NL8403280A - Absorptiewarmtepomp. - Google Patents

Description

9 t- a FUN 11.187 1 N.V. Philips' Gloeilarrpenfahrieken te Eindhoven.

Ahsarptievarmtepcnp.

De uitvinding heeft betrekking qp een absorptiewarmteparp met een in een eerste kring voor een oplossing van werkmedium en oplosmiddel opgestelde generator en absorber en een in een tweede kring voor het werkmedium opgestelde condensor en verdamper, waarbij een eerste uitgang 5 van de generator is aangesloten op de condensor en een uitgang van de verdamper is aangesloten op een eerste ingang van de absorber die via een uitgang is aangesloten qp een ingang van de generator, welke warmtepomp is voorzien van ten minste een warmte-stof-wisselaar voor het veranderen van de tenperatuur en de samenstelling van de daarin 10 aanwezige oplossing.

Bij een bekende absorptiewarmtepomp van de in de aanhef genoemde soort (uit het boek "Die Kleinkaltenaschine" van R. Plank en J. Kuprianoff, p.362 tot en met 365, uitgegeven in 1960) zijn de absorber en de verdamper voorzien van een cascade met schotels die doorstrocmr 15 openingen bezitten voor respectievelijk de vloeibare oplossing en het vloeibare werkiredium.Deze schotels zijn in evenwijdige horizontale vlakken opgesteld in een verticale cirkelcylindriscbe houder en bestrijken elk een volledige dwarsdoorsnede van de houder. In de absorber wordt warmte aan de relatief koude oplossing met een relatief lage druk 20 onttrokken tijdens absorptie van dairpvormig werkmedium door de vloeibare oplossing, waarna deze warmte via de schotellichamen radiaal wordt afgevoerd naar de wand van de houder en daar wordt overgedragen aan een vloeibaar koelmedium dat buiten cm de houder stroomt. De tenperatuur en de samenstelling van de oplossing (concentratie aan werkmedium) ver-25 andert tijdens dit proces zodat er sprake is van een warmte-stof-wisselaar. In de verdamper vindt slechts een warmte-uitwisseling plaats via de cascade van schotels.

Een bezwaar van de bekende absorptiewarmtepomp is dat het radiale warmtetransport door geleiding in het schotelmateriaal over 30 een relatief grote afstand plaatsvindt, waardoor een relatief kleine warmteoverdracht per tijdseenheid wordt verkregen. Bovendien is in de absorber het contact van het dairpvormig werkmedium net de qp de schotels aanwezige film van de oplossing niet erg intensief zodat ook de stofover- 8403280 r * '4 EHN 11.187 2 dracht (verrijking) in de absorber slechts matig is.

Het doel van de uitvinding is een absorptiewarmtepomp te verschaffen met ten minste een warmte-stof-wisselaar waarin zowel de warmteoverdracht als de stofoverdracht in belangrijke mate zijn ver-5 beterd.

De uitvinding heeft daartoe bet kenmerk, dat de warmte-stof-wisselaar in de absorber wordt gevornd door een in een eerste houder verticaal opgestelde, gevinde eerste metalen pijp waaraan een metalen vin is bevestigd die bestaat uit een aantal van de houder vrij liggende, 10 met elkaar verbonden lamellen die schroeflijnvormig cm de eerste pijp zijn gewikkeld, waarbij de nabij elkaar gelegen lamellen van opeenvolgende windingen.elkaar in omtreksrichting van de pijp gezien gedeeltelijk overlappen en de ruimte tussen de eerste houder en de eerste pijp via de genoemde eerste ingang is aangesloten op de genoemde uitgang van de 15 verdamper en via een af voer op de. genoemde ingang van de generator die via een tweede uitgang is aangesloten op een tweede ingang van de absorber, terwijl de binnenruimte van de eerste pijp deel uitmaakt van een transportleiding voor een koelmedium.

• De zich op elke lamel bevindende film van de oplossing 20 stroomt van de betreffende lamel af naar beneden, waarbij druppels worden gevormd die in de cascade van elkaar overlappende lamellen steeds op een onderliggende lamel vallen en daar een intensieve menging bewerkstelligen met de film van de oplossing die ook op de onderliggende lamel aanwezig is. Daardoor wordt de door de langsstrijkende damp van werk-25 medium uit de verdamper reeds aanzienlijk verrijkte relatief warme bovenlaag van de film gemengd met de aan werkmedium armere, relatief koude onderlaag van de film zodat de film over zijn gehele dikte afkoelt en relatief gelijkmatiger werkmedium absorbeert en de concentratie van het werkmedium homogener in de film wordt verdeeld. Bovendien warden 30 de afvallende druppels oplossing aan alle zijden omstroomd door het damp-vormige werkmedium waardoor extra absorptie plaatsvindt. De absorptie-warmte wordt in radiale richting afgeveerd naar het koelmedium binnenin de eerste pijp over een relatief kleine afstand vanwege de relatief kleine radiale afmeting van de vrij liggende lamellen, zodat een relatief 35 groot warmtetransport per tijdseenheid wordt verkregen.

