DE3012061A1

DE3012061A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer absorptions-heizanlage

Info

Publication number: DE3012061A1
Application number: DE19803012061
Authority: DE
Inventors: Paul 5000 Köln Heimbach
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Buderus AG
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1980-03-28
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE3168717D1; ATE11694T1; EP0036981A3; EP0036981B1; EP0036981A2

Description

3012081

UHUS AKTIEMGESEILSCHAK

S 411 S 80/18

Fa/ f ζ 24. März I960

verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Absorptions-Heizanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Absorption. ilzanlage., die alternativ entweder als Wärmepumpe oder ells Direktheizung betrieben w ird, mit einem Wärmeträgerkreislauf, άβ? thermisch mit einem einen Wärmegenerator, Verflüssiger-, Verdampfer und Absorber enthaltenden Kältemittelkreislauf gekoppelt ist, wobei kältemittelarme Lösung vom Wärmegenerator zum Absorber und kältemittelreiche Lösung vom Absorber zum Wärmegenerator geführt . werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren wird mit der in der DE-OS 27 58 773 beschriebenen Heizanlage durchgeführt. Ohne zusätzliche Einrichtungen, wie z.B. einen mit fossilen Energieträgern beheizten Heizkessel, ist es bei diesem Verfahren möglieh, die geforderte Heizleistung auch bei tiefen Außentemperaturen zu erreichen. Reicht bei einer vorgegebenen Außentemperatur die Heizleistung der Wärmepumpe nicht mehr aus, so wird die Heizanlage von Wärmepumpenbetrieb auf Direktheizbetrieb umgeschaltet. Hierzu wird die Brennstoffzufuhr zum Brenner des Wärmegenerators erhöht, der Kältemit-

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' telkreislauf unterbrochen und die kältemittelarme Lösung vom Wärmegenerator entweder direkt oder über den Kältemittelquerschnitt des Verflüssigers zum Absorber geleitet. Die im Wärmegenerator aufgeheizte Lösung wird jeweils unter Vermeidung eines Wärmetauschers zwischen kältemittelarmer und kältemittelreioher Lösung mit dem Wärmeträger in Wärmetausch gebracht (im ersten Fall im Absorber, im zweiten Fall zusätzlich im Verflüssiger). In beiden Fällen erfolgt

der Lösungsmitteltransport durch eine Pumpe. 10

Es ist ein Nachteil des vorbekannten Verfahrens, daß in der Heizanlage erhebliche Wärmeverluste dadurch entstehen, daß einige Anlagenteile, wie Lösungsmittelpumpe, Absorber, Verflüssiger, beim Direktheizbetrieb im Vergleich zum Wärme-

^ pumpenbetrieb deutlich wärmer werden, was zu erhöhten Wärmeverlusten führt. Als weiterer Nachteil ist anzusehen, daß die dauernd laufende Lösungsmittelpumpe sowohl während des Wärmetauschbetriebs als auch während des Direktheizbetriebs Energie verbraucht. Neben der aus diesen Nachteilen resultierenden Verschlechterung der Energiebilanz ist außerdem in den heißen Anlagenteilen mit vergrößerter Korrosionsgefahr zu rechnen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, das sich durch geringeren Energieverbrauch und hohe Betriebssicherheit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Umschalten von Wärmepumpen- auf Direktheizbetrieb der Austausch von kältemittelarmer und kältemittelreicher Lösung zwischen Wärmegenerator und Absorber unterbrochen und der Wärmeträger im Wärmegenerator in Wärmetausch mit Rauchgas und durch Aufnahme von Kondensationswärme im Rücklaufkühler eines dem Wärmegenerator nachgeschalteten Rektifkators er-

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wärmt wird.

Gemäß der Erfindung wird die Zufuhr von kältemittelarmem Lösungsmittel vom Wärmegenerator zum Absorber und von kältemittelreiohem Lösungsmittel vom Absorber zum Wärmegenerator unterbrochen. Durch die Unterbrechung des Lösungsmittelkreises wird die Absorptions- Heizanlage in eine Direkt- Heizanlage umgewandelt. Der Wärmeträger wird dann ausschließlich durch direkte Wärmeaufnahme aus dem Rauchgasstrom im Wärmegenerator und durch Aufnahme von Kondensationswärme im Rücklaufkühler des Rektifikators erwärmt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Vorteil erreicht, daß der Absorber, der Verflüssiger und die Lösungsmittelpumpe beim Direktheizbetrieb nicht mehr wie bisher heiß werden. Dadurch werden die Wärmeverluste der Heizanlage geringer und die Energiebilanz günstiger. Auf diese Weise wird gleichzeitig die Gefahr der Korrosion an diesen Anlagenteilen erheblich reduziert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Umschalten vom Wärmepumpenbetrieb auf Direktheizbetrieb der Wärmeträger am Absorber und am

