DE2942697A1 - Multi stage absorption heat pump - has heat periodically taken from atmosphere and ejected into heating system - Google Patents

Multi stage absorption heat pump - has heat periodically taken from atmosphere and ejected into heating system

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Abstract

Heat factor is increased, for heating or hot water supply, in an absorption heat pump. In an absorption phase, heat is periodically extracted from the atmosphere, and in an expulsion phase this is given off to a heating system. Boiler and absorber are pref. identical, while vapouriser and condenser are separate components, pref. with an intervening valve opened by condensation, via a float, so that condensation matter flows down into the lower-sited vapouriser.

Description

Periodische,mehrstufige AbsorptionswärmepumpePeriodic, multi-stage absorption heat pump

Die Erfindung betrifft Weiterentwicklungen der Absorptionswärmepumpe sowohl beziiglich der verfahrenstechnischen unu apparatebaulichen Auslegung als auch bezdglich neuer Stoffpaare.The invention relates to further developments of the absorption heat pump both with regard to the process engineering and apparatus design as also with regard to new pairs of fabrics.

Die handelsüblichen Absorptionswärmepumpen für Heizung und Warmwasserbereitung erreichen Wärmefaktoren von lediglich ca. I,3 und sind sehr teuer,also kaum rentabel.The commercially available absorption heat pumps for heating and hot water preparation achieve heat factors of only about 1.3 and are very expensive, so hardly profitable.

einer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die herstellunsskosten zu senken und/oder den Wärmefaktor zu steiern.an invention is based on the object of the production costs to lower and / or to starve the heat factor.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,dass I.mehrstufige,periodische Arbeitsweise vorgeschlagen wird, II.neue Stoffpaare zur hinwendung kommen und III.die Apparate den Problemen der periodschen Arbeitsweise (aufzuheizende Massen) angepasst werden.The object is achieved according to the invention in that I. multi-stage, periodic Working method is proposed, II. New pairs of materials to be used and III Apparatus adapted to the problems of periodic operation (masses to be heated) will.

I.Verfahren l r larmluftheizung; periodische Absorptionswärmepumpe (AWP), Verdampfer=Kondensator als Luft-wärmetaushcer ausgeführt.I.Method l r alarm air heating; periodic absorption heat pump (AWP), evaporator = condenser designed as an air heat exchanger.

2.Wie vor, jedoch Kocher-Absorber durch Dampf (Kondensation) beheizt.Vorteil:keine örtliche tiberhitzung, dadurch keine Explosionsgefahr bei kritischen Stoffpaaren wie z.b.2. As above, but the cooker absorber heated by steam (condensation). Advantage: none Local overheating, so there is no risk of explosion with critical material pairs such as.

LiNO3-NH3.Vorteilhaft:Wärmerohre(heat pipes).LiNO3-NH3 Advantageous: heat pipes.

3.Wie vor,jedoch Dampferzeugung im Kocher-Absorber einer zweiten AWP (Hochtemperatur-Stufe).Verfahren:Hochtemperatur-Kocher-Absorber wird direkt(oder von 3.Stufe)beheizt.Dampf wird ausgetrieben und kondensiert im Kocher-Absorber der untersten Stufe,treibt dort Kältemittel aus,welches im Verdampfer-Kondensator Nutzwärme abgibt.Anschliessend Kühlung des HT-Kocher-Absorbers,dadruch Verdampfungskuhlung des NT-Kocher-Absorbers,Absorption des Kältemittels in diesem und wärmeentzug aus dem zu kühlenden Medium (z.B.Umgebungsluft,Grundwasser).3. As above, but steam generation in the cooker absorber of a second AWP (High temperature stage) .Procedure: High temperature cooker absorber is directly (or from 3rd stage). Steam is expelled and condenses in the cooker absorber of the lowest stage, drives out refrigerant there, which is useful heat in the evaporator-condenser Then the HT cooker absorber is cooled, thereby evaporation cooling of the LT cooker absorber, absorption of the refrigerant in this and heat extraction the end the medium to be cooled (e.g. ambient air, groundwater).

