WO2010139444A1 - Ammoniak-wasser-absorptionskälteaggregat - Google Patents

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WO2010139444A1
WO2010139444A1 PCT/EP2010/003301 EP2010003301W WO2010139444A1 WO 2010139444 A1 WO2010139444 A1 WO 2010139444A1 EP 2010003301 W EP2010003301 W EP 2010003301W WO 2010139444 A1 WO2010139444 A1 WO 2010139444A1
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water absorption
absorption refrigeration
refrigeration unit
ammonia
refrigerant
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PCT/EP2010/003301
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Wolfgang STÜRZEBECHER
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Stuerzebecher Wolfgang
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    • 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
    • F25B15/02—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas
    • F25B15/04—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas the refrigerant being ammonia evaporated from aqueous solution
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
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    • 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 present invention relates to ammonia-water
  • Absorption refrigeration units with at least one arranged in a refrigerant circuit absorber.
  • the present invention relates to a method of minimal complexity for guiding media in at least one cycle of an ammonia water absorption refrigeration unit, taking into account the thermodynamic characteristics of binary two-phase mixtures.
  • an ammonia water absorption refrigeration unit is proposed with at least one arranged in a refrigerant circuit absorber, which is characterized in that the absorber has a fully welded plate package for an inner medium, which in turn is arranged in a jacket tube for an external medium.
  • the invention makes use of the fact that with the exclusive use of fully welded tube plate heat exchangers for the absorber of an ammonia water absorption refrigeration unit with appropriate dimensioning or design cooling temperatures of below 0 ° C even at drive temperatures below 100 ° C are reachable.
  • Ammonia-water absorption refrigeration units according to the invention are particularly suitable for solar thermal cooling systems and are hitherto unknown in the prior art.
  • the present invention is characterized by a new simplified circuit.
  • highly effective heat-transferring components are proposed, which go far beyond the previously known in the prior art solutions in the combinations of the invention.
  • Full-welded plate packs which can be used according to the invention for the absorber are disclosed, for example, on the part of EP 1 559 981 A2 or DE 601 12 767 T2, the disclosures of which are hereby expressly referenced.
  • the absorption takes place in the jacket tube of the absorber of the ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention and the resulting refrigerant-rich solution in the same upstream.
  • the solution collector otherwise customary in the prior art can thus be saved according to the invention.
  • the number of components of an absorption refrigeration unit is so reduced and it also results in a more compact design.
  • an ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention can be implemented as required in numerous different variants and designs.
  • an evaporator is advantageously arranged in the refrigerant circuit of the ammonia-water absorption refrigeration unit, after or behind, followed by the absorber in the refrigerant flow direction.
  • the flow-related pressure losses are reduced and the performance of an ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention further improved.
  • the evaporator on a fully welded plate package for an inner medium which in turn is arranged in a jacket tube for an external medium.
  • a phase change of the liquid refrigerant into the gaseous state preferably takes place in the plate pack.
  • the refrigerant continuously withdraws the heat from the medium in the jacket tube of the brine circulation, which is to be cooled by the absorption refrigeration unit.
  • the flows in the plate pack and in the jacket tube of the evaporator are preferably conducted in countercurrent to one another.
  • Full-welded plate packs which can be used in accordance with the invention for the evaporator are disclosed, for example, by EP 1 559 981 A2 or DE 601 12 767 T2, for example.
  • a desorber is advantageously arranged in the refrigerant circuit of the ammonia-water absorption refrigeration unit, advantageously comprising a fully welded plate pack for an inner medium, which in turn is arranged in a jacket tube for an external medium.
  • a phase change of the refrigerant-containing solution from the liquid to the gaseous state preferably takes place in the plate package.
  • the refrigerant-containing solution is continuously supplied with heat from a medium in the jacket tube of the heating circuit, which drives or is intended to drive the absorption refrigeration unit.
  • the flows in the plate pack and in the jacket tube of the desorber are preferably conducted in countercurrent to one another.
  • the desorber is arranged downstream of the absorber in the direction of refrigerant flow.
  • the performance of an ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention is further improved.
  • Full-welded plate packs which can be used according to the invention for the desorber are disclosed in the manner of example by EP 1 559 981 A2 and DE 601 12 767 T2.
  • a capacitor is advantageously arranged in the refrigerant circuit of the ammonia-water absorption refrigeration unit, advantageously comprising a fully welded plate package for an inner medium, which in turn is arranged in a jacket tube for an external medium.
  • a phase change of a refrigerant-containing vapor from the gaseous to the liquid state preferably takes place in the jacket tube, wherein the resulting refrigerant-containing condensate is stored upstream in the same.
