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    • 专利摘要:
    DieErfindung bezieht sich auf eine Diffusionsabsorptionsanlage zumBeheizen von Räumen,beispielsweise von Gebäuderäumen, miteinem von einem Kältemedium,beispielsweise Ammoniak, und einem Lösungsmittel, beispielsweiseWasser, gebildeten Arbeitsstoffpaar sowie mit einem druckausgleichendenHilfsgas, beispielsweise Helium oder Wasserstoff, in einem geschlossenenSystem, mit einem Verdampfer, der im direkten Kontakt mit der Außenluftsteht.
    公开号:DE102004011478A1
    申请号:DE200410011478
    申请日:2004-03-09
    公开日:2004-10-21
    发明作者:Carl Wassermann
    申请人:ENTEX ENERGY AG；ENTEX ENERGY AG EGGENWIL；
    IPC主号:F25B15-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf eine Diffusionsabsorptionsanlage entsprechenddem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 3.
    [0002] Diffusionsabsorptionsanlagensind u.a. als Kälteanlagenzur Verwendung in Kühlschränken bekannt.Sie könnenaber mit einer entsprechenden konstruktiven Gestaltung auch alsWärmepumpenzu Heiz- oder Kühlzweckeneingesetzt werden. In bekannten Anlagen wird in der Regel als Kältemittel Ammoniak(NH3) und als Lösungsmittel oder absorbierenderStoff Wasser eingesetzt, also Ammoniak – Wasser als Arbeitsstoffpaar.Zum Druckausgleich wird weiterhin ein Hilfs- oder Inertgas, beispielsweise Wasserstoffoder Helium verwendet. Die Wärmezufuhrerfolgt in einem Kocher. Durch Sieden werden Dampfblasen aus deran ammoniakreichen Lösung ausgetriebenund hierdurch einerseits ein Lösungskreislaufund ein Ammoniakkreislauf erzeugt. Der Wasseranteil in dem von denDampfblasen gebildeten Dampfstrom wird in einem Rektifikator abgeschieden,so daß dannfast reiner Ammoniakdampf zum Kondensator der Anlage strömt. DerAmmoniakdampf kondensiert im Kondensator und gibt dabei die Kondensationswärme über einenKondensatorwärmetauscheran die Umgebung oder beispielsweise an das Heizungswasser einerHeizung ab. Anschließendströmtdas flüssigeAmmoniak aus dem auf einem höherenNiveau angeordneten Kondensator nach unten in einen Verdampfer,in dem das Ammoniak in der dort vorhandenen Atmosphäre aus dem Hilfsgasund Ammoniak verdampft, und zwar unter Aufnahme von Wärme ausder Umgebung bzw. unter Nutzkälteleistung.Danach gelangt das Gasgemisch aus Ammoniakdampf oder -Gas und Hilfsgas über einenGaswärmetauscherin den Absorber, wo das gasförmigeAmmoniak von der dortigen, nur geringen Menge an Ammoniak enthaltendenAmmoniak-Wasser-Lösungabsorbiert wird und so in den Lösungskreislaufzurückgelangt. Die Absorptionswärmewird übereinen Absorptionswärmetauscherabgegeben, beispielsweise wieder an das Wasser einer Heizung. Diemit Ammoniak angereicherte Ammoniak-Wasser-Lösung strömt über einen Vorlauf zurück an den Kocher.
    [0003] Bekanntist es insbesondere auch, derartige Diffusionsabsorptionsanlagenfür dieBeheizung von Gebäudeneinzusetzen. In diesem Fall wird der jeweilige Verdampfer beispielsweisedirekt mit der Außenluftbeaufschlagt, um so der Umgebung durch Abkühlung der AußenluftWärme zuentziehen und diese dann fürdie Gebäudeheizungzu nutzen. Eine derartige Diffusionsabsorptionsanlage ist beispielsweisein der DE 158 271 A1 beschrieben.
    [0004] UmWärme ausder Außenluftaufnehmen zu können,ist es erforderlich, daß derVerdampfer eine Temperatur aufweist, die unter der Temperatur der Außenluftliegt. Zur Verringerung der notwendigen Temperaturdifferenz kanndurch ein Gebläse,beispielsweise durch einen Ventilator der Luftdurchsatz durch denVerdampfer erhöhtwerden. Sinkt allerdings die Temperatur lokal an der Verdampferoberfläche aufWerte unter 0° C,so besteht die Gefahr, daß sichdort eine Eisschicht ausbildet bzw. eine Vereisung eintritt. Inbestimmten Fällenkann diese Eisbildung schließlichden gesamten Verdampfer erfassen, so daß sich dann insbesondere auchdurch die vorhandenen Lufteinschlüsse eine isolierende Eisschichtum den Verdampfer bzw. um dessen Verdampferrohr ausbildet. Hierdurchsinkt zwar die innere Temperatur des von der Eisschicht umschlossenenVerdampfers ab, von dem Verdampfer kann aber zunehmende wenigerWärmeenergieaus der Umgebung aufgenommen werden, mit der Folge, daß im Verdampferauch weniger Kältemittelverdampft und die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad der Diffusionsabsorptionsanlagedrastisch absinkt.
    [0005] Aufgabeder Erfindung ist es, eine Diffusionsabsorptionsanlage aufzuzeigen,die diese Nachteile vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eineDiffusionsabsorptionsanlage entsprechend dem Anspruch 1 oder 3 ausgebildet.
