CH691743A5

CH691743A5 - Anlage zur Energieumformung nach dem Kaltdampf-Kompressionsverfahren.

Info

Publication number: CH691743A5
Application number: CH00839/96A
Authority: CH
Inventors: Ruedi Kuratli; Oscar Abegg; Hans Hohl
Original assignee: Satag Thermotechnik Ag
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 2001-09-28
Also published as: EP0801278A3; ATE247261T1; EP0801278B1; EP0801278A2; DE59610659D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpen- oder Kältemaschinen- Anlage zur Energieübertragung nach dem Kaltdampf-Kompressionsverfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Anlagen dienen als Wärmepumpen oder Kältemaschinen oder im Doppelnutzen für beides. Letzteres ist beispielsweise der Fall, wenn in einem Teil eines Gebäudes Überschusswärme (zum Beispiel bei einer Kühlanlage) vorhanden ist und in einem anderen Teil geheizt werden muss.

Anlagen der eingangs genannten Art sind mehrfach bekannt und bestehen gemäss Fig. 1 in ihrer einfachsten Ausführung aus einem wärmeaufnehmenden Verdampfer 1 und einem wärmeabgebenden Verflüssiger 2, einem Energie aufnehmenden Kompressor 3 und einer Drossel- oder Expandiereinrichtung 4 und arbeiten nach dem Kaltdampf-Kompressionsverfahren, das heisst mit Kältemitteln, die bei den Arbeitstemperaturen eine Aggregatszustandsänderung zwischen Dampfphase und Flüssigphase erlauben. Ferner ist es bekannt, eine Verbindungsleitung zwischen dem Verflüssiger 2 und dem Verdampfer 1 durch einen internen Wärmetauscher mit einer Eingangsleitung des Kompressor 3 zu verbinden. Ein Fühler zur Steuerung der Expandiereinrichtung ist in der Eingangsleitung vor dem Wärmetauscher angeordnet.

Solche Anlagen werden mit einem Kältemittel mit zeotropem Verhalten betrieben, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass Kondensation bzw. Verdampfung nicht bei einem bestimmten Temperaturpunkt, sondern bei gleitender Temperatur (Glide), das heisst in einem Temperaturbereich stattfinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Anlage der eingangs genannten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Da der Fühler der Expansionseinrichtung an der Verbindungsleitung nicht vor, sondern nach dem internen Wärmetauscher angeordnet ist, wird das Kältemittel nicht im Verdampfer, sondern erst im zusätzlichen internen Wärmetauscher fertig verdampft und überhitzt. Der Verdampfungsprozess wird durch diese Massnahmen bei gleich bleibenden Temperaturen im Druck-Enthalpie-Diagramm nach links zu höheren Drücken verschoben. Dadurch wird der Verdampfungsdruck erhöht und somit die Druckdifferenz zwischen Kondensation und Verdampfung verringert, wodurch die Leistungsaufnahme des Kompressors geringer und somit die Leistungszahl erhöht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.

Ausführungsbeispiele einer Anlage zur Energieübertragung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 das Blockdiagramm einer bekannten Anlage;
Fig. 2 das Blockdiagramm einer erfindungsgemässen Anlage;
Fig. 3 ein Druck-Enthalpie-Diagramm.

Die Anlage der Fig. 1 ist eingangs beschrieben.

Die Anlage der Fig. 2 arbeitet nach dem Kaltdampf-Kompressionsverfahren. Sie enthält einen Kompressor 3 für ein zeotropes Kältemittel. Der Kompressor ist über eine Ausgangsleitung 8 mit einem Verflüssiger 2 verbunden ist, welcher über eine Verbindungsleitung 9 an einem Verdampfer 1 angeschlossen ist. Der Verdampfer 1 ist wiederum über eine als Saugleitung dienende Eingangsleitung 10 mit dem Kompressor 3 verbunden. Die Verbindungsleitung 9 und die Eingangsleitung 10 sind über mindestens einen internen Wärmeaustausch 5 im Gegenstrom miteinander gekoppelt. Eine Expandiereinrichtung 4 ist in der Verbindungsleitung 9 zwischen dem internen Wärmetauscher 5 und dem Verdampfer 1 angeordnet und mit einem Fühler 6 verbunden, der in der Eingangsleitung 10 dem internen Wärmetauscher 5 nachgeschaltet ist.

