DE3018710A1 - Parallel-bivalent als absorber-waermepumpe und heizkessel arbeitende einrichtung zum erwaermen eines waermetraegermediums - Google Patents

Description

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AKTlENC-ESELLSCHAFt

3180 Wolfsburg
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K 2906/1702-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 alternativ-bivalent arbeitenden Einrichtungen mit Heizkessel und Wärmepumpe, bei denen oberhalb einer bestimmten Temperatur im Bereich von 0 C nur die Wärmepumpe und bei tieferen Temperaturen der Umgebungsluft nur eine konventionelle, den Heizkessel enthaltende Heizvorrichtung in Betrieb ist, bietet eine parallel-bivalent arbeitende Einrichtung den Vorteil, daß praktisch im gesamten auftretenden Temperaturbereich der Zuluft für den Verdampfer die Wärmepumpe arbeitet und demgemäß nur die Differenz zwischen der erforderlichen Wärmeleistung einerseits und der von der Wärmepumpe gelieferten Wärmeleistung andererseits durch eine erhöhte Brennerleistung im Austreiber gedeckt werden kann.

Eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist im Prinzip aus der DE-OS 26 47 216, F24J 3/04, bekannt, wenn auch diese Druckschrift als Ausführungsbeispiel im einzelnen eine Einrichtung behandelt, die eine Kompressionswärmepumpe enthält.

Ein wirtschaftlicher Betrieb einer mit einer Absorptionswärmepumpe ausgestatteten Einrichtung dieser Art auch bei tiefen Temperaturen der Umgebungs-

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luft, beispielsweise -15 C, setzt aber eine Ausbildung der Wärmepumpe voraus, die den Wärmepumpenbetrieb, also letztlich den Absorptionsprozeß, auch bei diesen tiefen Temperaturen noch wirtschaftlich erscheinen läßt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, deren Absorptions-Wärmepumpe auch bei tiefen Umgebungstemperaturen noch in beachtlichem Maße Wärmeleistung an das Wärmeträgermedxum, in der Regel Heizwasser, zu liefern imstande ist, aber bei Ausfall des Wärmepumpenbetriebs, beispielsweise infolge Vereisung des Verdampfers, einen reinen Kesselbetrieb zuläßt.

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

Die erfindungsgemäße Lösung nutzt also zur*- Erhöhung der Wärmeleistung der Wärmepumpe in vorteilhafter Weise die ohnehin vorhandenen Bestandteile der Wärmepumpe, vor allem im Bereich des Austreibers, aus, die lediglich durch unproblematische Zusatzeinrichtungen, wie Ventile und eine Rohrschlange, ergänzt sind. Im Normalbetrieb der Wärmepumpe, d.h. bei höheren Zulufttemperaturen, arbeitet der Austreiber nebst Rektifiziersäule in üblicher Weise, da dann die Rohrschlange vom Vorlauf des Wärmeträgermediums abgeschaltet ist. Die oberhalb dieser Rohrschlange dann eingespeiste reiche Lösung rieselt über die Rohrschlange in den Austreibersumpf, wobei ein intensiver Stoffaustausch zwischen aufsteigendem Kältemitteldampf und herabrieselnder Lösung erreicht wird. Dabei tritt eine angestrebte Abtriebswirkung ein, d.h. die höher siedenden Bestandteile der Lösung, beispielsweise Wasser, sammeln sich unten an, während die leichter siedenden Bestandteile, beispielsweise reines Ammoniak, nach oben steigen. Sobald aber ein Defizit in der Wärmeleistung auftritt, also beispielsweise die Vorlauftemperatur sinkt, erfolgt eine Umschaltung auf Einspeisung der reichen Lösung unmittelbar in den Austreibersumpf, d.h. unterhalb der Rohrschlange, die nun in den Vorlauf für das Heizwasser eingeschaltet ist, so daß die aufsteigenden heißen Kältemitteldämpfe durch Kondensation Wärme an das die Rohrschlange durchströmende Wärmeträgermedium abgeben.

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Anspruch 2 schützt eine insofern besonders vorteilhafte Weiterbildung der Einrichtung, als dadurch die Zulufttemperatur und damit die Verdampfungstemperatur im Verdampfer um mehrere C erhöht werdei sungsgefahr im Verdampfer vorgebeugt werden kann.

peratur im Verdampfer um mehrere C erhöht werden und dadurch der Verei-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung sind die die verschiedenen Medien führenden Leitungen wie folgt dargestellt:

Durch zwei parallele Linien sind Leitungen angedeutet, die gas- oder dampfförmiges Kältemittel, hier NH_, führen. Durch einfache Linien gekennzeichnete Leitungen führen das Kältemittel im flüssigen Zustand. Leitungen, die durch eine ausgezogene Linie mit Punkten ^-wiedergegeben sind, führen arme Lösung, strichpunktiert dargestellte Leitungen reiche Lösung. Durch weit unterbrochene Linien sind Heizwasserleitungen, durch eng unterbrochene Linien Luftleitungen dargestellt. Rauchgasleitungen sind durch eine ausgezogene, schräg durchgestrichene Linie wiedergegeben.

Vom Prinzip her besitzt die Einrichtung einen an sich bekannten Aufbau: Der Austreiber 1, dessen Austreibersumpf 2 über die Leitung 3 Brennstoff zugeführt wird, treibt aus der ihm zugeführten, das Kältemittel, beispielsweise NH_, enthaltenden Lösung Kältemittel in Form heißen Dampfes aus, das nach Durchsetzen der Rektifiziersäule A. dem Kondensator 5 zugeführt wird. Dort erfolgt die Wärmeabgabe an das aufzuheizende Wärmeträgermedium, im Beispiel Heizwasser. Das nunmehr wieder in flüssigem Zustand vorliegende Kältemittel gelangt über den Kältetauscher 6 und das Expansionsventil 7 in den Verdampfer 8, wo es der über die Zuluftleitung 9 zugeführten Zuluft Wärme entnimmt. Das nunmehr wieder in Dampfform vorliegende Kältemittel wird dann über die andere Seite des Kältetauscher 6 dem Absorber 10 zugeführt, dem ferner über das Expansionsventil 11 arme Lösung (nach Abgabe von Wärme an die reiche Lösung in einem Wärmetauscher) zwecks Absorption des Kältemittels zugleitet wird.