    [0006] Gemäß einemersten Aspekt der Erfindung besteht der Verdampfer aus wenigstenseinem Verdampferrohr, welches zu einer Spirale bzw. Wendel geformtist. Die einzelnen Windungen dieser Wendel sind in Achsrichtungder Wendel voneinander beabstandet, so daß zwischen den Windungen derWendel ein Luftspalt entsteht.
    [0007] Durchein Gebläsewird ein Luftstrom erzeugt, der das Verdampferrohr intensiv umströmt und hierfür den zwischenden Windungen der Wendel gebildeten Luftspalt z.B. von innen nachaußendurchströmt.Die Achse der Wendel ist dabei vorzugsweise vertikal oder annähernd vertikalorientiert, so daß sichinnerhalb des Verdampferrohres ein Gefälle von einem ersten oberenAnschluß zueinem zweiten unteren Anschluß ergibtund damit auch eine gleichmäßige Strömung für das demVerdampfer am oberen Anschluß zugeführten flüssigen Kältemediums,z.B. des flüssigenAmmoniaks von oben nach unten.
    [0008] DieLuftströmungdurch den Verdampfer kann durch wenigstens ein Gebläse unterstützt werden.Durch die vollständigeUmströmungdes Verdampferrohres durch die Umgebungsluft sowie auch durch dengleichmäßigen Fluß des flüssigen Kältemediumsinnerhalb des Dampfers werden nicht nur der Wärmeübergang und der Wirkungsgradverbessert, sondern es werden insbesondere auch ein übermäßiges, partiellesoder lokales Abkühlendes Verdampfers und eine hierdurch bedingte Eisbildung vermieden.
    [0009] Entsprechendeinem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Verdampfer von demflüssigenKältemediumeinerseits und von dem Gasgemisch aus dem verdampften Kältemediumund dem inertem Hilfsgas andererseits im Gegenstrom durchströmt, undzwar von dem flüssigenKältemediumvon oben nach unten und von dem Gasgemisch in umgekehrter Richtungvon unten nach oben. Diese dem natürlichen Antrieb des Gasgemischesentgegengesetzte Strömunghat unter anderem den Vorteil einer Vergleichmäßigung der Verdampfungsratedes Kältemittels über diegesamte effektive Längedes Verdampfungsrohres und trägtsomit ebenfalls zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades, aber auchzu einer Vermeidung einer unerwünschtenEisbildung bei.
    [0010] Weiterbildungender Erfindungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgendenanhand der Figuren an Ausführungsbeispielennäher erläutert. Eszeigen:
    [0011] 1 in vereinfachter schematischerDarstellung einen an einer Außenwandeines Gebäudes angebrachtenVerdampfer einer ansonsten nicht näher dargestellten Diffusionsabsorptionsanlage;
    [0012] 2 in einer Darstellung ähnlich 1 eine weitere mögliche Ausführungsformdes Verdampfers;
    [0013] 3 eine Draufsicht auf denVerdampfer der 3;
    [0014] 4 in vereinfachter schematischerDarstellung eine Diffusionsabsorptionsanlage gemäß der Erfindung.
    [0015] In 1 ist 1 ein an einer Gebäudeaußenwand 2 vorgesehenerVerdampfer gemäß der Erfindung.Dieser Verdampfer 1 ist Bestandteil einer Diffusionsabsorptionsanlage,die ihrerseits beispielsweise Bestandteil einer Wärmepumpeoder Heizanlage ist. Der Verdampfer 1, der über einRohrleitungssystem 3 an die im Inneren des Gebäudes angeordneteDiffusionsabsorptionsanlage angeschlossen ist, besteht im Wesentlichenaus einem Verdampferrohr 4, welches aus einem Rohrprofil 5 wendelartiggeformt ist und mit seiner Wendelachse die vertikale VerdampferachseVA bildet. Als Betriebsmittel dienen bei der DiffusionsabsorptionsanlageAmmoniak und Wasser sowie ein inertes Hilfsgas, z. B. Wasserstoffoder Helium zur Erzielung eines möglichst konstanten Betriebsdruckim geschlossenen System.
    [0016] DasVerdampferrohr 4 besitzt bei der dargestellten Ausführungsformeinen kreisförmigenInnen- und Außenquerschnittmit einem Rohrdurchmesser d. Der wendelförmige Verdampfer 1 besitzteinen Durchmesser D, der ein Vielfaches des Durchmessers d beträgt, beispielsweisedas 6- bis 12-Fache des Rohrdurchmessers d. Durch diese Dimensionierungdes Verdampferohres 4 wird dem Umstand Rechnung getragen,daß diespezifische Flächenleistungeines Verdampfers einer Diffusionsabsorptionsanlage mit inertemHilfsgas nur 0,1 bis 0,4 Watt pro cm2 beträgt und damitwesentlich kleiner ist als die entsprechende Flächenleistung eines Verdampfers, beispielsweisebei Kälteanlagenoder aber Wärmepumpen,die ohne inertes Hilfsgas arbeiten. Der kreisförmige Querschnitt des Rohrprofils 5 trägt weiterhindazu bei, um bei dem relativ hohen Dampfdruck der Diffusionsabsorptionsanlagebzw. des als Kältemittelverwendeten Ammoniaks die erforderliche hohe Druckbeständigkeitzu erreichen. Grundsätzlichsind aber auch andere Querschnitte für das Rohrprofil 5 denkbar.
