DE3044677A1

DE3044677A1 - Kaltdampfanlage

Info

Publication number: DE3044677A1
Application number: DE19803044677
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Cryo & Chemie Systeme GmbH
Current assignee: Cryo & Chemie Systeme GmbH
Priority date: 1980-11-27
Filing date: 1980-11-27
Publication date: 1982-07-08

Description

Kaltdampfanlage
Die Erfindung betrifft eine Kaltdampfanlage, bestehend aus einem Kältemittelverdampfer, einem Treibdampfverdichter und einem Kältemittel-Verflüssiger sowie einem, insbesondere mit Abwärme, beheizbaren Treibdampferzeuger.
Die wirtschaftliche Ausnutzung von Abwärme, insbesendere in der Schiffahrt, wo immer noch große Abwäzine mengen der Schiffsantriebe an das Meerwasser abgege ben werden, ist von wesentlicher Bedeutung.
Es sind schon abwärmeverwertende, ununterbrochen arbeitende Absorptionskälteanlagen bekannt, bei denen eine mechanische Pumpe für den dauernden Umlauf des Kältemittels, z.B. Ammoniak-Lösung, sorgt, so daß ohne Unterbrechung gekühlt werden kann. Dabei wird die gesättigte Lösung des Kältemittels durch Abwärme erhitzt und das Kältemittel als Dampf ausgetrieben.
Bei diesen wie bei allen mit mechanischen Pumpen oder Verdichtern versehenen Anlagen verschlechtert aber der mechanische Wirkungsgrad und der für diese Maschinen erforderliche ständige Wartungsaufwand die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Es sind auch schon Dampfstrahlkälteprozesse bekannt, bei denen Strahlapparate anstelle von mechanisch wirkenden Verdichtern verwendet werden. Bei dem hier als Kältemittel dienenden Wasser sind jedoch die erforderlichen niedrigen Drücke und die Bewältigung der großen Dampfvolumina ungünstig.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Kaltdampfanlage anzugeben, die die erwähnten Nachteile nicht aufweist, bei der die Verdichterleistung durch einen Strahlapparat aufgebracht und als dessen Treibdampf ein vorzugsweise durch Abwärme erhitztes Kältemittel verwendet werden soll, aber ohne daß bei dem Verfahren mechanisch funktionierende Maschinen eingesetzt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anlage der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in der vom Kältemittelverflüssiger zum -verdampfer zurückgehenden Leitung ein Verzweigungspunkt vorgesehen ist, von dem aus absperrbare Leitungen zu jeweils einem von mindestens zwei wechselweise Treibmittel aufnehmenden oder abgebenden Speicherbehältern geführt sind, wobei der obere Teil der Behälter jeweils mit einer dampfführenden und der untere Teil mit einem flüssigkeitsführenden Leitungsteil der Anlage über absperrbare Leitungen verbindbar ist.
Der Vorteil einer erfindungsgemäßen Anlage liegt darin, daß keine mechanisch wirkenden Pumpen oder Ver dichter vorkommen, die die Wirtschaftlichkeit der Anlage ungünstig beeinflussen könnten.
Mit einer erfindungsgemäßen Anordnung, sei es als Kälteanlage, sei es als Wärmepumpe, läßt sich nicht nur Abwärme, z.B. von Schiffsantrieben sondern auch Solarwärme, besonders in tropischen Ländern, sowie die Wärmequellen der Umwelt, Luft, Wasser und Erd reich, zur Treibdampferzeugung nutzen und damit Ausgangsenergieniveaus niedriger Temperatur auf Energieniveaus höherer Temperatur bringen. Allein durch den völligen Entfall mechanischer Maschinen lassen sich Carnot-Werte im Bereich von 3,0 n 3,5 erreichen.
