DE3018708A1

DE3018708A1 - Parallel-bivalent als absorber-waermepumpe und heizkessel arbeitende einrichtung zum erwaermen eines waermetraegermediums

Info

Publication number: DE3018708A1
Application number: DE19803018708
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Phys. 5800 Hagen Meckel; Karl-Günter Dr.-Ing. 4630 Bochum Stroppel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1981-11-26

Description

AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg

- 3 K 2908/1702-pt-hu-sa 13. Mai 1980

Parallel-bivalent als Apsorber-Wärmepümpe und Heizkessel arbeitende Einrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgermediums

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gegenüber alternativ-bivalent arbeitenden Einrichtungen dieser Art, bei denen bei höheren Außentemperaturen nur die Wärmepumpe, dagegen bei tieferen Außentemperaturen (unterhalb etwa 0 C) nur die konventionelle Heizung mit einem Heizkessel arbeitet, bietet eine parallel-bivalent arbeitende Einrichtung dieses Aufbaus den Vorteil, daß praktisch im gesamten Temperaturbereich Wärmeenergie mittels der Wärmepumpe gewonnen und nur der nicht durch den Wärmepumpenbetrieb gedeckte VJärmeenergiebedarf durch erhöhte Brennerleistung im Austreiber gedeckt werden kann.

Eine parallel-bivalent arbeitende Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist im Prinzip aus der DE-OS 26 47 216, F24J 3/04, bekannt. Allerdings wird dort als Ausführungsbeispiei im einzelnen nur eine Einrichtung mit einer Kompressionswärmepumpe beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß ein wirtschaftlicher Absorp-

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tionsprozeß auch bei sehr niedrigen Temperaturen der dem Verdampfer zugeführten Zuluft (Außenluft), also beispielsweise bei -15 C, möglich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, die also die heiße arme Lösung als Wärmetransportmittel verwendet, liegt darin, daß die Erhöhung der Wärmeleistung durch auf diesem Gebiet handelsübliche zusätzliche Mittel, nämlich ein Ventil und einen Wärmetauscher, erfolgt.

Bei der Erfindung erfolgt also eine Aufheizung der vom Absorber kommenden, mittels einer Pumpe auf Hochdruckniveau gebrachten reichen Lösung im Dephlegmator und -im Normalbetrieb- eine weitere Aufheizung dieser reichen Lösung bis auf die Austreibereintrittstemperatur im Wärmetauscher durch Aufnahme von Wärme aus der vom Austreiber kommenden armen Lösung. Diese arme Lösung wird dann in dem Vorlauf-Wärmetauscher weiter abgekühlt, wobei das Wärmeträgermedium, in der Regel Heizwasser, auf die Vorlauftemperatur erhitzt wird. Tritt jedoch ein Leistungsdefizit auf, also beispielsweise ein Abfall der Vorlauftemperatur unter einen vorgegebenen Wert, so wird über den Bypass zu dem Wärmetauscher z.B. ein Teilstrom der reichen Lösung unter Umgehung des Wärmetauschers direkt in die Rektifiziersäule geliefert, so daß die diesen Wärmetauscher durchströmende arme Lösung weniger Wärme abgibt und demgemäß das Heizwasser im Vorlauf-Wärmetauscher auf höhere Temperaturen erhitzen kann.

Bei der im Anspruch 3 geschützten Auslegung des Wärmetauschers ergibt sich zusätzlich eine Leistungssteigerung des Absorbers. In diesem Falle wird nämlich bei der Entspannung der heißen armen Lösung am Absorbereintritt durch Entspannungsverdampfung Flashgas frei. Die Lösung kühlt sich dabei bis zur j Siedetemperatur bei Absorberdruck ab. Bei der im Absorber erfolgenden Kühlung der Lösung durch das Heizwasser wird das Flashgas wieder absorbiert und die Absorptionswärme zusätzlich an das Heizwasser übertragen. |jj

Die Unteransprüche schützen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Dabei trägt die Einrichtung gemäß Patentanspruch 4 der Tatsache Rechnung, daß ψ

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bei niedrigen Temperaturen die Gefahr der Vereisung des Verdampfers besonders groß ist. Durch die Maßnahmen dieses Anspruchs, d.h. durch Rauchgaskondensation in einem Rauchgas-Zuluft-Wärmetauscher vor dem Verdampfer, kann die Zulufttemperatur und damit auch die Verdampfungstemperatur beispielsweise um etwa 6 C erhöht werden. Unter diesen Voraussetzungen und angesichts niedrigen Wasserdampfgehalts der Zuluft ist ein Abtauen des Verdampfers nur relativ selten erforderlich. Für diese Fälle bietet die Erfindung den weiteren Vorteil, daß bei Ausfall des Verdampfers, z.B. während der Abtauperioden, ein reiner Kesselbetrieb möglich ist.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

