DE10014124C1 - Rectification device for diffusion absorption system has heat exchanger around boiler with inner, outer walls forming at least one channel between them, enclosing further channels with drops - Google Patents
Rectification device for diffusion absorption system has heat exchanger around boiler with inner, outer walls forming at least one channel between them, enclosing further channels with dropsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Rektifikator für eine Diffusionsabsorptionsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a rectifier for a diffusion absorption system according to the Preamble of claim 1.
Diffusionsabsorptionsanlagen sind als Kleinkälteanlagen zur Verwendung in Haushalts kühlschränken seit langem bekannt. Sie können mit einer entsprechenden konstruktiven Gestaltung auch als Wärmepumpen zu Heiz- oder Kühlzwecken eingesetzt werden. In diesen Anlagen wird das Kältemittel Ammoniak (NH3) und Wasser als Stoffpaar einge setzt. Dabei stellt das Wasser als Lösungsmittel den absorbierenden Stoff dar, wobei als druckausgleichendes Trägergas in der Regel Wasserstoff oder Helium verwendet wird. Als Arbeitsmedium im Kreisprozeß setzt sich das Ammoniak-Wasser-Gemisch bei Wär mezufuhr durch Temperatur- und Konzentrationsunterschiede in Bewegung.Diffusion absorption systems have long been known as small refrigeration systems for use in household refrigerators. With a corresponding design, they can also be used as heat pumps for heating or cooling purposes. In these systems, the refrigerant ammonia (NH 3 ) and water are used as a pair of substances. The water as the solvent is the absorbent material, with hydrogen or helium generally being used as the pressure-compensating carrier gas. As a working medium in the cyclic process, the ammonia-water mixture sets in motion when heat is supplied due to temperature and concentration differences.
Die Wärmezufuhr erfolgt in einem Kocher. Durch Sieden werden Gasblasen aus der NH3- reichen Lösung ausgetrieben. Der Wasseranteil in diesem Gasstrom wird im Rektifikator abgeschieden bzw. zurückgeführt, so daß fast nur NH3-Dampf zum Kondensator strömt. Dabei muß die Gasblasenpumpe so ausgebildet sein, daß sie die Flüssigkeit auf eine erhebliche Höhe pumpt, um die nötige Antriebskraft zu erzeugen. Der hochreine Ammo niakdampf kondensiert und gibt dabei die Kondensationswärme an das Heizungswasser ab. Anschließend strömt das flüssige Ammoniak nach unten in den Verdampfer. In der Helium-Ammoniak-Atmosphäre verdampft das Ammoniak unter Aufnahme von Umge bungsenergie. Danach gelangt das Gasgemisch durch einen Gas-Gas-Wärmetauscher und strömt zum Absorber, wo das gasförmige Ammoniak von der NH3-armen Ammoniak- Wasser-Lösung absorbiert wird und die Absorptionswärme an das Heizungswasser ab gibt, bevor der geräuschfreie Prozeß wieder neu beginnt. The heat is supplied in a cooker. Boiling expels gas bubbles from the NH 3 -rich solution. The water content in this gas stream is separated or returned in the rectifier, so that almost only NH 3 vapor flows to the condenser. The gas bubble pump must be designed so that it pumps the liquid to a considerable height in order to generate the necessary driving force. The high-purity ammonia vapor condenses and gives off the heat of condensation to the heating water. The liquid ammonia then flows down into the evaporator. In the helium-ammonia atmosphere, the ammonia evaporates with the absorption of ambient energy. The gas mixture then passes through a gas-gas heat exchanger and flows to the absorber, where the gaseous ammonia is absorbed by the low-NH 3 ammonia-water solution and releases the heat of absorption to the heating water before the noiseless process starts again.