Opgemerkt wordt dat op p. 283 van het genoemde hoek reeds een warmtewisselaar (condensor) is beschreven waarin gebruik wordt gemaakt vaneen spiraalvormig gewonden pijp die is voorzien van schroeflijn- 8403280 k * PHN 11.187 3 vormig gewikkelde, rechthoekige lamellen. In de pijp stroomt een koelmedium, terwijl de te condenseren damp in het spiraalvlak radiaal naar het oog van de spiraal wordt geleid. Tussen de heide media is geen direct contact zodat in dit geval geen stofuitwisseling plaatsvindt. Bovendien 5 is de vervaardiging van een dergelijke warmtewisselaar relatief gecompliceerd.

Een in massaf abricage eenvoudig te vervaardigen voorkeursuit-voeringsvorm van de absorptiewarmtepcnp met relatief eenvoudige aansluitingen naar en van de absorber heeft tot kenmerk dat de aan zijn bovenin zijde gesloten eerste pijp een coaxiale, tweezijdig open tweede pijp omringt die via zijn open bovenzijde in verbinding staat met de qp de ruimte tussen de eerste en de tweede pijp aangesloten transportleiding voor het koelmedium dat de tweede pijp aan de onderzijde verlaat.

Een verdere uitvoeringsvorm van de absorptiewarmfcepamp, waarin 15 ter standaardisatie zowel de absorber als de generator is voorzien van een warmte-stof-wisselaar met een gevinde pijp heeft tot kenmerk dat de generator een in een tweede houder verticaal opgestelde, aan zijn bovenzijde gesloten, gevinde derde metalen pijp bevat, waarbij een aan de derde pijp bevestigde metalen vin bestaat uit een aantal van de 20 tweede houder vrij liggende, net elkaar verbonden lamellen die schroeflijnvormig cm de derde pijp zijn gewikkeld, en de ruimte tussen de tweede houder en de derde pijp nabij de bovenzijde van de derde pijp via een toevoer is aangesloten op de genoemde uitgang van de absorber en nabij de onderzijde van de derde pijp via een afvoer op de tweede ingang 2g van de absorber, terwijl de binnenruimte van de derde pijp in verbinding staat met een toevoer van een gasvormig verhittingsmedium.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van een absorptiewarmtepcmp waarin de generator in de tweede houder is geïntegreerd met een dephlegma-tor heeft tot kenmerk dat de tweede houder een in het verlengde van 3q de derde pijp gelegen coaxiale gevinde vierde metalen pijp bevat die boven de derde pijp is opgesteld en aan zijn naar de derde pijp toegekeerde uiteinde is gesloten, waarbij een aan de vierde pijp bevestigde metalen vin bestaat uit een aantal tegen de binnenwand van de tweede houder aanliggende, met elkaar verbonden lamellen die schroef lijnvormig 35 cm de vierde pijp zijn gewikkeld, en de ruimte tussen de tweede houder en de derde pijp door middel van een nabij de bovenzijde van de derde pijp gelegen toevoer is aangesloten op de genoemde uitgang van de absorber en nabij de onderzijde van de derde pijp via een afvoer op de 8403280 . * » PHN 11.187 4 tweede ingang van de absorber, terwijl zich binnen de vierde pijp een door de vierde pijp omringde tweezijdig open coaxiale vijfde pijp uitstrekt die via zijn onderzijde in open verbinding staat net de genoemde uitgang van de absorber en aan zijn bovenzijde is aangesloten 5 op de genoemde ingang van de generator, waarbij de ruimte tussen de tweede houder en de vierde pijp nabij de bovenzijde van de vierde pijp is aangesloten op een ingang van de condensor.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van de absorptiewarmtepamp met een optimale warmte-stof-wisseling in de absorber en generator heeft 10 tot kenmerk dat de lamellen van de eerste gevinde pijp in de absorber en de derde gevinde pijp van de generator zijn voorzien van capillaire doorstroomopeningen, waarbij de capillaire doorstroamopening van een bovenliggende lamel die boven het vlak van een onderliggende lamel is gelegen zich in een verschoven positie bevindt ten opzichte van de ca-15 pillaire doorstroomopening van.de genoemde onderliggende lamel.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin : figuur 1 schematisch een eerste uitvoeringsvorm van de absorptiewarmteparp toont met een gevinde warmte-20 stof-wisselaar in de absorber,- figuur 2 schematisch een tweede uitvoeringsvorm van de absorptiewarmtepomp toont net een gevinde warmte-stof-wisselaar in de absorber en generator en een gevinde warmtewisselaar in de dephlegmator, 25 figuur 3 in perspectief een in de absorptiewarmtepcmpen volgens de figuren 1 en 2 toegepaste gevinde pijp met lamellen toont, figuur 4 een stromingsbeeld geeft langs een aantal lamellen van de in figuur 3 getoonde pijp in een eerste richting, 30 figuur 5 een stromingsbeeld geeft langs een aantal lamellen van de. in figuur 3 getoonde pijp in een tweede richting, figuur 6 het temperatuurverloop geeft van de vloeistoffilm op een in een absorber toegepaste lamel, 35 figuur 7 het temperatuurverloop geeft van de vloeistoffilm op een in een generator toegepaste lamel.

