PL185175B1

PL185175B1 - Agregat absorpcyjny

Info

Publication number: PL185175B1
Application number: PL97332005A
Authority: PL
Inventors: Markku Lampinen; Mauri Kontu
Original assignee: Abb Power Oy; Vahterus Oy
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 2003-03-31
Also published as: KR20010029460A; FI963470A; JP2000517410A; AU4120197A; WO1998010233A1; CA2264856A1; PL332005A1; US6158238A; CN1114087C; FI106577B; FI963470A0; EP0960313A1; CN1231722A

Abstract

1 . Agregat absorpcyjny do przenoszenia energii cieplnej i chlodniczej za pomoca dwóch czynników grzewczych, w którym to urzadze- niu co najmniej jeden z czynników grzewczych jest taki, zeby mozna go bylo odparowywac lub skraplac, przy czym w sklad wspomnianego agregatu absorpcyjnego wchodzi czesc parow- nikowa, czesc absorpcyjna, czesc kotlowa i czesc skraplaczowa, zas co najmniej jedna z czesci agregatu absorpcyjnego stanowi plaszcz, wewnatrz którego jest luzno osadzony wymiennik ciepla zawierajacy szczeliny prze- plywowe, znamienny tym, ze czesc parowni- kowa, czesc absorpcyjna, czesc kotlowa i czesc skraplaczowa sa umieszczone wewnatrz wspólnego plaszcza (3), zas szczeliny przeply- wowe (19) wymiennika ciepla (1, 2) sa calko- wicie lub prawie calkowicie otwarte od strony plaszcza (3). FIG. 7 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest agregat absorpcyjny.

Agregaty absorpcyjne służą już od dłuższego czasu do przenoszenia energii termicznej z jednego poziomu energetycznego na inny albo, innymi słowy, do wytwarzania energii cieplnej lub energii chłodniczej w odpowiedniej temperaturze. Zasada działania agregatów absorpcyjnych polega na tym, że specyficzne czynniki absorpcyjne są zdolne do wchłaniania w siebie specyficznych innych czynników w wyższej temperaturze niż temperatura wrzenia czynnika pod danym ciśnieniem. Innymi słowy, są one w stanie wiązać się w celu skroplenia innego czynnika w postaci pary w temperaturze wyższej niż temperatura wrzenia danego

185 175 czynnika. Czynniki te, tj. czynniki tworzące parę absorpcyjną, można ponownie rozdzielić podwyższając temperaturę, tj. doprowadzając je do wrzenia.

Współczesne budynki na ogół chłodzi się za pomocą agregatów chłodniczych działających na zasadzie agregatu sprężarkowego, przy czym te agregaty chłodnicze rozmieszcza się w różnych miejscach użytkowania. Energie chłodnicza wytwarza się w nich dzięki elektryczności. Udział chłodzenia budynków w zużyciu energii elektrycznej jest obecnie bardzo ważny, np. w krajach Europy Południowej szczytowe zużycie energii elektrycznej przypada w lecie. Z punktu widzenia produkcji, zużycie to występuje również w nieodpowiednim czasie. Ciepła, jakie nieuchronnie powstaje podczas wytwarzania energii elektrycznej, nie można wykorzystać w inny sposób niż do wytwarzania gorącej wody wodociągowej, w związku z czym trzeba ją skraplać i odprowadzać do ścieków, np. za pomocą skraplaczy solankowych, albo w powietrze za pomocą chłodni kominowych.

Energię chłodniczą można również wytwarzać za pomocą ciepła odpadowego wytwarzanego w procesie produkcji energii elektrycznej we wspomnianych powyżej agregatach absorpcyjnych, z których najbardziej znanymi są agregaty typu bromek litu/woda i amoniak/woda. Za pomocą takich agregatów można zmniejszyć zużycie energii elektrycznej, a tym samym na przykład CO₂, wykorzystując ciepło odpadowe, które obecnie jest całkowicie tracone, do wytwarzania energii chłodniczej w elektrowniach, która następnie rozprowadza się rurociągami do miejsc używania w taki sam sposób jak obecnie ciepło w instalacjach centralnego ogrzewania, albo wykorzystując obecną sieć centralnego ogrzewania i wytwarzając energię chłodnicza w mniejszych urządzeniach, zwłaszcza znajdujących się w każdym obszarze lub budynku. Zaletami takiego rozwiązania jest, na przykład, obniżenie kosztów konserwacji, które w obecnych rozproszonych instalacjach są wysokie oraz niezawodność, wykorzystanie miejsca w budynkach, itp.