  • the otherwise common in the art in absorption refrigeration units refrigerant accumulator can be saved.
  • the number of components of an ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention is reduced and a more compact design is made possible.
  • the refrigerant-containing vapor continuously dissipates heat to a medium in the plate pack of the recooling circuit, which serves as the heat sink for the ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention.
  • the flows in the plate pack and in the jacket tube of the condenser are preferably conducted in countercurrent to one another.
  • the condenser is arranged in the direction of refrigerant flow in front of the evaporator of an ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention.
  • a solution heat exchanger is advantageously arranged in the refrigerant circuit of the ammonia-water absorption refrigeration unit, advantageously comprising a fully welded plate package for an inner medium, which in turn is arranged in a jacket tube for an external medium.
  • a refrigerant-containing solution to be supplied to the desorber is already internally preheated.
  • the flows in the plate pack and in the jacket tube of the solution heat exchanger are preferably conducted in countercurrent to one another. This reduces the external heat input in the desorber and further improves the performance of an ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention.
  • the solution heat exchanger arranged in the refrigerant flow direction between the absorber and desorber.
  • a dephlegmator in the refrigerant circuit of the ammonia-water absorption refrigeration unit at drive temperatures above 100 0 C advantageously arranged a dephlegmator, advantageously comprising a fully welded plate package for an inner medium, which in turn is arranged in a jacket tube for an external medium.
  • a refrigerant-containing vapor to be supplied to the condenser dissipates heat to a medium in the jacket tube, whereby a portion of the refrigerant-containing vapor is already condensed. This ensures that get with the refrigerant-containing vapor only small amounts of solvent vapor in the condenser.
  • the dephlegmator is arranged upstream of the condenser in the direction of refrigerant flow.
  • Full-welded plate packs which can be used according to the invention for the dephlegmator are disclosed, for example, on the part of EP 1 559 981 A2 or DE 601 12 767 T2.
  • a refrigerant subcooler is arranged in the refrigerant circuit of the ammonia-water absorption refrigeration unit, advantageously comprising a fully welded plate package for an inner medium, which in turn is arranged in a jacket tube for an external medium.
  • the temperature of the condensed refrigerant to be supplied to the evaporator is lowered below the boiling point.
  • the amount of enthalpy of evaporation is increased, which further improves the performance of an ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention.
  • the flows in the plate pack and in the jacket tube of the refrigerant subcooler are preferably conducted in countercurrent to one another.
  • the refrigerant subcooler is arranged in the refrigerant flow direction on the one hand between the evaporator and the condenser and on the other hand between the evaporator and the absorber.
  • Full-welded plate packs which can be used according to the invention for the refrigerant subcooler are disclosed, for example, by EP 1 559 981 A2 or DE 601 12 767 T2, for example.
  • the refrigerant subcooler can be saved, especially because at a cooling capacity of the evaporator of less than 100 kW, the contribution of a refrigerant subcooler to increase the performance of an ammonia water absorption refrigeration unit according to the invention the technical effort - and the associated cost expenditures - not justifiable for efficient use.
  • the refrigerant contained in the refrigeration cycle is ammonia or has ammonia.
  • the solvent contained in the refrigeration cycle is water or has water.
  • the feed and / or discharge lines are provided in the refrigerant flow direction to the condenser and / or absorber with a pressure equalization line. This will be Reduces pressure losses and allows a more even heat transfer. As a result of this measure, which is otherwise not customary in the state of the art, the efficiency of the absorption of refrigerant into the sorbent and hence the mode of action of an ammonia-water absorption refrigeration unit according to the invention are further improved overall.
  • the invention further relates to ammonia-water absorption refrigeration units having an absorption refrigeration process of minimal complexity for guiding media in at least one refrigerant circuit using heat exchangers comprising a fully welded inner medium plate package, which in turn is disposed in a jacket tube for an outer medium.
  • Fully welded plate packs which can be used according to the invention are disclosed in the manner of example by EP 1 559 981 A2 and DE 601 12 767 T2.
  • the plate geometry with special consideration of the thermodynamics of mixtures of substances for the guidance of the media for the purpose of particularly efficient heat and mass transfer, be tuned to turbulent flow conditions with pressure losses below 0.1 MPa.
  • Absorption refrigeration units Depending on the particular application and required performance, the inventive design can be implemented in numerous different variants, as needed.
  • the method can be used due to the present invention carried out modular grading and tuning fully welded tube-plate heat exchanger with cooling power from the kilowatt range into the megawatt range inside, and thus advantageously contribute significantly to the rational use of energy.