Mit der Ausnutzung der Solarenergie zur Treibdampferzeugung können erfindungsgemäße Systeme in tropischen Ländern Räume kühlen und in gemäßigten Zonen heizen. Für eine erfindungsgemäße Anordnung können alle gebräuchlichen Kältemittel verwendet werden, wie halogenisierte und andere Kohlenwasserstoffverbindungen, Ammoniak usw. Es kommt auch die Verwendung solcher Anlagen ftir die Rückkondensation von verdampften, verflüssigbaren Gasen in Betracht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungs figuren, in denen die Erfindung an Ausführungsbeispielen erlautert und schematisch dargestellt istO Es zeigen: Fig. t eine erfindungsgemäße Anlage mit von der Treibdampferzeugung getrennten Speicherbehältern Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, bei der der Treibdampf in den beheizbaren Speicherbehältern erzeugt wird.
In Fig. 1 ist eine Kaltdsmpf-Anlage mit einem Kältemittelkreislauf dargestellt, der aus einem wärmeaufnehmenden Kältemittelverdampfer 1, einem Treibdampfverdichter 2 und einem wärmeabgebenden Kältemittelverflüssiger 3 besteht. Vom Verdampfer 1 zum Verdichter 2 führt eine Saugleitung 4, vom Verdichter 2 zum Verflüssiger 3 eine Dampfleitung 5 und vom VerflUssiger 3 zum Verdampfer 1 eine Rückleitung 6. In der Rückleitung 6 liegt erfindungsgemäß ein Verzweigungspunkt 7. Außerdem liegt in der Rückleitung 6 ein regelbares Drosselventil 8, das durch einen Meßfühler 9 für die Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Verdampfers 1 steuerbar ist. In den Verdampfer 1 führt eine Leitung 10 für die vom Kältemittelkreislauf umzusetzende Wärme, die im Verflüssiger 3 über eine Leitung 11 wieder abgegeben wird.
Von dem Verzweigungspunkt 7 sind erfindungsgemäß durch Ventile 12 bzw. 13 absperrbare Leitungen zu jeweils einem ersten Speicherbehälter 14 und einem zweiten Speicherbehälter 15 für vom Verflüssiger 3 kommendes Treibmittel geführt. Die Speicherbehälter 14,15 können ihren Treibmittelinhalt über durch Ventile 16 bzw.
17 absperrbare Leitungen in einen Treibdampferzeuger 18 entleeren. Die Zufuhr von Treibmittel aus den Speicherbehältern 14,15 in den Treibdampferzeuger 18 läßt sich in Abhängigkeit von der mit einer Meßsonde 19 gemessenen Treibdampftemperatur mit einem Regelventil 20 steuern. Der aus dem Dampferzeuger 18 kommende Dampf wird über eine Leitung 21 in den Verdichter 2 geführt.
Vom Dampferzeuger 18 bzw. der Leitung 21 führt eine Ausgleichsleitung 22 über Ventile 23 bzw. 24 zu den Behältern 14 bzw. 15. Beim Füllen dieser Behälter über die Füllventile 12,13 können die Behälter durch eine von ihrem oberen Teil über Ventile 25 bzw. 26 zur Dempf leitung 5 bzw. zum Verflüssiger 3 führende Leitung entlüftet werden.
Zur Erzeugung des zum Verdichterbetrieb nötigen »p£ drucks wird in Abhängigikeit von einer am Ausgang des Verdichters 2 gemessenen Betriebsgröße, Temperatur oder Druck, durch ein Regelventil 28 die Wärme, insbesondere Abwärme, über eine Leitung 29 in den Dampferzeuger 18 geführt. Der Verdichter 2 kann dann ilber die Saugleitung 4 einen die im Verdampfer 1 aus der Leitung 10 aufgenommenen Wärme mit sich führenden Kältemittel strom aus dem Verdampfer 1 absaugen, verdichten und damit auf ein höheres Temperatur- und Druckniveau bringen. durch die Leitung 5 tritt dieser Kältemittel strom in den Verflüssiger 3, wo er seine im Verdampfer 1 bzw. Dampferzeuger 18 aufgenommene Wärme an die Kühlung 11 abgibt, wobei das Kältemittel wieder verflüssigt yird.
