DE3225613C2

DE3225613C2 - Absorptionswärmepumpensystem

Info

Publication number: DE3225613C2
Application number: DE3225613A
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Chiyoda Ibaraki Kunugi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1986-11-27
Also published as: DE3225613A1; US4448040A; JPS588961A; JPH0145548B2

Abstract

Das Absorptionswärmepumpensystem hat eine erste Absorptionswärmepumpe und eine zweite Absorptionswärmepumpe. Die erste Wärmepumpe hat einen mit einer Heizquelle versehenen Generator, einen Kondensator, einen Verdampfer, einen Absorber und einen Lösungswärmeaustauscher zum Abziehen von Warmwasser aus dem Kondensator und dem Absorber zum Erwärmen und zur Warmwasserbereitung. Die zweite Wärmepumpe hat einen mit einer Heizquelle versehenen Generator, einen Kondensator, einen Verdampfer, einen Absorber und einen Lösungswärmetauscher. Der Kondensator und der Absorber der zweiten Wärmepumpe sind im Verdampfer der ersten Wärmepumpe angeordnet. Die erste und die zweite Wärmepumpe sind miteinander so verbunden, daß Wärme aus der Atmosphäre vom Verdampfer der zweiten Wärmepumpe absorbiert und als Wärmequelle zum Verdampfen eines Kühlmittels im Verdampfer der ersten Wärmepumpe verwendet wird, wobei die Wärme vom Kondensator und Absorber der zweiten Wärmepumpe abgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Absorptionswärmepumpensystem mit einer ersicfi üi'id einer zweiten Absorptionswärmepumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Absorptionswärmepumpensystem ist aus der US-PS 34 83 710 bekannt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Heizquelle des Generators der zweiten Absorptionswärmepumpe vom Kondensator der ersten Absorptionswärmepumpe gebildet wird, wobei der Verdampfer der ersten Absorptionswärmepumpe und der Absorber der zweiten Absorptionswärmepumpe einen Wärmetauscher bilden. Die von dem Absorber der ersten Absorptionswärmepumpe und von dem Kondensator der zweiten Absorptionswärmepumpe abgegebene Wärme kann über einen Wasserkreislauf einem Wärmetauscher zugeführt werden, von dem dann Luft erwärmt wird. Der Verdampfer der zweiten Absorptionswärmepumpe wird in Wärmeaustausch mit

to zu kühlender Luft oder einem anderen Medium gebracht, wobei die abgekühlte Luft für die Raumklimatisierung verwendet werden kann.

Mit der aus dem Absorber der ersten Absorptionswärmepumpe und aus dem Kondensator der zweiten Absorptionswärmepumpe des bekannten Absorptionswärmepumpensystems gewonnenen Wärme läßt sich Wasser mit einem relativ niedrigen Temperaturniveau von etwa 38° erhalten, also bei einer Temperatur, die bei vielen Anwendungsfällen für die Raumheizung zu niedrig ist

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, das Absorptionswärmepumpensystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei Aufrechterhaltung eines hohen Prozeßwirkungsgrades Heizwasser von höherer Temperatur erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, die in den Unteransprüchen 2 bis 4 vorteilhaft weitergebildet sind.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung des Kondensators der zweiten Absorptionswärmepumpe im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer der ersten Absorptionswärmepumpe und aufgrund der Weiteraufheizung des Heizwassers durch den Wärmeaustausch mit dem Kondensator der ersten Absorptionswärmepumpe, wobei dieses Heizwasser durch den Wärmeaustausch mit dem Absorber der ersten Absorptionswärmepumpe vorgewärmt wurde, läßt sich ein hoher Prozeßwirkungsgrad aufrechterhalten und Heizwasser von einem verglichen mit dem Stand der Technik erheblich höheren Temperaturniveau für eine separate Innenraumheizung gewinnen. Außerdem kann die sich am Verdampfer der zweiten Absorptionswärmepumpe abkühlende Luft ebenso wie beim Stand der Technik für die Raumklimatisierung verwendet werden. Da im Betrieb die beiden Absorptionswärmepumpen nur kleine Druckunterschiede zwischen dem Kondensationsdruck und dem Verdampfungsdruck aufweisen, führt dies bei hohem Prozeßwirkungsgrad zu niedrigen Anforderungen hinsichtlich der von den Lösungspumpen zu erzeugenden Druckerhöhungen. Durch Steigerung des Kondensationsdrucks der ersten Absorptionswärmepumpe läßt sich die Heizwassertemperatur und somit die gewünschte Raumtemperatur weiter steigern.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch das Absorptionswärmepumpensystem und

F i g. 2 bis 4 das Absorptionswärmepumpensystem

ber und Kondensator der zweiten Absorptionswärmepumpe.

