DE69729847T2

DE69729847T2 - Kälte- oder Wärme-Gerät der Absorptionsart

Info

Publication number: DE69729847T2
Application number: DE69729847T
Authority: DE
Inventors: Akira 4-1 Suzuki; Manabu 4-1 Kagawa; Tooru 4-1 Fukuda; Toshimitsu 4-1 Takaishi; Mitsuru 4-1 Ishikawa; Hidetaka 4-1 Kayanuma
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2017-12-10
Also published as: EP0849548A2; CN1140742C; US5901567A; CN1188221A; KR100337208B1; KR19980064226A; EP0849548B1; EP0849548A3; DE69729847D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absorptionskühl/-heizgerät oder eine Klimaanlage und insbesondere ein Absorptionskühl/-heizgerät zum Heizen mit einer Wärmepumpe bei einem hohen Wirkungsgrad in einem normalen Heizbetrieb und, wenn die Außenlufttemperatur zu gering ist, um die Wärme hoch zu pumpen, zum Umschalten in einen Heizbetrieb mit direkter Flamme, um die Heizkapazität bei einem gewünschten Niveau aufrecht zu erhalten, als auch zur Ermöglichung eines einfachen Umschaltens zwischen dem Kühlbetrieb, dem thermodynamischen Heizbetrieb und dem Heizbetrieb mit direkter Flamme.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Absorptionskühl/-heizgerät gerichtet, das den Beginn des Umschaltens von dem Heizbetrieb mit direkter Flamme in den thermodynamischen Heizbetrieb verbessert.
Beschreibung des Standes der Technik
Absorptionskühlgeräte wurden normalerweise nur zum Abkühlen benutzt, jetzt werden sie nicht nur für den Kühlbetrieb, sondern auch zum Durchführen eines thermodynamischen Heizbetriebs verwendet, bei dem Wärme, die durch den Absorber hochgepumpt wurde, zum Heizen genutzt wird. In einem solchen thermodynamischen Heizbetrieb ist jedoch der Wirkungsgrad des Hochpumpens der Wärme von der Außenluft verringert, wenn die Außenluft-Temperatur abfällt. Eine modifizierte Ausführungsform ist vorgesehen, um von dem thermodynamischen Heizbetrieb in den Heizbetrieb mit direkter Flamme umzuschalten, wenn die Außenluft-Temperatur auf einen gewissen unteren Grenzwert sinkt.
In den japanischen Patentschriften Hei 1-47714 und Hei 7-96977 und der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Hei 6-2980 sind ein solches modifiziertes Absorptions-Wärmepumpengerät und ein Kühl/-Heizgerät veröffentlicht. Ein Absorptionskühl/-heizgerät, das jede der drei Betriebsarten, Kühlen, thermodynamisches Heizen und Heizen mit direkter Flamme, durchführt, ist in der japanischen Patentschrift Hei 6-97127 beschrieben.
Diese bekannten Absorptionskühl/-heizgeräte der Luftkühlungs-Bauart weisen einen komplizierten Aufbau auf, bei dem ein Umschalten von dem Kühlbetrieb in den Heizbetrieb und umgekehrt erforderlich ist, so dass sie in der Praxis kaum anwendbar sind.
Um zum Beispiel bei dem in der Patentschrift Hei 6-97127 veröffentlichten Gerät zwischen dem Kühlbetrieb und dem thermodynamischen Heizbetrieb umzuschalten, muss ein Durchgang für ein Kühlmittel oder eine Absorptionslösung umgeschaltet werden. Dies verursacht eine unerwünschte Mischung der Absorptionslösung mit dem Kühlmittel. Daher kann bei einer Ausführungsform das Umschalten zwischen den drei Betriebsarten des Kühlens, des thermodynamischen Heizens und des Heizens mit direkter Flamme nur unter Verwendung komplizierter Mechanismen verwirklicht werden. Obwohl das aus der Patentschrift Hei 1-47714 bekannte Gerät Vier-Wege-Ventile zum Umschalten zwischen dem Kühlbetrieb und dem Heizbetrieb verwendet, um einen vereinfachten Durchgangs-Umschaltmechanismus zu bilden, ist das Umschalten zwischen dem Kühlmittel-Durchgang und dem Absorptionslösungs-Durchgang unvermeidlich. Entsprechend wird die Mischung des Kühlmittels mit der Absorptionslösung stattfinden und daher ist ein Zeitraum erforderlich, um zu einem erwarteten Leistungsniveau nach dem Umschalten zurückzukommen. Die US 5 456 086 zeigt ein weiteres Absorptionskühl/-heizgerät.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Absorptionskühl/-heizgerät zum Umschalten zwischen dem thermodynamischen Heizbetrieb und dem Heizbetrieb mit direkter Flamme mit einem einfachen Aufbau vorzusehen, bei dem das Kühlmittel und die Absorptionslösung während des Umschaltvorgangs der Betriebsarten voneinander getrennt sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Absorptionskühl/-heizgerät zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Menge des Kühlmittels vorzusehen, wenn der Betrieb von dem Heizbetrieb mit direkter Flamme in den thermodynamischen Heizbetrieb umgeschaltet wird, um die Anlaufcharakteristik des thermodynamischen Heizbetriebs zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Absorptionskühl/-heizgerät vorgesehen, das aufweist:
einen Verdampfer zur Aufnahme eines Kühlmittels;
einen Absorber zur Aufnahme einer Lösung, die ein Absorptionsmittel zum Absorbieren eines Kühlmittel-Dampfes, der in dem Verdampfer erzeugt wird, und zur Erzeugung von Absorptionswärme aufweist;
einen Regenerator zur Erwärmung eines Teils der Lösung, die durch die Absorptionsvorrichtung hindurchgeströmt ist, um den Kühlmittel-Dampf zur Regenerierung der Absorptionsmittel-Konzentration in der Lösung zu extrahieren;
einen Kondensator zur Kondensation des extrahierten Kühlmittel-Dampfes und zu dessen Durchleitung zum Verdampfer;
eine erste Leitung, die quer durch den Verdampfer zur Durchleitung eines Flusses abgekühlten Wassers, das durch das Kühlmittel abgekühlt wurde, angeordnet ist;
eine zweite Leitung;
ein Innenraum-Gerät, das in einem Raum, der klimatisiert werden soll, installiert ist und das eine dritte Leitung aufweist, die sich dort quer hindurch erstreckt, um wahlweise entweder abgekühltes Wasser oder Kühlwasser durchzulassen, wobei das Innenraum-Gerät ein Einblasen von klimatisierter Luft in den Raum vorsieht;
einen Wärmetauscher für freie Wärme, der eine vierte Leitung aufweist, die sich quer durch diesen hindurch erstreckt, um wahlweise das andere Wasser, also Kühlwasser bzw. abgekühltes Wasser, durchzulassen, der einen Wärmeaustausch zwischen dem anderen Wasser, also dem Kühlwasser bzw. dem abgekühlten Wasser, und der Außenluft vorsieht;
ein erstes Vier-Wege-Ventil, das vier Öffnungen aufweist, von denen jede mit jeweils einem Ende der ersten bis vierten Leitung verbunden ist; und
ein zweites Vier-Wege-Ventil, das vier Öffnungen aufweist, von denen jede mit jeweils dem anderen Ende der ersten bis vierten Leitung verbunden ist, wobei das erste und zweite Vier-Wege-Ventil so geschaltet sind, dass in einem Kühlbetrieb die erste Leitung und die zweite Leitung jeweils mit der dritten Leitung und der vierten Leitung verbunden sind, während in einem Heizbetrieb diese jeweils mit der vierten Leitung und der dritten Leitung verbunden sind; und sich dadurch auszeichnet, dass
die zweite Leitung quer durch den Absorber und den Kondensator zur Durchleitung eines Flusses von Kühlwasser angeordnet ist, das durch die Lösung in dem Absorber und den Kühlmittel-Dampf in dem Kondensator erwärmt wird; und das Gerät ferner aufweist:
einen Rückstrom-Kanal zur Fluidverbindung zwischen dem Kondensator und dem Regenerator, bei dem ein Kühlmittel-Umwälzauslass des Rückstrom-Kanals zum Umwälzen des Kühlmittels von dem Kondensator zurück zu dem Regenerator höher als ein anderer Kühlmittel-Auslass zur Rückführung des Kühlmittels von dem Kondensator zurück zu dem Verdampfer angeordnet ist; und
ein Ventil zum Öffnen und Schließen des Rückstrom-Kanals, in dem beim Heizbetrieb der Kühlmittel-Dampf, der in dem Regenerator erzeugt wird, von dem Kondensator über den Rückstrom-Kanal zu dem Regenerator umgewälzt wird, um von einem thermodynamischen Heizbetrieb in einen Heizbetrieb mit direkter Flamme umzuschalten.
