DE3011375A1

DE3011375A1 - Sorptionswaermepumpe

Info

Publication number: DE3011375A1
Application number: DE19803011375
Authority: DE
Inventors: Ottomar Dipl.-Ing. 5609 Hückeswagen Kampfenkel
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1980-03-25
Filing date: 1980-03-25
Publication date: 1981-10-01

Description

Joh. Vaillant GmbH u. Co DE 844

2U3.SQ

Sorptionswärmepumpe

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sorptionswärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der früher eingereichten deutschen Patentanmeldung P 30 01 374.2 ist eine Sorptionswärmepumpe unter Verwendung eines DampfStrahlapparates bekanntgeworden, der einen Kopf, eine Treibdüse sowie einen Diffusor aufweist, wobei die Treibdüse von armer Lösung eines Kältemittel-Lösungsgemisches gespeist ist und der Kältemitteldampf im Bereich der Engstelle eines sich an den Kopf anschließenden Diffusors zugeführt ist. Hierbei ist der Diffusor mit einer Heizvorrichtung versehen. Bei der praktischen Verwirklichung dieses Vorschlages hat es sich herausgestellt, daß der Öffnungswinkel des Diffusors relativ klein werden muß, um optimale Absorptionsverhält-

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nisse zu erzielen, woraus aber eine erhebliche Baulänge des Diffusors resultiert. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die wesentlichen Elemente der Sorptionswärmepumpe , wie Dampfstrahlapparat mit Diffusor, Entgaser sowie Absorber, möglichst raumgünstig anzuordnen, ohne daß der thermische Wirkungsgrad- der Wärmepumpe leidet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenene Maßnahme. Hieraus resultiert als technischer Fortschritt der Fortfall vofi Kältemitteldampf-Leitungen vom Entgaser zum Kopf des Dampstrahlapparates mit dem damit verbundenen Leitungsdruck- und Temperaturverlust .

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung, die anhand der Pigur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Figur zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Sorptionswärmepumpe mit einem Dampfstrahlapparat.

Die Sorptionswärmepumpe weist ein im wesentlichen zylindrisches Blechgehäuse 1 auf, das an seiner kreisförmigen Unterseite eine Luftzutrittsöffnung 2 und an seiner Oberseite einen Abgasstutzen 3 aufweist, der mit einem nicht weiter dargestellten Schornstein in Verbindung steht. In dem Innenraum 4 des Gehäuses 1 sind die einzelnen Elemente der Wärmepumpe angeordnet,

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es sind dies ein Heizschacht 5> der eine Feuerstätte 6 umgibt, die von einem Brenner 7 beheizt ist und die einen von. den Abgasen des Brenners beheizten Wärmetauscher 8 aufweist. Oberhalb des Wärmetauschers 8 ist ein Absorber 9 vorgesehen, über dem der Entgaser 10 angeordnet ist, dessen. Oberteil den Dampfdom 11 bildet. Zwischen Entgaser beziehungsweise Absorber und der G-ehäusewand 1 ist ein Ringraum 12 gebildet, der unter anderem mit Rohrleitungen, Regelgeräten sowie einem Temperaturwechsler 13 ausgefüllt ist. Der Brenner 7 ist als Gasbrenner ausgestaltet, zu ihm führt eine von einem Magnetventil 14 beherrschte Gasleitung 15. Das Magnetventil 14 ist von einem Elektromagneten 16 erregbar, das über eine Stellleitung 17 von einem Regler 18 angesteuert wird, der über eine Meßleitung 19 mit einem Temperaturfühler 20 verbunden ist.

