DE3133331A1

DE3133331A1 - Sorptionswaermepumpe mit in einem loesungsmittelkreislauf vorgesehenem absorber

Info

Publication number: DE3133331A1
Application number: DE19813133331
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr.-Ing. 7760 Radolfzell Wunderlich
Original assignee: Allweiler AG
Current assignee: WUNDERLICH, ERHARD, DR.-ING., 7760 RADOLFZELL, DE
Priority date: 1981-08-22
Filing date: 1981-08-22
Publication date: 1983-03-03
Also published as: JPS5891381A

Description

PATENTANWALT

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Datum/Date

Sorptionswärmepumpe mit in einem Lösungsraittelkreislauf vorgesehenem Absorber

Die Erfindung betrifft eine Sorptionswärmepumpe mit in einem Lösungsmittelkreislauf vorgesehenem Absorber sowie einer zwischen letzterem und einem Austreiber eingefügten, von einem Antrieb betätigten Lösungsmittelpumpe.

Da sich als erheblicher Nachteil derartiger Sorptionswärmepumpen gezeigt hat, daß der Lösungsmittelkreislauf, insbesondere ein Kreislauf mit einer NH--Lösung, sehr häufig wegen der Störanfälligkeit dabei eingesetzter Membranpumpen stillgelegt werden muß, hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt Sorptionswärmepumpen der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß der Lösungsmittelkreislauf störungsfrei geführt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, daß der Welle des als Spaltrohrmotor mit Rotorraum ausgebildeten Antriebs die Antriebswelle eines Pumpelements mit Saugraum zu einem stopfbüchsenlosen Pumpenaggregat zugeschaltet und

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vorzugsweise damit als Motorpumpenwelle einstückig ist, wobei der Rotorraum durch Verbindung mit dem Saugraum vom Förderdruck des Pumpelementes getrennt ist. Durch diese Anordnung wird eine hohe Leistung bei geringer Störanfälligkeit erreicht.

Bevorzugtermaßen ist der Rotorraum des Antriebs im Saugbereich des Pumpelements vorgesehen, jedoch ist es — nach einem weiteren Merkmal der Erfindung — auch möglich, den Rotorraum des Antriebs an der Druckseite des Pumpelements anzuordnen und zwischen dem Pumpendruckraum und dem Rotorraum einen Drosselspalt zum Abbau zumindest eines Teiles des Förderdruckes auszubilden.

Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, die Sorptionswärmepumpe so auszugestalten, daß der im Spaltrohr des Antriebs umlaufende Rotor einen Ausgleichskolben darstellt, der am Ende der Welle liegende Rotorkopfraum über einen Regelspalt mit dem Pumpenraum am anderen Wellenende verbunden und die Weite des Regelspaltes in Abhängigkeit von der axialen Lage der Motorpumpenwelle eingestellt ist.

Zur Ausbildung des Regelspaltes weist die Motorpumpenwelle erfindungsgemäß einen Achskanal auf, welcher an der Stirnseite der Motorpumpenwelle in Abhängigkeit von deren axialen Lage durch ein anstoßendes Gehäuseteil verschließbar ist, wenn die Stirnseite der Motorpumpenwelle an die Fläche des Gehäuseteiles anläuft.

Hierdurch wird ein schwimmender Axialschubausgleich für die Motorpumpenwelle erzielt, so daß ein axial fixierendes Lager entfallen kann und damit auch dessen Schmierung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgerden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 skizzenhaft wiedergegebene Teile einer

Sorptions-Wärmepumpe mit in einem Transportmittelkreislauf angeordneter Lösungsmittelpumpe;

Fig. 2 den Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Lösungsmittelpumpe.

In einer nicht weiter dargestellten Sorptionswärmepumpe ist in einem Kälte- oder Transportmittel-Kreislauf 1 mit Ammoniakwasser ein Austreiber 2 vorgesehen, in dem NH-,-Dampf ausgetrieben und über eine Leitung 3 einem Kondensator 4 zugeführt wird, in dem er bei 20° C kondensiert, über ein Regelventil 5 gelangt das Kondensat zu einem Verdampfer 6, aus dem Dampf über eine Leitung 7 zu einem Absorber 8 im Kreislauf 1 geführt wird»

Im Absorber 8 wird der Dampf von der an Kältemittel armen Lösung des Kreislaufes 1 absorbiert und dann in jenem Austreiber 2 bei hohem Druck aus der reichen Lösung ausgetrieben. Mit 9 ist dabei eine Lösungsmittelpumpe zwischen Absorber 8 und einem Temperaturwechsler 10 bezeichnet.

Im Verdampfer 6 entzieht das Kälte- oder Transportmittel mit seiner niederen Verdampfungstemperatur der sich ständig

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erneuernden Außenluft Wärme, im thermischen Kompressor wird der Kältemitteldampf bei Temperaturen bis zu 60° C komprimiert, während im Kondensator 4 der erhitzte Dampf, welcher der Außenluft bei niederer Temperatur Wärme entzogen hat, diese etwa an kälteres Wasser abgibt und damit kondensiert.