    [0017] Wiedie 1 weiterhin zeigt,ist der wendelförmigeVerdampfer 1 so ausgebildet, daß die einzelnen Windungen derWendel voneinander beabstandet sind, und zwar in Achsrichtung umeinen Betrag x, der ebenfalls größer istals der Außendurchmesser ddes Rohrprofils 5, so daß zwischen den einzelnen Windungendes Verdampfers 1 ein Luftdurchtrittsöffnung 6 gebildetist.
    [0018] ZurErzielung eines Luftstromes durch den Verdampfer 1 ist über demVerdampferrohr 4 ein Gebläse 7 vorgesehen, welchesan seiner dem Verdampferrohr 4 abgewandten Seite durcheine Abdeckung 8 abgedeckt ist, und zwar derart, daß im Bereichdes Gebläses 7 einedie Achse VA ringförmig umschließende Lufteintrittsöffnung 9 verbleibt.An der Unterseite ist der Verdampfer 1 durch eine Platte oderweitere Abdeckung 10 abgeschlossen, die als Wanne mit einemschrägenBoden ausgeführtund mit Abstand unterhalb der unteren Windung des Verdampferrohres 4 angeordnetist. An dem tiefsten Punkt weist die Abdeckung 10 einenWasserablauf 11 auf.
    [0019] Daseingeschaltete Gebläse 7 erzeugtentsprechend den Pfeilen 12 und 13 einen Luftstrom, derinnerhalb des Verdampferrohres 4 von oben nach unten verläuft, aberauch aus den Luftdurchtrittsöffnungen 6 radialnach außenaustritt, so daß dasVerdampferrohr 4 von diesem Luftstrom intensiv umströmt wird.
    [0020] EineBesonderheit des Verdampfers 1 besteht darin, daß dieserVerdampfer von dem flüssigen Kältemittelvon oben nach unten durchströmtwird, d. h., das flüssigeKältemitteltritt am oberen Anschluß 4.1 indas gewendelte Verdampferrohr 4 ein und fließt dannim Verdampferrohr 4 unter zunehmendem Verdampfen und Aufnehmenvon Wärmenach unten, wie dies mit dem Pfeil FK (K für flüssiges Kältemittel) angedeutet ist.Das inerte Hilfsgas durchströmtdas Verdampferrohr 4 in umgekehrter Richtung, d. h. im Gegenstromzu dem flüssigenKältemittelvon unten nach oben und führtdabei das verdampfte Kältemittel mit,d. h. das Hilfsgas tritt in das Verdampferrohr 4 am Anschluß 4.2 einund verläßt das Verdampferrohrzusammen mit dem verdampften Kältemittelam Anschluß 4.1,wie dies mit dem Pfeil GG (GG fürGasgemisch) angedeutet ist.
    [0021] Durchdieses Gegenstromprinzip ergeben sich eine wesentlich gleichmäßigere Verteilungder Kälteleistungund damit auch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung über diegesamte Längedes Verdampferrohres 4, so daß lokale Bereiche mit stark reduzierterTemperatur und somit die lokale Bildung von Eis auf der Außenfläche desVerdampferrohres 4 vermieden sind.
    [0022] Diesist nach einer der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis daraufzurückzuführen, daß die lokaleKälteleistungim Verdampfer abhängigist von der lokal verfügbarenMenge an flüssigemKältemittel unddem lokalen Kältemittelpatialdruckim Gasstrom. Währendim Bereich des oberen Anschlusses 4.1 ausreichend flüssiges Kältemittelzur Verfügung steht,wird der Anteil an flüssigemKältemittelbeim Durchfließendes Verdampfers ständiggeringer. Wird nun, wie vorstehend beschrieben, das Verdampferrohr 4 imGegenstrom, d. h. von unten nach oben von dem Gasgemisch aus inertemHilfsgas und verdampften Kältemitteldurchströmt,so reichert sich dieses Gasgemisch bei der Durchströmung mitverdampftem Kältemittelzunehmend an mit der Folge, daß dielokale Kälteleistung über diegesamte Verdampferrohrlängegleichmäßig oderannähernd gleichmäßig verteiltwird. Im oberen Verdampferbereich wird die Kälteleistung durch den angestiegenen Kältemittelpatialdruckim Gasstrom limitiert. Im unteren Bereich des Verdampfers wird dielokale Kälteleistungdurch die dort bereits reduzierte Menge an flüssigem Kältemittel limitiert.
    [0023] Beider üblichenStrömungdes Hilfsgases im Verdampfer gleichsinnig mit dem Kältemittel,d. h. von oben nach unten, ist die Verdampfung des Kältemittelsim wesentlichen auf den oberen Bereich des Verdampfers konzentriert,so daß dortsehr tiefe Verdampfertemperaturen erreicht werden, die schon bei Außentemperatur deutlich über 0° C zu einerlokalen Vereisung des Verdampferrohres in der Weise führen können, daß mit zunehmenderVereisung schließlich dieLuftströmung über denVerdampfer blockiert, zumindest aber stark eingeschränkt ist,wodurch die Kälteleistungdes Verdampfers und der Wirkungsgrad der entsprechenden Diffusionsabsorptionsanlagestark reduziert werden. Zum Entfernen der Enteisung ist dann beiherkömmlicherAusbildung ein entsprechend häufigesAbtauen des Verdampfers bei abgeschaltetem Aggregat notwendig, waszu einem zusätzlichenEnergieverbrauch führtund auch den Langzeit-Wirkungsgrad der Diffusionsabsorptionsanlageverschlechtert. Diese Nachteile werden durch das beschriebene Gegenstromprinzipvermieden.
