NO790089L - Absorpsjons-varmepumpeanlegg. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for oppvarming med et absorbsjonsvarmepumpeanlegg.

Oppfinnelsen omhandler en fremgangsmåte til oppvarming med et absorbsjonsvarmepumpeanlegg. Det er spesielt egnet for oppvarming av bygninger.

Det termodynamiske grunnlaget til kjole- eller varmeanlegg som blir benyttet som absjorbsjonsanlegg er kjent siden ca. 70 år. Ovenfor de sterkt utbredte kompresjons-anleggene er til denne tid imidlertid absorbsjonsvarmeanleg-gene bare kommet til en praktisk innsats i et beskjedent om-fang, da de i totalkostensammenligningen med kompresjonsan-leggene er underlegne og også med omsyn til deres dimensjoner og anvendelsesmuligheter var mindre fordelaktige'.. Videre ble ved de til denne tid som effektapparat realiserte absorbsjons-varmepumper i storre grad benyttet stoffparene ammoniakk/ vann og vann/litiumbromid. Anvendelsen av ammoniakk i bo-stadhus er beskrenket av sikkerhetsrisikoen. Den hoyeste utdrivningstemperaturen for stoffparet ammoniakk/vann ligger ved l60 - 180°C, over denne temperaturen oppstår sterke korro-sjonsvirkninger og spalting. Stoffparet vann/litiumbromid har den ulempen at utdrivningstemperaturen med omsyn til spalting, saltutskillelse og korrosjon ikke kan overstige 150°C. Videre kan ved tilforing av vann som "kjolemiddel" fordampningstemperaturen praktisk ikke ligger under 0°C.

Den begrensede anvendelsesmuligheten til de til denne tid realiserte.absorbsjonsvarmepumpene forte allerede tidlig til én kombinasjon med'andre energitekniske systerm (W. Niebergall, Absorptio.nsheizanlageh, Kåltetechnik' 9 (1957) Nr. 9, side 238 - 2A-3). På grunn av anleggs- og driftskost-nadprogresjonen ved mindre bygg såsom på grunn av det plass- behovet sammenlignet med konkurrerende varmesystemet blir ab-sjorbsjonsvarmepumpen til denne tid ikke utviklet til bruks-ferdig tilstand for å oppvarme eneboliger (R. Plank, Handbuch der Kaltetechnik, Bd. VI/A, Springer-Verlag, Berlin 1969).

Oppgaven til foreliggende oppfinnelse er å frem-bringe en fremgangsmåte til oppvarming, spesielt for hus, som i sin totaløkonomi kan konkurrere såvel med konvensjonelle varmeanlegg som også kompresjonsvarmepumper. Gjennomfbringen av denne fremgangsmåten skulle muliggjbre en innsparing av primærenergien ovenfor den prbvde varmeteknikken.

Det har nå vist seg at denne oppgaven lar seg lose

på en teknisk fremskrittlig måte, ved fremgangsmåten til oppvarming av bygninger med et absorbsjonsvarmepumpeanlegg absorbertrykket blir gjort uavhengig av fordampningstrykket med hjelp av et fortetningsaggregat og/eller den til absorberen tilbakelbpende utarmede opplbsningen blir underkjblt i en hovedvarmeveksler til lavere temperatur, enn det er mulig i den varmeveksleren som ligger mellom absorberen og utdriveren og absorberen blir drevet adiabatisk. Fortrinnsvis blir et stråleapparat anvendt som fortetningsaggregat og ved en utetemperaturavhengig, ikke tilstrekkelig fordampningstrykk blir kjolemiddelkretslopet slått av og opplbsningskrétslbpet blir benyttet som varmemagasinanlegg. I varmemagasindrift kan videre varmeveksleren omgås og varme bli avgitt utelukkende over hovedvarmeveksleren.