Verflüssiger vorbeigeleitet.
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Da der Absorber und der Verflüssiger erfindungsgemäß kalt bleiben, wird der Wärmeträger in diesen Anlagenteilen ohnehin nicht erwärmt. Durch die Umgehung von Absorber und Verflüssiger wird der Druckabfall im Wärmeträgerkreislauf verringert.

Weiter wirkt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren günstig aus, wenn beim Umschalten von Wärmepumpen- auf Direktheizbetrieb eine Pumpe zum Umwälzen kältemittelreicher Lösung und die Einrichtung zum Erwärmen des Verdampfers abge-

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schaltet werden.

Gemäß diesem Vorschlag wird beispielsweise die Pumpe für

kältemittelreiche Lösung sowie das Gebläse für den Ver-

dämpfer abgeschaltet. Auf diese Weise wird der Energieverbrauoh der Heizanlage verringert.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt eine Wärmepumpe mit einem Wärmegenerator, einem Verdampfer, einem Verflüssiger, einem Absorber, sowie einem Wärmetauscher mit Strömungsquerschnitten für kältemittelarme und kältemittelreiche Lösung, und ist gekennzeichnet durch Absperrvorrichtungen in den zum Wärmetauscher führenden Lösungsmittelleitungen, sowie einen im Rauchgasstrom des Wärmegenerators angeordneten Wärmetauscher und einen mit diesem Wärmetauscher verbundenen Rücklaufkühler eines dem Wärmegenerator nachgeschalteten Rektifikation.

Insbesondere ist es günstig, wie weiter vorgeschlagen wird, als Absperrvorrichtung für kältemittelreiche Lösung eine abschaltbare Pumpe sowie für kältemittelarme Lösung einen durch die Sumpfflüssigkeit des dem Wärmegenerator nachgeschalteten Rektifikators betätigten Schwimmerregler für

kältemittelarme Lösung vorzusehen.
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Der Rektifikator weist Zuführungen für kältemittelreiche Lösung sowie für die gasförmigen Anteile der den Wärmegenerator verlassenden kältemittelarmen Lösung auf. Die kältemittelreiche Flüssigkeit wird dem Wärmegenerator aus dem Sumpf des Rektifikators zugeführt, vom Kopf des Rektifikators wird ein kältemittelreiches Gas entnommen.

Es hat sich als vorteilhaft erwies en., wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes in der Kältemitte!zuführungsleitung zum Verflüssiger ein Absperrventil angeordnet ist. Das Absperr-

ventil befindet sich beispielsweise in der Entnahmeleitung für gasförmiges Kältemittel aus dem Kopf des Rektifikators.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung des Er fin«» dungsgegenstandes sind im Wärmeträgerkreislauf vor dem Verflüssiger ein Mehrwegeventil sowie eine an das Mehrwegeventil angeschlossene Umgehungsleitung für Verflüssiger und Absorber vorgesehen.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand eines schematisch dargestellten Aus'führungsbeispiels beschrieben.

Hierbei zeigt die Figur ein Flußdiagramm einer erfindungsgemäßen Absorptions- Heizanlage.

Die in der Figur gezeigte Absorptions- Heizanlage arbeitet monovalent-alternativ, d.h. sie ist ohne Zusatzheizquellen im gesamten, durch ihren Verwendungszweck als Raum- und/ oder Brauchwasserheizung, beispielsweise von Ein- und Mehrfamilienhäusern, definierten Anwendungsbereich verwendbar und wird alternativ entweder als Wärmepumpe oder in direktem Wärmetausch zwischen Primärenergie und Heizwasser betrieben.