    [0024] Diebeschriebene Ausbildung des Verdampfers 1 hat unter anderemden Vorteil, daß dasVerdampferrohr 4 intensiv und vollständig vom Luftstrom 12/13 umströmt wird,so daß sichkeine "toten" Bereiche oder andereBereiche ergeben, die von dem Luftstrom nicht erfaßt werden.Hierdurch sind eine Vereisung, insbesondere auch eine partielleoder lokale Vereisung des Verdampferrohres 4 wirksam verhindert.
    [0025] Die 2 und 3 zeigen als weitere mögliche Ausführungsformeinen Verdampfer 1a, der sich vom Verdampfer 1 im Wesentlichendadurch unterscheidet, daß andem gewendelten Verdampferrohr 4 mehrere Rippen oder Plattenoder Kühlbleche 14 vorgesehensind, und zwar derart, daß dieseBleche 14 mit ihren Oberflächenseiten in Ebenen radialoder etwa radial zur Verdampferachse VA orientiert sind. Bei derdargestellten Ausführungsformsind die Bleche 14 jeweils zweiteilig ausgebildet, undzwar bestehend aus einem radial innen liegenden Teil 14.1 und auseinem radial außenliegenden Teil 14.2. Die beiden miteinander verbundenenTeile besitzen Ausnehmungen 15, die sich zu Öffnungenergänzen, durchdie das gewendelte Verdampferrohr 4 hindurchgeführt istund an deren Rand 15 das Verdampferrohr 4 gegendas jeweilige Blech 14 anliegt. Jedes Blech 14 erstrecktsich bei der dargestellten Ausführungsform über diegesamte Höheder von dem Verdampferrohr 4 gebildeten Wendel. Durch dieBleche 14 wird die effektive Kühlfläche des Verdampfers 1a unddamit dessen Kühlleistungerhöht.Besonders vorteilhaft ist bei dieser Ausführung auch, daß jedes Blech 14 mitseinem Teil 14.1 innerhalb der Wendel des Verdampferrohres 4 unddamit unmittelbar in dem vom Gebläse 7 erzeugten Luftstrom 12 angeordnetist.
    [0026] ImBetrieb weisen die Bleche 14 an ihrem Übergang zum Verdampferrohr 4,d.h. am Rand der Ausnehmungen 15 jeweils die tiefste Temperaturauf. Von dort steigt die Temperatur dann innerhalb des jeweiligenBleches mit zunehmenden Abstand von dem Verdampferrohr 4 an,so daß inVerbindung mit der Strömungsrichtungder abnehmenden Lufttemperatur ein Gegenstromwärmeaustausch erreicht ist. Auchdurch die Konstruktion des Verdampfers 1a wird die Gefahreiner Vereisung des Verdampfers wirksam verhindert.
    [0027] Erstreckensich die Bleche 14, wie in der 2 dargestellt, über die gesamte Länge derWendel des Verdampferrohres 4, so dienen die Bleche 14 zugleichauch als Abstandhalter, die die geometrische Form der Wendel bzw.der einzelnen Windungen dieser Wendel fixieren.
    [0028] Wiedie 3 zeigt, ist dievon dem Verdampferrohr 4 gebildete Wendel in Draufsichtkreisringförmigausgebildet. Weiterhin zeigt die 3, daß die Bleche 16 mitihren Oberflächenseitenin Ebenen radial oder annäherndradial zur Achse VA angeordnet sind und bei dieser Ausführungsformradial zur Achse VA eine unterschiedliche Breite aufweisen, d. h.die Bleche 14 kleinerer radialer Breite und größerer radialerBreite wechseln einander in einer angenommenen Umfangsrichtung desVerdampfers 1a ab. Auch der Verdampfer 1a bzw.dessen Verdampferrohr 4 wird wiederum von dem flüssigen Kältemittelund dem Gasgemisch in der vorstehend beschriebenen Weise im Gegenstromdurchströmt.
    [0029] Die 4 zeigt in vereinfachterDarstellung eine erfindungsgemäße Diffusionsabsorptionsanlage,die dort allgemein mit 16 bezeichnet ist und bei der derdort wieder mit 1 bezeichnete Verdampfer bzw. dessen Verdampferrohr 4 imGegenstrom von dem flüssigenKältemittel(Ammoniak) von oben nach unten und von dem Gasgemisch aus dem inerten Hilfsgasund dem verdampften Kältemittelvon unten nach oben durchströmtwird. Um diesen Gegenstrom und dabei insbesondere die Strömungsrichtungdes inerten Hilfsgases und damit auch des Gasgemisches von untennach oben im Verdampferrohr 4 zu erreichen, ist die Diffusionsabsorptionsanlagein der nachstehend noch mehr beschriebenen Weise ausgebildet.
