DE3227030A1

DE3227030A1 - Absorptions-waermepumpe oder -kaeltemaschine

Info

Publication number: DE3227030A1
Application number: DE19823227030
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing.(FH) 8653 Mainleus Krauß
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EON Ruhrgas AG
Priority date: 1982-07-20
Filing date: 1982-07-20
Publication date: 1984-01-26

Description

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Ruhrgas Aktiengesellschaft, Essen

Absorptions-Wärmepumpe oder -Kältemaschine

Die Erfindung betrifft eine Absorptions-Wärmepumpe oder -Kältemaschine mit einem unter hohem Druck stehenden Austreiber und einem unter niedrigerem Druck stehenden Absorber, die durch eine Leitung für arme Lösung und eine einen Antrieb enthaltende Leitung für reiche Lösung miteinander verbunden sind.

Als Antrieb bzw. zur Erhöhung des Druckes der reichen Lösung auf ihrem Weg vom Absorber zum Austreiber sind aus der Praxis elektrisch betriebene Pumpen, ζ. Β. Membranpumpen, bekannt. Diese Pumpen bereiten oftmals Schwierigkeiten und müssen hohen Anforderungen bezüglich der Abdichtung, nach außen, insbesondere bei Verwendung von Ammoniak als. Kältemittel, genügen. Bei Membranpumpen entstehen insbesondere Probleme durch Dampfblasen im Membranteil, wodurch die Funktionsfähigkeit der Pumpen wegen der Kompressibilität der Blasen nicht mehr gegeben ist.

Auch besteht die Gefahr, daß der hermetische Abschluß der Rückschlagventile durch Schmutzablagerung nicht mehr gewährleistet ist. Nachteilig ist außerdem der relativ große Verbrauch an elektrischer Antriebsenergie, der die Leistungsziffer der Anlage vermindert.

Aus der US-Patentschrift 2 552 071 ist es bekannt, die elektrische Pumpe durch einen sog. Transportbehälter zu ersetzen. Dieser wird wechselweise unter dem Druck des Absorbers mit reicher Lösung gefüllt und unter Austreiberdruck stehend entleert. Der Wechsel zwischen der Füll- und

Entleerphase erfolgt in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Transportbehälter mit Hilfe eines Schwimmers, der wechselweise ein Ventil zwischen dem Transportbehälter und dem Gas-Raum des Austreibers öffnet und schließt. Nachteilig ist hierbei der relativ große Steuerungsaufwand.

Sowohl die aus der Praxis bekannte elektrische Pumpe als auch der oben beschriebene Transportbehälter dienen ausschließlich zum Antrieb der reichen Lösung vom Absorber zum Austreiber. Ein geschlossener Kreislauf des Lösungsmittels ergibt sich erst durch Strömung der armen Lösung aus dem Austreiber zurück in den Absorber. Die hier bisher verwendete fest eingestellte Drossel hat den Nachteil, daß der Mengenstrom der armen Lösung unabhängig vom Strom der reichen Lösung konstant ist. Zur Aufrechterhaltung eines stabilen Kreislaufes ist es wünschenswert, insbesondere wenn" die Leistung der Wärmepumpe bzw. Kältemaschine regelbar sein soll, daß die beiden Stoffströme mengenmäßig in Abhängigkeit voneinander fließen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Absorptions-Wärmepumpe oder -Kältemaschine zu schaffen, die in der Leitung für die reiche Lösung einen einfach aufgebauten Antrieb aufweist, durch den die Nachteile einer elektrischen Pumpe vermieden werden und der einen stabilen Lösungsmittelkreislauf bewirkt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb als Verdränger ausgebildet ist, dessen Gehäuse von einem antreibbaren, in Achsrichtung beweglichen Verdrängerkörper in zwei Kammern unterteilt ist, von denen die eine in der Leitung für arme Lösung und die andere in der Leitung für reiche Lösung liegt, und daß in den beiden Leitungen vor und hinter dem Verdränger je ein schaltbares Absperrorgan angeordnet ist, wobei der Verdrängerkörper in seinen beiden Bewegungsrichtungen unterschiedliche Volumina fördert. Die Absperrorgane dienen paarweise als Begrenzung der beiden

verschiedenen Druckbereiche. Beide Kammern des Verdrängers stehen, je nach dem, welches der Absperrorgan-Paare geöffnet ist, entweder in Verbindung mit dem Austreiber oder mit dem Absorber. Das bedeutet, daß zwischen den beiden Kammern keine Druckdifferenz vorhanden ist. Die notwendige Antriebsenergie des Verdrangerkorpers ist minimal. Sie muß gerade groß genug sein, um die Reibungskräfte zwischen Verdrängerkörper und Gehäuse zu überwinden. Durch Bewegung des Verdrangerkorpers werden die Volumina der Kammern entweder verkleinert oder vergrößert.