Das Absorptionswärmepumpensystem von F i g. 1 hat eine außerhalb eines Raums befindliche Außeneinheit 1 und eine innerhalb des Raums befindliche Inneneinheit 2. Die Außeneinheit 1 umfaßt einen Generator 24 für die Dampferzeugung mit einem Brenner 25, einen

Lösungswarmetauscher 26, eine Kältemittelpumpe 28, eine Lösungspumpe 27, eine Heizwasserpumpe 39 und einen Mantel 23, der einen Kondensator 29, einen Verdampfer 31 und einen Absorber 32 einer ersten Absorptions-Wärmepumpe umgibt Die Außer-einheit 1 hat weiterhin einen Generator 3 für die Dampferzeugung mit einem Brenner 4, einen Lösungswärmetauscher 5, einen Verdampfer 8, ein Gebläse 7, eine Lösungspumpe 8 und druckreduzierende Einrichtungen 9 und 10, die zusammen eine zweite Absorptionswärmepumpe bilden und wozu ein Kondensator Ii und ein Absorber 12 gehören, die im Verdampfer 31 der ersten Absorptionswärmepumpe angeordnet sind.

Die Inneneinheit 2 hat einen Wärmetauscher 37 für Heizwasser und ein Gebläse 38. Die erste Absorptions-Wärmepumpe benutzt Wasser als Kältemittel und eine wäßrige Lösung aus Lithiumbromid als Absorptionsmittel. Die zweite Absorptionswärmepumpe benutzt CHClF₂ als Kältemittel und Tetraäthylenglykoldimethyläther als Absorptionsmittel."

In dem Generator 3 der zweiten Absorptionswärmepumpe wird CHCIF2 durch das Erhitzen mit dem Brenner 4 verdampft Der Kältemitteldampf strömt durch eine Leitung 13 zum Kondensator 11, der im Verdampfer 31 der ersten Absorptionswärmepumpe angeordnet ist, gibt dort Wärme ab und wird verflüssigt Das flüssige Kältemittel strömt aus dem Kondensator 11 durch eine Leitung 14 zu der druckreduzierenden Einrichtung 9, wo sein Druck reduziert wird. Das Kältemittel wird dann in den Verdampfer 8 eingeführt, wo es verdampft. Die Verdampfungswärme wird der vom Gebläse 7 zügeführten Außenluft entzogen. Die im Generator 3 verbleibende, das flüssige Absorptionsmittel bildende, an Tetraäthylenglykoldimethyläther reiche Lösung strömt vom Generator 3 über eine Leitung 15 zum Lösungswärmetauscher 5, wo sie gekühlt wird. Danach strömt sie durch eine Leitung 18 zu der druckreduzierenden Einrichtung 10, wo ihr Druck reduziert wird und sie mit dem Kältemitteldampf aus dem Verdampfer 8 zusammengebracht und zum Absorber 12 geführt wird, der im Verdampfer 31 der ersten Absorptionswärmepumpe angeordnet ist. Im Absorber 12 wird das Kältemittel von dem Absorptionsmittel absorbiert. Dabei wird Absorptionswärme an den Verdampfer 31 abgegeben. Die mit Kältemittel angereicherte Lösung strömt durch eine Leitung 17 zum Lösungswärmetauscher 5, wo sie vorerhitzt wird, ehe sie durch die Lösungspumpe 8 in den Generator 3 gepumpt wird. Die zweite Absorptionswärmepumpe nimmt also Wärme vom Brenner 4 und von der Außenluft auf und gibt Wärme im Verdampfer 31 der ersten Absorptionswärmepumpe ab.

Der Generator 24 der ersten Absorptionswärmepumpe erzeugt durch von dem Brenner 25 zugeführte Wärme Kältemitteldampf, der durch eine Leitung 18 zum Kondensator 29 strömt, wo er die Kondensationswärme an Heizwasser abgibt, das durch eine Leitung 19 zum Kondensator 29 fließt, wodurch das Kältemittel wieder verflüssigt und auf einer Trennwand 30 gesammelt wird. Das flüssige Kältemittel wird von der Kältemittelpumpe 28 durch einen Sprüher 33 in den Verdampfer 31 gesprüht und verdampft, wobei dem Kondensator 11 und dem Absorber 12 der zweiten Absorptionswärmepumpe Wärme entzogen wird. Die das Absorptionsmittel bindende wäßrige Lösung aus Lithiumbromid, die im Generator 24 konzentriert wird, strömt vom Generator 24 zum Lösungswärmetauscher 28 und wird dort abgekühlt. Anschließend wird das Absorptionsmittel durch einen Sprüher 34 im Absorber 32 versprüht, und gibt dabei die bei der Absorption des im Verdampfer 31 verdampften Kältemitteldainpfes frei werdende Absorptionswärme an das Heizwasser ab, das durch eine Leitung 20 von dem Wärmetauscher 37 für Heizwasser zugeführt wird. Die mit Kältemittel angereicherte Lösung wird dann von einem Lösungssumpf 36 durch die Lösjngspumpe 27 zum Lösungswärmetauscher 26 über eine Leitung 21 gepumpt und dadurch vorerhitzt dem Generator 24 zugeführt Weiteres, im Verdampfer 31 zu verdampfendes Kältemittel wird von einem Kältemittelsumpf 35 unter der Kombination Absorber 12 und Kondensator 11 der zweiten Absorptionswärmepumpe zum Sprüher 33 mit Hilfe der Kältemittelpumpe 28 gepumpt