  • the invention consequently also relates to the embodiment of an absorber as a fully welded plate pack for an internal medium, which in turn is arranged in a jacket tube for an external medium, in a refrigerant circuit of an ammonia-water mixture according to the invention.
  • Absorption refrigeration units in particular with one or more of the aforementioned features.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of an inventive ammonia water absorption refrigeration unit.
  • FIG. 1 shows an ammonia-water absorption refrigeration unit 1 with an absorber 10, evaporator 20, condenser 30, desorber 40, solution heat exchanger 50, dephlegmator 60 and a refrigerant subcooler 70 arranged in a refrigerant circuit 2. Further, pressure compensation lines 80, 90 establish a connection in FIG Refrigerant flow direction 3 between inlet and outlet of the absorber 10 and condenser 30 ago to reduce pressure losses and to allow a more uniform heat transfer.
  • the refrigerant contained in the refrigerant circuit 2 flows into the refrigerant flow direction 3 symbolically represented by an arrow and is conveyed by a pump 100 into the desorber 40.
  • the basic mode of operation of an absorption refrigeration unit is assumed to be known in the present case (cf., in particular, Handbook of Refrigeration, Volume 7, Sorption Refrigeration Machines, Wilhelm Niebergall, 1959).
  • the drive energy is via a heating medium in the desorber 40 through the terminals 41 and 42 and derived.
  • the cooling capacity is transmitted by means of a refrigerant medium in the evaporator 20 through the terminals 21 and 22.
  • the cooling of the ammonia water absorption chiller 1 is carried out by a heat transfer medium in the absorber 10 through the terminals 11 and 12 and in the condenser through the terminals 31 and 32.
  • the execution of the heat exchanger with a fully welded plate package for an inner medium, which in turn a jacket tube for an external medium is arranged, in principle follows the disclosures of EP 1 559 981 A2 and DE 601 12 767 T2, the disclosures of which are hereby expressly referenced.
  • the plate geometry for a fully welded plate package according to the invention is advantageously with particular consideration of the thermodynamics of mixtures for the guidance of the media for particularly efficient heat and mass transfer to turbulent flow conditions at flow rates between 0.05 m / s and 1 m / s at pressure drops below 0, 1 MPa tuned.
  • the development of the invention relates in the present case to a hitherto in the prior art not considered possible or feasible held reduction of components of an absorption refrigeration unit, which have been considered necessary and necessary according to the prior art.
  • the results and calculations of the present invention show that the dephlegmator 60 can be saved at drive temperatures below 100 ° C.
  • ammonia-water absorption refrigeration units 1 of minimal complexity, which allow economical application of the cooling principle for cooling capacities below 100 kW, at drive temperatures below 100 0 C and cooling temperatures below 0 ° C.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1), für Antriebstemperaturen auch unter 100°C mit mindestens einem in einem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Absorber (10), wobei der Absorber (10) ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium aufweist, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren minimaler Komplexität zur Führung von Medien in mindestens einem Kältemittelkreislauf (2) eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregates (1) unter Verwendung von Wärmeaustauschern, die ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium aufweisen, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist. Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus die Verwendung eines erfindungsgemäß optimierten Absorbers (10), der ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium aufweist, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist, in einem Kältemittelkreislauf (2) eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregates (1).

Description

Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaqqreαat
Die vorliegende Erfindung betrifft Ammoniak-Wasser-
Absorptionskälteaggregate mit mindestens einem in einem Kältemittelkreislauf angeordneten Absorber.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren minimaler Komplexität zur Führung von Medien in mindestens einem Kreislauf eines Ammoniak- Wasser-Absorptionskälteaggregates unter Berücksichtigung der thermodynamischen Besonderheiten von binären Zweiphasen-Gemischen.
Darüber hinaus ist die Verwendung eines Absorbers in Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat und/oder einem erfindungsgemäßen Verfahren Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Das Prinzip der Absorptionskälteerzeugung mit dem Stoffpaar Ammoniak und Wasser ist seit etwa 200 Jahren bekannt und wird heute aufgrund der Kostendegression vorwiegend für hohe Kühlleistungen im Bereich von etwa 200 kW bis etwa 6.500 kW eingesetzt. Anlagen dieser Art, wie beispielsweise in der DE 20 2007 007 999 U1 beschrieben, erfordern eine komplexe Verfahrenstechnik und bei Kühltemperaturen unter 00C Antriebstemperaturen deutlich oberhalb von 100 0C.
