DE3405800C2 - Verfahren zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage für die Raumheizung und/oder Warmwasserbereitung und Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer monovalenten Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage für die Raumheizung, Warmwasserbereitung u. dgl. bis zu einer Heizleistung von etwa 20 kW, und eine solche, sind beschrieben. Um die vielstufig periodisch wirkende Absorptionswärmepumpe mit möglichst geringer Anzahl von Apparaten und möglichst ohne anfällige, wartungsbedürftige und energieverzehrende Bauteile oder Aggregate, insbes. Lösungspumpe verwirklichen zu können, ist vorgesehen, mit einem periodischen Wechsel der Betriebsphasen-Austreibung mit Kondensation und Verdampfung mit Absorption bei unterschiedlichen Druckniveaus zu betreiben, wobei in der Austreibungsphase Hochtemperaturwärme über den Generator an einen Arbeitsstofflösungskreislauf zugeführt und Nutzwärme bei der Kondensation des entstandenen Dampfes am Kondensator an Heizwasser abgegeben wird und während der Absorptionsphase Niedertemperaturwärme an das Kältemittel im Verdampfer herangeführt und als Nutzwärme im Absorber an Heizwasser abgegeben wird und die Hoch- bzw. die Niedertemperaturwärmezufuhr abwechselnd bei Unterschreiten der Heizwasserrücklauf- oder Verlauftemperatur unter eine vorbestimmte untere Grenztemperatur eingeschaltet und bei Überschreiten der Heizwasser-Rücklauf- oder Vorlauftemperatur über eine vorbestimmte obere Grenztemperatur abgeschaltet wird.

Description

densators oder der Verdampfer können als Kältemittelspeicher ausgebildet sein, so daß dann alle Teillastbetriebspunkte bei gleitenden Arbeitstemperaturen unter optimaler Wärmeeinkopplung aus der Umgebung (Niedertemperaturwärme) ermöglicht werden. In Abhängigkeit von den erforderlichen Heizwassertemperaturen wird weiterhin die Heizleistung der Anlage über das Verhältnis Generator-(Brenner-)-Betriebszeit zu Verdampfer-(Absorber-)Betriebszeit gleitend dem Wärmebedarf angepaßt, wobei es zweckmäßig ist, jeweils bestimmte Mindestlaufzeiten einzuhalten. Dies bedeutet, daß wenig unterhalb der Heizgrenze (z. B. 15°C) die maximale Entgasungsbreite des verwendeten Arbeitsstoffsystems voll ausgenützt wird, während am tiefsten Auslegungspunkt (z. B. -1O⁰C) die Anlage in einen reinen Generatordauerbetrieb (Kesselbetrieb) übergehen kann (Anspruch 2), in dem die Arbeitsstofflösung nur als Wärmeträger dient. Eine bivalente Heizanlage mit einer kontinuierlichen Absorptionswärmepumpe, die im Winter im reinen Wärmetauscherbetrieb (Kesselbetrieb) betreibbar ist, ist bekannt (DE-OS 27 58 773). Sie erfordert umfangreiche Steuerungseinrichtungen für die Winterschaltung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema der periodisch arbeitenden Generator-Absorptionswärmepumpe, in der Betriebsphase Generatorbetrieb,

Fig.2 das Schaitschema nach Fig. 1, jedoch in der Betriebsphase Absorberbetrieb, und

F i g. 3 das Schaltschema nach F i g. 1 in der Betriebsphase Dauerheizbetrieb oder Kesselbetrieb.

Das Ausi'ührungsbeispiel beschreibt eine Generator-Absorptionswärmepumpe für die Heizwärmeversorgung von Gebäuden mit direkter Beheizung des Austreibers bzw. Generators mit Hochtemperaturwärme, die durch einen Brenner erzeugt wird, und des Verdampfers mit der Umgebung entzogener Niedertemperaturwärme, die z. B. mit einem Ventilator herangeführt wird.

Die Heizanlage nach Fig. 1 besteht aus fünf Hauptapparaten, nämlich einem direkt mittels Brenner beheizten Generator 1 (Austreiber), dem mit diesem integrierten Abgaskühler 2. einem heizwassergekühlten Kondensator 3, einem heizwassergekühlten Absorber 4 und einem Verdampfer 5 mit direkter Wärmeeinkopplung aus einer Miedertemperaturwärmequelle, nämlich z. B. der Außenluft.

