DE3009820A1 - Absorption heat pump has semipermeable membranes - for raising and reducing pressures in multicomponent fluid system - Google Patents
Absorption heat pump has semipermeable membranes - for raising and reducing pressures in multicomponent fluid systemInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine ein- oder mehrstufige,The invention relates to a single or multi-stage,
mit einem aus mehreren Bestandteilen bestehenden Stoff system arbeitende Absorptionswärmepumpe, bestehend aus einem An-Antriebsteil und einem Kälteteil, wobei das-Kältemittel im An-Antriebsteil in flüssigem Absorptionsmittel gelöst auf sein höheres Druckniveau'im Kälteteil durch Entspannung des flüssigen Kältemittels und/oder ebenfalls gelöst auf ein niedrigeres Druckniveau gebracht wird.working with a substance system consisting of several components Absorption heat pump, consisting of a drive part and a cooling part, wherein the refrigerant in the drive part dissolved in liquid absorbent its higher pressure level in the refrigeration part due to the expansion of the liquid refrigerant and / or is also released to a lower pressure level.
Die Entwicklung von Sorptionswärmepumpen beruht weitgehend auf dem hochentwickelten Stand der Technik von Sorptionskälteanlagen. Es wird diesbezüglich verwiesen auf W. Niebergall, "Sorptionskältemaschinen -(Band 7 des H.andbuchs der Kältetechnik, herausgegeben von R. Plank)".The development of sorption heat pumps is largely based on the highly developed state of the art of sorption refrigeration systems. It will be related to this referred to W. Niebergall, "Sorptionskältemaschinen - (Volume 7 of the H.andbuch der Refrigeration, edited by R. Plank) ".
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei im folgenden die Wirkungsweise einer kontinuierlich arbeitenden sogenannten -Absorptionswärmepumpe beschrieben: Das gasförmige heisse Kältemittel wird unter hohem Druck in einem Kondensor verflüssigt und gibt dabei seine Kondensationswärme als Nutzwärme ab. Nach im wesentlichen isenthalper Entspannung durch ein Drosselventil wird das-Kältemittel durch Aufnahme von Umgebungswärme bei tiefer Temperatur verdampft und gelangt anschliessend in einen Absorber. Dort löst es sich - wiederum unter Abgabe von Nutzwärme - in einem, meist flüssigen, Absorptionsmittel. Die mit Kältemittel angereicherte Lösung wird durch eine Lösungsmittelpumpe, welche wegen der geringen Kompressibilität von Flüssigkeiten nur wenig Leistung benötigt, auf ein hohes Druckniveau gebracht und in einen Austreiber (auch Kocher genannt) gepumpt. Durch Zufuhr von Wärme wird dort das Kältemittel aus der Lösung ausgetrieben und gelangt als heisses Gas in den Kondensor. Die an Kältemittel arme Lösung strömt durch ein Drosselventil zurück zum Absorber; Um Irreversibilitäten möglichst klein zu halten, muss noch für "inneren Wärmetausch" gesorgt werden. Dies wird im allgemeinen durch zwei Wärmetauscher realisiert, von denen der eine, Nachverdampfer oder Nachkühler genannt, Wärme vom in den Verdampfer einströmenden flüssigen auf das ausströmende gasförmige Kältemittel überträgt, während der zweite Wärmetauscher, Temperaturwechsel genannt, im Lösungskreislauf Wärme von der armen in die reiche Lösung überführt.For a better understanding of the invention, the following is the mode of operation a continuously operating so-called absorption heat pump is described: The gaseous hot refrigerant is liquefied under high pressure in a condenser and gives off its condensation heat as useful heat. After essentially isenthalper The refrigerant is released through a throttle valve by absorbing ambient heat evaporates at a low temperature and then enters an absorber. there it dissolves - again with the release of useful heat - in a, mostly liquid, Absorbent. The solution enriched with refrigerant is pumped through a solvent pump, which because of the low compressibility of liquids has little power required, brought to a high pressure level and in an expeller (also cooker called). The refrigerant is removed from the solution by supplying heat expelled and enters the condenser as a hot gas. The low in refrigerant Solution flows back to the absorber through a throttle valve; About irreversibilities To keep it as small as possible, "internal heat exchange" still has to be ensured. this is generally realized by two heat exchangers, one of which is a reboiler or aftercooler, absorbs heat from the liquid flowing into the evaporator the escaping gaseous refrigerant transfers, while the second heat exchanger, Called temperature change, heat from the poor to the rich in the solution cycle Solution transferred.
Da der Dampfdruck vieler Kältemittel bei Nutztemperaturen von 600 - 800c sehr hoch ist, wurde als Modifikation der beschriebenen Absorptionswärmepumpe die sogenannte Resorptionswärmepumpe vorgeschlagen. Dabei wird der Kälteteil anstelle von Kondensor, Drosselventil und Verdampfer durch einen zweiten Lösungskreislauf - mit höherer Kältemittelkonzentration - ersetzt. Der heisse, unter hohem Druck stehende -:#ältemitteldampf löst sich im Resorber" in der Lösung, wobei er Wärme abgibt. Die reiche Lösung gelangt durch ein Drosselventil in einen Entgaser" genannten Tieftemperaturaustreiber, wo das Kältemittel unter Aufnahme von Umgebungswärme aus der Lösung ausdampft. Die arme Lösung muss durch eine zweite Lösungsmittelpumpe auf hohen Druck gebracht und in den Resorber zurückgepumpt werden. Auch hier kann das Wärmeverhältnis #durch inneren Wärmetausch im Resorptionslösungskreislauf erhöht werden.Since the vapor pressure of many refrigerants at useful temperatures of 600 - 800c is very high, was used as a modification of the absorption heat pump described proposed the so-called absorption heat pump. The cold part is instead condenser, throttle valve and evaporator through a second solution circuit - with higher refrigerant concentration - replaced. The hot one, under high pressure standing -: # solvent vapor dissolves in the resorber "in the solution, whereby it heats gives away. The rich solution passes through a throttle valve into a "degasser" called Low temperature expeller, where the refrigerant comes from while absorbing ambient heat the solution evaporates. The poor solution has to go through a second solvent pump brought to high pressure and pumped back into the resorber. Here, too, can the heat ratio is increased by internal heat exchange in the absorption solution cycle will.
Es ist nicht zuletzt die grosse Zahl notwendiger Komponenten, die der Wirtschaftlichkeit von Absorptionswärmepumpen, noch mehr der Wirtschaftlichkeit von Resorptionswärmepumpen, im Wege stehen. Nur ein aussergewöhnlich gutes Wärmeverhältnis (Summe der Nutzwärmemengen in Absorber und Kondensor zu aufgewandter Wärmemenge im Austreiber) könnte den Aufwand rechtfertigen. Das Wärmeverhältnis von einstufigen Absorptionswärmepumpen ist jedoch theoretisch auf etwa 2 begrenzt. In der Praxis werden sogar nur 1,3 bis 1,5 erreicht. Durch einen zweistufigen Kälteteil <Kondensor-Verdampfer-Resorber-Entgaser, oder Resorber1-Entgaser-1-Resorber2-Entgaser2) könnte das theoretische Wärmeverhältnis auf die Grössenordnung von 3 erhöht werden, doch steht dem ein wesentlich erhöhter apparativer Aufwand entgegen.It is not least the large number of necessary components that the economy of absorption heat pumps, even more of the economy of absorption heat pumps, stand in the way. Just an exceptionally good warmth ratio (Sum of the amount of useful heat in the absorber and condenser to the amount of heat used in the expeller) could justify the effort. The heat ratio of single-stage However, absorption heat pumps are theoretically limited to about 2. In practice only 1.3 to 1.5 are achieved. Through a two-stage Cooling part <condenser-evaporator-resorber-deaerator, or resorber1-deaerator-1-resorber2-deaerator2) the theoretical heat ratio could be increased to the order of 3, however, this is opposed by a significantly increased outlay in terms of equipment.
