Wärmeübergang bei der Absorption ammoniakreichen Dampfes durch wässrige Lösung im Plattenwärmeübertrager

Abstract

Teil eines Wärmepumpenprozesses ist immer auch die Schnittstelle, an der die Wärme auf hohem Temperaturniveau wieder abgegeben wird. Als solche werden immer öfter Plattenwärmeübertrager eingesetzt, die gegenüber Rohrbündelwärmeübertragern vor allem kompakter und kostengünstiger sind. Es werden in der hier vorgestellten Versuchsanlage hauptsächlich Standardkomponenten eingesetzt, wodurch die Investitionskosten möglichst niedrig gehalten werden. Unter Verwendung des natürlichen Arbeitsstoffpaares Ammoniak und Wasser stellt die Kompressions-Wärmepumpe mit Lösungskreislauf ein vielversprechendes Konzept für typische industrielle Anwendungsszenarien dar. Der Einsatz eines Plattenwärmeübertragers als Fallfilm-Absorber ist bisher noch wenig untersucht und stellt daher den Inhalt der vorliegenden Arbeit dar. Denn der Absorber-Wärmeübertrager wurde generell in vorhergehenden Arbeiten als leistungsbestimmende Komponente ausgemacht und es besteht Bedarf an verlässlichen Auslegungskorrelationen für den Wärmeübergang und den damit verbundenen Druckverlust. Weiterhin wird unter Verwendung literaturbekannter Berechnungsansätze ein Simulationsmodell entwickelt, dessen Berechnungsergebnisse den experimentellen Daten gegenübergestellt werden.

The interface at which heat is transferred to the heat sink at the high temperature level is always part of a heat pump process. Increasingly often plate heat exchangers are utilized as such being more compact and cost efficient than shell and tube heat exchangers. Keeping the investment cost low is one of the main goals of this project that includes the setup of a test rig constructed of mainly standard components. Using the combination of the natural working fluids ammonia and water the hybrid absorption compression heat pump concept is well suited for typical industrial applications. Since the implementation of a plate heat exchanger as a falling film absorber is yet to be investigated thoroughly it is the main purpose of this work. In general, the absorber has been determined as one of the key components of the setup and there is a need for reliable correlations to predetermine heat transfer and pressure loss. Furthermore, a simulation model is developed using calculation approaches available in the literature. The results are then compared to the experimental data.