Generator 1 und Absorber 4 bilden ein kommunizierend miteinander verbundenes System, welches mit einer geeigneten A-beitsstofflösung (Kältemittel und Lösungsmittel, z. B. CH₃OHZH₂O-LiBr) gefüllt ist, wobei die überwiegende Menge der Arbeitsstofflösung im Absorber 4 untergebracht ist Der Generator 1 wird mit einem Brenner, z. B. einem Öl- oder Gasbrenner, direkt beheizt. Sein Wärmetauscher, der von der Arbeitsstofflösung von unten nach oben durchströmt wird, hat ein geringes Volumen, weshalb die Verdampfung der leichter flüchtigen Komponente(n) (Kältemittel) bereits nach sehr kurzer Zeit einsetzt, beispielsweie bereits nach einer halben Minute. Die kommunizierende Verbindung des Wärmetauschers des Generators 1 mit dem Absorber 4 erfolgt über eine tiefliegende Verbindungsleitung 10 für die zulaufende reiche Lösung sowie eine hochliegende Verbindungsleitung 11 für die ablaufende arme Lösung. Die Dampfblasenbildung in den senkrechten Siederohren des Wärmetauschers des Generators 1, der also als Thermosyphon ausgebildet ist, setzt einen Naturumlauf der kältemittelreichen Lösung zwischen Generator 1 und Absorber 4 in Gang, der für einen ausreichend hohen Wärme- und Stoffaustausch im Generator 1 sorgt. Der Kältemitteldampf selbst wird im höher gelegenen Kondensator 3 niedergeschlagen und für die spätere Verdampfung bevorratet oder gedrosselt in den Verdampfer 5 geleitet. Das obere Ende des Wärmetauschers des Generators 1 ist dazu mit einer Verbindungsleitung 12 mit dem Dampfraum des Kondensators 3 ίο verbunden. Die beim Niederschlagen des Kältemitteldampfes freiwerdende Kondensationswärme wird als Nutzwärme an einen von einem Heizungssystem zurücklaufenden, zu erwärmenden Heizwasserstrom abgegeben, der anschließend durch den Abgaskühler 2 hindurchtritt. Der Abgaskühler, der im oberen Teil des Generators angeordnet ist, nutzt die auf den Wärmetauscher des Generators 1 nicht übertragene restliche Abgaswärme bis nahezu auf Nutztemperatur.

Das verflüssigte Kältemittel wird zunächst im unteren Teil des Kondensators 3, in einem Kältemittelspeicher oder direkt im Verdampfer 5 für eine spätere Verdampfung gespeichert.

Der Kondensator 3 ist mit dem Wärmetauscher des Verdampfers 5 durch eine Kondensatleitung 13 mit eingebautem Absperrventil 14 verbunden. Der Dampfraum des Wärmetauschers des Verdampfers 5 ist mit einer Verbindungsleitung 15 mit eingebautem Einwegeventil 1*? mit einem hochliegenden Dampfanschluß des Absorbers 4 verbunden. Das Einwegeventil 16 kann ein Rückschlagventil sein, das lediglich den Dampfübertritt vom Verdampfer 5 zum Absorber 4 ermöglicht und außerdem das Überlaufen von Arbf itsstofflösung aus dem Absorber 4 in den Verdampfer 5 verhindert. Schließlich ist der Absorber 4 mit dem unteren Teil des Kondensators 3 mittels einer Verbindungsleitung 17 verbunden, um Kondensat im Direkt- oder Dauerheizbetrieb, also bei vollständig gefülltem Kondensatspeicher bzw. Verdampfer unmittelbar aus dem Kondensator 3 in den Absorber 4 übertreten lassen zu können.
Das aus einem Heizsystem zurückfließende Rücklaufwasser kann mit der üblichen Heizwasserpumpe 20 über eine Leitung 21 zum Wärmetauscher des Kondensators 3 und über eine Leitung 22 zum Wärmetauscher des Absorbers 4 gefördert werden. Im Generator- und im Dauerheizbetrieb gelangt das aus dem Kondensator 3 austretende Heizwasser über eine Leitung 23 zum Abgaskühler 2 und eine Leitung 24 zu einem Umschaltventil 25 und bei der in F i g. 1 dargestellten Stellung in die Heizwasser-Vorlauf leitung 26. Im in zeitlichem Abstand folgenden Absorberbetrieb (F i g. 2) gelangt nach Umschaltung des Umschaltventils 25 das nun aus de.iT Absorber 4 austretende Heizwasser über eine Leitung 27 unmittelbar zum Umschaltventil 25 und in der in F i g. 2 dargestellten Stellung in die Vorlaufleitung 26.
Wird beim in F i g. 1 dargestellten Generatorbetrieb die Grenze der möglichen Entgasung der Kältemittelkomponente(n) erreicht, sorgt das Einwegeventil 14 in der Leitung 13 zwischen Kondensator 3 und Verdampfer 5, das als Schwimmerventil ausgebildet sein kann, bei maximal zulässiger BefüIIung des Kältemittelspeichers des Kondensators 3 oder des Verdampfers 5 dafür, daß das weiterhin im Kondensator 3 anfallende Kondensat direkt in den Absorber 4 zurückläuft. Dann aber dient die Arbeitsstofflösung als reines Wärmeträgerfluid und es wird ein Dauerheizbetrieb (Kesselbetrieb), wie er in F i g. 3 dargestellt ist, mit maximaler Nennleistung möglich. Die Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage, die man auch als Heizkessel mit periodisch wir-

