DE1501141B2 - Mehreffekt absorptionskaeltemaschine - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Mehreffekt-Absorp- heißes als auch abgekühltes Wasser zu liefern. Das

tionskältemaschine mit einem Austreiber, einem Verhältnis der gelieferten Heißwassermenge zu dem

ersten Abscheider und einem ersten Kondensator, in gelieferten abgekühlten Wasser bleibt hierbei im

dessen Dampfzone eine erste Wärmeaustauscherrohr- wesentlichen konstant.

schlange angeordnet ist, durch die die teilweise 5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konzentrierte Salzlösung aus dem ersten Abscheider Mehreffekt-Absorptionskältemaschine der eingangs abgeführt und durch die bei der Kondensation des genannten Art derart auszugestalten, daß sie in der Kältemitteldampfes freiwerdende Kondensations- Lage ist, gleichzeitig eine Flüssigkeit, z. B. Wasser zu wärme erhitzt wird und teilweise verdampft, sowie erhitzen und eine andere Flüssigkeit abzukühlen, mit einem zweiten Abscheider zur Trennung des ent- ίο wobei bis zur vollen Ausnutzung der Leistungsfähigstehenden Kältemitteldampfes von der stärker kon- keit der Kältemaschine entweder die eine Wirkung zentrierten Salzlösung und mit einem zweiten oder die andere Wirkung oder aber gleichzeitig beide Kondensator zur Kondensation des abgetrennten Wirkungen erzielt werden.

Kältemitteldampfes, sowie mit einem Verdampfer, Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfin-

dem über Verbindungsleitungen das in den beiden 15 dungsgemäß in der Dampfzone des ersten Konden-

Kondensatoren gebildete Kondensat zugeführt und sators zusätzlich eine zweite Wärmeaustauscherrohr-

verdampft wird und mit einem mit dem Verdampfer schlange angeordnet ist, durch die ein zu erhitzendes

in Dampfströmungsverbindung stehenden Absorber, Fluid geleitet werden kann, und daß Mittel vorge-

dem die stärker konzentrierte Salzlösung von dem sehen sind, durch die die Durchsatzmenge des zu

zweiten Abscheider über Verbindungsleitungen züge- 20 erwärmenden Fluids eingestellt werden kann,

führt wird und wobei der Verdampfer in Wärmeaus- Durch die Einstellung der Durchsatzmenge des zu

tauschbeziehung mit dem zu kühlenden Fluid steht. erwärmenden Fluids kann die Menge der abgeführten

Eine Mehreffekt-Absorptionskältemaschine der erhitzten Flüssigkeit und gleichzeitig das Verhältnis

eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der der Mengen der abgegebenen erhitzten Flüssigkeit zu

USA.-Patentschrift 3 167 92S bekannt. Ähnliche 25 den der abgegebenen gekühlten Flüssigkeit in weiten

Mehreffekt-Absorptionskältemaschinen sind auch in Grenzen verändert werden. Wird kein zu erhitzendes

den USA.-Patentschriften 3 146 602, 3 146 604 und Fluid durch die zweite Würmeaustauscherrohr-

3 187515 beschrieben. Unter einer Mehreffekt- schlange geleitet, so steht die gesamte Leistung der

Absorptionskältemaschine versteht man eine Kälte- Kältemaschine zur Erzeugung abgekühlter Flüssigkeit

maschine, bei der die Konzentration der als Absorp- 30 zur Verfügung; wird umgekehrt die Durchsatzmenge

tionsflüssigkeit verwendeten Salzlösung in einem des zu erwärmenden Fluids möglichst groß gemacht,

stufenweise durchgeführten Verdampi'ungsvorgang so sinkt die zu Kühlzwecken zur Verfügung stehende

erfolgt. Während hierbei die Verdampfung in der Leistung auf ein Minimum. Zwischen diesen beiden

ersten Stufe oder dem ersten Effekt durch äußere Extremen kann das Verhältnis der erzielten Heiz-

Wärmezufuhr bewirkt wird, erfolgt die Verdampfung 35 wirkung zu der Kühlwirkung beliebig eingestellt

in der zweiten Stufe oder dem zweiten Effekt durch werden.