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Dies geschieht unter Energieabnahme mittels der von dem Wärmeträgermedium durchströmten Rohrschlange 13.

Unterschiede gegenüber dem Stand der Technik bestehen zunächst hinsichtlich des inneren Aufbaus der Rektifiziersäule 4 sowie hinsichtlich der Einspeisung der reichen Lösung in den Austreiber 1:

Je nach Stellung des Dreiwege-Ventils 14 erfolgt die Zufuhr von reicher Lösung über die erste Zuführungsleitung 15 oder die zweite Zuführungsleitung 16, von denen die erstgenannte Leitung 15 innerhalb der Rektifiziersäule oberhalb der Rohrschlange 17 endet, die mittels des Dreiwege-Ventils 18 in den Vorlauf für das Wärme trägermedium eingeschaltet werden kann.

Bei normalem Wärmepumpenbetrieb, also höheren Außentemperaturen, ist die Rohrschlange 17 durch entsprechende Lage des Ventils 18 von dem Vorlauf abgeschaltet. Ferner ist nur die erste Zuführungsleitung 15 für die reiche Lösung durchgeschaltet, so daß also die reiche Lösung oberhalb der Rohrschlange 17 zugeführt wird und herabrieselt, wobei ein intensiver Stoffaustausch zwischen dem aus dem Austreibersumpf 2 aufsteigenden Kältemitteldampf und der reichen Lösung erfolgt. Hierbei tritt eine erwünschte Abtriebswirkung ein.

Sobald aber ein Bedarf an zusätzlicher Heizleistung auftritt, also insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, werden die beiden Ventile 14 und 18 umgeschaltet, so daß nunmehr die Zuführung reicher Lösung über die zweite Zuführungsleitung 16 unmittelbar in den -Austreibersumpf 2 erfolgt und außerdem die Rohrschlange 17 von dem Wärmeträgermedium, also im Beispiel Heizwasser, durchströmt wird. Dadurch findet eine Kondensation des aufsteigenden heißen Wärmeträgerdampfes bei der Berührung mit der Rohrschlange 17 stett, so daß das in ihr strömende Heizwasser Kondensationswärme aufnimmt.

Vom Prinzip her läßt sich also der Austreiber einschließlich der Rektifiziersäule als eine Art Wärmerohr bezeichnen.

Die Umschaltung der Ventile 14 und 18 kann in Abhängigkeit von der Außentemperatur oder aber auch in Abhängigkeit von Abweichungen der Vorlauftemperatur

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von einem vorgegebenen Temperaturwert erfolgen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird auch der Tatsache Rechnung getragen, daß insbesondere bei niedrigen Zulufttemperaturen die Gefahr einer Vereisung des Verdampfers 8 gegeben ist. Daher werden über die Rauchgasleitung 19 die Rauchgase in den Rauchgas-Zuluft-Kondensations-Wärmetauscher 20 geleitet, wo sie kondensieren und die Kondensationswärme die Zuluft aufheizt. Dadurch wird die Zulufttemperatür und damit auch die Verdampfertemperatur erhöht. Nach dem Kondensationsprozeß werden die nunmehr relativ trockenen Rauchgase der Zuluft beigemischt, so daß über die Leitung 21 sowohl die Zuluft als auch gekühlte Rauchgase den Verdampfer verlassen.

Wie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ersichtlich, ergibt .die Erfindung eine gute Wärmeübertragung auf hohem Temperaturniveau. Die Rohrschlange 17 und der Austreiber 1 können notfalls auch allein betrieben werden, sofern die Wärmepumpe ausfällt, z.B. bei Vereisung des Verdampfers.

Verständlicherweise muß die im Austreibersumpf 2 angebotene Heizleistung entsprechend angepaßt sein.

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Claims (2)

1. ©? 301 871 Q

   V OLKS W A G E N Vv E R K

   AKI IENGESELLSChAFT

   3180 Wolfsburg

   K 2906/1702-pt-hu-sa 13. Mai 1980

   Patentansprüche

   Parallel-bivalent als Absorber-Wärmepumpe und Heizkessel arbeitende Einrichtung mit zugleich den Heizkessel bildendem, mit reicher Lösung gespeisten Austreiber nebst Rektifiziersäule, Kondensator und Verdampfer zum Erwärmen eines Wärmeträgermediums, das den Kondensator durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Zuführungsleitung (15) für die reiche Lösung in der Rektifiziersäule (4) oberhalb einer über ein Ventil (18) in den Vorlauf des Wärmeträgermediums einschaltbaren Rohrschlange (17) endet, während eine zweite Zuführungsleitung (16) für die reiche Lösung in den Austreibersumpf (2) einmündet, und daß beiden Zuführungsleitungen (15,16) ein Umschaltventil (14) vorgeschaltet ist zum Einschalten nur der ersten Zuführungsleitung (15) bei abgeschalteter Rohrschlange (17) im Normalbetrieb und nur der zweiten Zuführungsleitung (16) bei eingeschalteter Rohrschlange (17) bei erhöhtem Leistungsbedarf.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase des Austreibers (1) einen dem Verdampfer (8) vorgeschalteten Rauchgas-Zuluft-Kondensations-Wärmetauscher (20) durchströmen.

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