Umgekehrt kann es zur Vermeidung sehr hoher Austreibertemperaturen (chemische Stabilität von Kälte- und/öder Lösungsmittel) notwendig sein, den Antriebsteil einer Absorptionswärmepumpe zweistufig auszuführen (Absorber 1-Austreiber 1-Absorber 2-Austreiber 2). Dadurch erhält man eine Reduktion des theoretischen Wärmeverhältnisses auf 1,5, das höchstens durch Zweistufigkeit im Kälteteil wieder erhöht werden kann.Conversely, it can be used to avoid very high expeller temperatures (chemical stability of refrigerants and / or solvents) may be necessary, the drive part an absorption heat pump in two stages (absorber 1-expeller 1-absorber 2 expeller 2). This results in a reduction in the theoretical heat ratio to 1.5, which can be increased again at most by two stages in the refrigeration section.
Der hohe apparative Aufwand mit 3 oder 4Lösungsmittelkreisläufen verbietet jedoch diesen Weg in der Praxis.The high expenditure on equipment with 3 or 4 solvent circuits prohibits however, this way in practice.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil bisher bekanntgewqrdener Absorptionswärmepumpen - mit oder ohne Resorption--:besteht in folgendem: Um das Lösungsmittel-Kältemittel-Gemisch auf das erforderliche hohe Druckniveau zu bringen, werden mechånische Flüssigkeitspumpen eingesetzt. Obwohl die Pumpe - wie bereits oben angedeutet - im theoretischen Ideal fall keine Arbeit zu leisten hat, beeinflussen die Verluste in der Praxis dennoch das Wärmeverhältnis negativ, insbesondere, wenn man berücksichtigt, dass zum Betrieb der Pumpe hochwertige elektrische Energie benötigt wird. Noch schwerer wiegt die Tatsache, dass die Lebensdauer derartiger Flüssigkeitspumpen beschränkt ist. Hierdurch wird der den Sorptionswärmepumpen an sich von Haus aus eigene Vorteil, nämlich ohne bewegte Teile (und damit ohne Verschleissteile) auszukommen, praktisch hinfällig. Na#chteilig wirkt sich in diesem Zusammenhang vor allem auch die von der zu befördernden Flüssigkeit auf die Pumpenteile ausgeübte Korrosionswirkung aus. Handelt es sich bei den Flüssigkeitspumpen um Kolbenpumpen, so ko.mt noch der Na#chteil eines direkten Kontaktes von Schmiermittel und zu befördernder Flüssigkeit hinzu, was zu einer Verunreinigung des gesamten Lösungsmittelkreislaufs und damit zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Wärmepumpenkreisprozesses führen kann.Another major disadvantage previously known absorption heat pumps - with or without absorption -: consists of the following: To the solvent-refrigerant mixture Mechanical fluid pumps are used to bring them to the required high pressure level used. Although the pump - as already indicated above - is in the theoretical ideal if there is no work to do, the losses still affect in practice the heat ratio negative, especially when one takes into account that to operate the pump requires high-quality electrical energy. It weighs even heavier The fact that the service life of such liquid pumps is limited. Through this the sorption heat pumps themselves inherently benefit, namely without moving parts (and thus without wearing parts) are practically obsolete. In this context, the one to be transported also has a negative effect Liquid applied to the pump parts Corrosive effect. If the liquid pumps are piston pumps, there is still the disadvantage direct contact between the lubricant and the liquid to be conveyed, which leads to contamination of the entire solvent cycle and thus to a can lead to significant impairment of the heat pump cycle.
Die bisher für Absorptionswärmepumpen vorgeschlagenen Stoffsysteme sind im wesentlichen die aus Absorptionskälteanlagen schon bekannten Arbeitsstoffpaare mit einem leicht flüchtigen Kältemittel und einer Mischung von Kältemittel und Lösungsmittel als Absorptionsmittel. Vor allem werden die Paare Ammoniak (Kältemittel) mit Wasser (Lösungsmittel) und Wasser (Kältemittel) mit Lithiumbromid (Lösungsmittel) diskutiert, mit denen es bei Kälteanlagen schon sehr viele Erfahrung gibt.The material systems proposed so far for absorption heat pumps are essentially the working substance pairs already known from absorption refrigeration systems with a highly volatile refrigerant and a mixture of refrigerant and solvent as an absorbent. First of all, it pairs ammonia (refrigerant) with water (Solvent) and water (refrigerant) with lithium bromide (solvent) discussed, with which there is already a lot of experience in refrigeration systems.
Daneben wurden noch die folgenden Stoffpaare vorgeschlagen (an erster Stelle jeweils das Kältemittel): Methylamin/Wasser, Freone (z.B. R 22)/organische Flüssigkeiten (z.B. DTG), Ammoniak/ Lithiumnitrat, Methanol/Lithiumbromid und andere. Es wird diesbezüglich verwiesen auf W. Niebergall, "Arbeitsstoffpaare für Absorptionskälteanlagen11.In addition, the following pairs of substances were proposed (the first Place the refrigerant): methylamine / water, freons (e.g. R 22) / organic Liquids (e.g. DTG), ammonia / lithium nitrate, methanol / lithium bromide and others. In this regard, reference is made to W. Niebergall, "Arbeitsstoffpaare für Absorptionkälteanlagen11.
Da die Arbeitstemperaturen von Wärmepumpen verschieden sind von denen bei Kälteanlagen, ergeben sich zum Teil beträchtliche Schwierigkeiten, wenn man dieselben Arbeitsstqffsysteme verwenden will.Because the working temperatures of heat pumps are different from those in refrigeration systems, there are sometimes considerable difficulties when one wants to use the same worker systems.
Man kann die bisher bekannten Stoff systeme zweckmässigerweise einteilen in solche, bei denen das reine Lösungsmittel im interessierenden Temperaturbereich einen eigenen Dampfdruck besitzt (z.B. Wasser), und solche, bei denen dieser eigene Dampfdruck vernachlässigbar klein ist (z.B. Salze).You can expediently divide the previously known substance systems in those where the pure solvent is in the temperature range of interest has its own vapor pressure (e.g. water), and those where this has its own Vapor pressure is negligibly small (e.g. salts).
In konventionellen Absorptionswärmepumpen (mit Lösung kreisläufen) hat man bei der ersten Gruppe am Austreiber das Problem der Rektifikation, das erstens zu einem.Wärmeverlust, zweitens zu erhöhtem apparativen und'konstruktiven Aufwand führt, und drittens fast nur mit grossen Bauhöhen (Trennsäule) gelöst werden kann.In conventional absorption heat pumps (with solution circuits) If you have the problem of rectification at the expeller in the first group, firstly to a loss of heat, and secondly to increased expenditure on equipment and construction and thirdly, it can almost only be solved with large construction heights (separation column).
