
- the water as the solvent is the absorbent material, with hydrogen or helium generally being used as the pressure-compensating carrier gas.
- the ammonia-water mixture sets in motion when heat is added due to temperature and concentration differences.
- the heat is supplied in a cooker which, for example according to EP 0 419 606 B1, consists of individual circularly arranged vertical cooker tubes.
- Boiling expels gas bubbles from the NH 3 -rich solution.
- the water content in this gas stream is separated or returned in the rectifier, so that almost only NH 3 vapor flows to the condenser.
- the gas bubble pump must be designed so that it pumps the liquid to a considerable height in order to generate the necessary driving force.
- the high-purity ammonia vapor condenses and releases the heat of condensation to the heating water.
- the liquid ammonia then flows down into the evaporator. In the helium-ammonia atmosphere, the ammonia evaporates while absorbing ambient energy.
- the gas mixture then passes through a gas-gas heat exchanger and flows to the absorber, where the gaseous ammonia is absorbed by the low-NH 3 ammonia-water solution and releases the absorption heat to the heating water before the noise-free process starts again.
- the ground or the ambient air can be considered as a heat source for the process.
- a so-called collector is connected to the evaporator of the heat pump system via a brine circuit, where the heat is extracted from the water-glycol mixture.
- diffusion absorption systems to provide pressure relief and temperature limiting devices or to correspondingly limit a fixed operating point with a safety or limit switch.
- these known measures cannot be used to infer the functionality of individual components or a possible leak.
- the evaporation process for example, can only work properly if pure helium is present. In the event of a leak, the function of the evaporator would decrease significantly and adversely affect the cooling capacity.
- the invention has for its object the operation of a diffusion absorption system to optimize and in particular possible leakages in functionally important circuits recognized early.
- the invention is characterized in that the function of the cooker and / or the evaporator is checked when the gas burner is started and / or during operation. This is done by comparing essential operating values, which are characteristic of the performance of the components, with predetermined target values. If at least one setpoint is not reached, the burner control automatically switches off. Characteristic of the performance or correct functioning of the components is, in particular, the time until a predetermined temperature is reached on the cooker. This is recorded and compared with a specified target value for the period. The burner control locks the diffusion absorption system when the specified temperature has not been reached and / or the specified setpoint for the period has been exceeded.
- the predetermined temperature at the cooker is preferably about 5-30 percent below the boiling point of the refrigerant or solvent and is measured in the upper region of the cooker.
- the pump in the brine circuit is switched on to an external heat source each time it is started.
- the temperature of the brine at the outlet from the evaporator is measured. This is then compared with a value for the temperature of the brine measured after a predetermined period of time.
- the automatic burner locks the diffusion absorption system when the temperature measured after the specified period of time is not lower than the temperature measured in the brine circuit by a specified difference when the pump is started.
- the predetermined time period is preferably up to 15 minutes and can be different for the individual method steps if necessary.
- the predetermined difference between the temperature of the brine at the start and after the predetermined time is set to at least 1 ° C.
- the drawing shows an embodiment of the invention and shows in one Figure an arrangement for controlling a diffusion absorption system.
- the diffusion absorption system essentially consists of a cooker 1, in which an ammonia-water mixture is heated by a gas burner 2, an automatic burner control unit 3 and an evaporator 4, which is connected to an external heat source 6 via a brine circuit 5.
- the time period until a predetermined temperature of the cooker 1 is reached is measured in the upper region via the measuring point 7 each time the gas burner 2 is started, and is compared in the automatic firing device 3 with a predetermined target value for the time period.
- the measuring points 8 and / or 8 'in the brine circuit 5 are used to monitor the temperature of the brine at the outlet from the evaporator 4.
- the temperature is measured and in Automatic burner control 3 compared with a temperature value of the brine measured after a predetermined period of time. If the specified criteria are not met, the burner control 3 locks the diffusion absorption system.
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Abstract
Description
Diffusionsabsorptionsanlagen sind als Kleinkälteanlagen zur Verwendung in Haushaltskühlschränken seit langem bekannt. Sie können mit einer entsprechenden konstruktiven Gestaltung auch als Wärmepumpen zu Heiz- oder Kühlzwecken eingesetzt werden. In diesen Anlagen wird das Kältemittel Ammoniak (NH3) und Wasser als Stoffpaar eingesetzt. Dabei stellt das Wasser als Lösungsmittel den absorbierenden Stoff dar, wobei als druckausgleichendes Trägergas in der Regel Wasserstoff oder Helium verwendet wird. Als Arbeitsmedium im Kreisprozess setzt sich das Ammoniak-Wasser-Gemisch bei Wärmezufuhr durch Temperatur- und Konzentrationsunterschiede in Bewegung.
