WO2006074699A1 - Asorptionskälteaggregat - Google Patents

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WO2006074699A1
WO2006074699A1 PCT/EP2005/000619 EP2005000619W WO2006074699A1 WO 2006074699 A1 WO2006074699 A1 WO 2006074699A1 EP 2005000619 W EP2005000619 W EP 2005000619W WO 2006074699 A1 WO2006074699 A1 WO 2006074699A1
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WO
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refrigeration unit
medium
refrigerant
heat exchanger
tube element
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/000619
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English (en)
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Uli Jakob
Dietrich Schneider
Ulrich Barth
Original Assignee
Uli Jakob
Dietrich Schneider
Ulrich Barth
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Publication date
Application filed by Uli Jakob, Dietrich Schneider, Ulrich Barth filed Critical Uli Jakob
Publication of WO2006074699A1 publication Critical patent/WO2006074699A1/de

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    • 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
    • F25B15/10—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type with inert gas
    • 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
    • F25B37/00—Absorbers; Adsorbers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration unit with an absorber arranged in a refrigerant circuit according to the main claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for guiding media in at least one circuit of a refrigeration unit according to claim 25 and the use of an absorber according to claim 29.
  • Refrigeration units of the type mentioned here such as absorption refrigeration units or compression refrigeration units
  • Compression refrigeration units in particular have been widely used in the past because they can be easily adapted to many requirements.
  • the principle of a compression refrigeration unit is that a refrigerant vapor is compressed, cooled in a condenser, expanded by means of a throttle device and evaporated by absorbing heat.
  • this cooling principle has a high energy requirement and a corresponding device requires a number of moving parts (for example a pump or compressor).
  • the refrigerant vapor is not compressed mechanically, but is absorbed and dissolved in an absorber by a liquid suitable as an absorption medium.
  • a refrigerant-rich (rich) solution leaves the absorber, from which the refrigerant is expelled in the expeller by supplying heat.
  • the refrigerant is then liquefied in the condenser, while the remaining low-refrigerant (poor) solution flows back to the absorber.
  • the poor solution is sprinkled there via pipes to the refrigerant vapor to be absorbed to offer a large surface area.
  • the poor and the rich solution then go into a temperature changer, where the cold, rich solution is preheated by the warm, poor solution and cools it down at the same time.
  • the described system consisting of absorber, solution heat exchanger and expeller, as well as the solution circuit, replaces the compressor required for a compression refrigeration unit.
  • Absorption refrigeration units have a significantly lower energy requirement, so that they can advantageously be operated as an energy source by means of a solar system.
  • refrigeration systems according to the state of the art, however, there remains the desire to build the units in a more energy-efficient and / or spatially more compact manner.
  • cooling units can also be used as heating units, so that the term cooling unit is also understood to mean corresponding heating units.
  • the absorber has an outer tube element for a first medium, in which a tube arrangement with at least one inner tube element for a second medium is arranged. Since a pipe element is therefore integrated in another pipe element, on the one hand there is a compact construction and on the other hand an advantageous heat exchange between the first and second medium.
  • the cross sections of the tubular elements and the arrangement of the inner tubular element in the outer tubular element can be carried out by a person skilled in the art in many different variants depending on the particular application.
  • the cross sections of the tubular elements can in particular be circular, elliptical or else be angular.
  • the guidance of the inner tubular element can be realized parallel to the extension of the outer tubular element, but also obliquely, undulating or winding.
  • the person skilled in the art will choose his choice depending on the desired flow characteristics, the space conditions and the required heat exchange capacity.
  • the absorber guides the refrigerant in the outer tube element and a poor solution is conducted in countercurrent to a rich auxiliary gas in the inner tube element. Due to an affinity for the solvent, the refrigerant is absorbed into the poor solution, that is to say into the relatively low-refrigerant / solvent mixture, and the solution is enriched to a rich solution. The auxiliary gas is washed out and thus becomes a poor gas mixture.
  • the refrigerant circuit maintains continuous absorption.
  • a gas heat exchanger is advantageously arranged in the refrigerant circuit, comprising an outer tube element for a first medium, in which a tube arrangement with at least one inner tube element for a second medium is arranged.
  • the advantages described above result from the structure.
  • the gas heat exchanger also called gas heat exchanger
  • a cold, rich gas mixture is brought into heat exchange with a warm, poor gas mixture.
  • the flows in the outer and inner tubular element are preferably carried out in countercurrent to one another.
  • the gas heat exchanger is preferably arranged upstream of the absorber in the refrigerant flow direction. On the one hand, this advantageously allows the warm, rich gas mixture from the gas heat exchanger to be fed to the absorber, and on the other hand the poor, warm one Gas mixture from the absorber can be fed into the gas heat exchanger.
  • a solution heat exchanger (also called solution heat exchanger) is advantageously arranged in the refrigerant circuit, comprising an outer tube element for a first medium, in which a tube arrangement with at least one inner tube element for a second medium is arranged.
  • a poor, hot solution is conducted in countercurrent to a rich, cool solution, the poor solution being cooled and the rich solution being heated.
  • the solution heat exchanger is arranged after the absorber in the refrigerant flow direction.
  • An evaporator is preferably arranged in the refrigerant circuit, having an outer tube element for a first medium, in which a tube arrangement with at least one inner tube element for a second medium is arranged.
  • the liquid refrigerant evaporates into the auxiliary gas atmosphere. As it flows through the evaporator, it continuously extracts heat from the coolant circuit, that is, the circuit that is to be cooled by the refrigeration unit.
  • an expeller is arranged in the refrigerant circuit, having an outer tube element for a first medium, in which a tube arrangement with at least one inner tube element for a second medium is arranged.
  • This arrangement is spatially compact and energy efficient.
  • the refrigerant is expelled from the refrigerant / solvent mixture by supplying heat.
  • the expeller is designed in particular as a vertical tube bundle, as explained in the published patent application DE 100 28 543 A1.
  • the expeller is arranged after a solution heat exchanger in the refrigerant flow direction.
  • a rich solution that is to be fed to the expeller can already be preheated or preheated.
  • a bypass element is arranged parallel to the expeller. If refrigerant vapor and / or solvent vapor has formed in the warm, rich solution which is fed to the expeller, in particular water vapor and / or ammonia vapor bubbles, the bypass element can be used to guide the vapor past the expeller.
  • a condenser is advantageously arranged in the refrigerant circuit, having an outer tube element for a first medium, in which a tube arrangement with at least one inner tube element for a second medium is arranged.
  • the advantages of such an arrangement have already been explained.
  • the condenser condenses refrigerant vapor and is brought to and maintained at the condensation temperature via an (external) cooling circuit. Water is preferably used in the cooling circuit and is cooled in particular by means of a cooling tower / dry cooling tower.
  • the condenser is advantageously arranged in front of an evaporator in the refrigerant flow direction.
  • a dephlegmator is advantageously arranged in the refrigerant circuit and has an outer tube element for a first measurement.
  • dium in which a tube arrangement with at least one inner tube element for a second medium is arranged.
  • the dephlegmator is used to condense the solvent in the refrigerant vapor. It can be designed, for example, as a simple tube-in-tube heat exchanger.
  • the dephlegmator is arranged upstream of a condenser in the refrigerant flow direction.
  • solvent vapor usually water vapor
  • the condenser does not reach the condenser at the same time as the refrigerant vapor, or only to a small extent.