Will man dagegen die zweite Gruppe möglicher Stoffsysteme (siehe oben) anwenden, so ergibt sich die wesentliche Problematik aus der Tatsache, dass, die Temperatur im Absorber von Wärmepumpen höher sein muss als in-Kälteanlagen (wenn möglich 600C oder höher). Man benötigt daher - bedingt durch das Lösungsfeld im Phasendiagramm - im Antriebsteil von Absorptionswärmepumpen sehr hohe Salzkonzentrationen. Da man dadurch gezwingen ist, sehr nahe an die Löslichkeitsgrenze heranzugehen, erhöht sich die Gefahr des teilweisen Auskristallisierens des Salzes.If, on the other hand, you want the second group of possible material systems (see above) apply, the main problem arises from the fact that, the The temperature in the absorber of heat pumps must be higher than in refrigeration systems (if possible 600C or higher). You therefore need - due to the solution field im Phase diagram - very high salt concentrations in the drive part of absorption heat pumps. Since this forces you to approach the solubility limit very closely, the risk of partial crystallization of the salt increases.
Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass sich der bei Absorptionskältemaschinen schon erreichte Stand der Technik keineswegs ohne weiteres auf Absorptionswärmepumpen übertragen bzw. anwenden lässt.The above statements make it clear that the absorption chillers the state of the art already reached by no means without further ado on absorption heat pumps can be transferred or applied.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, geeignete Massnahmen zur Verringerung des bisher erforderlichen apparativen Aufwandes und gleichzeitig zur Verhinderung der beschriebenen Verschleiss-, Korrosions- und Verunreinigungsprobleme zu treffen, so dass eine praktische Verwirklichung von Absorptionswärmepumpen der eingangs bezeichneten Art möglich wird. Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Absorptionswärmepumpe der eingangs bezeichneten Art im wesentlichen dadurch gelöst, dass als Mittel zur Druckerhöhung innerhalb des Antriebsteils und/oder, falls, das Kältemittel auch im Kälteteil in Lösung absorbiert ist, dort als Mittel zur Druckerniedrigung jeweils eine oder mehrere semipermeable Membranen dienen, die den Durchtritt des Kältemittels zulassen, den Durchtritt des Absorptionsmittels jedoch ganz oder teilweise verhindern, und dass als Absorptionsmittel ein Mehr-Komponenten-System dient, mit mindestens einem einen nicht vernachlässigbaren Dampfdruck besitzenden ersten Bestandteil mit einer die Durchlässigkeit durch die Membran ermöglichenden geringen Molekülgrösse, und mit einem zweiten Besandteil, der in dem interessierenden Temperaturbereich einen vernachlässigbaren kleinen Dampfdruck aufweist und der stark dissoziiert oder hochmolekular ist! derart, dass die Membran für ihn weitgehend undurchlässig ist. Da die Membran bzw. die Membranen für das ältemittel in jedem Fall durchlässig sein muss (bzw. müssen), wird für das Kältemittel praktisch nur eine niedermolekulare Verbindung in Betracht kommen. Es ist aber Auch denkbar, als Kältemittel eine Mischung zweier Komponenten zu verwenden, bei denen es sich z.B. um Ammoniak und Methylamin handeln kann.The object of the present invention is now to find suitable measures to reduce the expenditure on equipment previously required and at the same time to prevent the problems of wear, corrosion and contamination described above to meet so that a practical realization of absorption heat pumps the initially designated type is possible. According to the basic idea of the invention this task in an absorption heat pump of the type mentioned essentially solved in that as a means for increasing pressure within the drive part and / or, if the refrigerant is also absorbed in solution in the refrigeration part, there as an agent to the Pressure reduction in each case one or more semipermeable membranes serve that allow the passage of the refrigerant, the passage of the absorbent however, completely or partially prevent, and that a multi-component system as an absorbent serves, with at least one having a non-negligible vapor pressure first component with a permeability through the membrane small molecule size, and with a second sand part, which is in the interesting Temperature range has a negligible small vapor pressure and the strong is dissociated or has a high molecular weight! such that the membrane for him largely is impermeable. Since the membrane or membranes for the elderly in each Case must (or must) be permeable, is practically only for the refrigerant a low molecular weight compound come into consideration. But it is also conceivable as Refrigerant to use a mixture of two components, which are e.g. can be ammonia and methylamine.
Durch die DE-PS 400 488 ist es zwar bei Absorptionskältemaschinen an sich bekannt, das Kältemittel mittels einer semipermeablen Membran, die nur für das Kältemittel, nicht jedoch für das Lösungsmittel durchlässig ist, vom Absorber zum Austreiber zu befördern. Für das erforderliche Druckgefälle zwis.chen Austreiber und Absorber soll hierbei der sich infolge Zwischenschaltung der semipermeablen Membran aufgrund der unterschiedlichen Lösungsmittelkonzentration im Absorber einerseits und im Austreiber andererseits aufbauende osmotische Druck sorgen. Als Stoffpaar zum Betrieb der bekannten Absorptionskältmaschine ist in der DE-PS 400 488 Ammoniak/Wasser angegeben. Dieses Stoffpaar ist für die praktische Verwirklichung der in der DE-PS 400 488 enthaltenen technischen Lehre nicht geeignet, da eine Membran, die die gestellten Forderungen auch nur annähernd erfüllt, nach bisheriger Erfahrung nicht herstellbar ist. Die in der DE-PS 400 488 beschriebene Absorptionskältemaschine hat daher weder Eingang in die Praxis gefunden, noch war eine Obertragung der darin enthaltenen Grundidee auf Absorptionswärmepumpen möglich.Due to DE-PS 400 488 it is indeed with absorption chillers known per se, the refrigerant by means of a semipermeable membrane, which is only for the refrigerant, but not the solvent, is permeable from the absorber to be promoted to the expeller. For the required pressure gradient between the expeller and absorber should be the result of the interposition of the semipermeable Membrane due to the different solvent concentration in the absorber on the one hand and in the expeller, on the other hand, to provide a build-up of osmotic pressure. As a pair of fabrics to operate the known absorption refrigeration machine is in DE-PS 400 488 ammonia / water specified. This pair of materials is for the practical implementation of the DE-PS 400 488 contained technical teaching is not suitable, as a membrane that the provided Requirements only approximately fulfilled, based on previous experience cannot be produced. The absorption refrigeration machine described in DE-PS 400 488 has therefore neither found its way into practice, nor was it carried over in it contained basic idea on absorption heat pumps possible.
Erst durch die vorliegende Erfindung, die zusätzlich die notwendigen Angaben zur Beschaffenheit der zu verwendenden Stoffe (Absorptionsmittel einerseits und Kältemittel andererseitsY macht, ist es gelungen, eine Absorptionswärmepumpe zu schaffen, bei der da#s Prinzip der Nutzbarmachung des osmotischen Druckes mittels semipermeabler Membran unter nur vergleichsweise geringem apparativen Aufwand praktisch verwirklicht wer#den# konnte.It was only through the present invention that the additional necessary Information on the nature of the substances to be used (absorbents on the one hand and refrigerant on the other hand, it has been possible to create an absorption heat pump to create with the principle of utilizing the osmotic pressure by means of semi-permeable membrane practically with only comparatively little expenditure on equipment realized who # could #.
