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Titel der Erfindung Absorptionswärmepumpe Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Absorptionswarmepumpen mit im Lb.sungskreislauf angeordneter
Lösungspumpe. Die Anwendung erfolgt für nach dem Absorptionsverfahren arbeitende
Kälteanlagen und Wärmepumpen.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Absorptionswärmepumpen
bestehen im wesentlichen aus einem Austreiber, einem Verflüssiger, einem Verdampfer
und einem Absorber. Der Lbsungskreislauf zwischen Austreiber und Absorber wird durch
eine mechanisch betriebene Lösungspumpe aufrechterhalten.
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Der PrimCrenergieausnutzungsgrad derartiger Wärmepumpen wird im Hinblick
auf die zumeist elektrisch angetriebenen Lö.sungspumpen und insbesondere unter dem
Blickwinkel des niedrigen Kraftwerkswirkungsgrades bei der Erzeugung von Elektroenergie
nicht unerheblich verschlechtert.
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Eine Verbesserung der Leistung von Absorptionswärmepumpen erfolgt
beispielsweise durch die Verwendung von Temperaturwechslern zum Wärmeaustausch zwischen
arbeitemittelarmer, heißer Lösung und arbeitsmittelreicher, kalter Lösung im Lösungskreislauf
bzw. zwischen Kaltdampf aus dem Verdampfer und warmen Kondensat aus dem Verflüssiger.
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Neben den vielfältigen Vorrichtungen zum Fördern von Fluiden mit elektrischer,
hydraulischer9 pneumatischer und mechani scher Energieeinspeisung, die alle mit
ungünstigem Wirkungsgrad arbeiten, sind auch Pumpen bekannt geworden, die mit Wärmeenergie
angetrieben werden.
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So wird bereite eine Vorrichtung zum Fördern oder Verdichtern von
Fluiden beschrieben, bei der die Wärmeenergie uber ein Hilfsfluid, einen Verdampfer,
eine Dampfkrafteinrichtung und einen Kondensator in Antriebsleistung umgewandelt
wird, wobei durch die periodische Expansion eines tischen Behälters über ein System
von Steuerventilen nach dem Verdrängerprin zip eine Injektorpumpe bzw. eine Strahlpumpe
angetrieben wird.
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Bei einem weiterhin bekannten Solar-Antrieb £Rr Hubkolben pumpen wird
durch Sonneneinstrahlung in einem Heizsystem Dampf erzeugt, der einen hin- und hergehenden
Kolben antreibt und über eine Kolbenstange direkt den Hubkolben einer Pumpe betätigt.
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Die beschriebenen Fluidfördereinrichtungen sind aufgrund des teilweise
erheblichen mechanischen Aufwandes und der komplizierten Wirkungsweise für den Einsatz
in Absorptionswärmepumpenanlagen nicht geeignet.
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Von den mit Wärmeenergie betriebenen Pumpen werden zur Ldsungsumwälzung
in Absorptionswärmeanlagen bisher lediglich Thermosyphonpumpen angewendet. Diese
nach dem Prinzip der Dampfblasenpumpe arbeitenden Fluidförderer sind in der örderleistung
begrenzt und somit nur bei geringem Druckunterschied zwischen Hoch- und Niederdruckstufe
der Absorptions wärmepumpe einsetzbar. Das zur Erreichung des geringen Druckunterschiedes
verwendete Inertgas bewirkt Diffusionsverluste und erfordert sehr große Wärmetauscherflächen.
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Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung liegt in der Verbesserung
der Leistung von Absorptionswärmepumpen und der Verringerung der Kosten zum Betreiben
der Wärmepumpe, insbesondere unter dem Blickwinkel der Einsparung von Elektroenergie
und Primärenergie.
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Darlegung des wesen der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Absorptionswärmepumpe im Bereich des Lösungskreislaufs so weiterzuentwickeln,
daß in Verbindung mit einer Verbesserung der Ausnutzung der im Wärmepumpenkreislauf
vorhandenen Energieträger durch Verwendung von Temperaturwechslern gleichzeitig
eine im Hinblick auf geringen Anschaffunge-, Wartunge- und Energieaufwand auszubildende
Lösungspumpe eingesetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein periodisch
mit Kaltdampf aus dem Verdampfer und warmem Medium aus dem Wärmepumpenkreislauf
betriebener Temperaturwecheler einem als geschlossener Behälter ausgebildeten und
mit einem Arbeitsmedium, vorzugsweise einem Zweistoffgemisch aus Ammoniak und Wasser,
gefüllten Antriebsteil einer Lösungspumpe zugeordnet ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Aus treiber in Höhe des
mittleren Lösungsstandes zum Auagleich des durch den periodischen Betrieb der Förderpumpe
bedingten plötzlichen Anstiegs des Flussigkeitsspiegels durch einen als scheibenförmige
Erweiterung ausgebildeten Niveaususgleicher charakterisiert.
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Das Fördermedium ist durch eine im Pumpengehäuse angeordnete Membran
vom Arbeitsmedium irn thermischen Antriebsteil der Lösungspumpe getrennt.
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Die Auswahl des Arbeitsmediums erfolgt in Abhängigkeit vom Druckunterschied
zwischen Hoch- und Niederdruckteil der Absorptionswärmepumpe, der Temperatur des
Fördermediumsund der Temperaturdes dem Temperaturwechsler zugeführtenHeiz- bzw.
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kühlmediums.
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Nach einem weiteren Merkmal der rfindung erfolgt die Beaufachlagung
des Temperaturwechslers mit warmem Medium durch heiße, arbeitsmittelarme Lösung
oder Heißdampf aus dem Austreiber oder warmes Kondensat aus dem Verlüssiger.
