NO316456B1 - Absorbsjonskjölemaskin - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en absorpsjonskjølemaskin som angitt i innledningen i krav 1

For å drive en kjent absorpsjonskjølemaskin ifølge Platen-Munter-systemet er det nødvendig å ha en varmekilde med en temperatur langt over 100 °C Ved temperaturer på 100 °C og under, vil effektiviteten gå mot null Eksisterende varmekilder med lave temperaturer, så som varmt vann fra industrielle avfallsvarmesystemer, f eks fjernvarmeoppvarmmg, soloppvarming og lignende, egner seg ikke for konvensjonelle utforminger av absorpsjonskjølemiddelmaskiner, fordi de høye temperaturene ikke lett kan oppnås

Det er derfor et formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en absorp-sjonskjølemaskin av den type nevnt ovenfor, hvor det er mulig å oppnå høy effektivitet ved relativt lave temperaturer, fortrinnsvis omtrent ved 75 °C

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at absorpsjonskjølemaskinen har de karakteristiske trekk som angitt i krav 1

Blandingen som ankommer fordamperen via den første gassvarmeveksler blir derfor ikke overført direkte til absorberen, men i stedet til utgangen av generatoren og derfra gjennom omføringen og trekker ut kjølemiddel fra løsningen som kommer fra generatoren Det er også mulig å utelate den første gassvarmeveksler, slik at blandingen i dette tilfellet føres fra utgangen fra fordamperen til omførmgsinngangen Det er også mulig i begge tilfeller å oppnå en lav løsnmgskonsentrasjon nær absorberennngangen, som er en forutsetning for en lav kjøletemperatur uten behov for at generatoren blir sterkt oppvarmet Varmekilder for lav temperatur kan derfor brukes for absorp-sjonskjølemaskinen ifølge oppfinnelsen Som et resultat av den lave generatortemperatur kan mengden av den samtidig fordampede vannet reduseres og således unngå tap av effektivitet i fordamperen

I en ytterligere utvikling av oppfinnelsen kan en andre gassvarmeveksler tilveiebringes, hvis primær side er anbrakt mellom utgangen av fordamperen og eventuelt, utgangen av den første gassvarmeveksler og inngangen av omføringen, og hvis sekundær side er anbrakt mellom utgangen av omføringen og inngangen av absorpsjons-mnretningen, slik at gassblandingen som kommer fra omføringen blir avkjølt Avkjøl-ingen av gassblandingen forbedrer annkingen av den utarmede blanding som kommer fra generatoren

Omføringen kan tillate en lav dnftstemperatur, men kan også forårsake energitap Ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen kan det anordnes en regulenngsventil mellom utgangen av fordamperen og inngangen av absorberen, eventuelt mellom inngangen og utgangen av omføringen, slik at mengden av gassen som omføres gjennom omføringen kan måles, hvor den del som ikke omføres strømmer direkte til absorberen

Dette sikrer en regulering av omfønngseffekten av den momentant nødvendige temperaturreduksjon av den tilførende varmekilde

Ifølge en variant av oppfinnelsen kan regulenngsventilen være en konven-sjonell ventil som kortslutter omføringen og gjør denne ineffektiv når ventilen er åpen og helt effektiv når ventilen er stengt

Ifølge en annen variant av oppfinnelsen kan regulenngsventilen være en treveis ventil som deler gassblandingen fra fordamperen mellom strømmen til omfør-ingen og strømmen til absorberen Følgelig kan omføringen innstilles nøyaktig ved sin effektivitet

For å øke kontaktflaten mellom gassblandingen som strømmer gjennom omføringen og væsken som strømmer gjennom denne, kan innsiden av omfønngsrøret belegges med et ammoniakkbestandig fibermatenale som fortrinnsvis utgjøres av et glassfiberbane som oppfyller kravene til stor overflate og holdbarhet

Et annet trekk ved oppfinnelsen kan være at det i omfønngsrøret er anordnet en spiralfjær som hviler mot rørets innside, idet det ammoniakkbestandige fibermatenalet er klemt mellom innsiden og spiral fjæren