4.Mehrstufige,periodische AWP mit Hilfswärmeträger: Ein Wärmträger (z.B.KNa-Legierung,geschlossenes System) wird z.B.durch Feuerung aufgeheizt und gibt einen Teil seiner Wärme an den Kocher-Absorber der nochsten Temperaturstufe ab.4. Multi-stage, periodic AWP with auxiliary heat transfer medium: A heat transfer medium (e.g. KNa alloy, closed system) is heated up e.g. by firing and gives part of its heat to the cooker absorber at the highest temperature level away.

Dadurch wird hier Dampf ausgetrieben, der im Kocher-Absorber der nächstniedrigeren Temperaturstufe kondesiert.Nach Beendigung der Austreibung in der höchsten Stufe wird der Wärmeträger durch den zweiten Kocher-Absorber geleitet und setzt hier die Austreibung des Dampfen der zweiten stufe fort.Dann fliesst er in die nächste Stufe usw.Sach der letzten Stufe wird der Wärmeträger auf Verbrauchtemperatur gekühlt.Seine Fliessrichtung wird nun umgekehrt,er beginnt nunmehr, den hocher-Absorber der untersten Stufe zu kühlen.Dann fliesst er in den nächsthöheren Kocher-Absorber und kühlt diesen. Dadurch wird wiederum der unterste Kocher-Absorber weitergekühlt,da Ja nun der Dampf der zweiten stufe absorbiert wird.Der Wärmeträger durchläuft so wolle Stuten und wird nacn Passieren der obersten Stufe wieder aufgeheizt,der Vorgang km von neuem beginnen.As a result, steam is expelled here, the next lower in the cooker absorber At the end of expulsion at the highest level the heat transfer medium is passed through the second cooker absorber and sets the Expulsion of the vapor from the second stage continues, then it flows into the next stage etc. After the last stage, the heat transfer medium is cooled to the consumption temperature The direction of flow is now reversed, it now begins, the high absorber of the lowest It then flows into the next higher cooker absorber and cools it. This in turn cools the bottom cooker absorber further, since the steam is now yes the second stage is absorbed. The heat transfer medium runs through so woolly mares and is heated up again after passing the top step, the process km anew kick off.

Die Aufheizung der einzelnen Kocher-Absorber geschieht also immer inder Reihenfolge:zuerst Dampf aus der nachsthöheren Stufe(ausgenommen oberste Stufe),dann Weiterbeheizung durch Wärmeträger,während die Kühlung in der umgekehrten Reihenfolge abläuft.Zwischen die einzelnen Stufe können Puffergeflässe für den Wärmeträger geschaltet werden.The individual cooker absorbers are always heated up in the following order: first steam from the next higher level (except for the top level), then Continued heating by heat transfer medium, while cooling in the reverse order Buffer vessels for the heat transfer medium can be switched between the individual stages will.

Der apparative Aufwand ist einscnlieeslicn der Puffergefässe bei einer zweistufigen Ausffihrung wesentlich geringer als der Aufwand für eine Icontinuierlicne einstufige linlagè! Der theoretische Wärmefaktor entspricht dem doppelten Carnotfaktor: Tk = Temperatur der Wärmezufuhr in der obersten Stufe Ta = Temperatur der Wärmeabfuhr nach der untersten stufe Tvd = Verdampfungstemperatur Tvf = Verflüssigertemperatur (ungefähr gleich Verbrauchertempetarut,bei niedriger Vorlauftemperatur kann Ta höher liegen für Warmwasserbereitung) Beispiel:Vergleich zwischen einstufiger NH-H2O-Anlage und zweistufiger AWP (zwei Salzlösungen): 383-3I3 273 fwI = . + I = 2,24 383 313-273 573-3I3 273 fw2 = . + I = 4,09 383 fI3-273 Verluste,u.a durch die hohe negative Lösungswärme von Ammoniak in Wasser und den erforderlichen Rektifikator einerseits und die periodiscn aufzuheizenden kassen andererseite sind dabei natürlich nicht berücksichtigt.The outlay on equipment, including the buffer vessels, is significantly lower in the case of a two-stage design than the outlay on continuous, single-stage linlagè! The theoretical heat factor corresponds to twice the Carnot factor: Tk = temperature of the heat supply in the uppermost stage Ta = temperature of the heat dissipation after the lowest stage Tvd = evaporation temperature Tvf = condenser temperature (approximately the same as the consumer temperature, with a low flow temperature Ta can be higher for hot water preparation) Example: Comparison between single-stage NH-H2O system and two-stage AWP (two salt solutions): 383-3I3 273 fwI =. + I = 2.24 383 313-273 573-3I3 273 fw2 =. + I = 4.09 383 fI3-273 losses, among other things due to the high negative heat of dissolution of ammonia in water and the necessary rectifier on the one hand and the cash registers that have to be heated up periodically on the other hand are of course not taken into account.