Bei einem beschriebenen Absorptionskühl/-heizgerät zum Erreichen eines weiteren, oben genannten Ziels, das einen Verdampfer zur Aufnahme eines Kühlmittels aufweist, einen Absorber zur Aufnahme einer Lösung, die ein Absorptionsmittel zum Absorbieren eines Kühlmittel-Dampfes, der in dem Verdampfer erzeugt wird, einen Regenerator zur Erwärmung eines Teils der Lösung, um den Kühlmittel-Dampf zur Regenerierung der Absorptionsmittel-Konzentration in der Lösung zu extrahieren, und einen Kondensator zur Kondensation des extrahierten Kühlmittel-Dampfes und zu dessen Durchleitung zum Verdampfer, bei dem der Betrieb zwischen einem Kühlbetrieb, einem thermodynamischen Heizbetrieb und einem Heizbetrieb mit direkter Flamme gewählt wird, weist die Verbesserung auf: einen Rückstrom-Kanal zum direkten Umwälzen des Kühlmittels vom Kondensator zurück zum Regenerator; und ein Schaltmittel zum Öffnen des Rückstrom-Kanals, um einen geschlossenen Kreislauf des Kühlmittels zu bilden, und um den Betrieb in den Heizbetrieb mit direkter Flamme zur Erwärmung des Kühlwassers, das mit dem umgewälzten Kühlmittel quer durch den Kondensator fließt, umzuschalten, bei dem der Kühlmittel-Umwälzauslass, der mit dem Rückstrom-Kanal vom Kondensator zum Regenerator verbunden ist, höher als ein anderer Kühlmittel-Auslass zur Rückführung des Kühlmittels vom Kondensator zum Verdampfer angeordnet ist.
Gemäß den beschriebenen Ausführungsformen kann das Gerät ferner aufweisen: einen Rektifizierer, der an der Oberseite des Regenerators angeordnet ist und der aus einem unteren Trennabschnitt und einem oberen Anreichungsabschnitt zur weiteren Trennung der Absorptionslösung von dem Kühlmittel- Dampf, der in dem Regenerator erzeugt wird, besteht, so dass, während der Kühlmittel-Dampf, der in dem Regenerator erzeugt wird, durch den Rektifizierer zu dem Kondensator strömt, der Auslass des Rückstrom-Kanals in einer Position angeordnet ist, die niedriger als der Kühlmittelrückstrom-Auslass und höher als der Trennabschnitt ist; wobei auch eine Ablassleitung kann hinzugefügt werden kann, um einen Teil des Kühlmittels von dem Verdampfer zu dem Rektifizierer hindurchzulassen; und ein Mittel zum fast vollständigen Öffnen der Ablassleitung im Heizbetrieb mit direkter Flamme, um das Kühlmittel von dem Verdampfer zu dem Regenerator zur Absenkung der Konzentration des Absorptionsmittels in der Lösung in dem Regenerator auf ein niedrigeres Niveau als das bei dem thermodynamischen Heizbetrieb zuzuführen.
Damit ergibt sich, wenn der Heizbetrieb mit direkter Flamme gewählt ist, dass das Kühlmittel, das zu dem Regenerator zurückgeströmt ist, von dem Kühlmittel-Rückströmauslass entnommen werden kann, während eine vorgegebene Menge des Kühlmittels zurückbleibt, das zwischen dem Kühlmittel-Rückstromauslass und dem Boden in dem Kondensator vorhanden ist.
Der Kühlmittel-Dampf wird ferner in dem Rektifizierer kondensiert. Das umlaufende Kühlmittel vom Kondensator fällt infolge einer Fallhöhe oder eines Höhenunterschieds zwischen einem Einlass in dem Kondensator und dem Auslass des Kühlmittel-Rückstromkanals in dem Rektifizierer von selbst auf den Rektifizierer. Die Ablassleitung führt kleine Mengen des Kühlmittels vom Verdampfer zum Regenerator zu, um eine gewünschte, hohe Reinheit des Kühlmittels aufrecht zu erhalten.
Im Heizbetrieb mit direkter Flamme wird das Kühlmittel vom Verdampfer zum Regenerator zugeführt, um die Konzentration des Absorptionsmittels in der Lösung im Regenerator auf ein Niveau abzusenken, das niedriger ist als das beim thermodynamischen Heizbetrieb. Folglich kann die Temperatur der Lösung, die in dem Regenerator zur Aufrechterhaltung des Dampfdrucks bei einem gewünschten Wert erforderlich ist, abgesenkt werden, um somit die Zufuhr von Wärme, die zum Heizen der Lösung erforderlich ist, abzusenken, den thermischen Wirkungsgrad des Geräts zu verbessern und die gesamten Betriebskosten bei dem Heizbetrieb mit direkter Flamme zu verringern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Kühl/-heizgeräts, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung, die eine Anordnung von Leitungen mit Vier-Wege-Ventilen zeigt, die den Heizbetrieb in der Ausführungsform des Kühl/-Heizgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung betreiben;
3 ist eine schematische Darstellung, die die Anordnung der Leitungen mit den Vier-Wege-Ventilen zeigt, die den Kühlbetrieb bei dem Kühl/-Heizgerät gemäß der vorliegenden Erfindung betreiben;
4 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Kontrollvorrichtung, die Pumpen und Ventile zum Schalten in den Heizbetrieb mit direkter Flamme bei dem in der 1 gezeigten Kühl-/Heizgerät aufweist;
5 ist eine schematische Darstellung eines Prinzipabschnitts der Ausführungsform des Kühl-/Heizgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Kennlinien-Darstellung, die die Beziehung zwischen der Temperatur einer Lösung und dem Druck eines Dampfes mit der Konzentration eines Absorptionsmittels in der Lösung, die geändert werden soll, zeigt; und
7 ist eine Kennlinien-Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Druck in einem Kondensator und der Außenluft-Temperatur zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird detaillierter mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die 1 ist ein Blockschaltbild, das einen Hauptabschnitt der Ausführungsform eines Absorptionskühl/-heizgeräts der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Verdampfer 1 ist mit einem Kühlmittel eines fluorierten Alkohols, wie beispielsweise Trifluorethanol (TFE) gefüllt, während ein Absorber 2 mit einer Lösung aus einem DMI-Derivat, wie beispielsweise Dimethyl-Imidazolidinon, gefüllt ist, das ein Absorptionsmittel enthält. Das Kühlmittel ist nicht auf fluorierten Alkohols begrenzt, sondern kann ein geeignetes Mittel sein, dessen kältebeständiger Bereich groß ist. Die Lösung ist nicht auf die DMI-Derivate beschränkt und kann jede andere Absorptionslösung sein, bei der der kältebeständige Bereich groß ist, deren Siedepunkt bei Umgebungsluft-Temperatur höher als bei TFE ist und die ein ausreichendes Leistungsvermögen hat, um TFE zu absorbieren. Zum Beispiel ist eine Kombination aus Wasser und Lithiumbromid als die Lösung in der vorliegenden Ausführungsform ungeeignet, da Wasser als ein Kühlmittel durch einen Temperaturabfall der Lösung während des Vorgangs des Heizbetriebs bei einer Außenluft-Temperatur, die bei Null Grad liegt, gefroren werden kann.
