DD209364A3 - Apsorptionswaermepumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Absorptionswaermepumpen mit dem Ziel der Leistungssteigerung durch verbesserte Ausnutzung im Waermepumpenkreislauf vorhandener Energietraeger und Einsparung von Elektroenergie. Das Wesen der Erfindung liegt in der Zuordnung eines periodisch mit Kaltdampf aus dem Verdampfer und warmem Medium aus dem Waermepumpenkreislauf betriebenen Temperaturwechsler zu einem als geschlossener Behaelter ausgebildeten und mit einem Arbeitsmedium, vorzugsweise einem Zweistoffgemisch aus Ammoniak und Wasser, gefuellten Antriebsteil der Loesungspumpe, wobei der Austreiber mit einem Niveauausgleicher versehen ist. Der Temperaturwechsler dient somit sowohl zum Waermeaustausch als auch zum Antrieb der Loesungspumpe.

Description

Titel der Erfindung Absorptionswärmepumpe

Anwendungsgebiet der Erfindung ,

Die Erfindung bezieht sich auf Absorptionswärmepumpen mit im Lösungskreislauf angeordneter Lösungspumpe. Die Anwendung erfolgt für nach dem Absorptionsverfahren arbeitende Kälteanlagen und vVärmepuinpen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Absorptionswärmepumpen bestehen im wesentlichen aus einem Austreiber, einem-Verflüssiger, einem Verdampfer und einem Absorber. Der Lösungskreislauf zwischen Austreiber und Absorber wird durch eine mechanisch betriebene Lösungspumpe aufrechterhalten.

Der F ri.Tiärenergieausnutzungsgrad derartiger Wärmepumpen wird im Hinblick auf die zumeist elektrisch angetriebenen Lösungspumpen und insbesondere unter dem Blickwinkel des niedrigen Kraftwerkswirkungsgrades bei der Erzeugung von Elektroenergie nicht unerheblich verschlechtert.

Eine Verbesserung cer Leistung von Absorptionswärmepumpen erfolgt beispielsweise durch die Verwendung von Temperaturwechslern zuir« Wärmeaustausch zwischen arbeitsmittelariTier, heißer Lösung und arbeitsmittelreicher, kalter Lösung im Losungskreislauf bzw, zwischen Kaltdampf aus dem Verdampfer und warmem Kondensat aus dem Verflüssiger«

Neben den vielfältigen Vorrichtungen zum Fördern von Fluiden mit elektrischer, hydraulischer, pneumatischer und mechanischer Energieeinspeisung, die alle mit ungünstigem Wirkungsgrad arbeiten, sind auch Pumpen bekannt geworden, die mit Wärmeenergie angetrieben werden.

So wird bereits eine Vorrichtung zum Fördern oder Verdichten von Fluiden beschrieben, bei der die Wärmeenergie über ein Hilfsfluid, einen Verdampfer, eine Dampfkrafteinrichtung und einen Kondensator in Antriebsleistung umgewandelt wird, wobei durch die periodische Expansion eines elastischen Behälters über ein System von Steuerventilen nach dem Verdrängerprinzip eine Injektorpumpe bzw, eine Strahlpumpe angetrieben wird. Sei einem weiterhin bekannten Solar-Antrieb für Hubkolbenpumpen wird durch Sonneneinstrahlung in einem Heizsystem Dampf erzeugt, der einen hin- und hergehenden Kolben antreibt und über eine Kolbenstange direkt den Hubkolben einer Pumpe betätigt. Die beschriebenen FluidfOrdereinrichtungen sind aufgrund des teilweise erheblichen mechanischen Aufwandes und der komplizierten Wirkungsweise für den Einsatz in Absorptionswärmepumpenanlagen nicht geeignet.

Weiterhin sind mit Wärmeenergie angetriebene Lösungspumpen bekannt, bei denen die Förderung dar Fluiden mit Hilfe einer Membran erfolgt.