Sowohl die EP 0 413 791 B1 als auch die EP 0 419 606 B1 zeigen eine Diffusionsabsorpti onsanlage mit den einzelnen Aggregaten. Diese sind jeweils als separate Bauteile ausge führt und über Leitungen miteinander verbunden. Weil der Arbeitsdruck bei derartigen An lagen mehr als 20 bar beträgt, müssen alle Aggregate und Leitungen entsprechend druck fest gestaltet sein. Daher ergibt sich bei diesem Aufbau eine große Anzahl von Schweiß nähten, die sehr hochwertig bzw. genau ausgeführt sein müssen. Insgesamt entsteht für die einzelnen Druckbehälter und Leitungen ein erheblicher Material-, Fertigungs- und Prüf aufwand.Both EP 0 413 791 B1 and EP 0 419 606 B1 show a diffusion absorpti onsystem with the individual units. These are each made as separate components leads and connected to each other via lines. Because the working pressure at such an were more than 20 bar, all units and lines must be pressurized accordingly be firmly designed. Therefore, there is a large amount of sweat with this structure seams that must be of very high quality or precisely executed. Overall arises for the individual pressure vessels and lines a considerable material, manufacturing and testing expenditure.
Bei der bekannten Ausführungsform ist der Rektifikator als Dreifach-Wärmetauscher mit konzentrischen Rohrspiralen und drei ineinanderliegenden Hohlräumen außen um den Druckbehälter des Kochers gewickelt und über einzelne Leitungen an die entsprechenden Zonen in dessen Innenraum angeschlossen. Im zentralen Hohlraum bzw. Rohr strömt die NH3-arme Lösung und im äußeren Ringspalt der Ammoniakdampf aufwärts, wogegen im die mittleren Hohlraum die NH3-reiche Lösung im Gegenstrom herabfließt. Ein Stoffaus tausch zwischen NH3-reicher Lösung und Ammoniakdampf kann über Bohrungen im Man tel des mittleren Hohlraumes erfolgen.In the known embodiment, the rectifier is wound as a triple heat exchanger with concentric tube spirals and three interlocking cavities on the outside around the pressure vessel of the cooker and connected via individual lines to the corresponding zones in its interior. The low-NH 3 solution flows in the central cavity or tube and the ammonia vapor flows upwards in the outer annular gap, whereas the NH 3 -rich solution flows down in countercurrent in the central cavity. A substance exchange between NH 3 -rich solution and ammonia vapor can take place through holes in the man tel of the middle cavity.
Die EP 0 419 606 B1 enthält einen Austreiber für den Kältemitteldampf mit einer Gasbla senpumpe und von Flammrohren beheizten Pumpenrohren. Mit dieser relativ komplizierten Konstruktion aus Rohrbogen und Einzelrohren entsteht die Notwendigkeit zur Herstellung und Verschweißung vieler Einzelbauteile.EP 0 419 606 B1 contains an expeller for the refrigerant vapor with a gas bladder pump and pump tubes heated by flame tubes. With this relatively complicated Construction from pipe bends and single pipes creates the need for production and welding of many individual components.
Weiterhin ist aus der US 55 33 362 A eine Wärmetauschereinheit für einen Absor ber/Verdampfer von Wärmepumpen bekannt. Eine spiralförmige Rohrwicklung für einen ersten Stoffstrom ist innerhalb eines zylindrischen Mantels angeordnet, in dem ein zweiter Stoffstrom abwärts strömt und außen über die Rohrwand geleitet wird.Furthermore, from US 55 33 362 A is a heat exchanger unit for an absorber known / evaporator of heat pumps. A spiral tube winding for one the first material flow is arranged within a cylindrical shell in which a second Material flow flows downwards and is led outside over the pipe wall.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines Rektifikators in einer Diffu sionsabsorptionsanlage zu optimieren, um damit den Fertigungsaufwand zu reduzieren.The invention has for its object the construction of a rectifier in a diffuser sionsabsorption system to optimize, thereby reducing the manufacturing costs.
Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhaf te Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. According to the invention this is solved with the features of claim 1. Advantageous Further training can be found in the subclaims.