    [0030] Zusätzlich zudem Verdampfer 1 umfaßtdie Diffusionsabsorptionsanlage 16 unter anderem einen Austreibenoder Kocher 17, der mit einer geeigneten Wärmequelle,beispielsweise einem Gasbrenner beheizt wird. Der Kocher 17 ist über eineDampfleitung 18 mit dem oberen Ende eines Kondensators 19 verbunden,der auch insgesamt oberhalb des Kochers 17 angeordnet ist. Über eineLeitung 20 ist der gegenüber dem Kondensatoreinlaß 19.1 tieferliegende Kondensatorauslaß 19.2 mitdem oberen Anschluß 4.1 desVerdampferrohres 4 verbunden, wobei dieser obere Anschluß 4.1 abertiefer liegt als der Kondensatorauslaß 19.2. Mit 21 istein Gaswärmetauscher bezeichnet,der zwei getrennte Strömungskanäle 21.1 und 21.2 aufweist,von denen bei der dargestellten Ausführungsform der Strömungskanal 21.1 als innenliegendes Rohr und der Strömungskanal 21.2 alsdieses innen liegende Rohr umgebener Ringspalt ausgebildet sind.Auch andere Ausführungensind selbstverständlichdenkbar.
    [0031] Dasobere Ende des Strömungskanals 21.2 istebenfalls mit dem oberen Anschluß 4.1 des Verdampferrohres 4 verbunden.Der untere Anschluß 4.2 desVerdampferrohres ist übereine Leitung 22 mit dem oberen Ende des Strömungskanals 21.2 verbunden,und zwar auf einem Niveau unterhalb des unteren Anschlusses 4.2.Die Leitung 22 ist mit einem als Siphon wirkenden gekrümmten Abschnitt 22.1 versehen. Über dieLeitung 22 kann eventuell sich im Verdampferrohr 4 sammelndeFlüssigkeitin den Strömungskanal 21.2 abgeleitetwerden, so daß einBlockieren des Gasstromes durch das Verdampferrohr 4 durcheine sich dort sammelnde Flüssigkeit verhindertwird. Der untere Anschluß 4.2 istweiterhin übereine Leitung 23 mit dem oberen Ende des Strömungskanals 21.1 verbunden.Die Leitung 23 ist dabei so ausgebildet, daß sie einenvom Anschluß 4.2 zunächst nachoben führendenAbschnitt 23.1, daran anschließend einen als Krümmer ausgebildetenAbschnitt und daran anschließend einenwieder nach unten führendenAbschnitt 23.3 aufweist, der dann in das obere Ende desinneren Strömungskanals 21.1 übergeht.Die Besonderheit besteht hierbei darin, daß die Leitung 23 imBereich des Abschnittes 23.2 auf einem Höhenniveauverläuft,welches höherliegt, als das Höhenniveaudes oberen Anschlusses 4.1 des Verdampferrohres 4.
    [0032] Dasuntere Ende des Strömungskanals 21.1 isteinerseits mit einem mit dem Kocher 17 in Verbindung stehendenReservoir 24 fürdie Lösungaus Wasser und Kältemittelund andererseits mit einer Leitung 25 verbunden, die aneinen oberen Anschluß 26.1 desAbsorbers 26 führt.Das untere Ende des Strömungskanals 21.2 istmit dem unteren Anschluß 26.2 desAbsorbers 26 verbunden sowie auch mit einer Leitung 27 zumAbleiten von Flüssigkeitenaus dem Strömungskanal 21.2 andas auf einem Höhenniveauunterhalb des Strömungskanalsangeordnete Reservoir 24.
    [0033] Mit 28 isteine Leitung bezeichnet, die den oberen Anschluß 26.1 des Absorbersmit dem Kocher 17 verbindet und über die beim Betrieb der Diffusionsabsorptionsanlagedie an Kältemedium(Ammoniak) verarmte wäßrige Lösung anden Absorber 26 strömt.Weiterhin ist mit 29 eine einen Gasraum des Kondensators 19 mitdem Strömungskanal 21.2 verbindendeLeitung bezeichnet.
    [0034] DieArbeitsweise der Diffusionsabsorptionsanlage 16 läßt sich,wie folgt, beschreiben: In der üblichenWeise wird im Kocher 17 die Ammoniak-Wasser-Lösung erhitzt,das verdampfte Ammoniak wird dann im Kondensator 19 verflüssigt, sodaß dasflüssigeAmmoniak überdie Leitung 20 in den Verdampfer 21 einströmen kann.Die an Ammoniak verarmte Lösungströmtvom Kocher 17 überdie Leitung 28 in den Absorber 26.
    [0035] Dasdem Verdampfer 1 überdie Leitung 20 zugeführteAmmoniak fließtin dem Verdampferrohr 4 durch Schwerkraft von oben nachunten, wobei das Ammoniak zunehmend unter Aufnahme von Wärme verdampft.Durch das das Verdampferrohr 4 in umgekehrter Richtung,d. h. von unten nach oben bzw. vom unteren Anschluß 4.2 zudem oberen Anschluß 4.1 durchströmende inerteHilfsgas wird das verdampfte Ammoniak mit diesem Gasstrom mitgeführt undgelangt dann überden Strömungskanal 21.2 an denAbsorber 26.