I tilfelle oppvarmingen av utdriveren skjer med

olje, gass eller fast brensel, kan roykgassen bli avkjolt med et medium som skal oppvarmes i et aggregat som er koplet etter utdriveren. Roykgassen kan f.eks. bli benyttet til å fordampe en strbm av væskekjolemiddel og det dampformige kjblemidlet kan bli benyttet som drivdampstrbm i fortettingsaggregatet.

Roykgassen kan imidertid også bli avkjolt direkte

mot oppvarmings- eller bruksvann. I dette tilfellet blir som drivdamp for stråleapparatet oppvarmet kjolemiddeldamp tatt fra kondensatoren.

Fortrinnsvis blir som opplosningspumpe benyttet en tannhjulspumpe og som adiabatisk absorber et ror med statisk blander.

Som arbeidsmedium for fremgangsmåten ifolge oppfinnel sen egner seg f.eks. stoffparet dif l.uormonoklormetan/tetraetylenglykoldimetyleter for sikker drift i bolighus. Den termiske stabiliteten, lite korrosivitet og giftighet til dette stoffparet sikrer en varig og sikker bruk. Hertil.kom-mer at det er tilstede en stor kokepunktforskjell mellom-difluormonoklormetan og tetraetylenglykoldimetyleter, ved hvilken' koke- hhv. utdrivningskonstruksjonen kan bli for-enklet da den ikke må bli raffinert.

Fremgangsmåten skal bli nærmere forklart ved

hjelp av figurene 1 og 2.

Grunnlaget for utkastet til anleggsskjemaet ifolge fig. 1 og 2 er overveielsen at anlegget også ved svært lave utetemperaturér sikrer fullstendig oppvarming av bygningen om ingen varme mer kan bli pumpet av termodynamiske grunner og anlegget derved funksjonerer som rent kjelevarmeanlegg. Med stigende utetemperatur tiltar stadig den over fordamperen 1 tilforte pumpede varmestrbm og skulle belope seg i middel inntil 30% til varmestrbmmen, som blir tilfort til utdriveren hhv. kokeren 2. Videre skulle anleggskretsen være muligst ukomplisert. Oppvarmet blir utdriveren 2 ved fyring. Den hbyeste utdrivningstemperaturen blir ikke begrenset ved varme-kilden (f.eks. omgivningsluften), men av den kjemiske stabiliteten og korrosiviteten til arbeidsblandingen, f.eks. di-, fluormonoklormetan/tetraetylenglykoldimetyleter.

For at anlegget ved utetemperaturér på ca. -2°C

. uten endringer av opplbsningsmiddelomlbpet og uten forhbyning av utdrivningstemperaturen kan dekke varmebehovet, ligger mellom kondensatoren 3 og absorberen 4 et forbilbp til varmeveksleren 5 og dermed også til fordamperen 1. Forbilbpet består av en damp- og en væskeledning og et fortetningsaggregat 6. Fortrinnsvis blir som fortetningsaggregat benyttet et stråleapparat. Dampledningen begynner ved en valgt lav utetemperatur å åpne seg ved dens videre senkning.• Kjblemid-deldampen strbmmer så med hbyt trykk i fortetningsaggregatet 6 og komprimerer den gjennom fordamperen 1 flytende kjblemid-'delstrbmmen fra trykket pQ til et hbyere trykk p^, slik at

i absorberen 4 blir absorbert kjblemiddel også ved denne tempe-peraturen, som har tatt opp varme fra omgivelsene, dvs. at

gj.ennom denne kretsen blir temperaturgrensen under hvilken anlegget funksjonerer som et kjelevarmeanlegg forskjbvet til lavere temperaturer. Uten dette'tiltaket ville ved likbliv-ende kjelevarmestrom temperaturen til utdriveren 2 stige og den termiske belastningen til blandingen komme i området i hvilket dens stabilitet og korrosivitet ikke er undersokt og dermed ikke er garantert. Når den nedre grensen til trykket til absorberen 4 ved åpningen av dampledningen ikke kan bli nådd mer, blir væskeforbilopet åpnet og anlegget funksjonerer da som kjelevarmeanlegg. Derved blir også omgivelsen til varmeveksleren 7 åpnet hvorved utdrivereffekten blir'"'praktisk overfort direkte på hovedvarmeveksleren.'