Der Rektifikator ist, genau wie der benachbarte Kocher mit Kocherrohren, im wesentlichen vertikal ausgerichtet und besitzt einen Dreifach-Wärmetauscher aus drei benachbarten Kanälen für Ammoniakdampf sowie reiche und arme Ammoniak-Wasser-Lösung. Gekennzeichnet ist der Rektifikator dadurch, dass der Dreifach-Wärmetauscher im wesentlichen außen um den Kocher bzw. die Kocherrohre herum angeordnet ist und eine innere und eine äußere Wand aufweist. Der eingeschlossene, ringzylindrische Zwischen raum bildet mindestens einen Kanal und schließt vorzugsweise zwei weitere Kanäle ein, welche mit Gefälle abwärts verlaufen.The rectifier, like the neighboring stove with stove pipes, is essentially vertically aligned and has a triple heat exchanger from three neighboring Channels for ammonia vapor as well as rich and poor ammonia water solution. The rectifier is characterized by the fact that the triple heat exchanger in the is arranged essentially outside around the cooker or the cooker tubes and a has inner and an outer wall. The enclosed, ring-cylindrical intermediate space forms at least one channel and preferably includes two further channels, which run downhill.
Diese können durch zwei konzentrische, spiralförmig gewickelte Rohre realisiert sein. Wei terhin läßt sich mindestens ein spiralförmiger Kanal ausbilden, indem mindestens eine Wand mit Prägungen versehen ist, die bis zur gegenüberliegenden Wand reichen und mit dieser verbunden sind. Ebenso entstehen mindestens zwei spiralförmige Kanäle durch ein zwischen den Wänden angebrachtes Trennbauteil mit Prägungen, welche abwechselnd zur inneren und äußeren Wand vorspringen und damit verbunden sind.These can be realized by two concentric, spirally wound tubes. Wei thereafter, at least one spiral channel can be formed by at least one Wall is provided with embossments that extend to the opposite wall and with these are connected. Likewise, at least two spiral channels are created by one partition between the walls with embossing, which alternately project to the inner and outer wall and are connected to it.
In jedem Kanal kann entweder ein einzelnes Rohr oder zwei nebeneinander liegende Roh re verlaufen. Um den Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Stoffströmen zu fördern, sind die Rohre mit Anlageflächen versehen. Beispielsweise durch Abflachungen stehen ein oder mehrere Rohre in einem Kanal miteinander und/oder mit den Wänden in wärmelei tendem Kontakt. Vorzugsweise ist das innere bzw. ein einzelnes Rohr für die arme und der umgebende Kanal für die reiche Ammoniak-Wasser-Lösung vorgesehen. Der Ammoniak dampf strömt entweder in einem separaten Kanal oder im Zwischenraum zwischen der inneren und äußeren Wand nach oben.In each channel there can be either a single pipe or two pipes lying side by side re run. In order to promote heat exchange between the individual material flows, the pipes are provided with contact surfaces. For example, by flattening or several pipes in a channel with each other and / or with the walls in heat contact. Preferably, the inner or a single tube for the poor and the surrounding channel provided for the rich ammonia-water solution. The ammonia steam either flows in a separate channel or in the space between the inner and outer wall up.
Günstig ist es, den Dreifach-Wärmetauscher mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau aus Hydroformteilen zusammenzusetzen. Eine kompakte Bauform ergibt sich, wenn die Wände des Dreifach-Wärmetauschers gleichzeitig die Begrenzung des Kochers bilden. Für den Stoffaustausch zwischen NH3-reicher Lösung und Ammoniakdampf können Boh rungen im Mantel des Kanals mit NH3-reicher Lösung vorgesehen werden. Diese sind durch den erfindungsgemäßen Aufbau frei zugänglich und lassen sich sehr leicht durch Einstechen oder Aufreißen in die Kanalwand einbringen. Es entstehen dadurch Ferti gungsvorteile gegenüber der bekannten Ausführungsform, weil dort z. B. nach dem Ein bringen der Bohrungen immer wieder das umgebende Außenrohr zugeschweißt werden musste. It is favorable to assemble the triple heat exchanger with the structure described above from hydroformed parts. A compact design results if the walls of the triple heat exchanger form the boundary of the cooker at the same time. For the mass transfer between NH 3 -rich solution and ammonia vapor, bores can be provided in the jacket of the channel with NH 3 -rich solution. These are freely accessible through the construction according to the invention and can be very easily inserted into the channel wall by pricking or tearing. This results in manufacturing advantages over the known embodiment because there z. B. after the holes had to be welded again and again the surrounding outer tube.
