DE3018709A1

DE3018709A1 - Parallel-bivalent als absorber-waermepumpe und heizkessel arbeitende zum erwaermen eines waermetraegermediums

Info

Publication number: DE3018709A1
Application number: DE19803018709
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Phys. 5800 Hagen Meckel; Siegfried Prof. Dr.-Ing. 4600 Dortmund Schulz; 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
Also published as: FR2482710A1; FR2482710B1; GB2077406B; US4364240A; GB2077406A

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg
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K 2907/1702-pt-hu-sa 13. Mai 1980

Parallel-bivalent als Absorber-Wärmepumpe und Heizkessel arbeitende Einrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgermediums

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

Gegenüber bekannten alternativ-bivalent arbeitenden Einrichtungen, bei denen bei höheren Außentemperaturen (Zulufttemperatüren) nur die Wärmepumpe und bei tieferen Temperaturen unterhalb etwa 0° C nur eine übliche, den Heizkessel enthaltende Heizung arbeitet, bieten parallel-bivalent'arbeitende Einrichtungen dieser Art den Vorteil, daß auch bei relativ niedrigen Zulufttemperaturen die Absorptionswärmepumpe arbeitet und die zusätzliche Wärmezufuhr durch Brennstoff nur auf die Deckung der Leistungsdifferenz zwischen verlangter Wärmeleistung und von der Wärmepumpe gelieferte Wärmeleistung ausgelegt zu sein braucht.

Eine parallel-bivalent arbeitende Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist im Prinzip aus der DE-OS 26 47 216, F2AJ 3/04, bekannt; im einzelnen beschreibt diese Druckschrift allerdings lediglich eine mit einer Kompressionswärmepumpe ausgerüstete Einrichtung.

Will man die Wärmepumpe der Einrichtung auch bei relativ niedrigen Zulufttemperaturen, beispielsweise bei -15 C, wirtschaftlich arbeiten lassen, muß allerdings die Leistung der Wärmepumpe gegenüber bekannten Ausführungen gesteigert werden.

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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine parallel-bivalent arbeitende Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die auch bei niedrigen Zulufttemperaturen wirtschaftlich arbeitet, d.h. eine größere Wärmeleistung als bisherige Ausführungen erbringt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die definierte Aufgabe mit außerordentlich geringem Aufwand, nämlich lediglich durch Vorsehen eines temperaturgesteuerten Ventils in einer Bypassleitung, gelöst wird.

Die Erfindung stellt also ab auf eine Erhöhung der Absorberleistung, indem bei Unterschreitung der vorgegebenen Vorlauftemperatur, also beim Auftreten eines Wärmeleistungsdefizits, ein Bypass zu dem Wärmetauscher geschaffen wird, so daß die sonst intern in dem Wärmetauscher an die reiche Lösung übertragene Wärme im Absorber auf das Wärmeträgermedium, in der Regel Heizwasser, übertragen wird.

Im einzelnen erfolgt hinter dem Entspannungsventil des Absorbers, also am Absorbereintritt, eine Entspannung der heißen armen Lösung, die über die Bypassleitung zugeführt wird, wobei infolge Entspannungsverdampfung Flashgas frei wird. Dabei kühlt sich die arme Lösung bis zur Siedetemperatur bei dem im Absorber herrschenden Druck ab. An den Wärmeaustauschflächen im Absorber, d.h. letztlich der Oberfläche einer beispielsweise wendeiförmigen, von dem zu erwärmenden Wärmeträgermedium durchflossenen Rohranordnung, erfolgt eine Kühlung, durch die das Flashgas wieder absorbiert wird. Die dabei freiwerdende Absorptionswärme wird zusätzlich in das Wärmeträgermedium übertragen, das demgemäß stärker erwärmt wird als im Normalbetrieb, bei dem das Ventil in der Bypassleitung geschlossen ist.

Verständlicherweise müssen auch die entsprechenden Wärmeübertragungsflächen des Absorbers entsprechend groß dimensioniert sein; auch muß die im Austreiber angebotene Heizleistung entsprechend angepaßt sein.