5-Luft-Wasser-Wärmepumpe:Ausführungen wie unter 1 bis 4 beschrieben,jedoch Verdampfer und kondensator getrennt.5-air-water heat pump: versions as described under 1 to 4, however Separate evaporator and condenser.

Kältemitteldampf wird im Kondensator verflussigt und gibt Wärme an Heizungskreislauf ab.Flüssiges Kältemittel öffnet Schwimmerventil und fliesst in den Verdampfer.In der Absorptionsperiode verdampft das Kältemittel und wird unter Umgehung des kondensators direkt in den Kocher-Absorber geleitet.Der Vorteil besteht u. a. darin, daß die relativ grossen Massen von Kondensator und Verdampfer (Luftwärmetauscher!) nicht periodisch aufgeheizt bzw. abgekühlt werden miissen,dadurch besserer Wärmefaktor.Refrigerant vapor is liquefied in the condenser and gives off heat Liquid refrigerant opens float valve and flows into the evaporator. In the absorption period, the refrigerant evaporates and becomes under Bypassing the condenser is fed directly into the cooker absorber. The advantage is there i.a. in that the relatively large masses of the condenser and evaporator (air heat exchanger!) do not have to be heated up or cooled down periodically, thus a better heat factor.

6.Eine interessante Anwendung bietet die Rektifikation schwer zerlegbarer Gemische.Der Energiebedarf von Kolonnen lässt sich drastisch reduzieren,jedoch ist Pufferung oder doppelte Ausführung notwendig.6. The rectification of difficult to dismantle is an interesting application Mixtures. The energy requirements of columns can be drastically reduced, however Buffering or duplication necessary.

II. Stoffpaare Ich schlage folgende Stoffpaare vor: NaNO2-NH3, LiNO2-NH3,ferner -insbesondere für höhere Stutzendie Verwendung von Gemischen oder einzelnen Komponenten oer Salze Natriumnitrit,Natriumnitrat,Kaliumnitrit und Kaliumnitrat in Verbindung mit Wasser als Kältemittel.Diese Salze zeichnen sicn durch positive Lösungswärmen und geringe Molmassen (und damit geringe periodiscn aufzuheizende Massen) aus,terner durch ausgesprochene Preiswürdigkeit und werkstofftechnische Vorzüge.II. Pairs of substances I propose the following pairs of substances: NaNO2-NH3, LiNO2-NH3, furthermore - Especially for higher nozzles, the use of mixtures or individual components oer salts sodium nitrite, sodium nitrate, potassium nitrite and potassium nitrate in combination with water as the refrigerant. These salts are characterized by positive heat of dissolution and low molar masses (and thus low masses to be heated periodically) through excellent value for money and material-related advantages.

Stoffpaar für Hochtemperaturstufe:Quecksilber/Zinn.Pair of substances for high temperature level: mercury / tin.

III.Apparate Gestaltung der Kocher-Absorber:@.beheizung/Kühlung Bei indirekter beheizung eines Kocher-Absorber wird der Heizdampf in einer Rohrschlange zum unteren Ende des Behälters und von dort in einen innerhalb der Rohrschlange liegenden Sammmel geleitet.Am oberen Ende des Sammelers befindet sich ein Schwimmerventil,das eine schräh nacn oben zur Rohrschlange führende Leitung schliesst.Funktion: In der Kochphase ist das Ventil geschlossen,der ankommende Dampf durchläuft die Rohrschlange,anfallendes kondensat wird sofort in den Sammler gedrückt,verkleinert also nicht die Austauschfläche.In der Absorptionsphase wird des Kondensat in die Rohrschlange gedrückt und verdampft.Steigt der Stand des Kondensats in der Rohrschlange zu noch,fliet der Überschuss in den Sammler zurück (Schwimmer öffnet).Diese Einrichtung kommt der Forderung nach grosser wirksamel Austauscnfläcne,aber geringer Masse entgegen. III.Apparatus design of the cooker absorber: @. Heating / cooling with indirect heating of a cooker absorber is the heating steam in a pipe coil to the lower end of the container and from there into one inside the pipe coil At the top of the collector there is a float valve that a pipe leading upwards to the pipe coil closes. Function: In the During the boiling phase, the valve is closed, the incoming steam runs through the pipe coil, the incoming steam Condensate is immediately pressed into the collector, so it does not reduce the exchange area During the absorption phase, the condensate is pressed into the pipe coil and evaporates If the level of condensate in the pipe coil is still too high, the excess flows into the Collector back (float opens). This facility meets the demand for larger effective exchange area, but opposed to low mass.

