EP0322596A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten - Google Patents

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EP0322596A1
EP0322596A1 EP88120195A EP88120195A EP0322596A1 EP 0322596 A1 EP0322596 A1 EP 0322596A1 EP 88120195 A EP88120195 A EP 88120195A EP 88120195 A EP88120195 A EP 88120195A EP 0322596 A1 EP0322596 A1 EP 0322596A1
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EP
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pressure
heat
container
boiling
liquid
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Dirk Ohrt
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Rendamax BV
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/20—Other positive-displacement pumps
    • F04B19/24—Pumping by heat expansion of pumped fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/02—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped using both positively and negatively pressurised fluid medium, e.g. alternating
    • F04F1/04—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped using both positively and negatively pressurised fluid medium, e.g. alternating generated by vaporising and condensing

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the conveyance of boiling liquids, in which the required delivery pressure is generated by changing the boiling pressure of a boiling liquid from a low starting point to a boiling pressure increased by the desired pressure increase by external heat supply and then the initial state is restored by lowering the pressure to the low boiling pressure with external heat dissipation, the boiling liquid being subjected to a cyclical process in the wet steam region which results from pressure reduction by heat dissipation, compression during heat dissipation at a low temperature level, pressure increase by heat supply, and one Expansion by supplying heat at a high temperature level exists, in particular in a sorption system (absorption chiller, heat pump or heat transformer and absorption chiller, heat pump or heat transformer).
  • the solution pump of a sorption plant presents considerable structural difficulties, although the performance for this component is comparatively low.
  • the pressure difference to be bridged depends on the pair of materials used, consisting of refrigerant and solvent.
  • a frequently used pair of substances is NH3 / H2O, at which pressure differences of 20 bar and more can occur.
  • the problems that occur which are similar for many other material pairs, are poor efficiency and cavitation problems, as well as the penetration of often environmentally harmful or toxic cold medium.
  • the costs for this component in particular in the case of large cooling or heating capacities, can also be disproportionately high compared to the costs of the entire system.
  • a method for operating absorption heat pumps has become known, in which a solution pump designed as a diaphragm pump with a thermal drive part is used to save electrical energy, which consists of a closed container filled with a two-substance mixture of ammonia and water, in which a Temperature changer operated periodically with cold steam from the evaporator and warm medium from the heat pump circuit is arranged.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a device of the type mentioned, in which no highly stressed wear parts, in particular no membranes, are required, and in which a faster and more economical method of operation than in known devices of this type can be achieved.
  • Also provided in accordance with the invention is a device for conveying boiling liquids, in particular for carrying out the described method, which has a container provided with a lockable inflow and outflow, in the lower region of which a lower temperature than in the upper region, with means present are to move the boundary layer of liquid and vapor in zones of different temperature.
  • Figures 1-4 of the drawing show a device for carrying out the invention in four different operating states.
  • the device consists of a container 1, which encloses a working space 2, into which a displacer 3 is fitted such that a narrow cylinder gap 4 remains between the wall of the container 1 and the displacer 3.
  • the displacer 3 experiences an oscillating translational movement within the working space 2 via a drive 5.
  • the walls 6 as well as the bottom 7 and cover 8 of the container are designed in a suitable manner, for example double-walled and divided, in such a way that they can take over the function of separate heat exchangers, if you are from media corresponding tem flow through temperature.
  • the wall temperature of the container 1 increases in the axial direction towards the head.
  • the walls are, for example, divided several times and fluids of different temperatures flow through them, so that a "cold zone” forms in the lower part of the container 1 and a “hot zone” in the head of the container 1.
  • the wall part 9 between the cover 8 and the bottom 7 is designed on the one hand in a suitable manner as a regenerative heat exchanger, so that a temperature gradient is established in the cylinder axis direction, and on the other hand the cavity of the wall part 9 is flowed through by the liquid conveyed to high pressure after a completed working cycle for a subsequent heat exchange .
  • In the lower part of the container 1 there are an inlet opening 10 to the low-pressure part of a sorption system (not shown) and an outlet opening 11 to the high-pressure part of the sorption system, both openings being provided with a check valve 12 and 13, respectively.
