WO1997014923A1 - Sorptionswärmewandleranlage mit zusatzkomponenten - Google Patents

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WO1997014923A1
WO1997014923A1 PCT/DE1996/001954 DE9601954W WO9714923A1 WO 1997014923 A1 WO1997014923 A1 WO 1997014923A1 DE 9601954 W DE9601954 W DE 9601954W WO 9714923 A1 WO9714923 A1 WO 9714923A1
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WO
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solution
pump
heat exchanger
cooler
soφtionswarmewandleranlage
Prior art date
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PCT/DE1996/001954
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Riesch
Original Assignee
Absotech Energiesparsysteme Gmbh & Co. Kg
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3201—Cooling devices using absorption or adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3201—Cooling devices using absorption or adsorption
    • B60H1/32011—Cooling devices using absorption or adsorption using absorption, e.g. using Li-Br and water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F25B15/12—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type with resorber

Definitions

  • the invention relates to a sorption heat converter system according to the preamble of claim 1, hereinafter referred to as sorption system, which is used in single or multi-stage designs as a refrigerator, heat pump and heat transformer or combinations of these for cold and / or heat generation (G Alefeld, R Radermacher Heat Conversion Systems, CRC Press, Boca Raton (1994)) Sorption heat conversion systems are also described in Niebergall, W Handbuch der Kältetechnik, Volume 7, Sorptionskaltemaschinen, Spnnger Berlin New York, Rep ⁇ nt (1981), and in H v Cube, F Steimle heat pumps. VDI-Verlag Dusseldorf (1984) Decisive for the key figures of the sorption plant is the sum of all reciprocal heat transfer numbers on the main components used: evaporator, absorber, condenser,
  • Generator, desorber, resorber (P Riesch, G Alefeld, DKV conference reports, 17th year Heidelberg, S569 ff (1990))
  • the absorber and resorber require relatively large heat exchanger surfaces, which can be attributed to the poor material transfer during the absorption process the solution for the mixing of the solution and thus for the mass and heat transfer in the absorber or resorber, as well as for boiling in the evaporator.
  • Generator or desorber of utmost importance Turbulence in mass and heat transfer is achieved through high power conversions per heat exchanger surface, i.e. through high surface loads.
  • the upper term is understood to mean diabatic absorption coolers, i.e.
  • cooled absorbers and absorbers such as trickle absorbers, also called falling film absorbers, for example Tube bundle or plate heat exchangers, immersion absorbers, also called bubble absorbers, with e.g. pipe coil or plate heat exchangers, etc.
  • trickle absorbers also called falling film absorbers
  • immersion absorbers also called bubble absorbers
  • bubble absorbers with e.g. pipe coil or plate heat exchangers, etc.
  • the invention has set itself the task of improving the performance characteristics of So ⁇ tionsanlagen by cost-effective measures by improving the mass and heat transfer in the absorber and / or resorber
  • the object is achieved by the features according to claim 1. Accordingly, at least one cooled, ie non-adiabatic absorption heat exchanger is used as the absorber and / or resorber for the so ⁇ tion system, with at least one solution cooler and one pump in one as additional components
  • Recirculation circuit are switched.
  • the working medium-rich, supercooled solution exiting at the absorption heat exchanger is at least partially fed back to the input of the absorption heat exchanger via at least one pump and at least one solution cooler.
  • the arrangement according to the invention follows the concept of strong subcooling of the solution to ensure a good mass transfer in the absorption heat exchanger Due to the large gradient that can be achieved with this measure, between the vapor pressure, e.g.
  • the strong subcooling of the solution at a given cooling water temperature is with a solution cooler, such as liquid / liquid heat exchanger, reached in the recirculation circuit
  • the k-values of a solution cooler with up to 5000 W / m 2 K are significantly higher than those of an absorption heat exchanger with k-values between 500-2000 W / m 2 K
  • the recirculation is not primarily used to ensure wetting or partial load control, but the solution circuit formed according to claim 1 is used primarily to circulate the solution through the solution cooler
  • the solution cooler as a liquid / liquid heat exchanger is compact, very efficient and inexpensive to produce, e.g. as a plate heat exchanger -The improved mass and heat transfer can otherwise unchanged
  • Conditions which heat released during the absorption heat the cooling water to a higher temperature.
  • This advantageously allows the cooling medium flow to be reduced by means of absorption heat exchangers and solution coolers and / or to give off the waste heat from the absorption heat exchanger and solution cooler at a higher temperature, for example for heating purposes -As mentioned above, the cooling water temperature can be increased for a given output, which, for example, allows the economical use of direct air cooling or dry-pressure cooling units under certain conditions -In addition, material pairs can be used which, for example, have too poor heat transfer when using absorption heat exchangers, eg due to their high viscosity
  • the vapor pressure in the absorber can be reduced, which can advantageously lower the evaporator temperature for generating kite
  • the low temperature in em- and multi-stage systems can be lowered due to the good mass and heat transfer in the absorption heat exchanger
  • Solution cooler This enables, among other things, efficient use of low-temperature heat as drive heat, e.g. waste heat or low-temperature heat from district heating, motors, solar collectors
  • the drive temperature in the high-pressure generator can be reduced to approximately 150 ° C. with a three-stage So ⁇ tionskaltemaschme with high efficiency.
  • only two-stage chillers could be operated at this temperature.
  • An increase in the temperature in the high-pressure generator to over 160 ° C. is due to unresolved questions regarding Corrosion inhibitors and choice of materials are not technically feasible due to the high cold number of 1 6 in three-stage cold soaps, even with direct firing with oil or gas, they are equivalent in terms of energy to compressor cold systems
  • Arranging the recirculation pump directly after the absorption heat exchanger and upstream of the solution cooler enables a relatively large pressure drop at the solution cooler and thus a turbulent flow of the solution in the solution cooler. This advantageously improves the heat transfer at the solution cooler and significantly reduces the size of the solution cooler.
  • the solution cooler arranged after the recirculation pump since in contrast to the arrangement according to claim 3, especially in this arrangement, good heat transfer with a large pressure drop in the solution cooler can be achieved without the solution cavitating in the solution cooler.
  • a further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 3, for example.
  • the solution can be subcooled on the one hand for good mass and heat transfer in the absorption heat exchanger, on the other hand it is ensured that the solution does not cavitate due to the suction of the pump.
  • An advantage is the reduction of the required inlet height, or the elimination of the use of relatively complex probe pumps with so-called inducer devices.
  • a combination of claims 2 and 3 is also advantageous: for example, a first solution cooler connects the suction side of the recirculation pump to the outlet of the
  • a further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 4:
  • the suction of the solution circuit pump of only slightly supercooled solution from the absorption heat exchanger usually requires a corresponding inlet height and one elaborate cavitation-insensitive pump
  • a partial flow can advantageously be branched off with a pre-pressure far above the boiling pressure for supplying the solution circuit pump, so that the solution circuit pump is no longer subject to any special pump requirements.
  • simple standard pumps in particular can be used with small suction cross-sections
  • the recirculation pump serving as a pump can advantageously be combined together with the subsequent stages of the solution circuit pump in a pump housing
  • a further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 5 If the vapor pressure difference to be applied by the solution circuit pump does not exceed the pressure stroke of the recirculation pump, no separate solution circuit pump is required for transporting the solution to the expeller unit.This can be used particularly advantageously when used of work equipment with a narrow vapor pressure, such as water or alcohols
  • a further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 6.
  • the warm or cold solution coming from the associated solution circle must be fed to the absorber unit or resorber unit in order to maintain the absorption process.
  • the line with the warm solution is advantageously connected to the entrance of the solution cooler. that the solution in the solution cooler is efficiently cooled because of its good heat transfer coefficient before it is fed to the absorption heat exchanger.
  • liquid absorption agents, the concentrated, warm solution from the expeller unit which otherwise crystallized during throttling or cooling, can be relaxed or cooled in that it is advantageously mixed at the entrance of the solution cooler with the solution from the outlet of the absorption heat exchanger.
  • a regulator valve for throttling in the solution circuit between the outlet of the expeller unit and the entrance of the solution cooler k For work equipment with a narrow vapor pressure, such as water, it is advantageous to use an additional solution pump, e.g. between the generator and the solution heat exchanger, to raise the solution from the solution heat exchanger to the pressure level of the solution from the recirculation pump at the inlet of the solution heat exchanger and to mix in there.
  • the additional solution can be added Solution pump is also omitted if the low-working solution, which is generated by the generator O
  • Solution heat exchanger flows before the recirculation pump is mixed with the solution from the absorption heat exchanger
  • the line with the cold solution is advantageously connected to the input of the absorption heat exchanger serving as a resorber
  • the recirculation circuit can be used as a control arrangement for the heat transfer number in the absorption heat exchanger, for example by the solution flow through the
  • Solution cooler is suitably adjusted with the help of a recirculation pump. This ensures that the mass and heat transfer in the absorption heat exchanger can be regulated within wide limits.This can, for example, be used advantageously to adapt the system to seasonal fluctuating cooling water temperatures. The relatively complex regulation of the cooling water supply temperature by admixing the return flow can thus be omitted
  • a further advantageous embodiment of the invention is set out in claim 8.
  • the output of So ⁇ tionsanlagen is usually regulated via the temperature of the anti-heat, that is, the partial temperature is reduced at partial load.
  • the solution cycle should be reduced as proportionally as possible with the power.
  • the recirculation circuit with solution cooler through the controllable mass and heat transfer in the absorption heat exchanger advantageously represents a control arrangement for the performance of the system, the regulation being able to be carried out, for example, by setting the cooling medium flow or solution flow through the solution cooler. This ensures that, on the one hand, the power conversion of the system is advantageously regulated can and on the other hand, even with a solution cycle close to zero, a complete wetting of the absorption heat exchanger is still ensured
  • a further, advantageous embodiment of the invention is specified in claim 9. Due to the efficient heat transfer by means of a solution cooler and absorption heat exchanger, only relatively small driving temperature differences are required on the absorber, and therefore there are sufficient driving temperature differences for a flooded even for low heat transfer temperatures in other components Operation of generator, evaporator or desorber available.
  • the flooded heat exchangers which are very simple and cheap in their technical construction, therefore form a particularly advantageous technical solution for the so ⁇ tionsstrom according to claim 1.
  • a further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 10:
  • the invention e.g. Despite a reduction in the drive temperature, the surface load in the absorption heat exchanger was kept at a relatively high value, at which the effect of the additives which improve the heat transfer is largely retained. This allows the operation of So ⁇ tionsanlagen in temperature ranges for drive heat, useful heat, cooling medium or useful cooling, which previously could only be used using appropriately large and / or corrosion-resistant heat exchangers.