In beiden Figuren sind die die verschiedenen Medien führenden Leitungen wie folgt dargestellt:

Zwei parallele durchgehende Linien kennzeichnen Leitungen, die das Kältemittel, hier NH„, im gasförmigen Zustand führen. Durch eine einzige durchgehende Linie dargestellte Leitungen enthalten das flüssige Kältemittel. Leitungen, die durch eine durchgehende Linie mit Punkten gekennzeichnet sind, führen arme Lösung; strichpunktiert angelegte Leitungen führen reiche Lösung. Heizwasserleitungen sind durch eine weit unterbrochene Linie, Luftleitungen durch eine eng unterbrochene Linie gekennzeichnet. Rauchgas führen Leitungen, die durch eine schräg durchgestrichene Linie gekennzeichnet sind.

Betrachtet man nun zunächst Fig. 1, so enthält die Einrichtung als wesentliche Bestandteile den Austreiber 1 mit Austreibersumpf 2, dem bei 3 ein Brennstoff, beispielsweise Heizöl, zugeführt wird, und Rektifiziersäule k nebst Dephlegmator 5> den Kondensator 6, der mit dem im Austreiber gewonnenen heißen Kältemittelgas oder -dampf beschickt wird, das dort durch Wärmeentzug mittels des aufzuheizenden Wärmeträgermediums, beispielsweise Heizwassers, zur Kondensation gebracht wird, den Kältetauscher 7, der das Kältemittel im flüssigen Zustand an das Expansionsventil 8 und den Verdampfer 9 liefert, wo das Kältemittel Wärme aus der über die Zuluftleitung 10 zugeführten Umgebungs-

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I luft aufnimmt, sowie den Absorber 11, dem das Expansionsventil 12 vorgeschal-

i tet ist. Die Rohrschlange 11' im Absorber wird von dem Heizwasser durchströmt.

ρ Die den Absorber verlassende reiche Lösung wird mittels der Pumpe 13 auf Hoch-

S druckniveau gebracht und zum Dephlegmator 5 geliefert, wo sie im Wärmeaus-

§: tausch mit dem ausgetriebenen Kältemitteldampf oder -gas die Dephlegmatorlei-

|· stung aufnimmt.

ρ. Wesentlich für die Erfindung ist das Vorhandensein des Wärmetauschers 14, in I · dem im Normalbetrieb die reiche Lösung nach Verlassen des Dephlegmators 5

, weiter erhitzt wird im Wärmeaustausch mit der aus dem Austreiber kommenden

' heißen armen Lösung, sowie der Vorlauf-Wärmetauscher 15, in dem die arme Lö-

t₍ sung durch Wärmeabgabe an das Heizwasser, das dort auf Vorlauf temperatur ge-

I bracht wird, weiter abgekühlt wird.

!' Normalerweise ist also das Regelventil 16. im Bypass 17, der den Wärmetauscher

I 14 umgeht, undurchlässig, so daß die gesamte reiche Lösung auf ihrem Wege vom

f Dephlegmator zum Eintritt in die Rektifiziersäule 4 den Wärmetauscher 14 durch-

\ setzt. Sobald aber ein Leistungsdefizit auftritt, das sich durch einen mittels

1 des Temperatursensors 18 erfaßten Abfall der Vorlauftemperatur bemerkbar macht,

? . liefert dieser Sensor bekannten Aufbaus ein Regelsignal an das Regelventil 16,

? so daß dieses den Bypass 17 öffnet und demgemäß ein Teilstrom der reichen Lö-

\ sung unter Umgehung des Wärmetauschers 14 in die Rektifiziersäule strömt. Die

I arme Lösung verläßt den Wärmetauscher 14 demgemäß mit höherer Temperatur, so

■| daß sie nun mehr Wärme an das Heizwasser im Vorlauf-Wärmetauscher 15 abgeben

I kann. Nach wie vor ist aber auch jetzt der Wärmepumpenbetrieb gewahrt.

% Der Wärmetauscher 14 ist so dimensioniert, daß zumindest bei durchlässigem Reif

f gelventil 16 die arme Lösung am Eintritt in den Absorber 11 eine Temperatur be-

I sitzt, die höher liegt als die dem Absorberdruck zugeordnete Siedetemperatur.