Innym sposobem zmniejszenia zużycia energii elektrycznej jest wytwarzanie potrzebnej energii cieplnej za pomocą kolektorów słonecznych, z których najwięcej energii na ogół uzyskuje się w czasie największego zapotrzebowania na chłodzenie. Jeżeli system kolektorów jest zaprojektowany na wielkość promieniowania i czas promieniowania w okresie wiosna/jesień odpowiadające zużyciu wody wodociągowej, to w środku lata jego wydajność przewyższa zapotrzebowanie, co można użyć co najmniej do zmniejszenia szczytowego obciążenia energetycznego.

Absorpcyjne instalacje chłodnicze nie są jednak powszechne ze względu na wysokie koszty inwestycyjne. Co prawda cena jednej kWh wytworzonej w ten sposób energii chłodniczej jest niska w porównaniu z ceną energii elektrycznej, ale liczba godzin zapotrzebowania w tych strefach klimatycznych, w których zbudowano systemy centralnego ogrzewania, jest tak mała, że nie pokrywa to kosztów inwestycyjnych. Przykładowo, w Finlandii nie buduje się takich systemów. Większość takich systemów działa w Japonii, Korei i Stanach Zjednoczonych Ameryki.

Innym ważnym czynnikiem są obecnie duże wymiary urządzeń działających na zasadzie absorpcyjnej. Przykładowo, przestrzeń, jaką one zajmują, jest trzy razy większa od przestrzeni zajmowanej przez agregaty sprężarkowe, co jeszcze bardziej zwiększa koszty.

Głównymi przyczynami konieczności zajmowania przez te instalacje dużych przestrzeni są wymienniki ciepła połączone ze strefą niskiego ciśnienia panującą w części parownikowej i absorpcyjnej. Jeżeli wrzenie, to jest rozdzielanie części pary absorpcyjnej na poszczególne elementy składowe trzeba realizować wykorzystując do tego wodę z instalacji centralnego ogrzewania, której temperatura latem wynosi, na przykład w Finlandii, około 70 do 75°C, to w zespołach, gdzie odbywa się wrzenie i skraplanie, jest również niskie ciśnienie. Płynąca we wszystkich częściach agregatu absorpcyjnego nisko ciśnieniowa para potrzebuje dużych kanałów przepływowych, co zwiększa wymiary urządzenia, a zwłaszcza wymiary wymienników ciepła.

Skutkiem konieczności stosowania dużych kanałów przepływowych jest niemożliwość budowania agregatów absorpcyjnych w sieciach centralnego ogrzewania do zwykłych temperatur wrzenia około 70 do 80°C, ponieważ ze względu niskie ciśnienie wymiary takiego agregatu, a tym samym jego koszty, są zbyt duże.

185 175

Wysoka temperatura wrzenia jest szczególnie niekorzystna dla kolektorów słonecznych, ze względu na znaczny spadek ich energii w miarę wzrostu temperatury cieczy przeznaczonej do wymiany ciepła.

Skutkiem konieczności stosowania dużych kanałów przepływowych jest również budowanie wszystkich znajdujących się na rynku agregatów absorpcyjnych jako rurowych wymienników ciepła, w których stosunek pola kanałów przepływowych i temperatury jest duży i można go dobierać w zależności od przeznaczenia, zmieniając średnice rur. Jednakże koszty ich wytwarzania są wysokie ze względu na trudność automatyzacji procesu produkcyjnego oraz na wysoką cenę jednego metra kwadratowego powierzchni materiału doprowadzającej ciepło, tj. rur. Ponadto wysokie jest zużycie materiału na metr kwadratowy powierzchni doprowadzania ciepła oraz zapotrzebowanie przestrzeni na jeden metr kwadratowy powierzchni doprowadzania ciepła.

Z tych względów w ciągu ostatnich lat płytowe wymienniki ciepła prawie zastąpiły rurowe wymienniki ciepła, takie jak wymienniki cieczowo-cieczowe. Wadą zajmowania przez płytowe wymienniki ciepła małej przestrzeni są bardzo wąskie kanały przepływowe czynnika grzewczego, zwłaszcza w narożach wymiennika. Natomiast ze względów technicznoprodukcyjnych nie można ich wytwarzać o bardzo dużych wymiarach. Z tego względu płytowe wymienniki ciepła najlepiej nadają się w roli wymienników cieczowo-cieczowych oraz do pary nadciśnieniowej. Para o bardzo niskim ciśnieniu nie ma po prostu miejsca aby płynąć wąskimi kanałami. Wyjaśnia to przyczyny nie stosowania płytowych wymienników ciepła w agregatach absorpcyjnych.

Przykładowo, w fińskim opisie patentowym nr 95 414 ujawniono płytowy wymiennik ciepła umieszczony w zbiorniku, do którego doprowadza się czynnik grzewczy, który płynie bezpośrednio do szczelin pomiędzy płytami kanałowymi. W ten sposób można znacznie zwiększyć pole przepływu. Wymiennik ciepła tego typu stosuje się w urządzeniach parownikowych i skraplających zgodnie z powyższym opisem, w których jeden z czynników grzewczych odparowuje, a drugi skrapla się, jak, na przykład, w urządzeniu, w którym wytwarza się z wody morskiej wodę słodką Zatem pole powierzchni kanałów przepływowych pary wynosi:

A = n x s x a gdzie:

n = liczba szczelin pomiędzy płytami kanałowymi, s = szerokość szczelin pomiędzy płytami kanałowymi, a = długość boku wymiennika ciepła.