kendcm Absorberteil bezeichnen könnte, stellt demnach eine monovalente Heizanlage dar, welches den maximalen Heizwärmebedarf des Gebäudes ohne weitere Beheizungseinrichtung abdeckt.

Der Generatorbetrieb wird eingestellt, das heißt, der Brenner wird abgeschaltet, wenn die steigende Voroder Rücklauftemperatur des Heizungssystems signalisiert daß kein weiterer Wärmebedarf mehr vorhanden ist. Dies kann über einen einfachen Heizwasserthermostaten oder über einen Temperaturfühler in der Lösung geschehen. Bei vollständiger Befüllung des Kondensatspeichers (Verdampfer) und weiterem Wärmebedarf geht der Generatorbetrieb selbsttätig in den Dauerheizbetrieb nach F i g. 3 über, welcher beliebig lange fortgesetzt werden kann. Wird nach Abschaltung des Brenners erneut Wärmebedarf signalisiert, wird durch Umsteuerung des Umschaltventils 25 selbsttätig der Absorberbetrieb eingeleitet, weil nun durch den Wärmeentzug durch das Heizwasser die Lösungstemperatur absinkt und somit die Lösung absorptionsfähig wird und damit der Absorptionsvorgang einsetzen kann.

Während beim Generator- und beim Dauerheizbetrieb ein hohes Druckniveau der Arbeitsstofflösung vorliegt, ist der Absorberbetrieb, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, und in den die Anlage nach Abschalten des Brenners übergehen kann, durch niedrigen Druck gekennzeichnet. Durch Umschaltung des Umschaltventils 25 wird der Heizwasserstrom vom Kondensator 3 und Abgaskühler 2 auf den Wärmetauscher des Absorbers 4 gelenkt und dadurch der Dampfdruck des Lösungsmittel": durch Wärmeentzug und damit verbundene Abkühlung unter den Dampfdruck des Kältemittels im Verdampfer 5 abgesenkt, so daß eine Verdampfung desselben bei tiefen Temperaturen ermöglicht wird. Unterschreitet die Temperatur des siedenden Kältemittels im Verdampfer 5 das Niveau der Niedertemperaturwärmequelle, z. B. der Außenluft, so daß sie Niedertemperaturwärme an den verdampfer abgeben kann, wird eine Einrichtung, z. B. ein Ventilator, zum Transport des Niedertemperaturwärmeträgers, also der Luft, in Betrieb gesetzt. Der Ventilator kann über einen Temperaturdifferenzfühler eingeschaltet werden. Der Kaltdampf aus dem Verdampfer 5 passiert das Einwegeventil 16 in Form einer Rückschlagklappe in der Verbindungsleitung 15 zum Absorber 4 und wird in diesem oberhalb des Nutztemperaturniveaus absorbiert, siehe F i g. 2. Als Niedertemperaturwärmequelle kommen Außenluft, Abluft, Grundwasser, Laufwasser, Absorberdach, etc. infrage. Die bei der Absorption entstehende Absorptionswärme wird dem Heizungssystem nun über den Wärmetauscher des Absorbers 4 zugeführt, der nun vom Heizwasser durchströmt wird. Im Absorber 4 selbst können zahlreiche Maßnahmen vorgesehen sein, um den Wärme- und Stoffaustausch optimal zu gestalten und um das Lösungsmittel bis zum Erreichen seiner Anfangskonzentration auszunutzen.

Die minimal erforderliche Temperaturanhebung im Absorber- bzw. Wärmepumpenbetrieb kann durch die Kältemittelkonzentration der eingefüllten Lösung in den durch das Stoffsystem vorgegebenen Grenzen eingestellt werden. Darüber hinaus kann aber die Abspeicherung einer bestimmten Kältemittelmenge eine Verdampfung bei gleitenden, also von der notwendigen Temperaturanhebung abhängigen, Absorbertemperatur erreicht werden. Auf diese Weise sind für jede Differenz zwischen Außentemperatur und Heizwassertemperatur eine maximale Ausnutzung der Entgasungsbreite des Arbeitsstoffsystems und damit eine maximale Niedertemperaturwärmenutzung möglich.

