DE3424949C2 - Resorptions-Wärmetransformatoranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Resorptions-Wärmetransformatoranlage, die mit einem Zweistoffgemisch, beispielsweise bestehend aus Ammoniak und Wasser, betrieben wird, um von zwei äußeren Wärmeenergiequellen unterschiedlichen Temperaturniveaus zugeführte Abwärme auf ein höheres Nutztemperaturniveau anzuheben, mit zwei Lösungskreisläufen, in welchen die Lösung von einem niedrigeren auf ein höheres Druckniveau gebracht und wieder auf das niedrigere Druckniveau entspannt wird, wobei im ersten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Absorber mit einem hochdruckseitigen Entgaser, dem die Abwärme höheren Temperaturniveaus zugeführt wird, und im zweiten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Entgaser, dem die Abwärme niedrigeren Temperaturniveaus zugeführt wird, mit einem hochdruckseitigen Resorber zusammengeschaltet sind und zwischen dem niederdruckseitigen Entgaser und dem Absorber und dem hochdruckseitigen Entgaser und dem Resorber je eine Verbindung besteht, in welchen in den Entgasern in die Dampfphase überführtes Arbeitsmittel zum Absorber bzw. Resorber übertritt, und der Vor- und der Rücklaufzweig beider Lösungskreisläufe durch einen Wärmetauscher geführt sind. Ein Anlage dieser Art ist in der schweizerischen Zeitschrift Temperatur Technik, März/April 1976, Seiten 33 — 35 beschrieben.

Solche, z. B. mit einem Gemisch aus Ammoniak als Arbeitsmittel und Wasser als Lösungsmittel betriebene Wärmetransformatoranlagen werden mit Vorteil dort eingesetzt, wo bei Fabrikationsprozessen Abwärme auf einem Temperaturniveau anfällt welches eine Weiterverwendung als Prozeßwärme nicht zuläßt. Durch Wärmetransformatoranlagen kann solche energetisch weniger wertvolle Abwärme auf ein Nutztemperaturniveau angehoben werden, welches die Verwendung als Prozeßwärme — z. B. zur Erzeugung von Dampf — im Fabrikationsprozeß ermöglicht In der

ίο Praxis tritt dabei häufig der hier vorausgesetzte Fall auf, daß die von unterschiedlichen Abwärmequellen herrührende Abwärme mit unterschiedlichen Temperaturen anfällt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetransformatoranlage so auszubilden, daß der Gewinn an Nutzwärme von der auf höherem Temperaturniveau befindlichen Abwärme im Vergleich zu den bekannten Wärmetransformatoranlagen erhöht wird.

Ausgehend von einer Wärmetransformatoranlage der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Lösungskreisläufe durch einen dritten Wärmetauscher thermisch gekoppelt sind, der in den vom Absorber zum hochdruckseitigen Entgaser führenden Zweig des einen und den vom Resorber zum niederdruckseitigen Entgaser führenden Zweig des anderen Lösungskreislaufs eingeschaltet ist.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Resorptions-Wärmetransformatoranlage mit bekanntem Aufbau; und

Fig. 2 ein Schaltbild eines gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Wärmetransformatoranlage in der erfindungsgemäßen Weise weitergebildeten Wärmetransformatoranlage.

Aus dem in Fig. 1 gezeigten grundsätzlichen schaltungsmäßigen Aufbau einer bekannten Wärmetransformatoranlage 10 ist erkennbar, daß diese zwei innere Lösungskreisläufe I und II für flüssige Lösung, d. h. ein Gemisch aus Ammoniak und Wasser aufweist, in deren — in der Zeichnungsfigur rechts dargestelltem — Kreislauf I ein Absorber 12 und ein Entgaser 14 durch Leitungen 16 und 18 mit eingeschalteter Lösungspumpe 20 bzw. Drosselorgan 22 und — in der Zeichnung links dargestelltem — zweiten Kreislauf II ein Entgaser 24 und ein Resorber 26 durch Leitungen 28 und 30 mit eingeschalteter Lösungspumpe 32 bzw. Drosselorgan 34 zusammengeschaltet sind. Im Absorber 12 des ersten und dem Entgaser 24 des zweiten Kreislaufs steht die Lösung unter einem niedrigen Druck po, während sie im Entgaser 14 des ersten und im Resorber 26 des zweiten Kreislaufs auf einem hohen Druck ρ gehalten wird.