Anspruch 2 schützt eine deshalb besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, wei bei niedrigen Zulufttemperaturen die Gefahr der Vereisung des

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Verdampfers und damit der Beeinträchtigung der Arbeitsweise der Wärmepumpe besonders groß ist. Durch das Vorsehen eines Rauchgas-Zuluft-Kondensations-Wärmetauschers gibt dort das Rauchgas seine Kondensationswärme an die dem Verdampfer zugeführte Zuluft ab. Dies bewirkt einerseits eine erwünschte Erwärmung der Zuluft und andererseits eine Trocknung der Rauchgase, die nach Durchströmen dieses Wärmetauschers zweckmäßigerweise der Zuluft beigemengt werden.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Die die verschiedenen Medien führenden Leitungen sind wie folgt dargestellt:

Die durch zwei parallele durchgehende Linien gekennzeichneten Leitungen führen gasförmiges Kältemittel, in den Ausführungsbeispielen NH„. Durch eine einfache ausgezogene Linie dargestellte Leitungen transportieren Kältemittel im flüssigen Zustand. In Leitungen, die durch eine ausgezogene Linie mit Punkten dargestellt sind, fließt arme Lösung, in strichpunktiert wiedergegebenen Leitungen reiche Lösung. Eine Leitung, die durch eine im großen Abstand unterbrochene Linie dargestellt ist, ist eine Leitung für das Wärmeträgermedium, also in der Regel Heizwasser; eine durch eine eng unterbrochene Linie angedeutete Leitung ist eine Luftleitung. Durch eine durchgehende Linie mit schrägen Strichen dargestellte Leitungen führen Rauchgase.

Die Einrichtung nach Fig. 1 enthält als wesentliche Bestandteile den Austreiber 1 mit Austreibersumpf 2, dem bei 3 ein Heizmittel zugeführt wird, und Rektifiziersäule 4, den Kondensator 5, in dem die heißen Kältemitteldämpfe Kondensationswärme an das Heizwasser abgeben, den Kältetauscher 6, das Expansionsventil 7 und den Verdampfer 8, in dem das verdampfende Kältemittel der über die Zuluftleitung 9 zugeführten Zuluft Wärme entnimmt, und den Absorber 10, dem von dem Austreibersumpf 2 her über den Wärmetauscher 11 und das Expansionsventil arme Lösung zugeführt wird.

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In dem Wärmetauscher 11 erfolgt also eine Wärmeabgabe von der heißen armen Lösung an die mittels der Pumpe 13 aus dem Absorber 10 zugeführte reiche Lösung. Dies bedeutet eine Abkühlung der armen Lösung, die innerhalb des Absorbers 10 an das die Rohrschlange 14 durchströmende Heizwasser Absorptionswärme abgibt.

Zur Erhöhung der Heizleistung des Absorbers dient die den Wärmetauscher 11 umgehende Bypassleitung 15, die mittels des Ventils 16 in Abhängigkeit von der bei 17 gemessenen Vorlauftemperatur des Heizwassers beim Auftreten eines Leistungsdefizits durchgeschaltet wird. Dann erfolgt also ein unmittelbarer Transport der heißen armen Lösung zum Expansionsventil 12, so daß dort die heiße arme Lösung unter Freiwerden von Flashgas entspannt wird. Die Oberfläche der Rohrschlange 14 ist so groß dimensioniert, daß durch das Heizwasser eine zur Absorption des Flashgases führende Kühlung erfolgt, so daß die Absorptionswärme zusätzlich an das Heizwasser übertragen wird.

Zur Verringerung der Vereisungsgefahr des Verdampfers werden die Rauchgase des Austreibers 1 über die Rauchgasleitung 18 dem Rauchgas-Zuluft-Kondensations-Wärmetauscher 19 zugeführt, so daß dort die Kondensationswärme der Rauchgase auf die Zuluft übertragen wird und damit die Verdampfungstemperatur erhöht. Außerdem erfolgt dabei eine Trocknung der Rauchgase, die nach Passieren des Wärmetauschers 19 ebenfalls dem Gebläse zugeführt werden.

Bei der Erfindung wird also die heiße arme Lösung als Wärmetransportmittel genutzt und ein Teil der Absorberoberfläche zum Auskoppeln von Wärme verwendet.

Dies gilt auch für das in Fig. 2 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel. In dieser Figur sind die bereits in Fig. 1 vorkommenden Bezugszeichen und Darstellungsweisen für die verschiedenen Leitungen verwendet.

Von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 unterscheidet sich dasjenige nach Fig. dadurch, daß in der Bypassleitung 15 ein über das Dreiwege-Ventil 20, das wiederum in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur betätigt wird, einschaltbarer Wärmetauscher 21 liegt, der beim Auftreten eines Leistungsdefizits, d.h. beim

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Absinken der Vorlauftemperatur, für eine Wärmeübertragung von der heißen armen Lösung auf das Heizwasser sorgt. Das Dreiwege-Ventil 20 ist so ausgelegt, daß beim Absinken der Vorlauftemperatür Teilströme der armen Lösung durch beide Wärmetauscher 11 und 21 geleitet werden, die sich vor dem Expansionsventil 12 und damit vor dem Absorber wieder vereinigen. Die Auslegung dieser Teilströme und der Wärmetauscher 11 und 21 ist so getroffen, daß sich nach Vereinigung der beiden Teilströme vor dem Expansionsventil 12 eine Mischungstemperatur der armen Lösung einstellt, die über der dem Druck im Absorber 10 zugeordneten Siedetemperatur der armen Lösung liegt. Dann stellt sich auch hier der im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Effekt im Absorber 10 ein. Selbstverständlich muß der Absorber 1 so ausgelegt sein, daß er die zusätzliche durch Flashgasabsorption auszutauschende Wärme an das Heißwasser abgeben kann.