Im Heizschacht 5 liegen Brenner 7 und Wärmetauscher 8 übereinander, die vom Brenner 7 aufsteigenden Verbrennungsgase beheizen somit den Wärmetauscher 8. Der Absorber beziehungsweise der Entgaser 9, 10 sind als Hohlzylinder ausgestaltet, sie weisen eine äußere Zylinderwand 21 und eine innere Zylinderwand 22 auf, die Außenzylinderwände und die Innenzylinderwände beider Bauteile weisen gleiche Krümmungen auf. Absorber und Entgaser sind konzentrisch, aber in axialem Abstand zueinander aufgebaut. Die Innenräume 23 beziehungsweise 24 fluchten miteinander. Die dem Brenner 7 zugekehrte Stirnwand 27 des Absorbers 9 ist verschlossen, gleichfalls die dem Brenner 7 abgewandte Stirnwand 26 des Entgasers unter Einschluß des Dampfdomes. Die einander zugewandten Stirnwände von Entga-

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ser und Absorber überstreichen nur jeweils den Ringrauin zwischen Innenwand 22 und Außenwand 21, so daß die Innenräume 25 und 24 miteinander in Verbindung stehen.

Die Innenwand 22 ist im Bereich der Stirnseite 25 mit einem nach innen abgebogenen Planschrand 27 versehen, mit dem ein Planschrand 28 eines Diffusors 29 korrespondiert. Beide Planschränder sind gasdicht miteinander lösbar verbunden. Der Diffusor durchsetzt somit'den Innenraum 24 des Absorbers 9, und zwar derart j daß der kegelförmig sich erweiternde Diffusor mit seinem größten Durchmesser im Abstand vom abgeschlossenen Ende (Stirnseite 25) des Absorbers 9 endet.

Der Ringraum zwischen der Innenwand 22 und der Außenwand 21 des Absorbers 9 ist mit einer Wärmetauscher-Rohrschlange 30 ausgefüllt und nimmt auch den Temperaturfühler 20 auf. Diese z. B. als Ringwellrohr ausgeführte Rohrschlange durchsetzt die Außenwand 21 unter Durchtritt durch den Ringraum 12 und das Gehäuse 1 und ist an Anschlußstutzen 31 und 32 angeschlossen, an die ihrerseits ein .zu speisender Verbraucher angeschlossen werden kann. Dieser Verbraucher kann eine Fußbodenheizung, ein Warmwasserspeicher oder auch ein Vorwärmer für einen Kessel einer Zentralheizungsanlage sein.

Der Absorber 9 bildet ein unabhängiges Bauteil, das im Gehäuse 1 unten über nicht dargestellte Mittel gelagert ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Der Entgaser 10 weist auch einen. Ringraum 33 zwischen der Innenwand 22 und der Außenwand 21 auf, auch dieser Innenraum ist von einem aus einem aufgewickelten Ringwellschlauch gebildeten Wärmetauscher 34 ausgefüllt, der an Anschlußstutzen 35 angeschlossen ist, die die Außenwand 21, den Ringraum 12 sowie das Gehäuse 1 durchsetzen und zu einer externen Wärmequelle führen, die ein Sonnenkollektor, ein Speicher, ein Abwasserbehälter und sonstige Wärmequelle sein kann.

Die Innenwand 22 des Entgasers 10 weist einen nach innen ab-

geknickten Befestigungsflansch 36 auf, der durch einen Deckel 37 lösbar, aber gasdicht verschlossen ist. Der Deckel 37 führt den Diffusor 29 und ist mit diesem gasdicht verbunden. Somit durchsetzt der Diffusor 29 auch den Innenraum 23 des Entgasers 10.

Die Stirnwand 26 ist als Deckel ausgebildet, die an einem nach außen abgeknickten Befestigungsflansch 38 gasdicht verschraubt ist. Der Deckel beziehungsweise die Stirnwand 26 tragen den Dampfdom 11, der- im wesentlichen Zylinderform mit einer aufgesetzten Halbkugel aufweist, wobei die Halbkugel von der Stirnwand 26 abgewandt ist. Die Außenwandung des Dampfdoms weist Wärmetauschlamellen 39 auf, die in den Innenraum 4 ragen.