På denne måte hindres det at omfønngens strømningstverrsnitt minsker for gassen som strømmer gjennom omfønngen

En særlig høy effektivitet oppnås ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen, ved at kjølemiddelet består av ammoniakk og løsningsmiddelet av vann

Omføringen kan varmes opp slik at omfønngens temperatur kan justeres til en verdi hvor den innstrømmende gassblandingen trekker ut en meget høy andel av ammoniakk fra den utarmede løsning

Oppfinnelsen vil nå bh forklart i detalj under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor fig 1 viser skjematisk en utførelse av absorpsjonskjølemaskinen ifølge oppfinnelsen, fig 2 viser skjematisk en annen utførelse av absorpsjonskjølemaskinen ifølge oppfinnelsen, fig 3 viser et diagram over ekspenmentalt oppnådde virkningsgrader av absorpsjonskjølemaskinen ifølge oppfinnelsen ved forskjellige strømningstemper-aturer, avhengig av innstillingen av omføringsreguleringsventilen, fig 4 er et nss gjennom omfønngen i en skjev vinkel, og fig 5 viser en utførelse av en boblepumpe

Absorpsjonskjølemaskinen beskrevet nedenfor virker vesentlig som et klas-sisk system fra Platen og Munters, som blant annet brukes i absorpsjonskjølemaskiner fra Elektrolux og Servel, og som har blitt dokumentert på tallrike måter

Absorpsjonskjølemaskinen omfatter en generator 7 for å fordampe et kjølemiddel løst i en løsning med en boblepumpe 1, en løsmngsmiddelseparator 2, hvor separasjonen av løsningsmiddelet fra kjølemiddelet utføres, en kondensator 3 for å kondensere kjølemiddelet, en fordamper 4 hvor kjølemiddelet fordampes ved hjelp av tørr gass og ved kjøling, en første varmeveksler 6 og en absorber 5 hvor fordampet kjølemiddel tilføres den utarmede blanding av kjølemiddel og løsning, og hvis blanding fordampes igjen i generatoren 7

For å lettere forstå oppfinnelsen vil den nå bh forklart under henvisning til en utførelse hvor løsningsmiddelet utgjøres av vann og kjølemiddelet av ammoniakk Innenfor oppfinnelsen vil det også være mulig å bruke andre egnede løsninger og kjølemidler

Ifølge oppfinnelsen er det sørget for at utgangen fra den første gassvarmeveksler 6 er anordnet nedstrøms i forhold til fordamperen 4, og utgangen fra generatoren 7 er åpen inn i en omfønng 8 som fører til absorber 5, hvor blandingen av fordampet kjølemiddel og tørr gass som kommer fra fordamperen 4 via den første gassvarmeveksler

6 blir ført til utgangen av generatoren 7 og derfra gjennom omføringen 8 hvor gassblandingen bonges i kontakt med den varme, delvis avgassede løsning fra generatoren 7 og trekker ytterligere kjølemiddel fra denne

Absorpsjonskjølemaskinen kan derfor drives med en relativ lav generator-oppvarmingstemperatur under 100 °C

Det er også mulig å utelate den første gassvarmeveksler 6, i hvilket tilfelle utgangen fra fordamperen 4 åpner direkte inn i omfønngen 8

I boblepumpen 1, som i den viste utførelse utgjøres av en eller flere parallelle eller vertikale rør, tilføres en løsning av ammoniakk varme dersom varmen fra varmeveksleren 1 er utilstrekkelig, som fører til at ammomakkgassbobler dannes i boblepumpen 1, hvis volum bare er noen få prosent sammenlignet med den totale gassmengde som vil bh frigjort senere i generatoren 7 De stigende ammomakkgassbobler fører løsningen oppover gjennom de tynne rør til en vannseparator 2 Ammoniakken som separeres fra vannet strømmer gjennom et stigerør 9 videre oppover til en kondensator 3 hvor den kondenseres ved kjøling Den flytende ammoniakk strømmer gjennom et U-rør 19 nedover til fordamperen 4 hvor den fukter, som en tynn film, veggen av et rør som en tørr gass strømmer gjennom, så som hydrogengass Ammoniakkdamp som frembnnges derved blir kontinuerlig ført bort, som fører til kjøling av fordamperen 4, hvilket fører til at den faktiske kjøleprosess i maskinen ifølge oppfinnelsen opprettholdes Blandingen av ammoniakkgass og hydrogen i den nedre ende av fordamperen 4 er spesifikt tyngre enn gassblandingen som skal annkes og strømmer inn i fordamperen 4, noe som fører til at hydrogensirkulasjonen holdes gående

