DE3347943C2 - Method for operating an absorption heat pump and absorption heat pump for carrying out the method - Google Patents

Method for operating an absorption heat pump and absorption heat pump for carrying out the method

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DE3347943C2
DE3347943C2 DE19833347943 DE3347943A DE3347943C2 DE 3347943 C2 DE3347943 C2 DE 3347943C2 DE 19833347943 DE19833347943 DE 19833347943 DE 3347943 A DE3347943 A DE 3347943A DE 3347943 C2 DE3347943 C2 DE 3347943C2
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Paul 5000 Köln Heimbach
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Joh Vaillant GmbH and Co
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/04Heat pumps of the sorption type

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  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for operating an absorption heat pump having an ejector heated by a heat source, a condenser, throttle points, an evaporator, an absorber and lines connecting these. To achieve the object on the one hand of utilising as far as possible the energy inherent in the smoke gases of the heat source and on the other hand of largely avoiding damage caused by condensate in the lines, according to the invention the rich solution leaving the absorber (18) is supercooled by means of the refrigerant leaving the evaporator (26) and is subsequently heated by means of smoke gases of the heat source (2) and the lean solution, and the smoke gases are admixed with the air stream feeding the evaporator (26), after they have previously been dried. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Absorptionswärmepumpe und auf die Absorptionswärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The present invention relates to a method for operating an absorption heat pump and to the absorption heat pump for carrying out the method according to the preamble of the main claim.

Aus der DE-OS 27 36 436 ist eine Sorptionswärmepumpe bekanntgeworden, bei der der Verdampfer über einen Kältewechsler mit dem Absorber verbunden ist. Im Zuge der Leitung für reiche Lösung sind zwei Wärmetauscher vorgesehen, um die reiche Lösung vor Eintritt in den Austreiber vorzuheizen. Die erste Stufe der Aufheizung geschieht mit armer Lösung, wobei ein entsprechender Wärmetauscher in die Leitung für arme Lösung hinter dem Expansionsventil eingefügt wird, und in der zweiten Stufe mit dem Kältemitteldampf aus dem Austreiber. Infolge des Temperaturniveaus, das die reiche Lösung beim Austritt aus dem Absorber aufweist, kommt es aufgrund der Saugwirkung der Förderpumpe zu einer Dampfblasenbildung in der reichen Lösung.A sorption heat pump has become known from DE-OS 27 36 436, in which the evaporator is connected to the absorber via a cooling exchanger. Two heat exchangers are provided in the line for rich solution to preheat the rich solution before it enters the expeller. The first stage of heating takes place with poor solution, whereby a corresponding heat exchanger is inserted into the line for poor solution behind the expansion valve, and in the second stage with the refrigerant vapor from the expeller. As a result of the temperature level that the rich solution has when it leaves the absorber, vapor bubbles form in the rich solution due to the suction effect of the feed pump.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Auftreten von Kavitation im Fördermittel für reiche Lösung weitestgehend zu vermeiden.The present invention is therefore based on the object of avoiding the occurrence of cavitation in the conveying medium for rich solution as far as possible.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die in dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale.This problem is solved by the features specified in the characterising part of the main claim.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.Further embodiments and particularly advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims. An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the figure in the drawing.

In der Figur ist eine Prinzipdarstellung der Leitungsführung einer Absorptionswärmepumpe dargestellt.The figure shows a schematic diagram of the piping of an absorption heat pump.

Eine Absorptionswärmepumpe weist einen Austreiber 1 auf, der von einer Wärmequelle 2, beispielsweise in Gestalt eines Gasbrenners, beheizt ist, der über eine mit einem Brennstoffventil 3 versehene Brennstoffzuleitung 4 mit Energie gespeist ist. Der untere Bereich des Austreibers 1 ragt in einen Feuerungsraum 5, an dessen Unterseite 6 Frischluft als Verbrennungsluft aus dem Aufstellungsraum des Austreibers 1 angesaugt wird.An absorption heat pump has an expeller 1 which is heated by a heat source 2 , for example in the form of a gas burner, which is supplied with energy via a fuel supply line 4 provided with a fuel valve 3. The lower area of the expeller 1 projects into a combustion chamber 5 , at the underside 6 of which fresh air is sucked in as combustion air from the installation room of the expeller 1 .