  • a liquid level forms within the cylinder gap 4 between the wall of the container 1 and the displacer 3, which can be regarded as the phase boundary between the vapor space located above and the liquid space located underneath, as follows will be described - always a residual mass of liquid and vapor phase remains in the system. Due to the temperature stratification in the container wall with each change in the liquid level in the narrow cylinder gap 4 between the container 1 and the displacer 3 a heat supply. removal, thus a change in temperature at the phase separation layer. The temperature of this separating layer, at which ideally there is a constant phase equilibrium, is the sole determinant of the pressure in the entire container 1, a certain container pressure being associated approximately with a discrete water level. If the level of the phase boundary is shifted by a movement of the displacer 3, the tank pressure is changed in the same way.
  • the device has the task of conveying the refrigerant-enriched solution emerging from the absorber from the low absorber pressure (e.g. 4 bar) to the generator at high pressure (e.g. 20 bar).
  • the pressure of the liquid, but not its temperature, should be increased in order to keep the energy consumption as low as possible.
  • the mixture of steam and liquid remaining in the system is subcooled in the cold zone in comparison to the entry temperature of this solution by cooling the container bottom 7 with e.g. is branched off in front of the absorber and is therefore colder than the solution under consideration, so that a relative negative pressure (e.g. 3.8 bar) to the absorber is established in container 1, as a result of which the check valve 12 in the inlet opening 10 opens.
  • a relative overpressure to the generator must be created in the container 1 (e.g. 20.2 bar) so that the check valve 13 in the outlet opening 11 opens. This is done by internal heat exchange by flowing a liquid through the hot lid 8 of the container 1, the temperature of which is higher than the equilibrium temperature of the refrigerant at this pressure, for example the degassed solution after the generator exits.
  • the changes in the state of the cycle for the system under consideration are explained below with reference to FIGS. 1 to 4.
  • Fig. 1 according to state (1), the displacer 3 is shown in the bottom dead center.
  • the vapor volume in the head of the container 1 represents the control volume, which in the fol goes through a cycle.
  • the phase separation mirror is in the hot zone; thus there is a relative excess pressure in the container 1, the lid 8 of which is heated with an in-process liquid of a suitable temperature, in comparison with the generator of the sorption system, so that the check valve 13 in the outlet channel 11 is open.
  • the displacer 3 is now moved upwards, the phase separation layer moves between the liquid remaining in the working space and the associated vapor phase in the direction of lower temperatures. Since both check valves 11, 12 are closed when the state changes from (1) to (2), this runs isochorically.
  • a part of the control volume, which was vaporous in the state (1) is liquefied during this change of state and gives off the amount of heat q 1 to the container wall, which is stored by it.
  • the check valve 13 in the outlet opening 11 opens, and the solution is displaced from the lower part of the container 1 into the generator by a further downward movement of the displacer 3 while maintaining the high pressure.
  • the heat q14 must be supplied in the hot lid 8 from the solution flowing through the hot head, whereby further condensate can evaporate again from the control volume.
  • the energy expenditure for operating the device described with ideal process control consists of the supply of the specific amount of heat q41 and from the comparatively minor volume change work P23, which the liquid flowing into the container 1 at the control volume.
  • the process provides the volume change work P41 on the displaced liquid and the heat q23, which is given as useful heat to the consumer-side heat transfer medium in the example discussed here, and the difference in heat flows q12 - q34.
  • the additional expenditure of high-temperature heat, which must also be generated in the generator of a heat pump with primary energy, is: Q to q41 - (
  • the volume change work P Nutz can be generated. Furthermore, the heat is q23 at the useful temperature level.
  • a hydraulic displacement unit 20 can also be used for the movement of the displacement body 3, which uses the pressure energy of the liquid transport or solvent.
  • an electromagnetic drive 30 is shown for the periodic up and down movement of the displacer 3, which can be arranged within the displacer 3, whereby the particular advantage is achieved that the working space 2 is completely closed, so that an undesirable leakage of Liquid is prevented even more safely.
  • the invention offers the advantage of an operationally reliable mode of operation since highly stressed wear parts, in particular no membranes, are required.
  • the device according to the invention also has the advantage of particularly fast and economical operation.