  • the dephlegmator is advantageously associated with a solution heat exchanger. This ensures that at least some of the heat that the dephlegmator emits during operation is retained in the system of the refrigeration unit and is not lost to the environment. It is particularly advantageous if the refrigerant vapor in the outer tubular element of the solution heat exchanger is flowed in countercurrent over the rich solution in order to condense out the solvent present in the refrigerant vapor. After condensing, the refrigerant is then fed to the condenser.
  • a further advantage results from at least one reservoir arranged in the refrigerant circuit or assigned to the refrigerant circuit for storing a refrigerant-rich (rich) solution and / or for storing a low-refrigerant (poor) solution. This creates a buffer for the times when an increased supply or an increased demand for richer or poor solution. This improves the operational stability of the overall system.
  • At least one reservoir is advantageously assigned to the absorber. It is particularly preferred that the at least one reservoir is arranged along a connecting line between the absorber and a solution heat exchanger.
  • a preferred embodiment results when the outer tube element and the tube arrangement are designed in a coaxial design.
  • coaxial is intended to express that the longitudinal extension of the outer tube element and the longitudinal extension of the tube arrangement run essentially parallel to one another, in particular coincide.
  • the cross sections of the outer tube element and the tube arrangement are preferably essentially circular, but other designs are also conceivable.
  • the design becomes particularly compact when the outer tube element and the tube arrangement are essentially helical. This results in a particularly favorable ratio between the installation space required and the heat exchange surface generated, which is decisive for the heat exchange between the first and the second medium.
  • the tube arrangement advantageously has a plurality of inner tube elements. As a result, the effective area that serves to transfer heat between the first and second medium can be increased.
  • the inner tubular element preferably has elevations on its inside. This embodiment is particularly advantageous with the absorber and / or with an evaporator. Through the If there is any turbulence in the media, the efficiency of the respective component is improved.
  • the elevations are advantageously formed by an embossing applied to the inner tubular element from the outside, in particular by rolling. This represents a particularly cost-effective production of the surveys.
  • the refrigeration unit is designed as a diffusion absorption refrigeration unit.
  • a refrigerant contained in the refrigeration circuit is preferably ammonia or has ammonia.
  • a solvent contained in the refrigeration cycle is advantageously water or has water.
  • an auxiliary gas contained in the refrigeration cycle is helium or has helium.
  • hydrogen can also be used as the auxiliary gas, but helium is regularly preferred for operational safety reasons.
  • the invention further relates to a method for guiding media in at least one circuit of a refrigeration unit with one or more of the features mentioned above, wherein at least one medium flows around another in a heat-transferring manner along at least a section of the circuit.
  • the flow around causes a particularly good heat exchange between the respective media.
  • the concept of flowing around is not to be understood as mixing. Preventing mixing is ensured by the design of the refrigeration unit.
  • the movement of at least one of the media is advantageously effected by the action of gravity. This means that the medium shifts from a higher potential in the gravitational field to a lower potential. This means that pumps can be saved or even a refrigeration unit can be implemented without pumps.
  • auxiliary gas should be mentioned here in particular, which due to its low density can move in an ascending pipe element without additional funding.
  • the invention also relates to the use of an absorber, which has an outer tube element for a first medium, in which a tube arrangement with at least one inner tube element for a second medium is arranged, in a refrigerant circuit of a refrigeration unit, in particular with one or more of the aforementioned features .
  • FIG. 1 shows a block diagram of a refrigeration unit
  • FIG. 2 shows an absorber of a refrigeration unit
  • FIG. 3 shows a gas heat exchanger of the refrigeration unit
  • FIG. 4 shows a solution heat exchanger of the refrigeration unit
  • FIG. 5 shows an evaporator of the refrigeration unit
  • Figure 6 shows a condenser of the refrigeration unit
  • Figure 7 shows an outer tube element with a tube arrangement.
  • a refrigeration unit 1 shows a refrigeration unit 1 with an expeller 10, dephlegmator 20, condenser 30, evaporator 40, gas heat exchanger 50, absorber 60 and a solution heat exchanger 70 arranged in a refrigerant circuit 2. Furthermore, a cold medium bypass 80 provides a parallel to the evaporator 40 and gas heat exchanger 50 Connection to provide refrigerant past the evaporator 40 and gas heat exchanger 50 if necessary. An expeller bypass 81 is routed parallel to the expeller 10 in order to guide water vapor from the warm, rich solution past the expeller 10 if necessary. Since the functioning of the refrigeration unit 1 essentially results from the function of the individual elements and their interaction, the individual components of the refrigeration unit 1 will now be explained in more detail.
  • the refrigerant contained in the refrigerant circuit 2 flows in the refrigerant flow direction 3 symbolically represented by an arrow.
  • the expeller 10 is designed as a vertical tube bundle, as explained in the published patent application DE 100 28 543 A1.
  • the dephlegmator 20 is assumed to be known, which is designed here as a simple, coaxial tube-in-tube heat exchanger.
  • FIG. 2 shows the absorber 60, which is designed in a coaxial, helical design (coaxial absorber).
  • the absorber 60 has an outer tube element 100 for a first medium, in which a tube arrangement tion 102 is arranged with at least one inner tube element 104 for a second medium.
  • the inner tube element 104 is provided with an impression applied from the outside, so that the inner tube element 104 has elevations on its inside. This is symbolized by means of hatching.
  • Rich auxiliary gas here helium, reaches the inner tube element 104 at a first absorber connection 61.
  • Lean auxiliary gas emerges from the inner tube element 104 at a second absorber connection 62.
  • the first absorber connection 61 is at a lower potential than the second absorber connection 62 with respect to the gravitational field, so that the auxiliary gas moves from the first absorber connection 61 to the second absorber connection 62 in particular due to the action of buoyancy.
  • a poor solution coming from the solution heat exchanger 70 is fed in at a third absorber connection 63 and reaches the fourth absorber connection 64 as a rich solution following gravity.
  • a cooling circuit with a cooling medium is introduced into the outer tube element 100 (jacket pipe) at a fifth absorber connection 65 and at one sixth absorber connection 66.
  • FIG. 3 shows a gas heat exchanger 50 in a coaxial, helical design (coaxial gas heat exchanger).
  • the gas heat exchanger 50 has an outer tube element 100, in which a tube arrangement 102 with an inner tube element 104 is arranged. Since this and the following structures are similar in terms of the structure of the absorber 60, the reference numerals for the outer tube element 100, the tube arrangement 102 and the inner tube element 104 are retained in order to facilitate an understanding of the explanation.
  • the various structures are of course physically different, although they are made using similar manufacturing processes. processes can be manufactured.
  • first gas heat exchanger connection 51 cold, rich auxiliary gas enters from the evaporator 40, which emerges at a second gas heat exchanger connection 52 as a warm, rich auxiliary gas and is led to the absorber 60.
  • Warm, poor auxiliary gas, coming from the absorber 60 is introduced in countercurrent to a third gas heat exchanger connection 53, discharged to a fourth gas heat exchanger connection 54, and from there to the evaporator 40.
  • the descending, cold gas mixture is heated by the warm gas mixture rising from the absorber 60 in order to minimize the heat input of the poor gas mixture into the evaporator 40.
  • FIG. 4 shows a solution heat exchanger 70 in a coaxial, helical design (coaxial solution heat exchanger).
  • a solution heat exchanger connection 71 cold, rich solution coming from the absorber 60 is introduced into the outer tube element 100, is discharged as a hot, rich solution at a second solution heat exchanger connection 72 and is then led to the expeller 10.
