DE2526499C2

DE2526499C2 - Verfahren zur !bertragung von Wärme von Umgebungsluft auf ein Arbeitsmittel

Info

Publication number: DE2526499C2
Application number: DE19752526499
Authority: DE
Inventors: Fritz 8190 Achmühle Jakob; Martin 8135 Söcking Streich
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1975-06-13
Filing date: 1975-06-13
Publication date: 1983-03-10
Also published as: CH615015A5; DE2526499A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Wärme von Umgebungsluft, insbesondere bei Umgebungstemperaturen unterhalb 8⁰C auf ein Arbeitsmittel, bei dem die Wärme in direktem Wärmetausch zunächst auf einen flüssigen Wärmeträger und μ dann von dem Wärmeträger auf das Arbeitsmittel übertragen wird.

Bei der Verwendung von Luft als Wärmequelle zum Erwärmen eines Arbeitsmittels, z. B. des Arbeitsmittels einer Wärmepumpe, ergibt sich die Schwierigkeit, daß bei Umgebungstemperaturen von unterhalb etwa 8⁰C aufgrund der Luftfeuchtigkeit Vereisungen auf den Heizflächen des entsprechenden Wärmetauschers auftreten Kennen, was bereits nach kurzer Zeit m einer Verlegung dieses Wärmetauschers röhren kann.

Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten ist es bekanntgeworden, wechselbare Wärmetauscher zu verwenden, wobei während der Beladung des einen der andere regeneriert wird. Dies erfordert jedoch neben der zwei- oder mehrfachen Ausführung der Wärmetauscher auch noch eine komplizierte Umschaltautomatik,

Durch die DE-PS 7 28 070 ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bekannt Dabei ^ird der Wärmeinhalt von Umgebungsluft auf eine Sole übertragen. Aufgrund der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit wird Wasser an den Wärmeträger abgegeben, so daß eine Verdünnung des Wärmeträgers eintritt Um diesen Wärmeträger von Wasser befreien zu können, wird der Wärmeträger bei diesen bekannten Verfahren erwärmt Diese Art der Regenerierung ist aber aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur kontinuierlichen Wärmeübertragung von Umgebungsluft auf ein Arbeitsmittel zu entwickeln, das wirtschaftlicher und betriebssicherer durchzuführen ist und bei dem auf eine aufwendige Regenerierung verzichtet werden kann, um die damit verbundenen thermodynamischen Verluste zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der in der Luft enthaltene Wasserdampf beim direkten WärmetautEh gefriert und die im Wärmeträger verbleibenden Eiskristalle nachfolgend abgetrennt werden, wobei der Wärmeträger eine Flüssigkeit ist die im Wasser fast nicht löslich ist und deren spezifisches Gewicht sich von dem spezifischen Gewicht vom Wasser hinreichend unterscheidet

Durch die Einführung eines Wärmeträgers, der die auf ein Arbeitsmittel zu übertragende Wärme im direkten Wärmetausch, z. B. in einem Sprühzonenkühler, von der Luft aufnimmt gelingt es, eine Verlegung des Wärmetauschers, in dem die Abkühlung der Luft erfolgt auch bei relativ niedrigen Außentemperaturen und hohen Luftfeuchtigkeiter zu verhindern.

Als Wärmeträger werden erfindungsgemäß Flüssigkeiten verwendet werden, die in Wasser fast nicht löslich sind und deren spezifisches Gewicht entweder größer oder kleiner als das spezifische Gewicht von Wasser ist Bei der Verwendung solcher Wärmeträger, z. B. chlorierte oder fluorierte Kohlenwasserstoffe bzw. Mineralöle, tritt wegen der schlechten Wasserlöslichkeit das Problem der Verdünnung nicht auf. Nunmehr gefriert während des direkten Wärmetauschs der in der Luft enthaltene Wasserdampf aus und sammelt sich in Form von Eiskristallen im Wärmeträger an. Nach weiteren Merkmalen der Erfindung werden diese Fiskristalle auf geeignete Weise, z. B. durch Absetzen in einem Gefäß, durch das der Wärmeträger geleitet wird, oder mittels Filter, die z. B. wechselbar geschaltet sein können, wieder abgetrennt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Übertragung von Wärme von Umgebungsluft auf jedes beliebige Arbeitsmittel. Es wird jedoch bevorzugt im Zusammenhang mit einer Wärmepumpe für Heizzwekke verwendet.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind den in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Für gleiche Vorrichtungsteile sind jeweils die gleichen Bezugsziffern vorgesehen. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform, bei der als Wärmeträger eine fast nicht wasserlösliche Flüssigkeit mit einem

spezifischen Gewici« größer als <Sas vpn Wasser verwendet wird,

F ig, 2 eine Ausführungsform, bei der als Wärmeträger eine fast nicht wasserlösliche Flüssigkeit mit einem spezifischen Gewicht Weiner aJs das vpn Wasser verwendet wird.

