AT376293B

AT376293B - Absorptionswaermepumpe

Info

Publication number: AT376293B
Application number: AT323480A
Authority: AT
Original assignee: Sonnleitner Engelbert Ing
Priority date: 1980-06-19
Filing date: 1980-06-19
Publication date: 1984-10-25
Also published as: ATA323480A

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptionswärmepumpe mit einem im geschlossenen Kreislauf über wenigstens einen Absorber, einen Regenerator und einen Lösungskühler geführten Lösungsmittel und einem vom Lösungsmittel absorbierbaren und aus diesem wieder austreibbaren Wärmemittel.

Bisher bekannte Absorptionswärmepumpen arbeiten meist mit einem Wasser-Ammoniak-Gemisch, wobei ammoniakhaltiges Wasser als Lösungsmittel und Ammoniak als Wärmemittel dient und sowohl das Lösungsmittel als auch das Kältemittel in geschlossenen, wärmepumpeninternen Kreisläufen geführt werden. Diese Absorptionswärmepumpen sind daher auch gewissermassen wärmeseitig genutzte Absorptions-Kältemaschinen, die jeweils einen als Kühl-Wärmetauscher wirkenden Verdampfer für das ausgetriebene und kondensierte Wärmemittel aufweisen, wodurch der wesentliche Nachteil entsteht, die auf höheres Temperaturniveau zu "pumpende" Wärme allein durch die Verdampferfläche in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und "kalt"-verdampfendem Kältemittel aufnehmen zu können.

Dadurch bleibt die Anwendung dieser bekannten Wärmepumpen relativ unwirtschaftlich, wozu noch kommt, dass das wärmepumpenintern im geschlossenen Kreislauf geführte Wärmemittel eine direkte Nutzung bereits dampfförmiger Wärmequellen einerseits und die wärmepumpenexterne Verwendung des im Regenerator entstehenden Dampfes anderseits ausschliesst.

Zur Vermeidung dieser Nachteile sind bei einer Absorptionswärmepumpe der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäss als Lösungsmittel ein wasserabsorbierendes Lösungsmittel, vorzugsweise eine Salzlösung, wie Lithiumchlorid- oder -bromidlösung, und als Wärmemittel feuchte Luft, Wasserdampf, wasserdampfhaltige Gase od. dgl. vorgesehen, wobei der Regenerator zum Austreiben des vom Lösungsmittel absorbierten Wärmemittels einen Dampferzeuger für eine Heizung, Dampfmaschine, Wassergewinnungsanlage od. dgl. bildet.

Günstig ist es dabei, wenn erfindungsgemäss als Wärmemittel Abluft aus einem Hallenschwimmbad od. dgl. vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der im Regenerator erzeugte Dampf nach seiner Kondensierung dem Badewasser zugemischt wird, oder wenn als Wärmemittel Abluft aus einer Trocknungsanlage vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der im Regenerator erzeugte Dampf als Heizmedium der Trockenanlage zugeführt wird.

In einer besonders zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung kann weiters als Wärmemittel Abdampf einer Kraftwerks-, insbesondere Turbinenanlage, vorgesehen sein, wobei vorzugsweise der im Regenerator erzeugte Dampf gegebenenfalls nach einer Überhitzung als Antriebsdampf in die Anlage eingespeist wird, da so ein üblicher Kondensator zum Kondensieren des Abdampfes vermieden wird, in dem bei Dampfkraftwerken der grösste und wegen der damit verbundenen Umweltbelastung auch unerwünschteste Wärmeverlust auftritt.

Um z. B. auf wirtschaftliche Weise sekundäre Solarenergie in Form der Luftfeuchtigkeit zur Gewinnung mechanischer Energie ausnutzen zu können, führt erfindungsgemäss der Lösungsmittel- - Kreislauf über mehrere, vorzugsweise drei Absorber und einen gemeinsamen, wahlweise lösungsbeheizten Regenerator und als Wärmemittel ist feuchtwarme Umgebungsluft vorgesehen, wobei vorzugsweise der im Regenerator erzeugte Dampf als Antriebsdampf einer Dampfturbine zugeleitet wird.

Bei der erfindungsgemässen Absorptionswärmepumpe wird nur das Lösungsmittel im geschlossenen Kreislauf geführt, nicht aber das Wärmemittel, das sozusagen nach seinem Austreiben aus dem Lösungsmittel das eigentliche Wärmepumpensystem verlässt, was auch die Ausnutzung einer externen, bereits dampfförmigen Wärmequelle erlaubt. Der Wärmeübergang erfolgt somit aus der dampfförmigen Wärmequelle bei gleichzeitigem Stoffübergang im Absorber, u. zw. auf Grund der Dampfdruckdifferenz zwischen der Absorptionsflüssigkeit bzw. deren Dampf und dem der Wärmequelle. Da letzterer Druck ein Vielfaches gegenüber dem von Kaltdampf beträgt, kann auch die Temperatur bzw. der Dampfdruck der Absorptionsflüssigkeit ein Vielfaches der Werte bekannter Absorptionswärmepumpen betragen. Dieser entscheidende Vorteil erlaubt es, z.

