Austreiber für Sorptionswärmepumpen

Abstract

 Das Austreibergehäuse (4) des Austreibers (1) einer Wärmepumpenanlage weist einen zylindrischen Gehäuseabschnitt (4a) auf, der allseitig mit im wesentlichen senkrecht darauf stehenden Zapfen (15) bestückt ist. Die Zapfen (15) erstrecken sich bis zur Innenwand (11) einer den zylindrischen Gehäusewandabschnitt (4a) umgebenden Heizkammer (8). In der Heizkammer (8) ist ein Brenner (9) unter dem senkrechtstehenden Austreibergehäuse (4) angeordnet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Austreiber für Sorptionswärmepumpen zum Austreiben des in einer Lösung zugeführten Arbeitsmittels, mit einem in einer Heizkammer über einem Brenner angeordneten senkrechten Austreibergehäuse, das einen zylindrischen Gehäusewandabschnitt aufweist, an dem die Wärmeaufnahmefläche des Austreibergehäuses vergrößernde Wandvorsprünge angebracht sind.

[0002] Derartige Austreiber dienen dazu, in einem Wärmepumpenkreislauf das in gelöster Form zugeführte Arbeitsmittel in die Dampfphase überzuführen. Im Austreiber erfolgt daher die Zufuhr der Antriebsenergie für den Wärmepumpenkreislauf.

[0003] Der Brenner kann mit flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoffen betrieben werden. Die Heizgase umstreichen den stehend angeordneten Austreiber und geben dabei Wärmeenergie an die Oberfläche des Austreibergehäuses ab.

[0004] Bei einem Austreiber der eingangs beschriebenen Bauart, der für ein Absorptionskälteaggregat bestimmt ist (US-PS 3 367 137) weist der zylindrische Gehäusewandabschnitt des Austreibergehäuses umlaufende Rippen auf, deren Außenkanten jeweils von den Heizgasen umströmt werden. Trotz der durch die Rippen erzielten wesentlichen Vergrößerung der Wärmeaufnahmefläche gegenüber einem glatten Austreibergehäuse wird der Wärmeübergang hierbei nur wenig verbessert, weil die Heizgase im wesentlichen nur außen an den Rippen vorbeistreichen.

[0005] Bei einem anderen bekannten Austreiber, dessen stehendes Austreibergehäuse ebenfalls umlaufende Rippen zur Vergrößerung der Wärmeaufnahmefläche aufweist (DE-PS 2 009 377), wird eine Verbesserung des Wärmeübergangs dadurch erreicht, daß der Brenner seitlich neben dem Austreiber angeordnet ist und der Austritt für die Heizgase aus der Heizkammer auf der dem Brenner gegenüberliegenden Seite der Heizkammer erfolgt. Dadurch werden die Heizgase zwar gezwungen, den Austreiber zu passieren, jedoch ist die Wärmeübertragung nicht an allen Seiten des Austreibers gleich, was sich ungünstig auf den Arbeitswirkungsgrad des Austreibers auswirkt.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Austreiber der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Wirkungsgrad erhöht und somit eine größtmögliche Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Heizenergie erreicht wird; insbesondere wird eine gleichmäßige und gute Wärmeübertragung von den Heizgasen an die im Austreiber vorhandene Lösung angestrebt. Der Austreiber soll dabei einfach und kostengünstig herzustellen sein und einen geringen Raumbedarf aufweisen.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wandvorsprünge des Austreibergehäuses im wesentlichen senkrecht auf dem zylindrischen Gehäusewandabschnitt stehende Zapfen sind, die sich bis zur Innenwand der ebenfalls zylindrischen Heizkammer erstrecken.

[0008] Die vom Brenner nach oben steigenden Heizgase werden parallel zum Austreibergehäuse geführt und treten dabei zwangsläufig in enge Berührung mit den auf dem zylindrischen Gehäusewandabschnitt angeordneten Zapfen. Ein Ausweichen der Heizgasströmung zu den freien Enden der Zapfen hin ist nicht möglich, da die Innenwand der Heizkammer dies verhindert. Die erzwungene Umströmung der Zapfen führt zu einer intensiven Wärmeabgabe. Die Zapfen leiten diese Wärme auf kürzestem Weg in die Wand des Austreibergehäuses.

