DD209364A3

DD209364A3 - APSORPTIONSWAERMEPUMPE

Info

Publication number: DD209364A3
Application number: DD82241015A
Authority: DD
Inventors: Volkmar Gross; Ivan Boschnakow
Original assignee: Volkmar Gross; Ivan Boschnakow
Priority date: 1982-06-24
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1984-04-25

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.The invention relates to absorption heat pump with the aim of increasing performance through improved utilization in the heat pump cycle existing energy carriers and saving of electrical energy. The essence of the invention is the assignment of a periodically operated with cold steam from the evaporator and warm medium from the heat pump cycle temperature changer to a trained as a closed container and with a working medium, preferably a two-component mixture of ammonia and water, filled drive part of the solution pump, the expeller provided with a level compensator. The temperature changer thus serves both for heat exchange and for driving the solution pump.

Description

Titel der Erfindung Absorptionswärmepumpe Title of the Invention Absorption heat pump

Anwendungsgebiet der Erfindung , Field of application of the invention ,

Die Erfindung bezieht sich auf Absorptionswärmepumpen mit im Lösungskreislauf angeordneter Lösungspumpe. Die Anwendung erfolgt für nach dem Absorptionsverfahren arbeitende Kälteanlagen und vVärmepuinpen.The invention relates to absorption heat pumps with solution pump arranged in the solution. The application is made for absorption systems and refrigeration units.

Characteristic of the known technical solutions

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.Absorption heat pumps consist essentially of an expeller, a condenser, an evaporator and an absorber. The solution cycle between expeller and absorber is maintained by a mechanically operated solution pump.

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.The thermal energy efficiency of such heat pumps is deteriorated not insignificantly with respect to the mostly electrically driven solution pumps and in particular from the viewpoint of low power plant efficiency in the generation of electric power.

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«An improvement cer capacity of absorption heat pumps for example, by the use of temperature changers zuir "heat exchange between arbeitsmittelariTier, hot solution and work medium rich, cold solution in the solution circulation or between cold vapor from the evaporator and warm condensate from the condenser"

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.In addition to the various devices for conveying fluids with electrical, hydraulic, pneumatic and mechanical energy supply, all working with unfavorable efficiency, pumps are also known that are driven by thermal energy.

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.Thus, an apparatus for conveying or compressing fluids is described in which the heat energy is converted into motive power via an auxiliary fluid, an evaporator, a steam generator and a condenser, the periodic expansion of an elastic container via a system of positive displacement control valves an injector pump or, a jet pump is driven. Be a further known solar drive for reciprocating pumps steam is generated by sunlight in a heating system that drives a reciprocating piston and actuated via a piston rod directly to the reciprocating piston of a pump. The FluidfOrdereinrichtungen described are not suitable for use in absorption heat pump systems due to the sometimes considerable mechanical complexity and the complicated operation.

Weiterhin sind mit Wärmeenergie angetriebene Lösungspumpen bekannt, bei denen die Förderung dar Fluiden mit Hilfe einer Membran erfolgt.Furthermore, heat pump driven solution pumps are known in which the promotion of fluids using a membrane.

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.Of the pumps powered by thermal energy, only thermosiphon pumps have hitherto been used for solution circulation in absorption heat plants. These working on the principle of the vapor bubble pump fluid conveyor are limited in the flow rate and thus can be used only at low pressure difference between high and low pressure stage of the absorption heat pump. The inert gas used to achieve the low pressure difference causes oxygen diffusion and requires very large heat exchanger surfaces.

Object of the invention

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.The object of the invention is to improve the performance of. Absorption heat pumps and reducing the cost of operating the iVärmepumpe, especially from the perspective of the saving of electric energy and primary energy.

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Statement of the invention

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»The invention is based on the object of developing an absorption heat pump in the area of the solution cycle so that, in conjunction with an improvement in the utilization of the energy carriers present in the heat pump cycle, by using temperature regulators, this is known per se with regard to low acquisition, maintenance and energy expenditure thermal solution pump can be used »

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.According to the invention, this object is achieved in that a temperature changer operated periodically with cold steam from the evaporator and warm medium from the heat pump cycle is associated with a drive valve of a solution pump, designed as a closed container and filled with a working medium, preferably a binary mixture of ammonia and water.

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.In a further embodiment of the invention, the expeller in the amount of the mean · solution level to compensate for the caused by the periodic operation of the feed pump sudden increase in the liquid level is characterized by a designed as a disk-shaped extension level compensator.

Das Fördermedium ist durch eine im Purapehgehäuse angeordnete Membran vom Arbeitsmedium im thermischen Antriebsteil der Lösungspumpe getrennt.The conveying medium is separated from the working medium in the thermal drive part of the solution pump by a membrane arranged in the Purapeh housing.