Der Verdampfer 1 und der Absorber 2 sind durch einen (Kühlmittel-)Dampfkanal 5 über ein Fluid miteinander verbunden. Wenn der Verdampfer 1 unter einem Zustand mit einem niedrigen Druck von z. B. 40 Millibar (30 mmHg) gehalten wird, wird das Kühlmittel verdampft und strömt über den Dampfkanal 5 in den Absorber 2, wie dies durch mit doppelten Linien gezeichnete Pfeile dargestellt ist. Der Kühlmittel-Dampf wird dann durch das Absorptionsmittel in dem Absorber 2 absorbiert, um somit einen Absorptions-Gefriervorgang zu bewirken. Ein Kühler (oder ein Wärmetauscher) 18 ist in dem Dampfkanal 5 angeordnet.
Wenn ein Brenner 7 gezündet wird, um einen Regenerator 3 zur Erhöhung der Konzentration der Absorptionsmittellösung in dem Absorber 2 zu erwärmen, absorbiert das Absorptionsmittel den Kühlmittel-Dampf in dem Absorber 2 und die Verdampfung des Kühlmittels in dem Verdampfer 1 wird beschleunigt und dadurch wird der Innenraum des Verdampfers 1 mit der latenten Wärme der Kühlmittelverdampfung abgekühlt. Der Brenner, der Regenerator und die Konzentration der Absorptionsmittellösung wird später detaillierter beschrieben. Eine Leitung 1a zum Hindurchführen abgekühlten Wassers ist so angeordnet, dass diese durch den Verdampfer 1 verläuft. Die Leitung 1a ist an einem Ende (der Auslassseite in der gezeigten Ausführungsform) mit der Öffnung Nr. 1 eines ersten Vier-Wege-Ventils V1 und mit dem anderen Ende (der Einlassseite in der Ausführungsform) mit der Öffnung Nr. 1 eines zweiten Vier-Wege-Ventils V2 verbunden (siehe 2 und 3). Das Kühlmittel wird durch die Wirkung einer Pumpe P1 zu einer Sprühvorrichtung 1b, die in dem Verdampfer 1 angeordnet ist, zugeführt, um über die Leitung 1a gesprüht zu werden, in der das abgekühlte Wasser fließt. Das Kühlmittel entzieht dem abgekühlten Wasser in der Leitung 1a Wärme und geht in Dampf über, der durch den Dampfkanal 5 in den Absorber 2 strömt. Folglich wird die Temperatur des abgekühlten Wassers weiter abgesenkt. Das Kühlmittel in dem Verdampfer 1 wird über einen Filter 4 zu einem Rektifizierer 6, der später beschrieben wird, gefördert, und auch der Sprühvorrichtung 1b zugeführt. Ein Durchflussventil V5 ist quer zu einer Ablassleitung oder einem Kanal 1c zwischen dem Verdampfer 1 und dem Filter 4 angeordnet. Das abgekühlte Wasser, das in der Leitung 1a fließt, kann vorzugsweise entweder eine Äthylenglykol- oder eine Propylenglykol-Wasserlösung sein.
Wenn der Kühlmittel-Dampf oder ein Dampf aus fluoriertem Alkohol durch die Lösung in dem Absorber 2 absorbiert wird, vergrößert die Absorptionswärme die Temperatur der Lösung. Je niedriger die Temperatur und je höher die Konzentration der Lösung ist, um so größer wird die Absorptionsfähigkeit der Lösung sein. Zur Abschwächung der Temperaturerhöhung der Lösung ist eine Leitung 2a in dem Absorber 2 vorgesehen, um einen Fluss von Kühlwasser hindurchzuführen. Die Leitung 2a ist an einem Ende (der Auslassseite in der gezeigten Ausführungsform) über einen Kondensator 9 und eine Pumpe P3 mit der Öffnung Nr. 2 des ersten Vier-Wege-Ventils V1 und mit dem anderen Ende (der Einlassseite) mit der Öffnung Nr. 2 des zweiten Vier-Wege-Ventils V2 verbunden. Vorzugsweise ist das Kühlwasser, das in der Leitung 2a strömt, in den Eigenschaften oder der Beschaffenheit gleich wie das abgekühlte Wasser, das durch die Leitung 1a strömt.
Die Absorptionsmittellösung wird durch die Wirkung der Pumpe P2 einer Sprühvorrichtung 2b, die in dem Absorber 2 angeordnet ist, zugeführt, um über die Leitung 2a gesprüht zu werden. Folglich wird die Lösung durch das Kühlwasser, das durch die Leitung 2a strömt, abgekühlt. Gleichzeitig entzieht das Kühlwasser der Lösung Wärme und seine Temperatur wird steigen. Wenn die Lösung in dem Absorber 2 den Kühlmittel-Dampf absorbiert hat, fällt die Konzentration des Absorptionsmittels, so dass die Absorptionsfähigkeit der Lösung verringert ist.
Die verdünnte Lösung, die den Kühlmittel-Dampf in dem Absorber 2 absorbiert hat, wird durch die Pumpe P2 über eine Leitung 7b und ein Kontrollventil V3 zu dem Rektifizierer 6 und dem Regenerator 3 geleitet und auch der Sprühvorrichtung 2b zugeführt. Der Regenerator 3 ist mit dem Brenner 7 zur Aufwärmung der verdünnten Lösung versehen. Der Brenner 7 kann ein Gasbrenner oder ein anderes Heizmittel sein. Die Lösung wird durch den Brenner 7 erwärmt und die Konzentration des Absorptionsmittels wird vergrößert, da der Kühlmittel-Dampf ausgeschieden wird. Die resultierende (konzentrierte) Lösung wird über eine Leitung 7a und ein Kontrollventil V4 zu dem Absorber 2 zurückgeführt, bei dem diese durch die Sprühvorrichtung 2b und die Pumpe P2 über die Leitung 2a gesprüht wird.
In dem Regenerator 3 wird, wenn die verdünnte Lösung durch den Brenner 7 erhitzt wird, der Kühlmittel-Dampf erzeugt. Der Kühlmittel-Dampf kommt, wenn er in dem Rektifizierer 6 nach oben steigt, in direkten Kontakt mit der Absorptionsmittellösung, die dort nach unten fällt, und kann somit eine verbleibende kleine Menge der Absorptionsmittellösung freigeben, bevor er zu dem Kondensator 9 gelangt. Der Kühlmittel-Dampf wird abgekühlt und durch den Kondensator 9 verflüssigt. Das Kühlmittel wird dann in flüssiger Form durch eine Leitung 9b, einen Kühler 18 und ein Reduzierventil (Durchflussventil) 11 hindurchgeführt und zu dem Verdampfer 1 zum Sprühen aus der Sprühvorrichtung 1b zurückgeführt. Der Kühler 18 ist eine Bauart eines Wärmetauschers, der einen Nebel des Kühlmittels in dem Dampf vom Verdampfer 1 mit dem Kühlmittel höherer Temperatur von dem Kondensator 9 zur Beschleunigung der Verdampfung des Kühlmitteldunstes aufwärmt, und andererseits das Kühlmittel mit der relativ höheren Temperatur, das dann zu dem Verdampfer 1 zurückgeführt wird, abkühlt.
