DE10154032B4

DE10154032B4 - Diffusionsabsorptionsanlage

Info

Publication number: DE10154032B4
Application number: DE2001154032
Authority: DE
Inventors: Uwe Schulte; Christian Schwarz
Original assignee: BBT Thermotechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2021-11-03
Also published as: DE10154032A1

Abstract

Diffusionsabsorptionsanlage, mit Anschluss an einen Heizkreislauf eines Verbrauchers, mit einem Kälte- oder Lösungsmittelkreislauf, einem Kocher mit vertikalen Kocherrohren und einem Gasbrenner, einem Absorber, einem Verdampfer sowie einem Kondensator, für das Stoffsystem Ammoniak-Wasser, wobei der Gasbrenner (1) mit regelbarer Leistung sowohl für die Beheizung des Kochers mit einem regelbaren Wärmeeintrag als auch für die direkte Beheizung des angeschlossenen Verbrauchers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kocher mit der vom Gasbrenner (1) erzeugten Wärme beaufschlagt wird, wobei mit dem Regeln der Leistung des Gasbrenners (1) die gesamte Wärmemenge beeinflussbar ist und dann der für die Beheizung des Kochers erforderliche Wärmeeintrag geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Diffusionsabsorptionsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Diffusionsabsorptionsanlagen sind als Kleinkälteanlagen zur Verwendung in Haushaltskühlschränken 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 eingesetzt. 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 Wärmezufuhr durch Temperatur- und Konzentrationsunterschiede in Bewegung.

Die Wärmezufuhr erfolgt in einem Kocher, welcher beispielsweise nach der EP 0 419 606 B1 aus einzelnen kreisförmig angeordneten, vertikalen Kocherrohren besteht. 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 Ammoniakdampf 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 Umgebungsenergie. 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 abgibt, bevor der geräuschfreie Prozess wieder neu beginnt.

Für den Betrieb einer Diffusionsabsorptionsanlage als Heiz- oder Kühlanlage in einem Gebäude wird diese in der Regel für das Abdecken der Grundlast vorgesehen und mit einem konventionellen Heizkessel kombiniert, um damit verbrauchsabhängige Leistungsspitzen auszugleichen. Somit sind bei allen bekannten Anlagen immer zwei Gasbrenner, nämlich vom Kocher und vom Spitzenlastkessel, vorhanden. Dies macht natürlich auch für jeden Gasbrenner eine separate Ausstattung mit den entsprechenden Armaturen sowie Regel- und Überwachungseinrichtungen erforderlich.

Aus der DE 34 05 800 C2 sowie der EP 1 045 214 A2 sind Diffusionsabsorptionsanlagen bekannt, bei denen ein Brenner in einem Kocher eine ein Kältemittel enthaltende Lösung erwärmt und gleichzeitig über Abgaswärmetauscher die Abgaswärme des Brenners zum direkten Heizen des Verbraucherkreislaufes nutzt. Weiterhin beschreibt die DE 28 54 055 A1 eine Absorptionswärmeanlage, bei der im sogenannten Direktheizbetrieb die Lösung aus dem Austreiber nicht durch den Wärmetauscher, wie im Wärmepumpenbetrieb geleitet wird, sondern mit der Temperatur, mit der die Lösung den Austreiber verlässt, zum direkten Wärmeaustausch mit dem Verbraucherkreislauf gebracht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer Diffusionsabsorptionsanlage zu optimieren und den Gesamtaufbau zu vereinfachen.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass ein einziger Gasbrenner mit regelbarer Leistung sowohl für die Beheizung des Kochers mit einem regelbaren Wärmeeintrag als auch für die direkte Beheizung eines angeschlossenen Verbrauchers vorgesehen ist. Dabei wird der Kocher vorrangig mit der vom Gasbrenner erzeugten Wärme beaufschlagt. Mit dem Regeln der Leistung des Gasbrenners ist somit die gesamte Wärmemenge beeinflussbar und zusätzlich wird noch der für die Beheizung des Kochers erforderliche Wärmeeintrag geregelt.

Dies erfolgt durch Messung einer Temperatur an der Oberfläche des Kochergehäuses in Abhängigkeit von einem einstellbaren Sollwert für diese Temperatur. Für die Regelung des Wärmeeintrags in den Kocher ist ein Regeln des Füllstands eines flüssigen Wärmeträger mediums in einer das Kochergehäuse mindestens in Teilbereichen umschließenden Kammer und/oder ein Regeln der Eintauchtiefe von Teilbereichen des Kochers im flüssigen Wärmeträgermedium vorgesehen. Es geht dabei weniger Wärme in den Kocher über, wenn sich die Kontaktfläche mit dem umgebenden Wärmeträgermedium verringert.

In einer ersten Ausführungsform wird die Eintauchtiefe von Teilbereichen des Kochers in das flüssige Wärmeträgermedium in der Kammer durch eine Hubbewegung der gesamten Kammer mit einem Hilfsantrieb reguliert. Alternativ dazu kann in einer zweiten Variante der Füllstand in der Kammer und damit die Eintauchtiefe von Teilbereichen des Kochers durch einen in das flüssige Wärmeträgermedium eintauchenden Verdrängungskörper reguliert werden. Dieser drückt das flüssige Wärmeträgermedium in der Kammer nach oben, so dass eine größere Oberfläche des Kochergehäuses damit beaufschlagt wird.