Alle Elemente der Sorptionswärmepumpe sind so im Innenraum 4 des Gehäuses 1 aufgebaut, daß der Brenner 7 das unterste Element bildet, oberhalb des Brenners folgt zunächst der Wär-

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metauscher 8, über dem der Absorber 9 gelagert ist. Oberhalb des Absorbers folgt der Entgaser 10, der mit dem Dampfdom 11 abschließt.

Der Innenraum 33 des Entgasers ist von reicher Lösung eines Ammoniak-Wassergemisches über eine Leitung 40 gespeist, in die unmittelbar vor Eintritt in den Entgaser ein Expansionsventil 41 eingefügt ist. Der Innenraum 33 äes Entgasers steht mit einem Innenraum 42 des Dampfdoms in Verbindung. Im Innenraum des Dampfdoms ist ein Kopf 43 angeordnet, der innen eine Treibdüse 44 und seitlich Öffnungen 45 aufweist. Über die Öffnungen 45 steht der Innenraum 42 mit der Treibdüse 44 in Verbindung.

Vom Ringraum 33 führt eine Leitung 46 für arme Lösung zum Temperaturwechsler 13> so daß der Inhalt der Leitung 46 im Wärmetausch mit dem Fluid der Leitung 40 steht. Die Leitung 46 setzt sich hinter dem Temperaturwechsler 13 fort und führt zu einer Lösungsmittelpumpe 47, an deren Vorlauf der Wärmetauscher 8 angeschlossen ist. Vom Wärmetauscher 8 führt eine Vorlaufleitung 48 zum Kopf 43 beziehungsweise zur Treibdüse 44· Ein Innenraum 49 des Diffusors 29 steht mit einem Innenraum 50 im Absorber 9 in Verbindung. Das ist der Innenraum, der den Wärmetauscher 30 aufnimmt. Vom Innenraum 50 führt eine Leitung 51 zum Temperaturwechsler 13, diese Leitung setzt sich als Leitung 40 ausgangsseitig des Temperaturwechslers fort. '

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ORIGINAL INSPECTED

Nach Lösen einer Flanschverbindung im Rohr 48 und der Verbindungen 38, 36, 37 und 27, 28 kann der Dampfdom mit dein Diffusor nach oben über eine dort angebrachte Öffnung im Gehäuse 1 abgezogen werden. Anschließend können Entgaser und Absorber nach oben entfernt werden.

Die eben beschriebene Sorptionswärmepumpe hat folgende Funktion:

Der Wärmetauscher 34 des Entgasers 10 wird über die Stutzen 35 niit Fremdenergie in Form eines Fluids beaufschlagt, das heißt aufgewärmt. Die hier zugefügte Wärme wird auf die reiche Lösung im Zuge des Innenraums 33 übertragen, die reiche Lösung wird über die Leitung 40 und das Expansionsventil 4I dem Innenraum 33 zugeführt. Durch die zugeführte Wärme findet eine Trennung der reichen Lösung in Ammoniakdampf und arme Lösung statt. Während die arme Lösung nach unten von der Lösungspumpe abgezogen wird, steigt der Kältemitteldampf auf und füllt insbesondere den unmittelbar an den Entgaser angeschlossen Innenraum 42 des Dampfdoms 11. Die arme Lösung wird über die Leitung 46 aus dem Entgaser 10 abgezogen und über den Temperaturwechsler 13 auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Die arme Lösung wird von der Umwälzpumpe 47 angesaugt und durch den Wärmetauscher 8 gedruckt, indem sie durch die vom Brenner zugeführte Wärmeenergie auf ein erhöhtes Temperaturniveau gebracht wird. Die arme Lösung kann die Vorlaufleitung 48 in flüssigem Zustand, aber erhitzt passieren, es besteht auch die Möglichkeit, die arme Lösung im Wärmetauscher