B. die aus Dampfkraftwerken im Abdampf anfallende, bisher nicht mehr nutzbare Verdampfungswärme im Abdampf auf exergetisch nutzbarem Temperaturniveau ohne externe Wärmeabführung zurückzugewinnen.

Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert, in der die Fig. 1 bis 4 Anlagenschemata verschiedener'Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Absorptionswärmepumpe zeigen.

In Fig. 1 ist an Hand eines Hallenschwimmbades die Anwendung der erfindungsgemässen Ab-

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lösung, die Feuchtigkeit der Abluft absorbiert. Dieses Lösungsmittel gelangt mittels der Lösungspumpe --3-- aus dem Absorber --2-- über einen Wärmetauscher --4-- in den direkt befeuerten
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anlage des Bandes rückgeführt wird, wobei dann nur ein entsprechender Frischluftanteil zur Abdeckung der vorgeschriebenen Frischluftrate dem Zuluftgerät beizumischen ist. Der mit dem heissen Wasserdampf beaufschlagte Wärmetauscher --6-- liesse sich natürlich statt zur Lufterwärmung genauso gut für eine Brauchwasserbereitung oder für andere Heizzwecke heranziehen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine erfindungsgemässe Absorptionswärmepumpe bei einer Trocknungsanlage eingesetzt. Die als Wärmemittel dienende Abluft dieser Trocknungsanlage - mit einer Temperatur von zirka 80 C und 60% relativer Feuchtigkeit wird über ein Filter --la-- und einen Ventilator --2a-- dem Absorber --3a-- zugeführt. Im Absorber wird mittels des Lösungsmittels Feuchtigkeit entzogen und die trockene Luft mit 80 C/10% relativer Feuchte über einen Luft/Dampf-Wärmetauscher --6a-- wieder der Trocknungsanlage bzw. dem Trocknungsprozess zugeführt, wobei Frischluft nur zur Deckung der Leckverluste erforderlich ist.

Das Lösungs-
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der Trocknungsanlage --T-- zugeführt. Damit ist die Trocknung, beispielsweise die Papier- oder Wäschetrocknung, unabhängig vom Aussenluftzustand und die Rückgewinnung der Trocknungswärme ohne systemexterne Einrichtungen möglich.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Abdampfverwertung durch eine erfindungsgemässe Absorptionswärmepumpe bei einer Kraftwerksanlage dargestellt. Vom Kessel--lb-, beispielsweise einem Siedewasserreaktor, strömt Dampf mit z. B. 85 bar/540 C durch die Hauptdampfleitung --2b-- zur Hauptturbine --3b-- und wird in dieser auf den Zustand-16 bar/200 C abgearbeitet. Durch die Abdampfleitung gelangt der Dampf in das Heizrohrbündel des Regenerators --4b--, in dem sich 70%-ige Lösung mit der Temperatur von 180 C/1 bar befindet.

Unter Abgabe der zum Regenerieren erforderlichen Wärme erreicht der Dampf bei Austritt aus dem Heizrohrbündel den Sättigungszustand von 180 C/10 bar und gelangt zum Überhitzer --5b--, wo er den mit 100 C/1 bar aus dem Dampfgefäss --6b-- kommenden Dampf auf 180 C überhitzt.

Anschliessend gelangt der Dampf zum Heizrohrbündel dieses Dampfgefässes --6b--, um das dort befindliche Reinwasser (Kondensat)
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-13b-- in ein Kondensatsammelgefäss --14b-- gepumpt,turbine --9b-- erfolgt ein Abarbeiten der Überhitzungstemperatur von 160 C auf 100 C/1 bar und anschliessend gelangt der Dampf in den Absorber --10b--. Hier wird die Lösung durch laufen-

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--llb--,--12b-- dem Dampfüberhitzer --11b-- und parallel zu diesem dem Regenerator --4b-- zugeleitet. Der heisse Lösungsstrom, der natürlich auch in einem eigenen Kreis durch den Überhitzer --llb-- geführt werden könnte,

wird im Überhitzer --11b-- unter Abgabe der Überhitzungswärme an den zur Turbine --9b-- strömenden Abdampf gekühlt. Im Regenerator --4b-- wird die Lösung durch
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Absorptionswärmepumpenprinzips, nach dem der Abdampf anstatt unter Abkühlung in einem Kondensator zu kondensieren, im Absorber ohne Abgas von Prozesswärme unter Temperaturerhöhung kondensiert bzw. absorbiert wird, ist ein Kondensationsdampfkraftwerk unabhängig vom Kühlwasser, und es entfallen somit bei der Standortwahl alle das Kühlwasser und die Wärmebelastung der Umwelt betreffenden Aspekte.

Fig. 4 zeigt den besonders zweckmässigen Einsatz einer erfindungsgemässen Absorptionswärmepumpe zur Energie- und Wassergewinnung aus feuchter Umgebungsluft. Ein Ventilator --5c-- saugt warmfeuchte Umgebungsluft vom Zustand 50 C/80% relative Feuchtigkeit an und fördert sie durch den Eintrittsstutzen-lOc-in den Absorber-Ic--, wo sie nach Kontakt mit der durch die geordneten Packungen-llc-verteilten Lösung von 110 C unter Wärmeentwicklung auf 120 C ihre Feuchtigkeit abgibt.

Durch den Austrittsstutzen --12c-- verlässt die entfeuchtete Luft den Absorbet Die verdünnte Lösung von 120 C wird durch die Umwälzpumpe --13c-- aus dem Absorber --lc-- abgesaugt und strömt durch die Leitung --14c-- zum Lösungskühler --K1--.

Durch die Abgabe der Absorptionswärme wird das durch das Rohr --16c-- in den Kühler eintretende Wasser verdampft, welcher 110 -ige Dampf durch die Leitung --17c-- und den Eintrittsstutzen --27c-- in den zweiten Absorber --2c-- strömt, wo er von der aus dem Lösungskühler - K2-- durch das Rohr --18c-- kommenden Lösung von 110 C absorbiert wird. Die warme Lösung von 180 C gelangt durch das Rohr --19c-- zurück in die Leitung --14c--, doch könnte statt dieser Einbindung auch ein Wärmetauscher vorgesehen sein, was allerdings ein zweites Leitungspaar erforderlich machen würde.

Da erfindungsgemäss nicht auf eine Kälteleistung in einem Verdampfer Rücksicht zu nehmen ist, hat die möglichst einfache Anlagentechnik Vorrang vor allfälligen Mischungs- und/oder internen Wärmeverlusten, welche Verluste zwangsläufig dem Gesamtsystem zugutekommen und über die damit in den Lösungskühlern entwickelten Dampfmengen zur Wärmeentwicklung unter Temperaturerhöhung führen. Entscheidend ist dabei, dass alle Lösungsteilmengen im Regenerator --R-- bei der höchsten im System auftretenden Temperatur (bis zu 188 C) regene-
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h.Behälter --7c--, von wo es mittels der Pumpe --24c-- zu den Lösungskühlern gefördert, ausgeschieden, einer elektrolytischen Wasserstofferzeugung mittels des aus dem Turbogenerator stammenden Stromes zugeführt oder einer Trinkwasseraufbereitung zugeleitet werden kann.

Im Regenerator - fungiert die aus dem Absorber --3c-- mittels Umwälzpumpe --26c-- abgesaugte heisse Lösung von 185 C als Heizmedium, das durch Abgabe der Absorptionswärme der Lösung aus dem Absorber - über die Heizfläche der Heizschlange --30c-- im Regenerator --R-- die aus den Absorbern - Ic und 2c-- kommende verdünnte Lösung zum Kochen bringt. Gleichzeitig muss aber auch das Heizmedium, die im Absorber --3c-- verdünnte heisse Lösung, ausgekocht bzw. regeneriert werden, was durch Zumischung dieser dünnen Lösung zur konzentrierten Lösung im Regenerator --R-durchgeführt wird. Dieser Vorgang erfolgt nach zunächst indirekter Wärmeabgabe an die kühlere Lösungsmenge, wobei die irreversible Mischungswärme der Antriebsdampferzeugung zugutekommt.

Die konzentrierte Lösung gelangt aus dem Regenerator --R-- über die Rohrleitung --28c-- mittels der Pumpe --25c-- zur endgültigen Abkühlung auf 110 C in den Lösungskühler --K 2 -- und von da zu den Absorbern --1c, 2c, 3c-- zurück.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Absorptionswärmepumpe mit einem im geschlossenen Kreislauf über wenigstens einen Absorber, einen Regenerator und einen Lösungskühler geführten Lösungsmittel und einem vom Lösungsmittel absorbierbaren und aus diesem wieder austreibbaren Wärmemittel, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel ein wasserabsorbierendes Lösungsmittel, vorzugsweise eine Salzlösung, wie Lithiumchlorid- oder -bromidlösung, und als Wärmemittel feuchte Luft, Wasserdampf, wasserdampfhaltige Gase od. dgl. vorgesehen sind, wobei der Regenerator zum Austreiben des vom Lösungsmittel absorbierten Wärmemittels einen Dampferzeuger für eine Heizung, Dampfmaschine, Wassergewinnungsanlage od. dgl. bildet. EMI4.1 erzeugte Dampf nach seiner Kondensierung dem Badewasser zugemischt wird.

3. Absorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmemittel Abluft aus einer Trocknungsanlage vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der im Regenerator erzeugte Dampf als Heizmedium der Trockenanlage zugeführt wird.

4. Absorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmemittel Abdampf einer Kraftwerks-, insbesondere Turbinenanlage, vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der im Regenerator erzeugte Dampf gegebenenfalls nach einer Überhitzung als Antriebsdampf in die Anlage eingespeist wird.

5. Absorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungsmittelkreislauf über mehrere, vorzugsweise drei Absorber und einen gemeinsamen wahlweise lösungsbeheizten Regenerator führt und als Wärmemittel feuchtwarme Umgebungsluft vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der im Regenerator erzeugte Dampf als Antriebsdampf einer Dampfturbine zugeleitet wird.