  • a third solution heat exchanger connection 73 poor, hot solution, which comes from the expeller 10, is introduced into the inner tube element 104. The solution then arrives as a poor, cold solution at a fourth solution heat exchanger connection 74 and from there to the absorber 60.
  • a fifth solution heat exchanger connection 75 and a sixth solution heat exchanger connection 76 are provided in this solution heat exchanger 70.
  • refrigerant vapor led from the expeller 10 can be Branch line 82 led to the fifth solution heat exchanger connection 75 and introduced there.
  • the refrigerant vapor is flowed in countercurrent over the rich solution in the outer tube element 100 of the solution heat exchanger 70 in order to condense out the solvent present in the refrigerant vapor.
  • the refrigerant vapor then emerges from the solution heat exchanger 70 through the sixth solution heat exchanger connection 76 and reaches a point in the refrigerant circuit 2 through the second branch line 83, which is arranged downstream of the dephlegmator 20 as seen in the refrigerant flow direction 3.
  • FIG. 5 shows an evaporator 40 in a coaxial, helical design (coaxial evaporator).
  • refrigerant condensate is introduced at a first evaporator connection 41 and in direct current at a second evaporator connection 42 low-refrigerant auxiliary gas coming from the gas heat exchanger 50 into the inner tube element 104 (first and second evaporator connections 41, 42 are designed here as a common connection).
  • first and second evaporator connections 41, 42 are designed here as a common connection.
  • the evaporated refrigerant is discharged as refrigerant vapor together with the auxiliary gas.
  • the function of the evaporator 40 by absorbing heat through the evaporation process, is used in that a refrigerant is introduced into the outer tubular element 100 at a fourth evaporator connection 44, is led in countercurrent to a fifth evaporator connection 45 and exits again cooled there. Since the evaporator has 40 temperatures well below the freezer point, a water-glycol mixture is preferably used as the coolant.
  • FIG. 6 shows a capacitor 30 in a coaxial, helical design (coaxial capacitor).
  • Refrigerant vapor is introduced into the inner tubular element 104 at a first condenser connection 31 and, as a result of cooling, exits as condensate at a second condenser connection 32.
  • the cooling is effected in that a cooling medium, in particular water, is introduced into the outer tubular element 100 at a third condenser connection 53 and is passed in counterflow to a fourth condenser connection 54.
  • the refrigeration unit 1 shown in FIG. 1 has three functionally distinguishable circuits.
  • the refrigerant circuit 2 is to be described starting with the expeller 10.
  • the refrigerant here ammonia
  • the solution here ammonia / water solution
  • the solvent here water
  • the refrigerant is condensed by giving off heat to an (external) cooling circuit.
  • the liquid refrigerant evaporates into the auxiliary gas atmosphere (here helium) and cools the refrigerant.
  • the descending, cold, ammonia-rich gas mixture is used to cool the warm, low-ammonia gas mixture rising from the absorber 60 and thus to minimize the heat input of the low-ammonia gas mixture into the evaporator 40.
  • the ammonia-rich gas mixture spreads in countercurrent over one of the solution Heat exchanger 70 coming poor solution, whereby heat is given off. The solution is thus enriched with ammonia and collected in the reservoir 90 as a rich solution.
  • the cold rich solution passes to the subsequent solution heat exchanger 70, where it is heated in the coaxial arrangement by a hot, poor solution coming from the expeller and then reaches the expeller 10 as a hot, rich solution.
  • the auxiliary gas there is a circuit from the evaporator 40 via the gas heat exchanger 50 to the absorber 60 and via the gas heat exchanger 50 back to the evaporator 40.
  • the solution circuit ie the circuit in which the solvent and refrigerant are mixed (ammonia / water solution ), leads from the expeller 10 via the solution heat exchanger 70 to the absorber 60 and via the solution heat exchanger 70 back to the expeller 10.
  • the refrigeration unit 1 presented is an energetically efficient and compactly producible refrigeration unit 1. Since gravity or buoyancy is used to move the individual media through the circuits mentioned, there is no need for moving parts. As a result, the refrigeration unit 1 operates essentially silently.
  • the cooling unit 1 can be designed such that the unit of the cooling unit 1 produces no or only a minimal amount of waste heat.
  • the refrigeration unit 1 is particularly suitable for air conditioning rooms (in particular offices, houses) and driver's cabins, but also for absorbing the waste heat / process heat from technical systems (in particular pumps, fuel cells).
  • FIG. 7 shows an outer tube element 100 with a tube arrangement 102 arranged therein, which has four inner tube elements 104.
  • Refrigeration unit (1) with an absorber (60) arranged in a refrigerant circuit (2), characterized in that the absorber (60) has an outer tube element (100) for a first medium, in which a tube arrangement (102) is arranged with at least one inner tube element (104) for a second medium.
  • Refrigeration unit (1) characterized by a in the refrigerant circuit (2) arranged gas heat exchanger (50) having an outer tube element (100) for a first medium in which a tube arrangement (102) with at least one inner tube element (104 ) is arranged for a second medium.
  • Refrigeration unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas heat exchanger (50) is arranged in the refrigerant flow direction (3) in front of the absorber (60).
  • Refrigeration unit (1) characterized by a in the refrigerant circuit (2) arranged solution heat exchanger (70) having an outer tube element (100) for a first medium in which a tube arrangement (102) with at least one inner tube element (104) is arranged for a second medium.
  • Refrigeration unit (1) characterized in that the solution heat exchanger (70) is arranged in the refrigerant flow direction (3) after the absorber (60). 6. Refrigeration unit (1) according to one of the preceding claims, characterized by an in the refrigerant circuit (2) arranged evaporator (40) having an outer tube element (100) for a first medium in which a tube arrangement (102) with at least one inner tube element (104) is arranged for a second medium.
  • refrigeration unit (1) characterized in that the evaporator (40) in the refrigerant flow direction (3) is arranged in front of a gas heat exchanger (50).
  • refrigeration unit (1) characterized by an in the refrigerant circuit (2) arranged expeller (10) having an outer tube element (100) for a first medium in which a tube arrangement (102) with at least one inner tube element (104) is arranged for a second medium.
  • refrigeration unit (1) characterized in that the expeller (10) in the refrigerant flow direction (3) is arranged after a solution heat exchanger (70).
  • Refrigeration unit (1) according to claim 8 or 9, characterized in that a bypass element (81) is arranged parallel to the expeller (10).
  • Refrigerating unit (1) characterized by a in the refrigerant circuit (2) arranged condenser (30) having an outer tube element (100) for a first medium in which a tube arrangement (102) at least one inner tube element (104) is arranged for a second medium.
  • Refrigeration unit (1) characterized in that the condenser (30) is arranged in the refrigerant flow direction (3) in front of an evaporator (40).
  • Refrigerating unit (1) characterized by a in the refrigerant circuit (2) arranged dephlegmator (20) having an outer tube element (100) for a first medium in which a tube arrangement (102) with at least one inner tube element (104) is arranged for a second medium.
  • the refrigeration unit (1) characterized in that the dephlegmator (20) is arranged in the refrigerant flow direction (3) in front of a condenser (30).
  • refrigeration unit (1) according to claim 13 or 14, characterized in that the dephlegmator (20) is associated with a solution heat exchanger (70).
  • the refrigeration unit (1) characterized by at least one reservoir (90, 91) arranged in the refrigerant circuit (2) or assigned to the refrigerant circuit (2) for storing a refrigerant-rich solution and / or for storing a low-refrigerant solution.