Niestety, ujawnione powyżej urządzenie nie nadaje się do agregatów absorpcyjnych, na przykład do takich, w których jeden z czynników grzewczych odparowuje lub skrapla się, natomiast drugi pozostaje w postaci ciekłej.

Agregat absorpcyjny do przenoszenia energii cieplnej i chłodniczej za pomocą dwóch czynników grzewczych, w którym to urządzeniu co najmniej jeden z czynników grzewczych jest taki, żeby można go było odparowywać lub skraplać, przy czym w skład wspomnianego agregatu absorpcyjnego wchodzi część parownikowa, cześć absorpcyjna, część kotłowa i część skraplaczowa, zaś co najmniej jedną z części agregatu absorpcyjnego stanowi płaszcz, wewnątrz którego jest luźno osadzony wymiennik ciepła zawierający szczeliny przepływowe, według wynalazku charakteryzuje się tym, że część parownikowa, część absorpcyjna, część kotłowa i część skraplaczowa są umieszczone wewnątrz wspólnego zaś szczeliny przepływowe wymiennika ciepła są całkowicie lub prawie całkowicie otwarte od strony płaszcza.

W dolnej części płaszczą jest umieszczona płyta rozdzielającą dzielącą płaszcz w kierunku podłużnym na część parownikową i część absorpcyjną i/lub na cześć kotłową i część skraplaczową

W płytowym wymienniku ciepła są umieszczone płyty kanałowe które są co najwyżej 100 razy większe niż szerokość szczeliny przepływowej otwartej od strony płaszcza.

W dolnej części płaszcza jest umieszczony co najmniej jeden odbiornik cieczy.

Odbiornik cieczy stanowi element nośny agregatu absorpcyjnego.

185 175

Wewnątrz wspólnego płaszczą znajduje się kilką płytowych wymienników ciepła w układzie obok siebie, jeden na drugim i/lub jeden za drugim.

Odległość płytowych wymienników ciepła od siebie jest równa iloczynowi co najmniej 4 szerokości szczelin przepływowych otwartych od strony płaszczą i liczby szczelin przepływowych.

Szczeliny przepływowe w płytowym wymienniku ciepłą otwarte od strony płaszcza są większe niż szczeliny przepływowe zamknięte od strony płaszcza.

Szczeliny przepływowe płytowych wymienników ciepła otwarte od strony płaszcza rozszerzają się całkowicie lub częściowo ku płaszczowi.

Ponad połowa kanałów przepływowych pomiędzy płytami kanałowymi płytowego wymiennika ciepła jest otwarta od strony płaszcza.

Główną zaletą wynalazku jest możliwość stosowania płytowego wymiennika ciepła o niskiej wartości ciśnienia, jakie jest potrzebne w procesie absorpcyjnym. Dzięki rozwiązaniu według wynalazku znacznie zmniejszono wielkość potrzebnej na nie przestrzeni oraz jego wagę. Wynalazek umożliwia również budowę dużych urządzeń, wykorzystując do tego celu technikę płytowych wymienników ciepła. Kolejną zaletą wynalazku jest możliwość znacznego zmniejszenia kosztów w porównaniu ze stanem dotychczasowym. Dzięki wynalazkowi można również uprościć konstrukcję, zmniejszyć ryzyko przecieków a także zwiększyć niezawodność. Wynalazek umożliwia również projektowanie urządzenia w zależności od dostępnego miejsca.

W rozwiązaniu według wynalazku, para, która ma być skroplona, jest w stanie płynąć do wymiennika ciepła lub para po odparowaniu cieczy jest w stanie płynąć z wymiennika ciepła na całej długości jego średnicy. Pole przepływu wynosi:

A = n x s x 2 (a+b), gdzie n = liczba szczelin pomiędzy płytami kanałowymi otwierającymi się ku płaszczowi, s = szerokość szczelin pomiędzy płytami kanałowymi, a, b = długości boków wymiennika ciepła.

Jeżeli, korzystnie, płyty kanałowe maja kształt kwadratu, to jest wymiar a = b, powierzchnia przepływu jest czterokrotnie większa w porównaniu z polem przepływu urządzenia opisanego w nr FI-95 414. Ponadto, odległość, jaką przepływa para pomiędzy płytami kanałowymi, zmniejsza się o połowę, co jeszcze bardziej obniża opory przepływu. Umożliwia to stosowanie płytowego wymiennika ciepła w agregacie absorpcyjnym, w którym istnieją znacznie mniejsze ciśnienia niż w urządzeniu wytwarzającym wodę słodką.