Das Kältemittel verläßt den Verflüssiger 3, um sich am Verzweigungspunkt 7 in zwei Teilströme aufzutcilen, von denen der größere Teil über die Leitung 6 und das Drosselventil 8 in den Verdampfer 1 zurückfließt und der kleinere Teil, von vorzugsweise weniger als 25 , über die Leitungen mit den Ventilen 12 bzw. 13 wechselweise jeweils in einen der Speicherbehälter 14 bzw. 15 geleitet wird.
Die Behälter 14 bzw. 15 werden so jeweils abwechselnd aus dem Verflüssiger 3 gefüllt oder in den Treibdeampferz 18 entleert.
Dabei werden die Ventile 12,16,23,25 bzw. 13,17,24,26 so gesteuert, daß immer jeweils einer der Behälter 14 bzw. 15 aus dem Verflüssiger 3 gefüllt wird, während der andere den Treibdampferzeuger 18 mit Kältemittel versorgt und in diesen entleert wird. Dieser Kreislauf kann beispielsweise in Abhängigkeit von der mit der Maß sonde 19 gemessenen Temperatur mit dem Ventil 20 automatisch derart gesteuert werden, daß der Strahlapparat ständig mit Treibdampf versorgt und damit ein dauernder Betrieb der Anlage sichergestellt ist.
Die Anordnung der Behälter des Verflüssigers 3 und der Speicherbehälter 14,15 bzw. des Treibdampferzeugers 18 zueinander ist dabei vorzugsweise derart vorgesehen, daß ein Zulauf des Kältemittels vom Verfltissiger 3 über die Behälter 14,15 in den Treibdampferzeuger 18 unter statischem Druck der Flüssigkeitssäule ermöglicht ist, ohne daß eine Kältemittelpumpe benötigt wird.
Dem Verdampfer 1 fließt das Kältemittel unter der Wirkung der zwischen dem Verdampfer und dem Verflüssiger herrschenden Druckdifferenz zu. Der Zulauf kann durch das Drosselventil 8 geregelt werden, das sich von der Maß sonde 9 vom Verdampferausgang steuern läßt.
Die Fließrichtungen der verschiedenen Leitungsinhalte sind durch entsprechende Pfeile an den Leitungen angedeutet. So wird beispielsweise in der Darstellung der Fig. 1 angenommen, daß der Behälter 15 aus dem Verflüssiger 3 über den Verzweigungspunkt 7 und das Ventil 13 gefüllt wird. Dabei muß das Ventil 17 geschlossen und das Ventil 26 geöffnet sein. Somit können die durch die im Behälter 15 aufsteigende Flüssigkeit verdrängten Gase und Dämpfe über das Ventil 26 in die Leitung 5 bzw. den Verflüssiger 3 entweichen. Gleichzeitig wird der Inhalt des Behälters 14 unter der Wirkung eines natürlichen Gefälles in den Treibdampferzeuger 18 abgeleitet, wobei die Ventile 16 und 23 geöffnet und die Ventile 12 und 25 geschlossen sind. Somit kann sich bei der Nachfüllung aus den Speicherbehältern 14,15 in den Treibdampferzeuger 18 der Druck über die Leitungen 21 und 22 sowie die Ventile 23 bzw0 24 ausgleichen.
In Fig. 2 ist eine Abwandlungsform einer erfindungsgemäßen Kaltdampfanlage dargestellt. Hierbei sind die nichtabgewandelten Teile wie z.B. Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Drosselventil, wie in Fig. 1, mit 1,2,3,8 und zwischen ihnen liegende Leitungsteile mit 4,5 und 6 bezeichnet. Auch der in der Leitung 6 liegende Verzweigungspunkt ist wieder mit 7 bezeichnet. Die das Drosselventil 8 am Ausgang des Verdampfers 1 steuernde Meßsonde ist mit 9 bezeichnet. Ebenso sind, wie in Fig. 1, eine die Wärme zum Verdampfer 1 zuführende Leitung mit 10 und eine die Wärme aus dem Verflüssiger 3 ab führende Leitung mit 11 bezeichnet. Auch die in der Nähe des Verzweigungspunktes 7 gelegenen F'ullventile sind wieder mit 12 bzw. 13 bezeichnet.