  • a further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 1 1: Saline, liquid absorbents often have the disadvantage that the maximum temperature difference between the evaporation and absorption temperature of the low-working solution is limited either due to the crystallization limit or by high viscosities of the solution close to the crystallization limit .
  • the invention occurs in a system according to claim 1 in the Abso ⁇ tions Koleyer due to the high recirculation through the solution cooler only the high-concentration with advantageously minimal variation in salinity.
  • the advantage of this is a higher security against crystallization in the absorption heat exchanger for operating points close to the crystallization limit.
  • the recirculation current can be set independently of the other process parameters of the associated solution circuit or the overall system.
  • the waste heat of the so ⁇ tion system can be dissipated by the cooling medium at a higher temperature for a given evaporation or expulsion temperature.
  • This enables direct cooling of the condenser or resorber, absorber and solution cooler with dry air at drive, evaporation and air temperatures, which would not be possible efficiently without the arrangement of absorption heat exchanger and solution cooler according to the invention.
  • the absorption heat exchanger can be operated at temperature levels or concentrations close to the solidification limit.
  • Solution coolers, absorption heat exchangers and condensers can therefore be designed as heat exchangers with dry air cooling.
  • dry recooling units can also be used efficiently for cooling the condenser and / or the absorption heat exchanger and / or the solution cooler under conditions which would not permit economical use of dry cooling without the arrangement of the absorption heat exchanger and solution cooler according to the invention, as already described above for the direct air cooling has been explained.
  • Solution cooler and the condenser with air take place, in the case of the absorption heat exchanger, on the other hand, designed as a standard trickle absorber, cooling with coolant, which is cooled with air via a dry recooling unit.
  • evaporator temperature of minus 5 ° C in the evaporator of the absorbers at a temperature of 35 ° C, which still allows an efficient transfer of the heat to cooling water
  • liquid jet pumps as recirculation pumps can be advantageous, since jet pumps, among other things, are much cheaper than electrically driven liquid pumps.
  • the pressure difference of the solution for example between the generator or solution heat exchanger outlet and the absorber, can be used as an auxiliary energy in order to use the solution flow from the generator as a driving liquid flow for Use the jet pump.
  • the suction liquid that exits at the outlet of the absorption heat exchanger and optionally flows through a solution cooler is fed to the jet pump.
  • FIG. 1 schematically shows a one-stage So ⁇ tionsstrom with the main components of condenser, evaporator, absorber and generator
  • FIG. 2a schematically shows a one-stage So ⁇ tionsstrom with the main components resorber, desorber, absorber and generator
  • 2b schematically shows a one-stage So ⁇ tionsstrom with a resorber, desorber, absorber and generator, and two liquid jet pumps as recirculation pumps
  • FIG. 1 An example of a so ⁇ tion system is shown with only one solution circuit 12 and the main components, condenser 1, evaporator 2, absorber 3, as cooled Abso ⁇ tionswarmeleyer 3 formed, and generator 4, the condenser 1 and the generator 4 or the evaporator 2 and the absorber 3 are connected via a steam line 11 and 10, the working fluid is in line 9, the solution in solution circuit 12 is 5 denotes the working fluid throttle, 6 and 19 regulator valves, 7 the solution circuit pump, 8 the solution heat exchanger and 21 an optionally available solution pump.
  • two solution coolers 13/16 and a further pump 14, a further regulator valve 20 and a connecting line 18 are now included as additional components in the so ⁇ tion system form a recirculation circle around the absorption heat exchanger 3, since the solution coolers 13 and 16, for example as liquid / liquid coolers with a high heat transfer number, advantageously enable effective cooling of the solution and thus require an advantageously low driving temperature difference for the heat transfer, can be caused by the recirculation Herenden, strongly supercooled solution flow in Abso ⁇ tionswarme (2004) 3, the area load, or the mass and heat transfer, are significantly increased compared to arrangements without a solution cooler 13/16, as explained above
  • the arrangement of the recirculation pump 14 in front of the solution cooler 13 can be advantageous, as shown in FIG. 1, in order to generate a high pressure drop at the solution cooler 13 and thus to achieve a turbulent flow in the solution cooler 13 which is advantageous for heat transfer.
  • the solution cooler 13 can therefore be very powerful can be built compactly and inexpensively, in which case the solution cooler 16 can optionally be dispensed with.
  • this arrangement with the solution cooler 13 is preferred, since the solution in the solution cooler 16 was cavitated with a correspondingly large pressure drop at the solution cooler 16
  • a further advantageous embodiment is to place the solution cooler 16 in front of the recirculation pump 14, for example in the case of work equipment with a high steam pressure, in order to Cool the solution and on the other hand ensure that the solution does not cavitate when aspirated.
  • the combination of a first solution cooler 16 on the suction side of the pump 14 and a second 13 with a relatively high pressure loss on the pressure side of the pump 14, as shown in FIG. 1, is also advantageous.
  • This arrangement places low demands on the recirculation pump 14, as explained above, and leads to a high heat transfer in the second solution cooler 13.
  • both solution coolers 13 and 16 can be combined in a heat exchanger housing with a corresponding pass number.
  • the pump 14 can also advantageously be used as a pump for the pump
  • the solution flow being set by 18 and in the solution circuit 12 at the outlet of the pump via the regulating valves 19 and 20 become.
  • This is particularly useful when there are small vapor pressure differences between the absorber 3 and the generator 4, such as occur when using working fluid with a narrow vapor pressure in the suction system, such as water or alcohols.
  • the supply of the warm, low-working agent solution coming from the generator 4 to maintain the absorption process in the absorber 3 is advantageously carried out at the entrance of the solution cooler 13, as shown in FIG.
  • the warm solution is already cooled in the solution cooler 13, which efficiently cools the solution because of its good heat transfer coefficient, for example as a liquid / liquid cooler, before it is fed to the absorption heat exchanger 3.
  • Mixing the warm, very low-working agent solution from the generator 4 with the solution from the absorption heat exchanger 3 via the line 18 has the advantage in the case of saline, liquid absorption agents that the salt crystallizes out of the solution during throttling and during the subsequent further cooling of the Solution in the solution cooler 13 is prevented.
  • the control valve 6 can then advantageously be omitted or installed after the solution cooler 13. For equipment with a small vapor pressure difference between Generator 4 and absorber 3 it may be necessary to install an additional solution pump 21 between generator 4 and solution heat exchanger 8.
  • the solution pump 21 can be dispensed with if the low-working agent solution coming from the solvent heat exchanger 8 is mixed in before the recirculation pump 14 or at the entrance to the solution cooler 16 14 and the regulating valve 20 represent a control arrangement for the heat transfer in the absorption heat exchanger 3.
  • the area load or the heat transfer in the absorber 3 can be measured in a wide range limit limits This can be used advantageously to adapt the system to fluctuating cooling water temperatures in the absorber 3 and solution cooler 13/16.
  • a relatively complex regulation of the cooling water supply temperature by admixing the return flow in the absorber 3 can thus be dispensed with
  • the recirculation circuit with the solution coolers 13/16, the recirculation pump 14 and the regulating valve 19 and 20 can also be a control arrangement for the performance of the system.
  • the arrangement according to claim 1 in FIG Reduction of the starting temperature at the generator 4 keeps the surface load in the absorption heat exchanger 3 at a relatively high value, at which the effect of the additives which improve the heat transition is advantageously largely retained.
  • This allows the operation of suction systems in temperature ranges for the anti-heat, useful heat, cooling trough or cold, the was previously only achievable using appropriately large and / or corrosion-resistant heat exchangers
  • Solution circuit 12 or the entire system can be stably regulated.
  • e ⁇ eicht the arrangement of the absorption heat exchanger 3 and solution cooler 13/16 according to the invention
  • LiBr / water Soßtionskalteanlagen be used efficiently for brine cooling and ice production
  • the maximum available solution-rich solution temperature can still be 35 ° C, which can be efficiently transferred to cooling water for the reasons mentioned above
  • the invention also makes it possible to expand the range of use of cooling with dry air in so ⁇ tionsanlagen, due to the above-mentioned better heat transfer to the cooling medium, in which case the condenser 1 and / or the absorption heat exchanger 3 and / or the solution cooler 13/16 as a heat exchanger the cooling medium of dry air is / are formed
  • the operating point of the absorption heat exchanger 3 can advantageously be used in the case of saline, liquid Absorption agents are close to the solidification limit of the solution, which, as mentioned, extends the economic range of use of cold soaps with direct and indirect air cooling.
  • the system has a resorber 31, designed as Abso ⁇ tionswarmeleyers 31, and a desorber 32, and another solution circuit 42, solution heat exchanger 38, solution circuit pump 37 and regulator valves 36 and 49
  • the system not only has an arrangement according to the invention of absorption heat exchanger 3 and solution cooler 13/16 on the absorber 3, as explained in the exemplary embodiment according to FIG. 1, but also the resorber as absorption heat exchanger 31 forms with the solution cooler 43 and 46, which Line 48, the pump 44 and the regulator valve 50 a recirculation circuit.
  • the pump 44 cannot t can be used as a pump for the solution circuit pump 37, nor can the pumps 37 and 44 be designed as a pump, as is advantageously possible for the pumps 7 and 14.
  • FIG. 2b shows a similar system as FIG. 2a with the essential difference that the mechanical solution pump 14 or 44 is replaced by a liquid jet pump 14 or 44.
  • the driving fluid for the jet pump 14 or 44 is the solution from the generator 4 in the solution circuit 12 or the solution in the solution circuit 42, which is brought to the appropriate pressure with the pump 37.
  • the jet pump 14 the pressure difference of the solution between the generator 4 and the absorber 3 is thus used, which is sufficiently large, for example in the case of ammonia / water absorption systems
  • Pressure difference between generator 4 and absorber 3, for example LiBr / water is achieved with the aid of a solution pump 21 between generator 4 and solution heat exchanger 8, good heat transfer in the solution heat exchanger 8.
  • the solution pump 21 can advantageously be designed such that, in addition to the pressure drop in the solution heat exchanger 8 enough pressure for the driving fluid of the jet pump 14 fert On the suction side of the jet pump 14 or 44, solution is fed from the outlet of the absorption heat exchanger 3 or the solution cooler 46. At the mixture outlet of the jet pump 14 or 44, the excess pressure in comparison with the pressure in the absorption heat exchanger 3 or 31 can be used to ensure good heat transfer in the Solution cooler 13 or 43 to be reached A solution pump in the recirculation circuit which is more expensive than the jet pump 14 or 44 can be dispensed with
  • FIGS. 3a-c Using the pressure-temperature diagrams in FIGS. 3a-c, the advantages of the invention in relation to the temperature levels of the heat quantities converted for single-stage and multi-stage cold soother machines are shown by way of example.