Weiterhin ist die Verwendung von Kältemittelgemischen (ζ. B. Wasser und Methanol) denkbar, bei denen die niedrigersiedende Komponente bei tiefen Außentemperaturen, z. B. 0°C, teilweise abgespeichert bleibt, während bei höheren Außentemperaturen, z.B. 12°C, ihre vorteilhaften thermodynamischen Eigenschaften zur Geltung kommen.
Scheint ein Verdampfer-Absorberbetrieb wegen zu

ίο tiefer Außentemperatur nicht mehr sinnvoll (z. B. bei Verwendung der Außenluft als Niedertemperaturwärmequelle) ist der anhand von F i g. 3 beschriebene Dauerheizbetrieb der Heizanlage mit Nennheizleistung möglich, wenn das bei der Austreibung anfallende Kondensat direkt in den Absorber 4 zurückgeleitet wird. Die Arbeitsstofflösung, die in dieser Betriebsphase als Wärmetransportfluid dient, gibt die Heizwärme über den Kondensator 3 an das Heizwasser ab.

Diese periodisch wirkende Absorptionswärmepumpe stellt damit eine vollwertige Heizanlage dar, weiche sowohl die Grundlast als auch die Spitzenlast des Heizwärmebedarfs erbringen kann.

_. Sinkt im Verlauf des Dauerheizbetriebs der Wärmebedarf wieder, signalisiert durch eine ausreichende

Heizwassertemperatur bzw. das Überschreiten einer vorgegebenen Heizwassertemperatur, setzt der Thermostat den Brenner wieder außer Betrieb. Es erfolgt anschließend eine Umschaltung des Heizwasserstroms mittels des Umschaltventils 25 auf den Wärmetauscher des Absorbers 4, dann wenn erneuter Wärmebedarf durch Unterschreiten der vorgegebenen Heizwassertemperatur gemeldet wird. Durch zunehmende Auskühlung der Arbeitsstofflösung wird diese nun absorptionsfähig, so daß die Verdampfung bei tiefer Temperatur und die Absorption oberhalb des Nutztemperaturniveaus selbständig einsetzen. Die Absorptionsphase kann so lange fortgesetzt werden, bis die Temperaturänhebuiig des Heizwassers hierdurch nicht mehr ausreicht und die absinkende Heizwassertemperatur unter eine vorgegebene niedrige Heizwassertemperatur den erneuten Brennerstart auslöst.

Die Heizleistung der Anlage wird in Abhängigkeit vom Wärmebedarf somit über das Verhältnis der Brennerlaufzeit (Generatorbetriebszeit) zur Absorberbetriebszeit stufenlos geregelt. Dabei ergeben sich im Gegensatz zu kontinuierlichen Anlagen besonders gute Wärmeverhältnisse im Teillastbetrieb, weil mit steigenden Außentemperaturen die mögliche Aufnahme von Kältemitteldampf in der Arbeitsstofflösung immer größerwird.

Aufgrund des einfachen Aufbaus der periodisch wirkenden Absorptionswärmepumpe, ihrer monovalenten Betriebsweise und ihrer einfachen Regelung wird die Fertigung aus wenigen Apparaten wenig aufwendig sein. Da die Anlage neben herkömmlichen Bauteilen keine beweglichen Teile enthält, sind eine lange Lebensdauer und ein entsprechend geringer Wartungsaufwand zu erwarten. Wartung und Installation können allein vom Heizungsbauer durchgeführt werden, wenn die Anlage bereits im Herstellerwerk hermetisch verschlossen wurde.

Im nachfolgenden seien vorteilhafte Ausführungsformen der einzelnen Apparate angegeben.

Das Kernstück des direkt beheizten Generators 1 ist ein senkrecht angeordnetes, querberipptes Rippenrohrbündel, dessen Rippenrohre im unteren Teil in einem Zulaufverteiler enden, der sich unmittelbar in der Nähe der Heizungseinrichtung (Gasbrenner. Ölbrenner oder

dgl.) befindet. Am oberen Ende münden die Rohre in einem Dampf-Flüssigkeits-Separator, welcher die Aufgabe hat, die ausgekochte Lösung vom abziehenden Kältemittel zu trennen. Eine spezielle, asymmetrische Anordnung von Leitflächen zwischen den Rippenrohren sorgt für die gleichmäßige Beaufschlagung der Rohre mit den heißen Brenngasen bis zu ihrem oberen Ende, so daß das Abgas schon weitgehend abgekühlt den Generator bzw. Austreiber verläßt. Der Kopf des Generators ist zusätzlich als Abgaskühler 2 ausgebildet, so daß eine Nutzung des Brennstoffs bis an den Brennwert heran möglich ist. Die senkrechte Anordnung der Rohre bei waagerechter Führung der Brenngase längs der Rippen gewährleistet zusammen mit der durch die Dampfblasen verursachten Lösungsförderung in den Rohren einen hocheffizienten Wärme- und Stoffaustausch. Zusätzlich sind die Rohre innen aufgerauht, um die Dampfblasenbildung zu fördern.

Der Absorber 4 ist als Blasenabsorber ausgebildet, d. h., der Kältemitteldampf wird derart in die absorptionsfähige Lösung eingeleitet, daß eine gute Durchmischung derselben erreicht wird und Konzentrationsunterschiede in diesem Apparat während der Absorptionsphase klein bleiben. Weitere Maßnahmen zur Verbesserung des Wärme- und Stoffaustausches sind die Verwendung eines z. B. durch Fräsbearbeitung profilierten Rot bündelwärmetauschers, um eine Oberflächenvergrößerung, Gewichtsersparnis und die Erzeugung von Turbulenzen in der Lösung zu erreichen, der Einbau einer Zirkulationsvorrichtung mit deren Hilfe aufspritzende Lösung aufgefangen und am Boden des Behälters wieder zugespeist wird, so daß auch im Absorberbetrieb eine natürliche Zirkulation der Lösung gewährleistet ist.

Die Verbindungsleitung zwischen Generator 1 und Absorber 4, in welcher die heiße kältemittelarme Lösung vom Generator zum Absorber fließt, wendet zweckmäßigerweise diffusorartig am entgegengesetzten Ende (unten gegenüber der Seite des Absorbers, auf der die Zulaufleitung 10 für die kältemittelreiche kühlere Lösung beginnt). Diese Anordnung verhindert eine Durchmischung der Lösung in der Generatorphase, so daß während der gesamten Austreiberzeit eine weitgehend konstante Entgasungsbreite im Generator 1 erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für einen Kurzbetrieb des Generators 1 nur eine geringe Lösungsmenge aufgeheizt werden muß.

Eine dritte Verbindungsleitung 18 zwischen Absorber 4 und Generator 1, welche die Dampfräume dieser beiden Apparate miteinander verbindet, verhindert ein Absinken der Lösung im Generator durch den höheren Dampfdruck bei der Entgasung (Druckausgleichsleitung).

Der Kondensator 3 ist als Spiralrohrverflüssiger ausgebildet, wobei am Boden des zylindrischen Mantels eine Ablaufrinne für das Kondensat vorgesehen ist. Der Apparat selbst wird so eingebaut, daß der Kondensatabfluß durch Schwerkraft ermöglicht ist.

Der Außenluft-Verdampfer 5 kann ein geflutetes Rippenrohrbündel (Kältemittel in den Rohren) sein, bei dem eine spezielle Verteilereinrichtung dafür sorgt, daß das anfallende Kondensat gleichmäßig über alle Rohre aufgebracht wird. Dies wird mit Hilfe eines seitlich an einer jeden Rippenrohrreihe angebrachten Verteilerrinne mit Oberlaufbohrung erreicht, welche die Kältemittelmenge pro Reihe dosiert Die Behälterwand, auf der die Dampfaustrittsöffnungen der Rohre zusammenlaufen, ist darüber hinaus mit einer Neigung gegen die Vertikale versehen, damit bei der Verdampfung überspritzendes Kältemittel der oberen Reihen den unteren Reihen wieder zrftftießt. Der Verdampfer kann auch als trockener Verdampfer betrieben werden, wenn die Zuleitung zwischen einem Kondensatspeicher 3 und Verdampfer 5 mit einer Verteileinrichtung für die Rippenrohre und einem selbsttätigen Regelorgan für die Dosierung der erforderlichen Kältemittelmenge ausgerüstet ist. Die Verbindungsleitung 15 zwischen Verdampfer 5 und Absorber 4 ist mit einer selbständig wirkenden Rückschlagklappe 16 ausgerüstet, welche die Aufgabe hat, die Kondensation von Kältemitteldampf im Verdampfer während des Generatorbetriebs zu verhindern und außerdem ein Überlaufen von Lösung in den Verdampfer zu vermeiden.