De met figuur 1 geïllustreerde eerste uitvoeringsvorm van de absorptiewarmtepomp bezit een in een eerste kring voor een oplossing 8403280 9 * ΕΗΝ Π.187 5 van verkmedium en oplosmiddel opgestelde generator 1 en absorber 3, alsmede een in een tweede kring voor bet werkmedium opgestelde condensor 5 en verdamper 7. Als werkmedium wordt bijvoorbeeld ammoniak gebruikt en als oplosmiddel water. Ben eerste uitgang 9 van de generator 1 is door 5 middel van een leiding 11 aangesloten cp een ingang 13 van de condensor 5, terwijl een uitgang 15 van de verdamper 7 door middel van een leiding 17 is aangesloten op een eerste ingang 19 van de absorber 3. De absorber 3 is via een uitgang 21 door middel van een leiding 23 aangesloten op een ingang 25 van de generator 1. Ben tweede uitgang 27 van de generator 1 is 10 door een leiding 29 verbonden met een tweede ingang 31 van de absorber 3. De condensor 5 is via een uitgang 33 door middel van een leiding 35 verbonden met een ingang 37 van de verdamper 7. De leidingen 23 en 29 Iepen in tegenstroom door een warmtewisselaar 39, terwijl de leidingen 17 en 35 in tegenstroom lopen door een warmtewisselaar 41. In de leiding 15 29 bevindt zich juist voor de ingang 31 van de absorber 3 een expansie-ventiel 43 en in de leiding 35 is juist voor de ingang 37 van de verdamper 7 een expansie ventiel 45 opgesteld. Het transport van rijke oplossing van ammoniak en water in de eerste kring vanuit de absorber 3 naar de generator 1 vindt plaats met behulp van een in de leiding 23 20 geplaatste vloeistofpomp 47.

De warmtepomp is voorzien van een transportleiding 49 voor een verwarmingsvloeistof, bijvoorbeeld water. Het water wordt rondgepempt in de transportleiding 49 door middel van een pomp 51. Gezien vanaf de penp 51 in de strcmingsrichting van de verwarmingsvloeistof wordt deze 25 achtereenvolgens getransporteerd naar een verwarmingslichaam 53 voor ruimteverwarming, een in de condensor 5 opgestelde warmtewisselaar 55, een in de absorber 3 opgestelde warmte-stof-wisselaar 57 en vandaar veer naar de pomp 51. De warmte-stof-wisselaar 57 in de absorber 3 zal in het navolgende nog worden besproken aan de hand van de figuren 3 tot 30 en met 6.

De generator 1 bevat een ketel 59 met een verdairpings- respectievelijk condensatiemedium 61, bij voorkeur water, dat wordt verhit door middel van een gasbrander 63. Verder bevat de generator 1 een (tweede) houder 65 waarin zich een arme oplossing 67 van water en ammoniak be-35 vindt en waarin een stijgleiding 69 steekt die is verbonden met de ketel 59. Het buiten de tweede houder 65 gelegen deel van de stijgleiding 69 vormt dus een toevoer van een epsvormig verhittingsmedium (waterdamp). De stijgleiding 69 is aan zijn in de houder 65 stekende uiteinde gesloten en 8403280 EHN 11.187 6 * i schroef lijnvormig uitgevoerd. Het schroeflijnvormige deel van de stijgt leiding 69 vormt een warmte-stof-wisselaar 71 waarin door filmcondensatie van waterdamp condensatiewarmte wordt overgedragen aan de via de ingang 25 naar de generator 1 gevoerde rijke oplossing. In de verdamper 7 be-5 vindt zich een warmtewisselaar 73 waarmee warmte wordt onttrokken aan de omgeving, en overgedragen aan de via de ingang 37 aan de verdamper 7 toegevoerde vloeibare ammoniak die aldaar verdampt. De werking van de tot dusver beschreven absorptiewarmtepcnp is in principe bekend en wordt derhalve niet in detail beschreven.

