DE3205094A1

DE3205094A1 - Stoffsysteme fuer sorptionswaermepumpen

Info

Publication number: DE3205094A1
Application number: DE19823205094
Authority: DE
Inventors: Jochen 6800 Mannheim Jesinghaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-12
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1983-08-18

Description

Stoffsysteme für Sorptionswärmepumpen
Die Erfindung betrifft Zwei- und Mehrstoffsysteme für den Einsatz in Sorptionswärmepumpen aller Art, einschliesslich Kilhlanlagen, Warmetransformatoren, Hei zungswärmepumpen, Solarkühlanlagen usw.
Stand der Technik: Heute werden fast ausschliesslich die Stoffpaare Ammoniak-Wasser und Wasser-Lithiumbromid eingesetzt. Ammoniak ist wegen seiner Giftigkeit und der hohen Anlagendrücke gefährlich. Wasser als Arbeitsmittel hat den Nachteil, dass Verdampfungstemperaturen unter OOC nicht möglich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, durch geeignete Kombination von Arbeits- und Lösungsmitteln Stoffsysteme zu finden, die die beschriebenen Nachteile nicht haben und danibehlnaus Vorteile bezüglich der Gesamtwirtschaftlichkeit solcher Anlagen aufweisen.
Die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen ist sehr stark abhEngig von der Temperatur im Kocher der Absorptionswärmepumpe.
Niedrige Kochertemperaturen stehen den Forderungen nach kleinen Wärmeaustauschflächen, hohen Wärmeziffern und hohen lieizvorlauf- oder tiefen Kühl-( Verdamp£ungs-)Temperaturen entgegen. Für den Einsatz in Hausheizungs-AbsorptionswErmepumpen erscheinen nur solche Systeme geeignet, welche im Kocher im Dauerbetrieb nemperaturen über 1500C zulassen.
Als thermisch stabile Arbeitsmittel kommen in Betracht: Ammoniak und Amine Aceton und andere Ketone Methanol und andere Alkohole ister, insbesondere Methylformiat und Methylacetat Gemische der oben angeführten Stoffe, soweit sie chemisch verträglich sind Als Lösungsmittel kommen in Betracht: Allgemein: Stoffe, welche bei Kondensatordruck gegentiberdem Arbeitsmittel einen Siedepunkt aufweisen, der, als inverse Temperaturdifferenz gemessen, um mindestens 0,001 K 1 höher liegt als der des reinen Arbeitsmittels. Beispiel: Ammoniak hat bei 20 bar eine Siedetemperatur von 49,4 °C.
Inverse Temperatur: 1/(273,15+49,4)= 0,0031 K Wasser hat bei 20 bar eine Siedetemperatur von 212,4 00.
Inverse Temperatur: 1/(273,15+212,4)= 0,00206 K 1 bie Differenz der inversen Temperaturen beträgt: (s,0031- 0,00206 = 0,00104 K-1 Bekanntlich ist dieses System geeignet, allerdings ist Rektifikation erforderlich: Deshalb ist der Wert 0,001 K-1 als inimalforderung anzusehen.
heitere Forderungen sind: ausreichende Löslichkeit im Arbeitsmittel, thermische Stabilität im Gemisch mit dem Arbeitsmittel, kleine Molmasse (um geringen Lösungsumlauf zu erhalten).
Jiamit kommen als Lösungsmittel in Frage: Alkohole, insbesondere Phenole Amide, insbesondere Formamid, Acetamid, Propionamid, Benzamid Gemische dieser Stoffe, insbesondere eutektische Gemische und Gemische in solchen Zusammensetzungen, dass sich für die gewählten Arbeitsmittel und Betriebsbedingungen Viskositätsminima ergeben Gemische dieser Stoffe mit weiteren Stoffen, insbesondere Salzen wie Lithiumchlorid, Kaliumformiat u. a.
Besonders stabil sind Stoffsysteme, bei denen sich die verschierinnen Komponenten nur durch funktionelle Gruppen unterscheiden.
Beispiele dafür sind: Ammoniak - Formamid, Acetamid NH2-H NH? -COH, NH2-COCH Aceton - Acetamid CH3CO-CH3 CH3CO-NH2 Methylformiat - Formamid HCO-OCH3 HCO-NH2 Methylacetat - Acetamid CH3CO-OCH3 CH3CO-NH2 Methylamin - Acetamid CH3-NH2 CH3-CO-NH2 Dimethylamin - Dimethylacetamid CH3-NH-CH3 CH3-NCOCH3-CH3 Als thermisch stabiles Lösungsmittel kann man auch ein Gemisch Aus 60 Mol% Kaliumformiat und 40 Mol% Kaliumthiocyanat ansehen.
Äls Arbeitsmittel kommen hier Wasser oder Gemische aus Wasser und anderen Stoffen mit ähnlichem Dampfdruck, z. B. n-Propanol, infrage.
In den Patentansprüchen wird mit ??Arbeitsmittel?? derjenige Stoff (oder das Stoffgemisch) bezeichnet, der im Kocher der Absorptionswärmepumpe ausgetrieben, im Kondensator kondnsiert, im Verdampfer verdampft und im Absprber wieder absorbiert wird.
'it"Lösungsmittel" werden der oder die Stoffe bezeichnet, die zusammen mit dem Arbeitsmittel die "Lösung" bilden. "Lösung" ist dasjenige Stoffgemisch, das im Lösungskreislauf einer Absorptionswärmepumpe zirkuliert. Analoges gilt für Resorptionswärmepumpen(mit zwei Lösungskreisläufen) und Wärmetransformatoren sowie für periodisch arbeitende Anlagen.
Ammoniak ist wegen seiner Giftigkeit und des hohen Dampfdruckes kein ideales Arbeitsmittel. Da jedoch Ammoniak-Absorptionswarmepumpen bereits auf dem Markt eingeführt sind und durch Wegfall der Rektifikation eine Verbesserung der Wärmeziffer erzielt werden kann, werden auch Kombinationen von Ammoniak mit den beschriebenen Lösungsmitteln in den Patentansprüchen anget«ihrt, insbesondere mit Amiden.

