DE10161181B4

DE10161181B4 - Process for controlling a diffusion absorption system

Info

Publication number: DE10161181B4
Application number: DE2001161181
Authority: DE
Inventors: Hans Egbert René Mulder; Michel Christiaan Aloysius Oldenhof; Paulus Jakobus Vloon
Original assignee: Buderus Heiztechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: DE10161181A1; EP1319910A2; EP1319910A3

Abstract

Verfahren zur Regelung einer Diffusionsabsorptionsanlage, mit Anschluss an einen Heiz- oder Kühlkreislauf, mit einem Kälte- oder Lösungsmittelkreislauf, einem Solekreislauf zu einer externen Wärmequelle, einem Kocher mit einem Gasbrenner, einem Absorber, einem Rektifikator, einem Verdampfer, einem Gas-Gas-Wärmetauscher, einem Kondensator sowie einem Feuerungsautomaten, dadurch gekennzeichnet, dass beim Start des Gasbrenners (2) und/oder während des Betriebes die Funktion des Kochers (1) und/oder des Verdampfers (4) überprüft wird, indem die Zeitdauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur am Kocher (1) erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert für die Zeitdauer verglichen wird, und dass eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn die vorgegebene ^{Temperatur nicht innerhalb des Sollwertes für die Zeitdauer erreicht wird.} Process for controlling a diffusion absorption system, with connection to a heating or cooling circuit, with a cooling or solvent circuit, a brine circuit to an external heat source, a cooker with a gas burner, an absorber, a rectifier, an evaporator, a gas-gas heat exchanger , a condenser and a burner control, characterized in that when the gas burner (2) is started and / or during operation, the function of the cooker (1) and / or the evaporator (4) is checked by changing the period of time until a predetermined one is reached The temperature at the cooker (1) is recorded and compared with a predefined setpoint for the duration, and that a safety shutdown takes place if the predefined ^{temperature is not reached within the setpoint for the duration.}

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Diffusionsabsorptionsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for controlling a diffusion absorption system according to the generic term of claim 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.Diffusion absorption systems have long been known as small refrigeration systems for use in household refrigerators. With the appropriate design, they can also be used as heat pumps for heating or cooling purposes. In these systems, the refrigerant ammonia (NH ₃ ) and water are used as a pair of substances. The water as the solvent is the absorbent substance, with hydrogen or helium generally being used as the pressure-compensating carrier gas. As a working medium in the cyclic process, the ammonia-water mixture sets in motion when heat is added due to temperature and concentration differences.

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.The heat is supplied in a cooker, which, for example, after the EP 0 419 606 B1 consists of individual circular arranged vertical stove pipes. Boiling expels gas bubbles from the NH ₃ -rich solution. The water content in this gas stream is separated or returned in the rectifier, so that almost only NH ₃ vapor flows to the condenser. The gas bubble pump must be designed so that it pumps the liquid to a considerable height in order to generate the necessary driving force. The high-purity ammonia vapor condenses and releases the heat of condensation to the heating water. The liquid ammonia then flows down into the evaporator. In the helium-ammonia atmosphere, the ammonia evaporates while absorbing ambient energy. The gas mixture then passes through a gas-gas heat exchanger and flows to the absorber, where the gaseous ammonia is absorbed by the low-NH ₃ ammonia-water solution and releases the heat of absorption to the heating water before the noise-free process starts again.

Als Wärmequelle für den Prozess kommt zum Beispiel das Erdreich oder die Umgebungsluft in Betracht. Dazu wird ein sogenannter Kollektor über einen Solekreislauf an den Verdampfer der Wärmepurnpenanlage angebunden, wo dem Wasser-Glycol-Gemisch die Wärme entzogen wird.For example, comes as a heat source for the process the soil or the ambient air. For this, a so-called Collector over one Brine circuit connected to the evaporator of the heat pump system, where the heat is extracted from the water-glycol mixture.