Inną poważną zaletę uzyskuje się dzięki luźnemu osadzeniu. Natężenie przepływu pary ogranicza długość boków wymiennika ciepła, albo dokładniej, stosunek szerokości szczeliny pomiędzy płytami kanałowymi a bokiem wymiennika ciepła, który to stosunek powinien być ogólnie powyżej 1:100. Kiedy nie można powiększyć wymiaru płyt kanałowych, jedynym sposobem w znanych urządzeniach jest zwiększenie liczby płyt kanałowych, to jest, wydłużenie pakietu płyt. Również ten sposób jest ograniczony ze względu na problemy technicznoprodukcyjne, rozszerzalność cieplną i inne przyczyny tego typu. Można również natknąć się na trudności z montażem urządzenia. Z tego względu jedynym sposobem budowy większych urządzeń jest wytwarzanie dwóch lub więcej oddzielnych wymienników ciepła połączonych równolegle.

W rozwiązaniu według wynalazku, wewnątrz tego samego płaszcza można umieścić obok siebie kilka wymienników ciepła, jeden na drugim lub jeden za drugim, co daje całkowicie nowe możliwości projektowe i prowadzi do bardzo skutecznego wykorzystania przestrzeni. Oczywiście, koszty jednego dużego płaszcza lub pojemnika są również znacznie mniejsze niż koszty kilku małych.

Luźne i swobodne umieszczanie wymienników ciepła wewnątrz płaszcza umożliwia również znaczne zmniejszenie wymiarów i kosztów agregatu, co wynika z możliwości doprowadzania pary wodnej i jej odbierania przez otwory znajdujące się w różnych miejscach na średnicy.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia również wykonanie większych szczelin pomiędzy płytami kanałowymi po stronie pary i/lub ich rozszerzania ku średnicy wymiennika, co jeszcze bardziej polepsza możliwość jego stosowania jako agregatu absorpcyjnego.

Różnice wymiarów szczelin lub rozszerzanie szczelin ku średnicy wymiennika można zrealizować, korzystnie, zmniejszając szczelinę po stronie cieczowej płyt kanałowych, rozumiejąc samo przez się, że w przypadku płyt o standardowej konstrukcji, ciecz można doprowadzać i odprowadzać dwoma króćcami zamiast jednym. Równocześnie poprawi się równomierność rozprowadzania cieczy, a tym samym współczynnik przenoszenia ciepła, co jest ważne w agregatach absorpcyjnych ze względu na małe różnice temperatur, zwłaszcza ze względu na możliwość używania w urządzeniu według wynalazku znacznie większych płyt kanałowych niż w rozwiązaniach znanych dotychczas.

Luźne umieszczenie wewnątrz płaszcza umożliwia również łatwe łączenie operacji tak, żeby części znajdujące się na tym samym poziomie ciśnieniowym, to jest części parownikowe i absorpcyjne, a z drugiej strony kocioł i skraplacz, znajdowały się jedna za drugą wewnątrz wspólnego cylindrycznego płaszcza. Płyty końcowe wymiennika mogą następnie pracować jak płyty końcowe płaszcza, albo mogą spoczywać na płytach końcowych płaszcza i płytach dzielących komór. Takie rozwiązanie znacznie obniża koszty, zmniejsza ryzyko przecieków i tym podobne.

Znaczące zmniejszenie ryzyka przecieków ma istotne znaczenie zwłaszcza w agregatach absorpcyjnych ze względu na duże różnice ciśnień. Nawet niewielkie przecieki powodują korozję i osłabiają przepływ ciepła, ponieważ na powierzchniach wymiany ciepła gromadzi się wnikające przez nieszczelności powietrze. W porównaniu z urządzeniami znanymi dotychczas, w urządzeniu według wynalazku są znacznie mniejsze przecieki, zarówno wewnętrzne jak i zewnętrzne.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dwukomorowy agregat absorpcyjny typu bromek litu/woda, schematycznie; fig. 2, 3 i 4 - typowy płytowy wymiennik ciepła, schematycznie; fig. 5 - schemat przepływowy typowego płytowego wymiennika ciepła; fig. 6 i 7 - agregat absorpcyjny według wynalazku, w rzutach z różnych kierunków, schematycznie; w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 8 - agregat absorpcyjny według wynalazku w drugim przykładzie wykonania; fig. 9 - agregat absorpcyjny według wynalazku w trzecim przykładzie wykonania; fig. 10 agregat absorpcyjny według wynalazku w czwartym przykładzie wykonania; fig. 11 i 12 jeden szczegół urządzenia według wynalazku, w przykładach wykonania; oraz fig. 13 i 14 schemat przebiegu szczelin przepływowych według koncepcji z fig. 11 i 12.

