DE675840C

DE675840C - Waermepumpe, insbesondere fuer die Waermeversorgung von Heizungsanlagen

Info

Publication number: DE675840C
Application number: DES124149D
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG; Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1936-02-07
Filing date: 1936-09-11
Publication date: 1939-05-23
Also published as: CH189348A; FR817426A

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, insbesondere für die Wärmeversorgung von Heizungsanlagen, bei der zwei ©der mehr je einen Verflüssiger speisende Verdichter die Wärme auf verschiedene Temperaturen hochpumpen, während die Verflüssiger so hintereinander in den Heizmittelstrom geschaltet sind, daß sie das Heizmittel stufenweise erhitzen.

Die Erfindung bezweckt, die Wärmeförderung in besonderer Weise zu erhöhen, und besteht darin, daß das verflüssigte Arbeitsmittel das dampfförmige Arbeitsmittel vor dem Eintritt in die Verdichter überhitzt.

In besonderer Ausbildung können die Verdichter auch zwei- oder mehrstufig und mit vom Heizmittel durchflossenen Zwischenkühlern versehen sein, was an sich nicht neu ist. Beim Erfindungsgegenstand werden hierdurch, wie bekannt, die Endverdichtungstemperaturen unterhalb gewollter Grenzen gehalten. Am besten werden die Zwischenkühler dabei dem Verflüssiger desselben Verdichters im Heizmittelstrom nachgeschaltet. Ferner können die Mittel zum Verändern der Wärmeleistung unter den Einfluß von temperatur- oder sonstwie empfindlichen Einrichtungen gebracht sein, um die Wärmeleistung selbsttätig in Abhängigkeit von der Außentemperatur oder einer sonstigen veränderlichen Größe zu regeln.

Auf der Zeichnung ist in

Abb. ι ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung 'dargestellt. Die

Abb. 2 und 3 zeigen die zugehörigen Mollierdiagramme.

α ist die Wärmeverbrauchsstelle, b die Vorlaufleitung und c die Rücklaufleitung einer von einer Wärmepumpe mit Wärme versorgten Warmwasserheizungsanlage, in der das Heizmittel von einer Umwälzpumpen? mit gleicher Geschwindigkeit in der Pfeilrichtung umgewälzt wird und bei der unter gleichbleibender Rücklauftemperatur von etwa. 35⁰C je nach dem Stand der Außentemperatur Vorlauftemperaturen von 40 bis 50⁰C eingehalten werden sollen.

Die Wärmepumpe besteht aus drei gleichlaufend geschalteten Ammoniakverdichtern e_lf e₂₎ €_z, die durch ihre Saugleitungen f_t, /₂, /₃ an einen mit Flußwasser arbeitenden Verdampfer g und durch ihre Druckleitungen A₁, Ji₂, h₃ an je einen das Heizmittel der Heizanlage beheizenden Verflüssigerk_u k₂, k₅ angeschlossen sind, die ihrerseits über je ein Drosselglied I₁, i₂, i_s in den Verdampfer zurückmünden. Die Wärmepumpe arbeitet so, daß die das Ammoniak im Kreislauf durch Verdampfer, Ver-

flüssiger und Drosselglied hindurchtreibenden Verdichter dem Flußwasser durch den Verdampfer Wärme entziehen und diese Wärme, auf Gebrauchstemperatur hochgepumpt, an das Heizmittel überführen.

Die Verflüssiger sind hintereinander in den Heizmittelstrom eingeschaltet. Die Maschine ist so eingestellt, daß das Heizmittel bei größtem Wärmebedarf im ersten Verflüssiger

ίο von 35 auf 40° C, im zweiten von 40 auf 45⁰ C und im dritten und letzten Verflüssiger von 45° C auf die Höchsttemperatur von $o^J C erhitzt wird.

Mit der so ausgebildeten Wärmepumpe wird insbesondere der Fortschritt einer wirtschaftlichen Arbeitsweise erreicht. Wähnend der erste Verflüssiger, der das Heizmittel von 35 auf 40⁰ C zu erhitzen hat, mit einer Verflüssigungstemperatur von etwa 45° C auskommt, muß der zweite und dritte Verflüssiger mit einer Verflüssigungstemperatur von 50° C bzw. 5 5⁰ C arbeiten, um die geförderte Wärme an. das mit etwas tieferer Temperatur durchströmende Heizmittel abgeben zu können. Da aber Wärmepumpen um so mehr Kraft verbrauchen, je höher die von ihnen zu überwindende Temperatur- bzw. Druckhöhe gielegen ist, muß sich der erste Verdichter im. | Kraftverbrauch günstiger stellen als der zweite j und dieser wiederum günstiger als der dritte Verdichter.