Vor diesem Hintergrund soll durch den Einsatz heute verfügbarer Technologien und neuartigen Berechnungsmethoden zur Wärme- und Stoffübertragung ein Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat minimaler Komplexität bereitgestellt werden, das eine wirtschaftlichere Anwendung des Kühlprinzips auch für Kühlleistungen unter 100 kW ermöglicht. In der einschlägigen Literatur, vergleiche beispielsweise VDI Wärmeatlas (ursprünglich erschienen beim VDI- Verlag, Düsseldorf, 10. bearbeitete und erweiterte Auflage 2006, ISBN: 978-3- 540-25504-8)), sind keine Berechnungsmethoden hierzu bekannt. Damit sind dem Fachmann bis heute keine konkreten Richtlinien bzw. Methoden zur Dimensionierung bekannt, um die einzelnen Komponenten von Ammoniak- Wasser-Absorptionskälteaggregaten minimaler Komplexität für eine gewerblich nutzbare Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine zu dimensionieren und entsprechend auszuwählen, wobei insbesondere bei Antriebstemperaturen von unter 100 0C Kühltemperaturen unter 0 0C erzielbar sein sollen.
Zur technischen Lösung wird erfindungsgemäß ein Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregat mit mindestens einem in einem Kältemittelkreislauf angeordneten Absorber vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Absorber ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium aufweist, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist.
Die Erfindung macht sich dabei insbesondere die Erkenntnis zu Nutze, dass bei ausschließlicher Verwendung von vollverschweißten Rohr-Platten- Wärmetauschern für den Absorber eines Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregats bei entsprechender Dimensionierung bzw. Auslegung Kühltemperaturen von unter 0 °C auch bei Antriebstemperaturen unterhalb von 100 °C erreichbar sind. Erfindungsgemäße Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregate eignen sich speziell für solarthermische Kühlsysteme und sind im Stand der Technik bisher unbekannt. Die vorliegende Erfindung ist dabei durch eine neue vereinfachte Schaltung geprägt. In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden hocheffektive wärmeübertragende Komponenten vorgeschlagen, welche in den erfindungsgemäßen Kombinationen weit über die bisher im Stand der Technik bekannten Lösungen hinausgehen. Der bisherige Stand der Technik geht davon aus, dass aufgrund der hohen Gasströmungsgeschwindigkeit und den damit verbundenen Druckverlusten in einem Absorber eines Ammoniak- Wasser-Absorptionskälteaggregats eine effektive Stoff- und Wärmeübertragung nur durch Verwendung von Rohrbündelwärmetauschern erzielt werden kann. Es hat sich erfindungsgemäß gezeigt, dass bei sorgfältiger Berechnung der zahlreichen Parameter eines Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats eine effektive Wärme- und Stoffübertragung gerade bzw. speziell mit Rohr- Platten-Wärmetauschern erzielbar ist. Dabei wurde überraschend festgestellt, dass bei ausschließlicher Verwendung von vollverschweißten Rohr-Platten- Wärmetauschern für den Absorber eines Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregats Kühltemperaturen unter 0 0C auch bei Antriebstemperaturen von deutlich unterhalb 100 0C erzielbar sind, insbesondere bei Verwendung des eines binären Ammoniak-Wasser Zweiphasen-Gemisches.
Erfindungsgemäß für den Absorber nutzbare, vollverschweißte Plattenpakete sind der Art nach beispielsweise seitens der EP 1 559 981 A2 bzw. der DE 601 12 767 T2 offenbart, deren Offenbarungen hiermit ausdrücklich referenziert werden.