Weiterhin ist von Diffusionsabsorptionsanlagen bekannt, Druckentlastungs- und Temperaturbegrenzungseinrichtungen vorzusehen oder einen festen Betriebspunkt mit einer Sicherheits- bzw. Endabschaltung entsprechend einzugrenzen. Aus diesen bekannten Maßnahmen lässt sich jedoch nicht auf die Funktionsfähigkeit von einzelnen Bauteilen oder eine mögliche Leckage schließen. So offenbart die DE 196 42 745 C2 beispielsweise einen Absorberkühlschrank mit einer Steuereinrichtung zur Überwachung einer Leckage, die von einem die Verdampfertemperatur registrierenden Temperaturfühler, einem den Druck im Absorptionskreislauf registrierenden Druckfühler und einem den Kältemittelfüllstand registrierenden Füllstandssensor angesteuert wird. Ein Störsignal wird dann ausgegeben, wenn wenigstens zwei dieser Messfühler eine Leckage signalisieren.It is also known from diffusion absorption systems to provide pressure relief and temperature limiting devices or to correspondingly limit a fixed operating point with a safety or limit switch. However, these known measures cannot be used to infer the functionality of individual components or a possible leak. So the reveals DE 196 42 745 C2 For example, an absorber refrigerator with a control device for monitoring a leak, which is controlled by a temperature sensor that registers the evaporator temperature, a pressure sensor that registers the pressure in the absorption circuit, and a level sensor that registers the refrigerant fill level. A fault signal is issued when at least two of these sensors signal a leak.

Nur wenn reines Helium vorhanden ist, kann beispielsweise der Verdampfungsprozess richtig ablaufen. Bei einer Leckage würde die Funktion des Verdampfers stark abnehmen und die Kühlleistung negativ beeinflussen. Außerdem würde sich bei relativ großem Helium-Mangel der Verdampfer und die Sole erwärmen statt abkühlen. Weil die vorbestimmten Sicherheitskriterien im Falle einer Leckage nicht sofort überschritten werden, können diese Mängel bei bekannten Diffusionsabsorptionsanlagen möglicherweise nicht erkannt werden. Ein Betrieb mit einen schiechten Wirkungsgrad, beispielsweise bis zur nächsten Wartung, wäre dann die Folge.Only if pure helium is present For example, the evaporation process can run correctly. In the event of a leak the function of the evaporator is greatly reduced and the cooling capacity is negative influence. Moreover would with a relatively large one Helium deficiency of the evaporators and the brine heat instead of cool down. Because the predetermined safety criteria are not immediately exceeded in the event of a leak can be these shortcomings known diffusion absorption systems may not be recognized become. An operation with a poor efficiency, for example until next Maintenance, would be then the episode.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer Diffusionsabsorptionsanlage zu optimieren und dabei insbesondere mögliche Leckagen in funktionswichtigen Kreisläufen frühzeitig zu erkennen.The invention is based, the Operation of a diffusion absorption system and optimize it especially possible Detect leaks in functionally important circuits at an early stage.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention this is with the features of the claim 1 solved. Advantageous further developments can be found in the subclaims.

Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass beim Start des Gasbrenners und/oder während des Betriebes die Funktion des Kochers und/oder des Verdampfers überprüft wird. Dies erfolgt durch einen Vergleich von wesentlichen Betriebswerten, welche für die Leistung der Bauteile charakteristisch sind, mit vorgegebenen Sollwerten. Wenn mindestens ein Sollwert nicht erreicht wird, kommt es zu einer Sicherheitsabschaltung durch den Feuerungsautomaten. Für die Leistung bzw. korrekte Funktion der Bauteile charakteristisch ist insbesondere die Zeitdauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur am Kocher. Diese wird erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert für die Zeitdauer verglichen. Die Diffusionsabsorptionsanlage wird vom Feuerungsautomaten verriegelt, wenn die vorgegebene Temperatur nicht erreicht und/oder der vorgegebene Sollwert für die Zeitdauer überschritten wird. Vorzugsweise liegt die vorgegebene Temperatur am Kocher etwa 5-30 Prozent unter dem Siedepunkt des Kälte- bzw. Lösungsmittels und wird im oberen Bereich des Kochers gemessen.The invention is characterized in that at the start of the gas burner and / or during the Operation of the cooker and / or the evaporator is checked. This is done by comparing essential operating values, which for the performance of the components are characteristic with given Setpoints. If at least one setpoint is not reached, comes there is a safety shutdown by the burner control. For the Performance or correct function of the components is characteristic in particular the time until a predetermined one is reached Temperature at the cooker. This is recorded and with a predetermined Setpoint for compared the length of time. The diffusion absorption system is from Automatic burner control locks when the specified temperature is not reached and / or the specified setpoint for the duration exceeded becomes. The predetermined temperature is preferably approximately at the stove 5-30 percent below the boiling point of the refrigerant or solvent and is in the upper Area of the cooker measured.