Claims

Patentansprüche: 1. Lösungsmittel für Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass darin Alkohole enthalten slnd, wie zum Beispiel - Ethandiol - Phenon und andere aromatische Alkohole, insbesondere Benzoldiole (Brenzcatechin, Resorcin, Hydrochinon) 2. Lösungsmittel filr Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnetw dass darin Amide enthalten sind, insbesondere - Formamid - Acetamid - Propionamid - Benzamid 3. Lösungsmittel für Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass darin Gemische der unter 2. angeführten Amide enthalten sind, insbesondere Gemische aus Acetamid und Benzamid.

4. Lösungsmittel filr Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dassRzwei oder mehrere der unter 1. bis 3. angegebenen Stoff enthalten sind, und dass die Zusammensetzung des Gemischs so gewählt ist, dass sich in dem gewählten ArbeitsmS ttel eine genügend hohe molare Gesamtlöslichkeit des Lösungsmittels ergibt.

5. Lösungsmittel für Sorptionswärmepumpen, dadurch ekennzeichnet, dass zwei oder m.ehæere der unter 1. bis 3. angegebenen Stoffe darin enthalten sind, und dass die Zusammensetzung odes Gemischs so gewählt ist, dass sich im Gemisch des Lösungsmitteis mit dem gewählten Arbeitsmittel bei den für den Betrieb einer Sorptionswärmepumpe notwendigen molaren Konzentrationen eine möglichst geringe Viskosität ergibt.

6. Lösungsmittel wie unter 1. bis 5., dadurch gekennzeichnet, dass darin weitere Stoffe enthalten sind, insbesondere - Lithiumchlorid - Kaliumformiat oder Lithiumformiat - Thiocyanate cd er Gemische aus Thiocyanaten und Formaten - Kaliumformiat u.nd Kaliumthiocyanat im Molverhältnis 3:2 7. Lösung für Sorptionswe?rmepumpen, dadurch gekennzeIchnet4 dass Lösungsmittel wie unter 1. bis 6. darin enthalten sind, und dass als Arbeitsmittel Aceton oder andere Ketone verwendet werden.

8. Lösung für Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass darin Lösungsmittel wie unter 1. bis 6. enthalten sind, und dass als Arbeitsiflittel Methanol, Ethanol oder andere Alkohole verwendet werden.

9. Lösung für Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass darin Lösungsmittel wie unter 1. bis 6. enthalten sind, und dass als Arbeitsmittel Methylformiat, Methylacetat oder andere Ester verwendet werden.

10. Lösung für Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass darin Lösungsmittel wie unter 1. bis 6. enthalten sind, und dass als Arbeitsmittel Amine, insbesondere Dimethylamin, verwendet werden.

11. Lösung filr Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass darin Lösungsmittel wie unter 1. bis 6. enthalten sind, und dass als Arbeitsmittel Ammoniak verwendet wird.

12. Lösung wie unter 7. bis 10., dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmittel. Gemische der unter 7. bis 10. aufgeführten Arbeitsmittel verwendet werden, oder dass sonstige Arbeitsmittel verwendet werden, oder dass Gemische aus den unter 7. bis 10.

aufgeführten Arbeitsmitteln und sonstigen Stoffen als Arbeitsmittel verwendet werden.

13. Lösung für Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmittel Aceton verwendet wird und als Lösungsmittel Acetamid.

14. Lösung wie unter 13., dadurch gekennzeichnet, dass neben Acetamid auch Benzamid als Lösungsmittel verwendet wird, insbesondere dass das eutektische Gemisch aus Acetamid und Benzamid als Lösungsmittel verwendet wird.

15. Lösung für Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmittel Methylformiat verwendet wird, und als Lösungsmittel Formamid verwendet wird.

16. Lösung für Sorptionswärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmittel Methylacetat verwendet wird, und dass als Lösungsmittel Acetamid, Benzamid, oder Gemische aus Acetamid und Benzamid, insbesondere das eutektische Gemisch, verwendet werden.