  • Cooling unit (1) according to claim 16, characterized in that at least one reservoir (90,91) is assigned to the absorber (60). 18. Refrigerating unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer tube element (100) and the tube arrangement (102) are designed in a coaxial design.
  • Refrigerating unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tube arrangement (102) has a plurality of inner tube elements (104).
  • Refrigerating unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner tubular element (104) has elevations on its inside.
  • refrigeration unit (1) according to any one of the preceding claims, characterized by an embodiment as a diffusion absorption refrigeration unit.
  • Refrigeration unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a refrigerant contained in the refrigeration circuit (2) is ammonia or has ammonia.
  • Refrigerating unit (1) according to one of the preceding claims characterized in that a solvent contained in the refrigeration circuit (2) is water or has water.
  • a solvent contained in the refrigeration circuit (2) is water or has water.
  • an auxiliary gas contained in the refrigeration circuit (2) is helium or has helium.
  • a method for guiding media in at least one circuit of a refrigeration unit in particular according to one or more of the preceding claims, wherein at least one medium flows around another in a heat-transferring manner along at least a section of the circuit.
  • an absorber (60) which has an outer tube element (100) for a first medium, in which a tube arrangement (102) with at least one inner tube element (104) for a second medium is arranged, in a refrigerant circuit (2) a refrigeration unit (1) in particular according to one or more of the preceding claims.

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Abstract

Kälteaggregat (1) mit einem in einem Kältemittelkreislauf (2) ange­ordneten Absorber (60), wobei der Absorber (60) ein äusseres Rohr­element für ein erstes Medium aufweist, in dem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Führung von Medien in mindestens einem Kreislauf eines Kälteaggregates sowie die Verwendung eines Absorbers (60), der ein äusseres Rohrelement für eine erstes Medium aufweist, indem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist, in einem Kältemittelkreislauf (2) eines Kälteaggregats (1).

Description

ABSORPTIONSKALTEAGGREGAT
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Kälteaggregat mit einem in einem Kältemittelkreislauf angeordneten Absorber gemäß dem Hauptanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Führung von Medien in mindestens einem Kreislauf eines Kälteaggregats gemäß dem Anspruch 25 sowie die Verwendung eines Absorbers gemäß dem Anspruch 29.
Kälteaggregate der hier genannten Art, wie beispielsweise Absorpti- onskälteaggregate oder Kompressionskälteaggregate, sind bekannt. Dabei haben in der Vergangenheit insbesondere Kompressionskälteaggregate eine große Verbreitung erfahren, da sie sich an viele Anforderungen einfach anpassen lassen. Das Prinzip eines Kompressionskälteaggregats liegt darin, dass ein Kältemitteldampf ver- dichtet wird, in einem Kondensator abgekühlt wird, mittels einer Drosseleinrichtung entspannt und durch Wärmeaufnahme verdampft wird. Dabei ist es jedoch nachteilig, dass dieses Kühlprinzip einen hohen Energiebedarf hat und eine entsprechende Vorrichtung eine Anzahl beweglicher Teile (zum Beispiel Pumpe oder Kompressor) benötigt. Im Gegensatz dazu wird bei einem Absorptionskälteaggregat der Kältemitteldampf nicht mechanisch verdichtet, sondern durch eine als Absorptionsmittel geeignete Flüssigkeit in einem Absorber aufgenommen und gelöst. Den Absorber verlässt eine kältemittelreiche (reiche) Lösung, aus der in dem Austreiber das Kältemittel durch Wärmezufuhr ausgetrieben wird. Das Kältemittel wird dann im Kondensator verflüssigt, während die verbleibende kältemittelarme (arme) Lösung wieder zum Absorber strömt. Die arme Lösung wird dort über Rohre verrieselt, um dem zu absorbierenden Kältemitteldampf eine große Oberfläche zu bieten. Die arme und die reiche Lösung gelangen dann in einen Temperaturwechsler, wo die kalte reiche Lösung durch die warme arme Lösung vorgewärmt wird und diese gleichzeitig abkühlt. Bei diesem Prozess ersetzt das beschriebene System aus Absorber, Lösungswärmetauscher und Austreiber, sowie dem Lösungskreislauf, den bei einem Kompressionskälteaggregat benötigten Kompressor. Absorptionskälteaggregate haben einen wesentlich geringeren Energiebedarf, sodass sie vorteilhafterweise mittels einer Solaranlage als Energiequelle betreibbar sind. Bei Käl- teanlagen gemäß dem Stand der Technik verbleibt jedoch der Wunsch, die Aggregate energetisch effizienter und/oder räumlich kompakter zu bauen. Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich - unter dem Fachmann bekannten Umständen - Kälteaggregate auch als Heizaggregate einsetzen lassen, sodass unter dem Begriff des Kälteaggregats auch entsprechende Heizaggregate verstanden werden.
Für ein Kälteaggregat mit einem in einem Kältemittelkreislauf angeordneten Absorber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Absorber ein äußeres Rohrelement für ein erstes Medium aufweist, in dem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist. Da ein Rohrelement also in einem anderen Rohrelement integriert ist, ergibt sich einerseits eine kompakte Bauweise und andererseits ein vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen erstem und zweitem Medium. Die Quer- schnitte der Rohrelemente sowie die Anordnung des inneren Rohrelementes im äußeren Rohrelement können vom Fachmann in Abhängigkeit von der jeweiligen Applikation in vielen verschiedenen Varianten ausgeführt werden. Dabei können die Querschnitte der Rohrelemente insbesondere kreisförmig, ellipsenförmig oder auch eckig sein. Die Führung des inneren Rohrelementes kann dabei parallel zur Erstreckung des äußeren Rohrelementes realisiert sein, aber auch schräg, wellenförmig oder gewunden. Der Fachmann wird seine Wahl in Abhängigkeit von der gewünschten Fließcharakteristik, den Platzverhältnissen und der benötigten Wärmetauschkapazität wählen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Absorber im äußeren Rohrelement das Kältemittel führt und im inneren Rohrelement eine arme Lösung im Gegenstrom zu einem reichen Hilfsgas geführt wird. Dabei wird das Kältemittel aufgrund einer Affinität zum Lö- sungsmittel in die arme Lösung, das heißt in das relativ kältemittelarme Kältemittel/Lösungsmittel-Gemisch, absorbiert und die Lösung zu einer reichen Lösung angereichert. Das Hilfsgas wird ausgewaschen und dadurch zum armen Gasgemisch. Die kontinuierliche Absorption wird durch den Kältemittelkreislauf aufrecht erhalten.
Vorteilhafterweise ist in dem Kältemittelkreislauf ein Gaswärmewechsler angeordnet, aufweisend ein äußeres Rohrelement für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist. Auch hier ergeben sich durch den Aufbau die zuvor beschriebenen Vortei- Ie. Im Gaswärmewechsler (auch Gaswärmetauscher genannt) wird ein kaltes, reiches Gasgemisch in Wärmeaustausch mit einem warmen, armen Gasgemisch gebracht. Die Strömungen im äußeren und inneren Rohrelement werden dabei bevorzugt im Gegenstrom zueinander geführt.
Bevorzugt ist der Gaswärmewechsler in Kältemittelflussrichtung vor dem Absorber angeordnet. Dadurch kann einerseits vorteilhafterweise das warme, reiche Gasgemisch aus dem Gaswärmewechsler dem Absorber zugeführt werden und andererseits das arme, warme Gasgemisch vom Absorber in dem Gaswärmewechsler eingespeist werden.
