Austreiber für eine Sorptionswärmepumpe

Abstract

 Austreiber für eine Absorptionswärmepumpe mit einem in eine Brennkammer hineinragenden mit einem Kälte-Lösungsmittelgemisch gefüllten an seinem Außen- und Innenmantel mit Wärmetauschflächen versehenen Behälter, wobei auf dem Außenmantel des Behälters Rippen angeordnet sind, die um 10 bis 40 Grad gegen die Behälterachse geneigt sind und wobei die Rippen einem Verhältnis von H :DA = 1,1 bis 1,5 genügen. DA ist der Außendurchmesser des Behälters einschließlich zweier gegenüberliegender Rippen und H bedeutet die Rippenhöhe.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Austreiber für eine Sorptionswärmepumpe gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.

[0002] Durch die ältere deutsche Patentanmeldung P 3201074.5 ist eine Kolonne für eine Sorptionswärmepumpe bekanntgeworden, die einen Austreiber und ein Rektifikatorteil sowie einen Brenner aufweist, wobei im Bereich des Kochers am Außenmantel der Kolonne mäanderförmige Aufsätze angeordnet sind. Die mäanderförmigen Aufsätze sind in Form von Ringen gestaltet, deren Außendurchmesser mit wachsendem Abstand vom Brenner in der Höhe größer gehalten sind. Die einzelnen Mäander der Aufsätze können hierbei in Umfangrichtung zueinander versetzt angeordnet sein. Zur Erhöhung des Wärmeübergangs von den Abgasen des Brenners auf den Innenraum des Kochers sind an der Innenseite der Kolonne mit Rippen versehene Wärmeübertragungsbolzen angeordnet.

[0003] Hierbei befinden sich die Bolzen ringförmig in einer Ebene.

[0004] Der Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß sich senkrecht gerichtete Kanäle sowohl am Innen- als auch am Außenmantel des Austreibers bilden, so daß die entlang dem Außenmantel nach oben streichenden Abgase des Brenners nicht ausreichend abgekühlt werden. Demgemäß ist der thermische Wirkungsgrad eines solchen Austreibers nicht gut genug.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den thermischen Wirkungsgrad eines solchen Austreibers erheblich zu verbessern.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen des ersten unabhängigen Anspruchs.

[0007] Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der dem ersten unabhängigen Anspruch nachgeordneten Ansprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

[0008] Es ist weiterhin bereits bekannt, bei Absorptionswärmepumpen Lösungsmittel-Wärmetauscher vorzusehen, bei denen ein Wärmetausch zwischen der vom Absorber kommenden kühlen reichen Lösung und der den Austreiber in Richtung Absorber verlassenden armen heißen Lösung stattfindet. Der Wärmetauscher ist als gesondertes vom eigentlichen Austreiber losgelöstes Bauteil in Erscheinung getreten.

[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt daher weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen solchen Lösungsmittel-Wärmetauscher in den Austreiber einer brennstoffbeheizten Sorptionswärmepumpe zu integrieren und betriebsmäßig zu optimieren.

[0010] Die Lösung dieser Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des zweiten unabhängigen Anspruchs.

[0011] Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der diesem Anspruch zugeordneten abhängigen Ansprüche.

[0012] Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 3201074 ist eine Sorptionswärmepumpe. Sorptionswärmepumpe mit einem von Abgasen eines Brenners beheizten Austreiber, der in einer Brennkammer unter Belassung eines Ringraumes angeordnet ist.

[0013] Bei einer solchen Wärmepumpe ist es nachteilig, daß die die Brennkammer über den Abgasstutzen verlassenden Abgase sich auf einem noch sehr hohen Temperaturniveau befinden, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der Gesamtanlage auswirkt.

[0014] Der Erfindung liegt mithin zusätzlich die Aufgabe zugrunde, eine Sorptionswärmepumpe mit einem Abgaswärmetauscher zu versehen, der an einer Stelle vorzusehen ist, an der der Strömungsquerschnitt für das Abgas eingeschnürt ist, so daß dort ein optimaler Wärmeübergang auf ein Wärmepumpenmedium möglich ist, das sich auf einem tiefen Temperaturniveau befindet.

[0015] Die Lösung dieser Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des dritten unabhängigen Anspruchs.

[0016] Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der diesem nachgeordneten Unteranspruch beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.

[0017] Es zeigen:

Figur eins einen Querschnitt durch einen in der Senkrechten geschnittenen Austreiber,

Figur zwei einen weiteren Querschnitt in einer waagerechten Schnittebene im vergrößerten Maßstab und

Figur drei ein vergrößertes Detail.