Die Volumenvergrößerung einer Kammer bewirkt die Ansaugung der Lösung, in dessen Leitung sie eingebunden ist, während die Verkleinerung der Kammer eine Verdrängung bewirkt. Jede der beiden Bewegungseinrichtungen des Verdrangerkorpers ist jeweils mit einem Schaltzustand der Absperrorgane gekoppelt*.

Da die Dichten von reicher und armer Lösung infolge der unterschiedlichen Gehalte an Kältemittel verschieden sind, ist der Verdränger bzw. der Verdrängerkörper derart ausgebildet, daß je nach Hubrichtung unterschiedliche Volumina gefördert werden.

Dadurch, daß der Mengenfluß der reichen Lösung mit dem Mengenfluß der armen Lösung gekoppelt ist, wird ein stabiler Kreislauf erreicht.

Eine Verbesserung der Leistungsziffer der Anlage ist durch Anpassung des Umlaufes an die Prozeßbedingungen auf einfache Weise möglich, indem der Arbeitstakt des Verdrängers verändert wird. Eine einzige Baugröße des Verdrängers kann in Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen unabhängig von deren Leistungen eingesetzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Absorptions-Wärmepumpe oder -Kältemaschine ist vorgesehen,

daß der Verdrängerkörper elektromagnetisch angetrieben wird. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere, daß der Verdränger hermetisch abgeschlossen ist.

Eine weiteres bevorzugtes Merkmal sieht einen ventilgesteuerten Bypaß vor, der vom Gasraum des Austreibers abgeht und in die Leitung für arme Lösung zwischen dem Verdränger und dem hochdruckseitigen Absperrorgan mündet. Hierdurch wird es nach entsprechender Schaltung der Absperrorgane möglich, den Absorber bei Störfällen leerzupumpen.

Eine besonders vorteilhafte konstruktiv sher einfache Ausführungsform des Verdrängers ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer für arme Lösung einen kleineren Durchmesser aufweist als die Kammer für reiche Lösung und daß der Verdrängerkörper aus zwei miteinander verbundenen kolbenartigen Teilstücken unterschiedlichen Durchmessers besteht, von denen höchstens das eine in der zugehörigen Kammer flüssigkeitsdicht geführt ist.

Vorteilhaft ist weiterhin eine alternative Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kammern von gleichem Durchmesser sind, wobei die Kammer für arme Lösung eine gekrümmte rotationssymmetrische Stirnseite aufweist, und daß der Verdängerkörper als Kolben ausgebildet ist, dessen in der Kammer für arme Lösung arbeitendes Ende eine gleichsinnig gekrümmte rotationssymmetrische Stirnseite aufweist. Beide Konstruktionen gewährleisten die abgestimmte Förderung unterschiedlicher Volumina. In der letztgenannten Version können die gekrümmten Stirnseiten beispielsweise parallele Kegelflächen sein. Bei anderen Förderverhältnissen sind andere, auch unterschiedliche Formen, denkbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch ein bevorzugtes Beispiel eines Lösungsmittelkreislaufes.

Ein waagerecht angeordneter Verdränger 1 besteht aus einem zylinderförmigen Verdrängergehäuse 2, das von einem in Achsrichtung beweglichen Verdrängerkörper 3 in zwei Kammern 4 und 5 unterteilt ist. Während die Kammer 4 in die Leitung 6 der armen Lösung - die von einem Austreiber 7 zu einem Absorber 8 führt - eingebunden ist, liegt die Kammer 5 in einer Leitung 9 für die reiche Lösung, die vom Absorber 8 zum Austreiber 7 führt.

Die Kammer 4 weist einen kleineren Durchmesser auf als die Kammer 5. Der Verdrängerkörper besteht aus zwei miteinander verbundenen kolbenförmigen Teilstücken 10 und 11. Das Teilstück 10 ist gegenüber der Gehäusewand flüssigkeitsdicht ausgebildet. Dagegen befindet sich zwischen dem Teilstück 11 und dem Verdrängergehäuse 10 zum Druckausgleich ein Ringspalt.