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Abstract

Ein Verfahren zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten, bei dem in einem Kreisprozeß der erforderliche Förderdruck durch wechselnde Veränderung des Siededruckes einer siedefähigen Flüssigkeit von einem niedrigen Ausgangspunkt auf einen um die gewünschte Druckerhöhung vergrößerten Siededruck durch äußere Wärmezufuhr erzeugt und anschließend durch Druckabsenkung auf den niedrigen Siededruck unter äußerer Wärmeabfuhr der Ausgangszustand wieder hergestellt wird, soll dadurch verbessert werden, daß auf hochbeanspruchte Verschleißteile verzichtet werden kann und bei schneller Arbeitsweise eine hohe Betriebssicherheit und lange Lebensdauer erreichbar ist. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß in dem von der zu fördernden siedefähigen Flüssigkeit durchströmten Behälter (1) eine Teilmenge der zu fördernden siedefähigen Flüssigkeit unmittelbar dem arbeitsleistenden Kreisprozeß im Naßdampfgebiet unterworfen wird. Eine entsprechende Vorrichtung enthält einen mit abschließbarem Zu- und Abfluß versehenen Behälter (1), dessen unterer Bereich eine niedrigere Temperatur aufweist als der obere Bereich, und es sind Mittel vorgesehen, um die Grenzschicht Flüssigkeit-Dampf in Zonen unterschiedlicher Temperatur zu versetzen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­richtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten, bei dem bzw. bei der der erforderliche Förderdruck durch wech­selnde Veränderung des Siededruckes einer siedefähigen Flüs­sigkeit von einem niedrigen Ausgangspunkt auf einen um die gewünschte Druckerhöhung vergrößerten Siededruck durch äußere Wärmezufuhr erzeugt und anschließend durch Druckab­senkung auf den niedrigen Siededruck unter äußerer Wärme­abfuhr der Ausgangszustand wieder hergestellt wird, wobei die siedefähige Flüssigkeit einem arbeitsleistenden Kreis­prozeß im Naßdampfgebiet unterworfen wird, der aus einer Druckminderung durch Wärmeabfuhr, einer Verdichtung bei Wärmeabfuhr auf niedrigem Temperaturniveau, einer Druck­erhöhung durch Wärmezufuhr, sowie einer Expansion durch Wärmezufuhr auf hohem Temperaturniveau besteht, insbesondere in einer Sorptionsanlage (Absorptionskältemaschine, -wärme­pumpe oder -wärmetransformator sowie Resorptionskältemaschi­ne, -wärmepumpe oder -wärmetransformator).
  • Die Lösungspumpe einer Sorptionsanlage bereitet konstruktiv erhebliche Schwierigkeiten, obwohl der Leistungsaufwand für diese Komponente vergleichsweise gering ist. Die zu über­brückende Druckdifferenz ist abhängig vom verwendeten Stoff­paar aus Kälte- und Lösungsmittel. Ein häufig verwendetes Stoffpaar ist NH₃/H₂O, bei welchem Druckdifferenzen von 20 bar und mehr auftreten können. Die dabei auftretenden, bei vielen anderen Stoffpaaren ähnlichen Probleme sind schlech­te Wirkungsgrade und Kavitationsprobleme ebenso wie das Ausdringen von häufig umweltschädlichem bzw. giftigem Kälte­ mittel. Auch können die Kosten für dieses Bauteil, insbeson­dere bei großen Kälte- bzw. Wärmeleistungen, gemessen an den Kosten der gesamten Anlage, unverhältnismäßig hoch sein.
  • Durch DD 219 060 ist ein Verfahren zum Betreiben von Absorp­tionswärmepumpen bekannt geworden, bei dem zur Einsparung von Elektroenergie eine als Membranpumpe ausgebildete Lösungs­pumpe mit einem thermischen Antriebsteil verwendet wird, der aus einem mit einem Zweistoffgemisch aus Ammoniak und Wasser gefüllten geschlossenen Behälter besteht, in dem ein perio­disch mit Kaltdampf aus dem Verdampfer und warmem Medium aus dem Wärmepumpenkreislauf betriebener Temperaturwechsler an­geordnet ist.
  • Bei einer Einrichtung dieser Art ist es erforderlich, zwei Wärmetauscher periodisch aufzuheizen und abzukühlen. Dies bedingt unvermeidbar eine träge und wenig wirtschaftliche Arbeitsweise, weil jeweils das gesamte wärmende und das ge­samte kühlende Wärmetauschersystem aufgeheizt bzw. abgekühlt werden müssen. Auch ist durch die erforderliche, betrieb­lich ständig beanspruchte Membrane ein Verschleißteil vor­handen, dessen Lebensdauer begrenzt ist und dessen Erneu­erung die Demontage der gesamten Anordnung erfordert.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ren und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der keine hochbeanspruchten Verschleißteile, insbesondere keine Membranen, erforderlich sind, und bei der eine schnel­lere und wirtschaftlichere Arbeitsweise als bei bekannten Einrichtungen dieser Art erreichbar ist.
  • Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art vorgesehen, daß in dem von der zu fördern­den siedefähigen Flüssigkeit durchströmten Behälter eine Teilmenge der zu fördernden siedefähigen Flüssigkeit un­mittelbar dem arbeitsleistenden Kreisprozeß im Naßdampf­gebiet unterworfen wird.
  • Auch ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten, insbesondere zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, vorgesehen, welche einen mit abschließbarem Zu- und Abfluß versehenen Behälter aufweist, in dessen unterem Bereich eine niedrigere Temperatur herrscht als im oberen Bereich, wobei Mittel vorhanden sind, um die Grenzschicht von Flüssigkeit und Dampf in Zonen unterschied­licher Temperatur zu versetzen.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die Figuren 1-4 der Zeichnung zeigen eine Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung in vier verschiedenen Betriebszu­ständen.
  • Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter 1, der einen Ar­beitsraum 2 umschließt, in den ein Verdränger 3 derart ein­gepaßt ist, daß zwischen der Wand des Behälters 1 und des Verdrängers 3 ein schmaler Zylinderspalt 4 verbleibt. Der Verdränger 3 erfährt über einen Antrieb 5 eine oszillierende Translationsbewegung innerhalb des Arbeitsraumes 2. Die Wan­dungen 6 sowie Boden 7 und Deckel 8 des Behälters sind in geeigneter Weise, z.B. doppelwandig und unterteilt, so aus­gebildet, daß sie die Funktion von getrennten Wärmetauschern übernehmen können, falls sie von Medien entsprechender Tem­ peratur durchströmt werden. Dabei steigt die Wandtemperatur des Behälters 1 in axialer Richtung zum Kopf hin an. Zu die­sem Zweck sind die Wandungen z.B. mehrfach unterteilt und von Fluiden unterschiedlicher Temperaturen durchströmt, so daß sich im unteren Teil des Behälters 1 eine "kalte Zone" und im Kopf des Behälters 1 eine "heiße Zone" ausbildet. Der Wandungsteil 9 zwischen Deckel 8 und Boden 7 ist einer­seits in geeigneter Weise als regenerativer Wärmetauscher ausgebildet, so daß sich in Zylinderachsrichtung ein Tempe­raturgradient einstellt, und andererseits wird der Hohlraum des Wandungsteils 9 von der auf Hochdruck beförderten Flüs­sigkeit nach vollendetem Arbeitszyklus zu einem anschließen­den Wärmeaustausch durchströmt. Im unteren Teil des Behäl­ters 1 befinden sich eine Einlaßöffnung 10 zum Niederdruck­teil einer (nicht dargestellten) Sorptionsanlage sowie eine Auslaßöffnung 11 zum Hochdruckteil der Sorptionsanlage, wo­bei beide Öffnungen jeweils mit einem Rückschlagventil 12 bzw. 13 versehen sind.
  • Innerhalb des Zylinderspaltes 4 zwischen der Wandung des Behälters 1 und des Verdrängers 3 bildet sich in Abhängig­keit von der Position des Verdrängers 3 ein Flüssigkeits­spiegel aus, der als Phasengrenze zwischen dem oben befind­lichen Dampfraum und dem darunter befindlichen Flüssigkeits­raum angesehen werden kann, da - wie nachfolgend noch be­schrieben werden wird - immer eine Restmasse von flüssiger und dampfförmiger Phase im System verbleibt. Durch die Tem­peraturschichtung in der Behälterwand wird mit jeder Änderung des Flüssigkeitsstandes in dem schmalen Zylinderspalt 4 zwischen dem Behälter 1 und dem Verdränger 3 eine Wärmezu­bzw. -abfuhr, somit eine Temperaturänderung an der Phasen­trennschicht, hergestellt. Die Temperatur dieser Trennschicht, an welcher im Idealfall ständig Phasengleichgewicht herrscht, ist allein bestimmend für den Druck im gesamten Behälter 1, wobei näherungsweise einem diskreten Pegelstand ein bestimm­ter Behälterdruck zugeordnet ist. Wird also durch eine Be­wegung des Verdrängers 3 der Pegelstand der Phasengrenze verschoben, wird gleichermaßen der Behälterdruck geändert.