Ausnutzung der Kondensationswärme des Dampfes, I_n der folgenden Beschreibung wird ein Ausfüh-

der bei der Verdampfung der ersten Stufe erzeugt rungsbeispiel der Erfindung an Hand der Figur er-

und abgetrennt wurde. Bei einer Zweieffekt- Absorp- läutert.

tionskältemaschine wird also beispielsweise die 40 Gemäß der Zeichnung strömt die Absorptions-Absorptionsflüssigkeit zunächst durch äußere Wärme- flüssigkeit, die als eine verdünnte Lösung bezeichnet zufuhr teilweise verdampft, sodann der Dampf von werden kann, und bei der es sich z. B. um eine SaIzder Salzlösung abgetrennt. Der gebildete Dampf wird lösung, vorzugsweise eine Lösung von Lithiumbromid dann mit der verbliebenen Salzlösung in Wärmeaus- in Wasser handelt, über ein Leitungssystem 1 einer tauschbeziehung gebracht, wobei die Salzlösung unter 45 Heizvorrichtung 2, die im folgenden als Generator vermindertem Druck steht, so daß der Dampf kon- zum Bewirken des ersten Effektes bezeichnet wird, densiert und die Salzlösung teilweise verdampft. Auch In der Heizvorrichtung 2 wird die verdünnte Lösung dieser Dampf wird wiederum von der Salzlösung dadurch bis zum Verdampfungspunkt erhitzt, daß der abgetrennt und mit.Hilfe einer Kühlflüssigkeit zum Lösung Wärme direkt mit Hilfe eines Gasbrenners2α Kondensieren gebracht. Das durch den ersten und 50 zugeführt wird, um einen Teil des Wassers aus der zweiten Effekt gebildete Kondensat wird unter einem verdünnten Lösung abzusieden, so daß Wasserdampf noch niedrigereren Druck in eine Verdampfungszone entsteht. Dieser Wasserdampf und die Lösung, die eingeleitet und bei diesem niedrigereren Druck da- man jetzt als Zwischenlösung bezeichnen kann und durch verdampft, daß es in Wärmeaustausch mit dem bei der es sich um eine Lösung von mittlerer Konzenabzukühlenden Fluid gebracht wird. Der niedrige 55 tration von Lithiumbromid in Wasser handelt, wer-Druck in der zuletzt erwähnten Verdampfungszone den einem Abscheider bzw. einer Trennzone 3 zuwird dadurch aufrechterhalten, daß der entstehende geführt, wo der Wasserdampf und die Zwischen-Dampf in der Absorptionszone in der konzentrierten lösung mit Hilfe geeigneter bekannter Mittel vonein-Salzlösung absorbiert wird. ; · . . ander getrennt werden; diese Mittel werden z.B.

Der Dampfdruck der Salzlösung in der Absorp- 60 durch in der Trennzone vorgesehene Umlenkorgane

tionsstufe wird genügend niedrig gehalten, um den gebildet.

gewünschten Druck in der Absorptionszone und Die Zwischenlösung, die sich in dem Abscheider 3

daher auch in der Kondensatverdampfungszone her- sammelt, wird mit Hilfe einer Rohrleitung 4 durch

zustellen. Hierdurch wird die Temperatur des ver- einen Wärmeaustauscher 5 geleitet, in welchem ein

dampfenden Wassers auf den gewünschten Wert der 65 indirekter Wärmeaustausch zwischen dieser Lösung

Abkühlungstcmperatur festgelegt. und einer relativ kühleren verdünnten Lösung bewirkt

Es sind andererseits bereits Absorptionskältc- wird, die dem Leitungssystem 1 des den ersten Effekt

maschinen bekannt, die dazu in der Lage sind, sowohl bewirkenden Generators 2 zugeführt wird. Die ge-