    [0036] Umdiesen Gegenstrom fürdas inerte Hilfsgas und fürden mit diesem mitgeführtenAmmoniakdampf zu erreichen, ist der in vertikaler Richtung durchströmte Gas-Wärmetauscher 21 vorgesehen, derzusammen mit dem Absorber 26 als eine Art Gasumwälzpumpewirkt.
    [0037] Dasan Kältemittelverarmte inerte Hilfsgas strömtentsprechend dem Pfeil GG1 am unteren Ende in den Strömungskanal 21.1 einund gelangt dann überden als Krümmerausgebildeten Abschnitt 23.2 und den Leitungsabschnitt 23.1 anden unteren Anschluß 4.2 desVerdampferrohres 4. Das mit Ammoniakdampf angereicherteHilfsgas fließt über den Anschluß 4.1 inden Strömungskanal 21.2 undin diesem entsprechend dem Pfeil GG2 vertikal nach unten. Diesedem natürlichenAntrieb des Gases im Verdampfer entgegengerichtete Strömung wirddurch die höhereDichte des mit dem Ammoniakdampf angereicherten Gasgemisches imStrömungskanal 21.2 unddurch die geringere Dichte des von Ammoniakdampf im Wesentlichengereinigten Gasgemisches im Strömungskanal 21.1 erreicht.Weiterhin wird diese Strömungunterstütztdurch eine natürlicheKonvektion des Gasgemisches im Absorber 26. Dort strömt das vonAmmoniakdampf gereinigte oder im Wesentlichen gereinigte inerteHilfsgas nach oben bzw. an den Anschluß 26.1 und damit über dieLeitung 25 in den Strömungskanal 21.1.
    [0038] Diesedem natürlichenAntrieb des Gases gegenläufigeStrömunginsbesondere des Hilfsgases und des verdampften Ammoniaks wird imSystem unter anderem dadurch bewirkt, daß der höchste Punkt der Leitung 23,nämlichder Abschnitt 23.2 auf einem Höhenniveau über dem höchsten Punkt bzw. dem Anschluß 4.1 desVerdampferrohres angeordnet ist.
    [0039] Esist möglich,daß dasGasgemisch bestehend aus dem Hilfsgas und dem verdampften Ammoniakbeispielsweise beim Einschalten der Diffusionsabsorptionsanlage16 im Verdampferrohr 4 zunächst von oben nach unten strömt, undzwar entsprechend dem natürlichenAntrieb durch die höheremittlere Dichte des mit Ammoniakdampf angereicherten Gasgemisches.Diese Strömungkommt aber zwangsläufigzum Stillstand, weil das Gasgemisch nicht im höchsten Bereich bzw. in Abschnitt 23.2 desRohres 23 erreichen kann. Vielmehr fließt das Gasgemisch dann im Verdampferrohr 4 über denAnschluß 4.1 in denStrömungskanal 21.2,so daß sichhierdurch die gewünschteStrömungdurch das System bzw. das Verdampferrohr 4 eingeleitetwird.
    [0040] Wirdim Normalbetrieb der Diffusionsabsorptionsanlage 16 dasgesamte, vorhandene, flüssige Ammoniakverdampft, bevor es das untere Ende 4.2 des Verdampferrohres 4 erreicht,so ist die Temperatur im Bereich des Anschlusses 4.2 etwagleich der Temperatur der Umgebungsluft. Wird hingegen z. B. beitiefer Außentemperaturnicht das gesamte flüssigeAmmoniak im Verdampferrohr 4 verdampft, so kann ein Restan flüssigemAmmoniak auch den Bereich des unteren Anschlusses 4.2 erreichen.Das flüssigeAmmoniak trifft dort auf eine ammoniakarmes inertes Hilfsgas undes kommt zu einem zusätzlichenVerdampfen von Ammoniak, womit die Temperatur im Bereich des Anschlusses 4.2 schnellund deutlich absinkt. Dies ist meßtechnisch relativ einfachund zuverlässigerfaßbarund kann zur Regelung der Diffusionsabsorptionsanlage 16 verwendet werden,beispielsweise in der Weise, daß dieWärmezufuhran den Kocher bzw. Austreiber 17 beispielsweise durch Verringerungder Gaszufuhr zum Gasbrenner dann reduziert wird, wenn die im Bereich desAnschlusses 4.2 gemessene Temperatur abnimmt, oder einenvorgegebenen unteren Schwellwert überschreitet, während umgekehrtmit einer im Bereich des Anschlusses 4.2 steigenden Temperatur dieWärmezufuhrzum Kocher 17 erhöhtwird. In diesem Sinne ist unter anderem eine Regelung der Diffusionsabsorptionsanlage 16 inder Weise möglich, daß jeweilsnur die im Verdampferrohr 4 maximal verdampfbare Mengean Ammoniak produziert wird. Durch diese Regelung läßt sichder von der AußenlufttemperaturabhängigeWirkungsgrad der Diffusionsabsorptionsanlage 16 wesentlichverbessern, und zwar auch im Jahresdurchschnitt. Um eine eindeutigeRegel- oder Steuergröße zu erhalten,ist zusätzlichdie Messung der Außentemperaturnotwendig.