  • the arrows mark the temperature levels and illustrate whether heat quantities are added or removed
  • the heat quantities supplied to the desorber and to the generator are designated 60 and 62 or 62 '
  • the internal process temperatures of the heat quantities dissipated to the absorber and resorber are identified as 61 or 61 and 63 or 63 ' without a recirculation circuit with a solution cooler the
  • the temperature shift on the generator which is denoted by 62 ", is advantageously made up additively from the shifts on the absorber 61" and on the resorber 63 " If the value at 62 increases, the output of the entire system increases.The power transferred to the evaporator and generator increases accordingly, so that the number of heat exchanges increases, which also increases the heat transfer number.On the other hand, with the system output remaining the same, either the temperature reduction of the required drive heat 62 or 62 or 62 is increased.
  • the available cooling capacity 60 on the desorber or evaporator enables the required auxiliary temperature or cooling water temperature to be reduced or eliminated for the single-stage heat transformer by advantageously using the solution cooler on the diabatic absorber or resorber ch the available usable temperature is increased.
  • the advantages set out for the single-stage systems when using at least one absorption heat exchanger with a solution cooler are also achieved accordingly in multi-
  • Solution cooler 14 - Recirculation pump designed as a mechanical liquid pump or in FIG. 2b as a liquid jet pump
  • Fig. 2b as a liquid jet pump 10 46 - solution cooler

Abstract

Sorptionswärmewandleranlage, die als ein- oder mehrstufige Anlage zur Bereitstellung von Wärme und/oder Kälte zumindest einen Absorber (3) und/oder Resorber (3), ausgebildet als Absorptionswärmetauscher, aufweist, wobei als zusätzliche Komponenten zumindest ein Lösungskühler (13) und/oder (16) und eine Pumpe (14) vorhanden ist, die mit dem Absorptionswärmetauscher (3), der Leitung (18) und dem Regelventil (20) einen Rezirkulationskreis bilden.

Description

Beschreibung
Sorptionswärmewandleranlage mit Zusatzkomponenten
Die Erfindung betrifft eine Sorptionswärmewandleranlage entsprechend dem Oberbegriff im Anspruch 1, im folgenden kurz Sorptionsanlage genannt, die in ein- oder mehrstufigen Ausfuhrungen als Kältemaschine, Wärmepumpe und Warmetransfoπnator oder Kombinationen aus diesen zur Kalte- und/oder Wärmeerzeugung eingesetzt wird (G Alefeld, R Radermacher Heat Conversion Systems. CRC Press, Boca Raton ( 1994)) Sorptionswarmewandleranlagen sind auch beschrieben in Niebergall, W Handbuch der Kältetechnik, Band 7, Sorptionskaltemaschinen, Spnnger Berlin New York, Repπnt ( 1981 ), und in H v Cube, F Steimle Wärmepumpen. VDI-Verlag Dusseldorf ( 1984) Entscheidend für die Kennzahlen der Sorptionsanlage ist die Summe aller reziproken Warmedurchgangs- zahlen an den eingesetzen Hauptkomponenten Verdampfer, Absorber, Kondensator,
Generator, Desorber, Resorber (P Riesch, G Alefeld, DKV-Tagungsbeπchte, 17 Jahrgang Heidelberg, S569 ff ( 1990)) Insbesondere der Absorber und Resorber benotigen relativ grosse Warmetauscherflachen, die auf den schlechten Stofrubergang bei der Absoφtion zurückzuführen sind Dabei sind Turbulenzen in der Losung fur die Durchmischung der Losung und damit fur den Stoff- und Wärmeübergang im Absorber oder Resorber, ebenso wie beim Sieden im Verdampfer. Generator oder Desorber von größter Wichtigkeit Turbulenzen beim Stoff- und Wärmeübergang werden durch hohe Leistungsumsatze pro Warmetauscherflache, d h durch hohe Flachenbelastungen erreicht Im folgenden werden unter dem Oberbegnff Absoφtionswarmetauscher diabate, d h gekühlte Absorber und Resorber verstanden, wie zB Rieselabsorber, auch Fallfilmabsorber genannt, mit zB Rohrbundel- oder Plattenwarmetauschem, Tauchabsorber, auch Blasenabsorber genannt, mit zB Rohrschlangen- oder Plattenwarmetauschem, usw (siehe zB Niebergall, W Handbuch der Kältetechnik, Band 7, Soφtionskaltemaschmen, Spπnger Berlin, Repπnt ( 1981 ), S379 ff)
Es ist bekannt, daß sich der Wärmeübergang in Absoφtionswarmetauschem zB durch struktuπerte Rohre (N Isshiki, K Ogawa, Proc Munich Discussion Meeting on Absoφtion Heat Transfer Enhancement (1994)) oder durch Zusätze, zB von Octanol (Y Nagaoka et al , Proc XVII Int Congress of Refπgeration Vol B, pp 636, Vienna ( 1987)) verbessern lasst Eine gute Diskussion über Wärmeübergänge in Absorbern ist in der nachveroffentlichten Dissertation von F Summerer (TU München, S65, 1996) gegeben Der Wärmeübergang zwischen Losung und Kuhlmedium begrenzt im allgemeinen aber nicht den Absoφtionsvorgang, dieser ist begrenzt durch den Stoffubergang Eine grosse Warmetauscherflache im Absorber/Resorber zur Verbesserung des Stoffubergangs durch eine grosse Oberflache verteuert die Kosten des Absorbers und schafft Benetzungsprobleme am Wärmetauscher (J Tang et al , 18th Int Congress of Refhgeration, Montreal, p 519 ( 1991 ), I Greiter, Dissertation TU München ( 1995), S36-37) Fur einen guten Wärmeübergang ist eine vollständige Benetzung des Wärmetauschers notwendig Zudem nehmen beispielsweise bei grossen Warmetauscherflachen oder medπgen Antπebstemperaturen und damit niedπgem Leistungsumsatz pro Warmetauscherflache (kurz Flachenbelastung) die Turbulenzen in der Losung im Absoφtionswarmetauscher und die Wirkung der warmeubergangssteigernden Additive relativ stark ab (K J Kim, Dissertation Arizona State Uni versity ( 1992), pp 150) Niedπge Flachenbelastungen im Absoφtionswarmetauscher wirken sich auch nachteilig auf die Flachenbelastungen m den anderen Hauptkomponenten aus und können zu relativ grossen spezifischen
Warmetauscherflachen der Gesamtanlage fuhren und damit zu hohen Kosten der Anlage
Es ist ferner bekannt, wie oben bereits erwähnt, daß z B die bei niedπgen Antπebstemperaturen notwendigen grossen Tauscherflachen in Soφtionsanlagen mit Absoφtionswarmetauschem, ausgebildet zB als Rieselabsorber, Benetzungsprobleme auftreten Diesen Problemen wird entweder unter Abnahme des Anlagenwirkungsgrades durch Erhöhung des Losungsumlaufes zwischen Absorber und entsprechendem Generator oder auch durch Rezirkulation am Absorber entgegengewirkt (H v Cube, F Steimle Wärmepumpen, VDI- Verlag Dusseldorf (1984), S195) Bei der Rezirkulation am Absorber wird die Losung, die aufgrund der durch den Stoffubergang begrenzten Absoφtion unterkühlt am Sammler des Absoφtionswarmetauschers austπtt, zurück zur Verteilvorπchtung des Absoφtionswarmetauschers gepumpt Insbesondere Soφtionsanlagen mittlerer und kleiner Leistung mit Absoφtionswarmetauschern mit kleiner Rohrbundelhohe benotigen eine hohe Rezirkulation für eine vollständige Benetzung In Hinblick auf ein möglichst hohes Temperaturniveau fur die Auskopplung der
Absoφtionswarme und fur die Wärmeübertragung am Absoφtionswarmetauscher wirkt sich eine hohe Rezirkulation nachteilig aus, da die fur die Wärmeübertragung zur Verfugung stehende treibende Temperaturdifferenz um den Temperaturunterschied zwischen arbeitsmittelarmer und -reicher Losung verπngert wird (I Greiter, Dissertation TU München (1995), S36-37)
Eine weitere bekannte Massnahme entkoppelt den Stoff- und Wärmeübergang in Absorbern/Resorbern durch Verwendung von adiabaten Absorbern (W A Ryan, Proc Int Absoφtion Heat Pump Conference, New Orleans, AES-Vol 31, pl55, 1994)) Dadurch kann die fur den Stoffubergang erforderliche grosse Oberflache zur Verfugung gestellt werden, ohne grosse Warmetauscherflachen zu benotigen Der Warmetausch wird getrennt in einem Kuhler im Rezirkulationskreis durchgeführt Nachteilig bei adiabaten Absorbern ist, dass die Absoφtionswarme beim Stoffubergang zu einer relativ starken Erwärmung der Losung im Absorber fuhrt, da die spezifische Absoφtionswarme sehr gross ist im Vergleich zur spezifischen Wärmekapazität der Losung Das erfordert einen hohen Rezirkulationsumlauf und/oder eine starke Unterkühlung der Losung und damit eine grosse treibende Temperaturdifferenz zwischen Kuhlwasser und Absoφtionstemperatur im adiabaten Absorber mit all den damit verbunden Nachteilen, wie hohe Antπebstemperaturen, Verlust an Temperaturhub, usw (F Summerer, Dissertation, TU München S83, 1996)
