EP1319910A2 - Method for controlling a diffusion absorption system - Google Patents
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- EP1319910A2 EP1319910A2 EP02016067A EP02016067A EP1319910A2 EP 1319910 A2 EP1319910 A2 EP 1319910A2 EP 02016067 A EP02016067 A EP 02016067A EP 02016067 A EP02016067 A EP 02016067A EP 1319910 A2 EP1319910 A2 EP 1319910A2
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- 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
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Diffusionsabsorptionsanlage nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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. The invention relates to a method for controlling a diffusion absorption system according to the preamble of
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. In these systems, 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. As a working medium in the cyclic process, 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.
Als Wärmequelle für den Prozess kommt zum Beispiel das Erdreich oder die Umgebungsluft
in Betracht. Dazu wird ein sogenannter Kollektor über einen Solekreislauf an den Verdampfer
der Wärmepumpenanlage angebunden, wo dem Wasser-Glycol-Gemisch die
Wärme entzogen wird.
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.For example, the ground or the ambient air can be considered as a heat source for the process. For this purpose, 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.
It is also known from 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. However, 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. In addition, the evaporator and the brine would heat up instead of cool down if the helium deficiency was relatively large. Because the predetermined safety criteria are not immediately exceeded in the event of a leak, these deficiencies may not be recognized in known diffusion absorption systems. Operation with poor efficiency, for example until the next maintenance, would then be the consequence.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer Diffusionsabsorptionsanlage zu optimieren und dabei insbesondere mögliche Leckagen in funktionswichtigen Kreisläufen frühzeitig zu erkennen.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.
Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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. According to the invention this is solved with the features of
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.
A few minutes after reaching the specified temperature on the cooker, the pump in the brine circuit is switched on to an external heat source each time it is started. When the pump 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.
With the method according to the invention, the operation of a diffusion absorption system is optimized because possible leaks in functionally important circuits are recognized at an early stage. The effect is exploited that the boiling point of the ammonia-water mixture heated in the stove is known in the optimal concentration. In the event of a leak, the concentration in the system would change and the boiling point would drop. The predetermined temperature threshold, which is preferably 5-30 percent below the boiling point of the refrigerant or solvent, can then not be reached in the cooker. Therefore, the proposed checking of the temperature rise ensures that leaks in the ammonia-water circuit are detected quickly and easily each time the gas burner is started.
In the same way, the evaporation process can only proceed properly if pure helium is present in the circuit. By comparing the temperature in the brine circuit at the outlet from the evaporator, there is therefore a reliable check of the evaporator performance and function and rapid detection of helium losses.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur eine Anordnung zur Regelung einer Diffusionsabsorptionsanlage.The drawing shows an embodiment of the invention and shows in one Figure an arrangement for controlling a diffusion absorption system.
Die Diffusionsabsorptionsanlage besteht im Wesentlichen aus einem Kocher 1, in dem ein
Ammoniak-Wasser-Gemisch von einem Gasbrenner 2 beheizt wird, einem Feuerungsautomaten
3 sowie einem Verdampfer 4, der über einen Solekreislauf 5 an eine externe
Wärmequelle 6 angeschlossen ist.
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.The diffusion absorption system essentially consists of a
The time period until a predetermined temperature of the
Claims (10)
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.Method for controlling a diffusion absorption system, with connection to a heating or cooling circuit, with a cooling or solvent circuit, a brine circuit to an external heat source, a cooker with a gas burner, an absorber, a rectifier, an evaporator, a gas-gas Heat exchanger, a condenser and a burner control,
characterized in that when the gas burner (2) is started and / or during operation, the function of the cooker (1) and / or the evaporator (4) is checked by comparing essential operating values which are characteristic of the performance of the components with predetermined target values , and that a safety shutdown takes place if at least one setpoint is not reached.
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.Method according to claim 1,
characterized in that each time the gas burner (2) is started, the period of time until a predetermined temperature is reached at the cooker (1) and compared with a predetermined target value for the period of time.
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.Method according to one of claims 1 or 2,
characterized in that the burner control (3) locks the diffusion absorption system when the specified temperature at the cooker (1) is not reached and / or the specified setpoint for the period is exceeded.
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.Method according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the predetermined temperature at the cooker (1) is preferably an amount of about 5-30 percent below the boiling point of the refrigerant or solvent.
dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur am Kocher (1) vorzugsweise in dessen oberen Bereich gemessen wird. Method according to one of claims 1 to 4,
characterized in that the temperature at the cooker (1) is preferably measured in its upper region.
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.Method according to one of claims 1 to 5,
characterized in that with each start the pump in the brine circuit (5) to an external heat source (6) is switched on a few minutes after the specified temperature at the cooker (1) has been reached.
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.Method according to one of claims 1 to 6,
characterized in that when the pump is started in the brine circuit (5) the temperature of the brine at the outlet from the evaporator (4) is measured and compared with a value for the temperature of the brine measured after a predetermined period of time.
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.Method according to one of claims 1 to 7,
characterized in that the automatic firing device (3) locks the diffusion absorption system if the temperature measured after the predetermined period of time is not a predetermined difference lower than the temperature in the brine circuit (5) measured at the start of the pump.
dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeitdauer vorzugsweise bis zu 15 Minuten beträgt und/oder wahlweise für die einzelnen Verfahrensschritte unterschiedlich ist.Method according to one of claims 1 to 8,
characterized in that the predetermined time period is preferably up to 15 minutes and / or is different for the individual method steps.
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.Method according to one of claims 1 to 9,
characterized in that the predetermined difference between the temperature of the brine at the start and after the predetermined period of time is preferably set to at least 1 ° C.
Applications Claiming Priority (2)
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