    [0041] Esbesteht weiterhin auch die Möglichkeit, dieWärmezufuhrzum Kocher 17 der Diffusionsabsorptionsanlage 16 inAbhängigkeitder Temperatur der Verbindungsleitung 22 zu regeln. DieseLeitung ist im Normalbetrieb der Diffusionsabsorptionsanlage 16 nichtoder nur in sehr geringem Maßevon Flüssigkeitdurchströmt,und nimmt daher die Temperatur der jeweiligen Umgebung an. Wirddagegen das Ammoniak im Verdampferrohr 4 nur teilweiseverdampft, so strömtdas nicht verdampfte, kalte, flüssigeAmmoniak durch die Leitung 22, die dann etwa die Temperaturdes kalten, flüssigenAmmoniaks annimmt. Die Differenz der Temperatur der Leitung 22 imNormalbetrieb und der Temperatur der Leitung 22 bei überschüssigem,diese Leitung durchströmenden kaltenAmmoniak kann zur Steuerung oder Regelung der Wärmezufuhr an den Kocher 17 verwendetwerden. Eine Erfassung der Außentemperaturist nicht notwendig.
    [0042] DieErfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben.Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungensowie Abwandlungen möglichsind, ohne daß dadurchder der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.So ist es beispielsweise möglichdie Verbindungsleitung 22 nicht an den Strömungskanal 21.2 desGaswärmetauschers 21 anzuschließen, sondern anein anderes Bauteil der Diffusionsabsorptionsanlage, welches aufeinem Niveau tiefer als der Anschluß 4.2 liegt.
    1,1a Verdampfer 2 Gebäudeaußenwand 3 Rohrleitungssystem 4 Verdampferrohr 4.1,4.2 Anschluß 5 Rohrprofil 6 Luftdurchtrittsöffnung 7 Gebläse 8 obereAbdeckung 9 Lufteintrittsöffnung 10 untereAbdeckung 11 Wasserablauf 12,13 Luftströmung 14 Kühlblech 14.1,14.2 Teildes Kühlbleches 15 Ausnehmung 16 Diffusionsabsorptionsanlage 17 Austreiberoder Kocher 18 Leitung 19 Kondensator 19.1,19.2 Anschluß des Kondensators 20 Leitung 21 Gaswärmetauscher 21.1,21.2 Strömungskanaldes Gaswärmetauschers 22 Verbindungsleitung 22.1 Siphon 23.1,23.2, 23.3 Abschnittder Verbindungsleitung 23 24 Reservoirfür Wasser-Kältemittel-Lösung 25 Leitung 26 Absorber 26.1,26.2 Anschlüsse desAbsorbers 27–29 Verbindungsleitung d Durchmesserdes Rohrmaterials des Verdampferrohres D Durchmesserder Wendel des Verdampferrohres x axialerAbstand zwischen zwei benachbarten Windungen des wendelförmigen Verdampferrohres GG Strömung desGasgemisches FK Strömung desflüssigenKältemittels VA vertikaleVerdampferachse
    权利要求:
    Claims (17)
    [1] Diffusionsabsorptionsanlage zum Beheizen vonRäumen,beispielsweise von Gebäuderäumen, miteinem von einem Kältemedium,beispielsweise Ammoniak, und einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser,gebildeten Arbeitsstoffpaar sowie mit einem druckausgleichendenHilfsgas, beispielsweise Helium oder Wasserstoff, in einem geschlossenenSystem, mit einem Verdampfer (1, 1a), der im direkten Kontaktmit der Außenluftsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (1, 1a)wenigstens ein als Wendel geformtes Verdampferrohr (4)aufweist, daß dieWindungen des wendelförmigenVerdampferrohres in Richtung einer Wendel- bzw. Verdampferachse(VA) von einander beabstandet (Abstand x) sind, und daß an einemEnde der von dem Verdampferrohr (4) gebildeten Wendel wenigstensein Gebläse(7) zur Erzeugung eines axial oder in etwa axial in dieWendel eintretenden Luftstromes (12) und am anderen Endeder Wendel eine Abschlußwandung(8) vorgesehen sind, um eine radial oder etwa radial ausder Wendel austretenden Luftströmung(13) zu erzeugen.
    [2] Diffusionsabsorptionsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnetdurch Mittel (21) zur Erzeugung einer Strömungsrichtungfür einaus dem Hilfsgas und dem verdampften Kältemedium bestehenden Gasgemischesim Verdampfer (1, 1a) oder im Verdampferrohr (4),die (Strömungsrichtung)der Strömungdes flüssigenKältemediumsim Verdampfer (1, 1a) entgegengesetzt ist.
    [3] Diffusionsabsorptionsanlage zum Beheizen von Räumen, beispielsweisevon Gebäuderäumen, miteinem von einem Kältemedium,beispielsweise Ammoniak, und einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser,gebildeten Arbeitsstoffpaar sowie mit einem druckausgleichendenHilfsgas, beispielsweise Helium oder Wasserstoff, in einem geschlossenenSystem, mit einem Verdampfer (1, 1a), gekennzeichnet durchMittel (21) zur Erzeugung einer Strömungsrichtung für ein ausdem Hilfsgas und dem verdampften Kältemedium bestehenden Gasgemischesim Verdampfer (1, 1a) oder im Verdampferrohr (4),die (Strömungsrichtung)der Strömungdes flüssigenKältemediumsim Verdampfer (1, 1a) entgegengesetzt ist.