Von den mit Wärmeenergie betriebenen Pumpen werden zur Lösungsumwälzung in Absorptionswä rineanlagen bisher lediglich Thermosyphonpumpen angewendet,. Diese nach dem Prinzip der Dampfblasenpumpe arbeitenden Fluidförderer sind in der Förderleistung begrenzt und somit nur bei geringem Druckunterschied zwischen Hoch- und Miederdruckstufe der Absorptionswärmepumpe einsetzbar. Das zur Erreichung des geringen Druckunterschiedes verwendete Inertgas bewirkt Oiffusionsvsrluste und erfordert sehr groSe Wänaetauscherflachen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung liegt in der Verbesserung der Leistung von. Absorptionawärmepumpen und der Verringerung der Kosten zum Betreiben der iVärmepumpe, insbesondere unter dem Blickwinkel der Einsparung von Elektroenergie und Primärenergie.

έ *+ I U \ J Q

Darlegung des öesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absorptionswärmepumpe im Bereich des Lösungskreislaufs so vveitsrzuentwickeln, daS in Verbindung mit einer Verbesserung der Ausnutzung der im Wärmepumpenkreislauf vorhandenen Energieträger durch Verwendung von Temperaturvvechslern gleichzeitig eine im Hinblick auf geringen Anschaffungs-, Wartungs- und Energieaufwand auszubildende an sich bekannte thermische Lösungspumpe eingesetzt werden kann»

ErfindungsgemäS wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein periodisch mit Kaltdampf aus dem Verdampfer und warmem Medium aus dem Wärmepumpenkreislauf betriebener Temperaturwechsler einem als geschlossener Behälter ausgebildeten und mit einem Arbeitsmedium, vorzugsweise einem Zweistoffgemisch aus Ammoniak und Wasser, gefüllten Antriebstsil einer Lösungspumpe zugeordnet ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Austreiber in Höhe des mittleren·Lösungsstandes zum Ausgleich des durch den periodischen Setrieb der Förderpumpe bedingten plötzlichen Anstiegs des Flüssigkeitsspiegels durch einen als scheibenförmige Erweiterung ausgebildeten Niveauausgleicher charakterisiert.

Das Fördermedium ist durch eine im Purapehgehäuse angeordnete Membran vom Arbeitsmedium im thermischen Antriebsteil der Lösungspumpe getrennt.

Die Auswahl des Arbeitsmediums erfolgt in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen Hoch- und Niederdrückte!! der Absorptionswärmepumpe, der Temperatur des Fördermediums und der Temperatur des dem Temperaturvsechslsr zugeführten Heiz- bzw. Kühlmediunis.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Beaufschlagung des Temperatunvechslers mit warmem Medium durch heiße, arbeitsmittelsrme Lösung oder Heizdampf aus dem Austreiber oder warmes Kondensat aus dsm Verflüssiger,

241015

Der Verdampfungsdruck des Arbeitsmediums ist in der Heizphase etwas höher als der Druck am Druckstutzen der Lösungspumpe und in der Kühlphase etwas niedriger als der Druck am Saugstutzen,

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daS in Verbindung mit der Leistungsverbesserung der Wärmepumpe durch Wärmeaustausch zwischen Kaltdampf und heißem Medium gleichzeitig die Antriebsenergie für die Lösungspumpe in Form von Wärme bereitgestellt wird.

Durch die Anwendung von Wärme unmittelbar aus dem Wärmepumpenkreislauf entfallen zusätzliche Anlagenkosten zum Antrieb der Lösungspumpe. Für die Anschaffung und Wartung der nach der Erfindung eingesetzten Lösungspumpe ist ein verminderter Aufwand erforderlich.

Die Zuordnung des Niveauausgleichers gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung des im Austreiber befindlichen Volumens, wobei gleichzeitig die sich im Niveauausgleicher befindende Flüssigkeit durch aus dem Heizteil aufsteigende Wärme vorgewärmt und somit die Wärmeausnutzung weiter verbessert wird. Besonders vorteilhaft ist der thermische Antrieb der Lösungspumpe unter den Bedingungen der Wärmepumpe im Hinblick auf den niedrigen Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Elektroenergie,

Ausführunasbeispiel

Die Erfindung .wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, in der eine Absorptionswärmepumpe unter Hervorhebung des Lösunaskreislaufs schematisch dargestellt ist, näher erläutert*

Der Antriebsteil der Absorptionswärmepumpe besteht aus dem Austreiber 1 und dem Absorber 2, die einerseits über- die Ventilkombination 3 und das Drosselorgan 4 durch die Leitung 5 und andererseits über die Lösungspumpe 5 und die Leitungen 7, S miteinander verbunden sind.