Na fig. 1 przedstawiono schematycznie zwykły dwukomorowy agregat absorpcyjny typu bromek litu/woda. Na fig. 1 widać również temperatury dominujące w różnych miejscach agregatu absorpcyjnego stosowanych dla wody chłodzącej.

Zasada działania agregatu z fig. 1 jest następująca. W kotłowej części 1 agregatu, w której panuje wysokie ciśnienie, znajduje się roztwór wody i bromku litu. Wodę ogrzewa się za pomocą gorącej wody lub pary w celu jej oddzielenia od roztworu. Odparowaną wodę skrapla się w skraplaczu 2, gdzie chłodzi się ją za pomocą skroplonej wody odprowadzonej z chłodnicy wody. Skroplona do postaci cieczy woda płynie do parownika 3, gdzie paruje w warunkach niskiego ciśnienia. Parowanie wiąże ciepło, w wyniku czego uzyskuje się temperaturę pokazaną na fig. 1, która jest na tyle niska, żeby, na przykład, następowało chłodzenie wody chłodzącej w klimatyzatorach. Para wodna płynie do części absorpcyjnej 4, gdzie jest ponownie pochłaniana przez ciecz i pompowana z powrotem do części kotłowej 1. Przejście w stan ciekły w części absorpcyjnej 4 odbywa się za pomocą chłodzenia skroploną wodą. Na fig. 1 nie pokazano urządzenia chłodzącego na skroploną wodę. Woda ogrzana w agregacie absorpcyjnym jest na ogół chłodzona w solankowych wymiennikach ciepła, chłodniach kominowych lub innych urządzeniach tego typu.

Jak już stwierdzono wcześniej, w ciągu ostatnich lat płytowe wymienniki ciepła prawie zastąpiły rurowe wymienniki ciepłą, takie jak wymienniki cieczowo-cieczowe. Jak widać na fig. 2 i 4, na przykład, płytowe wymienniki ciepła są wytwarzane z płyt kanałowych, w których są wykonywane za pomocą narzędzi ciśnieniowych rowki przepływowe cieczy. W każdym

185 175

Ί narożniku każdej płyty znajdują się otwory. Płyty montuje się za pomocą śrub i masywnych płyt końcowych w pakiet, w wyniku czego otwory w narożach stanowią drogi przepływu cieczy uczestniczącej w przenoszeniu ciepła. Krawędź każdej płyty otacza uszczelka, w której narożach znajdują się szczeliny tak, żeby chłodzona ciecz wpływała w co drugi odstęp pomiędzy płytami, ą z kolei ciecz, która ma być ogrzewana - wpływała w pozostałe co drugie odstępy. Płyty kanałowe można również łączyć ze sobą techniką spawania lub lutowania, zamiast stosowania uszczelek i śrub.

Na figurze 5 przedstawiono typowy schemat przepływowy płytowego wymiennika ciepła. Jak widać na schemacie, możliwe jest zaprojektowanie różnych dróg przepływu za pomocą uszczelek, w zależności od masowych natężeń przepływu, różnic temperatur, itp.

Jak już stwierdzono wcześniej, przedtem nie było możliwe używanie płytowych wymienników ciepła w układzie agregatów absorpcyjnych ze względu na to, że para o bardzo niskim ciśnieniu nie ma po prostu miejsca na przepływ wąskimi kanałami przepływowymi.

Na figurach 6 i 7 przedstawiono schemat urządzenia według wynalazku używanego w układzie z agregatami absorpcyjnymi. Na fig. 6 i 7 widać cześć parownikową 15 i cześć absorpcyjnąl 6 agregatu absorpcyjnego uproszczone w taki sposób, żeby na figurach było widać tylko części składowe istotne dla działania urządzenia i dla zrozumienia wynalazku.

Płytowe wymienniki ciepła 1 i 2 umieszcza się luźno wewnątrz płaszcza 3, korzystnie nieco mimośrodowo, na przykład w taki sposób, żeby pomiędzy płaszczem 3 a wymiennikiem ciepła 1, 2 powstał rozszerzający się kanał przepływowy 4. Na figurach tych płaszcz 3 i wymienniki ciepła 1, 2 maja kształt okrągły. Mogą one też mieć kształt prostokątny lub kwadratowy, zaś płaszcz 3 może mieć kształt zaokrąglony, natomiast wymienniki ciepła 1, 2 mają kształt kwadratowy, i tak dalej. Podobnie, na fig. 7 widać tylko dwa króćce 5 i 6 oraz 7 i 8 dla wymienników 1, 2. Może ich być 4 a nawet więcej. Na fig. 7 jeden koniec wymienników ciepła 1 i 2 spoczywa na płycie końcowej 9, a drugi koniec jest odłączony od płyty dzielącej 25, co, ilustruje alternatywne sposoby ich umieszczania. Płyta dzieląca 25, która dzieli urządzenie na cześć parownikową 15 i cześć absorpcyjną 16, jest przymocowana do płaszcza 3. Gdyby nie było płyty dzielącej 25, to na fig. 4 można byłoby zobaczyć, na przykład, oddzielną część parownikową. 15, w której wymiennik ciepła jest podzielony na dwie części.

