SE470549B - Sätt och anordning vid avbsorptionsmaskin med flertemperaturfack - Google Patents

Description

470 549 2 Arbetsmedielösningen i generatorn och absorbatorn har skilda temperaturnivàer, varvid en effektiv värmeväxling mellan de strömmar, som cirkulerar mellan dessa båda kom- ponenter, är väsentlig för rimlig effektivitet i anlägg- ningen.

I en värmetransformator tillförs värme i förångaren och generatorn vid en temperaturnivå lägre än den vid vilken värme bortförs i absorbatorn. Ungefär hälften av den totala tillförda värmemängden uttas som nyttovärme vid en högre temperatur. I en absorptionsvärmepump tillförs värme i generatorn vid en temperaturnivà högre än den vid vilken värme bortförs i kondensorn och absorbatorn. I kondensorn och absorbatorn uttas som nyttovärme ungefär dubbelt så mycket värme som tillförs i generatorn.

I en värmetransformator är trycket i generatorn och kondensorn lägre än i absorbatorn och föràngaren, medan förhållandet i en absorptionsvärmepump är det omvända.

I den svenska patentansökningen 8703128-2 beskrivs en absorptionsmaskin med självcirkulation genom termosifon- effekten, vilken innefattar absorbator, föràngare, gene- rator och kondensor samt en lösningsvärmeväxlare mellan generatorn och absorbatorn. Arbetsmedielösningen cirkule- rar genom absorbatorn, generatorn och genom lösnings- värmeväxlaren. Den i generatorn avskilda arbetsmedieångan bringas att cirkulera genom kondensor och förångare för att sedan àterföras till arbetsmedielösningen i absorba- torn. Detta uppnås genom att anordna absorbator/förångare och generator/kondensor på olika nivåer för att upprätt- hålla den för självcirkulation erforderliga tryckskillna- den mellan absorbator/förångare och generator/kondensor.

I en värmetransformator enligt detta system avges endast ett värmebärande medium med en temperatur från absorbatorn, medan som regel endast ett värmebärande medium med en temperatur utnyttjas i generatorn/förånga- ren. I en absorptionsvärmepump utnyttjas endast ett värme- bärande medium med en temperatur i generatorn, medan som _s- »<1 ca (Yi ß- xo 3 regel endast ett värmebärande medium med en temperatur avges i absorbatorn/kondensorn.

I DE-A-34 26 674 beskrivs en absorptionsvärmepump, som omfattar en flerfacksabsorptionsanläggning och en flerfacksgenereringsanläggning. Systemet tillförs värme från en lågtemperaturkälla (till förångaren) och en hög- temperaturkälla (till generatorn) medan värme avges (från en absorbator och en kondensor) till den värmebärande vätskan, dvs absorptionsvärmepumpen avger värme vid endast en temperatur. Anordningen är en vidareutveckling av väl- kända flereffektsabsorptionsmaskiner.

I sådana system såsom flereffektsindunstning, kompli- cerad destillationsanläggningar, kristallisationsprocesser och torkning finns det tillgång till värme vid många olika temperaturer och krävs det värme vid många olika tempera- turer. De tidigare beskrivna absorptionscyklerna upptar och avger värmebärande medium vid endast en temperatur, vilket innebär att det skulle krävas många olika värme- transformatorer eller absorptionsvärmepumpar i sådana system, som har nämnts här, vilket skulle bli mycket kost- samt.

Huvudändamàlet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en absorptionsmaskin, som från absorbatorn avger värmebärande medier med olika temperaturer och som utnyttjar värmebärande medier med olika temperaturer i generatorn, varvid endast en absorptionsmaskin behövs i komplicerade system enligt ovan.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en absorptionsmaskin, som precis som ovan avger värmebärande medier med olika temperaturer och som utnyttjar värmebärande medier med olika temperaturer och som i absorbatorn kan tillföras arbetsmedium i ång- form, som utgöres av direktånga från systemet, som absorp- tionsmaskinen är integrerad i, och där ett flöde av ren arbetsmedielösning tillförs absorptionsmaskinen och en kontinuerlig avblödning av förorenad arbetsmedielösning 4 sker, varvid halten av föroreningar från direktångan kan hållas vid en begränsad nivå.

Därvid har absorptionsmaskinen erhållit de känne- tecken som framgår av patentkrav 1. Särskilt föredragna utföringsformer anges i underkraven 2-ll. Vidare omfattar föreliggande uppfinning ett sätt att driva absorptions- maskinen, och detta sätt har de kännetecken som framgår av patentkrav 12. Särskilt föredragna sätt anges i under- kraven 13-18.