I et konvensjonelt system vil gassblandingen fortsette å strømme direkte til absorberen 5 I kjøleabsorpsjonsmaskmen vil den imidlertid føres bort etter en første gassvarmeveksler 6 i retning mot generatoren 7 hvor den i en omfønng 8 trekker ut ytterligere ammoniakk medstrøms eller motstrøms fra den varme, delvis avgassede løsning fra generatoren 7, noe som fører til temperatur- og konsentrasjonsinduserte damptrykkforhold

Det skal imidlertid bemerkes at den stadig tyngre gass ikke må løftes for høyt fordi dette kan redusere dens strømningshastighet

På denne måte er det mulig å oppnå en lav konsentrasjon av løsningen i den øvre del av absorberen 5, noe som er en forutsetning for en lav kjøletemperatur uten behov for en sterk oppvarming av generatoren 7 Som følge av denne lave generatortemperatur, blir mengden av det samtidig fordampede vann begrenset, slik at det ikke blir behov for en etterfølgende oppretting av vann-ammoniakk-fordampningsblandingen i stigerøret 9 og unngåelse av eventuelt senere tap av effektivitet ved vann i fordamperen

Blandingen av ammoniakkgass og hydrogen fra fordamperen, og eventuelt via den første gassvarmeveksler 6 blir i tillegg ført som vist på fig 1, via pnmærsiden av en andre gassvarmeveksler 10, til utgangen av generatoren 7 og deretter medstrøms eller motstrøms gjennom omføringen 8 og deretter for kjøling gjennom den sekundære side av den andre gassvarmeveksler 10, videre til absorberen 5 hvor den frigjør sin overskytende ammoniakk til den svake løsningen fra omfønngen 8

I dette tilfellet er det nødvendig at absorberen 5 har en større dimensjon enn 1 et vanlig system Fordi gassblandingen som strømmer fra omfønngen 8 inn i absorberen

5 har et større ammoniakkdamptrykk enn rdet konvensjonelle Platen-Munters-system og strømmer nedenfra og inn i absorbereren 5, har løsningen som strømmer ut av denne absorbdel en høyere konsentrasjon som senere gjør det mulig å dnve avgassingsprosessen ved en lavere temperatur i generatoren 7 Løsningen beveger seg fra absorberen 5 via væskevarmeveksleren 11 til boblepumpen 1 Der blir den løftet, og etter vannseparatoren 2 strømmer løsningen, som bare er litt svekket av bobleformasjonen i boblepumpen 1, til generatoren 7 hvor den faktiske avgassingsprosessen finner sted ved oppvarming

Et gasstrykkekspansjonskar 12 anbrakt mellom kondensatorenden 3 og hydrogensirkulasjonen er tilveiebrakt for å hindre mer ammoniakk fra å nå hydrogensirkulasjonen dersom temperaturen i generatoren skulle stige I nevnte gasstrykkekspansjonskar 12 danner det lette hydrogenet et lag på den tyngre ammoniakken, som fører til at bare grenselaget mellom de to gassene fortrenges ved temperaturforandnnger i ammoniakksirkulasjonen Nevnte gasstrykkekspansjonskar 12 hindrer således hydrogen fra å nå kondensatoren 3 via U-røret 19 ved lave generatortemperaturer og hindrer kondensenngen der

I utførelsen vist på fig 2, kan mengden av gassblanding som omføres til omfønngen 8 doseres via en regulenngsventil 13, hvor den ikke-omførte rest strømmer direkte til absorberen 5, som i det kjente Platen-Munters-systemet Regulenngsventilen kan fortrinnsvis være en gjennomgangs ventil som egner seg for en kortslutning av omfønngen Selv om omfønngen 8 tillater en lavere dnftstemperatur, bruker den også energi selv Regulenngen brukes for å sette virkningen av omfønngen for temperaturreduksjon av tilførselsvarmen til det minimale