Wenige Minuten nach dem Erreichen der vorgegebenen Temperatur am Kocher wird bei jedem Start die Pumpe im Solekreislauf zu einer externen Wärmequelle eingeschaltet. Beim Start der Pumpe wird die Temperatur der Sole am Austritt aus dem Verdampfer gemessen. Diese wird dann mit einem nach einer vorgegebenen Zeitdauer gemessenen Wert für die Temperatur der Sole verglichen. Dabei verriegelt der Feuerungsautomat die Diffusionsabsorptionsanlage, wenn die nach der vorgegebenen Zeitdauer gemessene Temperatur nicht um einen vorgegebenen Differenzbetrag niedriger als die beim Start der Pumpe gemessene Temperatur im Solekreislauf ist. Vorzugsweise beträgt die vorgegebene Zeitdauer bis zu 15 Minuten und kann bei Bedarf für die einzelnen Verfahrensschritte unterschiedlich sein. Der vorgegebene Differenzbetrag zwischen der Temperatur der Sole beim Start und nach der vorgegebenen Zeitdauer ist auf mindestens 1 °C festgelegt.A few minutes after reaching the specified temperature on the cooker, the pump in the brine circuit is switched on to an external heat source with every start. When the pump starts, the temperature of the brine at the outlet from the Evaporator measured. This is then compared with a value for the temperature of the brine measured after a predetermined period of time. The burner control locks the diffusion absorption system when the temperature measured after the specified period of time is not lower than the temperature in the brine circuit measured at the start of the pump. The predetermined time period is preferably up to 15 minutes and can be different for the individual method steps if necessary. The predetermined difference between the temperature of the brine at the start and after the predetermined period of time is set to at least 1 ° C.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Betrieb einer Diffusionsabsorptionsanlage optimiert, weil mögliche Leckagen in funktionswichtigen Kreisläufen frühzeitig erkannt werden. Ausgenutzt wird der Effekt, dass der Siedepunkt des im Kocher erhitzten Ammoniak-Wasser-Gemisches in der optimalen Konzentration bekannt ist. Im Falle einer Leckage würde sich die Konzentration im System ändern und der Siedepunkt abfallen. Der vorgegebene Temperaturschwellwert, der vorzugsweise 5-30 Prozent unter dem Siedepunkt des Kälte- bzw. Lösungsmittels liegt, kann dann im Kocher nicht erreicht werden. Daher ist mit der vorgeschlagenen Überprüfung des Temperaturanstiegs bei jedem Start des Gasbrenners eine schnelle und einfache Detektion von Leckagen im Ammoniak-Wasser-Kreislauf sichergestellt.With the method according to the invention the operation of a diffusion absorption system is optimized because possible Leakages in functionally important circuits are recognized early. Is exploited the effect that the boiling point of the ammonia-water mixture heated in the stove is known in the optimal concentration. In the event of a leak would change the concentration in the system and the boiling point decrease. The predetermined temperature threshold, which is preferably 5-30 percent below the boiling point of the cold or solvent then cannot be reached in the cooker. Therefore with the proposed review of the A rapid rise in temperature each time the gas burner is started and easy detection of leaks in the ammonia-water cycle ensured.

Genauso kann der Verdampfungsprozess nur richtig ablaufen, wenn reines Helium im Kreislauf vorhanden ist. Durch den Vergleich der Temperatur im Solekreislauf am Austritt aus dem Verdampfer erfolgt daher eine sichere Überprüfung der Verdampferleistung und -funktion bzw. schnelle Detektion von Helium-Verlusten.The evaporation process can just as well run correctly when pure helium is present in the circuit. By comparing the temperature in the brine circuit at the outlet The evaporator performance is therefore reliably checked from the evaporator and function or rapid detection of helium losses.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur eine Anordnung zur Regelung einer Diffusionsabsorptionsanlage.The drawing represents an embodiment of the Invention represents and shows in a single figure an arrangement for Control of a diffusion absorption system.