In der Tat sind bei rein adiabatischer Verdichtung von trockengesättigten Dämpfen und nicht unterkühlter Flüssigkeit folgende Kraftaufnahmen je 1000 Kai. Heizleistung erforderlich:

Verdichter 1: Ni = 0,194 kW/1000 Kai. Verdichter 2: Ni = 0,214 kW/1000 Kai. } Verdichter 3: iVi = 0,234 kW/1000 Kai. J ' im Mittel
kW/1000 Kai.

Daraus geht hervor, daß bei der Aufstellung eines einzigen für die Gesamtleistung der Anlage bemessenen Verflüssigers sämtliche Verdichter mit einer Verflüssigungstemperatur von etwa 55⁰ C arbeiten müssen und dementsprechend auch einen Kraftaufwand von 0,234 kW je 1000 Kai. Heizleistung erfordern, während beim Verfahren nach der Erfindung im Mittel nur 0,214 kW zur Erzeugung derselben Heizleistung erforderlich sind. Es ergibt sich also·, daß sich mit der Maßnahme nach der Erfindung eine Kraftersparnis von 8,50/0 erzielen läßt.

Die Verdichter sind weiterhin einzeln abschaltbar ausgebildet und mit je einer nicht näher dargestellten eigenen Leistungsregelung versehen, wie sie z. B, als regelbare Drosselglieder für die Sauggase, Zuschaltvorrichtungen, für zusätzliche schädliche Räume, Abschaltvorrichtungen für ganze Zylinderhälften bei doppelt wirkenden Maschinen oder als, Drehzahlregler der Antriebsmotoren _ usw. schon verwendet worden sind. Dadurch wird nicht nur erreicht, daß durch einfaches Abschalten des letzten bzw. letzten und vorletzten Verdichters auch Vorlauftemperaturen von 45 und 40⁰ C eingehalten werden können, sondern es wird durch Einstellen der eigenen Leistungsregelvorrichtungen auch das Einhalten der sämtlichen, innerhalb der Grenzen von 35 und 50⁰ C liegenden Vorlauf temperatüren des Heizmittels ermöglicht. Die eigenen Leistungsregelvorrichtungen können dabei 'entweder von Hand oder auch selbsttätig durch Wärmefühler, z. B. in Abhängigkeit von der Außentemperatur, eingestellt werden. Die Verdichter sind ferner zweistufig ausgebildet und mit je einem vom Heizmittel der Warmwasserheizungsanlage durchflossenen Zwischenkühler I₁,I₂, /3 versehen, der dem zugehörigen Verflüssiger im Heizmittelstrom nachgeschaltet, dem Verflüssiger der nachfolgenden Maschine aber vorgeschaltet ist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Gaseintrittstemperaturen der Zwischenkühler genügend hoch über den Heizmittelaustrittstemperaturen der zugehörigen Verflüssiger liegen, um auch im -Zwischenkühler die gewünschte Wärmeausbeute zu erzielen.' Durch diese Maßnahme wird nicht nur die Endverdichtungstemperatur' auf das gewünschte Maß herabgesetzt, sondern auch die Heizleistung gesteigert.

Ohne die gewünschte Endverdichtungstemperatur zu überschreiten, ist es insbesondere bei zwei- oder mehrstufigen Verdichtern möglich, das zu verdichtende Gas zu überhitzen und damit dessen Wärmeinhalt vor dem Eintritt in den Verdichter zu erhöhen. Dies kommt der Heizleistung der Pumpe zugute, weil vom verdichteten Mittel bei sonst gleichem Druck- und Temperaturgefälle mehr Heizleistung abgegeben werden kann.

Bei der in der Abb. 1 gezeigten 'Ausführungsart werden die durch die Saugleitungen f_x, /₂, /3 zu den Verdichtern geführten Gase in der Weise überhitzt, daß sie in Gegenstromgeraten/n^/ng,^ mit der von den Verflüssigern durch die Leitungen«!, U₂, n₃ an die Drosselglieder I₁, J₂, /3 abgegebenen Ammoniakflüssigkeit in Wärmeaustausch gebracht werden, wobei die letztere unterkühlt wird.

Die hierbei sich abspielenden Vorgänge sind in dem Mollierdagramm der Abb. 2 veranschaulicht. In diesem Diagramm sind durch die Linien 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6, 6-7, 7-8

bzw. 8-1 die Zustandsänderungen des Arbeitsmittels im Überhitzer, Verdichtungsstufe I, Zwischenkühler, Verdichtungsstufe II, Niederschlager, Überhitzer, Drosselglied bzw. Verdämpfer dargestellt.