241

15 6

In die Verbindungsleitung 9 zwischen Verdampfer 10 und Absorber 2 ist eine Ventilkombination 11 eingebunden, von der eine Hilfsleitung 12 Über den Temperaturwechsler 13 zum Absorber 2 geführt ist. Eine weitere Hilfsleitung 14, die gleichfalls über den Temperaturwechsler 13 führt, überbrückt die Verbindungsleitung 5.

Der Austreiber 1 ist mit einem Niv.eauausgleicher 19 sowie dem Heizteil 20 versehen.

Die Lösungspumpe 6 besteht aus dem Pumpengehäuse 15, an dessen innerem Umfang eine Membran 16 eingespannt ist.Oberhalb der Membran. 15 sind der Druckstutzen 17 und der Saugstutzen 18 der Lösungspumpe 6 angeordnet. In dem Behälter unterhalb der Membran 16 befindet sich in einer ca. 55^-igen Losung aus Ammoniak und Wasser der Temperaturwechsler 13.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäSen Lösung im Wärmepumpenkreislauf beschrieben:

Ober den Temperaturwechsler 13 wird nach dem Ausführungsbeispiel abwechselnd heiße, arbeitsmittelarme Lösung von ca. 9O^WC aus dem Austreiber 1 bzw. Kaltdampf mit ca. 10 ⁰C aus dem Verdampfer geführt,Durch den hierbei stattfindenden Wärmeaustausch wird die Leistung der Absorptionswärmepumpe verbessert. Gleichzeitig übernimmt der Temperaturwechsler 13 zusammen mit dem NH₇ .H₉C-Gemisch in dem durch die Membran 16 und den unteren Teil des Pumpengehäuses 15 gebildeten geschlossenen Behälter die Funktion des Antriebsteils der Lösungspumpe 5v

Die durch aer\ Temperaturwechsler 13 geführte heiße Lösung erwärmt das Ammoniak/wasser-Gemisch auf ca. 70 ⁰C, so daß ein Teil des Gemisches verdampft und der Druck im Antriebsteil auf etwa 2 MPa ansteigt» Der Druck liegt damit über dem im Austreiber 1, wodurch die Membran 16 in Bewegung gesetzt und die oberhalb der Membran befindliche Lösung in den Austreiber 1 gefördert wird,

In der anschließenden Ansaugphase, in der Kaltdampf durch den Temoeraturwecnslsr 13 geleitet wird, kühlt sich die ,\Ή.,/ί-;_ο0-Lösung im Antriebsteil der LÖsunrsournpe 6 soweit ab, daß der Sättigungsdruck auf ca. 0,25 M?a fällt. Der Druck ist somit

01

gleich oder kleiner als der Absorberdruck, so daß über den Saugstutzen 18 arbeitsmittelreiche Losung aus dem Absorber nachströmen kann.

Nach erneuter Wärmezufuhr über den Temperaturwschsler 13 wird die angesaugte Flüssigkeit entsprechend dem oben beschriebenen Vorgang in den Austreiber 1 geleitet.

Claims (2)

241015 6 Ψ Erfindungsanspruch

1, Absorptionswärmepumpe, bestehend aus einem Austreiber mit Hsiztsil, einem Verflüssiger, einem Verdampfer, einem Absorber sowie Temperaturviechslern im Lösungskreislauf und/ oder zwischen Kaltdampf vom Verdampfer und Kondensat vom Verflüssiger mit einer nach dem Prinzip der wärmegetriebenen Pumpe arbeitenden Lösungspumpe, dadurch gekennzeichnet, daS ihr ein periodisch betriebener Temperaturwechsler zwischen Kaltdampf aus dem Verdampfer und warmem Medium aus dem Wärmepumpenkreislauf zugeordnet ist, wobei der untere Teil des Pumpengehäuses (15) vorzugsweise mit einem Zvveistoffgemisch aus Ammoniak und Wasser gefüllt ist und der Austreiber (1) in Höhe des mittleren Lösungsstandes mit einem Niveauausgleicher (IS) ausgerüstet ist.

2, Absorptionswärmepumpe nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als warmes Medium für'den Temperaturwechsler (13) Hsißdampf oder heiße, arbeitsmittelarse Lösung aus dem Austreiber oder warmes Kondensat aus des Verflüssiger vorgesehen ist.

Hierzu eine Seite Zeichnungen

M Oi) η