Zur Dimensionierung bzw. Auslegung von erfindungsgemäßen Ammoniak- Wasser-Absorptionskälteaggregaten mit dem Ziel einer besonders effizienten Wärme- und Stoffübertragung wird bzw. ist die Plattengeometrie von für den Absorber verwendeten vollverschweißten Rohr-Platten-Wärmetauschern unter besonderer Berücksichtigung der thermodynamischen Parameter von Stoffgemischen für die Führung der Medien vorteilhafterweise auf bzw. für turbulente Strömungsverhältnisse mit Druckverlusten unter 0,1 MPa abgestimmt. Vorteilhafterweise erfolgt eine Abstimmung auf bzw. für turbulente Strömungsverhältnisse bei Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 0,05 m/s und 1 m/s und bei Druckverlusten unter 0,1 MPa. Unter diesen speziellen Verhältnissen können erfindungsgemäß Antriebstemperaturen auch unter 100 0C besonders wirtschaftlich nutzbar gemacht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung findet die Absorption im Mantelrohr des Absorbers des erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregats statt und wird die entstehende kältemittelreiche Lösung im selbigen vorgelagert. Erfindungsgemäß kann so der ansonsten im Stand der Technik übliche Lösungssammler erfindungsgemäß eingespart werden. Die Anzahl der Bauelemente eines Absorptionskälteaggregats ist so reduzierbar und es ergibt sich ferner eine kompaktere Bauweise. In Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung und der erforderlichen Leistung ist ein erfindungsgemäßes Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat je nach Bedarf in zahlreichen verschiedenen Varianten und Ausführungen umsetzbar. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Kältemittelkreislauf des Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats vorteilhafterweise ein Verdampfer angeordnet, nach bzw., hinter dem in Kältemittelflussrichtung der Absorber folgt. Dadurch werden die strömungsbedingten Druckverluste reduziert und das Leistungsverhalten eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats weiter verbessert. Vorteilhafterweise weist der Verdampfer ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium auf, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist. Hier findet bevorzugt im Plattenpaket ein Phasenwechsel des flüssigen Kältemittels in den gasförmigen Zustand statt. Dabei entzieht das Kältemittel dem Medium im Mantelrohr des Kälteträgerkreislaufs, der durch das Absorptionskälteaggregat gekühlt werden soll, fortdauernd die Wärme. Bevorzugt werden die Strömungen im Plattenpaket und im Mantelrohr des Verdampfers im Gegenstrom zueinander geführt. Erfindungsgemäß für den Verdampfer nutzbare, vollverschweißte Plattenpakete sind der Art nach beispielsweise seitens der EP 1 559 981 A2 bzw. der DE 601 12 767 T2 offenbart.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Kältemittelkreislauf des Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats vorteilhafterweise ein Desorber angeordnet, vorteilhafterweise aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist. Im Desorber findet bevorzugt im Plattenpaket ein Phasenwechsel der kältemittelhaltigen Lösung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand statt. Dabei wird der kältemittelhaltigen Lösung von einem Medium im Mantelrohr des Heizkreislaufs, der das Absorptionskälteaggregat antreibt bzw. antreiben soll, fortdauernd Wärme zugeführt. Bevorzugt werden die Strömungen im Plattenpaket und im Mantelrohr des Desorbers im Gegenstrom zueinander geführt. Mit Vorteil ist der Desorber in Kältemittelflussrichtung nach dem Absorber angeordnet. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen, einzeln und/oder in Kombination miteinander, wird insbesondere das Leistungsverhalten eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats weiter verbessert. Erfindungsgemäß für den Desorber nutzbare, vollverschweißte Plattenpakete sind der Art nach beispielsweise seitens der EP 1 559 981 A2 bzw. der DE 601 12 767 T2 offenbart. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Kältemittelkreislauf des Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats vorteilhafterweise ein Kondensator angeordnet, vorteilhafterweise aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist. Im Kondensator findet bevorzugt im Mantelrohr ein Phasenwechsel eines kältemittelhaltigen Dampfes vom gasförmigen in den flüssigen Zustand statt, wobei das entstehende kältemittelhaltige Kondensat im selbigen vorgelagert wird. Dadurch kann der ansonsten im Stand der Technik bei Absorptionskälteaggregaten übliche Kältemittelsammler eingespart werden. Die Anzahl der Bauelemente eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats reduziert sich, und es wird eine kompaktere Bauweise ermöglicht. Dabei führt der kältemittelhaltige Dampf fortwährend Wärme an ein Medium im Plattenpaket des Rückkühlkreislaufs ab, der dem erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat als Wärmesenke dient. Bevorzugt werden die Strömungen im Plattenpaket und im Mantelrohr des Kondensators im Gegenstrom zueinander geführt. Bevorzugt ist der Kondensator in Kältemittelflussrichtung vor dem Verdampfer eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats angeordnet. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen, einzeln und/oder in Kombination miteinander, wird insbesondere das Leistungsverhalten eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats weiter verbessert.