Mit Vorteil ist in dem Kältemittelkreislauf ein Lösungswärmewechsler (auch Lösungswärmetauscher genannt) angeordnet, aufweisend ein äußeres Rohrelement für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist. Auch in diesem Fall ergibt sich die zuvor beschriebene energetisch vorteilhafte und räumlich kompakte Anordnung. Im Lösungswärmewechsler wird eine arme, heiße Lösung im Gegenstrom zu einer reichen, kühlen Lösung geführt und dabei die arme Lösung abgekühlt und die reiche Lösung erwärmt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Lösungswärmewechsler in Kältemittelflussrichtung nach dem Absorber angeordnet.
Bevorzugt ist in dem Kältemittelkreislauf ein Verdampfer angeordnet, aufweisend ein äußeres Rohrelement für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist. Hier ergeben sich wiederum die zu dieser Anordnung zuvor erläuterten Vorteile. Im Verdampfer verdunstet das flüssige Kältemittel in die Hilfsgasatmosphäre. Bei seiner Strömung durch den Verdampfer entzieht es dabei dem Kälteträgerkreislauf, also dem Kreislauf, der mittels des Kälteaggregats gekühlt werden soll, kontinuierlich Wärme.
Es ist vorteilhaft, wenn in dem Kältemittelkreislauf ein Austreiber angeordnet ist, aufweisend ein äußeres Rohrelement für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist. Diese Anordnung ist räumlich kompakt und energetisch effizient. Im Austreiber wird durch Wärmezufuhr das Kältemittel aus dem Kältemittel/Lösungsmittel-Gemisch ausgetrieben. Der Austreiber ist insbesondere als vertikales Rohrbündel ausgeführt, wie in der Offenle- gungsschrift DE 100 28 543 A1 erläutert.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Austreiber in Kältemittelflussrichtung nach einem Lösungswärmewechsler angeordnet. Dadurch kann eine reiche Lösung, die dem Austreiber zugeführt werden soll, bereits vorgewärmt beziehungsweise vorerhitzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist parallel zum Austreiber ein Bypasselement angeordnet. Hat sich in der warmen, reichen Lösung, die dem Austreiber zugeführt wird, Kältemitteldampf und/oder Lösungsmitteldampf gebildet, insbesondere Wasserdampf- und/oder Ammoniakdampfblasen, so kann mittels des Bypasselements der Dampf am Austreiber vorbeigeführt werden.
Vorteilhafterweise ist in dem Kältemittelkreislauf ein Kondensator angeordnet, aufweisend ein äußeres Rohrelement für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist. Die Vorteile einer solchen Anordnung wurden bereits erläutert. Der Kondensator kondensiert Kältemitteldampf und wird über einen (externen) Kühlkreis auf Kondensationstemperatur gebracht und gehalten. Im Kühlkreislauf wird bevorzugt Wasser eingesetzt, welches insbesondere mittels eines Kühlturms/Trockenkühlturms gekühlt wird.
Mit Vorteil ist der Kondensator in Kältemittelflussrichtung vor einem Verdampfer angeordnet.
Vorteilhafterweise ist in dem Kältemittelkreislauf ein Dephlegmator angeordnet, aufweisend ein äußeres Rohrelement für ein erstes Me- dium, in dem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist. Auch hier stellen sich die zuvor genannten Vorteile dieser Anordnung ein. Der Dephlegmator dient dem Auskondensieren des Lösungsmittels im Kältemitteldampf. Er kann beispielsweise als einfacher Rohr-In-Rohr- Wärmetauscher ausgeführt sein.
Es ist bevorzugt, dass der Dephlegmator in Kältemittelflussrichtung vor einem Kondensator angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass mit dem Kältemitteldampf nicht gleichzeitig Lösungsmitteldampf (üb- licherweise Wasserdampf), beziehungsweise nur zu einem geringen Anteil, in den Kondensator gelangt.
Mit Vorteil ist der Dephlegmator einem Lösungswärmetauscher zugeordnet. Dadurch wird erreicht, dass zumindest ein Teil der Wärme, die der Dephlegmator im Betrieb abgibt, im System des Kälteaggre- gats erhalten bleibt und nicht durch Abgabe an die Umgebung verloren geht. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Kältemitteldampf im äußeren Rohrelement des Lösungswärmewechslers im Gegenstrom über die reiche Lösung geströmt wird, um das vorhandene Lösungsmittel im Kältemitteldampf auszukondensieren. Nach- dem Auskondensieren wird das Kältemittel dann dem Kondensator zugeleitet.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch mindestens ein in dem Kältemittelkreislauf angeordnetes oder dem Kältemittelkreislauf zugeordnetes Reservoir zur Speicherung einer kältemittelreichen (reichen) Lö- sung und/oder zur Speicherung einer kältemittelarmen (armen) Lösung. Dadurch ergibt sich ein Puffer für die Zeiten, in denen ein erhöhtes Angebot beziehungsweise eine erhöhte Nachfrage an reicher beziehungsweise armer Lösung besteht. So wird die Betriebstabilität des Gesamtsystems verbessert.
Vorteilhafterweise ist mindestens ein Reservoir dem Absorber zugeordnet. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, dass das mindestens eine Reservoir entlang einer Verbindungsleitung zwischen dem Absorber und einem Lösungswärmewechsler angeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich, wenn das äußere Rohrelement und die Rohranordnung in koaxialer Bauform ausgeführt sind. Mit dem Begriff koaxial soll zum Ausdruck gebracht wer- den, dass die Längserstreckung des äußeren Rohrelements und die Längserstreckung der Rohranordnung im Wesentlichen parallel zu einander verlaufen, insbesondere zusammenfallen. Die Querschnitte des äußeren Rohrelements und der Rohranordnung sind bevorzugt im Wesentlichen kreisförmig, doch sind ebenso andere Ausführun- gen denkbar. Die Bauform wird besonders dann kompakt, wenn das äußere Rohrelement und die Rohranordnung im Wesentlichen wendeiförmig ausgebildet sind. Dadurch ergibt sich ein besonders günstiges Verhältnis zwischen dem benötigten Bauraum und der erzeugten Wärmeaustauschfläche, die für den Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Medium maßgeblich ist.
Mit Vorteil weist die Rohranordnung mehrere innere Rohrelemente auf. Dadurch kann die wirksame Fläche, die dem Wärmeübertritt zwischen erstem und zweitem Medium dient, vergrößert werden.
Bevorzugt weist das innere Rohrelement an seiner Innenseite Erhe- bungen auf. Diese Ausführungsform ist insbesondere beim Absorber und/oder bei einem Verdampfer vorteilhaft. Durch die beim Durch- strömen entstehenden Verwirbelungen der Medien wird der Wirkungsgrad des jeweiligen Bauteils verbessert.
Vorteilhafterweise werden die Erhebungen durch eine von außen auf das innere Rohrelement aufgebrachte Einprägung, insbesondere durch Rollieren, ausgebildet. Dies stellt eine besonders kostengünstige Herstellung der Erhebungen dar.
Es ist vorteilhaft, wenn das Kälteaggregat als Diffusions-Absorbtions- Kälteaggregat ausgeführt ist.
Bevorzugt ist ein im Kältekreislauf enthaltenes Kältemittel Ammoniak oder weist Ammoniak auf.
