DE2944654A1

DE2944654A1 - Verfahren und waermetauscher zur fuehrung des heizmediums in einer sorptionswaermepumpe

Info

Publication number: DE2944654A1
Application number: DE19792944654
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. Heinrich 4270 Dorsten Mühlmann; Hans Dipl.-Ing. 4300 Essen Sommers
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EON Ruhrgas AG
Priority date: 1979-11-06
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1981-05-14

Description

Ruhrgas Aktiengesellschaft, Essen

Verfahren und Wärmetauscher zur Führung des Heizmediums in einer Sorptionswärmepumpe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gegenstrom-Führung des Heizmediums zu dem in einer Sorptionswärmepumpe im Kreislauf geführten Lösungs- und/oder Kältemittel und Wärmetauscher zur Durchführung des Verfahrens.

Sorptionswärmepumpen der genannten Art, die oft als Absorptions- bzw. Resorptionswärmepumpen bezeichnet werden, sind an sich bekannt. Im Gegensatz zu den ebenfalls bekannten Kompressionswärmepumpen haben sie bisher nur wenig Anwendung gefunden, da ihre Heizleistung geringer als die der Kompressionswärmepumpen ist.

Bei den Sorptionswärmepumpen erfolgt die Abgabe der zu nutzenden Wärme am Absorber und Kondensator bzw. Resorber. Bei den bisher bekannten Sorptionswärmepumpen strömt das Heizmedium, z. B. Heizungswasser, durch je einen als Wärmetauscher ausgebildeten Absorber und Kondensator bzw. Resorber, wobei die Reihenfolge, in der die beiden Wärmetauscher vom Heizmedium durchströmt werden, unterschiedlich ist. Die Wärmetauscher dieser bekannten Sorptionswärmepumpen sind im allgemeinen als Rohrbündeltauscher ausgebildet.

Mit dieser bekannten Verfahrensweise und derartigen Wärmetauschern ist es nicht möglich, die verfügbaren Wärmemengen vollständig und optimal zu nutzen_r die dem Lösungs-/oder Kältemittel, im folgenden Kreis lauf medium genannt, in Desorber. und Verdampfer durch Beheizung sowie Umwelt-Wärme aus Luft oder Wasser zugeführt werden.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Wärmetauscher zu dessen Durchführung zu entwickeln, das eine optimale Nutzung der verfügbaren Wärmemengen ermöglicht und bei dem das Heizmedium auf eine möglichst hohe Temperatur erwärmt wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 bis 4 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Ausbildung der Wärmetauscher zu dessen Durchführung werden nachfolgend näher erläutert.

Bei einer Sorptionswärmepumpe sind bekanntlich Absorber und Kondensator bzw. Resorber als Wärmetauscher ausgebildet und stellen so die Verbindungselemente zum Heizsystem dar. Die Funktionsweise einer Sorptionswärmepumpe wird als bekannt vorausgesetzt und daher nicht mehr beschrieben. In den Wärmetauscher strömen üblicherweise das Kreislaufmedium und das Heizmedium im Gegenstrom zueinander.

Bei Versuchen wurde festgestellt, daß es thermodynamisch am günstigsten ist, den Kältemitteldampf mit dem in den Heizkörpern abgekühlten Heizmedium am Kondensatoraustritt sehr weit herunterzukühlen, ebenso wie die reiche Lösung am Absorberaustritt, danach ggf. mit dem Heizmedium einen weiteren Teil des Kondensators und den übrigen Absorberteil zu kühlen und zum Schluß am Kondensator das Heizmedium auf die höchstmögliche Temperatur zu erwärmen.

Daher soll nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Heizmedium, z. B. Wasser, immer als erstes und letztes durch einen Kondensator- bzw. Resorber-Wärmetauscherbereich strömen. Dazwischen strömt es - je nach Anzahl der Tauscherbereiche entweder durch einen Absorber-Tauscherbereich oder abwechselnd durch mehrere Absorber- und Kondensator- bzw. Resorber-Tauscherbereiche hintereinander.

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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es notwendig, die Absorber- und Kondensator- bzw. Resorber-Wärmetauscher, die vom Heizmedium durchströmt werden, in mehrere Bereiche aufzuteilen. Die Anzahl der Wärmetauscherbereiche soll insgesamt mindestens drei betragen: Zwei Bereiche für den Kondensator bzw. Resorber und ein Bereich für den Absorber. Nach oben hin ist die Zahl der Tauscherbereiche nicht begrenzt, da sie von der Anlagengröße bzw. -leistung abhängt. In Anbetracht des sich mit steigender

10. Anzahl der Bereiche stark vergrößernden apparativen Aufwands/ wird eine Zahl von ingesamt fünf bis sieben Bereichen als optimal angesehen. Die Länge bzw. die Abmessungen der einzelnen Bereiche hängt ebenfalls von der Anlagengröße ab. Jeder Absorber-Wärmetauscherbereich ist jedoch mindestens gleich groß/ vorzugsweise größer, als der größte Kondensator-Wärmetauscherbereich .

Die Art des verwendeten Wärmetauschers hängt vom Heizmedium ab. Ist das Heizmedium eine Flüssigkeit, sind erfindungsgemäß Koaxialrohre vorteilhaft. Um die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern, können auch statt des üblicherweise verwendeten einen Innenrohres zwei oder mehrere Innenrohre vorgesehen werden. Wird Luft als Heizmedium verwendet, sind z. B. Rippenrohre zweckmäßiger.

Fig. 1 und 2 stellen schematisch die beispielsweise Anordnung und Ausführung der Rohre des Kondensator- und Absorber-Wärmetauschers einer Absorptionswärmepumpe dar.