Avkjølingen til kjolemiddelutarmede opplosnings-middelstrbm i hovedvarmeveksleren 8, som ligger foran absorberen 4, gir en videre forbedring av kretsen. Ved disse tiltakene forenkles konstruksjonen av absorberen 4 og absorb-sjonsmotstanden ,til kjblemiddeldampen/opplosningen blir mindre. Det er sbrget for å fore så mye varme over hovedvarmeveksleren 8 at absorberen 4 blir adiabatisk drevet. Varmebortfbringen i den forankoplede hovedvarmeveksleren 8 er ved siden av de'andre gjennom kretsen gitte fordeler apparatteknisk enkel og termodynamisk bedre gjennomførbar enn i absorberen 4.

Fremgangsmåten ifblge oppfinnelsen kan ved en utetemperaturavhengig, ikke tilstrekkelig fordampningstrykk slå av kjolemiddelkretslbpet og benytte opplbsningsmiddelkrets-lbpet som varmemagasinanlegg. Fortrinnsvis blir i varmemaga-sindriften varmeveksleren 7 omgått og varmen utelukkende avgitt over hovedvarmeveksleren 8. I tilfelle av oppvarming av utedriveren 2 med olje, gass eller fast brensel kan roykgassen bli avkjolt med et medium som skal varmes i aggregatet 9 som er koplet etter utdriveren 2. Roykgassen kan bli benyttet til fordampning av en strbm med væskeformet kjblemiddel som vist på .fig. 1. Det dampformige kjblemidlet kan bli benyttet som drivdampstoff i fortettingsaggregatet 6. Et alternativ dertil viser fig. 2 i hvilket den ennå benyttbare varmen fra utdriveren kommende rbykgass blir overfort direkte'til vannet. Tallene (1) til (14) på fig. 2 kjennetegner balansepunktene for beregningene i det etterfblgende eksemplet.

I utfbringseksemplet blir fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen nærmere forklart: I de ti kretslbpapparatene til anlegget blir til standen til stoffstrbmmen ved trykkendringer, varmetil-hhv:. -bortf bring eller tilfbrsel av pumpeenergi forandret i Av tilstanden til den tilstrbmmende stoffstrbmmen og den gitte tilstandsendringen i apparatet lar tilstandene til alle stoffstrbmmene ifolge den i den på fig. 2 viste konsentrasjon/ ■ entalpi-diagram for difluormonoklormetan/dimetyleter til tetraetylenglykol etter W.P. Latescgew, Wnichi N. 3243, Moskva, 1968, beregne. Beregningsligningene er oppstilt i den etterfølgende tabellen 1. Rekkefblgen til ligningene i tabell 1 tilsvarer rekkefblgen i hvilken apparatene blir gjen-nomstrømmet av kjolemiddel hhv. k jolemiddel-/opplbsningsmiddel-blanding.

Tabell 1: .

Kondensator {rent kjblemiddel} : • • • - * • •

QK/m1= h±- h2<h>^ n^/m^

ml<=><m>2+ m3

Pl<P>2 - ?3

<AT>2<T>2<->Ttilbakelgp =<10>K

(<T>forlbp<T>tilbakelbp<=><10K>^

Yarmeveksler_I_(rent_kjolemiddel}:

<h>2-<h>4=<h>6h? • • • •

■m2<=><m>4<=><m>6<m>5

. P2P4<p>6<p>7

AT? T2T? = 5K

Drossel_(Rent_kjolemiddel}:

3 4

P5<=>Ps (T0)<P4

Fordamper £rent_kjolemiddel):

Q /mc = hr - hr-

o' 5 o 5

<m>6=<m>5

P6 ^P5<=.>PS (<T>Q)