[0009] Die stehende Bauart des Austreibers führt dazu, daß der untere Abschnitt des Austreibers, in dem sich die arme Lösung sammelt, am stärksten beheizt wird.

[0010] Die durch die Anordnung des Brenners unter dem senkrecht angeordneten Austreiber bedingte, bisher als nachteilig empfundene Bauhöhe wird durch die erfindungsgemäße Gestaltung wieder dadurch verringert, daß der Strömungsweg der aufsteigenden Heizgase durch die umströmten Zapfen vergrößert wird. Dadurch steht trotz der im wesentlichen senkrechten Heizgasführung eine ausreichende Verweilzeit der Heizgase im Bereich des Austreibergehäuses zur Verfügung, so daß der erwünschte weitgehende Wärmeaustausch auch bei geringerer Bauhöhe erreicht wird.

[0011] Die Zapfen können mit unterschiedlicher Querschnittsgestaltung ausgeführt werden, wobei sich Maßnahmen zur Vergrößerung der Zapfenoberfläche als vorteilhaft erwiesen haben, beispielsweise die Anordnung von umlaufenden Rippen an den Zapfen oder die Ausführung der Zapfen als schmale, längliche Rippen oder Schaufeln, die nicht nur ein besonders günstiges Verhältnis der umströmten Oberfläche zur Querschnittsfläche aufweisen, sondern auch eine besonders günstige Strömungsführung der Heizgase ermöglichen, indem die Rippen_' gleichmäßig oder wechselweise gegenüber der Mantellinienrichtung des zylindrischen Gehäusewandabschnitts schräggestellt werden.

[0012] Die Herstellung ist schon dadurch besonders vereinfacht, daß die Zapfen durch weitgehend automatisch arbeitende Bolzensetzmaschinen auf den zylindrischen Gehäusewandabschnitt im Stumpfschweißverfahren aufgeschweißt werden können. Eine weitere Herstellungsvereinfachung läßt sich dadurch erreichen, daß die Zapfen oder Rippen Zähne eines gezahnten Blechbandes sind, das um den zylindrischen Gehäusewandabschnitt gewendelt ist.

[0013] Der im Inneren des Austreibers herrschende, verhältnismäßig hohe Druck macht die Ausführung des Austreibergehäuses als geschweißter Druckbehälter aus Stahl erforderlich. Um gleichwohl die an sich für die Herstellung sehr günstige Gußausführung der Zapfen einsetzen zu können, wird in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, die Zapfen einstückig mit einer äußeren Gehäusewand auszuführen, die mit einer inneren Gehäusewand zur Bildungs eines zweischaligen Austreibergehäuses verbunden ist. Da die äußere, gegossene Gehäusewandkeinen Innendruck aufnehmen muß, kann bei der Werkstoffauswahl weitgehend auf günstige Wärmeübertragungseigenschaften und Korrosionsbeständigkeit Rücksicht genommen werden. Dies wirkt sich besonders günstig aus, wenn dadurch Brennstoffe verwendet werden können, deren korrosives Verhalten die direkte Beheizung eines aus Stahl bestehenden Austreibers bisher unmöglich machte.

[0014] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

[0015] Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

[0016] Es zeigt:

Fig. 1 einen Austreiber einer Wärmepumpenanlage im senkrechten Schnitt mit dem umgebenden Heizkammergehäuse,

Fig. 2 eine Teil-Abwicklung des zylindrischen Gehäusewandabschnitts des Austreibers nach Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt im Bereich der zwischen dem Austreibergehäuse und der Heizkammerwand angeordneten Zapfen mit gerippter Oberfläche,

Fig. 4 in einem vergrößerten Teilschnitt ähnlich der Fig.3 Zapfen in Vierkantform,

Fig. 5 eine Teil-Abwicklung des zylindrischen Gehäusewandabschnitts des Austreibers mit Zapfen gemäß Fig.4,

