DE2913066A1

DE2913066A1 - Absorptions-waermepumpenanlage

Info

Publication number: DE2913066A1
Application number: DE19792913066
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Brocks
Original assignee: BROCKS
Current assignee: BROCKS
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1979-03-23
Publication date: 1980-10-02

Description

Gegenstand der Anmeldung: Absorptions-Wärmepumpenanlage Der Gegenstand der Anmeldung,eine Absorptions-Wärmepumpenanalge,basiert auf der Idee'eine Absorptions-Kälteanlage als direktgefeuerte Wärmepumpe einzusetzen.
Es ist bekannt,Ammoniak-Kälteanlagen großtechnisch und im Hausgebrauch zur Erzeugung von Kälteleistung einzusetzen.Hierbei handelt es sich um Prozesse'die im Prinzip wie folgt ablauten: Bine EH -reiche wässerige Lösung gibt in einem Austreiber unter Einwirkung von Hitze XH3-Gas ab,welches unter Wärmeentzug verflüssigt wird.Das so verflUssigte NH3 wird bei Niederdruck verdampft,wobei es seiner Umgebung Wärme entzieht.Das verdampfte Gas wird mit der NH3-verarmten wässerigen Lösung in einem Absorber zusammengeführt'wiederum unter Entzug der Absorptionswärme,und dann von einer Lösungsmittelpumpe wieder tor einem Austreiber auf Hochdruck gebracht.Diese Anlagen sind als reine Kälteanlagen mit großen Abwärmeverlusten behaftet und daher aus Gründen der Wirtschaftlichkeit mehr und mehr vernachlässigt worden.
Der wesentliche Gedanke des erfindungsgemässen Gegenstands ist es,daß der vorbeschriebene Prozess Jedoch als Wärmepumpe,unter Einfügen einiger,auch diese Anmeldung betreffender Vorrichtungen,sehr sinnvoll und wirtschaftlich genutzt werden kann Beschreibung der Absorptions-Wärmepumpenanlage In Figur 1 sind die einzelnen Stationen und Vorrichtungen, sowie der Prozessablauf schematisch dargestellt.
In einem umkleideten ApparategerUst Fig. 1.1 befindet@sich eine Wärmequelle,wie s.B. eip Brenner, eine Heizwendel o. ä.,die Heizgase tangential in einen Austreiber 1.3 einbläst.Dieser Austreiber ist in Fig. 2 detailliert dargestell.Das Heizgas tritt tangential in die Wendelzüge 2.1 ein und gibt dabei Wärme an den Austreibermantel 2.2 im Parallelstrom ab.Nach Durchströmen des Abgaswärmetauschers 1.15,in welchem das Abgas seine nutzbare Restwärme an den Heizkreislauf t.14 abgibt,verläßt es das Wärmepumpensystem.
Nach Durchlauf der Vorheizschlange 1.16 wird der Austreiberkopf 2.4 durch den Eintrittstlansch 2.3 mit NH3-reicher wässeriger Lösung versorgt,die über das Zahn- oder Lochwehr 2.5 am Innenmantel 2.6 randläufig in das Innere des Austreibers als dünne Schicht abläuft.Um Fadenläufigkeit am Mantel 2.6 der Lösung zu vermeiden und um die dünne Schicht aufrechtzuerhalten'sind am Innendurchmesser des Mantels 2.6 Spaltkragen 2.7 zur Neuverteilung der wässerigen Lösung ringförmig angebracht.Zwischen Spaltkragen 2.7 und Mantel 2.6 ist ein schmaler Schlitz 2.8 vorgesehen.