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Der Verdampfungsdruck des Arbeitsmediums ist in der Heizphase etwas
höher als der Druck am Druckstutzen der Lösungspumpe und in der Kühlphase etwas
niedriger als der Druck om Saugstutzen Die Vorteile der Erfindung liegen darin,
daß in Verbindun mit der Leistungsverbesserung der Wärmepumpe durch Wärmeaustausch
zwischen Kaltdampf und heißem Medium gleichzeitig die Antriebsenergie für die Lösungspumpe
in Form von Wärme bereitgestellt wird.
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Durch die Anwendung von Wärme unmittelbar aus dem Wärmepumpenkreislauf
entfallen zusätzliche Anlagenkosten zum Antrieb der Lösungspumpe. Für die Anschaffung
und Wartung der nach der Erfindung eingesetzten Lösungspumpe ist ein verminderter
Aufwand erforderlich.
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Die Zuordnung des Niveauausgleichers gewährleistet eine gleichmäßige
Erwärmung des im Austreiber befindlichen Volumens, wobei gleichzeitig die sich im
Niveauausgleicher befindende Flüssigkeit durch aus dem Heizteil aufsteigende Wärme
vorgewärmt und somit die Wärmeausnutzung weiter verbessert wird.
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Besonders vorteilhaft ist der thermische Antrieb der Lösungspumpe
unter den Bedingungen der Wärmepumpe in Hinblick auf den niedrigen Wirkungsgrad
bei der Erzeugung vonElek-
troenergie.
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Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnung, in der eine Absorptionswärmepumpe unter Hervorhebung des Lösungskreislaufs
schematisch dargestellt ist, näher erläutert.
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Der Antriebsteil der Absorptionswärmepumpe besteht aus dem Austreiber
1 und dem Absorber 2, die einerseits über die Ventilkombination 3 und das Drosselorgan
4 durch die Leitung 5 und andererseits über die Lösungspumpe 6 und die Leitungen
7, 8 miteinander verbunden sind.
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In die Verbindungsleitung 9 zwischen Verdampfer 10 und Absorber 2
ist eine Ventilkombination 11 eingebunden, von der eine Hilfsleitung 12 über den
Temperaturwecheler 13 zum Absorber 2 geführt ist. Eine weitere Hilfsleitung 14,
die gleicfalls über den Temperaturwechsier 13 führt, überbrückt die Verbindungsleitung
5.
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Der Austreiber 1 ist mit einem Niveauausgleicher 19 sowie dem Heizteil
20 versehen.
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Die Lösungspumpe 6 besteht aus dem Pumpengehäuse 15, an dessen innerem
Umfang eine Membran 16 eingespannt ist. Oberhalb der Membran 16 sind der Druckstutzen
17 und der Saugstutzen 18 der Lösungspumpe 6 angeordnet. In dem Behälter unterhalb
der Membran 16 befindet sich in einer ca. 65°SO-igen Lösung aus Ammoniak und Wasser
der Temperaturwechsler 13.
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Im folgenden wird die tVirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung
im Wärmepumpenkreislauf beschrieben:
Über den Temperaturwechsler
13 wird nach dem Ausführungsbeispiel abwechselnd heiße,arbeitsmittelalarme Lösung
vonca.
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90 °C aus dem Austreiber 1 bzw. Kaltdampf mit ca. 10 OC aus dem Verdampfer
10 geführ. Durch den hierbei stattfindenden Wärmeaustausch wird die Leistung der
Absorptionswärmepumpe verbessert. Gleichzeitig übernimmt der Temperaturwechsler
13 zusammen mit dem NH3/H2O-Gemisch in dem durch die Membran 16 und den unteren
Teil des Pumpengehäuses 15 gebildeten geschlossenen Behälter die Funktion desAntriebsteils
der Lösungspumpe 6.
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Die durch den Temperaturwechaler 13 geführte heiße Lösung erwärmt
das Ammoniak/Wasser-Gemisch auf ca. 70 °C, so daß ein Teil des Gemisches verdampft
und der Druck im Antriebsteil auf etwa 2 MPa ansteigt. Der Druck liegt damit über
dem im Austreiber 1, wodurch die Membran 16 in Bewegung gesetzt und die oberhalb
der Membran befindliche Lösung in den Austreiber 1 gefördert wird.
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In der anschließenden Ansaugphase, in der Kaltdampf durch den Temperaturwechsler
13 geleitet wird, kühlt sich die NH3/H2O-Lösung im Antriebsteil der Lösungspumpe
6 soweit ab, daß der Sättigungsdruck auf ca. 0,25 MPa fällt. Der Druck ist somit
gleich oder kleiner als der Absorberdruck, so daß über den Saugstutzen 18 arbeitsmittelreiche
Lösung aus dem Absorber nachströmen kann.
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Nach erneuter Wärmezufuhr über den Temperaturwechsler 13 wird die
angesaugte Plüssigkeit entsprechend dem oben beschriebenen Vorgang in den Austreiber
1 geleitet.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Austreiber 2..............
Absorber 3, ii.......... Ventilkombination 4.............. Drosselorgan 5, 7, 8,
9..... Verbindungsleitung 6.............. Lösungspumpe 10............. Verdampfer
12, 14......... Hilfsleitung 13............. Temperaturwechsler ... Pumpengehäuse
16............. Membran 17............. Drucketutzen 18.............. Saugstutzen
19.............. Niveauausgleicher 20.............. Heizteil