Fig. 6 in einem Teil-Längsschnitt auf dem zylindrischen Gehäusewandabschnitt eines Austreibers angeordnete Zapfen, die einstückig mit einer äußeren Gehäusewand ausgeführt sind, die mit der inneren Gehäusewand verbunden ist,

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Austreiber ähnlich der Fig. 1, wobei der zylindrische Gehäusewandabschnitt jedoch mit wechselweise schräggestellten Rippen besetzt ist,

Fig. 8 eine Teil-Abwicklung des zylindrischen Gehäusewandabschnitts des Austreibers nach Fig. 7,

Fig. 9 eine Darstellung ähnlich der Fig. 7, wobei die Rippen jedoch gleichmäßig schräggestellt sind,

Fig.10 die zur Ausführung nach Fig. 9 gehörende Teil-Abwicklung des zylindrischen Gehäusewandabschnitts,

Fig.11 in einer Darstellung ähnlich den Fig. 1, 7 und 9 einen Austreiber mit einem um den zylindrischen Gehäusewandabschnitt gewendelten, gezahnten Blechband und

Fig.12 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie XII-XII in Fig.11.

[0017] Die in den Fig. 1, 7, 9 und 11 gezeigten Austreiber 1 sind Teil einer Wärmepumpenanlage. Aus einem Absorber 2, der in Fig. 1 nur andeutungsweise dargestellt ist, wird durch eine Leitung 3 eine mit dem Arbeitsmittel der Wärmepumpe, beispielsweise iNH₃ angereicherte Lösung zugeführt, die über mehrere im Inneren eines Austreibergehäuses 4 angeordnete Rektifizierböden in den unteren Teil des Austreibers 1 gelangt. Dabei wird aus der Lösung das Arbeitsmittel durch Erhitzen ausgetrieben; es tritt am oberen Ende des Austreibers 1 durch eine Leitung 5 aus und wird dem Kreislauf der Wärmepumpenanlage zugeführt. Die sogenannte "arme" Lösung wird durch eine Leitung 6 aus dem unteren Teil des Austreibers 1 über eine Leitung 7 wieder zum Absorber 2 geleitet.

[0018] Das Austreibergehäuse 4 weist einen langen, senkrecht stehenden zylindrischen Gehäuseabschnitt 4a auf, der am oberen und unteren Ende durch angeschweißte Kugelhalbschalen 4b und 4c verschlossen ist, so daß das Austreibergehäuse 4 einen zur Aufnahme hohen Innendrucks geeigneten Stahlbehälter darstellt. Der größte Teil des zylindrischen Gehäusewandabschnitts 4a ragt in eine im Querschnitt ebenfalls im wesentlichen zylindrische Heizkammer 8 , in der sich unterhalb des Austreibers 1 ein Brenner 9 befindet, der beispielsweise mit Gas oder Heizöl beheizt wird. Am oberen Ende der Heizkammer 8 ist ein seitlicher Heizgasaustritt 10 vorgesehen.

[0019] Die verschiedenen dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich nur durch die Zapfen, die im wesentlichen senkrecht auf dem zylindrischen Gehäusewandabschnitt 4a angebracht sind und sich bis zur Innenseite 11 der Heizkammer-Seitenwände 12 erstrecken.

[0020] Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 handelt es sich dabei um zylindrische Zapfen 13, die auf den zylindrischen Gehäusewandabschnitt 4a stumpf aufgeschweißt sind, und zwar in der in Fig. 2 gezeigten versetzten Anordnung der übereinanderliegenden Reihen. Dadurch werden die Heizgase zu einer ständigen Richtungsänderung und intensiven Umströmung der Zapfen 13 gezwungen, wie in ^Fig. 2 mit einer eingezeichneten Linie angedeutet ist.

[0021] Eine Abwandlung hiervon zeigt Fig. 3. Die Zapfen 14 weisen hierbei umlaufende Rippen 14a auf, so daß die Zapfenoberfläche zur Verbesserung der Wärmeübertragung gegenüber der zylindrischen Form nach Fig. 1 und 2 vergrößert ist.