Durch die Definition eines für Absorptionswärmepumpen der in Rede stehenden Art geeigneten Stoffsystems schafft die Erfindung erst die entscheidende Voraussetzung für das.Auffinden geeigneter semipermeabler Membranen. -In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird diesbezüglich vorgeschlagen, die semipermeablen Membranen als Hohlfasermembranen auszubilden, wobei sie z.B. aus einem aromatischen Polyamid oder ans Zellulose-Acetat, Zellulose-Triacetat oder einem ähnlichen Material bestehen können. Je nach Stoff system kommen verschiedene kommerziell erhältliche Membran-Moduln, häufig Permeatoren genannt, infrage.By defining one for absorption heat pumps the one in question The invention only creates the decisive one Prerequisite for finding suitable semipermeable membranes. -In advantageous Embodiment of the invention is proposed in this regard, the semipermeable Forming membranes as hollow fiber membranes, e.g. from an aromatic Polyamide or cellulose acetate, cellulose triacetate or a similar material can exist. Depending on the fabric system, there are various commercially available ones Membrane modules, often called permeators, are an option.
Durch die Anwendung der erfindungsgemässen Stoffsysteme im Zusammenhang mit den hierfür nunmehr aufzufindenden geeigneten Membranen ist es in für die Fachwelt überraschender weise nun möglich geworden, das Prinzip des osmotischen Druckes nicht nur - wie in der DE-PS 400 488 dargestellt - in einer einstufigen Absorptionskältemaschine zu verwenden, sondern anstelle eines jeden Lösungskreislaufes in ein- oder mehrstufigen Absorptionswärmepumpen mit oder ohne ein- oder mehrstufige Resorption.By using the substance systems according to the invention in context with the suitable membranes now to be found for this, it is in for the professional world Surprisingly, it has now become possible, but not the principle of osmotic pressure only - as shown in DE-PS 400 488 - in a single-stage absorption refrigeration machine to use, but instead of each solution cycle in one or more stages Absorption heat pumps with or without single or multi-stage absorption.
In diesem Zusammenhang ist nachdrücklich darauf hinzuweisen, dass die Erfindung sich keineswegs nur auf die praktische Verwirklichung des durch die DE-PS 400 488 bekannten Prinzips beschränkt. Während bei der bekannten Absorptionskältemaschine nach DE-PS 400 488 die semipermeable Membran nur als Mittel zur Druckerhöhung Verwendung findet, steuert die vorliegende Erfindung noch zusätzlich den wesentlichen Gedanken bei, auch als Mittel zur Druckerniedrigung, nämlich im sogenannten Kälteteil der Absorptionswärmepumpe, semipermeable Membranen zu verwenden. Hierbei findet nicht das Prinzip der Osmose Anwendung, sondern vielmehr der Gedanke der#Umkehrosmose.In this context, it should be emphasized that the invention is by no means limited to the practical implementation of the DE-PS 400 488 known principle limited. While in the known absorption refrigeration machine according to DE-PS 400 488, the semipermeable membrane is only used as a means of increasing pressure finds, the present invention also controls the essential idea at, also as a means of reducing pressure, namely in the so-called cold part of the Absorption heat pump to use semi-permeable membranes. This does not take place the principle of osmosis application, but rather the idea of # reverse osmosis.
Zusammenfassend sind die wesentlichen Vorteile der Erfindung in folgendem zu sehen: Statt eines (bei den bisher bekannten Absorptionswärmepumpen erforderlichen) Lösungskreislaufes hat man nunmehr in allen Fällen lediglich eine einfache Verbindung über eine Membran, wobei der Kältemitteltransport im Antriebsteil (Absorber-Austreiber) durc#h#Osmose, im Kälteteil (falls eine Resorptionsstufe verwendet wird) durch Umkehrosmose erfolgt. Die nichtpermeable Komponente des Lösungsmittel-Kältemittel-Gemisches nimmt im Prinzip an der Strömung des Kältemittels gar nicht teil. Sie bildet vielmehr eine stationäre Konzentrationsverteilung auf beiden Seiten der Membran aus. Die notwendige Relativbewegung zum Kältemittel erfolgt durch Diffusion und/oder Konvektion.In summary, the main advantages of the invention are as follows to see: Instead of one (required with the previously known absorption heat pumps) Solution cycle one now has only a simple connection in all cases via a membrane, the refrigerant transport in the drive part (absorber expeller) through osmosis, in the cold part (if a resorption stage is used) through reverse osmosis he follows. The non-permeable component of the solvent-refrigerant mixture decreases in principle does not participate in the flow of the refrigerant at all. Rather, it educates a stationary concentration distribution on both sides of the membrane. the necessary relative movement to the refrigerant occurs through diffusion and / or convection.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung kann als erster Bestandteil des Absorptionsmittels das Kältemittel selbst dienen und in dem flüssigen Kältemittel ein zwei ter, vernachlässigbar kleinen Dampfdruck aufweisender Bestandteil gelöst sein.In an advantageous embodiment of the basic idea of the invention can the refrigerant itself serve as the first component of the absorbent and in the liquid refrigerant a second, negligibly small vapor pressure Component to be solved.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Absorptionsmittel eine Mischung aus drei Bestandteilen ist und zwar: 1. Dem flüssigen Kältemittel selbst, 2. einem Bestandteil mit vernachlässigbar kleinem Dampfdruck und für die Membran undurchlässi#ger Molekülgrösse oder Molekülart, und 3. einem Bestandteil mit kleinem, nicht dissoziierten Molekül, der allein einenmit dem Dampfdruck des Kältemittels vergleichbaren Dampfdruck aufweisen würde.According to a preferred embodiment of the invention, it is proposed that the absorbent is a mixture of three components, namely: 1. The liquid refrigerant itself, 2. a negligibly small component Vapor pressure and the size or type of molecule impermeable to the membrane, and 3. A component with a small, undissociated molecule that alone has one with would have a vapor pressure comparable to the vapor pressure of the refrigerant.
Das Mehr-Komponenten-Lösungsmittel setzt sich also nach Ziff. 2 und 3 zusammen aus einem Bestandteil mit vernachlässigbarem Dampfdruck im interessierenden Temperaturbereich, für den die Membran weitgehend undurchlässig ist (z.B. Lithiumnitrat oder Lithiumbromid), und einem weiteren Bestandteil, der ähnlich gut durch die Membran diffundieren kann wie das Kältemittel selbst, und der in reiner Form oder auch allein.The multicomponent solvent is therefore based on items 2 and 3 together from a component with negligible vapor pressure in the interesting Temperature range for which the membrane is largely impermeable (e.g. lithium nitrate or lithium bromide), and another component that is similarly good through the membrane can diffuse like the refrigerant itself, in pure form or alone.
gemischt mit dem Kältemittel einen-nicht vernachlåssigbaren Dampfdruck aufweisen würde (z.B. Wasser). Der im Betrieb notwendige osmotische Druck wird hierbei durch den Konzentrabionsunterschied des nichtpermeablen Bestandteils der Lösung, (obige Ziffer 2) zwischen Absorber und Austreiber bzw. zwischen Resorber und Entgaser aufrechterhalten. Bei geeigneter Wahl dieser Stoffe erniedrigt schon eine geringe Konzentration des Bestandteiles unter Ziffer 2 den Dampfdruck des Bestandteiles Ziffer 3 so stark, dass dem Austreiber keine Rektifikationseinrichtung mehr nachgeschaltet werden muss, während der Dampfdruck des Kältemittels in geringem Ausmasse reduziert wird.mixed with the refrigerant a non-negligible vapor pressure would have (e.g. water). The osmotic pressure required in operation is hereby by the difference in concentration of the non-permeable component of the solution, (above number 2) between absorber and expeller or between resorber and degasser maintain. With a suitable choice of these substances, even a slight decrease Concentration of the constituent under item 2 is the vapor pressure of the constituent Number 3 so strong that the expeller is no longer followed by a rectification device must be reduced, while the vapor pressure of the refrigerant is reduced to a small extent will.
Zwar wurden derartige ternäre Stoffsysteme für die Verwendung in konventionellen Absorptionswärmepumpen und -kälteanlagen schon vorgeschlagen. Ihr Verwendung in Absorptionswärmepumpen mit semipermeabler(n) Membran (en) bedingt jedoch wesentlich grössere Freiheiten in der Stoff- und Konzentrationsauswahl. Daraus ergeben sich grundsätzlich neue Vorteile. Insbesondere kann jetzt die Konzentration des Bestandteils mit vernachlässigbarem Dampfdruck im Absorber so klein gehalten werden, dass keine Gefahr des Auskristallisierens besteht, weder im Betrieb noch bei Stillstand der Anlage, ohne dass deshalb die Absorbertemperatur unvertretbar niedrig gewählt werden muss.Such ternary material systems for use in conventional Absorption heat pumps and chillers have already been proposed. Your use in However, absorption heat pumps with semi-permeable membrane (s) are essential greater freedom in the choice of substance and concentration. This results in fundamentally new advantages. In particular, the concentration of the constituent can now be adjusted with negligible vapor pressure in the absorber are kept so small that none There is a risk of crystallization, neither during operation nor when the System without the absorber temperature being selected unacceptably low got to.
Da Rektifikationsprobleme ohnehin nur nach dem Austreiber auftreten können, kann man im Extremfall sogar die Konzentration der nicht per#meablen Lösungsmittelkomponente gleich 0 machen, so dass man in diesem Fall nur im Austreiber eine dreikomponentige Lösung hat.Since rectification problems only occur after the expeller anyway can, in extreme cases, even the concentration of the impermeable solvent component equal to 0, so that in this case you only have a three-component in the expeller Solution has.
Man kann zusätzlich ein zweikomponentiges Kältemittel verwenden (z.B. die bereits o.a. Ammoniak-Methylamin-Mischung).A two-component refrigerant can also be used (e.g. the ammonia-methylamine mixture already mentioned above).
Dadurch finden die Phasenübergänge Absorption, Austreiben, Kondensation und Verdampfung bei gegebenem Druck nicht bei fester Temperatur, sondern in einem mehr oder weniger breiten Temperaturbereich statt. Dies vergrössert die Möglichkeiten für inneren Wärmetausch und damit die Reversibilität der Prozesse (vergl. hierzu Handbuch der Kältetechnik, Kapitel A III und B III 2. b).As a result, the phase transitions find absorption, expulsion, and condensation and evaporation at a given pressure not at a fixed temperature, but in one more or less wide temperature range instead. This increases the possibilities for internal heat exchange and thus the reversibility of the processes (cf. Handbook of refrigeration technology, Chapters A III and B III 2. b).
Wenn Ammoniak als Kältemittel oder Teil des Kältemittels benützt wird, wird die Lösung im allgemeinen wegen der hohen Ammoniakkonzentrationen stark basisch reagieren, mit pH-Werten nahe 14, obwohl Ammoniak eine schwache.Basis ist.If ammonia is used as a refrigerant or as part of the refrigerant, is the solution in general because of the high concentrations of ammonia react strongly basic, with pH values close to 14, although ammonia is a weak base is.
Da manche semipermeablen Membranen auf so hohe pH-Werte empfindlich reagieren, besteht in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Möglichkeit, durch Zusatz von weiteren Stoffen (z.B. einer schwachen Säure mit kleinem Molekül), den pH-Wert der Lösung zu reduzieren und dadurch die Lebensdauer der Membranen wesentlich zu erhöhen.Because some semipermeable membranes are sensitive to such high pH values react, there is the possibility in an advantageous development of the invention by adding other substances (e.g. a weak acid with a small molecule), to reduce the pH of the solution and thereby the service life of the membranes significantly to increase.
Nach-einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es - für den Fall, dass Ammoniak Bestandteil des Kältemittels ist, auch möglich, als vernachlässigbar kleinen Dampfdruck aufweisenden Bestandteil der Lösung statt eines Salzes eine geeignete Säure zu wählen, welche a) entweder stark dissoziiert oder. so hochmolekular ist, dass es Membranen gibt, welche für ihre Ionen oder Moleküle undurchlässig sind; b) in der Lösung einen entsprechend hohen osmotischen Druck zwischen Austreiber und Absorber aufbaut; c) den pH-Wert der Lösung stark re-.duziert (z.B. auf 10-11), d) in der kombinierten Lösung nur einen geringen Dampfdruck hat.According to another embodiment of the invention it is for the In the event that ammonia is a component of the refrigerant, it is also possible to be negligible small component of the solution having vapor pressure instead of a salt is a suitable one Acid to choose which a) either strongly dissociated or. is so high molecular that there are membranes that are impermeable to their ions or molecules; b) a correspondingly high osmotic pressure between the expeller in the solution and builds up absorber; c) the pH value of the solution is greatly reduced (e.g. to 10-11), d) has only a low vapor pressure in the combined solution.
Denkbar wäre etwa ein geringer Zusatz von Schwefelsäure.A small addition of sulfuric acid would be conceivable, for example.
Eine weitere Möglichkeit, die Alkalitt der Lösung bei Verwendung von Ammoniak als Kältemittel zu verringern, ergibt sich nach einem weiteren Gedanken der Erfindung dadurch, dass man als zweite Lösungskomponente ein Ammoniumsalz einer starken Säure wählt (z.B. Ammoniumsulfat).Another way of reducing the alkalinity of the solution when using Reducing ammonia as a refrigerant arises from another thought of the invention in that the second solution component is an ammonium salt of a selects strong acid (e.g. ammonium sulfate).
In der Zeichnung sind - in schematischer Form - Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und zwar zeigt: Fig. 1 eine Absorptionswärmepumpe mit einstufigem Antriebsteil und einstufiger Resorption, Fig. 2 eine Absorptionswärmepumpe mit einstufigem Antriebsteil und zweistufigem Kälteteil, Fig. 3 eine Absorptionswärmepumpe mit zweistufigem Antrie#bsteil und zweistufigem Kälteteil, Fig. 4 eine einstufige Absorptionswärmepumpe mit Methylamin als Kältemittel und Wasser mit Lithiumbromid als Lösungsmittel, und Fig. 5 eine einstufige Absorptionswärmepumpe mit Methylamin und Ammoniak als Kältemittel, Wasser mit Lithiumnitrat als Lösungsmittel. In the drawing are - in schematic form - exemplary embodiments of the invention, namely shows: Fig. 1 with an absorption heat pump single-stage drive part and single-stage absorption, Fig. 2 shows an absorption heat pump with a single-stage drive part and two-stage refrigeration part, Fig. 3 shows an absorption heat pump with a two-stage drive part and two-stage refrigeration part, Fig. 4 a single-stage Absorption heat pump with methylamine as the refrigerant and water with lithium bromide as a solvent, and FIG. 5 shows a single-stage absorption heat pump with methylamine and ammonia as a refrigerant, water with lithium nitrate as a solvent.