Gemeinsam haben die oben erläuterten Massnahmen zur Verbesserung der Absoφtion, dass möglichst grosse Oberflachen für den die Absoφtion begrenzenden Stoffubergang zur Verfugung gestellt werden Das wird eπeicht durch grosse Absoφtionswarmetauscher- flachen, zB als Rohrbundel, oder in adiabaten Absorbern zB durch Fullkörper
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, durch Verbesserung des Stoff- und Wärmeübergangs im Absorber und/oder Resorber die Leistungsmerkmale von Soφtionsanlagen durch kostengünstige Massnahmen zu verbessern
Erfindungsgemaß wird die Aufgabe durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelost Demnach wird fur die Soφtionsanlage zumindest ein gekühlter, also nichtadiabater Absoφtionswarmetauscher als Absorber und/oder Resorber eingesetzt, wobei als zusätzliche Komponenten zumindest ein Losungskuhler und eine Pumpe in einen
Rezirkulationskreis geschaltet werden Die am Absoφtionswarmetauscher austretende arbeitsmittelreiche, unterkühlte Losung wird über zumindest eine Pumpe und zumindest einen Losungskuhler dem Eingang des Absoφtionswarmetauschers zumindest teilweise wieder zugeführt Die erfindungsgemasse Anordnung verfolgt das Konzept durch starke Unterkühlung der Losung einen guten Stoffubergang im Absoφtionswarmetauscher zu erreichen Durch den mit dieser Massnahme erzielbaren grossen Gradienten, zwischen dem Dampfdruck zB des absorbierenden Rieselfilms im Absoφtionswarmetauscher und dem vom Verdampfer im Absoφtionswarmetauscher hervorgerufenen Dampfdruck, werden Turbulenzen in der Losung beim Absorbieren gefordert Die Turbulenzen tragen zu einer besseren Durchmischung der Losung im Absoφtionswarmetauscher bei, in der überlagert sowohl Temperatur- als auch Konzentrationsgradienten auftreten Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Stoff- und Wärmeübergang im Absoφtionswarmetauscher aus und damit auf die Leistungsmerkmale der Soφtionsanlage Die starke Unterkühlung der Losung bei gegebener Kühl wassertemperatur wird mit einem Losungskuhler, zB Flussigkeits/Flussigkeitswarme- tauscher, im Rezirkulationskreis erreicht Die k- Werte eines Losungskuhlers mit bis zu 5000 W/m2K hegen deutlich über denen eines Absoφtionswarmetauschers mit k- Werten zwischen 500-2000 W/m2K Im Gegensatz zu der oben erwähnten Rezirkulation, dient die Rezirkulation hier nicht hauptsächlich zur Sicherstellung der Benetzung oder zur Teillastregelung, sondern der nach Anspruch 1 gebildete Losungskreis dient in erster Linie zum Umlauf der Losung durch den Losungskuhler und damit zur Unterkühlung der Losung bzw zum turbulenteren Stoff- und Wärmeübergang im Absoφtionswarmetauscher Die Anordnung Absoφtionswarmetauscher mit Losungskuhler ist em System, das durch ihr Zusammenwirken die Verbesserung des Stoff- und Wärmeübergangs bei der Absoφtion im Absoφtionswarmetauscher erreicht Die Wirkung und die erzielbaren Vorteile ergeben sich nicht einfach aus der Summe der Wirkung der Einzelelemente, Losungskühler und Absoφtionswarmetauscher
Das Zusammenwirken von Absoφtionswarmetauscher und Losungskuhler eröffnet unter anderem folgende technische Möglichkeiten und Vorteile, die ohne Losungskuhler nicht realisierbar waren
-Die teueren Warmetauscherflachen im Absorber/Resorber, zB Rohrbundelwarmetauscher, können nach diesem Konzept vorteilhaft kleiner dimensioniert werden, der Losungskuhler als Flussigkeits/Flussigkeitswarmetauscher ist kompakt, sehr effizient und kostengünstig herstellbar, zB als Plattenwarmetauscher -Durch den verbesserten Stoff- und Wärmeübergang kann bei sonst unveränderten
Bedingungen die bei der Absoφtion frei werdende Warme das Kuhlwasser auf eine höhere Temperatur erwarmen Das erlaubt vorteilhaft, den Kuhlmediumstrom durch Absoφtions¬ warmetauscher und Losungskuhler zu reduzieren und/oder die Abwarmen aus dem Absoφtionswarmetauscher und Losungskuhler bei höherer Temperatur abzugeben, zB für Heizzwecke -Wie oben erwähnt, lasst sich bei gegebener Leistung die Kuhlwassertemperatur erhohen, was zB unter bestimmten Bedingungen einen wirtschaftlichen Einsatz von direkter Luftkühlung oder von Trockenruckkuhlwerken erlaubt -Zudem können Stoffpaare zum Einsatz kommen, die zB bei Verwendung von Absoφtionswarmetauschern allem einen zu schlechten Wärmeübergang besitzen, zB aufgrund ihrer hohen Viskosität
- Bei gegebener Kuhlmedi um temperatur lasst sich der Dampfdruck im Absorber senken, wodurch sich vorteilhaft die Verdampfertemperatur zur Kaiteerzeugung absenken lasst
- Analog lasst sich die Antπebstemperatur bei em- und mehrstufigen Anlagen absenken aufgrund des guten Stoff- und Wärmeübergangs im Absoφtionswarmetauscher mit
Losungskuhler Das ermöglicht unter anderem eine effiziente Nutzung von Niedertemperaturwarme als Antriebswarme, z B Abwarme oder Niedertemperaturwarme aus Fernwärme, Motoren, Solarkollektoren
Im Fall zweistufiger Soφtionskaltemaschmen mit hohem Wirkungsgrad kann die Antπebstemperatur auf ca 130° C abgesenkt werden Bisher konnten z B mit dieser Temperatur nur einstufige Soφtionskaltemaschmen wirtschaftlich betπeben werden Durch die Möglichkeit mit 130°C auch eine zweistufige Soφtionskalteanlage mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben, erhöht sich die Kaltezahl von 0 7 auf 1 2, wodurch die Anlage z B auch in Niederdruck-Dampfnetzen effizient und vorteilhaft einsetzbar ist
Erfindungsgemäss kann bei einer dreistufigen Soφtionskaltemaschme mit hohem Wirkungsgrad die Antriebstemperatur im Hochdruck-Generator auf ca 150° C abgesenkt werden Bisher konnten bei dieser Temperatur nur zweistufige Kältemaschinen betπeben werden Eine Steigerung der Temperatur im Hochdruck-Generator auf über 160° C ist wegen ungeklärten Fragen bzgl Korrosionsinhibitoren und Mateπalwahl technisch nicht realisierbar Aufgrund der hohen Kaltezahl von 1 6 bei dreistufigen Soφtionskalteanlagen sind diese selbst bei direkter Befeuerung mit Ol oder Gas pπmarenergetisch gleichwertig zu Kompressorkalteanlagen
-Auch werden die Nachteile eines Absorberwarmetauschers mit Rezirkulationkreis, der keinen Losungskuhler enthalt, bzw eines adiabaten Absorbers deutlich verringert und eine vorteilhaft niedπge treibende Temperaturdifferenz beim Wärmeübergang erreicht Insbesondere kann durch Kombination von Losungskuhler und Absoφtionswarmetauscher nach Anspruch 1 in der Anlage die Flachenbelastung des Absoφtionswarmetauschers vorteilhaft bei einem hohen Wert eingestellt werden, was insbesondere von entscheidendem Vorteil in Bezug auf die niedrigen Antriebs- oder Kältetemperaturen bzw. hohen Kühlmediumtemperaturen ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben: Die
Anordnung der Rezirkulationspumpe direkt nach dem Absoφtionswärmetauscher und vor dem Lösungskühler ermöglicht einen relativ großen Druckabfall am Losungskuhler und damit eine turbulente Strömung der Lösung im Lösungskühler. Dadurch läßt sich vorteilhaft der Wärmeübergang am Lösungskühler verbessern und die Größe des Lösungskühlers deutlich verringern. Vorzugsweise wird bei Arbeitsmitteln mit geringem Dampfdruck, wie zB. Wasser, der Lösungskühler nach der Rezirkulationspumpe angeordnet, da im Gegensatz zur Anordnung nach Anspruch 3 vorallem in dieser Anordnung ein guter Wärmeübergang mit grossem Druckabfall im Lösungskühler erzielt werden kann, ohne dass die Lösung im Lösungskühler kavitiert.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 3 angegeben, zB. bei Arbeitsmitteln mit hohem Dampfdruck: Bei Anordnung der Rezirkulationspumpe nach dem Lösungskühler kann einerseits die Lösung unterkühlt werden für einen guten Stoff- und Wärmeübergang im Absoφtionswärmetauscher, andererseites ist sichergestellt, dass die Lösung durch das Ansaugen der Pumpe nicht kavitiert. Als Vorteil ist die Reduktion der erforderlichen Zulaufhöhe, bzw. der Verzicht auf die Verwendung relativ aufwendiger Sondeφumpen mit sog. Inducervorrichtungen zu nennen.