Die Wärmetauscher werden mit Wasser als Heizmedium betrieben und sind aus Koaxialrohren aufgebaut. Diese sind platzsparend in drei konzentrische Ringe unterschiedlichen Durchmessers gebogen und in mehreren Lagen übereinander angeordnet.

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Das Kreislaufmedium fließt im inneren Rohr, das im äußeren Rohr befindliche Heizungswasser fließt in Gegenrichtung dazu. Die Außenrohre der Kondensator- und Absorber-Wärmetauscher sind erfindungsgemäß in mehrere voneinander getrennte Bereiche aufgeteilt, und zwar im vorliegenden Beispiel der Kondensatorteil in drei und der Absorber-Teil in zwei Bereiche.

Die vier übereinanderliegenden äußersten Ringe und die fünf Ringe mittleren Durchmessers bilden den Absorber-Wärmetauscher, der, wie schon beschrieben, heizwasserseitig in zwei Bereiche A1 und A2 - einmal zwei und einmal sieben Ringe - unterteilt ist. Die übrigen vier Ringe mit dem kleinsten Durchmesser bilden die drei Kondensator-Wärmetauscherbereiche; der unterste Ring ist als Wärmetauscherbereich K1 abgeteilt, die darüber liegenden zwei Ringe als Bereich K2. Der darüberliegende oberste innere Ring bildet den Wärmetauscherbereich K3.

Fig. 1 dient zur Veranschaulichung des Heizwasserkreislaufes im Außenrohr. Die Reihenfolge, in der die Rohre vom Heizmedium durchströmt werden, ist durch die alphabetische Reihenfolge der kleinen Buchstaben gegeben.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel strömt das noch unerwärmte bzw. abgekühlte Heizwasser erfindungsgemäß als erstes durch den Kondensator-Wärmetauscherbereich K1 (a) , dann durch den Absorber-Wärmetauscherbereich A1 (b, c), danach durch einen weiteren Kondensator-Wärmetauscherbereich K2 (d, e), durch den zweiten Absorber-Wärmetauscherbereich A2 (f bis h), um zum Schluß aus dem letzten Kondensatorbereich K3 (m) auszutreten.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie das Kreislaufmedium durch Absorber und Kondensator fließt. Die Reihenfolge ist wie bei Fig. 1 durch die alphabetische Reihenfolge der kleinen Buchstaben gegeben. In die vier mit K bezeichneten Kondensator-Tauscherrohre tritt das Kreislaufmittel in den obersten

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Ring mit dem kleinsten Durchmesser ein (a), durchströmt die darunter liegenden drei Ringe (b, c, d) und verläßt den Kondensator-Tauscher.

In den mit "A" bezeichneten Absorber-Wärmetauscher tritt das Kreislaufmedium in den obersten Ring mit dem größten Durchmesser (a) ein und durchströmt in der angegebenen Reihenfolge (a bis h) alle Tauscherrohre. In allen Innenrohren fließt das Kreislaufmedium immer im Gegenstrom zum Heizmedium.

Mit dem neuen Verfahren und den Wärmetauschern, zu dessen Durchführung ist es erstmals möglich, die aus Heiz- und Umweltenergie bestehenden verfügbaren Wärmemengen vollständig und optimal zu nutzen, d. h. die Gesamtheizleistung wird erhöht. Diese Erhöhung betrug bei Versuchen ca. 10 %.

Daraus resultiert eine Erhöhung der Heizziffer. Diese ist definiert als Verhältnis der erzielten Nutzwärme zur zugeführten Wärmemenge in Form von Brennstoff. Bei einer vergleichbaren bekannten Sorptions-Wärmepumpen beträgt die bei Versuchen festgestellte Heizziffer ca. 1,15· Diese konnte bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der neuen Wärmetauscher auf ca. 1,26 erhöht werden.

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Claims

Ruhrgas Aktiengesellschaft/ Essen

Patentansprüche

Verfahren zur Gegenstrom-Führung des Heizmediums zu dem in einer Sorptionswärmepumpe im Kreislauf geführten Lösungs- und/oder Kältemittel dadurch gekennzeichnet/

daß das Heizmedium wechselweise im Wärmeaustausch mit Teilen des Absorbers und Kondensators bzw. Resorbers geführt wird derart/

daß das Heizmedium mindestens drei/ vorzugsweise fünf getrennte Wärmeaustauschbereiche durchströmt/ in deren erstem und letztem ein Wärmeaustausch mit dem Kondensator bzw. Resorber erfolgt, während in der bzw. den dazwischenliegenden Wärmeaustauschbereichen der Wärmeaustausch allein mit dem Absorber bzw*, bei mehr als drei Wärmeaustauschbereichen wechselweise mit Absorber- und Kondensator- bzw. Resorberzonen erfolgt.
2. Wärmetauscher zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1

dadurch gekennzeichnet/

daß die Bereiche der Absorber- und Kondensator- bzw. Resorber-Wärmetauscher, die vom Heizmedium durchströmt werden, in insgesamt mindestens drei/ vorzugsweise fünf bis sieben Abschnitte aufgeteilt sind, wobei der Kondensator-Wärmetauscher in mindestens zwei Wärmetauscherbereiche unterteilt ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Absorber-Wärmetauscherbereich mindestens gleich groß, vorzugsweise größer als der größte Kondensator-Wärmetauscherbereich ist.

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4. Wärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet,

daß die Wärmetauscher aus Koaxialrohren gebildet werden, die in Ringe unterschiedlichen Durchmessers gebogen und in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind.

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