DD155835A1

DD155835A1 - Nach dem absorptionsprinzip mit einem zweistoffgemisch arbeitende waermepumpe mit strahlverdichtung

Info

Publication number: DD155835A1
Application number: DD22670280A
Authority: DD
Inventors: Volkmar Gross; Ivan Boschnakow; Manfred Jankowski
Original assignee: Volkmar Gross; Ivan Boschnakow; Manfred Jankowski
Priority date: 1980-12-29
Filing date: 1980-12-29
Publication date: 1982-07-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine nach dem Absorptionsprinzip mit einem Zweistoffgemisch arbeitende Waermepumpe mit Strahlverdichtung, bei der das Zweistoffgemisch in einem geschlossenen Kreislauf, jedoch teilweise getrennt, Kondensations- und Verdampfungsstufen durchlaeuft und die mit relativ geringer Energie verschiedenartiger Herkunft angetrieben wird. Ziel der Erfindung ist die optimale Erzeugung von Nutzenergie aus vorhandener Antriebsenergie mit einer hohen energetischen Effektivitaet. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Waermepumpe mit Strahlverdichtung, bestehend aus einem Waermetauscher, einem Strahlverdichter sowie einem Mischkondensator und einer weiterfuehrenden Leitung zu schaffen, bei der nur der Teil des Zweistoffgemisches, der ...

Description

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Nach dem Absorptionsprinzip mit einem Zweistoffgemisch arbeitende Wärmepumpe mit Strahlverdichtung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine nach dem Absorptionsprinzip mit einem Zweistoffgemisch arbeitende Wärmepumpe mit Strahlverdichtung, vorzugsweise zur rationellen Nutzung diverser Wärmequellen, insbesondere Nutzung industrieller Abwärme verschiedenartiger Herkunft.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, daß Kälteanlagen mit Strahlverdichter (Plank; Kältetechnik - Bd. V") in modifiziertem Aufbau auch als Wärmepumpen eingesetzt werden (DE-OS 2 629 395 und DE-OS 2 752 997) Derartige Anlagen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie nur geringe Druckdifferenzen zwischen Saug- und Nischdruck wirtschaftlich, d.h. bei einem vertretbaren Treibmittelverbrauch erreichen und nur relativ geringe Temperaturdifferenzen zwischen der Wärmequelle und der erzeugten Nutzwärme erzielen, da der erreichbare Mischdruck gering ist und somit auch nur geringe Kondensationstemperaturen erzeugt werden können. Weiterhin ist eine Kälteanlage mit Strahlverdichtung bekannt, bei der das Arbeitsmittel ein Gemisch aus zwei Gasen ist, wobei nach der Kompression der eine Bestandteil beliebig weit

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vom Kondensationspunkt entfernt bleibt (Reichspatent Kr. 596 878). Diese Einrichtung besitzt den Nachteil, daß auf Grund eines zusätzlichen mechanischen Verdichters die an mechanischen Kälteanlagen üblichen Verschleißmängel auftreten. Weiterhin ist eine Absorptionskältemaschine bekannt, bei der zwischen Verdampfer und Absorber ein Strahlverdichter vorgesehen ist, die auch als Wärmepumpe einsetzbar ist (Plank; Kältetechnik, Bd„ V, S. 4-31; wie'auch die nach DE-OS 2 801 529)· Bei dieser Zweistoff-Kältemaschine/ Wärmepumpe ist eine Strahlpumpe als Strahlverdichter zwischen Austreiber und Absorber angeordnet, die mit der aus dein Austreiber in den Absorber zurückfließenden kältemittelarmen Absorptionslösung als treibmittel betrieben wird und die den Kältemitteldampf aus dem Verdampfer absaugt und mit der Absorptionslösung in den Absorber fördert mit dem Ziel-, dabei den Absorberdruck über den Verdampferdruck anzuheben» Da die Absorptionslösung das Bestreben hat, den als Saugmittel fungierenden Bestandteil des Zweistoffgemisches, der bei niedrigeren Temperaturen siedet, zu absorbieren, v/ird die Arbeit des Strahlverdichters verringert. Dadurch v/ird die Überbrückung höherer Temperaturdifferenzen bei gleicher Druckdifferenz möglich bzw. bei gleicher Temperaturdifferenz verringern sich die zu überbrückenden Druckdifferenz und der notwendige Treibmittelbedarf.

Diese Anlage weist jedoch .energetische Nachteile auf, die darin bestehen, daß einerseits nahezu die gesamte erforderliche Energie des Treibmittels über Druckerhöhung durch eine mechanisch angetriebene Lösungspumpe zugeführt werden muß und andererseits zur Erreichung von ausreichend hohen Temperaturen im Kondensator/ Absorber (bei Kälteanlagen über der Umgebungstemperatur; bei Wärmepumpen über der Vorlauftemperatur der jeweiligen Heizungsanlage) das kalte Treibmittel zu wesentlich höheren Drücken verdichtet v/erden muß als es bei bekannten thermisch betriebenen Strahlverdichtern notwendig ist* Weiterhin tritt durch ein unnötiges Entspannen des gesamten Gemisches im Regelventil ein relativ hoher Energieverlust auf, da die kältemittelarme Absorptionslösung nachfolgend

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wieder auf den ursprünglichen Druck verdichtet \verden muß,

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die optimale Gewinnung von Nutzenergie aus vorhandener Antriebsenergie mit einer hohen energetischen Effektivität unter weitgehender Vermeidung dox^v Nachteile bekannter Anlagen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nach dem Absorptionsprinzip mit einem Zweistoffgemisch arbeitende Wärmepumpe mit Strahlverdichtung, bestehend aus einem Wärmetauscher, in dem einem Zweistoffgemisch Wärme zugeführt wird, einem Strahlverdichter, in dessen Treibdruckseite das erwärmte Zweistoffgemisch unter weiterer Vermischung mit Saugdampf eintritt sowie einem Mischkondensator, in dem das Zweistoffgemisch abgekühlt und einer weiterführenden Leitung, in der das entstandene Kondensat nachfolgend in zwei Teilströme getrennt wird, wobei ein Teilstroni in einen Verdampfer geleitet, verdampft und dem Strahlverdichter zugeführt und der andere Teilstrom unter Druckerhöhung dem Wärmetauscher wieder zugeleitet wird, zu schaffen, bei der nur der Teil des Zweistoffgemisches, der dem Verdampfer -zugeführt wird, eine Entspannung erfährt, und die notwendige Treibenergie vorwiegend in Form von thermischer En'ergie zugeführt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Mischkondensator und dem Wärmetauscher ein exergetisch beaufschlagbarer Austreiber und in der Einstoffleitung zwischen dem exergetisch beaufschlagbaren Austreiber und dem Verdampfer ein weiterer Kondensator sowie diesem nachfolgend ein Entspannungsventil und in der Flüssigkeitsleitung zwischen dem exergetisch beaufschlagbaren Austreiber und dem Wärmetauscher eine Druckerhöhungspumpe angeordnet wird. Mit der erfindungsgemäßen Lösung entsteht eine nach dem Absprptionsprinzip'mit einem Zweistoffgemisch arbeitende Wärme-

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pumpe mit Strahlverdichtung bei der nur der Teil des Zweistoff gemisches, der nach dem Passieren des Austreibers über den zweiten Kondensator, dem Entspannungsventil und dem Verdampfer zum Strahlverdichter gelangt, entspannt wird und bei der die zugeführte Antriebsenergie im Austreiber, Verdampfer und Wärmetauscher thermische Energie ist, deren Summe geringer ist als die Summe der im Mischkondensator und dem Austreiber nachfolgenden Kondensator abgegebene Nutzenergie.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden» Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Schema der erfindungsgemäßen Wärmepumpe.

Ein unter Druck stehendes Dampfgemisch aus Ammoniak und V/asser mit einer mittleren Temperatur von 50 Grad C verläßt den Strahlverdichter 1 und gelangt über die Gemischleitung 9 in den Mischkondensatör 2, wo das Dampfgemisch Kondensationswärme und Absorptionswärme an die Vorlaufleitung 12 eines nicht näher dargestellten Heizungssystems kontinuierlich abgibt und das kondensierende V/asser den Ammoniakdampf absorbiert. Das den Mischkondensator 2 als Flüssigkeit verlassende Ammoniak-Wasser-Gemisch mit einer Temperatur von 40 Grad C wird weiterhin über die Gemischleitung 9 einem, durch die Leitung 13 eines nicht dargestellten Industrieabwärme führenden Leitungssystems, exergetisch beaufschlagten Austreiber 3 zugeführt und in diesem durch Temperaturerhöhung in nahezu reinen Ammon;Lakdampf und flüssigem Ammoniak-Wasser-Gemisch getrennt. Über die Einstoffleitung 10 gelangt der Ammoniakdampf aus dem Austreiber 3 in den Kondensator 4, v/o er bis zur Kondensation abgekühlt wird, wobei die entstehende Kondensätionswärme ebenfalls an die Vorlaufleitung 12 abgegeben wird. Das so entstandene Ammoniakkondensat wird weiterhin mittels der Einstoffleitung 10 über ein Entspannungsventil 5» in dem das Ammoniakkondensat eine Druckentspannung sowie eine weitere Temperaturabsenkung auf Λ Grad C erführt, in den, durch die Wasserleitung 14, vorzugsweise anergetisch beauf-

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schl'agten Verdampfer 6 eingeleitet, wo es zu Niederdruckammoniakdampf umgewandelt wird, der weiterhin über die Einstoff leitung 10 vom Strahlverdichter 1 angesaugt wird und dort wieder mit dem vom Wärmetauscher 8 aus in den Strahlverdichter 1 eintretenden Treibmittelgemisch vermischt wird. Die anergetische Beaufschlagung des Verdampfers 6 erfolgt mit einer über der Temperatur des in den Verdampfer 6 eintretenden Ammoniakkondensates liegenden Temperatur und kann beispielsweise mittels Brunnenwasser mit einer Temperatur von 10 Grad C erfolgen.

Gleichzeitig mit dem beschriebenen Kreislauf des nahezu reinen Ainmoniakdarnpfes wird das den Austreiber 3 über die Flüssigkeitsleitung 11 verlassene flüssige Ammoniak-Wasser-Gemisch über eine Druckerhöhungspumpe 7 dem ebenfalls durch die Leitung 13 des* Industrieabwärme führenden Leitungssystems exergetisch beaufschlagten Wärmetauscher 8 zugeführt. Hier wird das Ammoniak-Wasser-Gemisch auf Verdampfungstemperatur gebracht und im dampfförmigen Zustand über die Gemischleitung 9 wieder dem Strahlverdichter 1 als Treibmittel zum Ansaugen des aus dem Verdampfer 6 kommenden Niederdruckammoniakdampfes zugeführt und somit der Kreislauf geschlossen, wobei der Druck und die Temperatur des Gemisches zum Zeitpunkt der Funktion als Treibmittel die höchsten Werte im gesamten Kreislauf aufweisen.

Die exergetische Beaufschlagung des Wärmetauschers 8 und des Austreibers 3 über die Leitung 13 mittels Industrieabwärme kann auch getrennt und durch andere Wärmequellen erfolgen, wobei die Höhe der exergetischen Beaufschlagung des Wärmetauschers 8 im. wechselseitigen Abhängigkeitsverhältnis mit der Druckerhöhung in der Druckerhöhungspumpe 7 steht. Ebenso kann auch die im Mischkondensator 2.und im Kondensator 4 abgeführte Wärme einzeln den verschiedensten Wärmebedarfsträgern in entsprechender Größenordnung zugeführt werden.

Claims

Erfindungsanspruch

Nach dem Absorptionsprinzip mit einem Zweistoffgemisch arbeitende Wärmepumpe mit Strahlverdichtung, bestehend aus einem Wärmetauscher, in dem einem Zweistoffgemisch Wärme zugeführt wird, einem Strahlverdichter, in dessen Treibdruckseite das erwärmte Zweistoffgemisch unter weiterer Vermischung mit Saugdampf eintritt sowie einem Mischkondensator, in dem das Zweistoffgemisch abgekühlt und einer v/eiterführenden Leitung, in der das entstandene Kondensat nachfolgend in zv/ei Teilströme getrennt wird, wobei ein Teilstrom in einen Verdampfer geleitet, verdampft und dem Strahlverdichter zugeführt und der andere Teilstrom unter Druckerhöhung dem Wärmetauscher wieder zugeleitet v/ird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mischkondensator (2) und dem Wärmetauscher (8) ein energetisch beaufschlagbarer Austreiber (3) und in einer Einstoffleitung (10) zwischen dem exergetisch beaufschlagbaren Austreiber (3) und dem Verdampfer (6) ein weiterer Kondensator (4) sowie diesem nachfolgend ein Entspannungsventil (5) und in einer Flüssigkeitsleitung (11) zwischen dem exergetisch beaufschlagbaren Austreiber (3) und dem Wärmetauscher (S) eine Druckerhöhungspumpe (7) angeordnet sind.

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