Die je Kilogramm Ammoniakgas im Zwischenkühler und an das Heizmittel abgegebenen Wärmemengen sind dabei durch 'die Längien der Linie 3-4 bzw. · 5-6 dargestellt, wobei die Punkte 3 und 5 auf der Temperaturlinie T = ioo° C liegen. Ohne Zwischenkühlung müßte das Gas bei Vermeidung einer Überschreitung dieser Endtemperatur aus dem durch den Schnittpunkt der nach unten verlängerten Linie 4-5 und der Linie 8-2 dargestellten nassen Zustand angesaugt werden, wobei die Heizleistung je Kilogramm umlaufendem Ammoniakgewicht um den der Linie 3-4 entsprechenden Bietrag viermindert würde.

Der durch den Wärmeaustausch zwischen den zu den Verdichtern geführten Gasen und der Ammoniakflüssigfceit erzielte Wärmiegiewinn ist _vdurch die Linie 3-3' dargestellt, deren Länge gleich derjenigen der Überhitzungslinie 1-2 bzw. der der heruntergeloteten Unterkühlungslinie 6-7 ist. Durch Verwendung von drei- oder mehrstufigen Verdichtern läßt sich auf diese Weise der Wärmegewinn und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage noch weiter steigern, indem die Überhitzung der Sauggase ohne Überschreitung der gewünschten Endverdichtungstemperatur weiter erhöht werden kann, wie dies aus dem für einen dreistufigen Verdichter gezeichneten Mollierdiagramm der Abb. 3 zu ersehen ist.

An Stelle von einzeln angetriebenen bzw. abschaltbaren Verdichtern können auch nicht einzeln abschaltbare Verdichter mit gemieinsamem Antrieb Verwendung finden, wenn nur auf hohe Wirtschaftlichkeit des Betriebes und hohe Heizmitteltemperaturen, nicht aber auf eine weitgehende Regelfähigkeit Wert gelegt wird. Bei drei- oder mehrstufigen Verdichtem mit zwei bzw. mehreren mit dem Heizmittel betriebenen Zwischenkühlern empfiehlt es siph, die Zwischenkühler hintereinander dem zugehörigen Verflüssiger nachzuschalten.

In entsprechender Weise wie mit Kolbenverdichtern läßt sich die Wärmepumpe nach der Erfindung auch mit anderen Verdichtern, z. B. Kapsel Verdichtern, Zellenverdichtern, Membranverdichtern oder mit Turboverdichtern, ausführen. Dabei lassen sich die verschiedenen Verdichteranlagen, anstatt auf derselben Welle festzusitzen, auch auskuppelbar ausbilden oder mit besonderen Antrieben versehen. Die eigene Regelung jeder Turbogruppe läßt sich durch Drosseln der Saugabschlüsse auf einfache Weise durchführen.

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmepumpe, insbesondere für die Wärmeversorgung von Heizungsanlagen, 6g bei der zwei oder mehr je einen Verflüssiger speisende Verdichter die Wärme auf verschiedene Temperaturen hochpumpen, während die Verflüssiger so hintereinander in den Heizmittelstrom geschaltet sind, daß sie das Heizmittel stufenweise erhitzen, dadurch gekennzeichnet, daß 'das verflüssigte Arbeitsmittel das dampfförmige Arbeitsmittel vor dem Eintritt in. die Verdichter überhitzt.

2. Wärmepumpe nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichter einzeln abschaltbar ausgebildet sind zum Zweck, die Leistung der Pumpe durch das Ab- bzw. Zuschalten von Verdichtern inner· halb weiter Grenzen zu ändern.

3. Wärmepumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichter einzeln mit Mitteln zum Verändern der Wärmeförderung versehen sind, um innerhalb der weiten Grenzen jede gewünschte Wärmeleistung einstellen zu können. ^s

4. Wärmepumpe nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichter go mindestens zweistufig ausgebildet 'und mit vom. Heizmittel durchfiossenen Zwischenkühlern versehen sind, um die Endverdichtungstemperaturen unterhalb gewellter Grenzen zu halten.

5. Wärmepumpe nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkühler dem Verflüssiger desselben Verdichters im Heizmittelstrom nachgeschaltet ist.

6. Wärmepumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verändern der Wärmeleistung in Abhängigkeit von temperatur- oder sonstwie empfindlichen Einrichtungen stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen