DE3344421A1 - Heizungsanlage mit einer absorptionswaermepumpe - Google Patents

Description

• Heizungeanlage mit einer Absortionswärmepume
• Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Heizungsanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Heizungsanlage dieser Gattung (DE-A1-31 49 005) wird die Überhitzung des Kältemittels im Verdampfer durch das im Kältemittelkreis zwischen Kondensator und Verdampfer liegende Expansionsventil geregelt. Derartige Expansionsventile mit Regel funktion sind bei Kompressionsärmepumpen üblich, bei denen z.B. eine Halogenverbindung eines Kohlenwasserstoffes als Arbeitsstoff verwendet wird. Der Einsatz von regelnden Expansionsventilen in Hausheizungsanlagen mit Absorptionswärmepumpen, die mit Ammoniak und Wasser als Arbeitsstoffe arbeiten, ist jedoch problematisch, weil wegen der relativ hohen Verdampfungswärme des Ammoniaks nur geringe Mengen durch das Expansionsventil durchgesetzt werden und der Öffnungsquerschnitt des Ventils daher anfällig gegen Korrosionsprodukte und Verunreinigungen im Kältemittelkreislauf ist.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß im Kältemittelkreis ein Expansionsventil mit festeingestelltem Drosselquerschnitt verwendet wer-den kann, der so bemessen ist, daß das Expansionsventil nicht anfällig gegen Verschmutzen und Zusetzen des Drosselquerschnitts ist. Außerdem macht sich die erfindungsgemäße Anordnung die Erfahrungstatsache zu nutze, daß sich der Niederdruck einer Absorptionswärmepumpe leichter durch Beeinflussen des Absorbers (Massestrom, Konzentration, Temperatur) als durch Beeinflussen des Verdampfers ändern läßt.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Regler auf eine rer stellbare Drosseleinrichtung in der die arme Lösung füh enden Vorlaufleitung des Lösungsmittelkreises einwirkt. Didurch ist erreicht, daß wegen des größeren Volumensstrois der armen Lösung die Regelquerschnitte jeweils größer aLs in einem regelnden Expansionsventil für das Kältemittel siid. Mit der Änderung des Regelquerschnitts wird die sogenannte pntgasungsbreite im Austreiber und dadurch die KonzentratiDnen der armen und der reichen Lösung verändert. Das hat wieierum zur Folge, daß sich der Druck im Absorber und Verdampfen und die Verdampfungstemperatur ändern. Die Verdampfungstemperatur wird der Umgebungstemperatur des Verdampfers so nachgeführt, daß sich eine bestimmte, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 7 K liegende Temperaturdifferenz zwischen Verdampfungs- und Überhitzungstemperatur ergibt. Dadurch kann der Verdampfer optimal genutzt und die Heizzahl der Wärmepumpe günstig beeinflußt werden.
• Die Merkmale der Ansprüche 3 bis 8 stellen besonders zweckmäßige Ausbildungen der Regeleinrichtung dar.
• Versuche haben ergeben, daß sich bei der erfindungsgemäßen Regelung der Kältemittelüberhitzung durch Eingriff in den Lösungsmittelkreis die an sich bekannte Aufteilung der Kältemittelexpansion auf zwei hintereinander angeordnete Drosselventile mit zwischenliegendem Kondensatnach kühler besonders gut bewährt.
• Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 schematisch eine Heizungsanlage nach dem ersten Ausführungsbeispiel und Figur 2 die Regelt einrichtung einer derartigen Anlage nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Heizungsanlage nach Figur 1 hat als Heizquelle eine Absorptionswärmepumpe mit einem gasbeheizten Austreiber 10, von welchem eine Kältemittelleitung 12 über einen Kondensator 14, ein erstes Expansionsventil 16, einen Wachkühler 18 und ein zweites Expansionsventil 20 in einen Verdampfer 22 führt. Dieser ist durch ein Gebläse 24 mit Umgebungsluft beaufschlagt und über eine durch den Nachkühler 18 führende Leitung 26 mit dem Dampfraum eines Absorbers 28 verbunden.
• An den Austreiber 10 ist ferner eine Leitung 30 für arme Lösung angeschlossen, die über einen Temperaturwechsler 32 und über ein regelbares Drosselventil 34 zum Absorber 28 führt. Dem Drosselventil 34 ist ein fest eingestelltes Bypassventil 36 zugeordnet, welches einen Mindestdurchsatz der armen Lösung sicherstellt. An den Absorber 28 ist eine Leitung 38 für reiche Lösung angeschlossen, die über eine Lösungspumpe 40 und den Temperaturwechsel 32 zurück zum Austreiber 10 führt. Die Absorptionswärmepumpe ist mit Raumheizkörpern 42, 44 über einen Heizwasserkreislauf 46 gekoppelt, der über einen Wärmetauscher 48 im Kondensator 14 und einen Wärmetauscher 50 im Absorber 28 führt. Als Arbeitsstoffe sind Ammoniak und Wasser vorgesehen.
• Zum Regeln der Überhitzung des Kältemitteldampfes am Ausgang des Verdampfers 22 ist ein pneumatischer Stellantrieb 52 vorgesehen, welcher regelnd auf.das Drosselventil 34 einwirkt. Der Stellantrieb 52 hat zwei Druckkammern 54, 56, von denen die eine mit einem stromab des Drosselventils 34 an die Leitung 30 angeschlossenen Druckmeßfühler 58 verbunden ist. Die andere Druckkammer 56 ist mit dem Dampfraum einer teilweise mit flüssigem Kältemittel gefüllten Meßkapsel 60 verbunden, welche in wärmeleitendem Kontakt mider Leitung 26 steht und daher vom überhitzten KältemitteldamDf mittelbar beheizt ist.
• Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Im Dampfraum. der Meßkapsel 60 herrscht in etwa der Sättigungsdruck des Kältemittels bei der Temperatur, mit welcher das Kältemittel aus dem Verdampfer austritt. Dieser Sättigungsdruck ist daher ein Maß für die Überhitzungstemperatur des Kältemitteldampfes. Andererseits ist der vom Druckmessfünler 58 erfaßte Absorber- bzw. Verdampferdruck (von geringfügigen Druckabfällen in den durchströmten Leitungen ist hier abgesehen ) ein Maß für die Verdampfungstemperatur im Verdampfer 22. Dem als Regler wirkenden Stellantrieb 52 des Drosselventiles 34 im Lösungsmittelkreis wird daher die Differenz zwischen Überhitzungs- und Verdampfungstemperatur des Kältemittels als Istwert der Regelgröße eingegeben.
• Der Sollwert der Regelgröße, der vorzugsweise im Bereich von 3 bis 7 K liegt, wird durch eine nicht dargestellte Federanordnung im Stellantrieb 52 eingestellt.
• Steigt die Regelgröße, nämlich die Differenz zwischen Überhitzungs- und Verdampfungstemperatur 9 beispielsweise bei steigender Umgebungstemperatur (Wärmequellentemperatur) über den Sollwert an, dann wirkt der Stellantrieb 52 im Sinn einer Verringerung des Lösungsmitteldurchsatzes auf das Drosselventil 34 ein. Dadurch wächst die sogenannte Entgasungsbreite, d.h. die Konzentration der reichen Lösung wird größer und die Konzentration der armen Lösung nimmt ab. Bei konstant gehaltener Heiztemperatur am Wärmetauscher 50 des Absorbers 28 steigen dann der Druck im Absorber 28 und damit der Verdampfungsdruck und die Verdampfungstemperatur an. Dadurch verringert sich das Temperaturgefälle zwischen Umgebungstemperatur und Verdampfungstemperatur und die Überhitzung des Kältemittels sinkt, bis sie den Sollwert wieder erreicht hat. Bei Absinken der Überhitzung unter den Sollwert reagieren der Stellantrieb 52 und das Drosselventil 34 umgekehrt, wodurch sich ein größer Durchgangsquerschnitt für die arme Lösung und geringerer Absorber- bzw.
• Verdampferdruck ergibt.
• Mit der beschriebenen Anordnung wird die Überhitzung des Kältemitteldampfes unabhängig von der Umgebungs- und der Heizungstemperatur auf einen gewünschten Sollwert eingeregelt. Der Verdampfungsdruck und damit die Verdampfungstemperatur werden stets der Umgebungstemperatur nachgeführt, wodurch der Verdampfer 22 optimal genutzt und die Heizzahl der Anlage günstig beeinflußt wird. Ferner wird bei höheren Umgebungstemperaturen die Vereisungsgeschwindigkeit des Verdampfers 22 herabgesetzt, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Energiebilanz auswirkt.
• Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 hat ein Regler 62 für die Kältemittelüberhitzung ein elektrisches Meßwerk, welches über temperaturabhängige Widerstände 64 und 66 die Temperaturdifferenz zwischen Austritt und Eintritt des Kältemittels am Verdampfer 22 ermittelt und verarbeitet. Der Regler 62 steuert ein Magnetventil 68 in der Leitung 30 für die arme Lösung so an, daß das Magnetventil 68 entweder voll geöffnet oder voll geschlossen ist. Das Magnetventil 68 ist in Reihe mit einer Festdrossel 70 geschaltet und das Bypassventil 36 ist so an die Leitung 30 angeschlossen, daß es sowohl das Magnetventil 68 als auch die Festdrossel 70 überbrückt.
• Bei voll geöffnetem Magnetventil 68 ergibt sich durch die Parallel schaltung der Festdrossel 70 mit dem Bypassventil 36 ein großer Lösungsmitteldurchsatz, während bei geschlossenem Magnetventil 68 nur noch eine kleinere Menge der armen Lösung fließt. Die Regelung im Zwischenbereich erfolgt durch zeitlich hintereinanderfolgendes Öffnen und Schließen des Magnetventils 68, so daß sich im zeitlichen Mittel beliebige Werte des Massestromes der armen Lösung einstellen lassen.

Claims (10)

1. Ansprüche fs 1". Heizungsanlage mit einer Absorptionswärmepumpe, deren Kondensator und Absorber über Wärmetauscher mit einem Heizmittelkreislauf gekoppelt sind und die einen Regler für die Überhitzung des Kältemittels im Verdampfer hat, welchem als Regelmeßwerte eine der Verdampfungstemperatur entsprechende erste Größe und eine der Überhitzungstemperatur entsprechende zweite Größe eingegeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Überhitzung durch einen dem Druck im Absorber (28) steuernden Eingriff in den Lösungsmittelkreis (30, 38) erfolgt.
2. 2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (52) auf eine verstellbare Drosseleinrichtung (34 bzw. 68, 70) in der die arme Lösung fhr-nden Vorlaufleitung (30) des Lösungsmittelkreises -einwirkt.
3. 3. Heizungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (52) als ein mit zwei Druckkammern (54, 56) versehener pneumatischer Stellantrieb ausgebildet ist, dessen eine Druckkammer (54) an einen den Verdampfer- bzw.

   Absorberdruck erfassenden Druckmeßfühler (58) angeschlossen ist und dessen andere Druckkammer (56) mit dem Dampfraum einer mit eigenem flüssigen Kältemittel teilweise gefüllten Meßkapsel (60) in Verbindung steht, die von dem im Verdampfer (22) überhitzten Kältemittel mindestens mittelbar beheizt ist.
4. 4. Heizungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (62, Fig. 2) ein die Temperaturdifferenz zwischen Austritt und Eintritt des Kältemittels am Verdampfer (22) ermittelndes Meßwerk hat.
5. 5. Heizungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne,, daß der Regler (62) ein elektrisches Meßwerk hat und ein Magnetventil (68) im Lösungsmittelkreis (30, 38) ansteuert.
6. 6. Heizungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne-, daß der Regler (62) das Magnetventil (68) im Auf-Zu-Betrieb mit veränderbarer Impulsrrequenz ansteuert.
7. 7. Heizungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnctventil (68.) mindestens ein Bypass mit einer Festdrossel (-36) zugeordnet ist.
8. 8. Heizungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass eine Reihenschaltung des Magnetventils (63) mit einer zweiten Festdrossel (70) umgeht.
9. 9. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemittelexpansion strDmab des Kondensators (14) durch zwei hintereinandergeschaltete Expansionsventile (16, 20) in zwei Schritten erfolgt.
10. 10. Heizungsanlage nach Anspruch 9, mit einem als Kältemittelnachkühler wirkenden Wärmetauscher zwischen dem dea Verdampfer zufließenden und dem den Verdampfer verlassen den Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Expansionsventil (26) stromauf und das zweite Expansionsventil (20) stromab des Wärmetauschers (18) angeordnet-ist.