Der Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Aus führungsform besteht vorteilhafterweise vor allem darin, daß die Treibdampferzeugung in die Speicherbehälter verlegt ist. Diese Behälter sind mit 30 und 31 bezeichnet. Sie entnehmen im Wechsel miteinander Treibmittel aus dem Verflüssiger 3 über ein ein flogei ventil 32 enthaltendes Leitungsteil 33 sowie Füllventile 12,13 enthaltende Leitungsteile und geben den Treibdampf über Ventile 34 bzw. 35 und das Teil tungsteil 36 an den Verdichter 2 abe Die Entlüftung der Behälter 30 und 31 während der Wachüllung mit flüssigem Treibmittel erfolgt über Ventile 37 bzw. 38 und die Leitungen 39 und 5 in den Behälter 3.
Die Zufuhr von Wärme, z.B. Abwärme von Schiffsmaschinen, zu den Treibdampferzeugern 30 bzw. 31, die gleichzeitig Treibmittel-Speicherbehalter sind, silber Leitungen 40 bzw. 40a und 40b läßt sich durch Regelventile 41 bzw. 42 von am Ausgang der Behälter 30 und 31 liegenden Meßsonden 43 bzw. 44 für die Treibdampftemperatur oder den -druck steuern.
Eine erfindungsgemäße Anordnung ist besonders verwendbar lUr sonst schwer nutzbare Wärmemengen mit niedrigem Temperaturniveau, insbesondere Abwärme, Soiarwärme enthaltende Energie ströme in Fliissigkeiten und Gasen, wobei mit Kältemittelzulauf unter einem natürlichen Gefälle ein laufender Betrieb des Treibdampferzeugers bewirkt wird. Zur Ausregelung unvermeidlicher Schwankungen der Betriebswerte ist die Verwendung eines regelbaren Strahlapparates als Verdichter besonders vorteilhaft.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Kaltdampfanlage, bestehend aus einem wärmeaufnehmenden Kältemittelverdampfer, einem Treibdampfverdichter und einem wärmeabgebenden Kältemittelverflüssiger sowie einem, insbesondere mit Abwärme, beheizbaren Treibdampferzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Verflüssiger (3) zum Verdampfer (1) zurucit gehenden Leitung (6,33) ein Verzweigungspunkt (7> vorgesehen ist, von dem aus absperrbare Leitungen (12,13) zu Jeweils einem von mindestens zwei wechselweise Treibmittel aufnehmenden oder abgebenden Speicherbehältern (14,15;30,31) geführt sind, wobei der obere Teil der Behälter jeweils mit mindestens einem dampfführenden Leitungsteil (5,21) und der untere Teil mit einem flüssigkeitsführenden Leitungsteil (6,18) der Anlage über absperrbare Leitungen verbindbar sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelverflüssiger (3) und die Speicherbehälter (14,15;30,31) bzw. der Treibdampferzeuger (18) und der Kaltemittelverdampfer (1) in der Höhe derart zueinander angeordnet sind, daß sich für den Zulauf des Treibmittels ein Gefälle ergibt.
3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der Speicherbehälter (14, 15;30,31) durch eine absperrbare Leitung (25,26; 37,38,39) mit der vom Verdichter (2) zum VerflUssiger (3) führenden Leitung (5) verbunden ist.
4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der Speicherbehälter (14,15;30,31) durch eine absperrbare Leitung (22;36) mit der vom Treibdampferzeuger (18;30,31) zum Verdichter (2) führenden Leitung (21;36) verbunden ist.
5. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Speicherbehälter (14,15) und Treibdampferzeuger (18) zu Speicher-Treibdampferzeuger (30,31) zusammengefaßt sind.
6. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibdampfverdichter (2) regelbar ist.