Es sei zunächst darauf hingewiesen, dass die in-der Zeichnung angegebenen Konzentrations-, Temperatur- und Druckwerte nicht als einzig mögliche Werte, sondern als Ausführungsbeispiele und zur besseren Veranschaulichung der Erwindung, vorge#sehen sind.It should first be noted that the in-the drawing Concentration, temperature and pressure values are not the only possible values, but rather as exemplary embodiments and for better illustration of the invention, provided # are.
Die auch "Resorptionswärmepumpe" genannte Absorptionswärmepumpe nach Fig. 1 besteht auf der Antriebsseite aus einem Absorber 10 und einem Austreiber 11, die durch eine Flüssigkeitsleitung 12 miteinander verbunden sind. In der Flüssigkeitsleitung 12 ist eine als gestrichelte Linie 13 angedeutete semipermeable Membran angeordnet. Auf der sogenannten Kälteseite weist die Resorptionswärmepumpe nach Fig.- 1 einen Resorber 14 und einen Entgaser 15 auf, welche durch eine weitere Flüssigkeitsleitung 16 miteinander in Verbindung stehen. Auch in die Flüssigkeitsleitung 16 ist eine sem-ipermeable.Membran zwischengeschaltet, die das Bezugszeichen 17 trägt.The absorption heat pump, also known as the "absorption heat pump", according to Fig. 1 consists of an absorber 10 and an expeller on the drive side 11, which are connected to one another by a liquid line 12. In the liquid line 12, a semipermeable membrane indicated as a dashed line 13 is arranged. On the so-called cold side, the absorption heat pump according to FIG. 1 has a Resorber 14 and a degasser 15, which through a further liquid line 16 are related to each other. Also in the liquid line 16 is a sem-ipermeable.Membran interposed, which bears the reference number 17.
Der Antriebsteil 10 bis 13 ist mit dem Kälteteil 1#4 bis 17 durch zwei Gasleitungen 18, 19 verbunden, wobei die eine Gasleitung (18) den Austreiber 11 mit dem Resorber 14 verbindet und sich die zweite Gasleitung (19-) zwischen Entgaser 15 und Absorber 10 erstreckt. Die Strömungsrichtung des Kältemittels in dem durch die Wärmepumpe verkörperte#n,thermody-, namischen Kreisprozess ist durch Pfeile in den#Verbindungsleitungen 12, 18, 16 und 19 verdeutlicht. Als Kältemittel dient zweckmässigerweise ein niedermolekularer Stoff, z.B.The drive part 10 to 13 is through with the refrigeration part 1 # 4 to 17 two gas lines 18, 19 connected, one gas line (18) being the expeller 11 connects to the resorber 14 and the second gas line (19-) connects between the degasser 15 and absorber 10 extends. The direction of flow of the refrigerant in the through the heat pump embodied # n, thermodynamic, namic cycle is indicated by arrows in the # connecting lines 12, 18, 16 and 19 clarified. Serves as refrigerant expediently a low molecular weight substance, e.g.
NH#3(Ammoniak), der leicht-durch die Membran 13, 17 hindurchzudiffundieren vermag. Das Lösungsmittel kann eine Salzlösung; z.B. von LiN03, -in flüssigem NH3, also im Kältemittel selbst, sein.NH # 3 (ammonia), which is easy to diffuse through the membrane 13, 17 able. The solvent can be a saline solution; e.g. from LiN03, -in liquid NH3, so be in the refrigerant itself.
Die semipermeablen Membranen 13, 17 sind so ausgebildet, dass sie das Kältemittel vollständig, das Lösungsmittel jedoch nicht oder zumindest nur geringfügig durchlassen.The semipermeable membranes 13, 17 are designed so that they the refrigerant completely, but not the solvent, or at least only slightly let through.
Sofern - was möglich ist - dem Lösungsmittel-Kältemittel-Gemisch eine oder mehrere weitere niedermolekulare Verbindungen zugesetzt ist bzw. sind, können die Membranen 13, 17 so gestaltet sein, dass sie für diese zusätzliche niedermolekulare Lösungsmittelkomponente ebenfalls durchlässig sind.If - what is possible - the solvent-refrigerant mixture one or more other low molecular weight compounds is or are added the membranes 13, 17 be designed so that they are for this additional low molecular weight Solvent component are also permeable.
Zur Erfüllung der genannten Voraussetzungen sind Hohlfasermembranen gut geeignet, die z.B. aus aromatischem Polyamid, Zellulose-Acetat, Zellulose-Triacetat oder einem ähnlichen Material bestehen können.Hollow fiber membranes are required to meet the requirements mentioned well suited, those made of e.g. aromatic polyamide, cellulose acetate, cellulose triacetate or a similar material.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Resorptionswärmepumpe arbeitet nun wie folgt. Aufgrund des Konzentrationsunterschiedes (bezogen auf das Lösungsmittel) zwischen Absorber 10 und Austreiber 11 baut sich ein osmotischer Druck auf, der eine Förderung des Kältemittels (z.B. NH3) vom Absorber 10 durch die Membran 13 hindurch zum Austreiber 11 bewirkt. Dadurch erhöht sich der Druck im Austreiber 11, bis (statisch gesehen) der Gleichgewichtszustand (Druckdifferenz = osmotischer Druck) zwischen den Stationen 10 und 11 hergestellt ist. Im Austreiber 11 wird jedoch - wie durch einen Pfeil 20 angedeutet - von aussen Wärme zugeführt, wodurch ein Austritt gasförmigem Kältemittels aus dem Kältemittel-Lösungsmittel-Gemisch bewirkt wird. Infolgedessen erhöht sich wiederum im Austreiber 11 die Konzentration der nichtpermeablen Lösungskomponente. Dadurch wird der osmotische Druck höher als die Differenz der Gesamtdrücke, wodurch weiteres Kältemittel aus dem Absorber 10 (Niederdruckseite) durch die Membran 13 in den Austreiber 11 (Hochdruckseite) gelangt.The absorption heat pump shown schematically in Fig. 1 works now as follows. Due to the difference in concentration (based on the solvent) an osmotic pressure builds up between absorber 10 and expeller 11, which a conveyance of the refrigerant (e.g. NH3) from the absorber 10 through the membrane 13 through to the expeller 11 causes. This increases the pressure in the expeller 11, until (from a static point of view) the state of equilibrium (pressure difference = osmotic Pressure) is established between stations 10 and 11. However, in the expeller 11 - As indicated by an arrow 20 - supplied from the outside heat, whereby a Causes leakage of gaseous refrigerant from the refrigerant-solvent mixture will. As a result, the concentration of the in turn increases in the expeller 11 non-permeable solution component. This makes the osmotic pressure higher than that Difference in the total pressures, whereby further refrigerant from the absorber 10 (low pressure side) passes through the membrane 13 into the expeller 11 (high pressure side).