  • Der Fördervorgang sei der Einfachheit halber am Beispiel einer Absorptionswärmepume mit dem Stoffpaar NH₃/H₂O erklärt, obwohl das im folgenden beschriebene Verfahren nicht nur auf Zweistoffgemische anwendbar ist. Hierbei ist die Betriebs­weise einer Absorptionswärmepumpe als hinreichend bekannt vorausgesetzt.
  • Die Vorrichtung hat die Aufgabe, die aus dem Absorber aus­tretende, an Kältemittel angereicherte Lösung vom niedrigen Absorberdruck (z.B. 4 bar) zu dem sich auf Hochdruck (z.B. 20 bar) befindenden Generator zu befördern. Dabei soll der Druck der Flüssigkeit, nicht aber deren Temperatur, erhöht werden, um den Energieaufwand so gering wie möglich zu hal­ten. Um ein Eintreten der Niederdrucklösung zu ermöglichen, wird das im System verbleibende Gemisch aus Dampf und Flüs­sigkeit in der kalten Zone im Vergleich zur Eintrittstempe­ratur dieser Lösung unterkühlt, indem der Behälterboden 7 mit Kühlwasser, welches z.B. vor dem Absorber abgezweigt wird und daher kälter als die hier betrachtete Lösung ist, durchströmt wird, so daß sich im Behälter 1 ein relativer Unterdruck (z.B. 3,8 bar) zum Absorber einstellt, wodurch das Rückschlagventil 12 in der Einlaßöffnung 10 öffnet. Um die auf Hochdruck beförderte Flüssigkeit aus dem Behälter 1 ausschieben zu können, muß im Behälter 1 ein relativer Überdruck zum Generator hergestellt werden (z.B. 20,2 bar), damit das Rückschlagventil 13 in der Auslaßöffnung 11 öff­net. Dies erfolgt durch anlageninternen Wärmetausch, indem der heiße Deckel 8 des Behälters 1 von einer Flüssigkeit durchströmt wird, deren Temperatur höher als die Gleichge­wichtstemperatur des Kältemittels bei diesem Druck ist, bei­spielsweise der entgasten Lösung nach dem Generatoraustritt. Im folgenden werden die Zustandsänderungen des Kreisproze­ses für das betrachtete System an Hand der Figuren 1 bis 4 erläutert.
  • In Fig. 1 entsprechend Zustand (1) ist der Verdränger 3 in unterer Totlage dargestellt. Das Dampfvolumen im Kopf des Behälters 1 stellt das Kontrollvolumen dar, welches im fol­ genden einen Kreisprozeß durchläuft. Der Phasentrennungs­spiegel befindet sich in der heißen Zone; somit herrscht im Behälter 1, dessen Deckel 8 mit einer prozeßinternen Flüssig­keit geeigneter Temperatur beheizt wird, ein relativer Über­druck im Vergleich zum Generator der Sorptionsanlage, so daß das Rückschlagventil 13 im Auslaßkanal 11 geöffnet ist. Wird nun der Verdränger 3 nach oben bewegt, wandert die Phasen­trennschicht zwischen der im Arbeitsraum verbleibenden Flüs­sigkeit und der zugehörigen Dampfphase in Richtung tieferer Temperaturen. Da bei der Zustandsänderung von (1) nach (2) beide Rückschlagventile 11, 12 geschlossen sind, verläuft diese isochor. Ein Teil des Kontrollvolumens, welcher beim Zustand (1) dampfförmig war, wird bei dieser Zusandsände­rung verflüssigt und gibt dabei an die Behälterwand die Wärmemenge q₁₂ ab, welche von dieser gespeichert wird.
  • Hat der Flüssigkeitsspiegel die kalte Zone erreicht (Zu­stand (2) in Fig. 2), welche mit Kühlwasser von niedrigerer Temperatur als der Lösungseintrittstemperatur gekühlt wird, so sinkt der Behälterdruck unter den Absorberdruck, wodurch das Rückschlagventil 12 in der Einlaßöffnung 10 geöffnet und ein weiteres Absinken des Flüssigkeitsspiegels, somit des Behälterdrucks, verhindert wird. Während der Verdränger 3 weiter nach oben bewegt wird, füllt sich der Behälter 1 mit Niederdrucklösung. Dabei bleibt die Lage des Flüssig­keitsspiegels unverändert (isobare, isotherme Verdichtung). Der Verdränger 3 bewegt sich nun weiter aufwärts bis in die obere Totlage (3) gemäß Fig. 3, und der dabei verdrängte Dampf aus dem Kontrollvolumen wird verflüssigt, wobei die Wärmemenge q₂₃ an das Kühlwasser, welches den Behälterboden 7 durchströmt, abzuführen ist.