Der Antrieb des Verdrängerkörpers 3 erfolgt elektromagnetisch. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der aus magnetischem Material bestehende Verdrängerkörper wechselweise von an den Stirnseiten des Gehäuses angeordneten Elektromagneten 12 und 13 angezogen. Parallel zur Seitenwand verschiebbare'Magneten sind ebenfalls möglich. In den Leitungen 6 und 9 ist zwischen Verdränger 1 und Austreiber 7 je ein hochdruckseitiges Magnetventil 14 und 15 angeordnet. In gleicher Weise befinden sich in den Leitungen 6 und 9 zwischen dem Verdränger 1 und dem Absorber 8 niederdruckseitige Magnetventile 16 und 17. Durch wechselseitiges Öffnen bzw. Schließen entweder der hochdruckseitigen Magnetventile 14 und 15 oder der niederdruckseitigen Magentventile 16 und 17 steht der gesamte Verdrängerkörper entweder unter dem Druck des Austreibers oder unter dem Druck des Absorbers. Bei der nach recht gerichteten Bewegung des Verdrängerkörpers 3 sind die Magnetventile 14 und 15 geschlossen und die Ventile 16 und 17 geöffnet. Durch die Verkleinerung des Volumens der Kammer 4 wird die arme Lösung zum Absorber gepumpt, während gleichzeitig durch Vergrößerung des Volumens die Kammer 5 die reiche Lösung

aus dem Absorber gesaugt wird. Bewegt sich der Verdrängerkörper wieder nach links, sind die Magnetventile 16 und 17 geschlossen und die Magnetventile 14 und 15 geöffnet. Die beim vorherigen Hub aus dem Absorber angesaugte reiche Lösung wird jetzt in den Austreiber gepumpt, während gleichzeitig aus dem Austreiber arme Lösung abgesaugt wird.

Die dargestellte waagerechte Anordnung des Verdrängers hat den Vorteil, daß keine durch das Gewicht des Verdrängerkörpers bedingte Kräfte überwunden werden müssen.

Wenn, wie gezeigt, der Verdränger unterhalb des Absorbers angeordnet ist, wird die Förderung der reichen Lösung aus dem Absorber durch die Schwerkraft unterstützt.

Durch einen Bypaß 18, der vom Gasraum des Austreibers abgent und in die Leitung für arme Lösung zwischen dem Verdränger 1 und dem hochdrucksextigen Magnetventile 14 mündet, wird es möglich, den Austreiber im Störfall zu füllen. Hierbei wird das Magnetventil 14 während der Bewegung des Verdrangerkörpers in beide Richtungen des Verdrängers geschlossen gehalten. Durch öffnen eines Magnetventils 19 bei der Bewegung des Verdrängerkörpers 3 nach links strömt in die Kammer 4 unter Austreiberdruck stehendes Gas. Auf diese Weise wird die Ausbildung einer Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern vermieden.

Claims

Ruhrgas Aktiengesellschaft, Essen

Ansprüche

Absorptions-Wärmepumpe oder -Kältemaschine mit einem unter hohem Druck stehenden Austreiber und einem unter niedrigerem Druck stehenden Absorber, die durch eine Leitung für arme Lösung und eine einen Antrieb enthaltende Leitung für reiche Lösung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb als Verdränger (1) ausgebildet ist, dessen Gehäuse (2) von einem antreibbaren, in Achsrichtung beweglichen Ver-'drängerkörper (3) in zwei Kammern (4, 5) unterteilt ist, von denen die eine (4) in der Leitung (6) für arme Lösung und die andere (5) in der Leitung (9) für reiche Lösung liegt, und daß in den beiden Leitungen (6, 9) vor und hinter dem Verdränger (1) je ein schaltbares Absperrorgan (14-17) angeordnet ist, wobei der Verdrängerkörper (1) in seinen beiden Bewegungsrichtungen unterschiedliche Volumina fördert.

Absorptions-Wärmepumpe oder -Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (1) elektromagnetisch angetrieben wird.

Absorptions-Wärmepumpe oder -Kältemaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen ventilgesteuerten Bypaß (18), der vom Gasraum des Austreibers (7) abgeht und in die Leitung (6) für arme Lösung (6) zwischen dem Verdränger (1) und dem hochdruckseitigen Absperrorgan (14) mündet.

4. Absorptionswärmepumpe oder -Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (4) für arme Lösung einen kleineren Durchmesser aufweist als die Kammer (5) für reiche Lösung, und daß der Verdrängerkörper (3) aus zwei miteinander verbundenen kolbenartigen Teilstücken (10, 11) unterschiedlichen Durchmessers besteht (10) in derzugehörigen Kammer (5) flüssigkeitsdicht geführt ist.

5. Absorptions-Wärmepumpe oder -Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (4, 5) von gleichem Durchmesser sind, wobei die Kammer (4) für arme Lösung eine gekrümmte, rotationssymmetrische Stirnseite aufweist, und daß der Verdrängerkörper als Kolben ausgebildet ist, dessen in der Kammer (4) für arme Lösung arbeitendes Ende ein

"gleichsinnig gekrümmte, rotationssymmetrische Stirnseite aufweist.