<AT>6<T>omgivelse To<8>K

§irli£§EEar§i_Ir®2i_iSii°-'-®2J^^§l):

• • • <m>8 ^8 = m7 ^7<+><m>3 ^3 • •••••

<m>8<=>m7 + m3 = ml<=><m2><=><m>3

P7 <-P8 < P5

^str<=>(<m>3</r>Vth</>^3</m>7}<=>°'<08>

n .. h8, th<-><h>7<h>3<h>8

Cstr h3- h8)th<h>8<->hy<m>8 • s8,th<=><m>7 '<s>7<+>m3S3

P& = P (<h>8,th'<s>8,th}

<T>8<T>.(P8» V

Aksorbe^_£op_p_iosning_+ r®n5_^j2iemi^^ei):<m>9 hg<=><m>8 • h8 +<m>14<h>14

mg<=>m8 + ml4

4? = f9 S 14 ='m8/m9

P9P8

Tg T (f g, pg)

Pump_e lop_p_losning2_:

L<=><m>1Q<.>(<p>10 - pg) I ( <o<h>) • • •

m10 ;= mg

. 0 0,7

10<=>f9

<h>10 = h9 + (p10<P>9}</>(5 Z ')

<T>10 T ^<h>10'5 10)

Varmeveksler_II:

<m>ll hl<m>10<h>10<=><m>12<h>12<m>13<h>13

<m>ll<=><m>10

• •

<m>13<=><m>12

<P>n^<P>io^<P>l2^<P>l3

Z\T =T13-T10= 10K

Utdrivér (Op^losning_+_rent_kjol®!I}i^^2i2: • • • •<q>h<=><m>12<h>12<+>m-L<h>1 mil .<h>1±

<m>ll<=><m>12<+>ml

<=>^11 3 12<=><m>l</m>ll Pl'=Pl2«Pll

Tl<=>T12 ^ T ^ 512'<p>12^

Varmeveksler_(Ogglosning): • • •

Q = m-, . h-,- m-, , . h-, , a<=>13 13 14 14

AT = T, , - T.., ,.. = 5K

14 tilbakelop

I tabell 1 betyr symbolene:

Gjennom, spesifisering:

Varmtvann

forlopstemperatur 55°C

temperaturspredning 15 K

varmeeffekt 12.kW

varmekilde

a) luft lufttemperatur -2°C b) grundvann tilsvarer termodynamisk vanntemperatur 10°C en lufttemperatur på 10°C

og arbeidsstoffparet difluormonoklormetan/tetraetylenglykoldimetyleter er prosessparametrene bare varierbare innenfor smale grenser.

Betraktninger for utlegningspunktet t = -10°C, hvorved t betyr fordampningstemperatur.

Med de. i tabell 1 antatte verdier gir seg kondénsa-sjonstemperaturen til kj.blemidlet difluormonoklormetan til 60°C og kondensasjonstrykket til 24,2 bar-.

Fordampningstemperaturen til' kjblemidlet difluormonoklormetan blir likeledes fastlagt ved verdiene ovenfor og tabell 1. Kjolemidlet fordamper ved -10°C og 3,5 bar.

Mellom utdriveren og kondensatoren blir trykkfal-let vurdert til omtrent 0,8 bar og dermed valgt som ut-vinningstrykk 25 bar. 25-bar-isobaren i h-% -bildet til blandingen difluormonoklormetan/dimetyletertetraetylenglykol (fig. 3) og den 176-°C-isoterm (den hoyeste- til nå med hensyn til stabilitet og korrosivitet eksperimentelt undersbkte iso-term) skjærer seg ved vektskonsentrasjonen 0,2 vekt-%. Dermed er tilstanden til den utarmede opplbsningen ved utdriv-ningsutgangen med 25 bar, 178°C og .en konsentrasjon på 0,2 vekt-% difluormonoklormetan fastlagt.