[0018] In den drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

[0019] Der Austreiber 1 weist ein Isoliergehäuse 2 auf, das einen Hohlzylinder umschließt. Innerhalb des Gehäuses ist im Abstand von dessen Innenwandung der eigentliche Behälter 3 aufgehängt, der mit einem Gemisch aus Kältemittel (Ammoniak) und Lösungsmittel (Wasser) gefüllt ist. Das Gehäuse 2 ist von einer Abdeckung 4 in einem Abstand 5 umgeben, so daß ein der Luftführung dienender Spaltraum entsteht. Durch Öffnungen 6 an der Oberseite der Abdeckung 4 kann Luft einströmen und in dem durch den Abstand 5 gebildeten Spaltraum am Außenmantel der Abdeckung 4 entlangstreichen und von dort Wärme aufnehmen. Durch eine am Boden der Abdeckung 4 angeordnete Luftdurchtrittsöffnung 7 tritt die Luft in den Innenraum 8 des Gehäuses 2 ein. Der Behälter 3 weist im wesentlichen Zylinderform auf, an seinem unteren Ende 9 ist er mit einer halbkugeligen Abrundung 10 versehen.

[0020] Diese halbkugelige Abrundung bildet den tiefsten Teil des Austreibers, darunter ist ein hohlzylindrischer Gasbrenner 11 angeordnet, der über eine Brennstoffzuleitung 12 mit Gas gespeist ist. Zwischen der Oberseite 13 des Brenners 11 und der halbkugeligen Abrundung 10 ist ein kegelförmiger Leitkörper 14 angeordnet.

[0021] Zwischen dem Innenmantel 15 des Gehäuses 2 und dem Außenmantel 16 des Behälters 3 erstreckt sich oberhalb der halbkugeligen Abrundung 10 eine Wärmetauschzone zwischen den Rauchgasen des Brenners und dem Innenraum 17 des Behälters 3. Diese Wärmetauschzone besteht aus Rippen, die auf den Außenmantel des Behälters aufgebracht sind. Die Rippen sind Teil eines Blechbandes, das gebogen ist und sich mit seinem Innendurchmesser nach Art einer Schraube unter Wahrung von Abständen im Höhenniveau jeweils an den Außenmantel des Behälters 3 anlegt. Da das Band im Bereich seines sich an den Innenmantel 15 des Gehäuses 2 anlegenden Außendurchmessers mit Schlitzen 18 versehen ist, bilden sich verwundene Rippen 19, die in einem Bereich von 20 bis 30° gegen die Behälterlängsachse schräg gestellt sind. Durch Versuche hat sich herausgestellt, daß der Winkel im Bereich von 10 bis 40° gewählt werden sollte, wobei 30° das Optimum darstellt.

[0022] Aus der Figur zwei sind die Schlitze 18 und die Rippen 19 gut zu sehen, gleichermaßen das Anlegen des Außendurchmessers 20 des Blechbandes 21 an den Innenmantel 16 des Gehäuses 2 und das Anlegen des Innendurchmessers 22 des Blechbandes an den Außenmantel des Behälters 3.

[0023] Die Höhe 23 der gesamten Rippenzone verhält sich zum Außendurchmesser 20 wie 1,1 bis 1,5. Das bedeutet, daß der Außendurchmesser um 10 bis 50 % größer ist als die Höhe. An der Oberseite der Rippenzone ist ein in den Innenraum 8 des Gehäuses 2 hereinragender Kegelstumpfteil 24 angeordnet, der vom Innenmantel 15 des Gehäuses 2 ausgeht und sich nach oben hin enger werdend erstreckt. Er schnürt den Ringraum zwischen dem Außenmantel des Behälters 3 und dem Innenmantel des Gehäuses 2 um zweidrittel ein. Oberhalb dieses Ringraums 25 ist im Ringraum ein Abgaswärmetauscher 26 angeordnet, der an eine Rücklaufleitung 27 für reiche Lösung angeschlossen ist und dessen Vorlaufleitung 28 zum Innenraum 17 des Behälters 3 führt.

[0024] Am obersten Ende 29 des Ringraums 25 ist ein mit einem Gebläse 30 versehener Abgasstutzen 31 angeschlossen, der mit einem nicht dargestellten Schornstein verbunden ist. Das Gebläse ist von einem Motor 32 angetrieben. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Motordrehzahl so zu regeln, daß die Gebläseförderleistung in Abhängigkeit von einer Heizkurve an den Gasdurchsatz zum Brenner angepaßt ist, um eine Verhältnisregelung zwischen Luft und Brennstoff zu erzielen.