Die Dampfleitung 12 zwischen dem Generator (Austreiber) 1 und dem Kondensator 2 ist mehrfach abgeknickt, um ein Überspritzen von Lösung in den Kondensator 3 bei heftigem Generatorbetrieb zu vermeiden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage für die Raumheizung und/oder Warmwasserbereitung, bei der die dem vom Heizungssystem zurücklaufenden, zu erwärmenden Heizwasser zuzuführende Heizenergie sowohl durch vom direkt beheizten Generator aufgenommene Hochtemperaturwärme als auch durch von der Absorptionswärmepumpe aufgenommene Niedertemperaturwärme zuführbar ist, und

die Absorptionswärmepumpe mit einem periodischen Wechsel der Betriebsphasen Austreibung mit Kondensation und Verdampfung mit Absorption bei unterschiedlichen Druckniveaus betrieben wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Austreibungsphase Hochtemperaturwärme im Generator dem Arbeitsstofflösungskreislauf zugeführt und Nutzwärme bei der Kondensation des entstandest? Dampfes am Kondensator an Heizwasser abgegeben wird und während der Äbsorptionsphase Niedertemperaturwärme an das Kältemittel im Verdampfer herangeführt und als Nutzwärme im Absorber an Heizwasser abgegeben wird und die Hoch- sowie die Niedertemperaturwärmezufuhr abwechselnd bei Unterschreiten der Heizwasser- Rücklauf- oder Vorlauftemperatur unter eine vorbestimmte untere Grenztemperatur eingeschaltet und bei Überschreiten der Heizwasser-Rücklauf- oder Vorlauftemperatur über eine vorbestimmte Grei.ztemperatur abgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei maximaler oder nahezu maximaler Heizleistung der Anlage bei tief tj Außentemperaturen die dem Generator zugeführte Hochtemperaturwärme von diesem an den ArbeitssiöfflösungskreiS-lauf der Absorptionswärmepumpe geleitet wird, und daß im Kondensator anfallende Kondensat nach vollständiger Befüllung eines Kältemittelspeichers in der Absorptionswärmepumpe in den Absorber zurückgeleitet und die Arbeitsstofflösung dann als Wärmeträger zwischen Generator und hierbei vom Heizwasser durchströmten Kondensator verwendet wird.

3. Monovalente alternative Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage für die Raumheizung und/oder Warmwasserbereitung bis zu einer Heizleistung von etwa 20 kW zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. deren Wärmepumpe einen von Außenwärme beheizbaren Verdampfer, dessen Wärmetauscher von Kältemittel durchströmt wird, einen an den Verdampfer kaltdampfseitig angeschlossenen Absorber, dessen Wärmetauscher von Heizwasser des Heizungssystems durchstimmbar ist, einen kältemittelseitig vor Verdampfer und Absorber geschalteten Kondensator, dessen Wärmetauscher ebenfalls von Heizwasser durchströmbar ist, und einen mit Primärenergie (Gas, Öl, Kohle) direkt beheizbaren Genefator (Austreiber) umfaßt, wobei der Wärmetauscher« des Generators an den Arbeitsstofflösungsraum des Absorbers und an den Arbeitsstoffspeicherraum des Kondensators angeschlossen ist und in den Kältemittel-Verbindungsleitungen zwischen Verdampfer, Absorber und Kondensator jeweils ein Absperrventil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet.

daß der als Thermosyphon ausgebildete Wärmetauscher des Generators (1) an einen tiefliegenden und einen hochliegenden Punkt, einen Naturumlauf ermöglichend, an den Arbeitsstofflösungsraum des Absorbers (4) angeschlossen ist, daß der Kondensator höher gelegen angeordnet ist, daß das Absperrventil (16) zwischen Verdampfer (5) und Absorber (4) ein eine Dampfströmung nur vom Absorber zulassendes Einwegeventil ist, das Ventil (14) zwischen Kondensator (3) und Verdampfer (5) ein eine Flüssigkeitsströmung nur zum Verdampfer (5) zulassenden Einwegeventil ist, welches außerdem bei vollständiger Befüllung des Verdampfers (5) mit Kältemittel schließt und somit flüssiges Kältemittel mittels einer Leitung (17) in den Absorber zurücklaufen läßt und das Heizwasser dabei während der Hochtemperaturwärmezufuhr durch den Wärmetauscher des Kondensators (3) und während der Niedertemperaturwärmezufuhr durch den Wärmetauscher des Absorbers (4) leiten kann, und daß die Umschaltung des Heizwasserstroms durch ein Umschaltventil (23) bei Absinken der Heizwasser-Rücklauf- oder -Vorlauftemperatur unter einen vorgegebenen Wert abwechselnd vornehmbar ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (1) einen Abgaskühler (2) aufweist, der heizwasserseitig dem Kondensator naehgeschaltet ist.