Wymienniki ciepła 1 i 2 są uformowane z płyt kanałowych 17, które są połączone parami ze sobą na swoich zewnętrznych krawędziach w taki sposób, żeby pomiędzy nimi powstałą zamknięta przestrzeń przepływowa dla ciekłego czynnika grzewczego. Pary płyt kanałowych 17 można montować jak wymienniki ciepła za pomocą śrub i tulejowych elementów uszczelniających 20 zgodnie z zasadą pokazaną na fig. 3, w wyniku czego powstają wlotowe i wylotowe króćce 5, 6, 7 i 8 wychodzące z wymienników ciepła, przeznaczone dla czynnika grzewczego w postaci ciekłej. Pomiędzy parami płyt kanałowych 17 znajdują się połączone swoimi krawędziami szczeliny przepływowe 19, którymi wpływa i/lub wypływa para, przy czym szczeliny przepływowe 19 są otwarte na długości całej zewnętrznej średnicy do przestrzeni ograniczonej płytami końcowymi 9 i 10 oraz płaszczem 3. Oczywiście elementy uszczelniające 20 można zastąpić tulejami metalowymi, kołnierzami itp., uformowanymi na płytach kanałowych 17, które są połączone techniką spawania, lutowania lub w dowolny taki, powszechnie znany sposób.

Zasada działania urządzenia z fig. 6 i 7 jest następująca. W przestrzeni ograniczonej płytami końcowymi 9 i 10 wytwarza się za pomocą pompy próżniowej, nie pokazanej na figurach, duże podciśnienie. Woda ochłodzona w skraplaczu agregatu absorpcyjnego wpływa do króćca 11 poprzez zawór rozprężny. Na figurze nie pokazano skraplacza ani zaworu rozprężnego. W zaworze rozprężnym spada ciśnienie wody, w wyniku czego pewna jej część odparowuje i temperatura wody obniża się do poziomu odpowiadającego niskiemu ciśnieniu dominującemu w urządzeniu. Mieszanina wody z parą wypływa z króćca 11 na płytę rozpraszającą 21, a dalej znajdującymi się w niej otworami, dyszami 22, itp. do wymiennika ciepła 1. Zadaniem płyty rozpraszającej 21 jest równomierne rozdzielenie wody na wszystkie płyty kanałowe 17 wymiennika ciepłą 1 tak, żeby powstała na nich cienka, równomierna warstwą wilgoci. Uzyskuje się to na ogół w taki sposób, że króćcem 11 doprowadza się większą ilość wody niż jest w stanie odparować wymiennik ciepła 1. Nadmiar wody jest zbierany u dołu płaszcza 3 i odprowadzany za pomocą króćca 12 do pompy wody odzyskanej, która pompuje ją z powrotem do rury połączonej z króćcem 11. Na fig. 6 i 7 nie widać pompy wody odzyskanej ani układu rurociągów, natomiast są one w przybliżeniu takie same jak na fig. 1.

Parowanie wody odbywa się w wymienniku 1 poprzez doprowadzenie króćcem 5 czynnika grzewczego, który ma być schłodzony, transportowanego do szczelin przepływowych 18 wymiennika ciepłą 1. Temperaturą czynnika grzewczego, który mą być schłodzony, jest wyższa niż temperatura wody płynącej króćcem 11. Parowanie wiąże ciepło, co powoduje chłodzenie czynnika grzewczego płynącego szczelinami przepływowymi 18. Schłodzona ciecz jest zawracana złączką 6.

Para wypływa szczelinami przepływowymi 19 z wymiennika ciepła 1 i płynie dalej do części absorpcyjnej 16, do której jest doprowadzana króćcem 13 i po płycie rozpraszającej 21 na ogół wstępnie schłodzony roztwór czynnika absorpcyjnego, stężony za pomocą kotła. Roztwór ten płynie w postaci warstwy cieczy wzdłuż płyt kanałowych 17 i wchłania w siebie cześć pary wodnej odpowiadającą dominującemu ciśnieniu i temperaturze. Uwolnione ciepło parowania i nadmiar ciepła w czynniku absorpcyjnym przepływają do skroplonej cieczy króćcem 7, przy czym skroplona ciecz podgrzewa się podczas przepływu szczelinami przepływowymi 18 i wraca w celu ochłodzenia. Mieszankę wody i czynnika absorpcyjnego zbiera się z dna płaszcza 3 za pomocą króćca 14 i pompuje z powrotem do kotła, którego nie pokazano na fig. 6 i 7.