In der dargestellten Sorptionswärmepumpe erforderliche Meß- und Steuerungsgeräte sind der Übersichtlichkeit halber ebenso vernachlässigt wie beispielsweise ein Gehäuse.

Die Lösungsmittelpumpe 9 besteht im wesentlichen aus einem Pumpenteil 11 und einem Spaltrohrmotor 12 als Antriebsteil. Der Pumpenteil 11 weist in einem Gehäuse 13 eine Antriebsspindel 14 und zwei dazu seitlich angeordnete Laufspindeln 15, 16 auf. An den Spindeln 14 bis 16 vorhandene Fördergewinde sind nur schematisch dargestellt.

Ein Saugraum 17 des Pumpenteils 11 liegt an der dem Spaltrohrmotor 12 zugekehrten Pumpenseite, ein mit einem deckelartigen Gehäuseteil 18 verschlossener Druckraum 19 an der dem Spaltrohrmotor 12 abgewandten Pumpenseite.

Anschlußbohrungen 20, 21 dienen zum Anbringen von Leitungsteilen 22, 23 des Kreislaufes 1.

Die Laufspindein 15, 16 sind in ihrer Lage axial fixiert, einerseits durch Anlaufen druckseitiger Zapfen 24 am Gehäuseteil 18, andererseits durch Anlaufen einer saugseitigen Stirnfläche 25 an einem Zwischenring 26. Über die Anlaufflächen 24, 25 werden an den Laufspindeln 15, 16 angreifende hydraulische Schubkräfte und mechanische Schubkräfte, z. B. der Verzahnungsschub, abgefangen.

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Wesentliche Teile des Antriebs sind eine Motorwelle 30, die in Fig_a 2 zusammen mit der Antriebsspindel 14 der Schraubenspindelpumpe 11 aus einem Stück gefertigt ist, ein auf die Motorwelle 30 aufgesetzter Rotor 31 in einem Stator 32 und ein Spaltrohr 33, das in eine Bohrung 34 von Flanschen 35 eines Motorgehäuses 36 eingeschoben ist. Ein Abschlußdeckel, in dem die Motorwelle 30 in einem Radiallager 37 ruht, ist mit 38 bezeichnet.

Das Pumpenteil 11 ist senkrecht stehend über dem Spaltrohrmotor 12 angeordnet. Um das Spaltrohr 33 möglichst dünnwandig gestalten zu können, sind die Zwischenräume zwischen Stator 32 und den Flanschen 35 mit Rohrmänteln 39, 40 überbrückt.

Da der Rotorraum 41 des Spaltrohrmotor 12 in direkter Verbindung mit dem Saugraum 17 des Pumpenteils 11 steht, treten im Spaltrohrmotor 12 keine hohen Drücke auf, auch entstehen keinerlei Schwierigkeiten bei der Dimensionierung des Spaltrohres 33 und der Teile, auf denen sich dieses Spaltrohr 33 abstützt, wie insbesondere die Rohrmäntel 39, 40jder Stator 32 und das Motorgehäuse 36. Da hier Förderdrücke bis ca. 200 bar auftreten, wären bei einer Anordnung auf der Druckseite des Pumpenteils 11 erhebliche Schwierigkeiten zu erwarten. Da zudem beim Spaltrohrmotor 12 die Wicklung 42 des Stators 32 trockenliegt, können Kabel 43 durch eine einfache Bohrung 44 im Motorgehäuse geführt werden.

Antriebsspindel 14 und Motorwelle 30 sind einstückig und werden der Einfachheit halber hier als notorpurapenwelle 45 bezeichnet, an der folgende — einen Gesamtaxialschub A ergebende — Axialschübe angreifen:

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= hydraulischer Axialschub durch Druckbeaufschlagung der Stirnfläche der Antriebsspindel 14;

A = Axialkraft durch Schrägverzahnung der Spindeln 14, 15, 16;

A = Eigengewicht der Motorpumpenwelle 30.

Um den resultierenden Gesamtaxialschub A auszugleichen und so ein Axiallager zu vermeiden, ist der Rotor 31 als Ausgleichskolben ausgebildet, der mit engem radialem Spiel im Spaltrohr 33 umläuft und vor dem ein Rotorkopfraum über einen Kanal 47 am Abschlußdeckel 38 bzw. eine Nut 48 im Radiallager 37 sowie einen Achskanal 44 in der Motorpumpenwelle 45 mit dem Druckraum 19 verbunden ist. Jener Achskanal 49 in der Motorpumpenwelle 45 endet nicht frei in den Druckraum 19 ein; da die Motorpumpenwelle 45 mit ihrem pumpenseitigen Ende an der Stirnfläche 51 des Gehäuseteils 18 anlaufen kann, entsteht in Abhängigkeit von der axialen Lage der Motorpumpenwelle 45 ein Regelspalt 52. Die Spaltweite i wird sich dabei so einstellen, daß durch den Regelspalt 52, den Achskanal 49 der Motorpumpenwelle 45 und Kanal 47 und/oder Nut 48 gerade soviel Flüssigkeit von der Druckseite her in den Rotorkopfraum 46 unter Aufbau eines Drucks in einer Größe einfließen kann, die bewirkt, daß am Rotor 31 eine dem Axialschub A_o entgegengerichtete — gleichgroße Gegenkraft — entsteht und somit die Motorpumpenwelle 45 im Kräftegleichgewicht gehalten wird.