Die erfindungsgemäße Heizanlage enthält einen Wärmegenerator 1 , der mit einem Brenner 2 beheizt wird. Durch eine Pumpe 3 wird beim Betrieb der Heizanlage als Wärmepumpe kältemittelreiche Lösung, z.B. Wasser mit Ammoniak, umgewälzt. Die kältemittelreiche Lösung gelangt zxmächst in einen Gegenstromwärmetauscher 4 und wird dort in Wärmetausch mit kältemittelarmer Lösung angewärmt und über ein Rückschlagventil 22 einem Rektifikator 5 zugeführt. In dem Rektifikator 5 findet eine Zerlegung der kältemittelreichen Lösung in eine kältemittelreichsFlüssigkeit (Wasser), die sich im Sumpf des Rektifikators 5 sammelt und ein im wesentli-

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chen das Kältemittel, z.B. Ammoniak, enthaltendes Gas, das sich am Kopf des Relctifikators 5 sammelt, statt.

Die kalt em it te !reiche Lösung 5 wird aus dem Sumpf entnommen und gelangt in einen Austreiber 6 , der in dem Wärmegenerator 1 angeordnet ist. Im Austreiber 6 verdampft das leichter siedende Kältemittel aus der Lösung und wird in einem nachfolgenden Abscheider 7 von der Lösung abgetrennt und dem Rektifikator 5 zugeführt. Die verbleibende Lösung gelangt über einen Schwimmerregler 24 , dessen Funktion im folgenden noch beschrieben wird, in den Wärmetauscher 4 _t in dem sie im Wärmetausch mit kältemittelreicher Lösung abgekühlt wird. Nach der Abkühlung wird die Lösung in einen

Absorber 8 eingesprüht.
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Vom Kopf des Rektifikators 5 wird gasförmiges Kältemittel entnommen und über eine Leitung 20 , die mit einem Magnetventil 21 absperrbar ist, einem Verflüssiger 10 zugeführt, in dem das Kältemittel verflüssigt wird. Das Kältemittel wird dann auf Verdampfungsdruck entspannt und in einem Verdampfer 11 durch Zuführung von Wärme, beispielsweise aus der Umgebungsluft, die von einem Ventilator 23 über den Verdampfer 11 gesaugt wird, verdampft. Das gasförmige Kältemittel wird dann dem Absorber 8 zugeführt.

Im Absorber 8 wird das gasförmige Kältemittel durch das Lösungsmittel absorbiert. Die kältemittelreiche Lösung, die dabei entsteht, wird aus dem Sumpf des Absorbers entnommen und gelangt wirder zur Lösungsmittelpumpe 3 · 30

Die Heizungsanlage umfaßt ferner einen Wärmeträgerkreislauf, in dem ein Warenträger, beispielsweise Wasser, über eine Umwälzpumpe 12 einer Verbrauchergruppe 13 zugeführt wird, beispielsweise mit mehreren Raumheizkörpern. Der Wärmeträger gibt in der Verbrauchergruppe 13 Wärme ab. Er gelangt anForm. 5729 7.78

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schließend über eine Leitung 17 zu einem Mehrwegemagnetventil 18, das beim Wärmetauschbetrieb so geschaltet ist, daß der Wärmeträger in Rohrschlangen 14 im Verflüssiger gelangt und dort erwärmt wird.Der Wärmeträger wied dann durch Rohrschlangen 15 im Absorber 8 geleitet und durch die hier freiwerdende Wärme weiter erwärmt. In einem Rücklaufkühler 9 im Kopf des Rektifikators 5 wird der Wärmeträger weiter erwärmt, wobei gleichzeitig Rücklaufflüssigkeit an den Rohrschlangen des Rücklaufkühlers 9 auskondensiert. Zuletzt wird der Wärmeträger durch einen im Rauchgasstrom des Wärmegenerators 1 angeordneten Wärmetauschers 16 geleitet und dort weiter erwärmt, bevor er der Umwäzpumpe 12 wieder zugeführt wird.

Sobald eine vorgegebene Außentemperatur unterschritten wird, bei der die von der Wärmepumpe erzeugte Heizmittel- Vorlauftemperatur nicht mehr ausreicht, wird die erfindungsgemäße Heizanlage auf Direktheizbetrieb umgeschaltet. Hierzu werden die Pumpe 3 für kältemittelreiche Lösung und Ventilator 23 am Verdampfer 11 abgeschaltet, sowie das Magnetventil 21 in der Kältemittelleitung 20 geschlossen und das Mehrwegeventil 18 in der Wärmeträgerleitung umgeschaltet, so daß der Wärmeträger nicht mehr über Verflüssiger 10 und Absorber 8 strömt, sondern durch die Umgehungsleitung 19 .