F igj zeigt ein Ausführungsbejspiel, bei dem als Wärmeträger eine Flüssigkeit verwendet wird, die in Wasser nahezu nicht löslich und deren spezifisches Gewicht größer ist als das von Wasser. Als solche Flüssigkeiten kommen z.B. chlorierte oder fluorierte Kohlenwasserstoffe in Frage. Gemäß Fig. 1 wird Wärme von Umgebungsluft auf das Arbeitsmittel eines für Heizzwecke vorgesehenen Wärmepumpenkreislaufs übertragen. Die Übertragung erfolgt über einen geschlossenen Wärmeträgerkreislauf. Der Wärmeträger wird über eine Leitung 1 einem Sprühzonenkühler 2 zugeführt und dort im indirekten Wärmetausch mit Umgebungsluft angewärmt Die Luft wird über eine Leitung 3 und ein Gebläse 4 dem Sprühzonenkühler 2 zugeführt, dort in innigen Kontakt mit dem Wärmeträger gebracht, hierbei abgekühlt und dann über eine Leitung 5 erneut aus dem Kühler 2 abgezogen. Durch einen Filter 6 wird verhindert, daß von der abziehenden Luft Flüssigkeitströpfchen mitgerissen werden.

Der von der Luft mitgeführte Wasserdampf wird nicht im Wärmeträger gelöst Vielmehr scheiden sich im Sprühzonenkühler 2 Einskristalle auf der Oberfläche des Wärmeträgers aus. Zur Abtrennung dieser Eiskristalle wird der den Sprühzonenkühler 2 verlassende, mit Eiskristallen vermischte Wärmeträger über eine Leitung 26 dem ersten Abscheiderraum 27 eines Trenngefäßes 28 zugeführt Hier steigen die Eiskristalle an die Oberfläche und fließen zusammen mit einem Teil des Wärmeträgers über ein Wehr 29 in einen zweiten Abscheiderraum 30. Diesem wird über einen Wärmetauscher 31 Wärme zugeführt, so daß die Eiskristalle schmelzen. Das die obere Schicht bildende Wasser fließt über ein zweites Wehr 32 in einen dritten Abscheiderraum 33 und wird aus diesem über eine Leitung 34 aus der Anlage abgezogen. Der in den Abscheiderräumen 27 und 30 verbleibende Wärmeträger wird mittels einer Pumpe 8 durch Leitungen 35 und 36 abgesaugt und einem Wärmetauscher 9 zugeführt

In diesem wird der Wärmeträger gegen verdampfendes Arbeitsmittel eines Wärmepumpenkreislaufs erneut abgekühlt Daraufhin wird der Wärmeträger erneut dem Sprühzonenkühler 2 zugleitet Das Arbeitsmittel des Wärmepumpenkreislaufs, in diesem Fall Chlordifluormethan, wird im Wärmetauscher 9 unter einer Temperatur von etwa - 18° C verdampft und dann in einem Kompressor 10 verdichtet Durch die Verdichtung erfolg! ein Temperaturanstieg auf etwa 40⁰C, unter der das Arbeitsmittel in einem Wärmetauscher 11 im Wärmetausch mit Wasser, welches sich bei diesem Wärmetausch auf stwa 35° C erwärmt, erneut kondensiert wird. Das kondensierte Arbeitsmittel wird in einem Ventil 12 entspannt und erneut dem Wärmetauscher 9 zugeführt Die im Wärmetauscher 11 von dem Wasserkreislauf aufgenommene Wärme wird in einem Wärmetauscher 25 an einen Verbraucher abgegeben.

Dadurch, daß der Wärmetauscb zwischen g
bungsluft und Wärmeträger im Sprühzonenkflbler 2 auf direktem Wege erfolgt, wird mit Sicherheit verhindert, daß Wasse? auf Heizflächen ausfriert Dies wäre nich: zu verhindern, wenn die Luft direkt im Wärmetauscher 9 abgekühlt würde.

Die Beheizung des Abscheideraums 30 erfolgt zweckmäßigerweise mittels Wärme aus dem Wärmepumpenkreislauf, aus dem ein Teil des Arbeitsmittels

über eine Leitung 37 abgezogen, im Wärmetauscher 31 gekühlt, in einem Ventil 38 entspannt und daraufhin über eine Leitung 39 erneut in den Wärmepumpenkreislauf zurückgeführt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig,2 dargestellt Hier wird als Wärmeträger eine Flüssigkeit verwendet die ebenfalls im Wasser fast nicht löslich ist die aber ein spezifisches Gewicht besitzt, welches kleiner als das von Wasser ist Als solche Flüssigkeit kommt beispielsweise ein leicht zu beschaffendes Mineralöl in Frage. Die Wärmeübertragung von der Luft auf das Arbeitsmittel des Wärmenumpenkreislaufs erfolgt auch hier im wesentlichen arwug zu dem in der F i g. 1 dargestellten Beispiel.