Obwohl die Reinheit des Kühlmittels, das von dem Kondensator 9 zurückgeführt wird, in dem Verdampfer 1 recht hoch ist, kann oder muss diese allmählich verringert werden, da eine sehr kleine Menge des Absorptionsmittels in dem umgewälzten Dampf während einer langen Zeitdauer des Umwälzvorgangs angesammelt wird. Zur Wiedergewinnung der Reinheit des Kühlmittels wird eine kleine Menge des Kühlmittels von dem Verdampfer 1 durch das Ventil 5 und den Filter 4 zu dem Rektifizierer 6 gefördert, wo es mit dem Kühlmittel-Dampf von dem Regenerator 3 gemischt wird. Der Filter 4 wird verwendet, um zu verhindern, dass die Füllleitungen des Rektifizierers 6 mit Schmutz und/oder Rost in der Absorptionsmittellösung verschmutzt werden, was eine Herabsetzung der funktionellen Wirkungsweise verursachen könnte.
Ein Wärmetauscher 12 ist in der Mitte des Wegs der Leitungen 7a und 7b, die jeweils den Absorber 2 und den Rektifizierer 6 verbinden, vorgesehen. Die Absorptionsmittellösung mit einer hohen Konzentration und einer hohen Temperatur, die längs der Leitung 7a vom Regenerator 3 strömt, wird mit der verdünnten Lösung, die längs der Leitung 7b vom Absorber 2 strömt, einem Wärmeaustauschvorgang des Wärmetauschers 12 unterworfen, so dass sie abgekühlt wird, bevor sie dem Absorber 2 zugeführt wird, wo sie versprüht wird. Umgekehrt wird die verdünnte Lösung durch die Wirkung des Wärmetauschers 12 vorgewärmt und zu dem Rektifizierer 6 geführt. Dies verbessert zuverlässig den thermischen Wirkungsgrad in dem Gerät. Zusätzlich kann ein weiterer (nicht gezeigter) Wärmetauscher vorgesehen sein, um Wärme von der konzentrierten Lösung zum Kühlwasser zu übertragen, das längs der Leitung 2a vom Absorber 2 oder dem Kondensator 9 strömt. Entsprechend wird die Temperatur der konzentrierten Lösung, die zu dem Absorber 2 zurückgeführt wird, weiter verringert, während die Temperatur des Kühlwassers erhöht wird.
Ein Wärmetauscher 14 für freie Wärme ist auch mit einer Leitung 4a zum Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser oder dem abgekühlten Wasser und der Außenluft versehen, und ein Innenraum-Gerät 15 ist mit einer Leitung 3a versehen. Die Leitungen 3a und 4a sind an einem Ende (der Einlassseite in der gezeigten Ausführungsform) jeweils mit den Öffnungen Nr. 3 und Nr. 4 des ersten Vier-Wege-Ventils V1 verbunden und mit dem anderen Ende (der Auslassseite) jeweils mit den Öffnungen Nr. 3 und Nr. 4 des zweiten Vier-Wege-Ventils V2 verbunden (siehe 2 und 3). Das Innenraum-Gerät 15 ist in einem Raum, der gekühlt oder erwärmt werden soll, angeordnet und weist ein Gebläse 10 auf, das sowohl zum Ausblasen von Kühlluft oder auch von Heizluft aus dessen (nicht gezeigten) Gebläsefenster verwendet wird. Der Wärmetauscher 14 für freie Wärme ist normalerweise im Freien angeordnet und weist ein Gebläse 19 zum Zwangsaustausch der Wärme mit der Außenluft auf.
Die Buchstaben T, L und PS mit Zahlenindizes in der 2 bezeichnen jeweils einen Wärmesensor, ein Flüssigkeits-Messgerät und einen Drucksensor. Ventile zum Öffnen/Schließen oder für den Durchfluss sind durch ein V mit Zahlenindizes bezeichnet.
Bei dem in der 2 gezeigten Vorgang des Heizbetriebs mit dem Wärmepumpeneinsatz werden das erste und zweite Vier-Wege-Ventil V1 und V2 betätigt, so dass die Öffnungen mit den Nummern 1 und 4 miteinander in Verbindung stehen, und die Öffnungen mit den Nummern 2 und 3 miteinander in Verbindung stehen. Entsprechend wird das Kühlwasser, das durch den Absorber 2 und den Kondensator 9 erwärmt ist, durch die Leitung 2a zu der Leitung 3a in dem Innenraum-Gerät 15 zum Erwärmen des Raums hindurchgeführt.
Wenn die Außenluft-Temperatur bei dem Wärmebetrieb mit dem Heizpumpeneinsatz extrem abfällt, pumpt der Wärmetauscher 14 für freie Wärme kaum Wärme von der Außenluft nach oben, so dass die Heizfähigkeit verringert ist. Bei einer solchen sehr niedrigen Außentemperatur wird das thermodynamische Heizen angehalten und der Kühlmittel-Dampf, der in dem Regenerator 3 erzeugt wird, von dem Kondensator 9 zurück zu dem Regenerator 3 umgewälzt, um den Heizbetrieb mit direkter Flamme zu ermöglichen, bei dem Wärme, die durch den Brenner 7 erzeugt wird, mit einem hohen Wirkungsgrad auf das Kühlwasser übertragen wird, das durch die Leitung 2a in dem Kondensator 9 strömt, so dass dies zur Erhöhung der Temperatur des Kühlwassers und der Erhöhung der Heizfähigkeit in dem Gerät beiträgt.
Zu diesem Zweck ist zwischen dem Kondensator 9 und dem Rektifizierer 6 (oder dem Regenerator 3), wie dies in der 1 gezeigt ist, ein Bypass-Kanal 9a mit einem Schaltventil 17 vorgesehen. Wenn die Außenluft-Temperatur fällt, so dass die Heizfähigkeit beeinflusst wird, werden die Leitung 9b vom Kondensator 9 zum Verdampfer 1 und die Leitungen 7a und 7b zum Hindurchführen der verdünnten Lösung und der konzentrierten Lösung zwischen dem Absorber 2 und dem Regenerator 3 geschlossen, um den thermodynamischen Heizvorgang zu beenden. Gleichzeitig wird das Schaltventil 17 geöffnet, um den Kühlmittel-Dampf, der in dem Regenerator 3 durch den Kondensator 9 erzeugt wird, direkt zurück umzuwälzen.
Das Umschalten von dem thermodynamischen Heizbetrieb in den Heizbetrieb mit direkter Flamme zur Erhöhung der Heizfähigkeit kann automatisch durch die Verwendung eines Wärmesensors T14 kontrolliert werden, der an einer geeigneten Stelle im Innenbereich oder Außenbereich (zum Beispiel in der Nähe des Wärmeaustauschers 14 für freie Wärme) angeordnet ist, so dass, wenn die durch den Sensor T14 ermittelte Temperatur niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, diese Ventile entsprechend durch ein (nicht gezeigtes) Regelgerät geschaltet werden. Der Abfall der Außenluft-Temperatur unter den vorbestimmten Wert kann durch die Überprüfung der Höhe der thermischen Leistung ermittelt werden. Wenn die Außenluft-Temperatur niedrig ist, ist auch die thermische Leistung hoch, daher wird der Heizvorgang vom thermodynamischen Heizbetrieb in den Heizbetrieb mit direkter Flamme umgeschaltet, wenn die thermische Leistung höher als ein vorbestimmter Wert ist. Die Berechnung der thermischen Leistung ist in den Beschreibungen der japanischen Patentanmeldungen Hei 8-94714 und Hei 8-333056 beschrieben, die als Referenztechnik angewendet, in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme eingeschlossen wird, und kurz erklärt wird.
Die Höhe der thermischen Leistung zum Heizen wird als eine Wärmemenge, die zum erwarteten Heizen erforderlich ist, wie folgt berechnet: Erforderliche Wärmemenge QE = QU + QV – QS – QM – QF (1),wobei QU eine Wärmemenge-Übertragung infolge einer Temperaturdifferenz zwischen einem Innenbereich und einem Außenbereich ist, QV eine Wärmemenge ist, die durch die Ventilation hereinkommt, QS eine Strahlungswärmemenge durch direktes Sonnenlicht ist, QM eine Wärmemenge ist, die durch Menschen, Haustiere usw. in dem Raum erzeugt wird, und QF eine Wärmemenge ist, die durch andere Heizkörper einschließlich eines Kühlschranks erzeugt wird. Die Übertragung der Wärme QU infolge einer Temperaturdifferenz zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich wird hauptsächlich definiert durch eine Kombination der Außenluft-Temperatur, der Raumtemperatur und der Wärmeleitfähigkeit des Raums, in dem das Innenraum-Gerät 15 angeordnet ist. Da die Wirkung der hereinkommenden Wärme QV, der Strahlungswärme QS, der Wärme QM, die durch Menschen in dem Raum erzeugt wird, und die anderweitig erzeugte Wärme QF klein bis vernachlässigbar ist, wird angenommen, dass die erforderliche Wärmemenge QE praktisch gleich QU ist. QU wird wie folgt berechnet: QU = U(TR – TAM) (2), wobei U eine Konstante ist, die für die Wärmeleitfähigkeit des Raums, in dem das Innenraum-Gerät 15 angeordnet ist, steht, TR die Raumtemperatur ist, und TAM die Außenluft-Temperatur ist. Die Konstante U wird in Abhängigkeit von der Größe des Raums, der Struktur der Wände usw. bestimmt und kann im Voraus in die Regelvorrichtung eingegeben werden. Die Raumtemperatur und die Außenluft-Temperatur können durch einen geeigneten Wärmesensor gemessen werden.
Während die thermische Leistung oder die erforderliche Wärmemenge QE im Wesentlichen durch die Wärmeübertragung QU infolge einer Temperaturdifferenz zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich bestimmt ist, kann die hereinkommende Wärme QV, die Strahlungswärme QS, die durch Menschen erzeugte Wärme QM und die anderweitig in dem Raum erzeugte Wärme QF erfolgreich aus den Daten einer Reihe von Experimenten und Statistiken bestimmt werden. Wird beispielsweise angenommen, dass QV auf der Basis der Abmessungen des Raums, der Tür und der Fenster berechnet wird, QS unter Einbeziehung verschiedener örtlicher und klimatischer Bedingungen berechnet wird, QM aus der Anzahl und Eigenschaften der Familienmitglieder berechnet wird und QF aus den durchschnittlichen Hausinstallationen berechnet wird, kann die erforderliche Wärmemenge QE durch die Verwendung eines Mikrocomputers berechnet werden.
Im Kühlbetrieb des in der 3 gezeigten Absorptionskühl/-heizgeräts der vorliegenden Erfindung werden das erste und zweite Vier-Wege-Ventil V1 und V2 jeweils betätigt, so dass die Öffnungen mit den Nummern 1 und 3 miteinander in Verbindung stehen und die Öffnungen mit den Nummern 2 und 4 miteinander in Verbindung stehen. Entsprechend wird das abgekühlte Wasser in der Leitung 1a des Verdampfers 1 zu der Leitung 3a in dem Innenraum-Gerät 15 zum Kühlen des Raums zugeführt. Wenn das abgekühlte Wasser, das durch die Wirkung des Kühlmittels in dem Verdampfer 1 abgekühlt ist, zu dem Innenraum-Gerät 15 gefördert wird, wird Kühlluft durch das Gebläse 10 in den Raum geblasen.
Wenn die thermische Leistung abrupt beispielsweise durch das Einstellen des Heizgeräts, das bei einer vorgegebenen Stufe in dem thermodynamischen Heizbetrieb bleibt, auf eine niedrigere Temperatur als die Außenluft-Temperatur verändert wird, kann die Umwälzung durch die Wärmepumpe außer Funktion gesetzt werden. In dem thermodynamischen Heizbetrieb wird die Umwälzung des Kühlmittels und der Absorptionsmittellösung durch eine Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite am Kondensator 9 und der Niederdruckseite am Verdampfer 1 und dem Absorber 2 bewirkt. Wenn die Einstelltemperatur verringert wird, um abrupt die thermische Leistung abzusenken, wird die Aufnahme der Wärmeenergie an den Regenerator geregelt, um reduziert zu werden, so dass die Zufuhr der verdünnten Lösung zu dem Regenerator 3 absinkt. Daraus ergibt sich, dass der Druck in dem Kondensator 9 als auch die Druckdifferenz verringert ist, so dass der thermodynamische Heizbetrieb außer Funktion gesetzt wird.
Zur Verhinderung des oben genannten Falls wird der Drucksensor PS9 zur Ermittlung des Drucks in dem Kondensator 9 angeordnet. Wenn der Druck in dem Kondensator 9 auf unterhalb des Referenzniveaus abgesenkt wird, werden die Ventile aktiviert, um von dem thermodynamischen Heizbetrieb in den Heizbetrieb mit direkter Flamme umzuschalten. Mit dem in dem Verdampfer 1 angeordneten Drucksensor PS1 zur Ermittlung des Innendrucks kann der Heizbetrieb auf den Heizbetrieb mit direkter Flamme umgeschaltet werden, wenn ein Unterschied in der Leistungsabgabe oder in den Drücken zwischen den beiden Drucksensoren PS1 und PS9 ermittelt wird, der kleiner ist, als ein vorbestimmter Referenzwert.
Der Druck in dem Kondensator 9 ist eine Funktion der Außenlufttemperatur und der Einstelltemperatur an dem Innenraum-Gerät. Es ist daher möglich, von dem thermodynamischen Heizbetrieb in den Heizbetrieb mit direkter Flamme umzuschalten, wenn der Arbeitspunkt des Kondensators, der durch eine Kombination der Außenluft-Temperatur und der Einstelltemperatur bestimmt und ausgedrückt wird, außerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist.