10 De absorber 3 bezit een eerste cirkelcylindrische houder 75 waarin de. warmte-stof-wisselaar 57 is opgesteld. De warmte-stof-wisselaar 57 bevat een net de eerste houder 75 coaxiale, verticaal opgestelde eerste metalen pijp 77 met een ronde dwarsdoorsnede die aan zijn bovenzijde en onderzijde is gesloten. De pijp 77 steekt door de bodem van de houder 75 15 naar buiten en is aldaar nabij zijn onderzijde aangesloten op de transportleiding 49 die ter plaatse van de warmte-stof-wisselaar 57 als het ware is onderbroken. Door de gesloten onderzijde van de eerste pijp 77 steekt een tweezijdig open ronde pijp 79 die deel uitmaakt van. de transportleiding 49 en die functioneert als- een soort overloop binnen de eerste 20 pijp 77. De tweede pijp 79 is coaxiaal met de eerste pijp 77 en wordt door deze laatste omringt. Bij voorkeur is de tweede pijp 79 thermisch geïsoleerd (niet aangegeven) of vervaardigd van thermisch isolerend materiaal. Aan de buitenwand van de eerste pijp 77 (zie ook figuur 3) is een metalen vin gelast die schroeflijnvormig cm de eerste pijp 77 is 25 gewikkeld en bestaat uit een aantal wet elkaar verbonden rechthoekige lamellen 81. De lamellen 81 liggen met hun uiteinden vrij van de binnenwand van de eerste houder 75. Nabij elkaar gelegen lamellen van opeenvolgende windingen in de schroeflijn overlappen elkaar gedeeltelijk in amtréksrichting (tangentiële richting) van de eerste pijp 77 gezien 30 (zie ook figuur 4). De ruimte tussen de eerste houder 75 en de eerste pijp 77 is via de eerste ingang 19 (toevoer) aangesloten op de leiding 17 en via de tweede ingang 31 (toevoer) op de leiding 29. Tevens is de genoemde ruimte via de uitgang 21 aangesloten op de leiding 23.

Bij de beschreven voorkeursuitvoeringsvorm van de absorptie-35 warmtepomp is elk van de lamellen 81 voorzien van een ronde, capillaire doorstrocmopening 83 (zie figuren 3 tot en met 6). In het onderhavige geval waarin gebruik wordt gemaakt van het stoffenpaar ammoniak/water is de diameter van de capillaire doorstroomopeningen 2 mm, terwijl de dikte 8403280 * * PHN 11.187 7 van de lamellen 81 één irm bedraagt. De verticale afstand tussen nabij elkaar gelegen lamellen 81 van opeenvolgende windingen is ongeveer 9 mm.

In radiale richting gezien bedraagt de lengte van de lamellen 81 20 mm, terwijl de tangentiële richting gezien de breedte van de lamellen 81 5 gelijk is aan 9 irm. De diameter van de eerste pijp 77 is gelijk aan 60 nrn en de diameter van de eerste houder 75 is gelijk aan 125 mm, zodat de vrije uiteinden van de lamellen 81 ruim vrij liggen van de binnenwand van de eerste houder 75. Bij voorkeur zijn de capillaire doorstroom-openingen 83 nabij het midden (Ln tangentiële richting gezien) van de 10 lamellen 81 aangebracht. In radiale richting gezien liggen de capillaire doorstrocnopeningen in het voorste deel van de lamellen. Zoals blijkt uit de figuren 3 tot en met 6 vormt zich op hét bovenvlak van elke lamel 81 een film 85 van de vloeibare, aanvankelijk nog arme en relatief hete oplossing. Aangezien in de eerste pijp 77 de relatief koude verwarmings-15 vloeistof stroomt neemt in de vloeistoffilm cp een lamel 81 de temperatuur toe zoals in figuur 6 met een pijp 87 is aangegeven. In de film 85 vormt zich dus als het ware een aanvankelijk armere koudere onderlaag 89 en een door de langsstromende ammoniakdamp reeds enigszins verrijkte, warmere bovenlaag 91. Uit de koudere onderlaag 89 stroomt oplossing in 20 de capillaire doorstroomcpexiing 83 waarna een druppel 93 wordt gevormd die valt op de film 85 van de onderliggende lamel. De capillaire doorstrocm-cpeningen 83 van nabij elkaar gelegen opeenvolgende windingen liggen zodanig verschoven ten opzichte van elkaar dat een afvallende druppel 93 steeds op de onderliggende film 85 valt. pp een plaats naast de capillaire 25 doorstrocmppening 83 van de onderliggende lamel 81. In figuur 4 is aan de hand van een viertal lamellen 81 aangegeven hoe de druppelvorming zich ontwikkelt. Bij de onderste lamel is te zien hoe een. relatief koude druppel 93 voor menging zorgt van de betere bovenlaag 91 net de koudere onderlaag 89. Een dergelijke menging vindt op elke lamel 81 plaats. Door 30 deze menging vindt een snelle afkoeling van de gehele film 85 plaats waarmee een gelijkmatige absorptie van de via de eerste ingang 19 toegeveerde aimoniakdamp in de gehele film 87 wordt bewerkstelligd en een homogene verdeling van de concentratie aan werknedium in de film wordt verkregen. De vallende druppels 93 worden bovendien aan alle zijden arr 35 stroomd door de antroniakdaitp uit de verdamper 7 zodat een extra absorberende werking wordt verkregen. De aldus verrijkte oplossing verzamelt zich onderin de eerste houder 75 en wordt vandaar door de pomp 47 naar de tweede houder 65 van de generator 1 gepompt. Om te verhinderen 8403280 4 PHN 11.187 8 dat teveel, oplossing langs de buitenwand van de eerste pijp naar beneden stroomt en daardoor niet zou deelnemen aan het mengingsproces zijn de vrije uiteinden, van de lamellen 81 hij voorkeur een weinig (hoek van 0,05 radialen) naar beneden gericht (zie figuur 5) in radiale 5 richting. Bovendien zijn de lamellen ten gevolge van de schroeflijn (spoedhoek van 0,05 radialen) ook met een langsrand enigszins naar beneden, gericht (zie figuur 4) in tangentiele richting. Dit heeft bovendien tot gevolg dat zich druppels 95 vormen, die nabij de vrije uiteinden en de genoemde langsranden van de lamellen 81 naar beneden 10 vallen. Ook de druppels 95 worden door ammoniakdamp cmstroorrd en met ammoniak verrijkt door de afkoeling die zij op de lamellen 81 hebben ondergaan. Omdat de druppels 95 iets voor het vrije uiteinden van de lamellen 81 worden gevormd vallen ze steeds op de vloeistof film van een onderliggende lamel en dragen zodoende bij aan het mengingsproces.