Bei Ablaufen der NH3-reichen Lösung am Mantel 2.6 verdampft dss NH3-Gas und steigt zentral zum Austreiberkopf 2.4 auf,um durch den Dampfdomstutzen 2,9 zum Rektifikator 1.4 auszutreten.Die NH3-arme Lösung verläßt den Austreiber durch den Sumpfstutzen 2,10 zum Zwischentauscher 1.5 .Im Rektifikator 1.4 wird in herkömmlicherweise mit dem NH3 mitgerissener Wasserdampf rückkondensiert und an den Zwischentauscher 1.5 in die NH3-verarmte Lösung eingegeben.
Aus dem Rektifikator 1.4 gelangt das NH3-Gas in den Verflüssiger 1.6, ausgeführt als Gegenstromwärmetauscher mit Rohrwendelkanal in einem Doppelwandbehälter Fig.3 Aus dem Verflüssiger 1.6 läuft du flüssige Ammoniak in den Sammler 1.7 ,der als Vorlagebehälter für den Gesamtprozess dient.Hier wird das verflüssigte Ammoniak außerdem über eine innenliegende Kühlschlange 1.17 unterkühlt,die von kalten Ammoniakgas aus dem Verdampferaustritt 1.9 durchströmt wird.
Über das Regelventil 1.8 wird das flüssige Ammoniak entspannt von dem bisher anstehenden Hochdruck von ca. 7 bis 15 bar aui ca. 1 bis 4 bar.
Gleichzeitig wird dem Gas aus einem dem Wärmetauscher t.9 zugeführten Wärmeträgerkreislauf wärme abgegeben Cwie z.B. aus einem Bodenwärmetauscher oder Luttwärmetauscher ).
Im entspannten und-erwärmten Zustand gelangt das bei der Entspannung verdampfte NH3 aus dem Wärmetauscher 1.9 in den Mischkopf l.lo.In diesem Mischkopf saugt die im Austreiber 1.3 verarmte NH3-Lösung,die über den Zwischentauscher 1.5 und das Drosselventil 1.13 mit Schwiimerkammer 1.18 an den Mischkopf gelangte,gierig das dampfförmige,energiebeladene NH3 auf und wird ron dort in den Absorber 1.11 transportiert.Hier wird die bei der innigen Mischung von verarmter Lösung und NH3-Gas entstehende Lösungswärme anden Heizkreislauf 1.14 getauscht. Die bhier abzutauschede Wärmeenergie setzt sich also zusammen aus der reinen Absorptionswärme nach Cernot und der im Wärmetauscher t.9 aufgenommenen Kollektorwärme.
Die im Absorber T.11 entstandene reiche abgekühlte NE3-LUsung wird am Bodenaustritt abgezogen und über eine Lösungsmittelpumpe 1.12 in den Zwischentauscher t.5 auf ein Temperaturniveau gebracht,das die Austreibung im Aüstreiber t.3 zu 3 wärmebilanztechnisch wirtschaftlich gestalten läßt.Um einen wärmebilanzmäßig optimalen Austreiberbetrieb fahrenzukönnen,ist der Zwischentauscher 1.5 als Dreifachtauscher ausgebildet, der neben dem Kreislauf an verarmter Lösung und dem aus reicher Lösung bestehenden noch einen dritten Kreislauf beinhaltet'der'zentral den Tauscher durchspülend,nur soviel Wärme abführt,daß die Temperatur des NH3-reichen Kreislaufs konstant gehalten wird.
Dieser dritte Regelkreislauf ist ein Teil des Hauptkreislaufs,und er besitzt das höchste Temperaturniveau des gesamten Heizkreislaufs.Er ist daher also eehr geeignet,gemeinsam mit dem des Kühlmantels des Rektifikators 1.4 eine Brauchwasserquelle oder -speichervorrichtung auf entsprechend hohe Temperatur zu bringen,wie s.B. die Heißwasserversorgung eines Haushalts.