5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfräume vom Absorber (4) und Generator (1) durch eine Dampf-Druckausgleichsleitung (18) miteinander verbunden sind.

6. Anlage nach einem der Anspruches—5, dadurch gekennzeichnet, daß der hochliegende Auslaß für die reiche Lösung und der tiefliegende Auslaß für die arme Lösung derart angeordnet sind, daß die natürliche Konzentrationsschichtung bei der Austreibung der Lösung im Sinne einer möglichst geringen Rückabsorption ausnutzbar :s>.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (4) eine Einrichtung aufweist, die bei der Absorption aufspritzende Lösung dem unteren Teil des Absorbers wieder zum Konzentrationsausgleich zuführt.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 3—7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) unterhalb seines Unterteils einen Kältemittelspeicher hat oder der Verdampfer (5) als Kältemittelspeicher ausgebildet ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 3—8, gekennzeichnet durch eine Absperreinrichtung, die den Arbeitsstoffspeicher bei maximal zuläßiger Befüllung absperrt, einen Dampfstrom vom Verdampfer (5) zum Kondensator (3) nicht zuläßt und damit den Eintritt des Kältemittels in den Absorber (4) über die Leitung (17) bewirkt.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung ein Einwege-Schwimmerventil (14) ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 3-10, gekennzeichnet durch eine Arbeitsstofflösung mit mehreren Kältemittelkomponenten, deren niedrigersiedende Anteile bei sinkender Temperatur der Niedertemperaturwärme im Kältemittelspeicher verbleiben.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 3—11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Absorber (4)

und Generator (1) ein Temperaturwechsler eingeschaltet ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage und eine solche Heizanlage für die Raumheizung und/oder Warmwasserbereitung bis zu einer Heizleistung von ca. 20 kW gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3 (De-OS 29 38 203, Fig. 5 und 6).

Bekannte kontinuierlich betriebene Absorptionswärmepumpen-Heizanlagen, meist mit Ammoniak/Wasser als Arbeitsstofflösung, benötigen eine Lösungspumpe, um diese aus dem Absorber in den Austreiber, gegebenenfalls über einen Wärme- bzw. Temperaturwechsler zu pumpen. Solche Lösungspumpen benötigen Antriebsenergie, sind wartungsbedürftig und teilweise störanfällig.

Bekannte Absorptionskühlvorrichtung kleiner Leistung bedienen sich zur Vermeidung e'w.r Lösungspumpe eines Hilfsgases, was zu schwachem Stoffaustausch und dadurch bedingten großen Apparaten und Wärmetauschflächen führt (DE-PS 8 42 352).

Absorptionsanlagen, die von E. Altenkirch (DE-PS 4 Π 278) vorgeschlagen wurden, lassen sich wegen der erforderlichen hydrostatischen Höhen und der damit verbundenen Bauhöhe der Apparate nur in Verbindung mit dem Kältemittel Wasser verwenden.

Absorptions-Heizsysteme mit direkter Beheizung des Austreibers durch einen Hochtemperaturenergie aufnehmenden Generator ermöglichen eine Einsparung von Primärenergie bei der Heizwärmeversorgung von Gebäuden, weil ein Teil der benötigten Wärme der Umgebung entnommen werden kann. Der breiten Einführung solcher Heizanlagen stehen jedoch bisher zwei wesentliche Gesichtspunkte entgegen, die miteinander in Beziehung stehen. Zum einen besteht wie auch bei K.ompres'-Onswärmepumpen das Problem, daß der Heizwärmebedarf des Gebäudes und das Leistungsangebot der Wärmepumpe sich bei fallenden Außentemperaturen gegenläufig verhalten, so daß gegenüber Kältemaschinen die meist in einem eng begrenzten Betriebsbereich arbeiten, die Frage der Teillastregelung für die Brennstcffeinsparung νοκ besonderer Bedeutung ist. Zum anderen ergibt sich hieraus, daß von kontinuierlich arbeitenden Absorptionswärmepumpen, die lediglich über das Verhältnis von Laufzeit zu Stillstandszeit geregelt werden, also mit einer konventionellen Ein-Aus-Regelung arbeiten, nur eine sehr geringe Primärenerjie-Einsparung zu erwarten ist, da ein großer Teil der Jahresheizarbeit bei Temperaturen oberhalb 0⁰C zu erbringen ist, was hohe Stillstandsverluste bedingt.