Erfindungsgemäß für den Kondensator nutzbare, vollverschweißte Plattenpakete sind der Art nach beispielsweise seitens der EP 1 559 981 A2 bzw. der DE 601 12 767 T2 offenbart.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Kältemittelkreislauf des Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats vorteilhafterweise ein Lösungswärmetauscher angeordnet, vorteilhafterweise aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist. Im Lösungswärmetauscher wird eine kältemittelhaltige Lösung, die dem Desorber zugeführt werden soll, bereits intern vorgewärmt. Bevorzugt werden die Strömungen im Plattenpaket und im Mantelrohr des Lösungswärmetauschers im Gegenstrom zueinander geführt. Dadurch wird die externe Wärmezufuhr im Desorber reduziert und das Leistungsverhalten eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats weiter verbessert. Bevorzugt ist der Lösungswärmetauscher in Kältemittelflussrichtung zwischen Absorber und Desorber angeordnet. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen, einzeln und/oder in Kombination miteinander, wird insbesondere das Leistungsverhalten eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregats weiter verbessert. Erfindungsgemäß für den Lösungswärmetauscher nutzbare, vollverschweißte Plattenpakete sind der Art nach beispielsweise seitens der EP 1 559 981 A2 bzw. der DE 601 12 767 T2 offenbart.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Kältemittelkreislauf des Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats bei Antriebstemperaturen über 1000C vorteilhafterweise ein Dephlegmator angeordnet, vorteilhafterweise aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist. Im Dephlegmator führt bevorzugt im Plattenpaket ein kältemittelhaltiger Dampf, der dem Kondensator zugeführt werden soll, Wärme an ein Medium im Mantelrohr ab, wobei ein Teil des kältemittelhaltigen Dampfes bereits kondensiert. Dadurch wird erreicht, dass mit dem kältemittelhaltigen Dampf nur geringe Mengen Lösungsmitteldampf in den Kondensator gelangen. Bevorzugt ist der Dephlegmator in Kältemittelflussrichtung vor dem Kondensator angeordnet. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen, einzeln und/oder in Kombination miteinander, wird insbesondere das Leistungsverhalten eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats weiter verbessert.
Erfindungsgemäß für den Dephlegmator nutzbare, vollverschweißte Plattenpakete sind der Art nach beispielsweise seitens der EP 1 559 981 A2 bzw. der DE 601 12 767 T2 offenbart.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bietet sich die Möglichkeit zur Verringerung von bisher im Stand der Technik für notwendig bzw. erforderlich gehaltenen Bauteilen. Es wurde festgestellt, dass bei Antriebstemperaturen unter 100 0C der Anteil an dampfförmigem Lösungsmittel im kältemittelhaltigen Dampf in der Regel weniger als 5% beträgt, so dass je nach Bedarf erfindungsgemäß insbesondere ein Dephlegmator eingespart werden kann. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Kältemittelkreislauf des Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats ein Kältemittelunterkühler angeordnet, vorteilhafterweise aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist. Im Kältemittelunterkühler wird die Temperatur des kondensierten Kältemittels, das dem Verdampfer zugeführt werden soll, unter den Siedepunkt gesenkt. Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, dass zum einen bei Druckverlusten keine vorzeitige Verdampfung stattfindet, und zum anderen der Betrag der Verdampfungsenthalpie erhöht wird, welcher das Leistungsverhalten eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats weiter verbessert. Bevorzugt werden die Strömungen im Plattenpaket und im Mantelrohr des Kältemittelunterkühlers im Gegenstrom zueinander geführt. Bevorzugt ist der Kältemittelunterkühler in Kältemittelflussrichtung einerseits zwischen Verdampfer und Kondensator und andererseits zwischen Verdampfer und Absorber angeordnet. Erfindungsgemäß für den Kältemittelunterkühler nutzbare, vollverschweißte Plattenpakete sind der Art nach beispielsweise seitens der EP 1 559 981 A2 bzw. der DE 601 12 767 T2 offenbart.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bietet sich die Möglichkeit zur Verringerung von bisher im Stand der Technik für notwendig bzw. erforderlich gehaltenen Bauteilen. Es wurde festgestellt, dass bei einer Kälteleistung des Verdampfers von unter 100 kW auch der Kältemittelunterkühler eingespart werden kann, insbesondere da bei einer Kälteleistung des Verdampfers von unter 100 kW der Beitrag eines Kältemittelunterkühlers zur Steigerung der Leistung eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats den technischen Aufwand - und die damit verbundenen Kostenaufwendungen - für eine effiziente Verwendung nicht rechtfertigt.
Bevorzugt ist das im Kältekreislauf enthaltene Kältemittel Ammoniak oder weist Ammoniak auf. Bevorzugt ist das im Kältekreislauf enthaltene Lösemittel Wasser oder weist Wasser auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Zu- und/oder Ableitungen in Kältemittelflussrichtung zum Kondensator und/oder Absorber mit einer Druckausgleichsleitung versehen. Dadurch werden Druckverluste reduziert und eine gleichmäßigere Wärmeübertragung ermöglicht. Durch diese ansonsten im Stand der Technik nicht übliche Maßnahme wird der Wirkungsgrad der Absorption von Kältemittel in Sorptionsmittel und damit die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregats insgesamt weiter verbessert.