Das gasförmig auf, hohem' Druckniveau befindliche Kältemittel strömt aus dem Austreiber 11 durch die Leitung 18 inden Resorber 14, wo es mit dem darin befindlichen Lösungsmittel in Lösung geht und dabei - wie durch einen Pfeil 21 symbo.lisiert - Nutzwärme.(Kondensationswärme + Lösungswärme) abgibt.The gaseous refrigerant at a 'high' pressure level flows from the expeller 11 through the line 18 into the resorber 14, where it is with the therein The solvent in the solution goes into solution and thereby - as symbolized by an arrow 21 - Releases useful heat (heat of condensation + heat of solution).
Nun ist - wie Fig. 1 verdeutlicht - die Lösungsmittelkonzentration im Resorber 14 höher als im Entgaser 15, so dass im Gleichgewicht der osmotische Druck-gleich der Druckdifferenz zwischen Resorber 14 und Entgaser 15 ist. Wird nun Kältemittel im Resorber 14 absorbiert (bzw. im Entgaser 15 ausgetrieben), so verringert (erhöht) sich dort die Konzentration der nichtpermeablen Lösungskomponente. In beiden Fällen verringert sich der osmotische Druck. Sobald er jedoch kleiner ist als die Differenz der Gesamtdrücke auf beiden Seiten der Membran 17-, kommt ein "Umkehrosmose" genannter Vorgang. zur Wirkung, d.h. der Durchtritt von Kältemittel von der Hoch-. zur Niederdruckseite. Da aber - wie gesagt - die Kon-zentration der nichtpermeablen Lösungskomponente im Resorber 14 höher ist als im Entgaser 15, hält der.osmotische Druck auf diese Weise die- Differenz -der Gesamtdrücke in den beiden Behältern 14 und 15 aufrecht. Hierdurch regelt sich-der Durchsatz durch die Membran 17 von selbst nach der Menge des umlaufenden Kältemittels.As shown in FIG. 1, the solvent concentration is now higher in resorber 14 than in degasser 15, so that in equilibrium the osmotic The pressure is equal to the pressure difference between the resorber 14 and the degasser 15. Will now Refrigerant absorbed in the resorber 14 (or expelled in the degasser 15), so reduced (increases) there the concentration of the non-permeable solution component. In both In some cases, the osmotic pressure is reduced. However, as soon as it is smaller than that Difference in the total pressures on both sides of the membrane 17-, a "reverse osmosis" occurs named process. to the effect, i.e. the passage of refrigerant from the high. to the low pressure side. But there - as I said - the concentration of the non-permeable The solution component in the resorber 14 is higher than in the degasser 15, the osmotic holds In this way, the pressure is the difference between the total pressures in the two containers 14 and 15 upright. As a result, the throughput through the membrane 17 regulates itself according to the amount of refrigerant circulating.
Die semipermeable Membran 17 erfüllt hierbei vorteilhafterweise zugleich eine Drosselwirkung, so dass ein bei bekannten Resorptionswärmepumpen erforderliches gesondertes Drosselventil hier entbehrlich wird. Aufgrund der sich hierdurch im Entgaser 15 einstellenden niedrigen Temperatur vermag das Kältemittel-Lösungsmittel-Gemisch jetzt aus der Umgebung Wärme aufzunehmen (Pfeil 22). Als Folge davon tritt gasförmiges Kältemittel aus der Lösung aus und gelangt durch die Leitung 19 in den Absorber 10. Dort wird das gasförmige Kältemittel im Lösungsmittel absorbiert, wobei Nutzwärme frei wird (Pfeil 23). Die Absorption von Kältemittel im Absorber 10 verringert dort die Konzentration der nichtpermeablen Lösungskomponente, eröht damit ebenfalls den osmotischen Druck und hat so auf den Durchsatz von Kältemittel durch die Membran 13 dieselbe Wirkung wie die bereits oben erwähnte Konzentrationserhöhung im Austreiber 11 infolge des dortigen Austrittes von gasförmigem Kältemittel. Der Durchsatz durch die Membran 13 regelt sich dadurch je nach der pro Zeiteinheit absorbierten und ausgetriebenen Kältemittelmenge selbst.The semipermeable membrane 17 advantageously fulfills at the same time a throttling effect, so that a required in known absorption heat pumps separate throttle valve is unnecessary here. Because of this in the The refrigerant-solvent mixture is capable of setting the low temperature of the degasser 15 now absorb heat from the environment (arrow 22). As a result of this occurs gaseous Refrigerant out of the solution and passes through the line 19 into the absorber 10. There is absorbs the gaseous refrigerant in the solvent, releasing useful heat (Arrow 23). The absorption of refrigerant in the absorber 10 reduces the concentration there the non-permeable solution component, thus also increases the osmotic pressure and thus has the same effect on the throughput of refrigerant through the membrane 13 like the above-mentioned increase in concentration in the expeller 11 as a result of the Gaseous refrigerant escaping there. The throughput through the membrane 13 is regulated according to the amount absorbed and expelled per unit of time Amount of refrigerant itself.
Die aus Fig. 2 ersichtliche Ausführungsform einer Absorptionswärmepumpe,wiederum vom Typ der sogenannten Resorptionswärmepumpe1 nach der Erfindung besteht - ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 - auf der Antriebsseite aus einem Absorber 10 und einem Austreiber 11, die durch eine Leitung 12 mit einer zwischengeschalteten semipermeablen Membran 13 verbunden sind. Auch die Gasleitungen 18, 19 entsprechen der Ausführungsform nach Fig. 1. Auf der Kälteseite besitzt die Resorptionswärmepumpe nach Fig. 2 entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1 ebenfalls einen Resorber und einen Entgaser, die durch eine Flüssigkeitsleitung mit zwischengeschalteter Membran miteinander verbunden sind. Auch diese Teile sind der übersichtlichkeithalber mit entsprechenden Bezugszeichen wie bei Fig. 1 versehen. Der Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht dagegen darin, dass bei der Ausführungsform nach Fig. 2 der Paarung Resorber 14/ Entgaser 15 noch eine zusätzliche Stufe, bestehend aus einem Kondensor 24 und einem Verdampfer 25 torangeschaltet ist. Kondensor 2.4 und Verdampfer 25 sind durch. eine Flüssigkeitsleitung 26 in der eine Drossel 27 zwischengeschaltet ist, miteinander verbanden. Von dem Verdampfer 25 führt eine weitere Gasleitung 28 zu dem Resorber 14.The embodiment of an absorption heat pump shown in FIG. 2, again of the type of so-called resorption heat pump 1 according to the invention - as well as in the embodiment according to FIG. 1 - on the drive side from an absorber 10 and an expeller 11, which by a line 12 with an intermediate semipermeable membrane 13 are connected. The gas lines 18, 19 also correspond the embodiment according to FIG. 1. The absorption heat pump has on the cold side According to FIG. 2, a resorber also corresponds to the embodiment according to FIG. 1 and a degasser running through a liquid line with interposed Membrane are interconnected. These parts are also for the sake of clarity provided with the same reference numerals as in FIG. 1. The difference over the embodiment according to FIG. 1, however, consists in that in the embodiment According to FIG. 2, the pairing resorber 14 / degasser 15 has an additional stage from a condenser 24 and an evaporator 25 is switched on. Condenser 2.4 and evaporator 25 are through. a liquid line 26 in which a throttle 27 is interposed, with each other connected. From the vaporizer 25 leads a further gas line 28 to the resorber 14.