För närmare förklaring av föreliggande uppfinning hänvisas till de bifogade ritningarna.

Fig 1 och 2 visar två föredragna utföringsformer av anordningen enligt föreliggande uppfinning.

Den i fig 1 visade värmetransformatorn är avsedd att från systemet, som den är integrerad i, erhålla spillvärme vid olika lägre temperaturnivåer och avge nyttovärme vid olika högre temperaturnivåer. När det använda arbetsmedie- paret är t ex H20/NaOH, möjliggör den betydande höjningen av kokpunkten hos blandningar av vatten och NaOH, uppnåen- de av höga temperaturer på nyttovärmet.

Värmetransformatorn enligt fig l omfattar samma huvuddelar som en vanlig värmetransformator, nämligen en absorbator 1, en generator 2, en kondensor 3 och en för- ångare 4, varvid generatorn 2 och kondensorn 3 är anord- nade på en högre nivå än absorbatorn l och förångaren 4 för att en arbetsmedielösning skall cirkulera mellan och genom absorbatorn 1 och generatorn 2 och varvid i genera- torn 2 avskilt arbetsmedium bringas att strömma från gene- ratorn 2 genom kondensorn 3 och förångaren 4 och sedan till arbetsmedielösningen i absorbatorn 1 utan användning av pumpar, dvs med användning av självcirkulationsprinci- pen.

Absorbatorn l och generatorn 2 är indelade i vardera tre fack, la, lb, lc och 2a, 2b, 2c, varvid facken åt- skiljs med skiljeväggar 5, som lämnar spalt för ångför- bindelse upptill och för vätskeförbindelse nertill mellan de olika facken i absorbatorn 1 resp generatorn 2. I såväl 478 01 4; xo absorbatorn 1 som i generatorn 2, där de olika facken ut- gör kommunicerande kärl, råder sålunda på arbetsmediesidan konstant tryck.

De olika facken la, lb, lc, 2a, 2b, 2c i absorbatorn 1 resp generatorn 2 är försedda med var sitt värmeväxlar- paket 6a, 6b, 6c resp 7a, 7b, 7c, som är försedda med separata in- och utlopp. Generatorn 2 och absorbatorn 1 är förbundna med varandra genom en ledning 8 försedd med en strypfläns 10 i sin nedre del och en ledning 9 försedd med en backventil ll i sin nedre del. En temperaturkännare 12 är anordnad i ledningen 8 mellan strypflänsen 10 och gene- ratorn 2. En av temperaturkännaren 12 styrd flödesregler- ventil 13 är anordnad i ledningen 9 mellan generatorn 2 och backventilen ll.

Absorbatorns l första fack la tillförs en svag arbetsmedielösning, t ex H20/NaOH med låg koncentration arbetsmedium, dvs H20, från generatorn 2 genom ledningen 9. Denna svaglösning blandas upp med den redan i facket la befintliga arbetsmedielösningen, i vilket fack det sam- tidigt nertill tillförs arbetsmedium i form av ånga, som kondenserar i (absorberas av) arbetsmedielösningen. Det värme som här utvecklas i fack la tas upp av det värme- bärande mediet i värmeväxlarpaketet 6a. Därefter överförs arbetsmedielösningen till det intilliggande kommunicerande facket lb, där mer arbetsmedium i form av ånga tillförs.

Det värme, som utvecklas i detta fack lb, har lägre tempe- ratur än det, som utvecklades i fack la, p g a att kok- punktsförhöjningen här är mindre som följd av att lös- ningen blivit anrikad på arbetsmedium. Det i fack lb ut- vecklade värmet tas upp av det värmebärande mediet i värmeväxlarpaketet 6b, som alltså får lägre temperatur än det värmebärande mediet i värmeväxlarpaketet 6a, varefter arbetsmedielösningen överförs vidare till det intillig- gande kommunicerande facket lc. Även här tillförs arbets- medium i form av ånga och det utvecklade värmet upptas av det värmebärande mediet i värmeväxlarpaketet 6c, som åter- igen får lägre temperatur än det värmebärande mediet i 470 549 6 värmeväxlarpaketet 6b, p g a att arbetsmedielösningen blir allt mer rik på arbetsmedium. De tre värmeväxlarpaketen i absorbatorn avger följaktligen värmebärande medium med ' temperaturer i en fallande storlek frán 6a till 6c.