' ■ Dann tritt in der bereits oben beschriebenen Weise eine Erhöhung der Leistung des Absorbers ein.

Die Rauchgase werden über die Rauchgasleitung 19 und den Rauchgas-Zuluft-Kon-

I densations-Wärmetauscher 20 dem Verdampfer 9 zugeführt. In diesem Wärmetau-

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scher 20 erfolgt durch Kühlung der Rauchgase mittels der Zuluft eine Kondensation des Wasserdampfes der Rauchgase, wodurch einerseits Kondensationswärme an die Zuluft übertragen und andererseits eine Trocknung der Rauchgase vorgenommen wird. Durch nicht dargestellte, da an sich bekannte Mittel wird das Kondensat abgeleitet. Die Folge dieser Maßnahme ist eine Erhöhung der Zulufttemperatur und damit auch der Verdampfertemperatur, wodurch die Vereisungsgefahr des Verdampfers insbesondere bei niedrigen Zulufttemperaturen herabgesetzt wird.

Während in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung die beiden Wärmetauscher 14 und 15 getrennte Bauteile darstellen, sind sie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durch ein einziges Bauteil, nämlich den Dreifach-Wärmetauscher 25, gebildet. Die bereits anhand Fig. 1 erläuterten Bestandteile der Einrichtung nach Fig. 2 tragen dieselben Eezugszeichen und werden nicht nochmals erläutert.

Der Dreifach-Wärmetauscher enthält zunächst den gewendelten Koaxialwärmetauscher 26, dessen Innenrohr 27 von der reichen Lösung und dessen Außenrohr 28 von der armen Lösung durchflossen ist. Dieser Koaxialwäraietauscher befindet sich seinerseits in der Kammer 29, die gleichsam einen Mantelraum bildet und von dem Heizwasser durchströmt ist.

Beiden Ausführungsbeispxelen der Erfindung gemeinsam ist, daß zur Umstellung vom reinen Wäraepumpenbetrieb auf den parallel-bivalenten Betrieb nur ein einziges Regelventil erforderlich ist. Beispielsweise beim Ausfall des Verdampfers durch Vereisung kann die Einrichtung auch im reinen Kesselbetrieb mit armer Lösung als Wärmeträger betrieben werden.

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Claims

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VOLKS VnT AGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg

K 2908/1702-pt-hu-sa · 13. Mai 1980

Patentansprüche

Parallel-bivalent als Absorber-Wärmepumpe und Heizkessel arbeitende Einrichtung mit zugleich den Heizkessel bildendem Austreiber, Rektifiziersäule nebst Dephlegmator, Verdampfer und Absorber zum Erwärmen eines Wärmeträgermediums, das den Kondensator '"durchströmt, wobei dem Absorber heiße arme Lösung aus dem Austreiber über einen Wärmetauscher für arme und -aus dem Absorber zur Rektifiziersäule fließende- reiche Lösung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die reiche Lösung nach Verlassen des Absorbers (11) auf Hochdruckniveau gepumpt wird und vor dem Eintritt in den Wärmetauscher (14) den Dephlegmator (5) durchströmt, daß zwischen den Wärmetauscher (14) und den Absorber (11) ein Vorlauf-Wärmetauscher (15) für die reiche Lösung und das Wärmeträgermedium geschaltet ist, und daß im Wege der reichen Lösung oder der armen Lösung ein den Wärmetauscher (14) umgehender Bypass (17) mit einem Regelventil (16) vorgesehen ist, das bei erhöhtem Wärmebedarf die Strömung durch den bypass vergrößert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (16) in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatür des Wärmeträgermediums arbeitet.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (14) derart ausgelegt ist, daß zumindest bei geöffnetem Regelventil (16) die Temperatur der armen Lösung bei Eintritt in den Absorber (11) oberhalb der dem Absorberdruck zugeordneten Siedetemperatur liegt.

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4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuluftleitung (1ü) des Verdampfers (9) ein von den Rauchgasen des Austreibers (1) durchströmter Kondensationswärmetauscher (20) liegt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher und der Vorlauf-Wärmetauscher zu einem Dreifach-Wärmetauscher (25) zusammengefaßt sind mit einem gewendelten Koaxialwärmetauscher (26), dessen Innenrohr (27) von der reichen Lösung und dessen Außenrohr (28) von der armen Lösung durchflossen ist.und der in einer Kammer (29) liegt, die von dem Wärmeträgermedium; durchströmt ist.

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