Die 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das den Arbeitspunkt des Kondensators zeigt. Der Druck in dem Kondensator 9 (längs der vertikalen Achse) wird als eine Funktion der Außenluft-Temperatur (längs der horizontalen Achse) und der Einstelltemperatur am Innenraum-Gerät 15 ausgedrückt. Wenn die Einstelltemperatur TI < T0 < Th ist, wird die funktionelle Beziehung zwischen diesen jeweils als die in der 7 gezeigten Linien TI, T0 und Th ausgedrückt. Zur Aufrechterhaltung des Wirkungsgrads des thermodynamischen Heizvorgangs muss der Kondensatordruck höher als ein Grenzwert Ps sein. Wenn die Einstelltemperatur TI ist, ist der Bereich, in dem der thermodynamische Heizvorgang möglich ist oder sein Arbeitspunkt fällt, durch die Schraffur auf der rechten Seite der Linie TI (auf der Seite der höheren Temperatur) und oberhalb des Grenzwerts Ps (auf der Seite des höheren Drucks) definiert.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind die Durchflüsse des Kühlmittels und der Absorptionsmittellösung im Kühlbetrieb und im thermodynamischen Heizbetrieb identisch. Es besteht keine Notwendigkeit, die Durchflüsse des Kühlmittels und der Absorptionsmittellösung zwischen dem Kühlbetrieb und dem Heizbetrieb umzuschalten, solange die Durchflüsse des Kühlwassers und des abgekühlten Wassers durch den Betrieb von zwei Vier-Wege-Ventilen kontrolliert werden. Dies erlaubt es, dass das Absorptionskühl/-heizgerät in der Konstruktion vereinfacht werden kann und als ein kompaktes Hausklimagerät verwendet werden kann. Auch ist die Trennung des Kühlmittels von der Absorptionsmittellösung nicht erforderlich, wenn zwischen dem Kühlbetrieb und dem Heizbetrieb umgeschaltet wird, so dass dies zur Schnelligkeit und zur hohen Effizienz des Umschaltvorgangs für die Betriebsarten beiträgt.
Bei dem allgemeinen Heizbetrieb wird der thermodynamische Heizvorgang zum Heizen mit einem höheren Wirkungsgrad verwendet. Wenn die Außenluft-Temperatur extrem abfällt, so dass das Pumpen der Wärme gestört ist und der thermodynamische Heizvorgang fast unmöglich ist, wird die thermische Leistung abrupt geändert, um den Druck in einer Hochdruckleitung, wie beispielsweise dem Kondensator, zu verringern, oder um die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckleitung und einer Niederdruckleitung, wie beispielsweise einem Verdampfer, auf weniger als den Referenzwert zu vermindern, oder wenn die Kombination der Außenluft-Temperatur und der thermischen Leistung außerhalb des Einstell-Betriebsbereichs ist, kann der Heizvorgang einfach und sofort in den Heizbetrieb mit direkter Flamme umgeschaltet werden, um einen gewünschten Wert der Heiztemperatur aufrecht zu erhalten.
Beim Absorptionskühl/-heizgerät der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch eine Störung, nämlich dass der Start des thermodynamischen Heizbetriebs mehr oder weniger verzögert wird, wenn von dem Heizbetrieb mit direkter Flamme zurückgeschaltet wird, auftreten. Bei dem Heizbetrieb mit direkter Flamme wird der größte Teil des Kühlmittels zurück in den Regenerator gefördert, so dass die Kühlmittelmenge in dem Kondensator verringert ist. Dies verhindert, dass der Verdampfer eine gewünschte Kühlmittelmenge vom Kondensator beim Schalten in den thermodynamischen Heizbetrieb erhält. Daraus ergibt sich, dass der thermodynamische Heizvorgang nicht einen erwarteten, stabilen Betrieb erreichen kann, bevor der Verdampfer die gewünschte Kühlmittelmenge vom Kondensator erhalten hat.
Insbesondere, wenn der Heizbetrieb mit direkter Flamme in einer Anordnung ausgeführt wird, in der das Kühlmittel vom Verdampfer zum Regenerator zur Verminderung der Konzentration des Absorptionsmittels in der Lösung übertragen wird, um den thermischen Wirkungsgrad in dem Regenerator zu erhöhen, ist es wahrscheinlich, dass zu wenig Kühlmittel in dem Verdampfer vorhanden ist.
Wenn die Außenluft-Temperatur abfällt, so dass die Heizfähigkeit absinkt, wird der thermodynamische Heizvorgang durch das Schließen der Leitung 9b für das Hindurchströmen des Kühlmittels von dem Kondensator 9 zu dem Verdampfer 1 und der Leitung 7a zum Hindurchströmen der konzentrierten Lösung von dem Regenerator 3 zu dem Absorber 2 gestoppt. Bei der vorliegenden Erfindung wird mindestens entweder das Kühlmittel in dem Verdampfer 1 oder die Absorptionsmittellösung in dem Absorber 2 durch die Durchgangsleitung 1c oder 7b zu dem Regenerator 3 durch die Wirkung der Pumpe P1 oder P2 gefördert, um die Konzentration des Absorptionsmittels in der Lösung in dem Regenerator 3 zu verringern. Danach wird das Schaltventil 17 geöffnet, um das in dem Kondensator 9 verflüssigte Kühlmittel durch den Bypass-Kanal 9a zurück zu dem Regenerator 3 zurück zu fördern. Dies hilft, die Wärmemenge vom Brenner 7 zum Erwärmen des Kühlwassers in der Leitung 2a bis zu einer Zieltemperatur zu verringern, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben wird.
4 ist ein Blockschaltbild, das die Kontrollvorrichtung 20 zur Kontrolle der Pumpen und Ventile zeigt, wenn der Heizbetrieb in den Heizbetrieb mit direkter Flamme geschaltet wird. Nachdem der Heizbetrieb mit direkter Flamme durch ein Ermittlungsmittel für einen (Kühl/-Heiz)-Vorgangsbetrieb, das später beschrieben wird, oder durch einen manuellen Vorgang ausgewählt worden ist, startet ein Startmittel 21 für das Heizen mit direkter Flamme ein Durchfluss-Kontrollmittel 22. Das Durchfluss-Kontrollmittel 22 schaltet mindestens eine der Pumpen P1 oder P2 ein und öffnet vollständig die entsprechenden Ventile V5 und/oder V3, um das Kühlmittel und/oder die Lösung zu dem Regenerator 3 innerhalb der kürzest möglichen Zeit zu fördern. Die Zeit, die erforderlich ist, um das Kühlmittel und/oder die Lösung zu dem Regenerator 3 zu fördern, oder die Betriebszeit der Pumpe P1 oder P2, wird durch einen Zeitschalter 24 bestimmt. Wenn der Zeitschalter 24 auf eine bestimmte Zeitdauer eingestellt wird, wird der Durchfluss des Kühlmittels und/oder der Lösung so angepasst, dass der Flüssigkeitsstand in dem Regenerator 3 niedriger bleibt als die Zufuhr des Kühlmittels vom Kondensator 9 durch den Kanal 9a zum Regenerator 3 oder dem Rektifizierer 6. Der Flüssigkeitsstand kann durch ein (nicht dargestelltes) Füllstandsmessgerät, das in dem Regenerator 3 oder dem Rektifizierer 6 angeordnet ist, überwacht werden.
Die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads bei dem Heizbetrieb mit direkter Flamme durch die Verringerung der Konzentration des Absorptionsmittels in der Lösung in dem Regenerator 3 wird nachfolgend erklärt. Die 6 ist ein Dühring-Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und der Konzentration des Absorptionsmittels (DMI-Derivat) in der Lösung zu dem Kondensationsdruck des Kühlmitteldampfes zeigt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, kann die Temperatur der Lösung niedriger gehalten werden, um die Innenseite des Kondensators 9 bei einem vorgegebenen Druck (zum Beispiel 347 Millibar (260 mmHg)) zu halten, wenn die Konzentration des Absorptionsmittels niedriger ist. Wenn die Konzentration des Absorptionsmittels in der Lösung niedrig gehalten wird, um die Temperatur der Lösung zu verringern, die erforderlich ist, um ein Volumen des Kühlmittel-Dampfs aufrechtzuerhalten, der in dem Regenerator 3 erzeugt wird, wird der thermische Wirkungsgrad beim Heizbetrieb mit direkter Flamme verbessert. Wenn die Temperatur der Lösung niedrig gehalten wird, wird Brennstoff, der in dem Brenner 7 verwendet wird, eingespart, wird die Temperatur des Abgases verringert, und werden die Strahlungswärme und die automatische Abkühlung des Regenerators oder der darin befindlichen Lösung minimiert. Entsprechend wird der thermische Wirkungsgrad im Heizbetrieb mit direkter Flamme insgesamt verbessert.