Die Wärmezufuhr erfolgt in einem Kocher, welcher beispielsweise nach der EP 0 419 606 B1 aus einzelnen kreisförmig angeordneten, vertikalen Kocherrohren besteht. Durch Sieden werden Gasblasen aus der NH3-reichen Lösung ausgetrieben. Der Wasseranteil in diesem Gasstrom wird im Rektifikator abgeschieden bzw. zurückgeführt, so dass fast nur NH3-Dampf zum Kondensator strömt. Dabei muss die Gasblasenpumpe so ausgebildet sein, dass sie die Flüssigkeit auf eine erhebliche Höhe pumpt, um die nötige Antriebskraft zu erzeugen. Der hochreine Ammoniakdampf kondensiert und gibt dabei die Kondensationswärme an das Heizungswasser ab. Anschließend strömt das flüssige Ammoniak nach unten in den Verdampfer. In der Helium-Ammoniak-Atmosphäre verdampft das Ammoniak unter Aufnahme von Umgebungsenergie. Danach gelangt das Gasgemisch durch einen Gas-Gas-Wärmetauscher und strömt zum Absorber, wo das gasförmige Ammoniak von der NH3-armen Ammoniak-Wasser-Lösung absorbiert wird und die Absorptionswärme an das Heizungswasser abgibt, bevor der geräuschfreie Prozess wieder neu beginnt.
Weiterhin ist von Diffusionsabsorptionsanlagen bekannt, Druckentlastungs- und Temperaturbegrenzungseinrichtungen vorzusehen oder einen festen Betriebspunkt mit einer Sicherheits- bzw. Endabschaltung entsprechend einzugrenzen. Aus diesen bekannten Maßnahmen lässt sich jedoch nicht auf die Funktionsfähigkeit von einzelnen Bauteilen oder eine mögliche Leckage schließen.
Nur wenn reines Helium vorhanden ist, kann beispielsweise der Verdampfungsprozess richtig ablaufen. Bei einer Leckage würde die Funktion des Verdampfers stark abnehmen und die Kühlleistung negativ beeinflussen. Außerdem würde sich bei relativ großem Helium-Mangel der Verdampfer und die Sole erwärmen statt abkühlen. Weil die vorbestimmten Sicherheitskriterien im Falle einer Leckage nicht sofort überschritten werden, können diese Mängel bei bekannten Diffusionsabsorptionsanlagen möglicherweise nicht erkannt werden. Ein Betrieb mit einen schlechten Wirkungsgrad, beispielsweise bis zur nächsten Wartung, wäre dann die Folge.
Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass beim Start des Gasbrenners und/oder während des Betriebes die Funktion des Kochers und/oder des Verdampfers überprüft wird. Dies erfolgt durch einen Vergleich von wesentlichen Betriebswerten, welche für die Leistung der Bauteile charakteristisch sind, mit vorgegebenen Sollwerten. Wenn mindestens ein Sollwert nicht erreicht wird, kommt es zu einer Sicherheitsabschaltung durch den Feuerungsautomaten. Für die Leistung bzw. korrekte Funktion der Bauteile charakteristisch ist insbesondere die Zeitdauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur am Kocher. Diese wird erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert für die Zeitdauer verglichen. Die Diffusionsabsorptionsanlage wird vom Feuerungsautomaten verriegelt, wenn die vorgegebene Temperatur nicht erreicht und/oder der vorgegebene Sollwert für die Zeitdauer überschritten wird. Vorzugsweise liegt die vorgegebene Temperatur am Kocher etwa 5-30 Prozent unter dem Siedepunkt das Kälte- bzw. Lösungsmittels und wird im oberen Bereich des Kochers gemessen.
Wenige Minuten nach dem Erreichen der vorgegebenen Temperatur am Kocher wird bei jedem Start die Pumpe im Solekreislauf zu einer externen Wärmequelle eingeschaltet. Beim Start der Pumpe wird die Temperatur der Sole am Austritt aus dem Verdampfer gemessen. Diese wird dann mit einem nach einer vorgegebenen Zeitdauer gemessenen Wert für die Temperatur der Sole verglichen. Dabei verriegelt der Feuerungsautomat die Diffusionsabsorptionsanlage, wenn die nach der vorgegebenen Zeitdauer gemessene Temperatur nicht um einen vorgegebenen Differenzbetrag niedriger als die beim Start der Pumpe gemessene Temperatur im Solekreislauf ist. Vorzugsweise beträgt die vorgegebene Zeitdauer bis zu 15 Minuten und ist kann bei Bedarf für die einzelnen Verfahrensschritte unterschiedlich sein. Der vorgegebene Differenzbetrag zwischen der Temperatur der Sole beim Start und nach der vorgegebenen Zeitdauer ist auf mindestens 1 °C festgelegt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Betrieb einer Diffusionsabsorptionsanlage optimiert, weil mögliche Leckagen in funktionswichtigen Kreisläufen frühzeitig erkannt werden. Ausgenutzt wird der Effekt, dass der Siedepunkt des im Kocher erhitzten Ammoniak-Wasser-Gemisches in der optimalen Konzentration bekannt ist. Im Falle einer Leckage würde sich die Konzentration im System ändern und der Siedepunkt abfallen. Der vorgegebene Temperaturschwellwert, der vorzugsweise 5-30 Prozent unter dem Siedepunkt des Kälte- bzw. Lösungsmittels liegt, kann dann im Kocher nicht erreicht werden. Daher ist mit der vorgeschlagenen Überprüfung des Temperaturanstiegs bei jedem Start des Gasbrenners eine schnelle und einfache Detektion von Leckagen im Ammoniak-Wasser-Kreislauf sichergestellt.
