DE3004070A1

DE3004070A1 - Vapour-jet dual-source heat-pump - utilises environmental energy or waste heat

Info

Publication number: DE3004070A1
Application number: DE19803004070
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 4902 Bad Salzuflen Weißhaar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-05
Filing date: 1980-02-05
Publication date: 1981-08-13

Abstract

The dual source heat-pump utilises environmental energy or waste heat for heating purposes. Pressure increase between the low- and high-pressure sides of the heat-pump circuit can be effected by an injector instead of an electrically-driven compressor, a suitable heat-transfer fluid being drawn in. The injector is operated by suitable vapour, generated by environmental energy or waste heat, supplemented by direct heating with fossil fuel. The design can also be used for refrigeration purposes.

Description

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Tel. osi22a;sa/isTel. Osi22a; sa / is

Beschreibung . Dampfstrahl-Zweistoff-WärmepumpeDescription . Steam jet dual-fuel heat pump

Die Dampfstrahl-Zweistoff-Wärmepumpe findet ihre Anwendung in der Nutzbarmachung von Umweltenergie und Abwärme für Heizzwecke. Die einzelnen Komponenten dieses Systems sind für sich gesehen nach dem .heutigen Stand der Technik bekannt bzw. denkbar, ergeben jedoch in der Art ihrer Kombination ein neues Wärmepumpen-System, das erhebliche Vorteile gegenüber den nach heutigem Stand der Technik bekannten Wärmepumpen-Systemen darstellt.The steam jet dual-fuel heat pump is used in utilization of environmental energy and waste heat for heating purposes. The single ones Components of this system are in themselves according to the current state Known or conceivable in the art, but result in the nature of their combination a new heat pump system that has considerable advantages over the represents known heat pump systems according to the current state of the art.

Gemäi3 n ergibt sich folgender Arbeitsablauf:According to the following workflow results:

Ähnlich einem Injektor zur Förderung von Speisewasser in einen Dampfkessel können Dampfstrahlpumpen bei Förderung von Flüssigkeit mit relativ niedrigem Treibdampfdruck relativ hohen Förderdruck erzeugen. Dabei ist die überhitzung des Treibdampfes nicht ohne Einfluß. Dieses Prinzip findet in der Dampfstrahl Zweistoff-Wärmepumpe seine Anwendung.Similar to an injector for pumping feed water into a steam boiler Steam jet pumps can generate a relatively high delivery pressure when pumping liquid with a relatively low motive steam pressure. There is overheating the motive steam is not without influence. This principle is used in the steam jet dual-fuel heat pump.

Im Verdampfer A wird aufgrund der zugeführten Wärme flüssiges Kältemittel verdampft und leicht überhitzt über ein Rückschlagventil dem Erhitzer B zugeführt. Hier erhält der leicht erhitzte Kai tenntteldampf die notwendige überhitzung. Hierzu können fossile Brennstoffe verwendet werden. Der überhitzte Kältemitteldampf tritt als Traibdampf in den Injektor C ein. Mittels des Injektors C wird über eine Drosselstelle G aus dem Trennapparat E, der mit dem Wärmetauscher D kombiniert sein kann, ein für diesen Zweck nur im flüssigen Aggregatzustand auftretendes Medium angesaugt und im Injektor C auf den notwendigen für die Verflüssigung des Kältemittels erforderlichen Verdichtungsenddruck gebracht.In evaporator A, liquid refrigerant is generated due to the heat supplied evaporated and slightly overheated and fed to heater B via a check valve. Here the slightly heated quay receives the necessary steam overheating. Fossil fuels can be used for this. The overheated Refrigerant vapor enters injector C as traib vapor. Means of the injector C is via a throttle point G from the separator E, the can be combined with the heat exchanger D, a medium occurring for this purpose only in the liquid state is sucked in and in the injector C on the necessary for the liquefaction of the refrigerant Final compression pressure brought.

Entsprechend der Arbeitsweise eines Injektors geht der Impulsaustausch und die Kondensation des Treibdampfes bei niedrigem Druck vor sich, wobei eine weitere Druckerhöhung durch Geschwindigkeitsumwandlung im Diffusor erfolgt.According to the way an injector works, the momentum exchange goes and the condensation of the motive steam at low pressure in front of it, with a further increase in pressure through speed conversion in the diffuser.