kühlte Zwischenlösung strömt dann von dem Wärmeaustauscher 5 aus über eine Leitung 4' und ein Schwimmerventil 6 zu Rohrschlangen 7, die in dem Kondensator 8 der ersten Stufe angeordnet sind, so daß ein indirekter Wärmeaustausch zwischen der Lösung und dem Wasserdampf stattfindet, der in dem Abscheider 3 von der Zwischenlösung abgetrennt worden ist. Der im Abscheider 3 von der Zwischenlösung getrennte Wasserdampf strömt zu der Kondensatorzone 8, die gleichzeitig einen Kondensator der ersten Stufe bzw. für den ersten Effekt und einen Generator für den zweiten Effekt bildet, denn der von dem Abscheider 3 kommende Wasserdampf, der ursprünglich z. B. auf etwa 150° C erhitzt wurde, kondensiert z. B. zu einem Kühlmittel mit einer Temperatur von etwa 95° C, da ein Austausch von Wärme mit der durch die Rohrschlangen 7 strömenden Zwischenlösung stattfindet. Die von diesem kondensierenden Wasserdampf abgegebene Wärme bewirkt, daß weiteres Wasser aus der Zwischenlösung in den Rohrschlangen 7 abgedampft wird, so daß eine konzentrierte Lösung entsteht. Diese konzentrierte Lösung und der Wasserdampf werden über eine Leitung 9 einem weiteren Abscheider 10 zugeführt. In den Rohrschlangen 7 des Generators für den zweiten Effekt oder dem Kondensator 8 für den ersten Effekt steht die Lösung vorzugsweise unter einem niedrigen Druck, der z. B. in der Größenordnung von etwa 60 mm Quecksilbersäule liegt.

Ein Teil des die Leitung 4' passierenden Stroms kann gegebenenfalls über ein Ventil 11 umgeleitet bzw. abgezweigt und direkt einer noch zu beschreibenden Leitung 12 zugeführt werden, oder diese mit dem Ventil ausgerüstete Umgehungsleitung kann gemäß der Zeichnung in der mit gestrichelten Linien angedeuteten Weise angeordnet sein, so daß ein Teil der Zwischenlösung um die Rohrschlangen 7 herumgeleitet und direkt dem Abscheider 10 zugeführt werden kann.

Der Abscheider 10 umfaßt geeignete bekannte Mittel, z. B. Umlenkorgane, die bewirken, daß die konzentrierte Lösung von dem zusätzlichen über die Leitung 9 zugeführten Wasserdampf getrennt wird; außerdem umfaßt der Abscheider 10 einen insgesamt mit 13 bezeichneten Kondensator zum Bewirken des zweiten Effektes; dieser Kondensator steht unter einem etwas niedrigeren Druck, der z. B. in der Größenordnung von 55 mm Quecksilbersäule liegt. Kühlwasser, das z. B. einem geeigneten Kühlturm entnommen wird, wird über Rohrschlangen 14 in den Kondensator 13 der zweiten Stufe geleitet. Der in dem Abscheider 10 abgeschiedene Wasserdampf wird dadurch kondensiert, daß das Kühlwasser durch die Rohrschlangen 14 des Kondensators 13 der zweiten Stufe geleitet wird, und das Kondensat wird mit dem kondensierten Wasser gemischt, das im Kondensator 8 der ersten Stufe gesammelt wird, woraufhin das Gemisch über eine Leitung 15 dem Kondensator 13 der zweiten Stufe zugeführt wird; dieses Kondensatwassergemisch wird dann über eine Leitung 16 einem Verdampfer 17 zugeführt, der mit einem noch niedrigeren Druck von z. B. etwa 5 mm Quecksilbersäule arbeitet. Die im Kondensator 13 der zweiten Stufe und in dem Abscheider 10 der zweiten Stufe abgeschiedene konzentrierte Lösung wird über eine Leitungl2 und einen Wärmeaustauscher 18 einem Absorber 19 zugeführt, in welchem die Lösung mit Hilfe von Spritzdüsen 20 auf Kühlrohrschlangen 21 geleitet wird, die z. B. mit der Kühlschlange 14 in Reihe geschaltet sind und mit Wasser aus dem Kühlturm gespeist werden.