Der Unterschied zu dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel liegt in der Abtrennung der von dem den Sprühzonenkühler verlassenden Wärmeträger mitgeführten Eiskristalle, weiche nunmehr aufgrund des geringen Dichteunterschiedes zwischen Eis und Wärmeträger nicht mehr ohne weiteres gemäß der in F i g. 1 dargestellten Verfahrensweise möglich ist

Der mit Eiskristallen beladene Wärmeträger gelangt über eine Leitung 40 in ein Filtergehäuse 41, in dem sich ein zylindrischer Filterkörper 42 um seine eigene Achse dreht Der Ringraum zwischen Filterkörper 42 und Filtergehäuse 41 ist durch Lippendichtungen 43 und 44 in zwei ungefähr gleichgroße Räume geteilt Ebenso ist der Innenraum des Filterkörpers 42 durch eine feststehende Trennwand 45 geteilt wobei die entstandenen inneren und äußeren Räume einander zugeordnet

⁴" sind. Der mit Eis versetzte Wärmeträger durchströmt im Bereich des einen Raumpaares die zylindrische Filterwand, wobei sich die Eispartikel auf dieser niederschlagen. Der gefilterte Wärmeträger wird über eine Leitung 46 aus dem inneren Zylinderraum abgesaugt und dem Verdampfer 9 des Wärmepumpenkreislaufs zugeführt Das sich auf dem Füterkörper 42 niederschlagende Eis wird durch eine Drehung in den Bereich der beiden anderen Filterräume gebracht, die nunmehr von einem warmen Wärmeträger, welcher über eine Leitung 47 ein- und über eine Leitung 48 austritt durchströmt werden. Dieser taut das Eis und führt das Wasser in d«n ersten Abscheiderraum 49 eines Trenngefäßes 55. Aus diesem fließt der leichtere Wärmeträger über ein Wehr 50 in einen Raum 51, aus dem tr mittels einer Pumpe 52 abgesaugt und nach Erwärmung in einem durch Arbeitsmittel aus dem Wärmepumpenkreislauf beheizten Wärmetauscher 53 erneut über die Leitung 47 dem Filtersystem zugeführt wird. Das Wasser, welches sich im unteren Bereich des Abscheiderraums 49 absetzt wird über eine Leitung 54 aus der Anlage abgezogen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche; 26

1. Verfahren wr Übertragung von Wärme von Umgebungsluft, insbesondere bei Umgebungstemperaturen unterhalb 8⁰G, auf ein Arbeitsmittel, bei 5 dem die Wärme in direktem Wärinetauscb zunächst auf einen flüssigen Wärmeträger und dann von dem Wärmeträger auf das Arbeitsmittel übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Luft enthaltene Wasserdampf beim direkten Warmetausch gefriert und die im Wärmeträger verbleibenden Eiskristalle nachfolgend abgetrennt werden, wobei der Wärmeträger eine Flüssigkeit ist, die in Wasser fast nicht löslich ist und deren spezifisches Gewicht sich von dem spezifischen Gewicht von Wasser hinreichend unterscheidet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht des Wärmeträgers größer als das spezifische Gewicht von Wasser ist und die Eiskristalle in einem mit mehreren Abscheidestufen versehenen Gefäß aus dem Wärmeträger abgetrennt wsrden, wobei das in einer ersten Abscheidestufe anfallende Eis zusammen mit einem Teil des Wärmeträger« über ein Wehr einer zweiten Abscheidestufe zugeführt, dort aufgetaut und durch Oberlauf über ein weiteres Wehr vor dem Wärmeträger abgetrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht des Wärmeträgers kleiner als das spezifische Gewicht von Wasser ist und die Eiskristalle mittels Filter aus dem Wärmeträger abgetrennt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkristalle auf einem Teil der Oberfläche eines zylindrischen, um die eigene Achse drehbaren Filters abgeschieden werden und daß die Regenerierung des Filters durch Drehung der beladenen Filterteilfläche in eine wärmere Zone, in der Eis abgetaut wird, erfolgt

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen unter Freilassung eines Ringspalts in einem Filtergehäuse (41) angeordneten, zylindrischen, um seine eigene Achse drehbaren Filterkörper (42), wobei das Innere des Filterkörpers (42) durch eine feststehende Trennwand (45) und der Ringraum durch feststehende Dichtungen (43,44) in Teilräume aufgeteilt sind, jeweils einem Ringteilraum ein durch die Trennwand gebildeter Teilraum zugeordnet ist und zwei zueinander zugeordnete Teilräume sich auf höherem Temperaturniveau als die beiden anderen befinden.