[0025] Der Innenraum 17 des Behälters 3 weist den nun noch zu beschreibenden Austreiber zusammen mit dem Rektifikator auf: Die reiche, aus dem mit der Leitung 28 verbundenen Temperaturwechsler kommende Lösung wird über einen Bohrstutzen 33 in den Innenraum 3, und zwar auf dem höchsten Niveau eingeleitet. Die reiche Lösung fließt über eine Vielzahl von Kolonnenböden, deren oberster mit 34 bezeichnet ist und deren unterster 35 etwa auf dem Niveau des oberen Endes 29 der Abdeckung 4 beziehungsweise des Gehäuses 2 angeordnet ist. Durch überlaufrohre 36 gelangt die reiche Lösung demgemäß auf den tiefsten Boden und wird von dort über ein zentrales Oberlaufrohr 36 zu einem Lösungsmittel-Wärmetauscher 37 geführt. Der Lösungsmittel-Wärmetauscher 37 besteht aus zwei konzentrischen Rohren 37 und 38, wobei das Rohr 38 identisch ist mit der zum Temperaturwechsler führenden Austrittsleitung für arme Lösung 39. Durch die Wandung des Innenrohres 38, das mit heißer armer Lösung gefüllt ist, findet eine Vorwärmung der reichen Lösung statt, die im Ringraum zwischen den Rohren 38 und 37 herunterfließt. Den unteren Teil des Lösungsmittel-Wärmetauschers 37 bildet eine Rohrschlange 40, zu der die Leitung 38 aufgewickelt ist. Diese Rohrschlange ist von einer Erweiterung 41 des Rohres 37 umgeben. Die Erweiterung weist eine Austrittsstelle 42 für die reiche Lösung auf, diese Austrittsstelle liegt im Bereich der halbkugeligen Abrundung 10. Somit entsteht ein Ringraum 43 zwischen dem Außenmantel der Erweiterung 41 und dem Innenmantel des Behälters 3. Dieser Ringraum 43 ist mit Rippen versehen, die am Innenmantel des Behälters 3 angeordnet sind. Die Rippen bestehen aus einem Wellband oder aus einzelnen Winkelteilen 44, die aus der Figur zwei gut ersichtlich sind. Wesentlich ist, daß sich durch die Formgestaltung Rippeninnenräume 45 und Rippenaußenräume 46 ergeben, die beide mit Rohrabschnitten 47 gefüllt sind. Die Rohrabschnitte dienen zur besseren Wärmeübertragung der am Mantel des Behälters 3 anstehenden Wärme auf seinen Innenraum. Die Höhenlage der Zone der Innenrippen entspricht der Zone 23 des Außenmantels. Das Kältemittel-Lösungsmittelgemisch steht im Innenraum 17 des Behälters 3 bis zu einem Niveau 48. Oberhalb dieses Niveaus ist eine isolierende Sperrschicht 49 angeordnet. Die entstehende arme Lösung wird von einem Lösungsabzugsrohr 50 abgezogen, das unterhalb des Niveaus 48 endet. Das Lösungsmittel-Abzugsrohr ist mit Rohrschlange 40 verbunden.

[0026] Wesentlich ist noch, daß der Rauchgasnachkühler aus einem Rippenrohr besteht, das schraubenförmig um den Behälter 3 gewickelt ist und den Ringraum zwischen dem Gefäß 3 und dem Gehäuse 2 durchsetzt. Dieser Abgaswärmetauscher liegt oberhalb der Wärmetauschzone 23 des Austreibers.

[0027] Weiterhin ist wesentlich, daß das Lösungsmittel-Abzugsrohr auf einem Höhenniveau endet, das auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen unterhalb des - schwankenden - Niveaus 48 liegt. Bevorzugt ist das Ende des Lösungsmittel-Abzugsrohrs auf etwa zweidrittel der Höhe der Wärmetauschzone 23 angeordnet. Hierbei ist es möglich, diese Höhe zwischen der Hälfte und dreiviertel einzustellen.

[0028] Aus der Figur eins ist gut ersichtlich, daß der Lösungsmittel-Wärmetauscher 37, bestehend aus den konzentrischen Rohren 36 und 38, sich im oberen Bereich nur aus den beiden konzentrischen Rohren, im unteren Bereich, also in der Verrippungszone des Austreibers, hingegen aus der Erweiterung mit dem innenliegenden zu einer Rohrwendel 40 aufgewickelten Innenrohr 38 besteht. Die Rohrschlange tritt an der Unterseite etwa im Bereich der Austrittsöffnung 42 aus der Seitenwandung der Erweiterung 41 aus und wird zu einem Saugrohr 50 nach oben gelenkt. Hierbei ist vorgesehen, daß der Anfang des Saugrohres, der mit dem Innenraum 17 in Verbindung steht, so gelegt ist, daß er mit Sicherheit auch unter dem tiefsten zu erwartenden Höhenstand des Flüssigkeitsniveaus 48 zu liegen kommt. Bevorzugt liegt das Ende des Saugrohres oberhalb des oberen Endes 51 der Erweiterung, aber unterhalb des oberen Endes der Verrippungszone 23.