  • Nun ist nahezu das gesamte Kontrollvolumen aus Zustand (1) verflüssigt worden. Bei der anschließenden Abwärtsbewegung des Verdrängers 3 schließt das Rückschlagventil 12 in der Einlaßöffnung 10, da die Phasentrennschicht in die heiße Zone verdrängt wird, so daß der Behälterdruck ansteigt. Bis zum Erreichen des Maximaldruckes (Zustand (4) entsprechend Fig. 4) verläuft diese Zustandsänderung isochor, wobei die im Zylinderspalt 4 aufsteigende Flüssigkeit die Wärme q₃₄ auf­nimmt, so daß ein Teil des verflüssigten Kontrollvolumens wieder verdampft werden kann. Die Wärmemenge q₃₄ ist betrags­mäßig wesentlich kleiner als die Wärmemenge q₁₂, die von der Behälterwand gespeichert wurde, so daß hier ein regenerati­ver Wärmetausch vorgenommen werden kann. Bei einem geringen Überdruck im Vergleich zum Generatordruck öffnet das Rück­schlagventil 13 in der Auslaßöffnung 11, und die Lösung wird aus dem unteren Teil des Behälters 1 in den Generator durch eine weitere Abwärtsbewegung des Verdrängers 3 unter Aufrecht­erhaltung des Hochdruckes verdrängt. Dabei muß im heißen Deckel 8 die Wärme q₁₄ von der den heißen Kopf durchströmen­den Lösung zugeführt werden, wodurch weiteres Kondensat aus dem Kontrollvolumen wieder verdampfen kann.
  • Hat der Verdränger 3 die untere Totlage erreicht, so ist die gesamte Lösung abzüglich der im Zylinderspalt 4 verbleiben­den Totmenge, die zur Erhaltung des Hochdruckes erforderlich ist, in den Generator verdrängt worden. Somit ist der Aus­gangszustand (1) wiederhergestellt. Die geförderte Menge oder ein Teilstrom davon kann während des Verdrängens in den Hochdruckteil durch den Hohlraum in der Behälterwandung geführt werden und dabei die Restwärme q₁₂ - q₃₄ aufnehmen.
  • Der Energieaufwand zum Betreiben der beschriebenen Einrich­tung bei idealer Prozeßführung besteht aus der Zuführung der spezifischen Wärmemenge q₄₁ sowie aus der vergleichsweise geringfügigen Volumenänderungsarbeit P₂₃, welche die in den Behälter 1 einströmende Flüssigkeit am Kontrollvolumen leis­tet. Der Prozeß liefert die Volumenänderungsarbeit P₄₁ an der verdrängten Flüssigkeit sowie die Wärme q₂₃, die bei dem hier behandelten Beispiel einer Absorptionswärmepumpe als Nutzwärme an den verbraucherseitigen Wärmeträger abgegeben wird, sowie die Differenz der Wärmeströme q₁₂ - q₃₄. Der Mehraufwand an Hochtemperaturwärme, die im Generator einer Wärmepumpe zusätzlich mit Primärenergie erzeugt werden muß, beträgt:
    Qzu = q₄₁ - (|q₁₂|-|q₃₄|)
  • Mit diesem Aufwand kann die Volumenänderungsarbeit PNutz er­zeugt werden. Weiterhin fällt die Wärme q₂₃ auf Nutztempera­turniveau an.
  • Zur Bewegung des Verdrängers 3 ist im Idealfall kein Ener­gieaufwand erforderlich, da dieses Teil keine Arbeit leistet. In der Praxis sind hier jedoch Reibungskräfte sowie Massen­kräfte zu überwinden, deren Größe abhängig von der techni­schen Ausführung des Antriebs 5 und der beschriebenen Vor­richtung ist. Dieser Antrieb könnte jedoch ebenfalls anla­genintern betätigt werden, da die potentielle Energie der reichen, sich auf Hochdruck befindenden Lösung aus dem Ge­nerator, welche vor dem Eintritt in den Absorber auf Nieder­druck in einer Drossel in Verlustwärme umgewandelt wird, hierzu statt dessen ausgenutzt werden kann.