Um grundsätzlich den Wärmeübergang zu begünstigen, ist das Kochergehäuse mit Vorrichtungen versehen, welche die Oberfläche zum Eintauchen in das flüssige Wärmeträgermedium in der zugeordneten Kammer vergrößern. Vorzugsweise befindet sich die Kammer mit dem flüssigen Wärmeträgermedium im unteren Bereich des Kochers und es wird als flüssiges Wärmeträgermedium ein Thermoöl verwendet. Ergänzend kann die Kammer mit dem flüssigen Wärmeträgermedium noch mit einer zusätzlichen Wärmequelle, beispielsweise einer elektrischen Heizschlange, direkt beheizt werden. Die überschüssige Wärme wird auf der Außenseite der Kammer sowie entlang des Kochers nach oben abgeführt und/oder mit einem Wärmetauscher an einen angeschlossenen Kreislauf übertragen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Betrieb einer Diffusionsabsorptionsanlage optimiert und der Gesamtaufbau vereinfacht. Es ergibt sich eine kompakte Anordnung mit einer geringeren Zahl von Komponenten. Insbesondere kann die Anlage leichter mit einer zentralen Regel- und Überwachungseinrichtung betrieben werden. Für den genau angepassten Wärmeeintrag in den Kocher genügt eine Temperaturdifferenzregelung für die Oberfläche des Kochergehäuses.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur den unteren Bereich eines Kochers einer Diffusionsabsorptionsanlage mit Gasbrenner.
Der Kocher der Diffusionsabsorptionsanlage, in dem ein Ammoniak-Wasser-Gemisch von einem Gasbrenner 1 beheizt wird, besteht im Wesentlichen aus vertikalen Kocherrohren 2 in einem Kochergehäuse 3. Der Gasbrenner 1 ist im unteren Bereich des Kochers angeordnet und besitzt eine über eine Regel- und Überwachungseinrichtung 4 regelbare Leistung. Einerseits wird damit der Kocher, andererseits ein angeschlossener Wärmeverbraucher über den Wärmetauscher 5 beheizt, welcher sich im Strömungsweg der Heizgase, außerhalb des Kochergehäuses 3 befindet.
Die Regelung des Wärmeeintrags in den Kocher erfolgt durch Regelung des Füllstands eines flüssigen Wärmeträgermediums 6 in einer das Kochergehäuse 3 mindestens in Teilbereichen umschließenden Kammer 7 und/oder durch Regelung der Eintauchtiefe im Wärmeträgermedium 6 von Teilbereichen des Kochers mit einem Hilfsantrieb 8. Maßgebend für die Einstellung der Kontaktfläche mit dem Wärmeträgermedium 6 ist die mit dem Temperaturfühler 9 gemessene Temperatur an der Oberfläche des Kochergehäuses 3 und ein dafür an der Regel- und Überwachungseinrichtung 4 einstellbarer Sollwert. Um den Wärmeübergang beim Eintauchen in das Wärmeträgermedium 6 zu verstärken, befinden sich an der Unterseite des Kochergehäuses 3 Vorrichtungen, vorzugsweise in Form von Wärmeleitrippen.

Claims

Diffusionsabsorptionsanlage, mit Anschluss an einen Heizkreislauf eines Verbrauchers, mit einem Kälte- oder Lösungsmittelkreislauf, einem Kocher mit vertikalen Kocherrohren und einem Gasbrenner, einem Absorber, einem Verdampfer sowie einem Kondensator, für das Stoffsystem Ammoniak-Wasser, wobei der Gasbrenner (1) mit regelbarer Leistung sowohl für die Beheizung des Kochers mit einem regelbaren Wärmeeintrag als auch für die direkte Beheizung des angeschlossenen Verbrauchers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kocher mit der vom Gasbrenner (1) erzeugten Wärme beaufschlagt wird, wobei mit dem Regeln der Leistung des Gasbrenners (1) die gesamte Wärmemenge beeinflussbar ist und dann der für die Beheizung des Kochers erforderliche Wärmeeintrag geregelt wird.
Diffusionsabsorptionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Wärmeeintrags durch Regelung des Füllstands eines flüssigen Wärmeträgermediums (6) in einer das Kochergehäuse (3) mindestens in Teilbereichen umschließenden Kammer (7) und/oder durch Regelung der Eintauchtiefe von Teilbereichen des Kochers im flüssigen Wärmeträgermedium (6) erfolgt.
Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchtiefe von Teilbereichen des Kochers in das flüssige Wärmeträgermedium (6) in der Kammer (7) durch eine Hubbewegung der gesamten Kammer (7) mit einem Hilfsantrieb (8) reguliert wird.
Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand in der Kammer (7) und damit die Eintauchtiefe von Teilbereichen des Kochers durch einen in das flüssige Wärmeträgermedium (6) eintauchenden Verdrängungskörper reguliert wird.
Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochergehäuse (3) mit Vorrichtungen (10) versehen ist, die beim Eintauchen in das flüssige Wärmeträgermedium (6) in der zugeordneten Kammer (7) den Wärmeübergang begünstigen.
Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (7) mit dem flüssigen Wärmeträgermedium (6) im unteren Bereich des Kochers angeordnet ist.
Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Wärmeträgermedium (6) ein Thermoöl ist.
Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (7) mit dem flüssigen Wärmeträgermedium (6) mit einer zusätzlichen Wärmequelle zu beheizen ist.
Diffusionsabsorptionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass überschüssige Wärme auf der Außenseite der Kammer (7) sowie entlang des Kochers nach oben abgeführt wird.