Vorteilhafterweise ist ein im Kältekreislauf enthaltenes Lösungsmittel Wasser oder weist Wasser auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein im Kältekreislauf enthaltenes Hilfsgas Helium oder weist Helium auf. Grundsätzlich kann als Hilfsgas auch Wasserstoff verwendet werden, doch ist aus Gründen der Betriebssicherheit regelmäßig Helium vorzuziehen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Führung von Medien in mindestens einem Kreislauf eines Kälteaggregats mit einem oder mehreren der zuvor genannten Merkmale, wobei mindestens ein Medium ein anderes entlang mindestens eines Abschnitts des Kreislaufs Wärmeübertragend umströmt. Durch das Umströmen wird ein besonders guter Wärmeaustausch zwischen den jeweiligen Medien bewirkt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff des Umströ- mens nicht im Sinne eines Vermischens zu verstehen ist. Die Ver- hinderung eines Vermischens ist durch die konstruktive Auslegung des Kälteaggregats sichergestellt. Vorteilhafterweise erfolgt die Bewegung mindestens eines der Medien durch Schwerkrafteinwirkung. Das heißt, das Medium verlagert sich von einem höheren Potenzial im Schwerkraftfeld zu einem niedrigeren Potenzial. Dadurch können Pumpen eingespart werden oder sogar ein Kälteaggregat ohne Pumpen realisiert werden.
Bevorzugt ist es, wenn die Bewegung mindestens eines der Medien durch Auftriebskrafteinwirkung erfolgt. Hier ist insbesondere das Hilfsgas zu nennen, welches sich aufgrund seiner geringen Dichte ohne zusätzliche Förderungsmittel in einem aufsteigenden Rohrele- ment bewegen kann.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Absorbers, der ein äußeres Rohrelement für ein erstes Medium aufweist, in dem eine Rohranordnung mit mindestens einem inneren Rohrelement für ein zweites Medium angeordnet ist, in einem Kältemittelkreislauf eines Kälteaggregats, insbesondere mit einem oder mehreren der zuvor genannten Merkmale.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein Blockschaubild eines Kälteaggregats,
Figur 2 einen Absorber eines Kälteaggregats,
Figur 3 einen Gaswärmewechsler des Kälteaggregats,
Figur 4 einen Lösungswärmewechsler des Kälteaggregats,
Figur 5 einen Verdampfer des Kälteaggregats,
Figur 6 einen Kondensator des Kälteaggregats, und Figur 7 ein äußeres Rohrelement mit einer Rohranordnung.
Es sei vorab darauf hingewiesen, dass die Figuren lagerichtig dargestellt sind, das heißt ein in den Figuren oben liegendes Element weist im Schwerkraftfeld der Erde ein höheres Potential auf als ein unten liegendes Element.
Die Figur 1 zeigt ein Kälteaggregat 1 mit einem in einem Kältemittelkreislauf 2 angeordneten Austreiber 10, Dephlegmator 20, Kondensator 30, Verdampfer 40, Gaswärmewechsler 50, Absorber 60 und einen Lösungswärmewechsler 70. Ferner stellt ein Kaltem ittelbypass 80 eine zum Verdampfer 40 und Gaswärmewechsler 50 parallele Verbindung dar, um im Bedarfsfall Kältemittel am Verdampfer 40 und Gaswärmewechsler 50 vorbeizuführen. Ein Austreiberbypass 81 ist parallel zum Austreiber 10 geführt, um im Bedarfsfall Wasserdampf aus der warmen, reichen Lösung am Austreiber 10 vorbeizu- führen. Da sich die Funktionsweise des Kälteaggregats 1 im Wesentlichen aus der Funktion der einzelnen Elemente sowie deren Zusammenspiel ergibt, sollen nun zunächst die einzelnen Bestandteile des Kälteaggregats 1 näher erläutert werden. Das im Kältemittelkreis lauf 2 enthaltene Kältemittel fließt in die mittels eines Pfeils symbo- lisch dargestellte Kältemittelflussrichtung 3. Es wird dabei als bekannt vorausgesetzt, dass der Austreiber 10 als vertikales Rohrbündel ausgeführt ist, wie in der Offenlegungsschrift DE 100 28 543 A1 erläutert. Ferner wird der Dephlegmator 20 als bekannt vorausgesetzt, der hier als einfacher, koaxialer Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher ausgeführt ist.
Figur 2 zeigt den Absorber 60, der in koaxialer, gewendelter Bauform ausgeführt ist (Koaxialabsorber). Der Absorber 60 weist ein äußeres Rohrelement 100 für ein erstes Medium auf, in dem eine Rohranord- nung 102 mit mindestens einem inneren Rohrelement 104 für ein zweites Medium angeordnet ist. Das innere Rohrelement 104 ist dabei mit einer von außen aufgebrachten Einprägung versehen, so dass das innere Rohrelement 104 an seiner Innenseite Erhebungen aufweist. Dies wird mittels der Schraffierung symbolisiert. An einem ersten Absorberanschluss 61 gelangt reiches Hilfsgas, hier Helium, in das innere Rohrelement 104. An einem zweiten Absorberanschluss 62 tritt armes Hilfsgas aus dem inneren Rohrelement 104 aus. Der erste Absorberanschluss 61 liegt hinsichtlich des Schwer- kraftfelds auf einem niedrigeren Potenzial als der zweite Absorberanschluss 62, so dass sich das Hilfsgas insbesondere durch Auftriebskrafteinwirkung vom ersten Absorberanschluss 61 zum zweiten Absorberanschluss 62 bewegt. Eine vom Lösungswärmewechsler 70 kommende arme Lösung wird an einem dritten Absorberanschluss 63 eingespeist und gelangt als reiche Lösung der Schwerkraft folgend zum vierten Absorberanschluss 64. Ein Kühlkreis mit einem Kühlmedium wird in das äußere Rohrelement 100 (Mantelrohr) an einem fünften Absorberanschluss 65 eingeleitet und bei einem sechsten Absorberanschluss 66 ausgeleitet.
Figur 3 zeigt einen Gaswärmewechsler 50 in koaxialer, gewendelter Bauform (Koaxialgaswärmewechsler). Der Gaswärmewechsler 50 weist ein äußeres Rohrelement 100 auf, in dem eine Rohranordnung 102 mit einem inneren Rohrelement 104 angeordnet ist. Da sich dieser und die nachfolgenden Aufbauten hinsichtlich des Aufbaus des Absorbers 60 ähneln, werden die Bezugszeichen für das äußere Rohrelement 100, die Rohranordnung 102 und das innere Rohrelement 104 beibehalten, um das Verständnis er Erläuterung zu erleichtern. Die verschiedenen Aufbauten sind selbstverständlich physikalisch verschieden, wenngleich sie mittels ähnlicher Herstellungspro- zesse gefertigt werden können. An einem ersten Gaswärmewechs- leranschluss 51 , tritt kaltes, reiches Hilfsgas vom Verdampfer 40 ein, welches an einem zweiten Gaswärmewechsleranschluss 52 als warmes, reiches Hilfsgas austritt und zum Absorber 60 geführt wird. Warmes, armes Hilfsgas wird vom Absorber 60 kommend im Gegenstrom an einem dritten Gaswärmewechsleranschluss 53 eingeleitet, an einem vierten Gaswärmewechsleranschluss 54 ausgeleitet und von dort zum Verdampfer 40 geführt. Im Gaswärmewechsler 50 wird das absteigende, kalte Gasgemisch durch das vom Absorber 60 aufsteigende, warme Gasgemisch erwärmt um den Wärmeeintrag des armen Gasgemisches in den Verdampfer 40 zu minimieren.