Durch eine niederdruckseitig den Absorber 12 und den Entgaser 24 verbindende erste Verbindungsleitung 38 und eine hochdruckseitig den Entgaser 14 mit dem Resorber 26 verbindende zweite Verbindungsleitung 40 sind die internen Lösungskreisläufe I und II der Wärmetransformatoranlage 10 verbunden.

Im Lösungskreislauf I ist noch ein Wärmetauscher 42 angeordnet, in welchem von der in der Leitung 18 strömenden Lösung Wärme auf die in der Leitung 16 strömende Lösung übertragen wird. In gleicher Weise ist im Lösungskreislauf Il ein zweiter Wärmetauscher 44 eingeschaltet, in welchem ein Wärmetausch zwischen der in den Leitungen 28 und 30 strömenden Lösung erfolgt. Die voraussetzungsgemäß mit unterschiedlichen

Temperaturen tAb».\ und t_Abu2 anfallende Abwärmeenergie QAbw.ι bzw.Q_Abw2 — wobei

tAbw. 1 > tAbw. 2

sein möge — wird in den Entgasern 14 bzw. 24 dazu verwendet, um aus der flüssigen Lösung, d. h. dem Ammoniak-Wassergemisch, die leichter siedende Koitidonente, d. h. Ammoniak, auszutreiben, welches dann in gasförmiger Phase über die Verbindungsleitung 40 zum Resorber 26 bzw. die Verbindungsleitung 38 zum Absorber 12 geführt wird. Das in dem auf dem höheren Druckniveau ρ befindlichen Entgaser 14 ausgetriebene Ammoniak wird dann im Resorber 26 wieder resorbiert, wobei Energie als Nutzenergie Qm auf dem angestrebten höheren Nutz-Temperaturniveau f/v anfällt. Die aus dein Entgaser 14 in die Leitung 18 des Kreislaufs I abströmende flüssige Lösung hat also gegenüber der in der Leitung 16 zuströmenden Lösung sowohl eine geringere Ammoniak-Konzentration als auch einen um die über die Verbindungsleitung 40 abströmende Menge gasförmigen Ammoniaks verringerten Mengenstrom. Andererseits wird die Ammoniak-Konzentration und der Mengenstrom der in dem im Kreislauf II aus dem Resorber 26 in die Leitung 30 abströmenden flüssigen Lösung im Vergleich zu der in der Leitung 28 zugeführten Lösung entsprechend erhöht. In dem auf niedrigerem Druckniveau po stehenden Entgaser 24 wird unter Zufuhr der Abwärme Qaöw.2 der Temperatur Ui.,,. 2 wieder Ammoniak aus der flüssigen Lösung ausgetrieben und über die Verbindungsleitung 38 gasförmig in den Absorber 12 zurückgeführt, wo es in der in die Leitung 16 abströmenden flüssigen Lösung absorbiert wird. Dabei muß im Absorber 12 Wärmeenergie als Verlustwärme Qv bei einer deutlich unter der Temperatur tAbw.2 liegenden Temperatur tv abgeführt werden. Diese Verlustwärme Qv kann beispielsweise an die Umgebungsatmosphäre abgegeben werden. Besonders vorteilhaft ist die Abfuhr der Verlustwärme Qv an ein Fließgewässer, weil diese auch bei den sich jahreszeitlich änderden Umgebungstemperaturen eine nur relativ geringe Temperaturschwankung aufweisen.

Es ist klar, daß ein kontinuierlicher Betrieb der beschriebenen Wärmetransformatoranlage 10 nur dann aufrechterhalten werden kann, wenn neben der Energiebilanz

(CW 1 + CW 2 = <?/v + CH)

auch die Mengenbilanz der im System strömenden Lösung ausgeglichen und dabei sichergestellt wird, daß die Lösung in den einzelnen Funktionskomponenten des Wärmetransformators, d. h. in den Entgasern 14, 24, dem Resorber 26 und dem Absorber 12 bei den bestehenden Druckniveaus auch die erforderlichen Konzentrationen hat und diese Konzentrationen auch ständig aufrechterhalten werden. Außerdem muß die Menge .v der über die Verbindungsleitung 40 gasförmig vom Lösungskreislauf I zum Lösungskreislauf II geführten Komponente der Lösung gleich der über die Verbindungsleitung 38 vom Lösungskreislauf Il zum Lösungskreislauf 1 zurückgeführten Menge ζ der gasförmigen Lösungskomponente, d. h. des Arbeitsmittels Ammoniak, sein. Die zur Steuerung dieser Bedingungen vorgesehenen Mittel werden hier als bekannt vorausgesetzt und deshalb nicht im einzelnen beschrieben.