Die Diffusionsabsorptionsanlage besteht im Wesentlichen aus einem Kocher 1, in dem ein Ammoniak-Wasser-Gemisch von einem Gasbrenner 2 beheizt wird, einem Feuerungsautomaten 3 sowie einem Verdampfer 4, der über einen Solekreislauf 5 an eine externe Wärmequelle 6 angeschlossen ist.The diffusion absorption system essentially consists of a cooker 1 in which an ammonia-water mixture from a gas burner 2 is heated, a burner control 3 as well as an evaporator 4 that has a brine circuit 5 to an external heat source 6 connected.

Über die Messstelle 7 wird die Zeitdauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des Kochers 1 im oberen Bereich bei jedem Start des Gasbrenners 2 erfasst und im Feuerungsautomaten 3 mit einem vorgegebenen Sollwert für die Zeitdauer verglichen. Parallel dazu dienen die Messstellen 8 und/oder 8' im Solekreislauf 5 zur Überwachung der Temperatur der Sole am Austritt aus dem Verdampfer 4. Beim jedem Start der Pumpe im Solekreislauf 5, welcher verzögert zum Start des Gasbrenners erfolgt, wird die Temperatur gemessen und im Feuerungsautomaten 3 mit einem nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer gemessenen Temperaturwert der Sole verglichen. Werden die vorgegebenen Kriterien nicht erfüllt, so verriegelt der Feuerungsautomat 3 die Diffusionsabsorptionsanlage.About the measuring point 7 is the length of time until a predetermined temperature of the cooker is reached 1 in the upper area each time the gas burner is started 2 recorded and in the burner control 3 compared with a predetermined target value for the duration. The measuring points serve in parallel 8th and or 8th' in the brine circuit 5 to monitor the temperature of the brine at the outlet from the evaporator 4 , Every time the pump is started in the brine circuit 5 which is delayed when the gas burner starts, the temperature is measured and in the burner control 3 compared with a temperature value of the brine measured after a predetermined period of time. If the specified criteria are not met, the burner control locks 3 the diffusion absorption system.

Claims

Process for controlling a diffusion absorption system, with connection to a heating or cooling circuit, with a cooling or solvent circuit, a brine circuit to an external heat source, a cooker with a gas burner, an absorber, a rectifier, an evaporator, a gas-gas heat exchanger , a condenser and a burner control, characterized in that when the gas burner ( 2 ) and / or the function of the cooker during operation ( 1 ) and / or the evaporator ( 4 ) is checked by the time until a predetermined temperature is reached on the cooker ( 1 ) is recorded and compared with a predefined setpoint for the duration, and that a safety shutdown takes place if the predefined ^{temperature is not reached within the setpoint for the duration.}

A method according to claim 1, characterized in that the burner control ( 3 ) the diffusion absorption system locks when the specified temperature at the cooker ( 1 ) is not reached and / or the specified setpoint for the duration is exceeded.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the predetermined temperature at the cooker ( 1 ) is about 5-30 percent below the boiling point of the refrigerant or solvent.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the temperature at the cooker ( 1 ) is measured in the upper area.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pump in the brine circuit ( 5 ) to an external heat source ( 6 ) a few minutes after the specified temperature on the stove ( 1 ) is reached, is switched on.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that when the pump is started in the brine circuit ( 5 ) the temperature of the brine at the outlet from the evaporator ( 4 ) is measured and compared with a value for the temperature of the brine measured after a predetermined period of time.

A method according to claim 6, characterized in that the burner control ( 3 ) the diffusion absorption system locks if the according to Ab temperature measured over the specified period of time is not less than the temperature measured in the brine circuit at the start of the pump by a predetermined difference ( 5 ) is.

Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that that the specified time period is up to 15 minutes and / or optionally for the individual process steps are different.

Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that that the predetermined difference between the temperature of the Brine at the start and after the specified period of time at least 1 ° C is.