Außerdem ist der Rektifikator mit Dreifach-Wärmetauscher in den Kocher integriert. Die gesamte Baueinheit wird von einer gemeinsamen druckbeständigen Hülle umgeben. Zu sätzlich kann das Reservoir im unteren Bereich des Rektifikators angebracht sein, so dass sämtliche Kanäle direkt von dort ausgehen.The rectifier with triple heat exchanger is also integrated in the cooker. The entire assembly is surrounded by a common pressure-resistant shell. To in addition, the reservoir can be located in the lower region of the rectifier, so that all channels start directly from there.
Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau reduziert sich der Fertigungsaufwand für den Rektifi kator erheblich. Drei konzentrische Rohre sind nicht mehr erforderlich, weil das äußere Rohr durch die beiden Wände ersetzt wird. Im Inneren der druckbeständigen Hülle können Teile mit einfacheren Techniken verbunden werden. Je nach Anwendungsfall erfüllen Punktschweißungen, Prägungen oder Press- bzw. Steckverbindungen ihren Zweck, da sogar geringe Leckströme zwischen zwei Kanälen, wie zum Beispiel zwischen der NH3- armen und -reichen Lösung, die Anlagenfunktion nicht beeinträchtigen.With the construction according to the invention, the manufacturing effort for the rectifier is considerably reduced. Three concentric tubes are no longer required because the outer tube is replaced by the two walls. Inside the pressure-resistant shell, parts can be joined using simpler techniques. Depending on the application, spot welding, embossing or press or plug connections fulfill their purpose, since even small leakage currents between two channels, such as between the low and high NH 3 solution, do not impair the system function.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt:The drawing shows an embodiment of the invention. It shows:
Fig. 1: Einen Rektifikator zusammen mit dem unteren Bereich eines Kochers, Fig. 1: a rectifier together with the lower portion of a digester,
Fig. 2: einen Dreifach-Wärmetauscher mit zwei konzentrischen Rohren im senkrechten Schnitt, FIG. 2 shows a triple heat exchanger comprising two concentric pipes in a vertical section,
Fig. 3: einen Dreifach-Wärmetauscher mit zwei Rohren in einem Kanal mit einer geprägten Wand im senkrechten Schnitt und Fig. 3: a triple heat exchanger with two tubes in a channel with an embossed wall in a vertical section and
Fig. 4: einen Dreifach-Wärmetauscher mit einem Rohr in einem Kanal und mit einem ge prägten Trennbauteil zwischen den Wänden im senkrechten Schnitt. Fig. 4: a triple heat exchanger with a tube in a channel and with a ge embossed separating component between the walls in a vertical section.
Der Dreifach-Wärmetauscher des Rektifikators ist im wesentlichen außen um einen Ko cher mit sich vertikal erstreckenden Kocherrohren 1 angeordnet. Dabei werden die Wär metauscherflächen von einer inneren und einer äußeren Wand 2, 3 eingeschlossen. Der ringzylindrische Zwischenraum 4 bildet mindestens einen Kanal 5 und enthält vorzugswei se zwei weitere Kanäle 6, 7, welche mit Gefälle abwärts verlaufen.The triple heat exchanger of the rectifier is arranged substantially outside a Ko cher with vertically extending cooker tubes 1 . The heat exchanger surfaces are enclosed by an inner and an outer wall 2 , 3 . The ring-cylindrical intermediate space 4 forms at least one channel 5 and preferably two additional channels 6 , 7 , which run downward with a slope.