Ein Abgaszug 7 führt zu einem Rauchgaswärmetauscher 8, von dem sich eine Abgasleitung 9 zu einem Trockenwärmetauscher 10 fortsetzt, der innerhalb eines Luftkanals 11 angeordnet ist.An exhaust gas flue 7 leads to a flue gas heat exchanger 8 , from which an exhaust gas line 9 continues to a dry heat exchanger 10 which is arranged within an air duct 11 .

Der Austreiber 1 weist etwa in seinem mittleren Bereich einen Rektifikator 12 und in seinem oberen Bereich einen Dephlegmator 13 auf.The expeller 1 has a rectifier 12 approximately in its middle region and a dephlegmator 13 in its upper region.

Vom Austreiber 1 führt eine Leitung 14 für arme Lösung zu einem Temperaturwechsler 15, den die arme Lösung über eine Leitung 16 verläßt, die zu einem Expansionsventil 17 und anschließend zu einem Absorber 18 führt. Am Kopf des Austreibers 1 geht eine Kältemitteldampfleitung 19 ab, die zu einem Kondensator 20 führt. Der Kondensator ist über eine Leitung 21 mit einem im Luftkanal 11 angeordneten Wärmetauscher 22 verbunden, von dem eine Leitung 23 zu einem Expansionsventil 24 führt, dem über eine Leitung 25 der gleichfalls im Luftkanal 11 angeordnete Verdampfer 26 nachgeschaltet ist, der über eine Dampfleitung 27 mit dem Absorber 18 verbunden ist. Hierbei ist im Sumpf 28 des Absorbers eine Wärmetauscher- Rohrschlange 29 vorgesehen, deren dem Verdampfer 28 abgewandtes Ende bis zu einer mittleren Höhe 30 im Innenraum des Absorbers 18 reicht und dort endet.A line 14 for poor solution leads from the expeller 1 to a temperature changer 15 , which the poor solution leaves via a line 16 , which leads to an expansion valve 17 and then to an absorber 18. At the head of the expeller 1 , a refrigerant vapor line 19 branches off and leads to a condenser 20. The condenser is connected via a line 21 to a heat exchanger 22 arranged in the air duct 11 , from which a line 23 leads to an expansion valve 24 , which is followed via a line 25 by the evaporator 26 , also arranged in the air duct 11 , which is connected to the absorber 18 via a vapor line 27. In this case, a heat exchanger coil 29 is provided in the sump 28 of the absorber, the end of which facing away from the evaporator 28 reaches up to a medium height 30 in the interior of the absorber 18 and ends there.

Den Absorber verläßt am unteren Ende im Sumpf 28 eine Leitung 31 für reiche Lösung, die mit einer Lösungsmittelpumpe 32 versehen ist und zum Rauchgaswärmetauscher 8 führt. Hinter dem Rauchgaswärmetauscher 8 wird die reiche Lösung in einer Leitung 33 geführt, die an den Temperaturwechsler 15 angeschlossen ist. Der Temperaturwechsler 15 ist mit dem Rektifikator 12 über eine Leitung 34 für reiche Lösung verbunden.A rich solution line 31 leaves the absorber at the lower end in the sump 28 and is provided with a solvent pump 32 and leads to the flue gas heat exchanger 8. Behind the flue gas heat exchanger 8 , the rich solution is led in a line 33 which is connected to the temperature changer 15. The temperature changer 15 is connected to the rectifier 12 via a rich solution line 34 .