In Richtung des Kältemittelstroms gesehen ist bei der Ausführungsform von Fig. 1 in dem Verdampfer 31 im oberen Abschnitt der Kondensator 11 und im unteren Abschnitt der Absorber 12 angeordnet Das Heizwasser, welches durch die Wärme aus dem Absorber 32 und dem Kondensator 29 erhitzt wird, wird durch die Heizwasserpumpe 39 durch die Leitungen 19,20 und 22 zwischen dem Wärmetauscher 37 der Inneneinheit 2 und der Außeneinheit 1 umgewälzt Der Wärmetauscher 37 gibt die Wärme an durch das Gebläse 38 aufgeblasene Luft für die Raumheizung ab.

Bei dem beschriebenen Absorptionswärmepumpensystem wird somit die gesamte Wärme, die von den Brennern 4 und 25 in den Generatoren 3 und 24 sowie von der Außenluft im Verdampfer 6 zugeführt wird vom Wärmetauscher 37 an den Raum abgegeben.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten Absorptionswärmepumpensystem sind die Arbeitspunkte so gewählt, daß, wenn die Außentemperatur der Luft 0°C ist, die Temperaturen am Verdampfer 6, am Auslaß des Kondensators 11 und des Absorbers 12, am Verdampfer 31 und am Auslaß des Kondensators 29 und des Absorbers 32 - 1O⁰C, 30⁰C, 25° C bzw. 65° C betragen. Somit hat das in den Wärmetauscher 37 eintretende Heizwasser eine Temperatur von 60° C, so daß Luft mit einer Temperatur von 5O⁰C für eine behagliche Raumaufheizung zur Verfügung steht.

Bei dem Absorptionswärmepumpensystem von F i g. 2 sind unterhalb des Sprühers 33 abwechselnd von oben nach unten ein Kondensatorelement 11a, ein Absorberelement 12a, ein Kondensatorelement 116 und ein Absorberelement 12b in dieser Reihenfolge angeordnet.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten Absorptionswärmepumpensystem sind der Kondensator 11 und der Absorber 12 der zweiten Absorptionswärmepumpe parallel bzw. nebeneinander angeordnet

Bei dem Absorptionswärmepumpensystem von F i g. 4 sind abwechselnd parallel bzw. horizontal nebeneinander ein Kondensatorelement 11a, ein Absorberelement 12a, ein Kondensatorelement lift und ein Absorberelement \2b in dieser Reihenfolge angeordnet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Absorptionswärmepumpensystem mit einer ersten und einer zweiten Absorptionswärmepumpe, von denen jede einen Generator (24, 3) mit Heizquelle (25,4), einen Kondensator (29,11), einen Verdampfer (31, 6), einen Absorber (32, 12) und einen Lösungswärmetauscher (26, 5) aufweist, wobei der Verdampfer (6) der zweiten Absorptionswärmepumpe ein mit Luft der Umgebungsatmosphäre beaufschlagter Wärmetauscher ist der Verdampfer (31) der ersten Absorptionswärmepumpe mit dem Absorber (12) der zweiten Absorptionswärmepumpe einen weiteren Wärmetauscher bildet und der Absorber (32) der ersten Absorptionswärmepumpe einen Wärmetauscher mit einem Wasserheizkreislauf £20. 22, 37, 39) für Erwärmung von Luft bildet, dessen wärmeabgebender Wärmetauscher (37) getrennt von dem Absorptionswärmepumpensystem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem vom Verdampfer (31) der ersten Absorptionswärmepumpe und dem Absorber (12) der zweiten Absorptionswärmepumpe gebildeten Wärmetauscher der Kondensator (11) der zweiten Absorptionswärmepumpe zugeordnet ist und daß der Kondensator (29) der ersten Absorptionswärmepumpe dem Absorber (32) der ersten Absorptionswärmepumpe in dem Wasserheizkreislauf (20, 22, 37, 39) nachgeschaltet ist.

2. Absorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 1 mit Sprüheinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (31) der ersten Absorptionswärmepumpe eine Sprüheinrichtung (33) aufweist und daß der Kondensator (11) der zweiten Absorptionswärmepumpe in Vertikalrichtung unmittelbar unter der Sprüheinrichtung (33) und der Absorber (12) der zweiten Absorptionswärmepumpe unter dem Kondensator (11) angeordnet ist

3. Absorptionswärmepunipensystem nach Anspruch 1 mit Sprüheinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (31) der ersten Absorptionswärmepumpe mit einer Sprüheinrichtung (33) versehen ist und daß der Kondensator (11) und der Absorber (12) der zweiten Absorptionswärmepumpe in horizontaler Richtung nebeneinander positioniert sind.

4. Absorptions. Wärmepumpensystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (11) und der Absorber (12) der zweiten Absorptionswärmepumpe jeweils in eine Vielzahl von abwechselnd vertikal oder abwechselnd horizontal angeordneten Kondensatorelementen (11a, i\b) und Absorberelementen (12a, 126) unterteilt sind.