15 Het wegstramen van de vloeistof film over de capillaire doorstroom- openingen bewerkstelligt dat de vloeistoffilm relatief dun blijft, waarmee de warmteoverdracht wordt verbeterd.

De met figuur 2 geïllustreerde tweede uitvoeringsvorm van de absorptiewarmtepatp is voor zover mogelijk voorzien met figuur 1 over-20 eerikartende verwijzingscijfers. De detailfiguren 3 tot en met 5 hebben tevens betrekking pp de tweede uitvoeringsvorm, met dien verstande dat de temperatuurgradient over de vloeistoffilm pp de lamellen in de generator tegengesteld is aan die in de absorber. Dit wordt verduidelijkt aan de hand van de pijlen 87 en 109 in figuur 6 en figuur 7.

25 Zoals blijkt uit figuur 2 is de warmte-stof-wisselaar 57 in de absorber 3 identiek aan die in figuur 1. In plaats van de schroeflijnvormige warmte-stof-wisselaar 71 in figuur 1 is bij de tweede uitvoeringsvorm volgens figuur 2 ook in de generator 1 een warmte-stof-wisselaar 71 toegepast die is voorzien van een gevinde pijp. Daartoe is het in de 30 tweede houder 65 stekende deel van de stijgleiding 69 uitgeveerd als een recht verlengstuk van het buiten de tweede houder gelegen deel van de stijgleiding. De cirkelcylindrische tweede houder 65 van de generator 1 bezit aldus een verticaal opgestelde, coaxiale derde metalen pijp 97 die het in de tweede houder 65 stekende deel van de stijgleiding 69 vormt.

35 De aan zijn bovenste uiteinde gesloten derde metalen pijp 97 is voorzien van een schroeflijnvormige vin die bestaat uit een aantal met elkaar verbonden metalen lamellen 81 als getoond in figuur 3 en is derhalve van dezelfde soort als de eerste metalen pijp 77 in de absorber 3. De 840 32 8 0 e PHN 11.187 9 lamellen 81 liggen vrij van de binnenwand van de tweede houder 65. In het verlengde van de derde pijp 97 is een coaxiale gevinde vierde metalen pijp 99 opgesteld die aan zijn naar het gesloten bovenste uiteinde van de derde pijp 97 toegekeerde onderste uiteinde is gesloten. De vierde 5 pijp 99 is voorzien van een metalen vin die bestaat uit een aantal tegen de binnenwand van de tweede houder 65 aanliggende, met elkaar verbonden lamellen 101 die schroeflijnvormig om de vierde pijp 99 zijn gewikkeld.

Het patroon van de lamellen 101 van de vierde pijp 99 is zoals getoond in figuur 3. De lamellen 101 behoeven niet te zijn voorzien van capillaire 10 doorstrocmopeningen. Bij toepassing van het staffenpaar anmoniak/water verdient dit echter wel de voorkeur. Hoewel de door de lamellen 101 gevormde vin aan de buitenwand van de vierde pijp 99 kan zijn gelast is in bet onderhavige geval een losse, in de ruimte tussen de tweede houder 65 en de buitenrand van de vierde pijp 99 geperste vin gebruikt die net 15 zijn buitenranden van de lamellen 101 aanligt tegen de binnenwand van de tweede houder 65 en met zijn binnenrand tegen de buitenwand van de vierde pijp 99.