Ein Verbraucher 35 in Gestalt einer Fußbodenheizung, einer Radiatorenheizung oder eines Brauchwasserspeichers oder aus mehreren dieser Elemente ist mit einer Vorlaufleitung 36 und einer mit einer Umwälzpumpe 37 versehenen Rücklaufleitung 38 versehen, die zu einer Wärmetauscher-Rohrschlange führt, die im Inneren des Kondensators 20 angeordnet ist. Auch im Absorber 18 ist eine Wärmetauscher-Rohrschlange 40 angeordnet, die über eine Leitung 41 mit der Rohrschlange 39 verbunden ist. Die Rohrschlange 40 ist mit einer Rohrschlange verbunden, die den Dephlegmator 13 bildet und im Dom des Austreibers 1 angeordnet ist. An den Dephlegmator ist die Verbrauchervorlaufleitung 36 angeschlossen. Das den Verbraucher speisende Heizungsfluid zirkuliert demgemäß durch den Kondensator, den Absorber und den Dephlegmator der Wärmepumpe, wobei das Verbraucherfluid dreistufig in Serie aufgeheizt wird, während es unter Wärmeabgabe im Verbraucher 35 gekühlt wird.A consumer 35 in the form of an underfloor heating system, a radiator heating system or a domestic hot water storage tank or several of these elements is provided with a supply line 36 and a return line 38 provided with a circulation pump 37 , which leads to a heat exchanger coil arranged inside the condenser 20. A heat exchanger coil 40 is also arranged in the absorber 18 and is connected to the coil 39 via a line 41. The coil 40 is connected to a coil that forms the dephlegmator 13 and is arranged in the dome of the expeller 1. The consumer supply line 36 is connected to the dephlegmator. The heating fluid feeding the consumer accordingly circulates through the condenser, the absorber and the dephlegmator of the heat pump, the consumer fluid being heated in three stages in series, while it is cooled in the consumer 35 with heat release.

Der Luftkanal 11 saugt über sein einströmseitiges Ende 42 Luft aus der Atmosphäre an und beaufschlagt mit dieser Luft den Wärmetauscher 22. Stromab des Wärmetauschers 22 ist der Verdampfer 26 angeordnet, an den sich der Rauchgaswärmetauscher 10 anschließt. Am ausströmseitigen Ende 43 des Luftkanals 11 ist ein von einem nicht weiter dargestellten Motor angetriebenes Sauggebläse 44 angeordnet.The air duct 11 sucks in air from the atmosphere via its inflow end 42 and applies this air to the heat exchanger 22. Downstream of the heat exchanger 22 is the evaporator 26 , to which the flue gas heat exchanger 10 is connected. At the outflow end 43 of the air duct 11 is a suction fan 44 driven by a motor (not shown).

Der Trocknungswärmetauscher 10 ist an seiner tiefsten Stelle mit einem Schwimmerventil 45 versehen, das eine Kondensatabströmleitung 46 beherrscht. Vom Trocknungswärmetauscher 10 führt eine Rauchgasleitung 47, die mit einer Verschlußklappe 48 versehen ist, zum Luftkanal 11, die Austrittsöffnung 49 der Rauchgasleitung 47 liegt zwischen dem Wärmetauscher 22 und dem Verdampfer 26.The drying heat exchanger 10 is at its lowest provided with a float valve 45 which controls a condensate discharge line 46. A flue gas line 47 , which is provided with a closure flap 48 , leads from the drying heat exchanger 10 to the air duct 11 , the outlet opening 49 of the flue gas line 47 is located between the heat exchanger 22 and the evaporator 26 .

Die eben geschilderte Sorptionswärmepumpe weist folgende Funktionen auf: Durch Zufuhr von Brennstoff über das Brennstoffventil 3 und die Brennstoffleitung 4 wird die Wärmequelle 2 mit Energie versorgt und der Austreiber 1 beheizt. Das führt dazu, daß aus der Lösung, die sich am Boden des Austreibers ansammelt, arme Lösung über die Leitung 14 und Kältemitteldampf nach Rektifikation und Dephlegmierung über die Leitung 19 ausgetrieben werden. Der Kältemitteldampf gelangt in den Kondensator 20 und kondensiert hier unter der Einwirkung des kühlenden Verbraucherfluids. Kondensiertes Kältemittel gelangt über die Leitung in den dem Luftstrom ausgesetzten Wärmetauscher 22 und wird hier unterkühlt, wobei das kondensierte Kältemittel Wärme an den Luftstrom im Kanal 11 abgibt. Nach Unterkühlung gelangt das Kältemittelkondensat über die Leitung 23 zum Expansionsventil 24, wird hier entspannt und gelangt in den Verdampfer 26. Hier verdampft das entspannte Kältemittel teilweise unter Wärmeaufnahme aus dem Luftstrom des Kanals 11. Das verdampfte Kältemittel, das noch geringe flüssige Bestandteile aufweist, gelangt über die Leitung 27 in den Sumpf 28 des Absorbers 18.The sorption heat pump just described has the following functions: By supplying fuel via the fuel valve 3 and the fuel line 4, the heat source 2 is supplied with energy and the expeller 1 is heated. This results in poor solution being expelled from the solution that collects at the bottom of the expeller via line 14 and refrigerant vapor being expelled after rectification and dephlegmation via line 19. The refrigerant vapor reaches the condenser 20 and condenses here under the influence of the cooling consumer fluid. Condensed refrigerant reaches the heat exchanger 22 exposed to the air flow via the line and is supercooled here, whereby the condensed refrigerant gives off heat to the air flow in the channel 11. After supercooling, the refrigerant condensate reaches the expansion valve 24 via line 23 , is expanded here and reaches the evaporator 26 . Here, the expanded refrigerant partially evaporates while absorbing heat from the air flow of the channel 11. The evaporated refrigerant, which still has small liquid components, passes via the line 27 into the sump 28 of the absorber 18 .