[0022] Eine andere Abwandlung gegenüber der glatten zylindrischen Form zeigen die Zapfen 15 nach den Fig. 4 und 5, die Vierkantform haben.

[0023] Diese oder andere Zapfenformen können bei der Ausführung nach Fig. 6 gewählt werden. Dort sind die Zapfen 16 einstückig mit einer äußeren Gehäusewand. 16a des Austreibers 1 gegossen. Diese äußere Gehäusewand 16a, die beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, ist fest mit dem die innere Gehäusewand bildenden zylindrischen Gehäusewandabschnitt 4a des aus Stahl geschweißten Austreibergehäuses 4 verbunden.

[0024] Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7 - 10 haben die auf dem zylindrischen Gehäusewandabschnitt 4a angebrachten Zapfen die Form von schmalen, länglichen Rippen 17, die gegenüber der Mantellinienrichtung des zylindrischen Gehäusewandabschnitts 4a schräggestellt sind. Die gewünschte intensive Umströmung der Rippen 17 kann beispielsweise durch eine gleichmäßige Schrägstellung aller Rippen 17 in derselben Richtung erzielt werden, wie in der Abwicklung nach Fig. 1₀ gezeigt, oder die Rippen 17 können in den übereinanderliegenden Reihen abwechselnd nach der einen und nach der anderen Seite schräggestellt werden, wie in Fig. 8 gezeigt.

[0025] Ebenfalls als schräggestellte Rippen 18 sind die von den Heizgasen umströmten Zapfen bei der Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 ausgeführt. Diese Rippen 18 sind Zähne eines gezahnten Blechbandes 19, das um den zylindrischen Gehäusewandabschnitt 4a gewendelt und mit diesem verschweißt ist. Die Rippen 18 können gegenüber der Bandlängsrichtung schräggestellt, d. h. geschränkt sein, um die für den gewünschten Strömungsverlauf der Heizgase günstigste Richtung einzunehmen.

Ansprüche

1. Austreiber für Sorptionswärmepumpen zum Austreiben des in einer Lösung zugeführten Arbeitsmittels, mit einem, in einer Heizkammer über einem Brenner angeordneten senkrechten Austreibergehäuse, das einen zylindrischen Gehäusewandabschnitt aufweist, an dem die Wärmeaufnahmefläche des Austreibergehäuses vergrößernde Wandvorsprünge angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandvorsprünge des Austreibergehäuses (4) im wesentlichen senkrecht auf dem zylindrischen Gehäusewandabschnitt (4a) stehende Zapfen (13-18) sind, die sich bis zur Innenwand (11) der ebenfalls zylindrischen Heizkammer (4) erstrekken.

2. Austreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (13) Zylinderform haben.

3. Austreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdie Zapfen (15) Vierkantform haben.

4. Austreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (14) umlaufende Rippen (14a) oder Vorsprünge aufweisen.

5. Austreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Mantellinienrichtung des zylindrischen Gehäusewandabschnitts (4a) aufeinanderfolgenden Zapfen (13-18) gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind.

6. Austreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (17, 18) als schmale, längliche Blätter ausgeführt sind.

7. Austreiber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (17, 18) gegenüber der Mantellinienrichtung des zylindrischen Gehäusewandabschnitts (4a) schräggestellt sind.

8. Austreiber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, _daß die Rippen, (18) als Zähne eines gezahnten Blechbandes (19) ausgebildet sind, das um den zylindrischen Gehäusewandabschnitt (4a) gewendelt ist.

9. Austreiber nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (13, 14, 15) mit dem zylindrischen Gehäusewandabschnitt (4a) durch Stumpfschweißung verbunden sind.

10. Austreiber nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (16) einstückig mit einer äußeren Gehäusewand (16a) ausgeführt, vorzugsweise gegossen sind, die mit einer inneren Gehäusewand (4a) zur Bildung eines zweischaligen Austreibergehäuses verbunden ist.

Zeichnung