Auch in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die bereits früher vorkommenden Teile und Leitungen durch dieselben Bezugszeichen bzw. Darstellungen gekennzeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Wärmetauscher, nämlich einer für reiche Lösung und arme Lösung sowie einer für arme Lösung und Heizwasser, zu einem Dreifach-Wärmetauscher 30 zusammengefaßt. Dieser Dreifach-Wärmetauscher enthält den gewendelten Koaxialtauscher 31, dessen äußeres Rohr 32 von der armen Lösung und dessen inneres Rohr 33 von der reichen Lösung durchströmt ist. Dieser Koaxialtauscher 31 ist innerhalb des Raumes 34 angeordnet, der gleichsam als Mantelraum ausgebildet ist und von dem Heizwasser durchströmt wird.

Man erkennt in diesem Ausführungsbeispiel zwei in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur gesteuerte Ventile 35 und 36, von denen das erstgenannte in dem Bypass 37 für die reiche Lösung liegt, während das Dreiwegeventil 36 bei Unterschreiten eines vorgegebenen Werts der Vorlauftemperatur den Bypass 38 für das Heizmedium unterbricht, so daß dann dieses in dem Wärmetauscher 30 der armen Lösung Wärme entzieht, während gleichzeitig die reiche Lösung über den Bypass 37 den Wärmetauscher 30 umgeht. Statt des Ein-Aus-Betriebs ist aber auch die Aufteilung in Teilströme möglich.

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Verständlicherweise ist es möglich, Fig. 1 dahingehend abzuwandeln, daß die heiße arme Lösung dauernd den Wärmetauscher 11 durchströmt, aber ein Bypass für die von der Pumpe geförderte reiche Lösung vorgesehen ist.

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Claims

V O L K S Y/ A G E N W E R K

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg
K 2907/1702-pt-hu-sa 13. Mai 1980

Patentansprüche

Parallel-bivalent als Absorber-Wärmepumpe und Heizkessel arbeitende Einrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgermediums mit zugleich den Heizkessel bildendem Austreiber, Kondensator, Verdampfer und Absorber, wobei der von dem Wärmeträgermedium durchströmte Absorber vom Austreiber über einen Wärmetauscher für arme und reiche Lösung mit armer Lösung über ein Entspannungsventil beliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Wärmetauscher (11) umgehende Bypassleitung (15) für arme Lösung oder reiche Lösung mit einem Ventil (16) vorgesehen ist, das bei Absinken der Vorlauftemperatur des Wärmeträgermediums die Bypassleitung öffnet und daß die Wärmeaustauschflächen im Absorber (10) derart groß dimensioniert sind, daß das bei der Entspannung der armen Lösung hinter dem Entspannungsventil (12) entstandene Flashgas durch Kühlung an ihnen wieder absorbiert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase des Austreibers (1) einen Rauchgas-Zuluft-Kondensations-Wärmetauscher (19) vor dem Verdampfer (8) durchströmen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (15) eine Bypassleitung für arme Lösung ist und in ihr ein Wärmetauscher (21) für arme Lösung und Wärmeträ-

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germedium liegt und das Ventil (20) bei Absinken der Vorlauftemperatür derart bemessene Teilströme der armen Lösung über die beiden Wärmetauscher (11,21) leitet, daß sich nach Vereinigung beider Teilströme vor dem Absorber (10) eine Mischungstemperatur der armen Lösung einstellt, die über der dem Druck im Absorber (10) zugeordneten Siedetemperatur liegt.

A. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher für arme und reiche Lösung sowie ein Wärmetauscher für reiche Lösung und Wärmeträgermedium zu einem Dreifachwärmetauscher (30) zusammengefaßt sind mit einem gewendelten Koaxialtauscher (31), dessen inneres Rohr (33) vor der reichen Lösung und dessen äußeres Rohr (32) von der armen Lösung durchströmt ist und der sich in einem von dem Wärmeträgermedium durchflossenen Raum (34) befindet, daß die Bypassleitung (37) eine Bypassleitung für reiche Lösung'"ist und daß eine mit einem Ventil (36) versehene Bypassleitung (38) für das Wärmeträgermedium vorhanden ist, die den Wärmetauscher (30) umgeht.

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