Oczywiście wiadomo, że zamiast wody można stosować dowolną znaną ciecz jako nośnik ciepła albo, na przykład, do króćca 5 można doprowadzać parę.

W przykładzie wykonania z fig. 6 i 7 wytwarzanie warstwy cieczy odbywa się na powierzchniach wymiany ciepła, korzystnie za pomocą płyty rozpraszającej 21. Możliwe jest również stosowanie innych urządzeń przeznaczonych do równomiernego rozprowadzania cieczy, takich jak dysze odśrodkowe lub inne dysze, maty drenażowe, itp.

Na fig. 8 przedstawiono drugi przykład wykonania wynalazku. W celu zaoszczędzenia miejsca, płaszcz 3 jest możliwie mały i parę doprowadza się kanałami przepływowymi 23, 23', 23 i 23' z każdej strony wymienników ciepła 1, 2. Warunkiem takiego rozwiązania jest możliwie niska, jak pokazano na fig. 8, płyta rozdzielająca 25. W przykładzie tym zastosowano kwadratowe wymienniki ciepła 1, 2, z dwiema parami rur złącznych.

Jeżeli płyta rozdzielająca 25 jest położona nisko to możliwe jest mieszanie się cieczy w części absorpcyjnej i parownikowej. Ryzyko to można wyeliminować formując z dolnej części płaszcza 3 odbiornik cieczy 26, który może równocześnie działać jak element nośny agregatu absorpcyjnego. Rozwiązanie to pokazano na fig. 9 jako trzeci przykład wykonania agregatu według wynalazku.

Duży agregat absorpcyjny można wykonać w sposób pokazany na fig. 10, umieszczając kilka wymienników ciepła obok siebie, jeden na drugim i/lub jeden za drugim wewnątrz jednego płaszcza 3. W czwartym przykładzie wykonania agregatu pokazanym na fig. 10, warstwy cieczy wytwarza się na powierzchniach wymiany ciepła wymienników ciepła za pomocą dysz 28 osadzonych w układach 27 rur dyszowych. Nadmiar cieczy płynący z górnych wymienników ciepła 1, 2 zbiera się w tym przykładzie wykonania za pomocą rynien zbiorczych 29 wody i kieruje przez dolne wymienniki ciepła 1, 2 do odbiornika cieczy 26. Należy zapewnić wystarczającą odległość pomiędzy wymiennikami ciepła. Jeżeli nie ma więcej wymienników ciepła niż jeden za drugim, trzeba na ogół spełnić następujące warunki:

1>/ 4 x n x s gdzie = wolna odległość pomiędzy wymiennikami ciepła, n = liczba szczelin dyszowych na stronie parowej/wymienniku, s = szerokość szczeliny pomiędzy płytami kanałowymi na stronie parowej.

Zwłaszcza w tego typu przykładzie wykonania można polepszyć przepływy pary, formując odpowiednio płyty prowadzące, które są oczywiście znane jako takie. Co do przecieków, to, korzystnie, rury 5 i 6 są połączone przed płytą końcową 10, ale mogą one również przechodzić przez nią oddzielnie.

185 175

Warunki przepływowe można polepszyć robiąc szczeliny przepływowe 19 dla pary większe niż szczeliny przepływowe l8 dla cieczy. Można to zrealizować, na przykład, w taki sposób jak na fig. 11, wykonując dłuższe niż zwykle elementy uszczelniające 20 pomiędzy płytami kanałowymi 17.

Szczególnie korzystny przykład wykonania przedstawiono na fig. 12, gdzie płyty kanałowe 17 wykonuje się nieco stożkowe w taki sposób, żeby szczelina przepływowa 19 dla pary była umieszczona na zewnątrz. Ponadto korzystne jest zamocowanie po stronie cieczowej podajników rynnowych 30 w celu uzyskania równomiernego przepływu cieczy. Przykład wykonania z fig. 12 jest szczególnie korzystny z punktu widzenia wykorzystania przestrzeni, ponieważ prawie cały płaszcz wymiennika ciepła jest powierzchnią przepływową pary. Należy zauważyć, że w celu dokładnego pokazania elementu, stożkowy kształt silnie wyolbrzymiono.

W przykładzie wykonania z fig. 13 główną koncepcję z fig. 11 i 12, dotyczącą powiększenia kanałów przepływowych, doprowadzono do skrajności. W tym przykładzie wykonania nie ma szczelin przepływowych 18 dla czynnika grzewczego w postaci ciekłej, ale we wszystkich szczelinach 19 płyt kanałowych płynie para. W tym przykładzie wykonania potrzebne jest zastosowanie kilku złączek 5 w pakiecie płyt, natomiast ciecz krąży kilka razy przez pakiet, jak pokazano na fig. 13, w tym celu, żeby zapewnić odpowiedni stosunek powierzchni wymiany ciepła po stronie cieczowej i parowej, jak również odpowiednie pola przepływu obu czynników grzewczych. Pokazany powyżej przykład wykonania można również zrealizować w sposób pokazany na fig. 14 tak, żeby, na przykład, 2/3 szczelin 18 i 19 było otwartych od strony płaszcza 3.