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.The selection of the working medium takes place depending on the pressure difference between high and low pressure !! the absorption heat pump, the temperature of the pumped medium and the temperature of the Temperaturesausslsr supplied heating or 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,According to a further feature of the invention, the exposure of the Temperatunvechslers with warm medium by hot, Arbeitsmittelsmme solution or heating steam from the expeller or hot condensate from dsm condenser,

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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,The evaporation pressure of the working medium in the heating phase is slightly higher than the pressure at the discharge nozzle of the solution pump and in the cooling phase slightly lower than the pressure at the suction nozzle,

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.The advantages of the invention are that in conjunction with the performance improvement of the heat pump by heat exchange between cold steam and hot medium at the same time the drive energy for the solution pump is provided in the form of heat.

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.The application of heat directly from the heat pump cycle eliminates additional equipment costs to drive the solution pump. For the purchase and maintenance of the solution pump used according to the invention, a reduced effort is required.

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,The assignment of the level compensator ensures a uniform heating of the volume located in the expeller, at the same time preheating the liquid in the level compensator by rising from the heating heat and thus the heat utilization is further improved. Particularly advantageous is the thermal drive of the solution pump under the conditions of the heat pump in view of the low efficiency in the generation of electrical energy,

Ausführunasbeispiel

Die Erfindung .wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, in der eine Absorptionswärmepumpe unter Hervorhebung des Lösunaskreislaufs schematisch dargestellt ist, näher erläutert*The invention will be explained in more detail in one embodiment with reference to the drawing, in which an absorption heat pump is shown schematically, highlighting the release cycle.

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.The driving part of the absorption heat pump consists of the expeller 1 and the absorber 2, on the one hand, the valve combination 3 and the choke element 4 exceeded by the line 5 and the other, on the solution pump 5 and the conduits 7, S are connected to each other.

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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.In the connecting line 9 between the evaporator 10 and absorber 2, a valve combination 11 is involved, from which an auxiliary line 12 is guided over the temperature changer 13 to the absorber 2. Der Ventilkombination 11 ist über eine Auslaßleitung 12 mit dem Absorber 2 verbunden. Another auxiliary line 14, which likewise leads via the temperature changer 13, bridges the connecting line 5.

Der Austreiber 1 ist mit einem Niv.eauausgleicher 19 sowie dem Heizteil 20 versehen.The expeller 1 is provided with a level compensator 19 and the heating part 20.

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.The solution pump 6 consists of the pump housing 15, on whose inner circumference a membrane 16 is clamped. Above the membrane. 15, the pressure port 17 and the suction port 18 of the solution pump 6 are arranged. In the container below the membrane 16 is located in an approximately 55 ^ -igen solution of ammonia and water, the temperature changer 13th

Im folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäSen Lösung im Wärmepumpenkreislauf beschrieben:The following describes the mode of action of the solution according to the invention in the heat pump cycle:

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 5vAbove the temperature changer 13, according to the embodiment alternately hot, low-solvent solution of about 9O ^W C out of the expeller 1 or cold steam at about 10 ⁰ C out of the evaporator, thereby taking place heat exchange, the performance of the absorption heat pump is improved. At the same time, the temperature changer 13, together with the NH ₇ .H ₉ C mixture in the closed container formed by the membrane 16 and the lower part of the pump housing 15, assumes the function of the drive part of the solution pump 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,The guided through aer \ temperature changer 13 hot solution heats the ammonia / water mixture to about 70 ⁰ C, so that a portion of the mixture evaporated and the pressure in the drive part to about 2 MPa increases » The pressure is thus higher than that in the expeller. 1 whereby the membrane 16 is set in motion and the solution located above the membrane is conveyed into the expeller 1,

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 somitIn the subsequent intake phase, in which cold vapor is passed through the temperature converter 13, the, \ Ή., / Ί- cools; _ο 0 solution in the drive part of the solution 6 so far that the saturation pressure drops to about 0.25 M? a. The pressure is thus

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gleich oder kleiner als der Absorberdruck, so daß über den Saugstutzen 18 arbeitsmittelreiche Losung aus dem Absorber nachströmen kann.equal to or less than the absorber pressure, so that 18 can be flowed through the suction port 18 Arbeitsmittelreiche solution from the absorber.

Nach erneuter Wärmezufuhr über den Temperaturwschsler 13 wird die angesaugte Flüssigkeit entsprechend dem oben beschriebenen Vorgang in den Austreiber 1 geleitet.After renewed heat supply via the temperature spreader 13, the sucked liquid is passed in accordance with the process described above in the expeller 1.

Claims

241015 6 Ψ claim for invention

1, absorption heat pump, consisting of a generator with Hsiztsil, a condenser, an evaporator, an absorber and temperature transducers in the solution circuit and / or between cold vapor from the evaporator and condensate from the condenser with a working on the principle of the heat pump pump solution pump, characterized in that you a periodically operated temperature changer between cold vapor from the evaporator and warm medium from the heat pump cycle is assigned, wherein the lower part of the pump housing (15) is preferably filled with a Zvveistoffgemisch of ammonia and water and the expeller (1) at the level of the middle solution level with a Level compensator (IS) is equipped.

2, absorption heat pump according to item 1, characterized in that Hsißdampf or hot, Arbeitsmittelarse solution from the expeller or hot condensate from the condenser is provided as a warm medium for'den temperature changer (13).

For this a page drawings

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