2.Absorption:der zuströmende Dampf wird durch ein Tauchrohr am unteren ,nde des Kocher-Absorbers zugeführt und z.B. 2. Absorption: the incoming steam is through a dip tube at the bottom , nde of the digester absorber and e.g.

durch ein Sieb über den Querschnitt verteilt.Er perlt dann durch die Absorptionslösung nach oben, wodurch sich eine rasche Absorption ergibt.In der hochperiode wird der Dampf oben obgeführt,diese Offnung ist während der Absorptionsperiode durch ein Kugelrückschlagventil o.d. verschlossen. Spread over the cross-section through a sieve, which then bubbles through the absorption solution upwards, resulting in rapid absorption In the high period, the steam is conducted above, this opening is during the absorption period by means of a ball check valve or similar locked.

Regelung FUr die Umwälzung des Wärmeträgers ist eine kleine pumpe erforderlich.(Der Leistungsbedarf dieser Pumpe ist nicht zu vergleichen mit den der bei kontinuierlichen Anlagen notwendigen Lösungspumpe,da hier keine nennenswerte Druckdifferenz besteht.) Uber die Variation der rumpendrehzalil lässt sich die Leistung der Gesamtanlage steuern. Zusätzlich muss nur noch der Brenner geregelt werden. Regulation for the circulation of the heat transfer medium is a small pump (The power requirement of this pump cannot be compared with the the solution pump required in continuous systems, as there are none worth mentioning here Pressure difference exists.) The power control the entire system. In addition, only the burner needs to be regulated.

Gute Isolierung ist wohl eine selbstverständliche Voraussetzung für einen guten Wärmefaktor.Good insulation is probably a natural requirement for a good heat factor.

Claims (9)