Claims

Patentansprüche 1. Die Verwendung einer Absortionskälteanlage als Absortionswärmepumpe,unter Zufügen weiterer, zur Wärmegewinnung und/oder -tauschung geeigneter Apparate.
2. nach Anspruch 1.dadurch gekennzeichnet,daß ein Filmverdampfer 1.3 zur Austreibung von NH3 oder anderer Arbeitsmittel mit Absorptionscharackter aus einer wässerigen Lösung verwendet wird.
3. nach Anspruch 1.und 2.,dadurch gekennzeichnet,daß die Wärme des Abgases des zur Austreibung des Arbeitsmittels eingesetzten Heizmittels in einem Abgaswärmetauscher dem Heiskreislauf direkt zugeführt wird.
4. nach Anspruch 1.-3. dadurch gekennzeichnet,daß zur Verflüssigung des Arbeitamitteis ein Verflüssiger sna zu. 1.6 ,ausgefUhrt

als Gegenstromwärmetauscher mit Rohrwendelkanal in einem Doppelwandbehälter,eingesetzt wird.
5. nach Anspruch 1.-4-,dadurch gekennzeichnet,daß das aus einem Vorlagebehilter 1.7 und anschließendem Druckregler 1.8 austretende flüssige NH3 in einem Wärmetauscher 1.9,gebaut,wie 1.6,unter Einsatz von Wärmeenergie aus einem multivalenten Kollektor verdampft wird.
6. nach Anspruch 1. - 5.,dadurch gekennzeichnet,daß das in 1.9 verdampfe NH3 in einen Mischkopf gelangt 1.10 ,wo es durch intensive Durchmischung von der NH3-armen Lösung verstärkt aufgenommen wird.
7. nach Anspruch 1.- 6.,dadurch gekennzeichnet,daß in einem Wärmetauscher 1.11 die durch den NH3-Absorptionsvorgang in 1.10 entstehende Lösungswärme an ein Sekundärmedium,wie z.B. Heizwasser,abgegeben wird.
8. nach Anspruch t.- 7. ,dadurch gekennzeichnet'daß die warme.NH3-angereicherte wässerige Lösung in einem Wärmetauscher 1.5 mit zwei Rohrschlangen auf die Austreibungstemperatur des NH3 durch Wärmetausch gegen die heiße,NH3-verarmte Lösung des Sekundärkreislaufs im Wrmetauscher angehoben wird.Zur Konstanthaltung des Austreibungstemperatur niveaus ist ein Tertiärkreislauf in dem Wärmetauscher 1.5 vorgesehen, der durch Zufuhr von kaltem Heizwasser diese Regelaufgabe löst.Dss dabei enstehende,sehr heiße Wasser des Tertiärkreislaufs bildet zusammen mit dem vom Rektitikator 1.4 gelangenden Heißwasser eine Quelle fur heißes Brauchwasser.
9. nach Anspruch 1.- 8. ,dadurch gekennzeichnet'daß die Bauform der Wärmetauscher 1.6, 1.9 .und 1.11 identisch sein Können.
10.nach Anspruch 1.- 9. , dadurch gekennzeichnet , daß die Bauform von 1.6 und 1.9 und 1.11 auch für 1.5 verwendet wird'Jedoch unter Einsatz einer Doppelrohrwendel,statt einer Einzelwendel.
11. nach Anspruch 1.-5. ,dadurch gekennzeichnet ,daß das aus dem Sammler 1.7 austretende NH3, oder sonstiges,geeignetes Arbeitsmittel,durch eine Kühlschlange l.t7 unterkühlt austritt.
12. nach Anspruch 1.-5. und 11. , dadurch gekennzeichnet,daß die Kühlschlange 1.17 durch aus dem Verdampfer 1.9 austretendes ,noch kaltes NE3 ,oder andersgeartetes Arbeitsmittel durchströmt wird.
13. Rektifikator,wie in Figur 4 dargestellte,dadurch gekennzeichnet,daß in einem zylindrischen Doppelwandgefäß 4.T eine zentrale Säule mit Leitblechen 4.2 und Prallblechen 4,3 befestigt ist.Darüber befindet sich ein Einlaßstutzen 4.4 und am Boden des Gefäßes ein Austrittestutzen 4.5'durch welchen das getrocknete Gas den Körper 4 durchströmt.Das hierbei anfallende Kondensat gibt seine Kondensationswärme an das im Doppelmantel 4.1 im Gegenstrom fließende Kühlmedium ab,und verläßt das Gefäß durch den als Gasverschlußbogen ausgebildeten Ablauf 4.6