Die konzentrierte Lösung, die dem Absorber 19 zugeführt wird, welcher an den Verdampfer 17 angeschlossen ist, hat eine sehr große Affinität für Wasserdampf, und die Absorptionsgeschwindigkeit nimmt mit abnehmender Temperatur zu. Diese konzentrierte Lösung, die in dem Wärmeaustauscher 18 etwas abgekühlt wird und beim Abtropfen über die Kühlschlangen 21 eine weitere Abkühlung erfährt, ist von Wasserdampf aus dem Verdampfer umgeben, so daß dieser Wasserdampf sehr schnell absorbiert wird, um in dem kombinierten Absorber und Verdampfer den gewünschten niedrigen Druck aufrechtzuerhalten. Das dem Verdampfer 17 über die Leitung 16 zugeführte Kondenswassergemisch verdampft bei dem geringeren Druck teilweise, wobei die Temperatur auf einen gewählten niedrigen Wert von z. B. etwa 3,3° C herabgesetzt wird, während das noch verbleibende Kondenswasser in Wärmeaustauschbeziehung zu einem zu kühlenden Fluid gebracht wird, bei dem es sich z. B. um das durch die Rohrschlangen 22 strömende Wasser handelt, so daß das Fluid in den Rohrschlangen 22 abgekühlt wird, wobei das über die Rohrschlangen 22 herabströmende Kondenswasser verdampft wird, das von der konzentrierten Lösung absorbiert wird, um im unteren Teil des kombinierten Absorbers und Verdampfers als verdünnte Lösung gesammelt zu werden, die dann dem Generator 2 der ersten Stufe erneut zugeführt wird. Das in dem Verdampfer 17 nicht verdampfte Wasser wird mit Hilfe einer Pumpe 23 und eines Systems von Spritzdüsen 24 erneut umgewälzt. Die verdünnte Lösung, die sich im unteren Teil des kombinierten Verdampfers und Absorbers sammelt, wird mit Hilfe einer Pumpe 25 und einer Leitung 26 über die Wärmeaustauscher 18 und 5 zum Generator 2 der ersten Stufe gefördert.

Damit es mit Hilfe dieses Absorptionskühlsystems möglich ist, heißes Wasser zu erzeugen, während gleichzeitig Wasser in den Rohrschlangen 22 abgekühlt wird, sind zusätzliche Wärmeaustauscher-Rohrschlangen 30 in der Nähe der Kondensatseite des durch die Rohrschlangen 7 gebildeten Generators der zweiten Stufe so angeordnet, daß sie in Wärmeaustauschbeziehung zu dem aus dem Abscheider 3 entweichenden überhitzten Wasserdampf treten können. Der durch die Rohrschlangen 30 gebildete Wärmeaustauscher zum Erhitzen von Wasser ist außerhalb des Generators und des Abscheiders 3 der zweiten Stufe an ein geeignetes Leitungssystem für Wasser oder ein anderes Fluid angeschlossen, in das gegebenenfalls eine Pumpe und Ventilmittel bekannter Art eingeschaltet sind, damit der das Leitungssystem passierende Strom des Wassers oder eines anderen Fluids geregelt werden kann. Die Kondensationswärme des überhitzten Dampfes im Kondensator der ersten Stufe und dem Generator der zweiten Stufe, die normalerweise der relativ kühleren und stärker konzentrierten Zwischenlösung in den Rohrschlangen 7 zugeführt wird, um diese Lösung in der zweiten Stufe bei dem zugehörigen niedrigeren Druck zum Sieden zu bringen, wird vollständig oder teilweise in den zusätzlichen Wärmeaustauscher-Rohrschlangen 30 dem Wasser oder einer anderen strömungsfähigen Lösung zugeführt, um das Wasser bzw. die Lösung zu erhitzen. Die gesamte Menge oder ein Teil des Wasserdampfes, der aus der verdünnten

Lösung im Generator 2 der ersten Stufe erzeugt wird, könnte in jedem gewünschten Verhältnis entsprechend den Temperaturen auf der Gegenseite der betreffenden Wärmeaustauscher kondensiert werden, und zwar entweder mit Hilfe von Wärme, die den Rohrschlangen 7 des Generators der zweiten Stufe oder den Rohrschlangen 30 des Wassererhitzungs-Wärmeaustauschers oder gleichzeitig den Rohrschlangen 7 und 30 zugeführt wird. Bei dieser Anordnung dient die Kondensationswärme des Dampfes aus dem Generator 2 der ersten Stufe dazu, die Temperatur des Heizmediums in den Rohrschlangen 30 des Wassererhitzungs-Wärmeaustauschers zu erhöhen, oder dazu, eine zusätzliche Menge von als Kühlmittel wirkendem Wasserdampf bei einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druck in den Rohrschlangen 7 des Generators der zweiten Stufe zu erzeugen.