Die in Fig. 2 gezeigte, in der erfindungsgemäßen Weise ausgestaltete Wärmetransformatoranlage 10' stimmt in ihrem grundsätzlichen Aufbau mit der vorstehend beschriebenen, den Stand der Technik repräsentierenden Wärmetransformatoranlage 10 überein, und gleiche Funktionskomponenten beider Anlagen sind auch mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß es genügt, nachstehend nur die erfindungsgemäß getroffenen Weiterbildungen zu beschreiben, während im übrigen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorausgegangene Beschreibung verwiesen werden kann.

Wie der Zeichnungsfigur zu entnehmen ist. besteht die Erfindung in einer zusätzlichen thermischen Koppelung der Lösungskreisläufe I und II durch einen dritten Wärmetauscher 46, der einerseits von der in der Leitung 16 vom niederdruckseitigen Absorber 12 zum hochdruckseitigen Entgaser 14 strömenden flüssigen Lösung und andererseits von der in der Leitung 30 vom hochdruckseitigen Resorber 26 zum niederdruckseitigen Entgaser 24 strömenden Lösung durchströmt wird. Dabei ist der Wärmetauscher 46 jeweils in Strömungsrichtung hinter den kreislaufinternen Wärmetauschern 42 bzw. 44, und zwar jeweils in dem unter höherem Druck stehenden Teil der Leitungen 16 und 30 angeordnet. Es ist somit ersichtlich, daß bei der Wärmetansformatoranlage 10' im Vergleich zur Wärmetransformatoranlage 10 über den unveränderten Wärmetausch zwischen dem Vor- und Rücklauf in den Lösungskreisläufen hinaus noch zusätzlich Wärmeenergie vom Kreislauf II in den Kreislauf I übertragen wird, welche den Anteil der aus der Abwärme höherer Temperatur in der Nutzwärme zurückgewonnenen Energie erhöht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Resorptions-Wärmetransformatoranlage, die mit einem Zweistoffgemisch, beispielsweise bestehend aus Ammoniak und Wasser, betrieben wird, um von zwei äußeren Wärmeenergiequellen unterschiedlichen Temperaturniveaus zugeführte Abwärme auf ein höheres Nutztemperaturniveau anzuheben, mit zwei Lösungskreisläufen, in welchen die Lösung in flüssiger Phase von einem niedrigeren auf ein höheres Druckniveau gebracht und wieder auf das niedrigere Druckniveau entspannt wird, wobei im ersten Lösungskreisiauf ein niederdruckseitiger Absorber mit einem hochdruckseitigen Entgaser, dem die Abwärme höheren Temperaturniveaus zugeführt wird, und im zweiten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Entgaser, dem die Abwärme niedrigeren Temperaturniveaus zugeführt wird, mit einem hochdruckseitigen Resorber zusammengeschaltet sind und zwischen dem niederdruckseitigen Entgaser und dem Absorber und dem hochdruckseitigen Entgaser und deni Resorber je eine Verbindung besteht, in weichen in den Entgasern in die Dampfphase überführtes Arbeitsmittel zum Absorber bzw. Resorber übertritt, und der Vor- und der Rücklaufzweig beider Lösungskreisläufe jeweils durch einen Wärmetauscher geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lösungskreisläufe (I; II) durch einen dritten Wärmetauscher (46) thermisch gekoppelt sind, der in den vom Absorber (12) zum hochdruckseitigen Entgaser (14) führenden Zweig (Leitung 16) des einen und dtn vom Resorber (26) zum niederdruckseitigen Entgaser (24) führenden Zweig (Leitung 30) des anderen Lösungskreislaufs eingeschaltet ist.