Es wurde durch die Erfinder auch herausgefunden, dass die Temperatur der Lösung in dem Regenerator niedriger gehalten werden kann, wenn das Absorptionsmittel zusätzlich zugeführt wird, nachdem das Kühlmittel vollständig zu dem Regenerator gefördert ist, als im umgekehrten Fall. Obwohl beschrieben wurde, dass das Kühlmittel von dem Kondensator zurück zu dem Regenerator umgewälzt wird, um den Heizbetrieb mit direkter Flamme zu starten, nachdem mindestens entweder das Kühlmittel oder die Absorptionsmittellösung dem Regenerator zugeführt wird, ist es möglich, die Umwälzung des Kühlmittels und somit den Heizbetrieb mit direkter Flamme nach dem Beginn der Zufuhr des Kühlmittels und der Absorptionsmittellösung zu dem Regenerator zu starten. Der Kondensator kann durch einen Dephlegmator oder einen Teilkondensator ersetzt werden.
Die Strukturen des Regenerators 3, des Rektifizierers 6 und des Kondensators 9, die für die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet sind, werden detaillierter beschrieben. Die 5 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts zum Trennen der Lösung und des Kühlmittels voneinander oder zu deren Wiedergewinnung, wobei gleiche Bauteile, wie die, die in den 1 und 2 gezeigt sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Der Rektifizierer 6, der auf der Oberseite des Regenerators 3 angeordnet ist, weist eine zweistufige Konstruktion auf, die aus einem unteren Trennabschnitt 6A und einem oberen Anreicherungsabschnitt 6B besteht. Der Trennabschnitt 6A weist eine Auffangvorrichtung 26 zum Auffangen von Tropfen der verdünnten Lösung aus einer Leitung 25, die mit dem Absorber 2 verbunden ist, und ein Kontaktnetz (Fülleinlage) 27 auf, das unterhalb der Auffangvorrichtung 26 angeordnet ist. In ähnlicher Weise weist der Anreicherungsabschnitt 6B eine Auffangvorrichtung 29 zur Aufnahme der Tropfen des Kühlmittels aus einer Leitung 28, die mit dem Verdampfer 1 verbunden ist, und ein Kontaktnetz (Fülleinlage) 30 auf, das unterhalb der Auffangvorrichtung 29 angeordnet ist.
Die beiden Auffangvorrichtungen 26 und 29 haben Tropfenausgüsse 26a und 29a, um jeweils die verdünnte Lösung und das Kühlmittel ablaufen zu lassen, und obere Kanäle oder Dampföffnungen 26b und 29b, um jeweils den Kühlmitteldampf nach oben hindurchzuführen. Das distale Ende oder ein Auslass eines Rückstrom-Kanals 9a, der mit dem Kondensator 9 verbunden ist, ist so vorgesehen, dass es sich oberhalb der Auffangvorrichtung 29 des Anreichungsabschnitts 6B erstreckt, um Tropfen des Kühlmittels, das von dem Kondensator 9 zurückkommt, zu liefern. Die verdünnte Lösung und das Kühlmittel, die von den jeweiligen Tropfenausgüssen 26a und 29b abgelassen werden, kommen dann jeweils zur Beschleunigung der Trennung des Absorptionsmittels von der Lösung in direkten Kontakt mit den Kontaktnetzen 27 und 30. Die Kontaktnetze 27 und 30 sind beispielsweise als eine Netzform eines Füllmaterials ausgebildet. Diese Konstruktion ermöglicht es, dass der Kühlmitteldampf zuerst von der verdünnten Lösung in dem Trennabschnitt 6a und dann in dem Anreicherungsabschnitt 6B bei einer höheren Reinheit getrennt wird, bevor dieser zu dem Kondensator 9 gefördert wird.
Der Kondensator 9 weist einen unteren Behälter 90 auf, der am Boden mit einem Auslass 91 zur Zuführung des Kühlmittels zu dem Verdampfer 1 versehen ist. Der Auslass 91 steht über das Ventil 92 in Verbindung mit der Leitung 9b. Ein weiterer (Umwälzungs-)Auslass 93 zu dem Rückstrom-Kanal 9a ist ferner in einer Seitenwand des unteren Behälters 90 zum Zurückführen des Kühlmittels vorgesehen. Der Rückstrom-Kanal 9a des Kondensators 9, der sich oberhalb der Auffangvorrichtung 29 des Anreicherungsabschnitts 6B erstreckt, ist in einem Winkel unter Berücksichtigung des Widerstands in dem Kanal geneigt, so dass das Kühlmittel ungehindert längs des Rückstrom-Kanals 9a fließt und in die Auffangvorrichtung 29 tropft oder abfließt.
Wie dies oben beschrieben wurde, wird das Kühlmittel in dem Heizbetrieb mit direkter Flamme vom Verdampfer 1 zu dem Regenerator 3 oder dem Rektifizierer 6 zugeführt, und wird dessen Menge, die in dem Verdampfer 1 verbleibt, minimiert. Wenn Blasen in dem Kanal 9a zwischen dem Kondensator 9 und dem Verdampfer 1 erzeugt werden und in den Verdampfer 1 gelangen, wird der interne Druck des Verdampfers 1 erhöht, so dass der Absorptionskühlkreisvorgang gestört wird. Es wird daher bevorzugt, dass der Kanal 9b konstant mit dem Kühlmittel gefüllt ist und dass der Absorptionskühlkreisvorgang schnell durch das Durchleiten des Kühlmittels vom Kondensator 9 zum Verdampfer 1 begonnen wird, wenn der Betrieb von dem Heizbetrieb mit direkter Flamme in den thermodynamischen Heizbetrieb geschaltet wird.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist der Auslass 93 in einem solchen Abstand von dem Boden des unteren Behälters 90 beabstandet, dass der Kondensator 9 ständig mit einer angemessenen Kühlmittelmenge gefüllt ist. Wenn der Füllstand des Kühlmittels mindestens bis zu der Stelle des Auslasses 93 in dem Kondensator 9 bleibt, kann das Umschalten von dem Heizbetrieb mit direkter Flamme in den thermodynamischen Heizbetrieb ohne Verzögerung durchgeführt werden. Während das Kühlmittel, das in dem Kondensator 9 aufbewahrt wird, sofort dem Verdampfer 1 durch den Öffnungsvorgang des Ventils 92 beim Schalten von dem Heizbetrieb mit direkter Flamme in den thermodynamischen Heizbetrieb zugeführt wird, wird eine zusätzliche Kühlmittelmenge, die in dem Kondensator 9 wiedergewonnen ist, kontinuierlich dem Verdampfer 1 zugeführt, wenn das Schaltventil 17 geschlossen wird. Wenn der thermodynamische Heizbetrieb in den Heizbetrieb mit direkter Flamme umgeschaltet wird, wird das Ventil 92 geschlossen und das Schaltventil 17 geöffnet, um das Kühlmittel vom Kondensator 9 zu dem Rektifizierer 6 zurückzuführen.
Es ist richtig, dass die Heizkapazität gerade nach dem Start des thermodynamischen Heizbetriebs niedrig bleibt, wenn eine Dosis des Absorptionsmittels in das Kühlmittel gemischt ist. Da das Kühlmittel, das mit einer hohen Reinheit in dem Kondensator 9 gehalten wird, in der Ausführungsform sofort zu dem Verdampfer 1 überführt wird, kann der thermodynamische Heizbetrieb eine höhere Heizleistung sofort nach der Umschaltung von dem Heizbetrieb mit direkter Flamme erreichen. Obwohl in der gezeigten Ausführungsform das Kühlmittel von dem Kondensator 9 zu der Auffangvorrichtung 29 des Anreicherungsabschnitts 6B zurückgeführt wird, kann es jedoch durch die Auffangvorrichtung 26 des Trennabschnitts 6A aufgenommen werden.