Figur 4 zeigt einen Lösungswärmewechsler 70 in koaxialer, gewen- delter Bauform (Koaxiallösungswärmewechsler). An einem Lö- sungswärmewechsleranschluss 71 wird vom Absorber 60 kommend kalte, reiche Lösung in das äußere Rohrelement 100 eingeleitet, als heiße, reiche Lösung an einem zweiten Lösungswärmewechsleran- schluss 72 ausgeleitet und dann zum Austreiber 10 geführt wird. An einem dritten Lösungswärmewechsleranschluss 73 wird arme, heiße Lösung, die vom Austreiber 10 kommt, in das innere Rohrelement 104 eingeleitet. Die Lösung gelangt dann als arme, kalte Lösung zu einem vierten Lösungswärmewechsleranschluss 74 und von dort zum Absorber 60. Zusätzlich sind bei diesem Lösungswärmewechsler 70 ein fünfter Lösungswärmewechsleranschluss 75 und ein sechster Lösungswärmewechsleranschluss 76 vorgesehen. Die Funktion dieser Anschlüsse erschließt sich im Zusammenhang mit den in der Figur 1 gezeigten ersten Abzweigleitung 82 und der zweiten Abzweigleitung 83, die jeweils mittels der gestrichelten Linien dargestellt sind. Alternativ oder durch Schalten wählbar kann aus dem Austreiber 10 geführter Kältemitteldampf über die erste Ab- Zweigleitung 82 zum fünften Lösungswärmewechsleranschluss 75 geführt und dort eingeleitet werden. Der Kältemitteldampf wird im äußeren Rohrelement 100 des Lösungswärmewechslers 70 im Gegenstrom über die reiche Lösung geströmt, um das vorhandene Lö- sungsmittel im Kältemitteldampf auszukondensieren. Der Kältemitteldampf tritt aus dem Lösungswärmewechsler 70 dann durch den sechsten Lösungswärmewechsleranschluss 76 aus und gelangt durch die zweite Abzweigleitung 83 an eine Stelle im Kältemittelkreislauf 2, die in Kältemittelflussrichtung 3 gesehen nach dem Dephlegmator 20 angeordnet ist. Alternativ ist es auch möglich, auf einen Dephlegmator 20 zu verzichten und das Auskondensieren des Lösungsmittels aus dem Kältemitteldampf, wie beschrieben, mittels des Lösungswärmewechslers 70 zu realisieren.
Figur 5 zeigt einen Verdampfer 40 in koaxialer, gewendelter Bauform (Koaxialverdampfer). Vom Kondensator 30 kommend wird Kältemittelkondensat an einem ersten Verdampferanschluss 41 und im Gleichstrom bei einem zweiten Verdampferanschluss 42 kältemittelarmes Hilfsgas vom Gaswärmewechsler 50 kommend in das innere Rohrelement 104 eingeleitet (erster und zweiter Verdampferan- Schluss 41,42 sind hier als ein gemeinsamer Anschluss ausgeführt). An einem dritten Verdampferanschluss 43 wird das verdampfte Kältemittel als Kältemitteldampf zusammen mit dem Hilfsgas ausgeleitet. Die Funktion des Verdampfers 40, durch den Verdampfungspro- zess Wärme aufzunehmen, wird dadurch genutzt, indem an einem vierten Verdampferanschluss 44 ein Kälteträger in das äußere Rohrelement 100 eingeleitet wird, im Gegenstrom zu einem fünften Verdampferanschluss 45 geführt wird und dort gekühlt wieder austritt. Da der Verdampfer 40 Temperaturen deutlich unterhalb des Gefrier- punktes erzielen kann, wird als Kälteträger bevorzugt ein Wasser- Glykol-Gemisch verwendet.
Figur 6 zeigt einen Kondensator 30 in koaxialer, gewendelter Bauform (Koaxialkondensator). An einem ersten Kondensatoranschluss 31 wird Kältemitteldampf in das innere Rohrelement 104 eingebracht und tritt aufgrund einer Kühlung an einem zweiten Kondensatoranschluss 32 als Kondensat aus. Die Kühlung wird dadurch bewirkt, indem ein Kühlmedium, insbesondere Wasser, an einem dritten Kondensatoranschluss 53 in das äußere Rohrelement 100 eingelei- tet und im Gegenstrom zu einem vierten Kondensatoranschluss 54 geleitet wird.
Das in der Figur 1 gezeigte Kälteaggregat 1 weist drei funktional unterscheidbare Kreisläufe auf. Zunächst soll der Kältemittelkreislauf 2 beginnend beim Austreiber 10 beschrieben werden. Im Austreiber 10 wird durch Wärmezufuhr mittels eines Heizmediums (Zufuhr 11 und Abfuhr 12) das Kältemittel (hier Ammoniak) aus der Lösung (hier Ammoniak/Wasser-Lösung) ausgetrieben. Im nachfolgenden Deph- legmator 20 wird unter Wärmeabgabe das Lösungsmittel (hier Wasser) im Kältemitteldampf auskondensiert. Im darauf folgenden Kon- densator 30 wird das Kältemittel unter Wärmeabgabe an einen (externen) Kühlkreis kondensiert. Im Verdampfer 40, der sich dem Kondensator 30 anschließt, verdunstet das flüssige Kältemittel in die Hilfsgasatmosphäre (hier Helium) und kühlt den Kälteträger. Im folgenden Gaswärmewechsler 50 wird das absteigende, kalte, ammo- niakreiche Gasgemisch verwendet, um das vom Absorber 60 aufsteigende, warme, ammoniakarme Gasgemisch zu kühlen und so den Wärmeeintrag des ammoniakarmen Gasgemisches in den Verdampfer 40 zu minimieren. Im Absorber 60 streicht das ammoniakreiche Gasgemisch dass im Gegenstrom über eine vom Lösungs- Wärmewechsler 70 kommende arme Lösung, wobei Wärme abgegeben wird. Die Lösung wird so mit Ammoniak angereichert und als reiche Lösung im Reservoir 90 gesammelt. Die kalte reiche Lösung gelangt zum nachfolgenden Lösungswärmewechsler 70, wo sie in der koaxialen Anordnung durch eine heiße, arme, vom Austreiber kommende Lösung erwärmt wird und als heiße, reiche Lösung dann zum Austreiber 10 gelangt. Für das Hilfsgas ergibt sich ein Kreislauf vom Verdampfer 40 über den Gaswärmetauscher 50 zum Absorber 60 und über den Gaswärmetauscher 50 wieder zurück zum Ver- dampfer 40. Der Lösungskreislauf, also der Kreislauf, in dem Lösungsmittel und Kältemittel gemischt sind (Ammoniak/Wasser- Lösung), führt vom Austreiber 10 über den Lösungswärmetauscher 70 zum Absorber 60 und über den Lösungswärmetauscher 70 wieder zurück zum Austreiber 10.
Bei dem vorgestellten Kälteaggregat 1 handelt es sich um ein energetisch effizientes und kompakt fertigbares Kälteaggregat 1. Da die Schwerkraft beziehungsweise die Auftriebskraft zur Bewegung der einzelnen Medien durch die genannten Kreisläufe genutzt wird, kann auf bewegliche Teile verzichtet werden. Dadurch arbeitet das Kälte- aggregat 1 im Wesentlichen geräuschlos. Zudem kann das Kälteaggregat 1 derart ausgeführt sein, dass die Einheit des Kälteaggregats 1 keine beziehungsweise nur eine minimale Abwärme produziert. Das Kälteaggregat 1 ist besonders geeignet zur Klimatisierung von Räumen (insbesondere Büros, Häuser) und Fahrerkabinen aber auch um die Abwärme/Prozesswärme von technischen Anlagen (insbesondere Pumpen, Brennstoffzellen) aufzunehmen.