Die den Austreiber 1 verlassende arme Lösung gelangt über die Leitung 14 in den Temperaturwechsler 15 und gibt hier Wärme an die über die Leitungen 33 und 34 zurückfließende reiche Lösung ab. Die abgekühlte arme Lösung gelangt über die Leitung 16 zu dem Expansionsventil 17, wird hier entspannt und erreicht den Absorber 18. Im Absorber vermischen sich Kältemittel und arme Lösung und geben Wärme über die Rohrschlange 40 an das Verbraucherfluid ab. Da die Lösungsmittelpumpe 32 reiche Lösung über die Leitung 31 aus dem Sumpf 28 des Absorbers 18 abzieht, passiert die reiche Lösung die Rohrschlange 29 beim Verlassen des Absorbers. Dabei erfolgt eine Nachverdampfung von Kältemittelflüssigkeit und eine Überhitzung des verdampften Kältemittels unter Wärmeaufnahme aus der reichen Lösung, die sich entsprechend unterkühlt. Durch Steuerung der Kältemittelzufuhr zum Verdampfer wird die Unterkühlung so bemessen, daß die Lösungsmittelpumpe 32 kavitationsfrei arbeitet. Mit der auf dem niedrigeren Temperaturniveau befindlichen reichen Lösung wird der Rauchgaswärmetauscher 8 gespeist. Aufgrund dieses niedrigen Temperaturniveaus ist es möglich, den Rauchgasen einen großen Teil der ihnen noch innewohnenden Wärme zu entziehen. Die aufgeheizte reiche Lösung gelangt über die Leitung 33 zum Temperaturwechsler 15 und wird hier in einer zweiten Stufe von der den Austreiber 1 verlassenden armen Lösung vorgeheizt. Die in den Austreiber 1 eintretende reiche Lösung kühlt im Bereich des Rektifikators den ausgetriebenen Kältemitteldampf, bevor dieser über die Leitung 19 den Austreiber 1 verläßt.The poor solution leaving the expeller 1 passes through line 14 into the temperature changer 15 and gives off heat to the rich solution flowing back through lines 33 and 34. The cooled poor solution passes through line 16 to the expansion valve 17 , is expanded here and reaches the absorber 18. In the absorber, the coolant and the poor solution mix and give off heat to the consumer fluid via the pipe coil 40. Since the solvent pump 32 draws rich solution from the sump 28 of the absorber 18 via line 31 , the rich solution passes through the pipe coil 29 when leaving the absorber. This results in re-evaporation of the coolant liquid and superheating of the evaporated coolant while absorbing heat from the rich solution, which is correspondingly supercooled. By controlling the coolant supply to the evaporator, the subcooling is dimensioned such that the solvent pump 32 operates without cavitation. The rich solution at the lower temperature level is fed to the flue gas heat exchanger 8. Due to this low temperature level, it is possible to extract a large part of the heat still inherent in the flue gases. The heated rich solution reaches the temperature changer 15 via line 33 and is preheated here in a second stage by the poor solution leaving the expeller 1. The rich solution entering the expeller 1 cools the expelled coolant vapor in the area of the rectifier before it leaves the expeller 1 via line 19 .