Binnen de vierde pijp 99 bevindt zich een tweezijdig open coaxiale vijfde pijp 103 die via zijn onderzijde in verbinding staat met de op 20 de absorber 3 aangesloten leiding 23. Bij voorkeur is de vijfde pijp 103 thermisch geïsoleerd of vervaardigd van thermisch isolerend materiaal (niet aangegeven). De leiding 23 is via een ingang 105 aangesloten op de ruimte tussen de vierde pijp 99 en de vijfde pijp 103 nabij de bovenzijde van de gesloten vierde pijp 99. Aan zijn bovenzijde.is de vijfde pijp 25 1 03 eveneens aangesloten op de leiding 23, zodat de vijfde pijp 103 als het ware een deel vormt van de leiding 23. Aan zijn ene uiteinde staat de vijfde pijp 103 via een ingang 105 door middel van de leiding 23 in verbinding net de uitgang 21 van de absorber 3 en aan zijn andere uiteinde via de warmtewisselaar 39 net de ingang 25 van de generator 1. De 30 ruimte- tussen de tweede houder 65 en de vierde pijp 99 is via de eerste uitgang 9 en de leiding 11 verbonden met de ingang 13 van de condensor 5.

Opgemerkt wordt dat de vijfde pijp 99 functioneert als een zogenaamde dephlegmator en derhalve geen warmte-stof-wisselaar is maar een 35 warmtewisselaar waarin de binnen de pijp 99 stromende relatief koude oplossing uit de absorber 3 het langs de lamellen 101 stromende hete amroniakgas afkoelt. Daarbij condenseert vrijwel alle in het airmoniakgas nog aanwezige waterdamp. Het condensaat vloeit in de ante oplossing 67 8403280 PHN 11.187 10 order in. de tweede houder 65. Indien capillaire doorstrocmopeningen in de lamellen 101 aanwezig zijn wordt het voordeel verkregen van een relatief kleine filmdikte op de lamellen 101 en dus een hetere warmteoverdracht.

In de dephlegmator vindt geen stofuitwisseling plaats in die zin dat g twee verschillende stoffen, met elkaar in contact worden gebracht cm de concentratie van een van die stoffen in het mengsel te vergroten of te verkleinen.De dephlegmator is dus een .warmtewisselaar en geen warmte-stof-wisselaar.

Zoals- blijkt uit figuur 7 vormt zich op de lamellen 81 van de 10 gevinde pijp 97 in de generator 1 een film 107 van in de warmtewisselaar 39 reeds voorverhitte rijke oplossing. In de vloeistof film op de lamel 81 gezien neemt de temperatuur toe in de richting van een pijl 109. De van de condenserende waterdamp 110 aan de binnenwand van de derde pijp 97 afkomstige warmte vormt een relatief hete onderlaag 111 in de 15 film 107. Een relatief koude bovenlaag 113 in de film 1 07 zakt bij filmr verdamping door zijn grotere gewicht in.de relatief hete onderlaag 111/ waarmee een goede menging tussen de reeds sterk verarmde onderlaag 111 en de minder sterk verarmde bovenlaag 113 wordt verkregen. De menging wordt nog versterkt door op de film 107 vallende druppels 93 die worden 20 gevormd door de capillaire doorstrocmcpening 83 van de bovenliggende lamel 81. De reeds verarmde druppels uit de onderlaag 111 woorden bovendien nog aan alle zijde crastroomd door reeds gevormd heet gasvormig ammoniak waardoor extra gasvormig ammoniak wordt gegenereerd uit de vallende druppels. Door de intensieve menging van de bovenlaag 113 met 25 de onderlaag 111 wordt een meer gelijkmatige generatie van gasvormig ammoniak verkregen door de gehele film 107. Verder worden juist vóór de vrije uiteinden van de naar beneden gerichte lamellen en de naar beneden gerichte langsrand van de lamellen vallen druppels 95 gevormd waaruit door het opstijgende hete ammoniakgas extra ammoniakgas wordt 30 gegenereerd. De druppels 95 vallen op de vloeistof film van onderliggende lamellen zGdat een extra menging in de vloeistof film wordt verkregen. Opgemerkt wordt dat in geval van koken van de verarmende onderlaag 111 een verdere menging wordt veroorzaakt. In het geval van filmverdaitping zakt de koudere bovenlaag 113 in de hetere onderlaag 111.