Durch die Umwandlung des Wärmegefälles des Treibdampfes in Bewegungsenergie ergeben sich entsprechend große Dampfgeschwindigkeiten, die zwar "Stoßverluste'¹ verursachen, andererseits aber der Flüssigkeit eine solche Geschwindigkeit erteilen, daß der Druck des Fördermittels weit über den des Treibmittels hinaus gesteigert werden kann.The conversion of the heat gradient of the motive steam into kinetic energy results in correspondingly high ^{vapor velocities, which indeed cause "shock losses" 1} , but on the other hand give the liquid such a velocity that the pressure of the conveying means can be increased far beyond that of the propellant.

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Der Treibdampf kondensiert im Laufe des Verfahrens völlig. Das Flüssigkeitsgemisch aus Kältemittel und Wärmeträger-Flüssigkeit erreicht dabei eine entsprechend höhere Temperatur (Verflüssigungstemperatur) und kann im Wärmeaustauscher D abgekühlt werden. Diese Wärmeenergie steht dann für Heizzwecke bzw. bei mehrstufigem Betrieb für den Verdampfer der nächsten Kaskadenstufe zur Verfügung. Im Trennapparat E wird das Stoffpaar Kältemittel und Wärmeträger-Flüssigkeit aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Gewichte in geeigneter Weise getrennt. Dabei wird die abgekühlte Wärmeträger-Flüssigkeit über die Drosselstelle G, die in geeigneter Weise eine Drosselung entsprechend der Arbeitsweise des Injektors vornimmt, wieder dem Injektor C zugeführt, während das Kältemittel über ein Magnetventil und Drosselstelle F dem Verdampfer A zugeführt wird.The motive steam condenses completely in the course of the process. The liquid mixture from refrigerant and heat transfer fluid achieved thereby a correspondingly higher temperature (condensing temperature) and can be cooled in the heat exchanger D. This heat energy then stands for Available for heating purposes or, in the case of multi-stage operation, for the evaporator of the next cascade stage. In the separator E, the substance pair becomes refrigerant and heat transfer fluid due to the different specific Weights separated in a suitable manner. In this case, the cooled heat transfer fluid is passed through the throttle point G in a suitable manner performs a throttling in accordance with the mode of operation of the injector, is fed back to injector C, while the refrigerant is fed via a solenoid valve and throttle point F is fed to evaporator A.

Neben der Funktion als überhitzer kann im Erhitzer B auch flüssiges Kältemittel verdampft werden. In der AnIaufphase ist es notwendig, über einen Vorerhitzer H flüssiges Kältemittel im Bypass über ein Magnetventil in den Erhitzer B zu fördern, um ein Anlaufen des Systems zu ermöglichen. Hierzu ist auch ein Rückschlagventil vor dem Vorerhitzer E erforderlich. Bei Erreichen eines Mindestdrucks wird im praktischen Betrieb der Querschnitt der Treibdüse im Strahlapparat automatisch freigegeben. Je nach Temparaturbereich und Verwendungszweck können geeignete Stoffpaare eingesetzt werden. Die Wärmezufuhr im Erhitzer B entspricht der Kompressionsarbeit beim Wärmepumpen-Kreis!auf mittels Kompressionskältemaschine. Der relativ niedrige Wirkungsgrad des Injektors spielt im Rahmen dieses Verfahrens keine Rolle, da die Treibdampfenergie nur zum Teil zusätzlich erbracht werden muß und beide Anteile (Umweltenergie + Zusatzenergie) voll für Heizzwecke nutzbar werden.In addition to the function as a superheater, liquid can also be used in heater B. Refrigerant are evaporated. In the start-up phase it is necessary to a preheater H to convey liquid refrigerant in the bypass via a solenoid valve into the heater B in order to enable the system to start up. A check valve upstream of the preheater E is also required for this. When a minimum pressure is reached, the cross section of the motive nozzle in the jet device is automatically released in practical operation. Depending on Suitable pairs of substances can be used for the temperature range and intended use will. The heat supply in heater B corresponds to the compression work in the heat pump circuit! On by means of a compression refrigeration machine. Of the The relatively low efficiency of the injector does not play a role in this process, since the motive steam energy is only partially provided must be and both parts (environmental energy + additional energy) fully for Can be used for heating purposes.