Es sind deshalb eine große Zahl von Vorschlägen gemacht worden, die »klassische« Absorptionswärmepumpe so zu erweitern, daß mit einem Gerät sowohl die maximale Heizleistung bei der tiefsten Außentemperatur als auch der geringere Wärmebedarf im Teillastbereich bereitgestellt werden kann (DE-OS 31 40 003, DE- -OS3149 005).

Es sind jedoch gemäß diesen Vorschlägen verhältnismäßig komplizierte Anlagen erforderlich, welche eine Vielzahl von Apparaten und anderen Bauteilen, wie Wärmetauschern, Magnetventilen, Verbindungsleitungen und Steuerungso^cj-anen, aufweisen, so daß die zusätzlichen Anlagenkosten durch die Verbesserung der Jahresheizzahl noch nicht ohne weiteres kompensiert werden können. Außerdem benötigen alle bekannten kontinuierlich arbeitenden Absorptionswärmepurrpen-Heizsysteme eine Lösungspumpe, die ein anfälliges und nicht unerheblich Betriebsstrom verbrauchendes Aggregat darstellt.

Aufbauend auf dem bekannten Vorschlag gemäß DF- -OS 29 38 203 (Fig. 5 und 6), der sich insbesondere in Verbindung mit Wärmeträgerkreisläufen als vielstufig

ίο periodisch wirkende Absorptionswärmepumpe zur Wärmerückgewinnung und für Lüftungsanlagen vorteilhaft verwirklichen läßt, stellt sich der Erfindung die Aufgabe, die Anzahl der Apparate zu verringern und möglichst ohne anfällige, wartungsbedürftige und energieverzehrende Bauteile oder Aggregate auszukommen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage und die iin kennzeichnenden Teil des Patenu Spruchs 3 angegebenen Merkmale der Generator-AbsorKtionswärmepumpen-Heizanlage vor. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung der Heizener_o-ie mit einer minimalen Anzahl von Apparaten und ohne Lösungspumpe. Es wird der Nachteil periodisch arbeitender Absorptionsanlagen, der darin besteht, daß große Teile der Anlage und der Arbeitsstofflösung bestehend aus Lösungsmittel(n) und Kältcmittel(n) intermittierend aufgeheizt und abgekühlt werden müssen, dadurch vermieden, daß Austreibung und Absorption einerseits sowie Verdampfung und Kondensation andererseits in getrennten Apparaten ablaufen, so daß der größere Teil der Gesam:anlage ständig im Bereich des Nutztemperaturniveaus verbleibt und somit die Wärmeverluste durch isolation gut niedrig gehalten werden können. Die Apparatevolumina und Wärmetauschflächen sind vergleichsweise klein der Betrieb ei folgt bei stark unterschiedlichem Druckniveaus durch einen periodischen Wechsel der Betriebsphasen-Austreibung und Absorption. Im Gegensatz zu kontinuierlich arbeitenden Absorptionswärmepumpen laufen die Betriebsphasen Austreiben mit Kondensation und Verdampfung mit Absorption zeitlich voneinander getrennt ab.

Mit der im Generator erzeugten Hochtemperaturwärme wird Heißdampf erzeugt, der im Kondensator durch das Heizwasser niedergeschlagen wird und so seine Nutzwärme, z. B. bei 50⁰C, an das Heizwasser abgibt. Die zu einen! anderen Zeitpunkt dem Verdampfer zugeführte Niedertemperaturwärme führt zur Erzeugung von Kaltdampf, ae^r im Absorber niedergeschlagen wird und dabei seine Nutzwärme ebenfalls bei etwa 50⁰C an das nun durch den Absorber geleitete Hdzwasser abgibt, nachdem zuvor das Umschaltventil umgestellt worden ist.

Wegen der zeitlichen Trennung von Austreibung und Absorption lab: sich ein ausreichender Stoffaustausch ohne die sonst übliche Lösungspumpe realisieren, da das Druekniveau in der gesamten Anlage angehoben bzw. abgesenkt wird (bewegungsloser Apparat). Der entscheidende Vorteil einer solchen Heizanlage liegt also darin, daß die periodisch wirkende Absorptionswärmepumpe selbst ohnj jegliche Hilfsenergie betrieben werden kann und damit nahezu geräuschlos und wartungsfrei arbeitet.
Der Kondensator, ein Behälter unterhalb des Kon-