Vorteilhaft ist auch eine Kombination aus Anspruch 2 und 3: Beispielsweise verbindet ein erster Lösungskühler die Saugseite der Rezirkulationspumpe mit dem Austritt des
Absoφtionswärmetauschers, ein zweiter mit relativ hohem Druckverlust die Druckseite der Pumpe mit dem Eintritt des Absoφtionswärmetauschers. Diese Anordnung besitzt sowohl den Vorteil geringer Anforderungen an die Rezirkulationspumpe, als auch den Vorteil eines hohen Wärmeübergangs an dem zweiten Losungskuhler. Natürlich können beide Lösungskühler auch durch einen einzigen Wärmetauscher mit entsprechender Paßzahl des Lösungskühlers technisch einfach realisiert werden.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 4 angegeben: Das Ansaugen der Lösungskreispumpe von nur schwach unterkühlter Lösung aus dem Absoφtionswärmetauscher erfordert üblicherweise eine entsprechende Zulaufhöhe und eine aufwendige kavitationsunempfindhche Pumpe Von der nach Ansprüchen 1-3 eingesetzen Rezirkulationspumpe laßt sich vorteilhaft ein Teilstrom mit einem Vordruck weit über dem Siededruck zur Speisung der Losungskreispumpe abzweigen, so daß diese keinen besonderen pumpentechnischen Anforderungen mehr unterliegt Dadurch können als Losungskreispumpen zur entsprechenden Austreibereinheit einfache Standardpumpen, insbesondere mit kleinen Ansaugquerschnitten eingesetzt werden Andererseits kann vorteilhaft auch die als Voφumpe dienende Rezirkulationspumpe zusammen mit den nachfolgenden Stufen der Losungskreispumpe in einem Pumpengehause zusammengefaßt
Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 5 angegeben Falls die Dampfdruckdifferenz, die von der Losungskreispumpe aufzubringen ist, nicht den Druckhub der Rezirkulationspumpe übersteigt, so wird für den Transport der Losung zur Austreibereinheit keine eigene Losungskreispumpe benotigt Dies kann insbesondere vorteilhaft eingesetzt werden bei Verwendung von Arbeitmitteln mit geπngem Dampdruck, wie z B Wasser oder Alkoholen
Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 6 angegeben Die von dem zugehoπgen Losungskreis kommende warme bzw kalte Losung muß zur Aufrechterhaltung des Absoφtionsprozesses der Absorbereinheit oder Resorbereinheit zugeführt werden Die Leitung mit der warmen Losung wird vorteilhaft mit dem Eingang des Losungskuhlers verbunden Dadurch wird erreicht, daß die Losung im Losungskuhler wegen seiner guten Warmedurchgangszahl effizient abgekühlt wird, bevor sie dem Absoφtionswarmetauscher zugeführt wird Bei salzhaltigen, flussigen Absoφtionsmitteln kann die konzentrierte, warme Losung aus der Austreibereinheit, die sonst beim Drosseln bzw Abkühlen kristallisieren wurde, dadurch entspannt bzw abgekühlt werden, dass sie vorteilhaft am Eingang des Losungskuhlers mit der Losung vom Ausgang des Absoφtionswarmetauschers gemischt wird Ein Reguherventil zur Drosselung im Losungskreis zwischen dem Ausgang der Austreibereinheit und dem Eingang des Losungskuhlers kann entfallen Bei Arbeitsmitteln mit geπngem Dampfdruck, wie zB Wasser, ist es vorteilhaft über eine zusätzliche Losungspumpe zB zwischen Generator und Losungswarmetauscher, die Losung aus dem Losungswarmetauscher auf das Druckniveau der Losung aus der Rezirkulationspumpe am Eingang des Losungswarmetauschers anzuheben und dort beizumischen Alternativ kann die zusatzliche Losungspumpe auch entfallen, wenn die arbeitsmittelarme Losung, die vom Generator durch den o
Losungswarmetauscher strömt, vor der Rezirkulationspumpe der Losung aus dem Absoφtionswarmetauscher beigemischt wird
Ist die kalte Losung, zB von einem Desorber, aus dem Losungskreislauf bezüglich des Druckniveaus des Resorbers ausreichend unterkühlt, wird die Leitung mit der kalten Losung vorteilhaft mit dem Eingang des als Resorber dienenden Absoφtionswarmetauschers verbunden
Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 7 angegeben Der Rezirkulationskreis laßt sich als Steueranordung fur die Warmeubergangszahl im Absoφtionswarmetauscher einsetzen, indem zB der Losungsstrom durch den
Losungskuhler mit Hilfe einer Rezirkulationspumpe geeignet eingestellt wird Dadurch wird erreicht, daß der Stoff- und Wärmeübergang im Absoφtionswarmetauscher in weiten Grenzen regelbar ist Dies kann beispielsweise vorteilhaft zur Anpassung der Anlage an saisonal schwankende Kuhlwassertemperaturen eingesetzt werden Die relativ aufwendige Regelung der Kuhlwasservorlauftemperatur durch Rucklaufbeimischung kann dadurch entfallen
Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 8 angegeben Üblicherweise wird die Leistung von Soφtionsanlagen über die Temperatur der Antπebswarme geregelt, d h zur Teillast wird die Antπebstemperatur reduziert Zur Verbesserung des Teillastwirkungsgrades sollte dabei der Losungskreisumlauf möglichst proportional mit der Leistung reduziert werden Erfindungsgemaß stellt der Rezirkulationskreis mit Losungskuhler durch den regelbaren Stoff- und Wärmeübergang im Absoφtionswarmetauscher vorteilhaft eine Steueranordnung dar für die Leistung der Anlage, wobei die Regelung zB über die Einstellung des Kuhlmediumstroms oder Losungsstroms durch den Losungskuhler erfolgen kann Dadurch wird erreicht, daß vorteilhaft einerseits der Leistungsumsatz der Anlage geregelt werden kann und andererseits selbst bei einem Losungskreisumlauf nahe Null immer noch eine vollständige Benetzung des Absoφtionswarmetauschers sichergestellt ist
Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 9 angegeben Durch die effiziente Wärmeübertragung mittels Losungskuhler und Absoφtionswarmetauscher werden am Absorber nur relativ kleine treibende Temperaturdifferenzen benotigt und es stehen daher selbst bei kleiner Antπebstemperatur zur Wärmeübertragung in anderen Komponenten noch ausreichende treibende Temperaturdifferenzen für einen überfluteten Betrieb von Generator, Verdampfer bzw. Desorber zur Verfügung. Die in ihrer technischen Konstruktion sehr einfachen und günstigen überfluteten Wärmetauscher bilden daher eine besonders vorteilhafte technische Lösung für die Soφtionsanlage nach Anspruch 1.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 10 angegeben: Zur Steigerung der Wärmeübergangszahl für Fallfilm-Absoφtionswärmetauscher werden in vielen Soφtionsanlagen Additive wie z.B. 2 Ethyl-Hexanol zugesetzt, welche bei hohen Flächenbelastungen ( = Leistung / Wärmetauscherfläche) im Absoφtionswärmetauscher die Wärmeübergangszahl um ein Mehrfaches erhöhen. Bei geringer Flächenbelastung fällt die Verbesserung durch das Additiv jedoch stark ab und reduziert sich bis zu einem Wert ohne Additivzusätze. Durch die Erfindung wird z.B. trotz einer Reduktion der Antriebstemperatur die Flächenbelastung im Absoφtionswärmetauscher bei einem relativ hohen Wert gehalten, bei dem die Wirkung der wärmeübergangsverbessernden Additive weitestgehend erhalten bleibt. Dies erlaubt den Betπeb von Soφtionsanlagen in Temperaturbereichen für Antriebswärme, Nutzwärme, Kühlmedium oder Nutzkälte, der bisher nur unter Einsatz entsprechend großer und/oder korrosionsbeständiger Wärmetauscher nutzbar war.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 1 1 angegeben: Salzhaltige, flüssige Absoφtionsmittel haben häufig den Nachteil, daß die maximale Temperaturdifferenz zwischen Verdampfungs- und Absoφtionstemperatur der arbeitsmittelarmen Lösung entweder aufgrund der Kristallisationsgrenze oder durch hohe Viskositäten der Lösung nahe an der Kristallisationsgrenze begrenzt ist. Erfindungsgemäß tritt in einer Anlage nach Anspruch 1 im Absoφtionswärmetauscher aufgrund der hohen Rezirkulation über den Lösungskühler nur mehr die arbeitsmittelreiche Konzentration mit vorteilhaft minimaler Variation im Salzgehalt auf. Als Vorteil ergibt sich hieraus eine höhere Sicherheit gegen die Kristallisation im Absoφtionswärmetauscher für Betπebspunkte nahe an der Kristallisationsgrenze. Der Rezirkulationsstrom kann unabhänig von den übrigen Prozeßparameter des zugehörigen Lösungskreislaufs bzw. der Gesamtanlage eingestellt werden. Entscheidend ist auch, dass für hochviskose Lösungen nahe an der Kristallisationsgrenze ein relativ guter Stoff- und Wärmeübergang im Absoφtionswärmetauscher bzw. Lösungskühler erreicht wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Betriebspunkt des Absorbers nahe an der Kristallisationsgrenze einzustellen, und den Dampfdruck im Absorber bei gegebener Kühlmediumtemperatur und insbesondere bei engem Lösungsfeld minimal zu halten. Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 12 angegeben: Da nicht mit Wasserdampf gesättigte Luft als Kühlmedium bei höheren Temperaturen vorliegt als Verdunstungskühlwasser bei dem entsprechenden Außenluftzustand, muß bei Trockenkühlung die Absoφtionswärme bei einem höheren Temperaturniveau abgegeben werden als bei Verdunstungskühlung. Aufgrund des durch den Lösungskühler verbesserten Stoff- und Wärmeübergangs im Absoφtionswärmetauscher kann bei gegebener Verdampfungs- bzw. Austreibertemperatur die Abwärme der Soφtionsanlage durch das Kühlmedium bei einer höheren Temperatur abgeführt werden. Das ermöglicht die direkte Kühlung des Kondensators bzw. Resorbers, Absorbers und Lösungskühlers mit trockener Luft bei Antriebs-, Verdampfungs-, und Lufttemperaturen, die ohne die erfindungsgemasse Anordnung von Absoφtionswärmetauscher und Lösungskühler nicht effizient möglich wäre. Zudem kann bei salzhaltigen, flüssigen Absoφtionsmitteln mit engem Lösungsfeld der Absoφtionswärmetauscher bei Temperaturniveaus bzw. Konzentrationen bis nahe an der Verfestigungsgrenze betrieben werden. Bei einer Wasser/Lithiumbromid- Soφtionskältemaschine liegt mit einer Verdampfungstemperatur von 5°C die maximal verfügbare arbeitsmittelreiche Lösungstemperatur bei ca. 50°C und somit ist die Abwärme im Lösungskühler bzw. Absoφtionswärmetauscher noch mit ausreichenden Temperaturdifferenzen besonders effizient und vorteilhaft auf Luft übertragbar. Lösungskühler, Absoφtionswärmetauscher und Kondensator können daher als Wärmetauscher mit trockener Luftkühlung ausgebildet sein.
Vorteilhaft nach Anspruch 13 lassen sich auch zur Kühlung des Kondensators und/oder des Absoφtionswärmetaüschers und/oder des Lösungskühlers effizient Trockenrückkühlwerke einsetzen unter Bedingungen, die ohne die erfindungsgemasse Anordnung von Absoφtionswärmetauscher und Lösungskühler einen wirtschaftlichen Einsatz von Trockenkühlung nicht zulassen würden, wie bereits oben für die direkte Luftkühlung erläutert wurde.