Die Erfindung betrifft ferner Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregate mit einem Absorptionskälteverfahren minimaler Komplexität zur Führung von Medien in mindestens einem Kältemittelkreislauf unter Verwendung von Wärmeaustauschern, die ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium aufweisen, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist. Erfindungsgemäß nutzbare, vollverschweißte Plattenpakete sind der Art nach beispielsweise seitens der EP 1 559 981 A2 bzw. der DE 601 12 767 T2 offenbart.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Plattengeometrie unter besonderer Berücksichtigung der Thermodynamik von Stoffgemischen für die Führung der Medien zwecks besonders effizienter Wärme- und Stoffübertragung auf turbulente Strömungsverhältnisse mit Druckverlusten unter 0,1 MPa abgestimmt wird. Vorteilhafterweise erfolgt eine Abstimmung auf bzw. für turbulente Strömungsverhältnisse bei Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 0,05 m/s und 1 m/s und bei Druckverlusten unter 0,1 MPa. Erfindungsgemäß ergibt sich dadurch gleichzeitig die Möglichkeit einer kompakten Bauweise erfindungsgemäßer Ammoniak-Wasser-
Absorptionskälteaggregate. In Anhängigkeit der jeweiligen Anwendung und erforderlichen Leistung lässt sich die erfindungsgemäße Ausführung in zahlreichen verschiedenen Varianten umsetzen, je nach Bedarf. Das Verfahren kann dabei aufgrund der erfindungsgemäß erfolgenden modularen Abstufung und Abstimmung vollverschweißter Rohr-Platten-Wärmetauscher mit Kühlleistungen vom Kilowatt-Bereich bis in den Megawatt-Bereich hinein eingesetzt werden, und damit vorteilhafterweise beachtlich zur rationellen Energieverwendung beitragen.
Die Erfindung betrifft konsequenterweise darüber hinaus auch die Ausführung eines Absorbers als vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist, in einem Kältemittelkreislauf eines erfindungsgemäßen Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregates, insbesondere mit einem oder mehreren der zuvor genannten Merkmale.
Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen und die mit diesen gewonnenen Ergebnisse ermöglichen eine Optimierung der individuellen Rohr-Platten- Wärmetauscher, führen zu einem hohen Wirkungsgrad und ermöglichen eine bisher im Stand der Technik nicht gekannte und nicht zugängliche kompakte Bauweise von Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregaten.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand des in der Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig.1 in einem Blockschaubild ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat.
Fig. 1 zeigt ein Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat 1 mit einem in einem Kältemittelkreis 2 angeordneten Absorber 10 , Verdampfer 20, Kondensator 30, Desorber 40, Lösungswärmetauscher 50, Dephlegmator 60, und einem Kältemittelunterkühler 70. Ferner stellen Druckausgleichleitungen 80, 90 eine Verbindung in Kältemittelflussrichtung 3 zwischen Zu- und Ableitung des Absorbers 10 bzw. Kondensators 30 her, um Druckverluste zu reduzieren und eine gleichmäßigere Wärmeübertragung zu ermöglichen.
Das im Kältemittelkreislauf 2 enthaltene Kältemittel fließt in die mittels eines Pfeils symbolisch dargestellte Kältemittelflussrichtung 3 und wird mit einer Pumpe 100 in den Desorber 40 gefördert. Die prinzipielle Funktionsweise eines Absorptionskälteaggregates wird vorliegend als bekannt vorausgesetzt (vgl. insbesondere Handbuch der Kältetechnik, Band 7, Sorptionskältemaschinen, Wilhelm Niebergall, 1959). Die Antriebsenergie wird über ein Heizmedium in den Desorber 40 durch die Anschlüsse 41 und 42 ein- und abgeleitet. Die Kälteleistung wird mittels eines Kälteträgermediums im Verdampfer 20 durch die Anschlüsse 21 und 22 übertragen. Die Rückkühlung des Ammoniak- Wasser-Absorptionskälteaggregates 1 erfolgt durch ein Wärmeträgermedium im Absorber 10 durch die Anschlüsse 11 und 12 sowie im Kondensator durch die Anschlüsse 31 und 32. Die Ausführung der Wärmetauscher mit einem vollverschweißten Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist, folgt im Grundsatz den Offenbarungen der EP 1 559 981 A2 bzw. der DE 601 12 767 T2, deren Offenbarungen hiermit ausdrücklich referenziert werden. Die Plattengeometrie für ein erfindungsgemäßes vollverschweißtes Plattenpaket wird vorteilhafterweise unter besonderer Berücksichtigung der Thermodynamik von Stoffgemischen für die Führung der Medien zwecks besonders effizienter Wärme- und Stoffübertragung auf turbulente Strömungsverhältnisse bei Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 0,05 m/s und 1 m/s bei Druckverlusten unter 0,1 MPa abgestimmt.