Genauso kann der Verdampfungsprozess nur richtig ablaufen, wenn reines Helium im Kreislauf vorhanden ist. Durch den Vergleich der Temperatur im Solekreislauf am Austritt aus dem Verdampfer erfolgt daher eine sichere Überprüfung der Verdampferleistung und -funktion bzw. schnelle Detektion von Helium-Verlusten.
Über die Messstelle 7 wird die Zeitdauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des Kochers 1 im oberen Bereich bei jedem Start des Gasbrenners 2 erfasst und im Feuerungsautomaten 3 mit einem vorgegebenen Sollwert für die Zeitdauer verglichen. Parallel dazu dienen die Messstellen 8 und/oder 8' im Solekreislauf 5 zur Überwachung der Temperatur der Sole am Austritt aus dem Verdampfer 4. Beim jedem Start der Pumpe im Solekreislauf 5, welcher verzögert zum Start des Gasbrenners erfolgt, wird die Temperatur gemessen und im Feuerungsautomaten 3 mit einem nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer gemessenen Temperaturwert der Sole verglichen. Werden die vorgegebenen Kriterien nicht erfüllt, so verriegelt der Feuerungsautomat 3 die Diffusionsabsorptionsanlage.
Claims (10)
- Verfahren zur Regelung einer Diffusionsabsorptionsanlage, mit Anschluss an einen Heiz- oder Kühlkreislauf, mit einem Kälte- bzw. Lösungsmittelkreislauf, einem Solekreislauf zu einer externen Wärmequelle, einem Kocher mit einem Gasbrenner, einem Absorber, einem Rektifikator, einem Verdampfer, einem Gas-Gas-Wärmetauscher, einem Kondensator sowie einem Feuerungsautomaten,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Start des Gasbrenners (2) und/oder während des Betriebes die Funktion des Kochers (1) und/oder des Verdampfers (4) durch einen Vergleich von wesentlichen, für die Leistung der Bauteile charakteristischen Betriebswerten mit vorgegebenen Sollwerten überprüft wird, und dass eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn mindestens ein Sollwert nicht erreicht wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Start des Gasbrenners (2) die Zeitdauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur am Kocher (1) erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert für die Zeitdauer verglichen wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerungsautomat (3) die Diffusionsabsorptionsanlage verriegelt, wenn die vorgegebene Temperatur am Kocher (1) nicht erreicht und/oder der vorgegebene Sollwert für die Zeitdauer überschritten wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Temperatur am Kocher (1) vorzugsweise um einen Betrag von etwa 5-30 Prozent unter dem Siedepunktes das Kälte- bzw. Lösungsmittels liegt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur am Kocher (1) vorzugsweise in dessen oberen Bereich gemessen wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Start die Pumpe im Solekreislauf (5) zu einer externen Wärmequelle (6), wenige Minuten nachdem die vorgegebene Temperatur am Kocher (1) erreicht ist, eingeschaltet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Start der Pumpe im Solekreislauf (5) die Temperatur der Sole am Austritt aus dem Verdampfer (4) gemessen und mit einem nach einer vorgegebenen Zeitdauer gemessenen Wert für die Temperatur der Sole verglichen wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerungsautomat (3) die Diffusionsabsorptionsanlage verriegelt, wenn die nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer gemessene Temperatur nicht um einen vorgegebenen Differenzbetrag niedriger als die beim Start der Pumpe gemessene Temperatur im Solekreislauf (5) ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeitdauer vorzugsweise bis zu 15 Minuten beträgt und/oder wahlweise für die einzelnen Verfahrensschritte unterschiedlich ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Differenzbetrag zwischen der Temperatur der Sole beim Start und nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer vorzugsweise auf mindestens 1 °C festgelegt ist.
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