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8 teilweise oder ganz zu verdampfen. Die erhitzte arme Lösung durchsetzt die Treibdüse 44 unter Entspannung und reißt hier unmittelbar über die Öffnungen 45 Kältemitteldampf aus dem Innenraum 42 mit sich. Arme Lösung und Kältemitteldampf gelangen in den Innenraum 49 des Diffusors 29, wobei die Absorption des Kältemitteldampfes durch die arme Lösung beginnt. Die Absorption setzt sich im Innenraum 50 des Absorbers 9 fort,' hier kann die durch den Absorptionsvorgang entstehende Wärme über den Ringwellschlauch-Wärmetauscher 30 nach außen über die Anschlußstutzen 31 und 32 abgeführt werden, ui einen Verbraucher nutzbringend zu heizen. Die nunmehr wieder entstandene reiche Lösung wird über die Leitung 51 abgezogen und gelangt in den Temperaturwechsler 13, um unter Abkühlung der Vorheizung der armen Lösung zu dienen. Die reiche Lösung wird im Expansionsventil 41 entspannt und gelangt wieder zurück in den Entgaser, um dort erneut entgast zu werden.

Der bereits geschilderte Aufbau der einzelnen Elemente der Sorptionswärmepumpe bedingt eine relativ kurze und damit verlustarme Leitungsführung des Kältemitteldampfes,der armen und der reichen Lösung und eine gute Ausnutzung der durch den Brenner 7 eingespeisten Wärme, die in Form von Gas oder Öl vom Verbraucher unmittelbar bezahlt werden muß. Durch den konzentrischen Aufbau des Diffusors und des Absorbers beziehungsweise Entgasers ergibt sich eine relativ kleine Bauhöhe der Sorptionswärmepumpe, ohne Beeinträchtigung ihrer Wirkung. Durch die Ausgestaltung der Wärmetauscher des Entgasers beziehungsweise des Absorbers können Absorber, Entgaser, Dampf-

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dorn und Diffusor als einzeln lieferbare Bauelemente ausgestaltet werden, die an Ort und Stelle ohne weiteres montiert werden können. Durch die Führung der Abgase im Ringraum 12 zwischen Absorber und Entgaser beziehungsweise Außengehäuse 1 , das an seiner Innenseite isoliert sein kann, besteht die Möglichkeit, noch vorhandene Restwärme der Abgase im Absorber beziehungsweise im Entgaser oder am Verbraucher nutzbringend zu verwerten. Schlußendlich kann mit den Abgasen noch der Dampfdom vorgeheizt werden. Die Temperatur im Absorber ist ein Maß für die Absorptionsfähigkeit bei gegebenem Druck. Durch die Vorheizung der armen Lösung mittels Gas werden die Vorgänge im Strahlapparat und Diffusor beeinflußt und somit über den erzeugten Druck eine bestimmte Absorption und damit Erwärmung des Heizwassers im Sinne des Sollwertes der Temperatur einregelbar.

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Claims

Jon. Vaillant GmbH u. Co DE 844

2 K 03. 80

Ansprüche

Sorptionswärmepumpe mit einem Strahlapparat, der einen Kopf mit darin vorgesehener Treibdüse aufweist, die von armer Lösung eines Kältemittel-Lösungsgemisches gespeist ist und der der Kältemitteldampf im Bereich einer Engstelle zugeführt ist, an die sich stromab ein Diffusor anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (43) des Strahlapparates (51) im Dampfdom (11) des Entgasers (10) angeordnet ist.
2. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (43) unmittelbar Öffnungen (45) zum Einströmen des Kältemitteldampfes aus dem Entgaser (10) aufweist.

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ORiOiNAk INSPECTED

L -

Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß um den Diffusor (29) die als Hohlzylinder gestalteten Wärmetauscher (30, 34), Entgaser (10) und Absorber 9 angeordnet sind.

Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die als Hohlzylinder gestalteten Wärmetauscher (30, 34) aus aufgewickelten Ringwellrohrschlangen oder Rippenrohren bestehen.

Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdorm (11) des Entgasers (10) als Abgaswärmetauscher (39) ausgebildet ist.

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