    [4] Diffusionsabsorptionsanlage nach Anspruch 3, dadurchgekennzeichnet, daß derVerdampfer (1, 1a), der im direkten Kontakt mitder Außenluftsteht, wenigstens ein als Wendel geformtes Verdampferrohr (4)aufweist, daß dieWindungen des wendelförmigenVerdampferrohres in Richtung einer Wendel- bzw. Verdampferachse(VA) von einander beabstandet (Abstand x) sind, und daß an einemEnde der von dem Verdampferrohr (4) gebildeten Wendel wenigstensein Gebläse(7) zur Erzeugung eines axial oder in etwa axial in dieWendel eintretenden Luftstromes (12) und am anderen Endeder Wendel eine Abschlußwandung(8) vorgesehen sind, um eine radial oder etwa radial ausder Wendel austretenden Luftströmung(13) zu erzeugen.
    [5] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieWindungen der Wendel einen gegenseitigen Abstand (x) von wenigstens3 mm aufweisen.
    [6] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß derDurchmesser (D) der Wendel um ein Vielfaches größer ist als der Durchmesser(d) des Verdampferrohres, beispielsweise um das 6- bis 12-Fache.
    [7] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dasVerdampferrohr (4) mit einer Verrippung (14) versehenist.
    [8] Diffusionsabsorptionsanlage nach Anspruch 7, dadurchgekennzeichnet, daß sichdie Verrippung radial oder annäherndradial vorzugsweise von innen nach außen sowie auch axial oder annähernd axial erstreckt.
    [9] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieAchse (VA) des wenigstens einen wendelförmigen Verdampferrohres, dieVertikale oder annähernddie vertikale Achse ist.
    [10] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dasflüssigeKältemittelden Verdampfer (1, 1a) bzw. das wenigstens eineVerdampferrohr (4) von oben nach unten durchfließt, unddaß dasGasgemisch den Verdampfer von unten nach oben durchströmt.
    [11] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß einerster, auf einem höherenNiveau liegender Anschluß (4.1)des Verdampfers (1, 1a) mit einem Auslaß (19.2)eines Kondensators (19) sowie zugleich auch mit einem erstenEnde eines ersten Strömungskanal(21.2) eines Gaswärmetauschers verbundenist, daß einzweiter, auf einem niedrigerem Höhenniveauangeordneter Anschluß (4.2)des Verdampfers (1, 1a) über eine Verbindungsleitung (23)mit einem ersten Ende eines zweiten Strömungskanals (21.1)des Gaswärmetauschersverbunden ist, daß dieStrömungsverbindungzwischen dem zweiten Anschluß (4.2)des Verdampfers (1, 1a) und dem zweiten Strömungskanal(21.1) des Gaswärmetauschers(21) überein Höhenniveauführt, welches über demHöhenniveaudes ersten Anschlusses (4.1) des Verdampfers (1, 1a)liegt, und daß dererste Strömungskanalund der zweite Strömungskanalan einem zweiten Ende jeweils mit einem Absorber (18) inVerbindung stehen, und zwar der zweite Strömungskanal (21.1)mit einem ersten Absorberanschluß (26.1) auf einemhöherenHöhenniveauund der erste Strömungskanal(21.2) mit einem zweiten Absorberanschluß (26.2)auf einem niedrigeren Höhenniveau.
    [12] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß derStrömungswegzwischen dem zweiten Verdampferanschluß (4.2) und dem erstenEnde des zweiten Gaswärmetauscher- Strömungskanals(21.1) überein Höhenniveau(23.2) verläuft,welches tiefer liegt als das Höhenniveaudes den Auslaß desKondensators bildenden Kondensatoranschlusses (19.2).
    [13] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß einauf einem unteren Höhenniveauangeordneter Bereich des Verdampfers (1, 1a),beispielsweise der zweite Verdampferanschluß (4.2) über eineweitere Verbindungsleitung (22), vorzugsweise mit einemeinen Siphon bildenden Abschnitt (22.1) mit dem erstenGaswärmetauscher-Strömungskanal (21.2)oder einem anderen Bauteil der Diffusionsabsorptionsanlage auf einemtieferen Höhenniveauverbunden ist.
    [14] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,gekennzeichnet durch Mittel zur Regelung und/oder Steuerung derWärmezufuhran den Kocher oder Austreiber (17) in Abhängigkeitvon der Temperatur, die der Verdampfer (1, 1a)oder das wenigstens eine Verdampferrohr (4) an einem Bereichmit niedrigem Höhenniveau,beispielsweise am Bereich des zweiten Verdampferanschluß (4.2)aufweist.
    [15] Diffusionsabsorptionsanlage nach Anspruch 14, dadurchgekennzeichnet, daß dieRegelung oder Steuerung auch in Abhängigkeit von der Außentemperaturerfolgt.
    [16] Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der vorhergehendenAnsprüche,gekennzeichnet durch Mittel zur Regelung und/oder Steuerung derWärmezufuhran den Kocher oder Austreiber (17) in Abhängigkeitvon der Temperatur des zweiten Verbindungsrohres (22) und/oderin Abhängigkeitvon der Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur des zweitenVerbindungsrohres und einem vorgegebenen Temperatur-Istwert.
    [17] Diffusionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß derVerdampfer (1, 1a) in direktem Kontakt mit der Außenluftsteht.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004011478B4|2015-09-17|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-04-14| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2013-05-23| R016| Response to examination communication|
    2015-05-29| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2016-06-18| R020| Patent grant now final|
    2019-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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