Falls mehrere interne Wärmetauscher vorhanden sind, ist der Fühler 6 zwischen dem letzten internen Wärmetauscher und dem Kompressor platziert.

Der interne Wärmetauscher 5 ist derart ausgebildet, dass ein am Eintritt mitgeführter Flüssigkeitsanteil in Kontakt zur einer Wärmetauscherfläche bringbar ist. Hierzu ist der interne Wärmetauscher 5 vorzugsweise als Koaxialwärmetauscher mit einem schraubenlinienförmig verwundenen Blechstreifen ausgebildet, um dem Kältemittel einen Drall zu erteilen, damit die schwereren Flüssigkeitstropfen im Flüssigkeits-Dampfgemisch an die Wärmetauscherfläche schleuderbar sind.

Die Fig. 3 zeigt das Druck-Enthalpie-Diagramm (log p/h-Diagramm) mit dem Prozess nach dem Stand der Technik (gestrichelte Linie) und nach der Erfindung (ausgezogene Linie). Im Text werden die Diagrammstrecken folgendermassen bezeichnet: 1. Buchstabe = Streckenanfang, -> = bis, 2. Buchstabe = Streckenende.

Durch diese Anlage wird:

1. das Kältemittel vor der Expansionseinrichtung stärker unterkühlt (A -> B) und der Flüssigkeitsanteil am Eintritt 7,C in den Verdampfer 1 vergrössert. Der im Verdampfer nutzbare Temperaturbereich wird dadurch vergrössert (C -> E).

2. das Kältemittel nicht im Verdampfer 1, sondern erst im zusätzlichen internen Wärmetauscher 5 fertig verdampft (D -> E) und überhitzt (E -> F), und die gesamte Verdampferfläche steht bei höherem Flüssigkeitsanteil für die Verdampfung zur Verfügung.

3. im Druck-Enthalpie-Diagramm der Verdampfungsprozess durch diese Massnahmen bei gleichbleibenden Temperaturen nach links, zu höheren Drücken (C min -> C) verschoben. Dadurch wird der Verdampfungsdruck erhöht und somit die Druckdifferenz zwischen Kondensation und Verdampfung verringert (A -> C min wird zu B -> C), wodurch die Leistungsaufnahme des Kompressors geringer und somit die Leistungszahl erhöht wird.

Bezugszeichenliste

1 Verdampfer
2 Verflüssiger
3 Kompressor
4 Expandiereinrichtung
5 Interner Wärmetauscher
6 Fühler
7 Eintritt
8 Ausgangsleitung
9 Verbindungsleitung
10 Eingangsleitung

Claims

1. Wärmepumpen- oder Kältemaschinen-Anlage zur Energieübertragung nach dem Kaltdampf-Kompressionsverfahren, mit einem Kompressor (3) für ein zeotropes Kältemittel, der über eine Ausgangsleitung (8) mit einem Verflüssiger (2) verbunden ist, welcher über eine eine Expandiereinrichtung (4) enthaltende Verbindungsleitung (9) an einem Verdampfer (1) angeschlossen ist, der über eine einen Fühler (6) enthaltende Eingangsleitung (10) mit dem Kompressor (3) verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung (9) und die Eingangsleitung (10) über mindestens einen internen Wärmeaustauscher (5) im Gegenstrom (5) miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Expandiereinrichtung (4) verbundene Fühler (6) dem internen Wärmetauscher (5) nachgeordnet ist.

2.

Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der interne Wärmetauscher (5) derart ausgebildet ist, dass ein am Eintritt mitgeführter Flüssigkeitsanteil in Kontakt zur einer Wärmetauscherfläche bringbar ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der interne Wärmetauscher (5) als Koaxialwärmetauscher mit einem schraubenlinienförmig verwundenen Blechstreifen ausgebildet ist, um dem Kältemittel einen Drall zu erteilen, damit die schwereren Flüssigkeitstropfen im Flüssigkeits-Dampfgemisch an die Wärmetauscherfläche schleuderbar sind.