Durch Abschalten der Pumpe 3 wird dem Rektifikators 5 keine Flüssigkeit mehr zugeführt, so daß der Flüssigkeitsspiegel im Sumpf des Rektifikators 5 fällt. Dadurch schließt das Schwimmerventil 24 die LösungsmitteHeitung 25 .

Gemäß der Erfindung wird der Wärmeträger nur noch Im Rektifikator 5 und im Wärmegenerator 1 erwärmt. (Rohrschlangen 9 , 16 ). Sowohl im Aufbau als auch im Energie-Nut-Form. 5729 7.78

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zungsgrad ergibt sich dadruch eine Annäherung an das Verhalten einer konventionellen Heizanlage, die im Fall der Direktheizung ein Optimum dargestellt. Der apparative Aufwand ist sehr gering, zumal der Wärmetauscher 16 im Wärmegenerator 1 auch beim Wärmepumpenbetrieb sinnvoll eingesetzt werden kann, wenn nämlich die Lösungsmitteltemperatur im Austreiber 6 gleich oder höher als die gewünschte Rauchgas-Endtemperatur sein soll.

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Claims

S 411 s 80/18

Fa/fz 2h. März 1980

Pat entansprücfoe

¹⁵Il/ Verfahren zum Betreiben einer Absorptions-Heizanlage, die alternativ entweder als Wärmepumpe oder als Direktheizung arbeitet, mit einem Warmetragerkreislauf, der thermisch mit einem einen Wärmegenerator, Verflüssiger, Verdampfer und Absorber enthaltenden Kältemittelkreislauf gekoppelt ist, wobei kältemittelarme Lösung vom Wärmegenerator zum Absorber und kältemittelreiche Lösung vom Absorber zum Wärniegenerator geführt werden,; dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten von Wärmepampenauf Direktheizbetrieb der Austausch von kältemittelarmer und kältemittelreicher Lösung zwischen Wärmegenerator (1) und Absorber (8) unterbrochen und der Wärmeträger im Wärmetausch mit Rauchgas aus dem Wärmegenerator (1) und durch Aufnahme von Kondens at ionstiSrme im Rücklaufkühler (9) eines dem Wärmegenerator (1) nachgeschalteten Rektifikator (5) erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger beim Umschalten von Wlne&pimpen- auf Direktheizbetrieb am. Adsorber (8) und am Verflüssiger (10) vorbeigeleitet wird.

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3» Verfahren nasJr Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim umschalten von Wärmepumpen- auf Direktheizbetrlebi eine Pumpe (J^ zum Fördern kältemittelreicher Lösung und eine Einrichtung zum Erwärmen des Verdampfers (

(11) abgeschaltet werden»
4-.. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 5 mit einer einen Wärmegenerator, einen Verdampfer, einen Verflüssiger, einen Absorber, sowie einen Wärmetauscher mit Strömungsquerschnitten für kältemittelarme und kältemlttelrelche Lösung enthaltenden Wärmepumpe, gekennzeichnet durch AbsperrvorrIchtungen in den zum Wärmetauscher (4) führenden Lösungsmittelleitungen, sowie einen im Rauchgasstrom des Wäremgeneratars (1) angeordneten Wärmetauscher (16) und einen mit diesem Wärmetauscher (16) verbundenen Rücklauf kühler/ eines dem Wärmegenerator (1) nachgeschalteten Keffifeifikators (5).
5. Vorrichtung nach· Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet-, daß als Äbsperrvorrichtungen; eine abschaltbare Eumpe (3) für

kältemittelrelche Lösung sowie ein durch die: SumpfTlüssigkeit des dem WärmegenerafcoP (1) nachgesre&alfceten Rektifikator (5) betätigter Schwimmerregler (24) für kältemittelarme Lösung vorgesehen: sjind. 25
6. Vorrichtung nach Anspruch % oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß In der Kaltemlttelzuführungsleitung zum Verflüssiger (10) ein steuerbares Absperrventil (21) angeordnet

Ist.
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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmeträgerkreislauff vor dem Verflüssiger (10) ein Mehrwegeventil (181 sowie eine an das Mehrwegeventil (18) angeschlossene Umgehungsleitung (19) für Verflüssiger (10) und Absorber (8) vorgesehen sind.

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