Da die Rohrschlangen 30 des Wassererhitzungs-Wärmeaustauschers in der Nähe der Rohrschlangen 7 des Generators der zweiten Stufe angeordnet sind, ist ersichtlich, daß die ganze Leistungsfähigkeit der Einrichtung zu Kühlzwecken zur Verfügung steht, wenn kein heißes Wasser benötigt wird, oder daß die gesamte Leistungsfähigkeit zu Heizzwecken verfügbar ist, wenn ein maximaler Wärmebedarf gegeben ist, und daß jedes beliebige Verhältnis zwischen der Heizleistung und der Kühlleistung zwischen diesen beiden extremen Betriebszuständen erzielt werden kann, um den Wärmebedarf des Wassers in den Wassererhitzungs-Rohrschlangen 30 zu decken, wobei dies automatisch durch die Wassermenge bestimmt wird, die die Rohrschlangen 30 passiert, sowie durch die Temperatur des in die Rohrschlangen 30 eintretenden Wassers. Es sei bemerkt, daß die Wärmemenge, die von den Wassererhitzungs-Rohrschlangen 30 aufgenommen wird, durch drei Faktoren bestimmt wird, und zwar erstens die Temperatur des in die Rohrschlangen 30 eintretenden Wassers, zweitens die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in den Rohrschlangen 30 und drittens die Temperatur des die Rohrschlangen 30 umgebenden Dampfes oder sonstigen Fluids. Da die letztere Temperatur mehr oder weniger konstant ist, wird die dem Wasser in den Rohrschlangen 30 zugeführte Wärmemenge praktisch dadurch geregelt, daß man die Durchsatzmenge bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers variiert, das den Rohrschlangen 30 zugeführt und entnommen wird. In der Praxis wird der Bedarf an Heizleistung im Vergleich zur verfügbaren Kühlleistung bevorzugt. Die von dem System abgegebene Wärmemenge wird durch die Temperatur und die Wasserdurchsatzmenge der Rohrschlangen 30 geregelt, und die Kühlleistung wird durch die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchsatzmenge des die Rohrschlangen 22 durchströmenden gekühlten Wassers geregelt, jedoch wird die Kühlleistung notwendigerweise dadurch begrenzt, daß zunächst der Wärmebedarf der Rohrschlangen 30 gedeckt wird und für Kühlzwecke nur die dann noch verbleibende Wärmeenergie zur Verfügung steht.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mehreffekt-Absorptionskältemaschine mit einem Austreiber, einem ersten Abscheider und einem ersten Kondensator, in dessen Dampfzone eine erste Wärmeaustauscher-Rohrschlange angeordnet ist, durch die die teilweise konzentrierte Salzlösung aus dem ersten Abscheider abgeführt und durch die bei der Kondensation des Kältemitteldampfes freiwerdende Kondensationswärme erhitzt wird und teilweise verdampft, sowie mit einem zweiten Abscheider zur Trennung des entstehenden Kältemitteldampfes von der stärker konzentrierten Salzlösung und mit einem zweiten Kondensator zur Kondensation des abgetrennten Kältemitteldampfes, sowie mit einem Verdampfer, dem über Verbindungsleitungen das in den beiden Kondensatoren gebildete Kondensat zugeführt und verdampft wird und mit einem mit dem Verdämpfer in Dampfströmungsverbindung stehenden Absorber, dem die stärker konzentrierte Salzlösung von dem zweiten Abscheider über Verbindungsleitungen zugeführt wird und wobei der Verdampfer in Wärmeaustauschbeziehung mit dem zu kühlenden Fluid steht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dampfzone des ersten Kondensators (8) zusätzlich eine zweite Wärmeaustauscher-Rohrschlange (30) angeordnet ist, durch die ein zu erhitzendes Fluid geleitet werden kann und daß Mittel vorgesehen sind, durch die die Durchsatzmenge des zu erwärmenden Fluids eingestellt werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen