DD226051A1

DD226051A1 - ABSORPTION WATER PUMP WITH IMPROVED USE AND METHOD OF OPERATING THE SAME

Info

Publication number: DD226051A1
Application number: DD84264887A
Authority: DD
Inventors: Ivan Boschnakow; Manfred Jankowski; Volkmar Gross; Siegmar Rappich; Volker Specht
Original assignee: Dsf Waermeanlagenbau
Priority date: 1984-07-03
Filing date: 1984-07-03
Publication date: 1985-08-14

Abstract

Mit der Erfindung, mit der der Verbrauch hochwertiger Antriebswaerme fuer Absorptionswaermepumpen gesenkt werden soll und die eine bessere Ausnutzung vorhandener Anlagen gestattet, wird eine Absorptionswaermepumpe mit integrierter Waermetransformation angegeben, indem die Drosseleinrichtungen im Kaeltemittel- und Loesungskreislauf durch Bypass-Leitungen mit in diese eingebundenen Loesungspumpen ueberbrueckt sind und ein weiterer Bypass mit einer Drosseleinrichtung parallel zur Loesungspumpe im Loesungskreislauf vorgesehen ist. Bei Umkehr der Druck- und Temperaturverhaeltnisse in den Waermeuebertragern der Anlage wird das ueber den Austreiber und den Verdampfer gefuehrte Antriebsmedium weiter gekuehlt und in den Kuehlkreislauf des Kondensators eingespeist.With the invention, with which the consumption of high-quality drive heat for absorption heat pump is to be reduced and allows better utilization of existing systems, an absorption heat pump with integrated heat transformation is specified by bridging the throttle devices in Kaeltemittel- and Loesungskreislauf with bypasses in this involved solution pumps are and another bypass is provided with a throttle device parallel to the solution pump in the Loesungskreislauf. When the pressure and temperature conditions in the heat exchangers of the plant are reversed, the drive medium conveyed via the expeller and the evaporator is further cooled and fed into the cooling circuit of the condenser.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung von Absorptionswärmepumpen zur Bereitstellung von Nutzwärme in Abhängigkeit vom jahreszeitlich bedingt unterschiedlichen Wärmebedarf der Abnehmer.The invention relates to the formation of absorption heat pumps for the provision of useful heat as a function of the seasonally different heat demand of the customers.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Beheizung von Gebäuden werden vielfach und in steigendem Maße Absorptionswärmepumpen eingesetzt. Für eine wirtschaftliche Führung des Wärmepumpenprozesses ist es erforderlich, die Aggregate der Wärmepumpe für bestimmte Betriebsverhältnisse, d.h. auf eine begrenzte Menge zur Verfügung zu stellender Nutzwärme entsprechend den äußeren Temperaturverhältnissen, einzustellen.For the heating of buildings absorption heat pumps are often and increasingly used. For cost-effective management of the heat pumping process, it is necessary to heat pump units for certain operating conditions, i. to adjust to a limited amount of available useful heat according to the external temperature conditions.

Während für die ökonomisch optimale Bereitstellung von Heizwärme durch Wärmepumpen in einem großen Außentemperaturbereich beispielsweise mit den bivalent-alternativen Heizungssystemen oder der sowohl im Wärmepumpenais auch im Direktheizbetrieb arbeitenden Kesselwärmepumpe bereits praktikable Lösungen vorgeschlagen wurden, bereitet der wirtschaftliche Betrieb der Wärmepumpe in der warmen Jahreszeit, in der Nutzwärme mit geringerem Temperaturniveau, beispielsweise zur Warmwasserbereitung, zur Verfügung gestellt werden muß, Schwierigkeiten. In diesem Fall wird mit den ~ für große Leistungen konzipierten Anlagen nur wenig Nutzwärme erzeugt, und zwar unter Verwendung hochwertiger Antriebsenergie.While practical solutions have already been proposed for the economically optimal provision of heating heat by heat pumps in a large outdoor temperature range, for example with the bivalent alternative heating systems or the boiler heat pump operating also in the direct heating mode, the economical operation of the heat pump in the warm season, in the Useful heat with a lower temperature level, for example for hot water, must be made available, difficulties. In this case, only a small amount of useful heat is generated with the systems designed for high output, using high-quality drive energy.

Zur Umformung minderwertiger Wärme in Nutzwärme mit höherem Temperaturniveau werden andererseits bereits Schaltungsanordnungen beschrieben, wonach der Wärmeerzeugungsprozeß in Absorptionswärmepumpen umgekehrt wird:On the other hand, circuit arrangements are already described for converting low-grade heat into useful heat with a higher temperature level, according to which the heat-generating process in absorption heat pumps is reversed:

Während dem Austreiber und dem Verdampfer ein Wärmeträger zugeführt wird, dessen Temperaturniveau unterhalb der geforderten Nutzwärmetemperatur liegt, erfolgt gleichzeitig eine Umkehrung der Druckverhältnisse gegenüber der Absorptionswärmepumpe, indem der Medientransport zwischen Verflüssiger und Verdampfer sowie vom Austreiber zum Absorber durch Anordnung von Lösungspumpen unter Druckerhöhung vorgenommen wird und in die Leitung zwischen Absorber und Austreiber ein Expansionsventil eingebunden ist.While the expeller and the evaporator, a heat transfer medium is supplied, the temperature level is below the required useful heat, at the same time reversing the pressure conditions compared to the absorption heat pump by the media transport between the condenser and evaporator and the expeller to the absorber by arrangement of solution pumps is made under pressure increase and In the line between the absorber and expeller an expansion valve is integrated.

Während auf diese Weise im Absorber Nutzwärme erzeugt wird, fällt im Verflüssiger ein weiterer Teil der Wärme, jedoch mit niedrigem, nicht nutzbarem Temperaturniveau, an, die abgeführt werden muß. Mit einer derartigen Zuordnung der Aggregate der Absorptionswärmepumpe gelingt es, minderwertige Wärme auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Die Zuführung hochwertiger Antriebsenergie ist nicht erforderlich.While useful heat is generated in this way in the absorber, another part of the heat falls in the liquefier, but with a low, unusable temperature level, which must be dissipated. With such an assignment of the aggregates of the absorption heat pump, it is possible to transform inferior heat to a higher temperature level. The supply of high quality drive energy is not required.

Praktische Anwendungsfälle für die Transformation von Wärme nach dem Absorptionsverfahren sind, abgesehen von Versuchsanlagen, bisher nicht bekannt geworden, da die Nutzwärmemenge, die mit derartigen Einrichtungen erzeugt werden kann, in keinem Verhältnis zu dem extrem hohen anlagenseitigen Aufwand steht.Practical applications for the transformation of heat by the absorption process, apart from pilot plants, so far not become known because the useful heat amount that can be generated with such facilities is out of all proportion to the extremely high plant-side effort.

Object of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, den Verbrauch hochwertiger Antriebswärme für Absorptipnswärmepumpen zu verringern und damit die Leistungskennziffern derartiger Anlagen zu verbessern.The invention has the aim of reducing the consumption of high-quality drive heat for Absorptipnschwärmepumpen and thus to improve the performance characteristics of such systems.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Absorptionswärmepumpen so auszubilden, daß ein- und dieselbe Anlage in der kalten Jahreszeit in herkömmlicher Weise und außerhalb der Heizperiode bzw. in der Übergangsperiode mit minderwertiger Energie zur Bereitstellung von Nutzwärme geringeren Temperatumiveaus, z. B. für die Warmwasserbereitung, betrieben werden kann. Des weiteren soll ein Verfahren zum Betreiben dieser Absorptionswärmepumpe angegeben werden.The invention has for its object to form known absorption heat pump so that one and the same system in the cold season in a conventional manner and outside the heating season or in the transitional period with inferior energy to provide useful heat lower temperature levels, eg. B. for hot water, can be operated. Furthermore, a method for operating this absorption heat pump should be specified.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Absorptionswärmepumpe mit integrierter Wärmetransformation gelöst, in deren Kältemittel- und Lösungskreislauf die Drosseleinrichtungen durch Bypaß-Leitungen mit in diese eingebundener Lösungspumpe überbrückt sind. Ein weiterer Bypaß mit einer Drosseleinrichtung ist parallel zur Lösungspumpe im Lösungkreislauf vorgesehen. Das Abschalten der bereits vorhandenen Drosseleinrichtungen und der Lösungspumpe sowie die Inbetriebnahme der zusätzlichen Apparate erfolgt über den Bypaß-Leitungen zugeordnete Zweiwegeventile.According to the invention, the object is achieved by an absorption heat pump with integrated heat transformation, in the refrigerant and solution circuit, the throttle devices are bridged by bypass lines with integrated in this solution pump. Another bypass with a throttle device is provided parallel to the solution pump in the solution circuit. The switching off of the existing throttle devices and the solution pump and the commissioning of the additional apparatus via the bypass lines associated two-way valves.

Der Austreiber und der Verdampfer sind mit einer Wärmequelle minderer Qualität, deren Temperaturniveau unter dem der Nutzwärme liegt, z.B. Abwärme oder Geothermie, verbunden. Über den vom Heizungskreislauf abschaltbaren Kondensator ist zusätzlich eine Kühlwasserleitung geführt.The expeller and the evaporator are equipped with a heat source of inferior quality whose temperature level is below that of the useful heat, e.g. Waste heat or geothermal energy, connected. In addition, a cooling water pipe is routed via the condenser which can be switched off from the heating circuit.

Die Anlage, die in der Heizperiode in herkömmlicher Weise als Absorptionswärmepumpe arbeitet, wird in der warmen Jahreszeit oder in der Übergangsperiode mit den erfindungsgemäß angeordneten Zusatzaggregaten und mit preisgünstig zur Verfügung stehender Wärmeenergie als Wärmetransformator betrieben. Nach Zuschalten der Zusatzaggregate und Änderung der Medienführung werden die Druckverhältnisse zwischen Verdampfer und Kondensator sowie zwischen Absorber und Austreiber umgekehrt und der Austreiber und der Verdampfer mit minderwertiger Wärmeenergie beaufschlagt, so daß die ausschließlich im Absorber anfallende Nutzwärme an den Heizungskreislauf abgeführt werden kann. Das den Verdampfer verlassende Medium erfährt in einem Kühlturm eine weitere Senkung des Temperaturniveaus und wird anschließend in den Kühlkreislauf des Kondensators eingespeist.The plant, which operates in the conventional manner as absorption heat pump in the heating season, is operated in the warm season or in the transitional period with the inventively arranged auxiliary units and with inexpensive available heat energy as a heat transformer. After connecting the additional units and change the media guide, the pressure conditions between the evaporator and condenser and between absorber and expeller are reversed and the expeller and the evaporator subjected to inferior thermal energy, so that the resulting only in the absorber useful heat can be dissipated to the heating circuit. The medium leaving the evaporator undergoes a further reduction in the temperature level in a cooling tower and is then fed into the cooling circuit of the condenser.

Mit der vorliegenden Lösung gelingt es, mit geringfügigem apparativem Aufwand die Wärmetransformation in eine herkömmliche Absorptionswärmepumpe zu integrieren, so daß diese in den Sommermonaten nicht mit hochwertiger Wärmeenergie betrieben werden muß und deren Wärmeübertrager optimal für den Wärmepumpenbetrieb in der kalten Jahreszeit ausgelegt sein können.With the present solution, it is possible to integrate the heat transformation into a conventional absorption heat pump with minimal expenditure on equipment, so that it does not have to be operated with high-quality heat energy in the summer months and its heat exchanger can be optimally designed for heat pump operation in the cold season.

Somit wird die Absorptionswärmepumpe wesentlich besser ausgenutzt und deren Gesamtwirtschaftlichkeit erheblich verbessert.Thus, the absorption heat pump is much better utilized and their overall economy significantly improved.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, in der Fig. 1 eine schematische Darstellung der Absorptionswärmepumpe und_ jfig.2 eine weitere Ausführungsvariante für den thermischen Antriebsteii wiedergibt, näher erläutert.1 is a schematic representation of the absorption heat pump and FIG.

Die Wärmepumpe besteht in herkömmlicher Weise aus dem Austreiber 1, dem Kondensator 2, dem Verdampfer 3 und dem Absorber 4, der im Kältemittelkreislauf zwischen Kondensator 2 und Verdampfer 3 angeordneten Drosseleinrichtung 5 sowie -*der Drosseleinrichtung 6 und der Lösungspumpe 7 im Lösungskreislauf zwischen Austreiber 1 und Absorber 4. Im konventionellen Wärmepumpenbetrieb wird das aus dem Verdampfer 3 kommende Kältemittel im Absorber 4 unter Wärmeabgabe vom Lösungsmittel aufgenommen. Die an Kältemitte! reiche Lösung erreicht über die Lösungspumpe 7 den Austreiber 1, in dem bei hohem Druck durch Wärmezufuhr von außen, im vorliegenden Fall Fernwärme, das Kältemittel ausgetrieben wird. Während die arme Lösung über die Drosseleinrichtung 6 zurück in den Absorber 4 geführt wird, gelangt das ausgetriebene Kältemittel in den Kondensator 2, wird dort bei hohem Druck unter Wärmeabgabe an den Heizungskreislauf verflüssigt und erreicht schließlich über die Drosseleinrichtung 5 wieder den Verdampfer 3. Im Verdampfer 3 wird das Kältemittel unter Aufnahme von Umweltwärme, beispielsweise aus der Geothermie, verdampft und anschließend in den Absorber 4. transportiert.The heat pump consists in a conventional manner of the expeller 1, the condenser 2, the evaporator 3 and the absorber 4, arranged in the refrigerant circuit between the condenser 2 and evaporator 3 throttle device 5 and - * the throttle device 6 and the solution pump 7 in the solution cycle between expeller 1 and absorber 4. In conventional heat pump operation coming from the evaporator 3 refrigerant is absorbed in the absorber 4 with heat release from the solvent. The cold medium! Rich solution reached via the solution pump 7, the expeller 1, in which at high pressure by supplying heat from the outside, in the present case district heating, the refrigerant is expelled. While the poor solution is passed through the throttle device 6 back into the absorber 4, the expelled refrigerant enters the condenser 2, where it is liquefied at high pressure with heat to the heating circuit and finally reached via the throttle device 5 again the evaporator 3. In the evaporator 3, the refrigerant is vaporized by absorbing environmental heat, for example from geothermal energy, and then transported into the absorber 4th

Die Drosseleinrichtungen 5; 6 und die Lösungspumpe 7 sind über Zweiwegeventile 8; 9; 10 durch Bypaß-Leitungen 11; 12; 13 überbrückt. In die Bypaß-Leitungen 11; 12 ist jeweils eine Lösungspumpe 14 bzw. 15 eingebunden, während die Bypaß-Leitung 13 über eine Drosseleinrichtung 16 führt.The throttle devices 5; 6 and the solution pump 7 are via two-way valves 8; 9; 10 through bypass lines 11; 12; 13 bridged. In the bypass lines 11; 12 is in each case a solution pump 14 or 15 involved, while the bypass line 13 via a throttle device 16 leads.

In der warmen Jahreszeit, d. h. außerhalb der Heizperiode oder in der Übergangsperiode, wenn der Wärmebedarf gering ist, wird der Austreiber 1 mit geothermischem Wasser beheizt, das anschließend über den Verdampfer 3 geleitet wird. Der Heizungskreislauf ist vom Kondensator 2 getrennt und verläuft nun ausschließlich über den Absorber 4. Nach Umschalten der Zweiwegeventile 8; 9 und 10 führt der Kältemittelkreislauf über die Lösungspumpe 14. Die an Kältemittel reiche Lösung gelangt unter Druckminderung über die Drosseleinrichtung 16 in den Austreiber 1 und die arme Lösung mittels der Lösungspumpe 15 in den Absorber 4 und wird somit auf das dort herrschende höhere Druckniveau gebracht. Der im Austreiber 1 erzeugte Kältemitteldampf wird im Kondensator 2 verflüssigt. Die dabei anfallende, nicht verwertbare Wärme wird mit Kühlwasser, z.B. Grundwasser, das nun anstelle des Heizungslaufs auf den Kondensator 2 geleitet wird, abgeführt. Die Kondensatorwärme kann auch durch das geothermische Wässer, das nach Verlassen des Verdampfers 3 durch die Außenluft in einem Kühlturm weiter abgekühlt wurde, abgenommen werden. Das Kondensat, das durch die Lösungspumpe 14 ein höheres Druckniveau im Verdampfer erreicht hat, verdampft unter der Wirkung der Restwärme des geothermischen Wassers. Der entstehende Kältemitteldampf wird von dem Lösungsmittel im Absorber 4 bei hohem Druck aufgenommen. Die dabei frei werdende Absorberwärme dient zur Erwärmung des Heizungskreislaufs und ist ausreichend für den außerhalb der Heizungsperiode erforderlichen Wärmebedarf.In the warm season, d. H. outside the heating period or in the transitional period, when the heat demand is low, the expeller 1 is heated with geothermal water, which is then passed through the evaporator 3. The heating circuit is separated from the condenser 2 and now runs exclusively on the absorber 4. After switching the two-way valves 8; The refrigerant-rich solution passes under pressure reduction via the throttle device 16 in the expeller 1 and the poor solution by means of the solution pump 15 in the absorber 4 and is thus brought to the prevailing higher pressure level there. The refrigerant vapor generated in the expeller 1 is liquefied in the condenser 2. The resulting non-recoverable heat is mixed with cooling water, e.g. Groundwater, which is now passed instead of the heating run on the condenser 2, dissipated. The condenser heat can also be removed by the geothermal water, which was further cooled after leaving the evaporator 3 by the outside air in a cooling tower. The condensate, which has reached a higher pressure level in the evaporator through the solution pump 14, evaporates under the effect of the residual heat of the geothermal water. The resulting refrigerant vapor is absorbed by the solvent in the absorber 4 at high pressure. The released absorber heat is used to heat the heating circuit and is sufficient for the required outside the heating period heat demand.

Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Absorptionswärmepumpe ist in Fig. 2 wiedergegeben. Danach sind die Drosseleinrichtung 6 und die Lösungspumpe 7 jeweils durch zwei mit Zweiwegeventilen 9; 9a bzw. 10; 10a in den Lösungskreislauf eingebundenen Bypaß-Leitungen 12; 12a und 13; 13a überbrückt. Durch entsprechende Schaltung der Zweiwegeventile 9; 9a; 10; 10a ist es möglich, daß die arme Lösung durch die Lösungspumpe 7 in den Absorber 4 und die reiche Lösung über die Drossel ei η richtung 6 in den Austreiber 1 gelangt.A variant of the absorption heat pump according to the invention is shown in Fig. 2. Thereafter, the throttle device 6 and the solution pump 7 are each by two with two-way valves 9; 9a and 10, respectively; 10a bypass lines incorporated in the solution circuit 12; 12a and 13; 13a bridged. By appropriate circuit of the two-way valves 9; 9a; 10; 10a, it is possible that the poor solution passes through the solution pump 7 in the absorber 4 and the rich solution via the throttle ei η direction 6 in the expeller 1.

Claims

claims:

1. absorption heat pump with improved efficiency, consisting of a condenser, an evaporator and arranged between two throttle device, a formed by a heated expeller and an absorber thermal compressor and in the solution circuit integrated throttle device or solution pump, characterized in that for operating the heat pump with lower heat demand switchable lines for inferior heat to the expeller and evaporator, are provided for a cooling water circuit through the condenser and the heating circuit via the absorber, and the throttle devices (5, 6) in the refrigerant and in the solution cycle by bypass - lines with incorporated in this condensate or. Solution pumps (14; 15) are bridged, while the solution pump (7) via a bypass (13) is associated with a throttle device (16).

2. absorption heat pump according to claim 1, characterized in that for reversing the conveying direction in the solution circuit for the throttle device (6) and the solution pump (7) each two via two-way valves (9; 9a; 10; 10a) controlled by-pass lines (12; ; 13; 13a) are provided.

3. absorption heat pump according to claim 1 and 2, characterized in that in the circuits inside and outside the heat pump for switching the media guide in dependence on each other controlled valve means are involved.

4. A method for operating the absorption heat pump according to claim 1 to 3, characterized in that outside the heating period and in the transition period, the pressure and temperature level between the condenser and evaporator and between expeller u, absorber is reversed and inferior heat in the form of geothermal water over the Drivers and the evaporator out, then the leaving the evaporator geothermal water is further cooled in a cooling tower and fed into the cooling circuit of the condenser to dissipate the unusable heat.

5. The method according to claim 4, characterized in that waste heat with a temperature below that of the useful heat is used as inferior heat.

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