Powyżej omówiono i pokazano na figurach tylko części parownikowe i części absorpcyjne, ponieważ związane z nimi problemy są największe ze względu na występujące w nich niskie ciśnienie. Kombinacja kotła z częścią skraplaczową jest w zasadzie podobna, na przykład jak na fig. 7. Zwłaszcza w dużych zespołach niektóre lub wszystkie części agregatu absorpcyjnego można również budować oddzielnie.

Powyżej opisano wynalazek na przykładzie wykonania w formie agregatu absorpcyjnego. Wynalazek w żadnym przypadku nie ogranicza się tego przykładu wykonania, ale można go swobodnie zmieniać w ramach załączonych zastrzeżeń. Zatem wynalazek obejmuje wszystkie inne zastosowania, w których stosunek objętościowych natężeń przepływu czynnika jest duży, jak również wszystkie znane konstrukcyjne rozwiązania.

185 175

FIG. 13

FIG. 14

185 175

FIG. 10

FIG. 11

FIG. 12

185 175

.LL

ΓΓΤ

Γ

¹ U

T 1

l^- |

?

1

•

i I 1

! I

1 1 1

1 i 1 1

ł 1

7 1

ύ 1

ó 1

5

1 ύ 1

i

.A

ί

1 l

i

l·

I 1 1 1 J

1

ί 1 1 1 u

i

{ I 1 X

ΐ 1

1 ί I 1 1 I

1

III©

1 u

A

L

1

-Ιίί 1 1 '

FIG.4

FIG. 5

185 175

FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4.00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Agregat absorpcyjny do przenoszenia energii cieplnej i chłodniczej za pomocą dwóch czynników grzewczych, w którym to urządzeniu co najmniej jeden z czynników grzewczych jest taki, żeby można go było odparowywać lub skraplać, przy czym w skład wspomnianego agregatu absorpcyjnego wchodzi część parownikowa, cześć absorpcyjna, część kotłowa i część skraplaczowa, zaś co najmniej jedną z części agregatu absorpcyjnego stanowi płaszcz, wewnątrz którego jest luźno osadzony wymiennik ciepła zawierający szczeliny przepływowe, znamienny tym, że część parownikowa, część absorpcyjna, cześć kotłowa i część skraplaczowa są umieszczone wewnątrz wspólnego płaszczą (3), zaś szczeliny przepływowe (19) wymiennika ciepła (1, 2) są całkowicie lub prawie całkowicie otwarte od strony płaszcza (3).
2. Agregat, według zastrz. 1, znamienny tym, że w dolnej części płaszcza (3) jest umieszczona płyta rozdzielająca (25) dzieląca płaszcz (3) w kierunku podłużnym na część parownikową (15) i cześć absorpcyjną (16) i/lub na część kotłową i cześć skraplaczową.
3. Agregat według zastrz. 1, znamienny tym, że w płytowym wymienniku ciepła (1, 2) są umieszczone płyty kanałowe (17), które są co najwyżej 100 razy większe niż szerokość szczeliny przepływowej (19) otwartej od strony płaszcza (3).
4. Agregat według zastrz. 2, znamienny tym, że w dolnej części płaszcza (3) jest umieszczony co najmniej jeden odbiornik cieczy (26).
5. Agregat według zastrz. 4, znamienny tym, że odbiornik cieczy (26) stanowi element nośny agregatu absorpcyjnego.
6. Agregat według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnątrz wspólnego płaszcza (3) znajduje się kilka płytowych wymienników ciepła (1, 2) w układzie obok siebie, jeden na drugim i/lub jeden za drugim.
7. Agregat według zastrz. 6, znamienny tym, że odległość płytowych wymienników ciepła (1, 2) od siebie jest równa iloczynowi co najmniej 4 szerokości szczelin przepływowych (19) otwartych od strony płaszcza (3) i liczby szczelin przepływowych (19).
8. Agregat według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny przepływowe (19) w płytowym wymienniku ciepła (1, 2) otwarte od strony płaszcza (3) są większe niż szczeliny przepływowe (18) zamknięte od strony płaszcza (3).
9. Agregat według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny przepływowe (19) płytowych wymienników ciepła (1, 2) otwarte od strony płaszcza (3) rozszerzają się całkowicie lub częściowo ku płaszczowi (3).
10. Agregat według zastrz. 9, znamienny tym, że ponad połowa kanałów przepływowych pomiędzy płytami kanałowymi (17) płytowego wymiennika ciepła (1, 2) jest otwarta od strony płaszcza (3).