Auch Kombinationen aus direkter und indirekter Luftkühlung nach Anspruch 12 und 13 können besonders vorteilhaft sein. Beispielsweise kann die direkte Kühlung des
Lösungskühlers und des Kondensators mit Luft erfolgen, beim Absoφtionswärmetauscher dagegen, ausgeführt als Standardrieselabsorber, eine Kühlung mit Kühlflüssigkeit, die über ein Trockenrückkühlwerk mit Luft gekühlt wird. Die Möglichkeit, zB den Betriebspunkt des Absorbers nahe an die Kristall lsationsgrenze zu legen aufgrund der erfindungsgemässen Anordnung, wie oben erläutert, erlaubt nach Anspruch 14 vorteilhaft, zB LiBr/Wasser-Soφtionskalteanlagen, effizient zur Eiserzeugung und Solekuhlung einzusetzten So kann bei einer Verdampfertemperatur von minus 5°C im Verdampfer der Absorber bei einer Temperatur von 35°C betπeben werden, die noch eine effiziente Übertragung der Warme auf Kuhlwasser erlaubt
Vorteilhaft kann nach Anspruch 15 die Verwendung von Flussigkeitstrahlpumpen als Rezirkulationspumpen sein, da unter anderem Strahlpumpen wesentlich kostengünstiger als elektrisch angetriebene Flüssigkeitspumpen sind Der Druckunterschied der Losung zB zwischen Generator bzw Losungswarmetauscherausgang und Absorber kann als Antπebsenergie genutzt werden, um den Losungsstrom aus dem Generator als Treibflussigkeitsstrom fur die Strahlpumpe einzusetzen Als Saugflussigkeit wird die Losung, die am Ausgang des Absoφtionswarmetauschers austritt und wahlweise durch einen Losungskuhler strömt, der Strahlpumpe zugeführt Mit Hilfe des Überdrucks am Gemischstutzen im Vergleich zum Druck im Absoφtionswarmetauscher kann vorteilhaft ein guter Wärmeübergang in einem Losungskuhler, der sich zwischen Gemischstutzen der Strahlpumpe und Absoφtionswarmetauscheremgang befindet, erzielt werden Bei Arbeitsmittel mit geπngem Dampfdruck, wie zB Wasser, kann es erforderlich sein, den Treibstrahldruck mit einer Losungspumpe zu erzeugen, die zB vorzugsweise zwischen Generator und Losungswarmetauscher angeordnet ist
Die erzielbaren Vorteile werden an den nun folgenden Ausführungsbeispielen erläutert In der Zeichnung findet sich die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigt - die Figur 1 schematisch eine einstufige Soφtionsanlage mit den Hauptkomponenten Kondensator, Verdampfer, Absorber und Generator
- die Figur 2a schematisch eine einstufige Soφtionsanlage mit den Hauptkomponenten Resorber, Desorber, Absorber und Generator
- die Fig 2b schematisch eine einstufige Soφtionsanlage mit einem Resorber, Desorber, Absorber und Generator, und zwei Flussigkeitsstrahlpumpen als Rezirkulationspumpen
- die Figur 3a-c Druck-Temperatur Diagramme für ein- und mehrstufige Anlagen
Die Ausbildung der erfindungsgemaßen Soφtionsanlage soll nun anhand der Fig 1 erläutert werden Beispielhaft ist eine Soφtionsanlage dargestellt mit nur einem Losungskreis 12 und den Hauptkomponenten Kondensator 1, Verdampfer 2, Absorber 3, als gekühlter Absoφtionswarmetauscher 3 ausgebildet, und Generator 4 Der Kondensator 1 und der Generator 4 bzw der Verdampfer 2 und der Absorber 3 sind über eine Dampfleitung 11 bzw 10 verbunden, das Arbeitsmittel wird in der Leitung 9 , die Losung im Losungskreis 12 gefuhrt 5 bezeichnet die Arbeitsmitteldrossel, 6 und 19 Reguherventile, 7 die Losungskreispumpe, 8 den Losungswarmetauscher und 21 eine wahlweise vorhandene Losungspumpe Erfindungsgemaß sind nun als zusätzliche Komponenten in der Soφtionsanlage beispielhaft zwei Losungskuhler 13/16 und eine weitere Pumpe 14, ein weiteres Reguherventil 20 sowie eine Verbindungsleitung 18 enthalten, die einen Rezirkulationskreis um den Absoφtionswarmetauscher 3 bilden Da die Losungskuhler 13 und 16 z B als Flussigkeits/Flussigkeitskuhler mit hoher Warmeubergangszahl vorteilhaft ein effektives Unterkuhlen der Losung ermöglichen und damit eine vorteilhaft niedπge treibende Temperaturdifferenz fur den Wärmeübergang benotigen, kann durch den rezirkuherenden, stark unterkühlten Losungsstrom im Absoφtionswarmetauscher 3 die Flachenbelastung, bzw der Stoff- und Wärmeübergang, deutlich erhöht werden im Vergleich zu Anordnungen ohne Losungskuhler 13/16, wie oben erläutert Das
Zusammenwirken von dem Losungskuhler 13/16 und dem Absoφtionswarmetauscher 3 führt also zu einer Verbesserung des Stoff- und Wärmeübergangs im Absorber 3 Dabei dient die Rezirkulation im wesentlichen nicht zur Sicherstellung der Benetzung im Absoφtionswarmetauscher 3 oder zur Regelung, sondern zum Umlauf der Losung durch den Losungskuhlern 13/16 und damit zur Unterkühlung der Losung Die hohe
Flachenbelastung im Absoφtionswarmetauscher 3 fuhrt auch vorteilhaft indirekt zu hohen Flachenbelastungen in dem Generator 4 und Verdampfer 2 und damit zur Verbesserung der Leistungsmerkmale der Soφtionsanlage Mit der erfindungsgemässen Anordnung von Losungskuhler 13/16 und Absoφtionswarmetauscher 3 in Fig 1 lassen sich alle bereits oben aufgezahlten technischen Möglichkeiten vorteilhaft nutzen
Von Vorteil kann die Anordung der Rezirkulationspumpe 14 vor dem Losungskuhler 13 sein, wie in Fig 1 gezeigt, um einen am Losungskuhler 13 hohen Druckabfall zu erzeugen und damit eine fur den Wärmeübergang vorteilhafte, turbulente Strömung im Losungskuhler 13 zu erreichen Der Losungskuhler 13 kann daher sehr kompakt und kostengünstig gebaut werden, wobei dann wahlweise auf den Losungskuhler 16 verzichtet werden kann Bei Arbeitsmittel mit geπngem Dampfdruck, wie zB Wasser, wird diese Anordnung mit Losungskuhler 13 bevorzugt, da bei entsprechend grossem Druckabfall am Losungskuhler 16 die Losung im Losungskuhler 16 kavitieren wurde
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist den Losungskuhler 16 vor die Rezirkulations- pumpe 14 zu setzen, zB bei Arbeitsmitteln mit hohem Dampfdruck, um einerseits die Lösung abzukühlen und andererseits sicherzustellen, daß beim Ansaugen die Lösung nicht kavitiert. Dadurch kann vorteilhaft auf Zulaufhöhe zur Pumpe 14 oder auf technisch aufwendigen Inducervorrichtungen in der Pumpe 14 verzichtet werden. Auch die Kombination eines ersten Lösungskühler 16 auf der Saugseite der Pumpe 14 und eines zweiten 13 mit relativ hohem Druckverlust auf der Druckseite der Pumpe 14, wie in Fig.1 abgebildet, ist vorteilhaft. Diese Anordnung stellt geringe Anforderungen an die Rezirkulationspumpe 14, wie oben erläutert, und führt zu einem hohen Wärmeübergang im zweiten Lösungskühler 13. Vorteilhaft können beide Lösungskühler 13 und 16 in einem Wärmetauschergehäuse mit entspechender Paßzahl vereint werden. Vorteilhaft kann die Pumpe 14 gleichzeitig auch als Voφumpe für die
Lösungskreispumpe 7 dienen. Da sich der Vordruck nach der Pumpe 14 weit über dem Siededruck der Lösung befinden kann, läßt sich vorteilhaft ein Teilstrom zur Speisung der Lösungskreispumpe 7 verwenden, die dann keinen besonderen pumptechnischen Anforderungen unterliegt, und insbesondere einen kleinen Ansaugquerschnitt besitzen kann. Vorteilhaft können die als Voφumpe dienende Rezirkulationspumpe 14 und die Lösungskreispumpe 7 in einem Gehäuse zusammengefaßt werden.
Abhängig von den Drücken im Absorber 3 und Generator 4 kann es von Vorteil sein, die Rezirkulationspumpe 14 und die Lösungskreispumpe 7 durch eine einzige Pumpe zu ersetzen, wobei der Lösungsstrom durch 18 und im Lösungskreis 12 am Ausgang der Pumpe über die Regulierventile 19 und 20 eingestellt werden. Dies bietet sich besonders bei kleinen Dampfdruckdifferenzen zwischen Absorber 3 und Generator 4 an, wie sie bei Verwendung von Arbeitmittel mit geπngem Dampfdruck in der Soφtionsanlage, wie z.B. Wasser oder Alkoholen, auftreten. Die Zuführung der vom Generator 4 kommenden, arbeitsmittelarmen, warmen Lösung zur Aufrechterhaltung des Absoφtionsprozesses in dem Absorber 3 erfolgt vorteilhaft am Eingang des Lösungskühlers 13, wie in Fig.1 gezeigt. Dabei wirkt sich günstig aus, daß die warme Lösung bereits im Lösungskühler 13 abgekühlt wird, der die Lösung wegen seiner guten Wärmedurchgangszahl z.B. als Flüssigkeits/ Flüssigkeitskühler effizient abkühlt, bevor sie dem Absoφtionswärmetauscher 3 zugeführt wird. Das Mischen der warmen, sehr arbeitsmittelarmen Lösung aus dem Generator 4 mit der Lösung aus dem Absoφtions¬ wärmetauscher 3 über die Leitung 18 hat bei salzhaltigen, flüssigen Absoφtionsmitteln den Vorteil, dass ein Auskristallisieren des Salzes aus der Lösung beim Drosseln und beim anschliessenden weiteren Abkühlen der Lösung im Lösungskühler 13 verhindert wird. Vorteilhaft kann dann das Regulierventil 6 entfallen oder nach dem Lösungskühler 13 eingebaut werden. Bei Arbeitsmittel mit geringem Dampfdruckunterschied zwischen Generator 4 und Absorber 3 kann es erforderlich sein, eine zusätzliche Losungspumpe 21 zwischen Generator 4 und Losungswarmetauscher 8 einzubauen Dadurch kann die Losung vom Generator 4 auf den gleichen Druck angehoben werden am Eingang des Losungskuhlers 13 wie die Losung von der Rezirkulationspumpe 14 kommend und gleichzeitig auch ein guter Wärmeübergang im Losungswarmetauscher 8 erreicht werden Alternativ kann auf die Losungspumpe 21 verzichtet werden, wenn die arbeitsmittelarme Losung vom Losungsmittelwarmetauscher 8 kommend vor der Rezirkulationspumpe 14 oder am Eingang des Losungskuhlers 16 beigemischt wird Zudem stellt der Rezirkulationskreis mit den Losungskuhlern 13 /16, der Pumpe 14 und dem Regulierventil 20 eine Steueranordnung dar fur den Wärmeübergang im Absoφtionswarmetauscher 3 Zum Beispiel lasst sich durch Einstellen des Kuhlmediumstroms und /oder des Losungsstroms durch die Losungskuhler 13/16 die Flachenbelastung bzw der Wärmeübergang im Absorber 3 in weiten Grenzen vaπieren Dies kann vorteilhaft zur Anpassung der Anlage an schwankende Kuhlwassertemperaturen im Absorber 3 und Losungskuhler 13/16 genutzt werden Eine relativ aufwendige Regelung der Kuhlwasservorlauftemperatur durch Rucklaufbeimischung im Absorber 3 kann dadurch entfallen