[0029] Wie insbesondere Figur drei gut zeigt, ist das Saugrohr nahe der Einmündungsstelle in die Erweiterung 40 mit kleinen Bohrungen 52 versehen, so daß auch im Falle eines sehr tiefliegenden Niveaustandes 48 nicht nur Kältemitteldampf, sondern auch noch Lösung durch die Kleinbohrung 52 aus dem Innenraum 17 abgeführt werden kann.

Ansprüche

1. Austreiber für eine Sorptionswärmepumpe mit einem in eine Brennkammer hineinragenden, mit einem Kälte-Lösungsmittelgemisch gefüllten, an seinem Außen- und Innenmantel mit Wärmetauschflächen versehenen Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Außenmantel (16) des Behälters (3) Rippen (19) angeordnet sind, die um 10 bis 40° gegen die Behälterachse geneigt sind, und daß die Rippen einem Verhältnis von h/DA = 1,1 bis 1,5 genügen, wobei DA der Außendurchmesser des Behälters einschließlich zweier gegenüberliegender Rippen und h die Rippenhöhe ist.

2. Austreiber nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Innenmantel des Behälters Rippen angeordnet sind, die kanalartige voneinander getrennte Räume bilden und daß diese Räume mit Hohlkörpern gefüllt sind.

3. Austreiber nach Anspruch zwei, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen als Blechband gestaltet sind, wobei der von ihm umschriebene Außendurchmesser DA sich zu dem von ihm umschriebenen Innendurchmesser DI wie 1,4 bis 1,7 verhält, und daß die Räume (45, 46) zwischen den Wellungen mit Füllhohlkörpern (47) gefüllt sind.

4. Austreiber nach einem der Ansprüche eins bis drei mit einem unterhalb des Behälters (3) angeordneten Brenner (11), dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (10) des Behälters (3) von einem Kegelkörper (14) gegenüber dem Brenner abgeschirmt ist.

5. Austreiber nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Außenmantel (16) des Behälters (3) angeordneten Rippen (19) aus einem gebogenen Blechband bestehen, dessen Außendurchmesser eingeschnitten ist und dessen Innendurchmesser mit dem Außenmantel des Behälters stoffschlüssig verbunden ist.

6. Austreiber für eine Sorptionswärmepumpe mit einem eine reiche Lösung aufnehmenden Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (17) des Behälters (3) ein Lösungsmittel-Wärmetauscher (37) vorgesehen ist, der einerseits mit kühler reicher Lösung aus dem Absorber, andererseits mit heißer armer Lösung aus dem Austreiber im Gegenstrom gespeist ist.

7. Austreiber nach Anspruch sechs, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösungsmittel-Wärmetauscher (37) im oberen Bereich als konzentrisches Doppelrohr (36/38), im unteren Bereich jedoch als in einer Erweiterung (41) des Außenrohres (36) gelagerte Rohrschlange (40) des Innenrohres (38) ausgeführt ist.

8. Austreiber nach Anspruch sechs oder sieben, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende der Erweiterung (41) wenigstens eine Austrittsöffnung (42) aus dem Ringraum zwischen den beiden Rohren (36/38) in dem Behälterinnenraum (17) vorgesehen ist.

9. Austreiber nach einem der Ansprüche sechs bis acht, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (40) mit einem Saugrohr (50) verbunden ist, das auf einem Höhenniveau zwischen dem Füllstandsniveau (48) des Behälters (3) und dem oberen Ende (51) der Rohrschlange (41) anfängt.

10. Austreiber nach Anspruch neun, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (50) am unteren Ende wenigstens eine kleinere Bohrung (52) aufweist, die mit dem Innenraum (17) des Behälters (3) in Verbindung steht.

11. Austreiber nach Anspruch neun oder zehn, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (50) im unteren Bereich der Erweiterung (41) in diese eintritt und dort unmittelbar in die Rohrschlange (40) übergeht.

12. Sorptionswärmepumpe mit einem von Abgasen eines Brenners beheizten Austreiber, der in einer Brennkammer unter Belassung eines Ringraumes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum (25) oberhalb des Austreibers (23) ein Abgaswärmetauscher (26) angeordnet ist, dessen Zulauf (27) mit dem Absorber und dessen Ablauf mit dem Austreiber verbunden ist.

13. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch zwölf, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaswärmetauscher (26) aus einem schraubenförmig um den Außenmantel (16) des Behälters (3) aufgewickelten Rippenrohr besteht.

14. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch zwölf oder dreizehn, dadruch gekennzeichnet, daß der Abgaswärmetauscher (26) den Außenmantel (16) des Gefäßes unterhalb der Höhe des Rektifikators und oberhalb der des Austreibers umgibt.

15. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche zwölf bis vierzehn, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Rippenaußendurchmessers zum Rippeninnendurchmesser DA/DI 3 bis 3,4 beträgt.

Zeichnung