Schließlich zeigt Figur 7 ein äußeres Rohrelement 100 mit einer darin angeordneten Rohranordnung 102 auf, die vier innere Rohrelemente 104 aufweist. Ansprüche
1. Kälteaggregat (1) mit einem in einem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Absorber (60), dadurch gekennzeichnet, dass der Ab- sorber (60) ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium aufweist, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
2. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Gaswärmewechsler (50) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
3. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswärmewechsler (50) in Käl- temittelflussrichtung (3) vor dem Absorber (60) angeordnet ist.
4. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Lösungswärmewechsler (70) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranord- nung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
5. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungswärmewechsler (70) in Kältemittelflussrichtung (3) nach dem Absorber (60) angeordnet ist. 6. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Verdampfer (40) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
7. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (40) in Kältemittelflussrichtung (3) vor einem Gaswärmewechsler (50) angeordnet ist.
8. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Austreiber (10) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
9. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Austreiber (10) in Kältemittelflussrichtung (3) nach einem Lösungswärmewechsler (70) angeordnet ist.
10. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass parallel zum Austreiber (10) ein Bypasselement (81) angeordnet ist.
11. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Kondensator (30) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
12. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (30) in Kältemittelflussrichtung (3) vor einem Verdampfer (40) angeordnet ist.
13. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Dephlegmator (20) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
14. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dephlegmator (20) in Kältemittelflussrichtung (3) vor einem Kondensator (30) angeordnet ist.
15. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dephlegmator (20) einem Lösungswärmetauscher (70) zugeordnet ist.
16. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordnetes oder dem Kältemittelkreislauf (2) zugeordnetes Reservoir (90,91) zur Speicherung einer kältemittelreichen Lösung und/oder zur Speicherung einer kältemittelarmen Lösung.
17. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Reservoir (90,91) dem Absorber (60) zugeord- net ist. 18. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohrelement (100) und die Rohranordnung (102) in koaxialer Bauform ausgeführt sind.
19. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohranordnung (102) mehrere innere Rohrelemente (104) aufweist.
20. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohrelement (104) an seiner Innenseite Erhebungen aufweist.
21. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen durch eine von außen auf das innere Rohrelement (104) aufgebrachte Einprägung, insbesondere durch Rollie- ren, ausgebildet sind.
22. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausführung als Diffusions-Absorptions- Kälteaggregat.
23. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Kältekreislauf (2) enthaltenes Kältemittel Ammoniak ist oder Ammoniak aufweist.
24. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Kältekreislauf (2) enthaltenes Lösungsmittel Wasser ist oder Wasser aufweist. 25. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Kältekreislauf (2) enthaltenes Hilfsgas Helium ist oder Helium aufweist.
26. Verfahren zur Führung von Medien in mindestens einem Kreis- lauf eines Kälteaggregats insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Medium ein anderes entlang mindestens eines Abschnitts des Kreislaufs wärmeübertragend umströmt.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung mindestens eines der Medien durch Schwerkrafteinwirkung erfolgt.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung mindestens eines der Medien durch Auftriebskrafteinwirkung erfolgt.
29. Verwendung eines Absorbers (60), der ein äußeres Rohrelement (100) für eine erstes Medium aufweist, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist, in einem Kältemittelkreislauf (2) eines Kälteaggregats (1) insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.

Claims

22Neue Patentansprüche
1. Kälteaggregat (1 ) mit einem in einem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Absorber (60), mit einem in den Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Lösungswärmewechsler (70) und mit einem in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Austreiber (10), wobei Absorber (60), Lösungswärmewechsler (70) und Austreiber (10) jeweils ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium aufweisen, in dem jeweils eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist, wobei der Austreiber (10) in Kältemittelflussrichtung (3) nach dem Lösungswärmewechsler (70) angeordnet ist und parallel zum Austreiber (10) ein Bypasselement (81 ) angeordnet ist.
2. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Gaswärmewechsler (50) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
3. Kälteaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswärmewechsler (50) in Käl- temittelflussrichtung (3) vor dem Absorber (60) angeordnet ist.
4. Kälteaggregat (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungswärmewechsler (70) in Kältemittelflussrichtung (3) nach dem Absorber (60) angeordnet ist.
5. Kälteaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) ange- 23
ordneten Verdampfer (40) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
6. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (40) in Kältemittelflussrichtung (3) vor einem Gaswärmewechsler (50) angeordnet ist.
7. Kälteaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) ange- ordneten Kondensator (30) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
8. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (30) in Kältemittelflussrichtung (3) vor einem
Verdampfer (40) angeordnet ist.
9. Kälteaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Dephlegmator (20) aufweisend ein äußeres Rohrelement (100) für ein erstes Medium, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist.
10. Kälteaggregat (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dephlegmator (20) in Kältemittelflussrichtung (3) vor einem Kondensator (30) angeordnet ist. 24
11. Kälteaggregat (1 ) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dephlegmator (20) einem Lösungswärmetauscher (70) zugeordnet ist.
12. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein in dem Kältemittelkreislauf
(2) angeordnetes oder dem Kältemittelkreislauf (2) zugeordnetes Reservoir (90,91 ) zur Speicherung einer kältemittelreichen Lösung und/oder zur Speicherung einer kältemittelarmen Lösung.
13. Kälteaggregat (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Reservoir (90,91 ) dem Absorber (60) zugeordnet ist.
14. Kälteaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohrelement (100) und die Rohranordnung (102) in koaxialer Bauform ausgeführt sind.
15. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohranordnung (102) mehrere innere Rohrelemente (104) aufweist.
16. Kälteaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohrelement (104) an seiner Innenseite Erhebungen aufweist.
17. Kälteaggregat (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen durch eine von außen auf das innere Rohrelement (104) aufgebrachte Einprägung, insbesondere durch Rollie- ren, ausgebildet sind. 25
18. Kälteaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausführung als Diffusions-Absorptions- Kälteaggregat.
19. Kälteaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Kältekreislauf (2) enthaltenes Kältemittel Ammoniak ist oder Ammoniak aufweist.
20. Kälteaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Kältekreislauf (2) enthaltenes Lösungsmittel Wasser ist oder Wasser aufweist.
21. Kälteaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Kältekreislauf (2) enthaltenes Hilfsgas Helium ist oder Helium aufweist.
22. Verfahren zur Führung von Medien in mindestens einem Kreislauf eines Kälteaggregats insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Medium ein anderes entlang mindestens eines Abschnitts des Kreislaufs wärmeübertragend umströmt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung mindestens eines der Medien durch Schwerkraftein- Wirkung erfolgt.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung mindestens eines der Medien durch Auftriebskrafteinwirkung erfolgt. 26
25. Verwendung eines Absorbers (60), der ein äußeres Rohrelement (100) für eine erstes Medium aufweist, in dem eine Rohranordnung (102) mit mindestens einem inneren Rohrelement (104) für ein zweites Medium angeordnet ist, in einem Kältemittelkreislauf (2) eines Kälteaggregats (1 ) insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
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