Auch kann der Rezirkulationskreis mit den Losungskuhlern 13/16, der Rezirkulations¬ pumpe 14 und dem Regulierventil 19 und 20 eine Steueranordung fur die Leistung der Anlage sein Wie erwähnt, laßt sich zB durch Einstellen des Lösungs- oder Kuhlmediumstroms durch die Losungskuhler 13/16 vorteilhaft einerseits der Leistungsumsatz der Anlage einstellen, aber andererseits selbst bei einem Losungskreisumlauf in 12 nahe Null immer noch eine vollständige Benetzung des Absoφtionswarmetauschers 3 sicherstellen Aufgrund des effizienten Stoff- und Wärmeübergangs mittels Losungskuhler 13/16 und Absoφtionswarmetauscher 3 in einer Anlage nach dem Ausführungsbeispiel in Fig 1 werden nur relativ kleine treibende Temperaturdifferenzen benotigt Es stehen daher selbst bei kleiner Antπebstemperatur zur Wärmeübertragung in den anderen Komponenten Kondensator 1 , Verdampfer 2 und Generator 4 noch ausreichend treibende Temperaturdifferenzen für einen überfluteten Generator- 4 bzw Verdampferwarme- tauscher 2 zur Verfugung Die in ihrer technischen Konstruktion sehr einfachen und gunstigen, überfluteten Wärmetauscher 2 und 4 bilden daher eine besonders vorteilhafte technische Losung fur die Soφtionsanlage nach Anspruch 1 Ein weiterer Vorteil einer Anlage nach dem Ausführungsbeispiel 1 ergibt sich im Zusammenhang mit Additiven zur Steigerung der Warmeubergangszahl fur einen Absorber 3 als Fallfilm-Absoφtionswarmetauscher, wie z.B 2 Ethyl-Hexanol, welche bei hohen Flachenbelastungen die Warmeubergangszahl um ein Mehrfaches erhohen, aber bei geπnger Flachenbelastung nur sehr schwache oder keine Wirkung zeigen Erfindungsgemaß wird durch die Anordnung nach Anspruch 1 in Fig 1 z B trotz einer Reduktion der Anrnebstemperatur am Generator 4 die Flachenbelastung im Absoφtionswarmetauscher 3 bei einem relativ hohen Wert gehalten, bei dem die Wirkung der warmeubergangs- verbessernden Additive vorteilhaft weitestgehend erhalten bleibt Dies erlaubt den Betrieb von Soφtionsanlagen in Temperaturbereichen fur die Antπebswarme, Nutzwarme, Kühlwanne oder Kalte, der bisher nur unter Einsatz entsprechend großer und/oder korrosionsbeständiger Wärmetauscher erreichbar war
Bei Verwendung von salzhaltigen, flussigen Absoφtionsmitteln im Losungskreislauf 12 in einer Anlage nach Fig 1 kann vorteilhaft verhindert werden, daß die maximale Temperaturdifferenz zwischen Verdampfüngstemperatur in 2 und Absoφtionstemperarur in 3 der arbeitsmittelarmen Losung entweder aufgrund der Kπstallisationsgrenze oder durch hohe Viskositäten begrenzt ist Erfindungsgemaß tπtt in einer solchen Anlage im Absoφtionswarmetauscher 3 aufgrund der einstellbaren Losungsstroms über die Rezirkulationspumpe 14 nur arbeitsmittelreiche Konzentrationen mit minimaler Vaπation im Salzgehalt auf Als Vorteil ergibt sich daraus eine höhere Sicherheit gegen Kristallisation im Absoφtionswarmetauscher 3 Der hohe Rezirkulationsstrom durch die Losungskuhler 13/16 kann unabhanig von den ubπgen Prozeßparametern im
Losungskreislauf 12 bzw der Gesamtanlage stabil geregelt werden Insbesondere nahe an der Kπstallisationsgrenze, an welcher Losungen hoch viskose werden und daher einen schlechten Wärmeübergang in den Absoφtionswarmetauscher 3 besitzen, wird ein guter Stoff- und Wärmeübergang durch die erfindungsgemasse Anordnung von Absoφtionswarmetauscher 3 und Losungskuhler 13/16 eπeicht Somit können zB
LiBr/Wasser-Soφtionskalteanlagen effizient zur Solekühlung und Eiserzeugung eingesetzt werden Beispielsweise kann fur eine Verdampfertemperatur von minus 5°C im Verdampfer 2 die maximal verfügbare arbeitsmittelreiche Losungstemperatur noch bei 35°C liegen, die aus oben genannten Gründen effizient auf Kuhl wasser übertragen werden kann Die Erfindung ermöglicht auch, den Emsatzbereich der Kühlung mit trockener Luft in Soφtionsanlagen zu erweitem, aufgrund der oben erwähnten besseren Wärmeübertragung an das Kuhlmedium, wobei in diesem Fall der Kondensator 1 und/oder der Absoφtionswärmetauscher 3 und/oder die Losungskuhler 13/16 als Wärmetauscher mit dem Kuhlmedium trockener Luft ausgebildet ist/sind Aus oben genannten Gründen kann vorteilhaft der Betπebspunkt des Absoφtionswarmetauschers 3 bei salzhaltigen, flussigen Absoφtionsmitteln nahe an der Verfestigungsgrenze der Losung liegen, was, wie erwähnt, den wirtschaftlichen Emsatzbereich von Soφtionskalteanlagen mit direkter und indirekter Luftkühlung erweitert Beispielsweise kann im Fall einer Soφtionskaltemaschine für das Stoffpaar LiBr/Wasser bei einer Verdampfungstemperatur von 5°C im Verdampfer 2 die maximal verfügbare arbeitsmittelreiche Losungstemperatur bei ca 50°C im Absorber 3 liegen Die vom Kondensator und Absorber abzuführende Warme ist noch mit ausreichenden Temperaturdifferenzen effizient und vorteilhaft auch bei Salzkonzentrationen, bei welchen die Losung hoch viskose ist, durch die erfindungsgemasse Anordnung von Losungskuhler 13/16 und Absoφtionswarmetauscher 3 direkt oder indirekt auf Luft übertragbar Vorteilhaft kann fur die Kühlung zB des Losungskuhlers 13/16 und des Absoφtionswarmetauschers 3 ein Trockenruckkuhlwerk eingesetzt werden unter Bedingungen, unter welchen ohne Losungskuhler 13/16 keine effiziente Trockenkuhlung möglich wäre
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemaßen Soφtionsanlage zeigt die in Fig 2a dargestellte Resoφtionskaltemaschine Statt des Kondensators 1 und des Verdampfers 2 weist die Anlage einen Resorber 31, als Absoφtionswarmetauscher 31 ausgebildet, und einen Desorber 32 auf, sowie einen weiteren Losungskreis 42, Losungswarmetauscher 38, Losungskreispumpe 37 und Reguherventile 36 und 49 Vorteilhaft besitzt die Anlage nicht nur am Absorber 3 eine erfindungsgemasse Anordnung von Absoφtionswarmetauscher 3 und Losungskuhler 13/16, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig 1 erläutert, sondern auch der Resorber als Absoφtionswarmetauscher 31 bildet mit dem Losungskuhler 43 und 46, der Leitung 48, der Pumpe 44 und dem Reguherventil 50 einen Rezirkulationskreislauf Es ergeben sich die gleichen erfindungsgemaßen Vorteile wie für den Rezirkulationskreislauf am Absorber 3, die im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig 1 erläutert wurden Bei einer einstufigen Anlage kann die Pumpe 44 nicht als Voφumpe fur die Losungskreispumpe 37 eingesetzt werden, noch können die Pumpen 37 und 44 als eine Pumpe ausgelegt werden, wie das für die Pumpen 7 und 14 vorteilhaft möglich ist In mehrstufigen Anlagen ist es dagegen vorteilhaft möglich, die Pumpe 44 als Voφumpe oder als Losungskreispumpe der nachgeschalteten, daruberl legenden Stufe einzusetzen Von Vorteil ist es, sowohl am Absorber 3 als auch am Resorber 31 einen Rezirkulationskreis aus Losungskuhlern 13/16 bzw 43/46 und Pumpen 14 bzw 44 anzuschließen, da beide für sich additiv die Antπebstemperatur am Generator 4 absenken, wie in Fig 3a erläutert wird Im Fall von Resoφtionswarmetransformatoren oder mehrstufigen Resoφtionskaltemaschinen ist es weiterhin vorteilhaft, vom höheren Druck- bzw Temperatumiveau zustromende, warme Losung am Eingang des Losungskuhler 43 zuzuführen, da im Losungskuhler 43 effektiv die Warme abgeführt wird
Fig 2b zeigt eine ähnliche Soφtionsanlage wie Fig 2a mit dem wesentlichen Unterschied, dass die mechanische Losungspumpe 14 bzw 44 ersetzt ist durch eine Flussigkeitsstrahl- pumpe 14 bzw 44 Die Treibflussigkeit für die Strahlpumpe 14 bzw 44 ist die Losung aus dem Generator 4 im Losungskreis 12 bzw die Losung im Losungskreis 42, die mit der Pumpe 37 auf entsprechenden Druck gebracht wird Im Fall der Strahlpumpe 14 wird also der Druckunterschied der Losung zwischen Generator 4 und Absorber 3 genutzt, der zB bei Ammoniak/Wasser- Soφtionsanlagen ausreichend gross ist Bei Stoffpaaren mit kleinem Druckunterschied zwischen Generator 4 und Absorber 3, zB LiBr/Wasser, wird mit Hilfe einer Losungspumpe 21 zwischen Generator 4 und Losungswarmetauscher 8 ein guter Wärmeübergang im Losungswarmetauscher 8 erzielt Die Losungspumpe 21 kann vorteilhaft so ausgelegt werden, dass sie neben dem Druckabfall im Losungswarmetauscher 8 auch genügend Druck fur die Treibflussigkeit der Strahlpumpe 14 liefert Auf der Saugseite der Strahlpumpe 14 bzw 44 wird Losung vom Ausgang des Absoφtionswarmetauschers 3 bzw des Losungskuhlers 46 zugeführt Am Gemischausgang der Strahlpumpe 14 bzw 44 kann der Überdruck im Vergleich zum Druck im Absoφtions¬ warmetauscher 3 bzw 31 benutzt werden, um einen guten Wärmeübergang im Losungskuhler 13 bzw 43 zu erreichen Auf eine im Vergleich zur Strahlpumpe 14 bzw 44 teuere Losungspumpe im Rezirkulationskreis kann verzichtet werden
Anhand der Druck-Temperatur-Diagramme in Fig 3a-c werden beispielhaft die Vorteile der Erfindung in Bezug auf die Temperatumiveaus der umgesetzten Wärmemengen fur ein- und mehrstufige Soφtionskaltemaschinen aufgezeigt Die Pfeile markieren die Temperatur¬ niveaus und veranschaulichen, ob Wärmemengen zu- oder abgeführt werden Fur eine einstufige Resoφtionskaltemaschine in Fig 3 a werden die zugeführten Wärmemengen am Desorber und am Generator mit 60 und 62 bzw 62 ' bezeichnet, die internen Prozesstemperaturen der abgeführten Wärmemengen am Absorber und Resorber mit 61 bzw 61 und 63 bzw 63' Ohne Rezirkulationskreis mit Losungskuhler werden die