35 Hoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van een voor keur suitvoerings vorm van een absorptiewarmfcepomp met een warmte -stof-wisselaar in de absorber of generator die is voorzien van lamellen met capillaire doorstroomopeningen is zij niet daartoe beperkt. Ook warmte- 8403280 PHN 11.187 11 parpen net warmfce-stof-wisselaars die geheel zijn uitgevoerd als beschreven, maar die niet zijn voorzien van capillaire doorstroomqpeningen worden mede door de uitvinding anvat. Het cascadevormige patroon van lamellen leidt ook zonder de capillaire doorstroonopeningen tot een 5 zodanig grote menging in de filmlaag op de lamellen door de van de lamellen afvallende druppels 95 die op onderliggende lamellen spatten dat in vele gevallen een voldoend sterke absorptie of generatie wordt verkregen. Opgemerkt wordt hierbij dat het op zichzelf uit het Amerikaanse octrooischrift 3723693 bekend is pijpen net gesegmenteerde vinnen te 10 gebruiken als warmtewisselaar. De toepassing van dergelijke pijpen in de absorber en/of generator van een absorptiewarmtepamp verlangt echter het inzicht dat met de cascadevormige lamellenstructuur van een verticaal qpgestelde pijp ook een sterk verbeterde stofwisseling verkregen kan worden. Essentieel daarbij is dat de vrije uiteinden van de lamellen 15 vrij liggen van de binnenwand van de houder waarin de pijp is opgesteld, zodat wordt verhinderd dat teveel oplossing langs de binnenwand van de betreffende houder stroomt en niet deelneemt aan bet mengproces op de lamellen en ook niet zo sterk wordt gekoeld of verwantd. In iet geval dat de lamellen zouden aanliggen tegen de genoemde wand vindt 20 dus het transpoort van de oplossing voor een aanzienlijk deel in film -vorm langs de wand plaats. De absorberende en/of genererende vrerking van een dergelijke warmte-stof-wisselaar is niet voloende voor absorptie-warmtepcmpen.

De beschreven warmte-stof-wisselaar kan naar keuze uitsluitend 25 in de absorber of de generator worden toegepast. Toepassing in zowel de absorber als de generator heeft als bijkomstig voordeel dat bij de vervaardiging van absorber en generator zoveel mogelijk dezelfde technologie wordt toegepast, hetgeen leidt tot een kostprijsverlaging.

Het genoemde voordeel geldt eveneens als in de houder van de 30 generator een gevinde pijp voor de dephlegmator wordt geïntegreerd zoals beschreien aan de hand van figuur 2. Dit resulteert bovendien in een compacte, maar toch goed toegankelijke constructie.

Hoewel dit kortheidshalve niet is aangegeven in de figuren 1 en 2 worden de eerste houder 75 en de tweede houder 65 bij voorkeur langs 35 hun gehefe buitenwand voorzien van thermisch isolerend materiaal.

Tenslotte zij verneld dat de beschreven generator vervangen kan warden door qp zichzelf bekende generatoren als de warmte-stof-wisselaar slechts in de absorber wordt toegepast. In plaats van een 8403280 . · PHN 11.187 12 condenserend hulpmedium (•water) kunnen bijvoorbeeld afvalwarmte of rookgassen direct geleld worden naar een gebruikelijke warmtewisselaar die in een vat net oplossing is opgesteld. Ook de beschreven generator kan echter elektrisch, met afvalwarmte of met rookgassen warden verhit.

5 De toegepast oplossing van ammoniak en water kan vervangen worden door andere, bij absorptiewarmtepompen gebruikelijke oplossingen. In de absorber en generator kunnen ook meerdere , parallel opgestelde gevinde pijpen worden toegepast.

Hoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van gevinde 10 pijpen waarbij een belangrijke druppelvorming plaats vindt nabij de vrijë uiteinden en de naar beneden gerichte langsranden van de lamellen is zij niet daartoe beperkt. De mate. waarin de genoemde druppelvorming optreedt hangt af van een groot aantal parameters. Belangrijke parameters in dit. verband zijn : 15 - het te verwerken vloeistofdebiet, - het toegepaste stoffenpaar (oppervlaktespanning/mate van bevochtiging), - de scherpte van de randen aan de lamellen, - de grootte van de hoek waaronder de vrije uiteinden van de lamellen naar beneden zijn gericht, 20 - de grootte van de spoedhoek van de schroeflijn, - de diameter van de capillaire doorstroanopeningen.

In bijvoorbeeld, het geval van scherpe randen aan de lamellen en vrijwel horizontale lamellen zullen relatief weinig druppels worden gevormd nabij de vrije uiteinden en de langsranden van de lamellen.

25 De druppelvorming vindt dan in hoofdzaak plaats onder de capillaire doorstroomopeningen die nagenoeg alle vloeistof verwerken. In het geval van sterk afhangende lamellen treden beide vormen van druppelvorming op. De onder de capillaire doorstroomopeningen gevormde druppels glijden dan langs de onderkant van de lamellen enigszins naar de vrije uiteinden 30 en de langsranden toe. In de praktijk zal empirisch moeten worden vastgesteld welke combinatie, van parameters de voorkeur verdient.