Die Weiterbildung der Erfindung bezieht sich vorliegend auf eine bisher im Stand der Technik nicht für möglich bzw. realisierbar gehaltene Reduzierung von Komponenten eines Absorptionskälteaggregates, die nach dem Stand der Technik bisher für erforderlich und notwendig gehalten werden. Die Ergebnisse und Berechnungen der vorliegenden Erfindung zeigen, dass der Dephlegmator 60 bei Antriebstemperaturen unter 100 0C eingespart werden kann. Gleiches gilt für den Kältemittelunterkühler 70 bei einer Kälteleistung des Verdampfers von unter 100 kW. Unter diesen Bedingungen ergeben sich Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregate 1 minimaler Komplexität, die eine wirtschaftliche Anwendung des Kühlprinzips auch für Kühlleistungen unter 100 kW, bei Antriebstemperaturen unter 100 0C und Kühltemperaturen unter 0 °C ermöglichen.
Die in der Figur der Zeichnung dargestellten und in Zusammenhang mit diesen beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
Bezuqszeichenliste:
1 Absorptionskälteaggregat
2 Kältemittelkreis
3 Kältemittelflussrichtung
10 Absorber
11 Anschluss
12 Anschluss
20 Verdampfer
21 Anschluss
22 Anschluss
30 Kondensator
31 Anschluss
32 Anschluss
40 Desorber 1 Anschluss 2 Anschluss
50 Lösungswärmetauscher
60 Dephlegmator
70 Kältemittelunterkühler
80 Druckausgleichleitung
90 Druckausgleichleitung
100 Pumpe

Claims

Ansprüche:
1. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) mit mindestens einem in einem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Absorber (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (10) ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium aufweist, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist.
2. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Verdampfer (20), aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist.
3. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (10) in Kältemittelflussrichtung (3) nach dem Verdampfer (20) angeordnet ist.
4. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Desorber (40), aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist.
5. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorber (40) in Kältemittelflussrichtung (3) nach dem Absorber (10) angeordnet ist.
6. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Kondensator (30), aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist.
7. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (30) in Kältemittelflussrichtung (3) vor dem Verdampfer (20) angeordnet ist.
8. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Lösungswärmetauscher (50), aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist.
9. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungswärmetauscher (50) in Kältemittelflussrichtung (3) zwischen Absorber (10) und Desorber (40) angeordnet ist.
10. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Antriebstemperaturen über 100 0C ein in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneter Dephlegmator (60), aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist, vorhanden ist.
11. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dephlegmator (60) in Kältemittelflussrichtung vor dem Kondensator (30) angeordnet ist.
12. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dephlegmator (60) bei Antriebstemperaturen unter 100 0C entfällt.
13. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein in dem Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Kältemittelunterkühler (70), aufweisend ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist.
14. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelunterkühler (70) bei einer Kälteleistung des Verdampfers (20) von unter 100 kW entfällt.
15. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelunterkühler (70) in Kältemittelflussrichtung (3) einerseits zwischen Verdampfer (20) und Kondensator (30) und andererseits zwischen Verdampfer (20) und Absorber (10) angeordnet ist.
16. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2) mindestens ein Kältemittel, vorzugsweise Ammoniak, aufweist.
17. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf mindestens ein Lösemittel, vorzugsweise Wasser, aufweist.
18. Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und/oder Ableitungen in Kältemittelflussrichtung (3) zum Kondensator (30) und Absorber (10) Druckausgleichsleitungen enthalten.
19. Verfahren minimaler Komplexität zur Führung von Medien in mindestens einem Kältemittelkreislauf (2) eines Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregat (1 ), vorzugsweise eines Ammoniak-Wasser- Absorptionskälteaggregat (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, unter Verwendung von Wärmeaustauschern, die ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium aufweisen, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattengeometrie der Wärmetauscher für die Führung der Medien zwecks besonders effizienter Wärme- und Stoffübertragung auf turbulente Strömungsverhältnisse abgestimmt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine Abstimmung der Plattengeometrie der Wärmetauscher auf bzw. für turbulente Strömungsverhältnisse bei Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 0,05 m/s und 1 m/s sowie bei Druckverlusten unter 0,1 MPa.
22. Verwendung eines Absorbers (10), der ein vollverschweißtes Plattenpaket für ein inneres Medium aufweist, das seinerseits in einem Mantelrohr für ein äußeres Medium angeordnet ist, in einem Kältemittelkreislauf (2) eines Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteaggregates (1 ), vorzugsweise eines Absorptionskälteaggregates (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, vorzugsweise unter Nutzung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 19 bis 21.
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