Wärmemengen am Generator bei der Temperatur bei 62' zugeführt und bei der internen Prozesstemperatur von 61 am Absorber und 63 am Resorber abgeführt Mit den zusätzlichen, erfindungsgemaßen Losungskuhlern in den Rezirkulationskreisen verschieben sich die internen Prozesstemperaturen der abgeführten Wärmemengen 61 und 63 vorteilhaft zu tieferen internen Prozesstemperaturen und damit auch die Antriebs warme zu einer 1 o
Temperatur bei 62 am Generator aufgrund der verbesserten Warmeubergangszahlen im Resorber und Absorber Die Temperaturverschiebung am Generator, die mit 62" bezeichnet ist, setzt sich vorteilhaft additiv zusammen aus den Verschiebungen am Absorber 61" und am Resorber 63" Laßt man hingegen die Antπebstemperatur bei dem ursprünglichen Wert bei 62 , so erhöht sich die Leistung der gesamten Anlage D h es steigen am Verdampfer und Generator entsprechend auch die pro Warmtauscherflache übertragenen Leistungen, wodurch sich deren Warmeubergangszahl ebenfalls erhöht Hingegen wird bei gleichbleibender Anlagenleistung wahlweise die Temperaturabsenkung der benotigten Antri ebswarme 62 bzw 62 oder der verfugbaren Kälteleistung 60 am Desorber bzw Verdampfer ermöglicht Entsprechend wird fur den einstufigen Warmetransformator durch den vorteilhaften Einsatz des Losungskuhlers am diabaten Absorber bzw Resorber wahlweise die benotigte Antπebstemperatur bzw Kuhlwassertemperatur abgesenkt oder auch die verfugbare Nutztemperatur erhöht Die fur die einstufigen Anlagen dargelegten Vorteile bei Einsatz von mindestens einem Absoφtionswarmetauscher mit Losungskuhler erzielt man entsprechend auch in mehrstufigen Anlagen wie im folgenden anhand der Figuren 3b und 3c beispielhaft erläutert wird
Ein Beispiel eines vorteilhaften Einsatzes der Erfindung bei einer zweistufigen Soφtionskaltemaschme mit hohem Wirkungsgrad ist in dem Druck-Temperatur Diagramm in Fig 3b dargelegt Bei dieser Soφtionskaltemaschme wird die Antπebswarme gegenüber der einstufigen Anlage bei höherer Temperatur 62 bzw 62 zugeführt und in der Anlage zweimal nacheinander zum Austreiben der Losung eingesetzt, wodurch sich die Kaltezahl aufca 1 2 erhöht Beispielsweise wird bereits durch nur einen Absoφtionswarmetauscher mit erfindunggemaß zusatzlichem Losungskuhler am Absorber die interne Prozesstemperatur zur Auskopplung der Absorberwarme 61 um 61 " auf die interne
Prozesstemperatur bei 61 abgesenkt und infolgedessen die benotigte Antriebstemperatur für diese zweistufige Soφtions- bzw Resoφtionskältemaschine um mindestens ca zweimal 61" , das ca gleich 62" ist, von der Temperatur bei 62 auf der bei 62 abgesenkt Erfindungsgemaß eröffnet sich dadurch zB vorteilhaft der Antrieb von zweistufigen Absoφtionskaltemaschinen mit hohem Wirkungsgrad durch Niederdruckdampfnetze bei ca 130°C Wahlweise kann ebenso wie bei einer einstufigen Anlage bei sonst unveränderten Temperaturen der Antnebswarme und Nutzkalte auch die Temperatur des Kuhlmediums zur Wärmeabgabe von Kondensator bzw Absorber angehoben werden, sodass die Kühlung der Anlage mit trockener Luft ohne Verbrauch von Kuhlwasser ermöglicht wird In dem Druck-Temperatur-Diagramm in Figur 3c ist eine dreistufige Soφtionskalte- maschine mit hohem Wirkungsgrad dargestellt Durch nochmalige Steigerung der Antπebstemperatur wird die Kaltezahl dieser Soφtionskaltemaschme gegenüber der zweistufigen Anlage von 1 2 auf ca 1 5 erhöht Hier wird z B durch einen Absoφtions Wärmetauscher mit Losungskuhler am Absorber die interne Prozesstemperatur zur Auskopplung der Absorberwarme 61 um 61" von der Temperatur bei 61 abgesenkt und infolgedessen die benotigte Austreibertemperatur bei 62 im Hochtemperaturgenerator dieser Anlagen bereits um ca zweimal 61" abgesenkt Eine weitere Absenkung dieser Temperatur um insgesamt 62", das entspπcht ca dreimal 61", kann erreicht werden durch Hinzufügen eines weiteren, erfindungsgemaßen Rezirkulationskreises am
Hochtemperaturabsorber Erfindungsgemaß eröffnet sich dadurch die Möglichkeit selbst fur dreistufige Soφtions- bzw Resoφtionsmaschmen die Austreibertemperatur bei 62 unter der bekannten Korrosionsgrenztemperatur von ca 150 bis 160°C zu halten und damit einen dauerhaften Betπeb dieses Anlagetyps zu ermöglichen
Bezugszeichenliste
1 - Kondensator
2 - Verdampfer
3 - Absorber, ausgebildet als gekühlter Absoφtionswarmetauscher 4 - Generator
5 - Arbeitsmitteldrossel
6 - Regulierventil
7 - Losungskreispumpe
8 - Losungswarmetauscher 9 - Leitung
10 - Dampfleitung zwischen Verdampfer bzw Desorber und Absorber
1 1 - Dampfleitung zwischen Generator und Kondensator bzw Resorber
12 - Losungskreis
13 - Losungskuhler 14 - Rezirkulationspumpe, ausgebildet als mechanische Flussigkeitspumpe bzw in Fig 2b als Flussigkeitsstrahlpumpe
16 - Losungskuhler
18 - Verbindungsleitung
19 - Regulierventil 20 - Regulierventil 21 - Lösungspumpe
31 - Resorber, ausgebildet als gekühlter Absoφtionswärmetauscher
32 - Desorber
36 - Regulierventil 5 37 - Lösungskreispumpe
42 - Lösungskreis
43 - Lösungskühler
44 - Rezirkulationspumpe, ausgebildet als mechanische Flüssigkeitspumpe oder in
Fig. 2b als Flüssigkeitsstrahlpumpe 10 46 - Lösungskühler
48 - Leitung
49 - Regulierventil
50 - Regulierventil
60 - zugeführte Wärmemenge am Desorber oder Verdampfer
15 61 - interne Prozesstemperatur der abgeführten Wärmemenge am Absorber mit Lösungskühler
61 - interne Prozesstemperatur der abgeführten Wärmemenge am Absorber ohne
Lösungskühler
61 "-Temperaturverschiebung am Absorber
20 62 - zugeführte Wärmemenge am Generator, mit Lösungskühler am Absorber und Resorber
62 - zugeführte Wärmemenge am Generator, ohne Lösungskühler am Absorber und
Resorber
62 "-Temperaturverschiebung am Generator
25 63 - interne Prozesstemperatur der abgeführten Wärmemenge am Resorber mit Lösungskühler oder am Kondensator
63 - interne Prozesstemperatur der abgeführten Wärmemenge am Resorber ohne
Lösungskühler oder am Kondensator 63 "-Temperaturverschiebung am Resorber 30

Claims

Patentansprüche
1 Ein- oder mehrstufige Soφtionswarmewandleranlage, wie z B Wärmepumpe, Kälteanlage oder Warmetransformator, mit wenigstens einem Absorber (3) und/oder Resorber (31 ), ausgebildet als gekühlter Absoφtionswarmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass um zumindest einen der gekühlten Absoφtionswarmetauscher (3 bzw 31 ) ein Rezirkulationskreis mit zumindest einem Losungskuhler ( 13,16 bzw 43,46) und zumindest einer Pumpe (14 bzw 44) gebildet ist
2 Soφtionswarmewandleranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Rezirkulationspumpe ( 14 bzw 44) zwischen dem Ausgang des Absoφtionswarmetauschers (3 bzw 31 ) und dem Eingang des Losungskuhlers ( 13 bzw 43) geschaltet ist
3 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Rezirkulationspumpe ( 14 bzw 44) zwischen dem Eingang des Absoφtionswarmetauschers ( 3 bzw 31 ) und dem Ausgang des Losungskuhlers ( 16 bzw 46) geschaltet ist
4 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Rezirkulationspumpe ( 14) eine Voφumpe bzw eine erste Stufe fur eine nachgeschaltete Losungskreispumpe (7) ist
5 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Rezirkulationspumpe (14) gleichzeitig eine Losungskreispumpe 6 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung für warme bzw kalte Losung aus einem Losungskreislauf ( 12 bzw 42) mit dem Eingang des Losungsmittelkuhlers ( 13) bzw des Absoφtionswarme- tauschers (31 ) verbunden ist
7 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eme Rezirkulationspumpe ( 14 bzw 44) und/oder zumindest ein Losungsmittelkuhler ( 13,16 bzw 43,46) eine Steueranordnung fur den Wärmeübergang im Absoφtions Wärmetauscher (3 bzw 31 ) ist
8 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezirkulationskreislauf ( 13,16, 14, 18, 20 bzw 43,46, 44, 48, 50) eine Steueranordnung fur die Leistung der Anlage ist
9 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Verdampfer (2) und/oder ein Generator (4) und/oder ein Desorber (32) überflutete Wärmetauscher sind
10 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einem Absoφtionswarmetauscher (3 bzw 31 ) warmeubergangssteigernde Additive enthalten sind
11 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Soφtionswarmewandleranlage salzhaltige, flussige Absoφtionsmittel enthalten sind 12 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Wärmetauscher zumindest eines Kondensators ( 1 ) und /oder zumindest eines Absoφtionswarmetauschers (3 bzw 31 ) und/oder zumindest eines Losungs- kuhlers (13,16 bzw 43, 46) technisch für die Kühlung mit Luft ausgebildet ist/sind
13 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuhlmediumanschlusse von zumindest einem Kondensator ( 1 ) und /oder zumindest einem Absoφtionswarmetauscher (3 bzw 31 ) und/oder zumindest einem Losungskuhler ( 13,16 bzw 43,46) mit den Kuhlmediumanschlussen von zumindest einem Trockenruckkuhlwerk verbunden sind
14 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Soφtionskalteanlage zur Eiserzeugung und/oder Solekuhlung darstellt
15 Soφtionswarmewandleranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulationpumpe ( 14 bzw 44) als Flussigkeitsstrahlpumpe ( 14 bzw 44) ausgebildet ist, wobei der Treibmittelanschluss mit dem Losungskreis ( 12 bzw 42), der Saugstutzen mit dem Rezirkulationskreis über die Leitung ( 18 bzw 48), und der Gemischstutzen mit dem Eingang des Losungskuhlers ( 13 bzw 43) oder des Absoφtionswarmetauschers (3 bzw 31) eine Verbindung aufweisen
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