Schutzansprüche I.Absorbtionswärmepumpe,dadurch gekennzeichnet,daß periodisch in der Absorptionsphase der Umweltluft Wärme entzogen wird, welche in der Austreibungsphase an eine Heizung abgegeben wird.Protection claims I. Absorption heat pump, characterized in that heat is periodically withdrawn from the ambient air in the absorption phase, which in the expulsion phase is delivered to a heater. 2.Absorptionswärmepumpe wie vor,dadurch gekennzeichnet,daß Kocher und Absorber identisch sind,Verdampfer und Kondensator jedoch getrennte Anlagenteile sind. 2.Absorptionswärmepumpe as before, characterized in that cooker and absorber are identical, but the evaporator and condenser are separate system parts are. 3.Absorptionswarmepumpe wie vor, dadurch gekennzeichnet,daß Kondensator und Verdampfer durch ein Ventil getrennt sind, welches ueber einen Schwimmer durch Kondensat geöffnet wird, sodaß dieses in den tieferliegenden Verdampfer abfliessen kann. 3. Absorption heat pump as before, characterized in that the condenser and evaporator are separated by a valve, which is through a float Condensate is opened so that it flows into the lower-lying evaporator can. 4.Absorptionswärmepumpe wie vor,dadurch gekennzeichnet,daß der Dampf in der Austreibungsphase aus dem Verdampfer unter Umgehung des Kondensators direkt in den Kocher-Absorber geleitet wird. 4.Absorptionswärmepumpe as before, characterized in that the steam in the expulsion phase from the evaporator, bypassing the condenser directly is passed into the cooker absorber. 5.Absorptionswärmepumpe wie unter I-4,dadurch gekennzeichnet, daß der Kocher-Absorber durch Dampf beheizt bzw.gekühlt wird. 5. Absorption heat pump as under I-4, characterized in that the cooker absorber is heated or cooled by steam. 6.Absorptionswärmepumpe wie vor, dadurch gekennzeicanet,dav der Dampf durch eine bei höherer Temperatur arbeitende, ebenfalls periodiscne Absorptionswärmepumpe geliefert bzw. 6. Absorption heat pump as before, thereby marked, dav the steam by a periodic absorption heat pump that works at a higher temperature delivered or absorbiert wird. is absorbed. 7.Absorptionswärmepumpe wie vor,dadurch gekennzeichnet,daß mehr als zwei Stufen verwendet werden. 7. Absorption heat pump as before, characterized in that more than two stages can be used. 8.Lehrstufige Absorptionswärmepumpe wie unter 6-7, dadurch gekennzeichnet,daß ein Wärmeträger direkt erhitzt wird, einen Teil seiner Wärme an den Kocher-Absorber der höchsten Temperaturstufe abgibt, dann an den der nächstniedrigeren Stufe usw.,dann an den der untersten Stufe,dann auf Sndverbrauchertemperatur gekljhlt wird und anschliessend die einzelnen Kocher-Absorber in umgekehrte(aufsteigender)Reihenfolge kühlt, um daran anschliessend wieder erhitzt zu werden und den Zyklus von neuem zu beginnen. 8.Lehr-level absorption heat pump as under 6-7, characterized in that a heat transfer medium is heated directly, some of its heat is transferred to the cooker absorber at the highest temperature level, then to that of the next lower level, etc., then at which the lowest level is then cooled to the final consumer temperature and then cools the individual cooker absorbers in reverse (ascending) order then to be heated again and to start the cycle again. 9.Absorptionswärmepumpe wie vor,dadurch gekennzeichnet,daß der Wärmeträger zwischen den einzelnen Kocher-Absorbern Puffergefässe durchläuft. (siehe Zeichnung!) IO.Absorptionswärmepumpe wie vor,dadurch gekennzeichnet,daß als Wärmeträger eine Natrium-Kalium-Legierung dient.9. Absorption heat pump as before, characterized in that the heat carrier Buffer vessels run through between the individual Kocher absorbers. (see diagram!) IO.Absorptionswärmepumpe as before, characterized in that a heat transfer medium Sodium-potassium alloy is used. II-Absorptionswärmepumpe wie unter I-I0,dadurch gekennzeichnet, daß als Stoffpaar Natriumnitrit/Ammoniak verwendet wird.II absorption heat pump as under I-I0, characterized in that sodium nitrite / ammonia is used as a pair of substances. I2.Absorptionswärmepumpe wie unter l-IO,dadurch gekennzeichnet, daß als Stoffpaar Lithiumnitrit/Ammoniak verwendet wird.I2.Absorptionswärmepumpe as under l-IO, characterized in that lithium nitrite / ammonia is used as a pair of substances. I3.Absorptionswärmepumpe wie unter l-It,dadurch gekemlzeichnet, daß als Absorptionsmittel ein Gemisch oder einzelne homponenten der Salze Lithiumnitrit,Litiumnitrat,Natriumnitrit,Natriumnitrat,Kaliumnitrit,Kaliumnitrat verwendet werden,während als zu absorbierendes Kältemittel Wasser verwendet wird.I3.Absorption heat pump as under l-It, characterized in that as an absorbent, a mixture or individual components of the salts lithium nitrite, lithium nitrate, sodium nitrite, sodium nitrate, potassium nitrite, potassium nitrate can be used while water is used as the refrigerant to be absorbed. I4.Absorptionswärmepumpe wie unter I-I0,dadurch gekennezeichnet, daß alF Storfpaar QueckFilber/Zinn verwendet wird.I4.Absorption heat pump as under I-I0, characterized in that alF Storfpaar mercury / tin is used. I5.Absorptionswärmepumpe gleicn welcher Art, dadurch gekennzeichnet,daß eines oder mehrere der unter 11-14 genannten Stoffpaare verwendet wird.I5.Absorptionswärmepumpe of the same type, characterized in that one or more of the pairs of substances mentioned under 11-14 are used.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4563295A (en) * 1982-09-29 1986-01-07 Erickson Donald C High temperature absorbent for water vapor
DE102020113506B3 (en) * 2020-05-19 2021-05-12 Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH Cold storage system and storage cooling process
CN113804641A (en) * 2021-09-17 2021-12-17 安徽中科华仪科技有限公司 Laser-based atmospheric carbon emission detection method

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