  • Die Ausbildung des in den Figuren 1 und 2 dargestellten An­triebes 5 ist lediglich ein Ausführungsbeispiel. Wie Fig. 3 zeigt, kann auch eine hydraulische Verdrängereinheit 20 für die Bewegung des Verdrängerkörpers 3 verwendet werden, die die Druckenergie des flüssigen Transport- bzw. Lösungsmittels ausnutzt.
  • In Fig. 4 ist ein elektromagnetischer Antrieb 30 zur perio­dischen Auf- und Abwärtsbewegung des Verdrängerkörpers 3 dargestellt, welcher innerhalb des Verdrängerkörpers 3 ange­ordnet sein kann, wodurch der besondere Vorteil erreicht wird, daß der Arbeitsraum 2 vollständig abgeschlossen ist, so daß ein unerwünschtes Austreten von Flüssigkeit noch sicherer verhindert ist.
  • Die Erfindung bietet den Vorteil einer betriebssicheren Ar­beitsweise, da hochbeanspruchte Verschleißteile, insbesondere keine Membranen, erforderlich sind. Auch hat die Vorrichtung gemäß der Erfindung den Vorteil einer besonders schnellen und wirtschaftlichen Arbeitsweise.

Claims (10)

1. Verfahren zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten, bei dem der erforderliche Förderdruck durch wechselnde Ver­änderung des Siededrucks einer siedefähigen Flüssigkeit von einem niedrigen Ausgangspunkt auf einen um die gewünsch­te Druckerhöhung vergrößerten Siededruck durch äußere Wär­mezufuhr erzeugt und anschließend durch Druckabsenkung auf den niedrigen Siededruck unter äußerer Wärmeabfuhr der Aus­gangszustand wieder hergestellt wird, wobei die siedefähige Flüssigkeit einem arbeitsleistenden Kreisprozeß im Naßdampf­gebiet unterworfen wird, der aus einer Druckminderung durch Wärmeabfuhr, einer Verdichtung bei Wärmeabfuhr auf niedri­gem Temperaturniveau, einer Druckerhöhung durch Wärmezufuhr, sowie einer Expansion durch Wärmezufuhr auf hohem Temeratur­niveau besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von der zu fördernden siedefähigen Flüssigkeit durchströmten Behäl­ter eine Teilmenge der zu fördernden siedefähigen Flüssigkeit unmittelbar dem arbeitsleistenden Kreisprozeß im Naßdampf­gebiet unterworfen wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit abschließbarem Zu- und Ab­fluß versehenen Behälter, dessen unterer Bereich eine nie­drigere Temperatur aufweist als der obere Bereich, und Mittel vorgesehen sind, um die Grenzschicht Flüssigkeit-Dampf in Zonen unterschiedlicher Temperatur zu versetzen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Verdrängerkörper, der in dem Behälter periodisch auf- und abbewegbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­net, daß in dem Zufluß und dem Abfluß des Behälters Einweg­rückschlagventile angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Außenwandung des Behälters in Zonen steigender Temperatur unterteilt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen steigender Temperaturen der Behälterwand als Wär­metauscher ausgebildet sind, so daß die Wärmezu- bzw. ab­fuhr durch Ausnutzung von Prozeß- oder Abwärme erfolgen kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen in der Behälterwand zwischen der untersten (kältesten) und der obersten (heißesten) Zone als regenera­tive Zonen ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekenn­zeichnet, daß sie zur Förderung des Lösungs- und/oder Trans­portmittels in eine Sorptionsanlage (Absorptionskältemaschi­ne, -wärmepumpe oder -wärmetransformator sowie Resorptions­kältemaschine, -wärmepumpe oder -wärmetransformator) einge­baut ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine hydraulische Verdrängereinheit zur Bewegung des Verdränger­körpers durch die Druckenergie des flüssigen Transport- bzw. Lösungsmittels.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-8, gekennzeich­net durch einen elektromagnetischen Antrieb zur periodischen Auf- und Abwärtsbewegung des Verdrängerkörpers.
EP88120195A 1987-12-30 1988-12-03 Verfahren und Vorrichtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten Expired - Lifetime EP0322596B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3744487 1987-12-30
DE19873744487 DE3744487A1 (de) 1987-12-30 1987-12-30 Verfahren und vorrichtung zur foerderung von siedefaehigen fluessigkeiten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0322596A1 true EP0322596A1 (de) 1989-07-05
EP0322596B1 EP0322596B1 (de) 1992-04-08

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