DE3010601A1 - Verfahren und waermetauscher zur fuehrung des heizmediums in einer sorptionswaermepumpe - Google Patents

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 nach P 29 44 654.6.

Die in Patentanmeldung P 29 44 654.6 beschriebene Erfindung ist vorzugsweise anwendbar bei Sorptionswärmepumpen/ bei denen im Kondensator bzw. Resorber höhere Temperaturen als im Absorber vorliegen. Die Temperaturen in diesen Anlageteilen bzw. die Verdampfungs-, Kondensations- und Absorptionstemperaturen sind jedoch abhängig vom Lösungs- und/oder Kältemittel, d. h. vom verwendeten Stoffpaar, den Konzentrationen der Stoffpaar-Komponenten und den herrschenden Drücken, so daß bei manchen Betriebsbedingungen die maximale Temperatur im Absorber höher sein kann als die im Kondensator bzw. Resorber. Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen-zu seiner Durchführung geeigneten Wärmetauscher zu schaffen, mit denen auch in diesen Fällen eine optimale Nutzung der verfügbaren Wärme - im Sinne der Aufgabenstellung der Hauptanmeldung - möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 bis 3 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die vorstehend genannte Aufgabe stellt sich bzw. Mittel zu ihrer Lösung wurden gesucht, da die Betriebsbedingungen von Sorptionswärmepumpen sehr unterschiedlich sein können: Einerseits kann die gewünschte maximale Temperatur des mit ihrer Hilfe zu erwärmenden Heizmediums unterschiedlich sein, je nachdem ob dieses durch konventionelle Raum-Heizkörper oder ein Fußboden-Heizungssystem geführt wird oder ggf. zusätzlich oder allein zur Brauchwasser-Erwärmung dient.

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Andererseits kann die aus der Umgebung (Luft, Wasser, Erdboden) gewinnbare Wärme in unterschiedlicher Menge und mit verschiedenen Temperaturniveaus zur Verfügung stehen- - Der Aufbau von Sorptionswärmepumpen und die Maßnahmen zur Nutzung von ümweltwärme bei deren Betrieb sind bekannt, Auf ihre Beschreibung wird verzichtet, da sie nicht Gegenstand dieser Erfindung sind. -

Um bei möglichst allen vorkommenden Betriebsbedingungen eine optimale Wärmenutzung zu erreichen, ist es also notwendig, von Fall zu Fall das am besten geeignete Stoffpaar, dessen Konzentrationen sowie die anzuwendenden bzw. zulässigen Drücke mit Hilfe der aus der Fachliteratur bekannten Daten aus zuwählen.

Als Stoffpaare kommen neben Ammoniak/Wasser hauptsächlich Salz/Wasser, Salz/Alkohol oder Salz/Amine zur Anwendung. Als Salze werden insbesondere Lithiumbromid oder Lithiumjodid/ Zinkbromid, als Alkohole z.B. Methanol oder Butandiol und als Amine z.B. Methylamin verwendet.

Bei Verwendung der genannten Stoffpaare, bei denen Wasser, Alkohole oder Amine das Kältemittel bilden, tritt bei geringer Kältemittelkonzentratxon und entsprechender Festlegung der Drücke und wenn ein innerer Wärmetausch zwischen der reichen Lösung aus dem Absorber und dem Kältemitteldampf vor dem Kondensator stattfindet, die höchste Temperatur im Absorber im Eingangsbereich des Kältemittels auf. In diesem Bereich des Absorber-Wärmetauschers kann also das Heizwasser auf die höchstmögliche Temperatur erhitzt werden.