Als zorg zordt gedragen voor voldoende druppelvorming nabij de vrije uiteinden en de langsranden van de lamellen kan ook worden afgezien van capillaire doorstroomopeningen. In een. belangrijk aantal gevallen 35 wordt door de cascade van lamellen reeds een zodanige menging verkregen zonder capillaire doorstroomopeningen dat de absorptiewarmtepomp een relatief hoge efficiëntie bezit.

8403280

Claims (5)

1. Absorptiewarirtteporp met een in een eerste kring voor een op lossing van werkmedium en oplosmiddel opgestelde generator en absorber en een in een tweede kring voor bet werkmedium opgestelde condensor en verdamper, waarbij een eerste uitgang van de generator is aangesloten 5 op de condensor en een uitgang van de verdamper is aangesloten qp een eerste ingang van de absorber die via een uitgang is aangesloten qp een ingang van de generator, welke warmtepomp is voorzien van ten minste een warmte-stof-wisselaar voor bet veranderen van de temperatuur en de samenstelling van de daarin aanwezige oplossing, met het kenmerk, dat de 10 warmte-stof-wisselaar in de absorber wordt gevormd door een in een eerste houder verticaal opgestelde, gevinde eerste metalen pijp waaraan een metalen vin is bevestigd die bestaat uit een aantal van de houder vrij liggende, met elkaar verbonden lamellen die schroeflijnvormig cm de eerste pijp zijn gewikkeld, waarbij de nabij elkaar gelegen lamellen 15 van opeenvolgende windingen elkaar in cmtreksrichting van de pijp gezien gedeeltelijk overlappen en de ruimte tussen de eerste houder en de eerste pijp via de genoemde eerste ingang is aangesloten op de genoemde uitgang van de verdamper en via een afvoer op de. genoemde ingang van de generator die via een tweede uitgang is aangesloten op een 20 tweede ingang van de absorber, terwijl de binnenruimte van de eerste pijp deel uitmaakt van een transportleiding voor een koelmedium.

2. Abeorptiewarmtepcnp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aan zijn bovenzijde gesloten eerste pijp een coaxiale, tweezijdig open tweede pijp cmringt die via zijn open bovenzijde in verbinding 25 staat met de op de ruimte tussen de eerste pijp en de tweede pijp aangesloten transportleiding voor het koelmedium dat de tweede pijp aan de onderzijde verlaat.

3. Absarptiewannteparp volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de generator een in een tweede houder verticaal opgestelde, aan 30 zijn bovenzijde gesloten, gevinde derde metalen pijp bevat, waarbij een aan de derde pijp bevestigde metalen vin bestaat uit een aantal van de tweede houder vrij liggende, met elkaar verbonden lamellen die schroeflijnvormig om de derde pijp zijn gewikkeld, en de ruimte tussen de tweede houder en de derde pijp nabij de bovenzijde van de derde pijp via een 35 toevoer is aangesloten op de genoemde uitgang van de absorber en nabij de onderzijde van de derde pijp via een afvoer op de tweede ingang van de absorber, terwijl de binnenruimte van de derde pijp in verbinding staat met een toevoer van een gas vormig verhittingsroedium. 8403280 3 >. PHN 11.187 14

4. Absorptiewarmtepcinp volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de tweede houder een in het verlengde van de derde pijp gelegen coaxiale gevinde vierde metalen pijp bevat die boven de derde pijp is opgesteld en aan zijn naar de derde pijp toegekeerde uiteinde is 5 gesloten , waarbij een aan de vierde pijp bevestigde metalen vin bestaat uit een aantal tegen de binnenwand van de tweede houder aanliggende, met elkaar verbonden lamellen die schroef lijnvormig om de vierde pijp zijn gewikkeld, en de ruimte tussen de tweede houder en de derde pijp door middel van een nabij de bovenzijde van de derde pijp 10 gelegen toevoer is aangesloten qp de genoemde uitgang van de absorber en nabij de onderzijde van de derde pijp via een afvoer op de tweede ingang van de absorber, terwijl zich binnen de vierde pijp een door de. vierde pijp omringde tweezijdig open coaxiale vijfde pijp uitstrekt die via zijn onderzijde in open verbinding staat net de genoemde uitgang 15 van de absorber en aan zijn bovenzijde is aangesloten op de genoemde ingang van de generator, waarbij de ruimte tussen de tweede houder en de vierde pijp is aangesloten op een ingang van de condensor.

5. Absorptiewarmtepomp volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de lamellen van de eerste gevinde pijp in de absorber en de derde 20 gevinde pijp van de generator zijn voorzien van capillaire doorstroom-openingen, waarbij.de capillaire doorstroamopening van een bovenliggende lamel die boven het vlak van een onderliggende lamel is gelegen zich in een verschoven positie bevindt ten opzichte van de capillaire doorstroamopening van de genoemde onderliggende lamel. 25 30 35 840 32 8 0