Bei der beschriebenen schwimmenden Anordnung wird der Rotor 31 in jedem Betriebszustand im Gleichgewicht gehalten.

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Bei einer Gleichgewichtsstörung == beispielsweise durch plötzlichen Druckaufbau im Druckraum 19 —- wird die Motorpumpenwelle 45 kurzzeitig nach unten gedrückt, wodurch sich die Weite i des Regelspaltes 52 vergrößert und dem Rotorkopfraum 46 mehr Druckflüssigkeit zufließt. Als Folge hiervon steigt der Druck an_s hebt die Motorpumpenwelle 45 wieder an und verengt den Regelspalt 52, und zwar so lange, bis die durch den Regelspalt 52 zufließende Flüssigkeitsraenge der durch den Drosselspalt zwischen Rotor 31 und de.m Spaltrohr 33 aus dem Rotorraum 41 abfließenden Flüssigkeitsmenge entspricht.

Umgekehrt wird bei einem plötzlichen Druckabfall im Druckraum 19 die Motorpumpenwelle 45 kurz angehoben und der Regelspalt 52 auf eine Weite i verengt, die für -as Kräftegleichgewicht erforderlich ist.

In der Praxis kann der Druck über die Länge des Achskanals 49, im Kanal 47 und Nut 48 etws abfallen. Dies bleibt bedeutungslos, da sich der Druck automatisch regelt. Durch genügend große Dimensionierung der vom Saugdruck beaufschlagten Stirnfläche des Rotors 31 und der vom Regelspaltdruck beaufschlagten Stirnfläche des Rotors 31 im Rotorraum 41, also durch große Dimensionierung des Rotors 31 selbst, wird auch bei großen Förderdrücken der Druck im Rotorkopfraum 46 gegenüber dem Saugdruck nicht allzu hoch sein_t so daß auch hier keine Dimensionierungsschwierigkeiten für das Spaltrohr 33 zu erwarten sind.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Sorptionswärmepumpe mit in einem Lösungsmittelkreislauf vorgesehenem Absorber sowie einer zwischen letzterem und einem Austreiber eingefügten, von einem Antrieb betätigten Lösungsmittelpumpe,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Welle (30) des als Spaltrohrmotor mit Rotorraum (41) ausgebildeten Antriebs die Antriebswelle .4) eines -■ Pumpelements mit Saugraum (17) zu einem stopfbüchsenlosen Pumpenaggregat zugeschaltet und vorzugsweise damit als Motorpumpenwelle (45) einstückig ist, wobei der Rotorraum durch Verbindung mit dem Saugraum vom Förderdruck des Pumpelements getrennt ist.
2.Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorraum (41) des Antriebs im Saugbereich des Pumpelements liegt.
3. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorraum (41) des Antriebs an der Druckseite des Pumpelements vorgesehen und zwischen dem Pumpendruckraum (19) und dem Rotorraum ein Drosselspalt zum Abbau zumindest eines Teiles des Förderdruckes ausgebildet ist.

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4. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Spaltrohr (33) des Antriebs umlaufende Rotor (31) als Ausgleichskolben ausgebildet ist, der am Ende der Welle liegende Rotorkopfraum (46) über einen Regelspalt (52) mit dem Pumpen^ raum am anderen Wellenende verbunden und die Weite (i) des Regelspalts in Abhängigkeit von der axialen Lage der Motorpumpenwelle (45) eingestellt ist.
5. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich-'net, daß die Motorpumpenwelle (45) einen Achskanal

(49) aufweist, welcher an der Stirnseite der Motorpumpenwelle in Abhängigkeit von deren axialen Lage durch ein anstoßendes Gehäuseteil (18) verschließbar ist.
6. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorraum (41) auf der Seite des Druckraumes (19) des Pumpelements angeordnet und der Regelspalt (52) an der motorseitigen Stirnfläche der Motorpumpenwelle (45) ausgebildet ist.
7. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorraurn (41) auf der Seite des Saugraumes (17) angeordnet und der Regelspalt (52) an der pumpenseitigen Stirnfläche der Motorpumpenwelle (45) ausgebildet ist.
8. Sorptionswärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorpumpenwelle (45) vertikal verläuft.
9. Sorptionswärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch'gekennzeichnet, daß Zuführung (22) und Ableitung (23) für das Lösungsmittel quer zur Motorpumpenwelle (45) gerichtet ist.