I absorberen blir kjolemidlet difluormonoklormetan • i den utarmede losningen absorbert uten varmeavgivning, derved stiger temperaturen.og difluormonoklormetankonsentrasjonen i losningen. Opplbsningen forlater absorberen som kjblemiddel-rik opplbsning. Dens tilstandspunkt ligger på blandings-linjen kjblemiddeldamp/utarmet opplbsning under likevekts linjen for absorbertrykket da på grunn av stoffovergangen likevektslinjen ikke kan bli nådd og på grunn av bedrifts-forholdet til opplbsningsmiddelpumpen ikke kan bli nådd.

Opplosningen går inn i absorberen med 20 vekt-% kjblemiddel difluormonoklormetan og 45°C (tabell 1). Konsen-trasjonsforskjellen utarmet/anriket opplosning blir valgt til

A ^ = 0,05.

Dermed er temperaturen til den anrikede opplosningen

tg 50°C

og må absorbertrykketPa^svære storre enn 3,8 bar for å opprettholde prosessen.

'Med de fundne prosessparametrene

t1176°C

^x =0,2 vekt-%

%4 - 45°C

tg = 50°C

,z\5= 5g - Si=0,05vekt-o/°

blir anlegget termodynamisk beregnet.

De etterfølgende tabellene 2 og 3 omfatter pro-sessdata for de valgte stoffpar difluormonoklormetan/tetraetylenglykoldimetyleter som ligger til grunn for apparatdimen-sjoneringen.

1) tapsfri,

2) oljefyring,

3) difluormonoklormetan

Tabell 3: Mengde- og energistrømmer over fordampningstempe-raturområdet -10° .... +10°C.

Med energistrømmen ifolge tabell 3 og ved ekstra hjelp av vurderingsverdiene for energitapet (kjele, royk-gass, pumpe) og fordampningsventilasjonsdrevet blir energi-bilansen for det betraktede temperaturområdet oppstilt.

Den etterfølgende tabell 4 viser energibilans for absorbsjonsvarmepumpekretsen ifolge fig. 1 og 2.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for oppvarming med et absorbsjonsvarmepumpeanlegg, karakterisert ved at absorbertrykket blir gjort uavhengig av fordampningstrykket ved hjelp av et fortetningsaggregat og/eller at den uarmede opplosningen som går tilbake til et absorbsjonsanlegg blir underkjblt i en hovedvarmeveksler til lavere temperaturer enn det som er mulig i den mellom absorberen og utdriveren liggende varmeveksler og at absorberen blir drevet adiabatisk.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at et stråleapparat blir benyttet som fortetningsaggregat.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1 og 2, karakterisert ved at ved en utetemperatur-avhengig, ikke tilstrekkelig fordampningstrykk blir kjblemiddelkréts-lopet avslått og opplosningskretslbpet benyttet som varme-magasin.

4. Fremgangsmåte ifolge krav 1-3, karakterisert ved at i varmemagasinanleggsdrift blir varmeveksleren omgått og varmen utelukkende avgitt over hovedvarmeveksleren.

5. , Fremgangsmåte ifolge krav 1 - 4, karakterisert ved at i tilfellet med oppvarming av utdriveren med olje, gass eller fast brensel, blir roykgassen kjolt med et middel som skal oppvarmes i et aggregat ko <p>l et. etter utdriveren.

6. Fremgangsmåte ifolge krav 1-5, karakterisert ved at roykgassen blir benyttet til fordmpning .av en strbm med flytende kjblemiddel og at det dampformige kjolemidlet blir benyttet som drivdampstrbm i et fortetningsaggregat.

7. Fremgangsmåte ifolge krav 1-6, karakter i-' sert v e d at som lbsningspumpe blir benyttet en tannhjulspumpe.

8. Fremgangsmåte ifolge krav 1-7, karakterisert ved at som adibiisk absorber blir benyttet ror med kjblemiddelsinnsprbyting og/eller s.tatisk blander.