Für eine optimale Nutzung der in der Sorptionswärmepumpe verfügbaren Wärme ist entsprechend der Patentanmeldung P 29 44 654.6 eine Aufteilung der Absorber bzw. Kondens atorwärmetaiascher in mehrere, mindestens vier Tauscherbereiche nötig. Für die oben beschriebenen Verhältnisse besteht der erfindungsgemäße Wärmetauscher aus je mindestens zwei Absorber- und Kondensatortauscherbereichen. Nach dem erfindungsmäßigen Verfahren tritt das

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Heizmedium in den ersten Kondensatortauscherbereich ein und fließt dann abwechselnd je nach Anzahl der Tauscherbereiche zwischen Absorber und Kondensator. Das Heizmedium verläßt den Wärmetauscher aus dem Absorbertauseherbereich, in dem das Heizmedium auf seine höchste Temperatur gebracht wird.

Bei dem häufig verwendeten Stoffpaar Ammoniak/Wasser liegt die höchste Temperatur im Kondensator bzw. Resorber praktisch immer oberhalb der höchsten Temperatur im Absorber, d. h. die höchstmögliche Temperatur würde das Heizwasser unter der Voraus-Setzung des Gegenstromprinzips im letzten Kondensator-Tauscherbereich - dort, wo der Ammoniak-Dampf in den Kondensator eintritt -, erreichen. Bei Anwendung des Stoffpaares Ammoniak/ Wasser als Kreislaufmedium ist zwischen Austreiber und Kondensator jedoch üblicherweise ein Dephlegmator angeordnet, der zur Kondensation und Rückführung (in den Austreiber) des mit dem Ammoniak-Dampf verdampften Wassers dient. Die Temperatur der Dämpfe im Dephlegmator ist jedoch immer höher als die Eintrittstemperatur des Ammoniak-Dampfes in den Kondensator. Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsmäßigen Verfahrens besteht deshalb darin, daß das Heizmedium als letzte Stufe (vor der Abführung zum Verbraucher) in Wärmetausch mit dem Dephlegmator (soweit dieser nicht durch inneren Wärmetausch gekühlt wird) gebracht wird, wo es seine höchste Temperatur annimmt. Dadurch, daß der Dephlegmator-Wärmetauscher zur Erhitzung des Heizmediums benutzt wird, wird gleichzeitig die Temperatur des von Dephlegmator zum Kondensator strömenden Ammoniak-Dampfes gesenkt, so daß die höchste Temperatur im Kondensator nicht höher, sondern vorzugsweise niedriger liegt als die höchste Absorber-Temperatur. - Bei Salzen als Bestandteil des Stoffpaares ist ein Dephlegmator nicht notwendig, da Salze bei den in Sorptionswärmepumpen herrschenden Drücken und Temperaturen nicht verdampfen können.

Die konstruktive Ausbildung der Wärmetauscher kann in gleichet Weise erfolgen wie in P 29 44.654.6 beschrieben. Die Ausbildung des Dephlegmator-Wärmetauschers ist bekannt.

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Die Vorteile des erfindungsmäßigen Verfahrens liegen insbesondere darin, daß es unabhängig von den Betriebsbedingungen der Sorptionswärmepumpe möglich ist, das Heizmedium entsprechend dem gewünschten Temperaturniveau optimal aufzuheizen.

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Claims (3)

1. Ruhrgas Aktiengesellschaft, Essen Patentansprüche

   Verfahren zur Gegenstrom-Führung des Heizmediums zu dem in einer Sorptionswärmepumpe im Kreislauf geführten Lösungs- und/oder Kältemittel nach P 29 44 654.6/ dadurch gekennzeichnet,

   daß das Heizmedium wechselweise im Wärmetausch mit Teilbereichen des Kondensators bzw. Resorbers und des Absorbers geführt wird, derart, daß das Heizmedium mindestens vier getrennte Wärmetauscherbereiche durchströmt, in deren erstem ein Wärmetausch mit dem Kondensator bzw. Resorber und in deren letztem ein Wärmetausch mit dem Absorber erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß das Heizmedium zusätzlich als letzte Stufe in Wärmeaustausch mit einem Depflegmator gebracht wird.
3. 3. Wärmetausch zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch oder 2,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Absorber und der Kondensator bzw. Resorber in mindestens je zwei Tauscherbereiche unterteilt sind.

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