Eine Leistungsregelung kann je nach Erfordernis durch Anordnung parallel geschalteter Strahl apparate und entsprechender Aufteilung in Einzelstrahlen erfolgen, die entsprechend zu- und abgeschaltet werden können. Je nach Wärmeabnahme am Wärmeaustauscher D und der zur Verfugung stehenden Wärmemenge seitens der Wärmequelle am Verdampfer muß gegebenenfalls zusätzliches flüssiges Kältemittel dem Nacherhitzer zugeführt werden, damit die notwendige Heizleistung bereitgestellt werden -kann. ...-A power control can be arranged in parallel depending on the requirements switched blasting devices and corresponding division into individual beams that can be switched on and off accordingly. Depending on Heat consumption at the heat exchanger D and the amount of heat available on the part of the heat source at the evaporator may have to be additional liquid refrigerant can be fed to the reheater so that the necessary heating power can be provided. ...-

- Tr- - Tr-

-H--H-

Das System ermöglicht damit stufenlosen Übergang von Wärmepumpenbetrieb auf herkömmlichen Heizbetrieb.The system thus enables a stepless transition from heat pump operation to conventional heating mode.

Bei oberflächlicher Betrachtung wäre anstelle der Wärmeträger-Flüssigkeit das gleiche Kältemittel im flüssigen Aggregatzustand denkbar. Die aufgrund der Arbeitsweise des Injektors erforderliche Drosselung der
Flüssigkeit hätte jedoch eine Teil verdampfung (Flash-Gas) zur Folge und würde sich nachteilig auf die Arbeitsweise des Injektors sowie auf die Leistungsziffer auswirken.On superficial examination, the same refrigerant in the liquid state of aggregation would be conceivable instead of the heat transfer fluid. The throttling of the required due to the way the injector works
However, liquid would result in partial evaporation (flash gas) and would have a detrimental effect on the functioning of the injector and the performance figure.

Vorteile der Dampfstrahl-Zweistoff-Wärmepumpe:Advantages of the steam jet dual-fuel heat pump:

Im Vergleich zur elektrisch betriebenen Wärmepumpe benötigt die Dampfstrahl-Zweistoff-Wärmepumpe keine elektr. Energie, die mittels großem Wärmeaufwand in einem Kraftwerk erzeugt werden mußte (gesamtwirtschaftlicher Vorteil).Compared to the electrically operated heat pump, the steam jet dual-fuel heat pump requires no electr. Energy that had to be generated in a power plant using a large amount of heat (more macroeconomic Advantage).

Die Leistungsziffer (Nutzen : Aufwand) liegt höher im Vergleich zur
Absorptions-Wärmepumpe.The performance figure (benefit: effort) is higher compared to
Absorption heat pump.

Wegfall der Bereitstellung eines je nach Situation größeren Elektroanschlusses im Vergleich zur elektr. betriebenen Wärmepumpe mittels
Kältekompressor.Elimination of the provision of a larger electrical connection compared to the electrical connection, depending on the situation. operated heat pump by means of
Refrigeration compressor.

Einfacher Aufbau, v/eitgehender Wegfall aller beweglichen Teile, längere Lebensdauer.Simple construction, omission of all moving parts, longer ones Lifespan.

Geringere Geräuschbildung im Vergleich zur elektr. betriebenen Wärmepumpe mittels kältekompressor.Lower noise generation compared to electr. operated heat pump by means of a refrigeration compressor.

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Claims

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1. / Steam jet dual-fuel heat pump for utilizing environmental energy or waste heat for heating purposes

2. Steam jet dual-fuel heat pump according to claim 1, characterized marked that instead of an electr. operated compressor increases the pressure between the low and high pressure side of the heat pump circuit takes place by means of an injector, a suitable heat transfer fluid must be sucked in and the injector by means of suitable motive steam, using heat from environmental energy or waste heat and with additional direct heating by means of E.g. fossil fuel is operated.

3. Utilization of the procedure described under 1. and 2. for cooling purposes

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