Arbetsmedielösningen från fack lc transporteras till ~ generatorn 2 genom ledningen 8, varvid det hydrostatiska trycket sjunker så att en liten del av den nära kokvarma arbetsmedielösningen förångas. Genom den pà så sätt upp- komna termosifonverkan kan denna transport ske utan hjälp av pump. Strypflänsen 10 är så dimensionerad att vätska passerar utan nämnvärt tryckfall. Redan en liten mängd ånga ökar tryckfallet màngdubbelt, varför praktiskt taget endast vätska kan passera strypflänsen 10. På detta sätt hålls vätskenivàn i absorbatorn konstant i höjd med ut- loppet till ledningen 8. Temperaturkännaren 12 kontrol- lerar (kok)temperaturen i ledningen 8. Om denna temperatur är för hög, vilket tyder på en alltför låg koncentration arbetsmedium, stryps med hjälp av flödesreglerventilen 13 arbetsmedielösningens flöde i ledningen 9. Om temperaturen är för låg, vilket tyder pá en alltför hög koncentration arbetsmedium, öppnas flödesreglerventilen 13 så att mer svag arbetsmedielösning tillförs absorbatorns 1 fack la.

På detta sätt regleras mycket enkelt det flöde av arbets- medium, som cirkulerar mellan absorbatorn l och generatorn 2.

Arbetsmedielösningen fràn absorbatorn l införs i generatorns 2 första fack 2a. Arbetsmedielösningen absor- berar värme fràn värmeväxlarpaketet 7a i det första facket 2a, varvid en del av arbetsmediet förángas och arbets- mediets kokpunkt stiger. Därefter överförs arbetsmedielös- ningen nertill under skiljeväggen 5 till det intilliggande . kommunicerande facket 2b, varvid värme absorberas från värmeväxlarpaketet 7b, som på insidan genomströmmas av ett ~ varmare värmebärande medium än värmeväxlarpaketet 7a. Mer arbetsmedium förángas, varvid arbetsmedielösningens kok- punkt stiger än mer. Arbetsmedielösningen förs vidare under skiljeväggen 5 till det intilliggande kommunicerande lO .lä- -J (_13 UI J; V.) 7 facket Zc, där mer arbetsmedium förángas genom värmeöver- föring från ett ännu varmare värmebärande medium i värme- växlarpaketet 7c. Den därigenom regenererade svaglösningen àtercirkuleras till absorbatorns 1 fack la.

Den i generatorn 2 producerade arbetsmedieàngan förs genom kondensorn 3 och föràngaren 4 och tillbaka nertill i alla facken i absorbatorn 1.

På detta sätt får man en värmetransformator, som kan avge många olika värmebärande medier med olika temperatu- rer och som kan utnyttja olika spillvärmen med olika tem- peraturer. En värmetransformator enligt föreliggande upp- finning går utmärkt att integrera i ett system, såsom flereffektsindunstning, komplicerade destillationsanlägg- ningar, kristallisationsprocesser och torkning.

I de fall arbetsmediet är vatten kan arbetsmedieånga, som tillförs absorbatorn, utgöras av processànga direkt från t ex ett lämpligt effektsteg i en flereffektsindunst- ningsanläggning medan arbetsmedieånga, som förångas i generatorn, kan föras direkt till en befintlig kondensor (en s k öppen cykel). De olika värmebärande medierna till de olika facken i generatorn kan utgöras av processånga och/eller kondensat från lämpliga effekter. På detta sätt kan man enligt uppfinningen erhålla en absorptionsvärme- pump eller en värmetransformator innehållande endast de två huvudkomponenterna absorbator och generator, vilka båda eller en av dem arbetar enligt flerfacksprincipen.

P g a den till följd av uppfinningen möjliga låga cirku- lationen av arbetsmedielösning mellan absorbator och generator är den för effektiviteten annars nödvändiga lös- ningsvärmeväxlaren i praktiken helt onödig.

En nackdel med i föregående stycken redovisade exem- pel på en öppen cykel, är att föroreningar i processångan kan ackumuleras i arbetsmedielösningen. För att undvika att så sker är man tvungen att kontinuerligt bortföra förorenad arbetsmedielösning (avblöda) och kontinuerligt tillföra ren arbetsmedielösning, vilket normalt är mycket kostsamt. Inom cellulosaindustrin är NaOH en förening som 47 0 549 8 används i stora mängder i produktionen. Genom att här använda arbetsmedieparet H20/NaOH kan problemet lätt lösas genom att den Na0H, som krävs i produktionen, tillförs via en öppen absorptionscykel kopplad till t ex en fleref- fektsindunstning för svartlut. Tillförseln av ren arbets- medielösning kan ske var som helst i systemet, t ex i absorbatorns l första fack la, eller generatorns 2 första fack 2a, och även avskiljningen av förorenad arbetsmedie- lösning kan ske var som helst, t ex absorbatorns l sista fack lc eller generatorns 2 sista fack 2c. Här redovisad avblödningsteknik kan likaledes tillämpas i vanliga värme- absorptionspumpar och värmetransformatorer, dvs sådana som arbetar med enfacksprincipen.

Den i fig 2 visade värmetransformatorn fungerar pre- cis som den som visas i fig 1, förutom att cirkulationen av arbetsmedium i àngform inte utgörs av en sluten cykel.

I fig 2 används direktànga från systemet, som värmetrans- formatorn är integrerad i, och denna direktånga kan, som påpekats ovan, innehålla föroreningar från systemet. För att det inte skall ske en anrikning av föroreningar i värmetransformatorn tillförs ett flöde av ren arbetsmedie- lösning 15 i absorbatorns 1 första fack la, och samtidigt bortförs en ström av förorenad arbetsmedielösning 16 i absorbatorns l sista fack lc. Det generatorn 2 avskilda arbetsmediet i ångform förs t ex till en kondensor 17 för kondensering av arbetsmediet.

De i de föregående avsnitten redovisade utformningar- na av föreliggande uppfinning är endast två av många tänk- bara utformningar tillämpbara på såväl värmetransforma- torer som absorptionsvärmepumpar. Sålunda är principen för självcirkulation ej på något sätt nödvändig för att upp- finningen skall kunna utnyttjas. Cirkulationen av arbets- medielösning kan naturligtvis också upprätthållas med hjälp av organ för transport av arbetsmedielösning, där organet t ex kan utgöras av en pump. Flerfacksprincipen får emellertid till följd att cirkulationen är betydligt lägre än i vanliga absorptionsmaskiner, vilket innebär att 479 549 9 det blir lättare att både upprätthålla och styra ett självcirkulationsflöde.

En annan följd av det låga cirkulationsflödet av arbetsmedielösning är att den i normala värmetransforma- torer och absorptionsvärmepumpar för effektiviteten helt nödvändiga lösningsvärmeväxlaren kan elimineras, vilket avsevärt reducerar kostnaden för en värmetransformator eller absorptionsvärmepump utformad enligt föreliggande uppfinning.

Den stora fördelen med föreliggande uppfinning är att det i komplicerade system, såsom destillationsanlägg- ningar, kristallisationsprocesser och torkning endast behövs en absorptionsmaskin, som är utformad enligt före- liggande uppfinning, eftersom denna avger värmebärande medier med olika temperaturer från absorbatorn och utnytt- jar värmebärande medier med olika temperaturer i genera- 'COIII .

Claims (18)

4: ~<| 10 15 20 25 30 35 CD (H rs WD 10 PATENTKRAV

1. Absorptionsmaskin, som arbetar med ett arbets- mediepar, innefattande en arbetsmedielösning och ett arbetsmedium, och som omfattar en absorbator (1) med värmeväxlarpaket och en generator (2) med värmeväxlar- paket, varvid generatorn (2) och absorbatorn (1) är för- bundna med varandra genom två ledningar (8, 9), k ä n - n e t e c k n a d av att absorbatorn (1) och/eller gene- ratorn (2) är indelade i två eller flera fack (la, lb, lc, 2a, 2b, 2c), vilka har förbindelse sinsemellan och vilka har var sitt värmeväxlarpaket (6a, Gb, 6c, 7a, 7b, 7c) med separata in- och utlopp.

2. Absorptionsmaskin enligt krav l, k ä n n e - t e c k n a d av att vätske- resp ångförbindelserna är anordnade nertill resp upptill i skiljeväggarna (5) mellan de olika facken (la, lb, lc, 2a, 2b, 2c).

3. Absorptionsmaskin enligt krav l eller 2, k ä n - n e t e c k n a d av att generatorn (2) och absorbatorn (l) är anordnade på olika nivåer.

4. Absorptionsmaskin enligt krav 1 eller 2, k ä n - n e t e c k n a d av att ledningen (9), som överför arbetsmedielösning från generatorn (2) till absorbatorn (1), är försedd med ett organ för transport av arbets- medielösning från generatorn (2) till absorbatorn (1).

5. Absorptionsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att en strypfläns (10) är an- ordnad nära absorbatorn (1) i den ledning (8) som överför arbetsmedielösning från absorbatorn (1) till generatorn (2) och att en backventil (ll) är anordnad i den ledning (9) som överför arbetsmedielösningen från generatorn (2) till absorbatorn (1).

6. Absorptionsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att en temperaturkännare (12) är anordnad mellan strypflänsen (10) och generatorn (2) i 10 15 20 25 30 35 *J CD LH rs V3 11 den ledning (8) som överför arbetsmedielösning från absor- batorn (1) till generatorn (2).

7. Absorptionsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att en av temperaturkännaren (12) styrd flödesreglerventil (13) är anordnad mellan generatorn (2) eller organet för transport av arbetsmedie- lösning och backventilen (11) i den ledning (9) som över- för arbetsmedium från generatorn (2) till absorbatorn (1).

8. Absorptionsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att värmeväxlarpaketen (6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c) är av lamell-, tub- eller spiraltyp.

9. Absorptionsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att arbetsmedieparet är valt bland H20/NaOH, H20/KOH, H20/LiBr, H20/CSOH, H2O/hydr0xid- blandningar, H20/nitratblandningar och NH3/H20.

10. Absorptionsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den har ett inlopp för ren arbetsmedielösning och ett utlopp för en konti- nuerlig avblödning av förorenad arbetsmedielösning.

11. ll. Absorptionsmaskin enligt krav 10, k ä n n e - t e c k n a d av att inloppet för ren arbetsmedielösning är anordnat i absorbatorns (1) första fack (la), och att utloppet för kontinuerlig avblödning av förorenad arbets- medielösning är anordnat i absorbatorns (1) sista fack (lc) eller generatorns (2) sista fack (Zc).

12. Sätt att driva en absorptionsmaskin, som omfattar en absorbator (1) med värmeväxlarpaket och en generator (2) med värmeväxlarpaket, vid vilket sätt arbetsmedielös- ning överförs mellan absorbatorn (1) och generatorn (2) i ledningar (8, 9) och vid vilket sätt arbetsmedielösning bringas att cirkulera genom absorbatorn (1) och generatorn (2), samt arbetsmedium i àngform avskiljs i generatorn (2) och arbetsmedium i àngform tillförs absorbatorn (l), k ä n n e t e c k n a t av att absorbatorn (1) och/eller generatorn (2) indelas i minst två fack (la, lb, lc, 2a, 2b, 2c), vilka har förbindelse sinsemellan och vilka har var sitt värmeväxlarpaket (6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c) med 470 54-9 10 15 20 25 30 35 12 separata in- och utlopp, att arbetsmedielösning inmatas i absorbatorns (1) första fack (la) och avlägsnas från dess sista fack (lo) för att arbetsmedielösningen skall bi- bringas successivt högre koncentration av arbetsmedium och successivt lägre temperatur, att den i absorbatorns (1) sista fack (lc) avskilda arbetsmedielösningen överförs till generatorns (2) första fack (2a), att värmeväxlar- paketen_(7a, 7b, 7c) i generatorns olika fack (2a, 2b, 2c) matas med ånga av successivt högre temperaturer från första fackets (2a) värmeväxlarpaket (7a) till sista fackets (2c) värmeväxlarpaket (7c) för att arbetsmedie- lösningen skall bibringas successivt lägre koncentration av arbetsmedium och successivt högre temperatur vid sin strömning genom generatorn (2).

13. Sätt enligt krav 12, att arbetsmedielösningen överförs via öppningar nertill i k ä n n e t e c k n a t av skiljeväggarna (5) mellan de olika facken (la, lb, lc, 2a, 2b, 2c).

14. Sätt enligt krav 12 eller 13, t e c k n a t av att arbetsmedielösningen bringas att k ä n n e - självcirkulera genom absorbatorn (l) och generatorn (2) genom termosifoneffekten genom att absorbatorn (1) och generatorn (2) anordnas pà olika nivàer.

15. Sätt enligt krav 12 eller 13, t e c k n a t av att arbetsmedielösningen bringas att k ä n n e - cirkulera genom absorbatorn (1) och generatorn (2) genom användning av ett organ för transport av arbetsmedielös- ningen.

16. Sätt enligt nàgot av kraven 12-15, k ä n n e - t e c k n a t av att temperaturen i den ledning (8) som överför arbetsmedielösning från absorbatorn (1) till gene- ratorn (2) avkänns och utnyttjas för styrning av arbets- medielösningens flöde.

17. Sätt enligt något av kraven 12-16, t e c k n a t av att i absorbatorn (1) inkommande arbets- k ä n n e - medium i ångform utgörs av direktànga från systemet, som absorptionsmaskinen är integrerad i, och att ett flöde av W 10 15 20 25 30 35 470 549 13 ren arbetsmedielösning tillförs absorptionsmaskinen och att en förorenad arbetsmedielösning avskiljs.

18. Sätt enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a t av att flödet av ren arbetsmedielösning tillförs absorbatorns (l) första fack (la) och att förorenad arbetsmedielösning avskiljs fràn absorbatorns (l) sista fack (lc) eller från generatorns (2) sista fack (2c).