Fig 3 viser et diagram over en målt virkningsgrad (ordinataksen) av absorpsjonskjølemaskinen ifølge oppfinnelsen ved en forskjellig sterkt regulert omfønng og forskjellige oppvarmingstemperaturer (abscisseaksen) for generatoren 7 Kurven 14 viser virkningsgraden når omfønngen deaktiveres, kurve 15 viser virkningsgraden når regulenngsventilen 13 settes til halv funksjon av omfønngen, og kurven 16 viser virkningsgraden ved omfønngens maksimale funksjon Fig 4 viser en mulig anordning for å øke kontaktflaten mellom gassblandingen og løsningen i omfønngen 8 En bane laget av glassfiber eller annet lignende ammoniakk-bestandig materiale med en stor overflate 17, blir fortrinnsvis skjøvet av en spiralfjær 18 mot omfønngsrøret 8 vegg Fig 5 viser skjematisk en boblepumpe Kjøleløsnmgen fra generatoren 32 via en absorber 35 i en absorpsjonskjølemaskin, strømmer til den nedre inngang av en boblepumpe 36 som er forsynt med et vertikalt pumperør 26 som kan varmes opp av et flytende eller gassformig varmebærende medium og hvor kjøleløsnmgen, så som ammoniakk-vann kan flyttes oppover ved dannelsen av bobler En omfønng ifølge utførelsen på fig 1-4, kan også eventuelt brukes Bruken av boblepumpen ifølge oppfinnelsen har flere fordeler i forhold til konvensjonelle absorpsjonskjølemaskiner

Ifølge oppfinnelsen er det sørget for at den nedre ende av pumperøret 26 er forbundet med et avlangt, oppvarmingsban" pumpeutløsningskar 25 som er forsynt med en innløps- og utløpsåpning 21, 22 og kan gjennomstrømmes vesentlig i honsontal retning av kjølemiddelløsmngen som strømmer inn i pumperøret 26

Innløps- og utløpsåpningene 21, 22 er anordnet slik at en gassboble 24 frembrakt i pumpeutløsningskaret 25, holdes tilbake i dette, idet væskenivået i kjølemiddelløsmngen 23 befinner seg under det aktive pumpeområdet for pumperøret 26 i kald tilstand

Pumpeutløsningskaret utgjøres av en horisontalt anordnet, hul sylinder 25 med dekkflater, hvor innløps- og utløpsåpningen 21, 22 er tilveiebrakt i den nedre sone av motstående dekkflater Enhver annen egnet utforming av pumpeutløsningskaret er mulig

Gassboblen 24 vist på fig 5, presser væskenivået opp inn i pumperøret 26 Løsningen blir ytterligere oppvarmet der ved hjelp av et varmebærermedium i en første konsentrisk varmekappe 27 via en delvis fylt andre konsentrisk varmekappe 28, hvor gassboblene som dannes transporterer væsken til en gasseparator 31 hvorfra den delvis avgassede løsning strømmer tilbake til generatoren 32, mens gassen fortsetter å strømme oppover i retning mot en kondensator (ikke vist) Varmebærermediet 30 strømmer først gjennom den utvendige varmekappe 27 av boblepumpen og derfra gjennom en varmekappe 30 i pumpeutløsmngsanordningen 25 tilbake til varmekilden En liten temperaturforskjell mellom boblepumpen og bobleutløsningskaret 25 oppnås slik at varmebærermediet som skal oppvarmes strømmer først gjennom boblepumpen og deretter gjennom bobleutløsningskaret 25 Strømnmgshastigheten i varmebærervæsken kan justeres for å vanere varmestrømmen til boblepumpen

Videre kan det hlveiebnnges en temperaturføler på tilkoplingsrøret mellom generatoren 32 og absorberen 35, eller på tilkoplingsrøret mellom generatoren 32 og kondensatoren (ikke vist), som pumpeytelsen kan reguleres etter, avhengig av temperaturen som måles av føleren

En mulig utførelse omfatter et gasstermometer 34 Det varmes opp på ledningen mellom generatoren 32 og absorberen 35, og den således ekspanderte gassen fortrenger via en fleksibel ledning 33 varmebærevæske fra den innvendige varmekappe 28 til et trykkekspansjonskar 29, som fører til at den oppvarmede overflate av pumperøret 26 reduseres På denne måte er det mulig å innstille varmestrømmen gjennom pumperøret

26 etter behov

Claims (10)

1 Absorpsjonskjølemaskin med en generator (7) for fordampning av et kjølemiddel oppløst i et løsningsmiddel, en løsningsmiddelseparator (2) som er anbrakt nedstrøms generatoren (7) hvor separasjonen av løsningsmiddelet fra kjølemiddelet utføres, en kondensator (3) for kondensering av kjølemiddelet, en fordamper (4) hvor kjølemiddelet fordampes ved hjelp av en tørr gass og under nedkjøling, eventuelt ved hjelp av en første gassvarmeveksler (6), og en absorber (5) hvor kjølemiddelet tilføres til den utarmede blanding av kjølemiddel og løsningsmiddelet som igjen fordampes i generatoren (7), karakterisert ved at utgangen fra fordamperen (4) eller utgangen fra den eventuelt første gassvarmeveksler (6) som er anordnet nedstrøms i forhold til fordamperen (4) og utgangen fra generatoren (7) som er vendt bort fra løsningsmiddelsseparatoren (2) åpner inn i en omfønng (8) som fører til absorberen (5), hvor blandingen av fordampet kjølemiddel og tørr gass som kommer fra fordamperen (4) eventuelt via den første gassvarmeveksler (6) blir ført til utgangen av generatoren og gjennom omfønngen (8) hvor gassblandingen bringes i kontakt med den varme, delvis avgassede løsning som kommer fra generatoren (7) og trekker ut ytterligere kjølemiddel fra denne

2 Absorpsjonskjølemaskin ifølge krav 1, karakterisert ved at det er tilveiebrakt en andre gassvarmeveksler (10), hvis pnmærside er anbrakt mellom utgangen av fordamperen (4) og, eventuelt, utgangen av den første gassvarmeveksler (6) og inngangen av omfønngen (8), og hvis sekundærside er anbrakt mellom utgangen av omføringen (8) og inngangen av absorbereren (5), slik at gassblandingen som kommer fra omfønngen (8), bhr avkjølt

3 Absorpsjonskjølemaskin ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det mellom utgangen av fordamperen (4) og inngangen av absorberen (5), eventuelt mellom inngangen og utgangen av omfønngen (8) er anordnet en regulenngsventil (13) slik at mengden av gassen som omføres gjennom omføringen (8) kan måles, hvor den del som ikke omføres strømmer direkte til absorberen (5)

4 Absorpsjonskjølemaskin ifølge krav 2, karakterisert ved at regulenngsventilen er en gjennomgangsventil (13) som kortslutter omfønngen (8)

5 Absorpsjonskjølemaskin ifølge krav 3, karakterisert ved at regulenngsventilen er en treveis ventil som deler opp gassblandingen fra fordamperen (4) mellom strømmen til omfønngen (8) og strømmen til absorberen (5)

6 Absorpsjonskjølemaskin ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at innsiden av omfønngsrøret er belagt med et ammoniakkbestandig fibermatenale (17)

7 Absorpsjonskjølemaskin ifølge krav 6, karakterisert ved at det ammoniakkbestandige fibermatenalet er dannet av en glassfiberbane (17)

8 Absorpsjonskjølemaskin ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at det i omfønngsrøret (8) er anordnet en spiralfjær (18) som hviler mot rørets innside, idet det ammoniakkbestandige fibermatenalet (17) er klemt mellom innsiden og spiralfjæren (18)

9 Absorpsjonskjølemaskin ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at kjølemiddelet består av ammoniakk og løsningsmiddelet av vann

10 Absorpsjonskjølemaskin ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at omfønngen (8) er oppvarmingsbar