Die Rauchgase der Wärmequelle 2 beheizen somit zunächst den Austreiber 1 und anschließend den Rauchgaswärmetauscher 8. Danach werden die Rauchgase über die Leitung 9 dem Trocknungswärmetauscher 10 zugeführt. Hier werden die Rauchgase im Bereich des Luftkanals 11 der kältesten Stelle dieses Luftkanals ausgesetzt, die sich stromab des Verdampfers 26 befindet. Damit werden die Rauchgase auf ein Temperaturniveau gebracht, das tiefer ist als das Temperaturniveau der Umgebungsluft. Hier fällt in größeren Mengen Rauchgaskondensat an, das über das Schwimmerventil 45 und die Kondensatleitung 46 entfernt wird. Das Rauchgas gelangt anschließend über die mit der Drosselklappe 48 versehene Leitung 47 zum Ende 49 der Leitung und wird hier dem den Verdampfer speisenden Luftstrom beigemischt. Da sich der Rauchgasanteil und der Luftstrom im Kanal 11 wie etwa 1:100 verhalten und die Temperatur der Umgebungsluft höher ist als die der vorher im Trocknungswärmetauscher heruntergekühlten Rauchgase, findet im Bereich des Luftkanals 11 eine weitere Kondensatbildung nicht mehr statt.The flue gases from the heat source 2 thus first heat the expeller 1 and then the flue gas heat exchanger 8 . The flue gases are then fed to the drying heat exchanger 10 via the line 9. Here, the flue gases in the area of the air duct 11 are exposed to the coldest point of this air duct, which is located downstream of the evaporator 26. This brings the flue gases to a temperature level that is lower than the temperature level of the ambient air. Here, large quantities of flue gas condensate are produced, which is removed via the float valve 45 and the condensate line 46. The flue gas then reaches the end 49 of the line via the line 47 provided with the throttle valve 48 and is mixed here with the air flow feeding the evaporator. Since the flue gas proportion and the air flow in the duct 11 behave like approximately 1:100 and the temperature of the ambient air is higher than that of the flue gases previously cooled down in the drying heat exchanger, no further condensate formation takes place in the area of the air duct 11 .

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben einer Absorptionswärmepumpe mit einem von einer Wärmequelle beheizten Austreiber, einem Kondensator, Drosselstellen, einem Verdampfer sowie Absorber und diese verbindenden Leitungen, wobei die den Absorber verlassende reiche Lösung mittels des den Austreiber verlassenden Kältemittels aufgeheizt wird und ein Wärmetausch zwischen reicher und armer Lösung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die den Absorber (18) verlassende reiche Lösung mittels des aus dem Verdampfer (26) stammenden Kältemittels vor Eintritt in das Fördermittel (32) für reiche Lösung unterkühlt wird. 1. Method for operating an absorption heat pump with an expeller heated by a heat source, a condenser, throttle points, an evaporator and absorbers and lines connecting them, wherein the rich solution leaving the absorber is heated by means of the coolant leaving the expeller and a heat exchange takes place between rich and poor solution, characterized in that the rich solution leaving the absorber ( 18 ) is subcooled by means of the coolant originating from the evaporator ( 26 ) before entering the conveying means ( 32 ) for rich solution. 2. Absorptionswärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (18) mit einem Sumpf (28) versehen ist, in dem ein Wärmetauscher (29) angeordnet ist, der über eine Leitung (27) mit dem Verdampfer (26) verbunden ist, und daß der Wärmetauscher mit einem Ausströmende (30) versehen ist, das auf einer mittleren Höhe im Innenraum des Absorbers (18) angeordnet ist. 2. Absorption heat pump for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the absorber ( 18 ) is provided with a sump ( 28 ) in which a heat exchanger ( 29 ) is arranged, which is connected to the evaporator ( 26 ) via a line ( 27 ), and that the heat exchanger is provided with an outflow end ( 30 ) which is arranged at a middle height in the interior of the absorber ( 18 ). 3. Absorptionswärmepumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sumpf (28) des Absorbers (18) als Durchflußwärmtauscher ausgebildet ist und daß der Wärmetauscher (29) als Rohrschlange ausgebildet ist, der von der den Absorber unmittelbar verlassenden reichen Lösung umspült ist. 3. Absorption heat pump according to claim 2, characterized in that the sump ( 28 ) of the absorber ( 18 ) is designed as a flow-through heat exchanger and that the heat exchanger ( 29 ) is designed as a pipe coil which is washed by the rich solution immediately leaving the absorber.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2736436A1 (en) * 1977-08-10 1979-02-22 Vaillant Joh Gmbh & Co Heat pump which circulates depleted hot solution - has two heat exchangers connected to expeller feed and return

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