Die Wirkungsweise der Teile 10 - 19 entspricht im#wesentlichen denen der Ausführungsform nach Fig. 1, so dass im Rahmen der Ausführungsform nach Fig. 2 hierauf nicht noch einmal näher eingegangen zu werden braucht. Im-Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 1 gelangt jedoch das im Austreiber 11 aus der Lösung ausgetriebene Kältemittel durch die Gasleitung 18 zunächst in den Kondensor 24, wo es verflüssigt wird und hierbei als Nutzwärme (Pfeil 29) seine -Kondensationswärme abgibt. Das flüssige Kältemittel strömt anschliessend über die Drossel 27 durch die-Leitung 26 in den Verdampfer 25. Es befindet sich hier infolge des vorangegangenen Drosselvorganges auf einem niedrigen Temperaturniveau, so dass es aus der Umgebung Wärme aufzunehmen vermag (Pfeil 30). Hierbei tritt es erneut in den Dampfzustand über und gelangt durch die Leitung 28 in den Resorber 14, wo der bereits zu der Au#sführungsform nach Fig. 1 beschriebene Vorgang stattfindet.The mode of operation of parts 10-19 is essentially the same as that the embodiment according to FIG. 1, so that within the scope of the embodiment according to FIG. 2 does not need to be dealt with in more detail again. In the difference however, in the embodiment according to FIG. 1, this comes out of the solution in the expeller 11 expelled refrigerant through the gas line 18 first into the condenser 24, where it is liquefied and its heat of condensation as useful heat (arrow 29) gives away. The liquid refrigerant then flows through the throttle 27 the line 26 into the evaporator 25. It is here as a result of the previous one Throttling process at a low temperature level, so that it is out of the environment Able to absorb heat (arrow 30). In doing so, it enters the vapor state again over and passes through the line 28 in the resorber 14, where the already to the The process described in the embodiment according to FIG. 1 takes place.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeichnet sich durch einen unter nur geringem apparativen Aufwand geschaffenen zweistufigen Kälteteil aus, wodurch - wie bereits eingangs angedeutet - das theoretische Wärmeverhältnis der gesamten Wärmepumpe auf einen Wert von etwa 3 erhöht wird.The embodiment of FIG. 2 is characterized by one under only two-stage refrigeration part created with little equipment effort, whereby - as already indicated at the beginning - the theoretical heat ratio of the entire Heat pump is increased to a value of about 3.
Die in Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsform einer Resorptionswärmepumpe entspricht im Kälteteil der Ausführungsform nach Fig. 2. Abweichend von Fig. 2 ist sie dagegen im Antriebsteil ebenfalls zweistufig ausgebildet. An die erste Stufe, die ebenso wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2, aus einem Absorber 10 und einem Austreiber 11 besteht, schliesst sich als zweite Stufe ein zweiter Absorber 31 und ein zweiter Austreiber 32 an. Die Stationen 31, 32 sind durch eine Flüssigkeitsleitung 33, in der eine semipermeable Membran 34 angeordnet ist, miteinander verbunden. Die Verbindung der beiden Stufen auf der Antriebsseite erfolgt durch eine Gasleitung 18. Von der Antriebsseite führt schliesslich eine Gasleitung 35 zu der ersten Station der Kälteseite (Kondensor 24). Ebenso wie bei der aus den Stationen 10 und 11 bestehenden ersten Stufe fällt auch in der zweiten Stufe (31, 32) der Antriebsseite jeweils einmal Nutzwärme (Pfeil 36) und einmal Heizaufwand (Pfeil 37) an.The embodiment of a resorption heat pump illustrated in FIG. 3 corresponds in the refrigeration part to the embodiment according to FIG. 2. Deviating from FIG. 2 however, they are also designed in two stages in the drive part. To the first step which, as in the embodiments according to FIGS. 1 and 2, consist of an absorber 10 and an expeller 11 exists, a second absorber closes as a second stage 31 and a second expeller 32. The stations 31, 32 are through one Liquid line 33, in which a semipermeable membrane 34 is arranged, with one another tied together. The connection of the two stages on the drive side takes place through a gas line 18. Finally, a gas line 35 leads from the drive side to the first station on the cold side (condenser 24). As with the one from the Stations 10 and 11 existing first stage also falls in the second stage (31, 32) on the drive side, once each useful heat (arrow 36) and once heating expenditure (Arrow 37).
Der Vorteil bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist darin zu sehen, dass aufgrund der Zweistufigkeit des Antriebsteiles hohe Austreibertemperaturen vermieden werden und dadurch eine gute chemische Stabilität des Kälte- und/oder des Lösungsmittels erreicht wird. Die hierdurch bewirkte Reduzierung des theoretischen Wärmeverhältnisses wird durch die Zweistufigkeit auch auf der Kälteseite wieder ausgeglichen.The advantage of the embodiment according to FIG. 3 can be seen in that due to the two-stage nature of the drive part, high expulsion temperatures can be avoided and thereby a good chemical stability of the cold and / or of the solvent is achieved. The resultant reduction in the theoretical The two-stage heat ratio is also restored on the cold side balanced.
Die einstufigen Absorptionswärmepumpen nach Fig. 4 und 5 bestehen jeweils aus einem Absorber 10, einem Austreiber 11, einem Kondensor 24 und einem Verdampfer 25. Da die Wirkungsweise dieser Teile im wesentlichen der Wirkungsweise der mit gleichen Bezugs zeichen versehenen Teile bei der Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht, erübrigen sich zu Fig. 4 und 5 diesbezügliche nähere Erläuterungen. Im Unterschied zu Fig. 3 strömt jedoch bei den Ausführungsformen nach Fig. 4 und 5 das verdampfte Kältemittel-Absorptionsmittel-Gemisch vom Verdampfer 25 durch eine Leitung 38 unmittelbar zum Absorber 10.The single-stage absorption heat pumps according to FIGS. 4 and 5 exist each of an absorber 10, an expeller 11, a condenser 24 and a Evaporator 25. Since the operation of these parts is essentially the operation the parts provided with the same reference characters in the embodiment of FIG. 3, more detailed explanations relating to FIGS. 4 and 5 are superfluous. In contrast to FIG. 3, however, flows in the embodiments according to FIGS. 4 and 5 the evaporated refrigerant-absorbent mixture from the evaporator 25 through a Line 38 directly to the absorber 10.
Zur Ausführungsform nach Fig. 5 ist noch zu bemerken, dass die oberhalb der Behälter 10, 11 bzw. 24, 25 angegebenen Zahlen Konzentrationen im Gasraum oberhalb der Flüssigkeit bezeichnen, wohingegen die betreffenden Zahlen unterhalb der Behälter die Konzentrationen innerhalb der Flüssigkeit kennzeichnen. Ausserdem sind in Fig. 4 und 5 aus Gründen-der Übersichtlichkeit alle Details der Leitungsführung ("Lösungsrückführung") weggelassen worden.In relation to the embodiment according to FIG. 5, it should also be noted that the above the container 10, 11 and 24, 25 specified numbers concentrations in the gas space above denote the liquid, while the relevant numbers below the container identify the concentrations within the liquid. In addition, Fig. 4 and 5, for reasons of clarity, all the details of the line routing ("solution return") been omitted.
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