Die Kanäle 6, 7 werden in Fig. 2 durch zwei konzentrische, spiralförmig gewickelte Rohre 8 gebildet. In Fig. 3 ist der spiralförmige Kanal 5 von der inneren Wand 2 begrenzt und verläuft in taschenartigen Prägungen der äußeren Wand 3. Durch die Prägungen entstehen auf der äußeren Wand 3 Verbindungsflächen für den Abschluss zur inneren Wand 2, wel che ebenso wie der Kanal 5 spiralförmig umlaufen und dessen einzelne Wicklungen von einander trennen. Im Kanal 5 können die beiden anderen Kanäle 6, 7 in Form von zwei Rohren 8 angeordnet sein.The channels 6 , 7 are formed in Fig. 2 by two concentric, spirally wound tubes 8 . In Fig. 3, the spiral channel is limited 5 of the inner wall 2 and extends in the pocket-like embossments of the outer wall 3. The embossing on the outer wall 3 connecting surfaces for the conclusion to the inner wall 2 , which che as well as the channel 5 rotate spirally and separate its individual windings from each other. The other two channels 6 , 7 can be arranged in the channel 5 in the form of two tubes 8 .
Nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 entstehen mindestens zwei spiralförmige Kanäle 5, 7 durch ein zwischen den Wänden 2, 3 angebrachtes Trennbauteil 9 mit Prägungen. Diese springen abwechselnd zur inneren und äußeren Wand 2, 3 vor und sind damit ver bunden. Der erforderliche dritte Kanal 6 ist hier durch ein einzelnes Rohr 8 realisiert. Alter nativ zu den dargestellten Kantungen mit breiten Verbindungsflächen zu den Wänden 2, 3, kann auch ein Wellenprofil zur Begrenzung der Kanäle 5, 7 eingesetzt werden. In den drei benachbarten Kanälen 5, 6, 7 strömen Ammoniakdampf sowie arme und reiche Ammoniak-Wasser-Lösung. Dabei wird für den Ammoniakdampf möglichst ein separater Kanal mit größerem Querschnitt vorgesehen, um zu verhindern, daß der nach oben strö mende Dampf wieder in die nach unten fließende, reiche Ammoniak-Wasser-Lösung über geht. Die Wärme soll zwischen den Stoffströmen übertragen werden und es findet ein NH3-Austausch in einer Richtung, d. h. von der NH3-reichen Lösung zum Ammoniakdampf, statt. Daher strömt der Ammoniakdampf in allen Figuren im Kanal 5. Vorzugsweise ist der innere Kanal 6 in Fig. 1 bzw. das einzelne Rohr 8 in Fig. 4 für die ebenfalls nach oben flie ßende, arme Ammoniak-Wasser-Lösung bestimmt. Der umgebende bzw. benachbarte Kanal 7 enthält die reiche Ammoniak-Wasser-Lösung.According to the exemplary embodiment in FIG. 4, at least two spiral channels 5 , 7 are created by a separating component 9 with embossments attached between the walls 2 , 3 . These alternately jump to the inner and outer walls 2 , 3 and are connected with it. The required third channel 6 is implemented here by a single tube 8 . As an alternative to the folds shown with wide connecting surfaces to the walls 2 , 3 , a wave profile can also be used to limit the channels 5 , 7 . Ammonia vapor and poor and rich ammonia-water solution flow in the three adjacent channels 5 , 6 , 7 . A separate channel with a larger cross section is provided for the ammonia vapor, if possible, in order to prevent the steam flowing upwards from passing back into the rich ammonia-water solution flowing downwards. The heat is to be transferred between the material flows and there is an NH 3 exchange in one direction, ie from the NH 3 -rich solution to the ammonia vapor. Therefore, the ammonia vapor flows in channel 5 in all figures. Preferably, the inner channel 6 in Fig. 1 or the individual tube 8 in Fig. 4 is intended for the likewise flowing upward, poor ammonia-water solution. The surrounding or adjacent channel 7 contains the rich ammonia-water solution.
Außerdem steht der ringzylindrische Zwischenraum 4, der Kanal 5 sowie der Kanal 7 mit dem unterhalb des Dreifach-Wärmetauschers angeordneten Reservoir 10 für das Lö sungsmittel in Verbindung.In addition, the annular cylindrical space 4 , the channel 5 and the channel 7 with the arranged below the triple heat exchanger reservoir 10 for the solvent in connection.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BBT THERMOTECHNIK GMBH, 35576 WETZLAR, DE |
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Owner name: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20111001 |