Wie oben ausgeführt wurde, ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, dass der Kondensator konstant mit einer vorgegebenen Kühlmittelmenge bei einer hohen Reinheit im Heizbetrieb mit direkter Flamme gefüllt ist und somit der Verdampfer mit einer gewünschten Kühlmittelmenge sofort versorgt wird, nachdem der Heizvorgang in den thermodynamischen Heizbetrieb umgeschaltet ist, so dass somit schnell eine normale Betriebsleistung aktiviert werden kann. Die Rückführung des Kühlmittels vom Kondensator zu dem Regenerator wird durch spontane Tropfen aus dem Rückstromkanal auf die Auffangvorrichtung 29 oder 26 verwirklicht, während das Mischen des Absorptionsmittels mit dem Kühlmittel im Heizbetrieb mit direkter Flamme minimiert ist. Da das Kühlmittel im Verdampfer bei einer hohen Reinheit gehalten wird, kann die Konzentration des Absorptionsmittels in dem Verdampfer sofort nach dem Umschalten von dem Heizbetrieb mit direkter Flamme in den thermodynamischen Heizbetrieb verringert werden, so dass der thermodynamische Heizbetrieb schnell seine normale Betriebsleistung erreichen kann. Die größte Menge des Kühlmittels wird vom Verdampfer zum Regenerator im Heizbetrieb mit direkter Flamme übertragen, so dass der thermische Wirkungsgrad im Gerät verbessert ist. Insbesondere kann das Kühlmittel schnell vom Kondensator zu dem Verdampfer beim Umschalten in den thermodynamischen Heizbetrieb vom Heizbetrieb mit direkter Flamme zugeführt werden.

Claims

Absorptionskühl/-heizgerät, das aufweist: einen Verdampfer (1) zur Aufnahme eines Kühlmittels; einen Absorber (2) zur Aufnahme einer Lösung, die ein Absorptionsmittel zum Absorbieren eines Kühlmittel-Dampfes, der in dem Verdampfer erzeugt wird, und zur Erzeugung von Absorptionswärme aufweist; einen Regenerator (3) zur Erwärmung eines Teils der Lösung, die durch die Absorptionsvorrichtung hindurchgeströmt ist, um den Kühlmittel-Dampf zur Regenerierung der Absorptionsmittel-Konzentration in der Lösung zu extrahieren; einen Kondensator (9) zur Kondensation des extrahierten Kühlmittel-Dampfes und zu dessen Durchleitung zum Verdampfer; eine erste Leitung (1a), die quer durch den Verdampfer zur Durchleitung eines Flusses abgekühlten Wassers, das durch das Kühlmittel abgekühlt wurde, angeordnet ist; eine zweite Leitung (2a); ein Innenraum-Gerät (15), das in einem Raum, der klimatisiert werden soll, installiert ist und das eine dritte Leitung (3a) aufweist, die sich dort quer hindurch erstreckt, um wahlweise entweder abgekühltes Wasser oder Kühlwasser durchzulassen, wobei das Innenraum-Gerät ein Einblasen von klimatisierter Luft in den Raum vorsieht; einen Wärmetauscher (14) für freie Wärme, der eine vierte Leitung (4a) aufweist, die sich quer durch diesen hindurch erstreckt, um wahlweise das andere Wasser, also Kühlwasser bzw. abgekühltes Wasser durchzulassen, der einen Wärmeaustausch zwischen dem anderen Wasser, also dem Kühlwasser bzw. dem abgekühlten Wasser, und der Außenluft vorsieht; ein erstes Vier-Wege-Ventil (V1), das vier Öffnungen aufweist, von denen jede mit jeweils einem Ende der ersten bis vierten Leitung verbunden ist; und ein zweites Vier-Wege-Ventil (V2), das vier Öffnungen aufweist, von denen jede mit jeweils dem anderen Ende der ersten bis vierten Leitung verbunden ist, wobei das erste und zweite Vier-Wege-Ventil so geschaltet sind, dass in einem Kühlbetrieb die erste Leitung und die zweite Leitung jeweils mit der dritten Leitung und der vierten Leitung verbunden sind, während in einem Heizbetrieb diese jeweils mit der vierten Leitung und der dritten Leitung verbunden sind; und wobei die zweite Leitung quer durch den Absorber und den Kondensator zur Durchleitung eines Flusses von Kühlwasser angeordnet ist, das durch die Lösung in dem Absorber und den Kühlmittel-Dampf in dem Kondensator erwärmt wird; gekennzeichnet durch einen Rückstrom-Kanal (9a) zur Fluidverbindung zwischen dem Kondensator und dem Regenerator, bei dem ein Kühlmittel-Umwälzauslass (93) des Rückstrom-Kanals (9a) zum Umwälzen des Kühlmittels von dem Kondensator zurück zu dem Regenerator höher angeordnet ist als ein anderer Kühlmittel-Auslass (91) zur Rückführung des Kühlmittels von dem Kondensator zurück zu dem Verdampfer; und ein Ventil (17) zum Öffnen und Schließen des Rückstrom-Kanals, in dem beim Heizbetrieb der Kühlmittel-Dampf, der in dem Regenerator erzeugt wird, von dem Kondensator über den Rückstrom-Kanal zu dem Regenerator umgewälzt wird, um von einem thermodynamischen Heizbetrieb in einen Heizbetrieb mit direkter Flamme umzuschalten.
Absorptionskühl/-heizgerät nach Anspruch 1, das ferner ein Mittel aufweist, um es dem Rückstrom-Kanal (9a) zu ermöglichen, den Kühlmittel-Dampf umzuwälzen, wenn eine von vier Bedingungen erfüllt ist, nämlich dass die Außenluft-Temperatur geringer ist als ein erster vorbestimmter Wert, dass der Druck in dem Kondensator niedriger ist als ein zweiter vorbestimmter Wert, dass eine Druckdifferenz zwischen den Drücken in dem Kondensator und dem Verdampfer geringer ist als ein dritter vorbestimmter Wert, und dass der Arbeitspunkt, der durch eine Kombination der Außenluft-Temperatur und der Einstell-Temperatur an dem Innenraum-Gerät bestimmt ist, außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Absorptionskühl/-heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Mittel (6) zur Trennung der Absorptionslösung von einer Mischung des Kühlmittel-Dampfes und der Absorptionslösung, die in dem Regenerator erzeugt wird, zwischen dem Regenerator und dem Kondensator angeordnet ist.
Absorptionskühl/-heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner einen Rektifizierer (6) aufweist, der an der Oberseite des Regenerators zur weiteren Trennung der Absorptionslösung von einer Mischung des Kühlmittel-Dampfes und der Absorptionslösung, die in dem Regenerator erzeugt wird, angeordnet ist, und der Rektifizierer aus einem unteren Trennabschnitt (6A) und einem oberen Anreicherungsabschnitt (6B) besteht, wobei der Kühlmittel-Dampf, der in dem Regenerator erzeugt wird, quer durch den Rektifizierer zu dem Kondensator durchgeleitet wird, und der Rückstromkanal den Kühlmittel-Auslass (91) aufweist, der niedriger als der Kühlmittel-Umwälzauslass (93) angeordnet ist, und sich oberhalb des Trennabschnitts (6A) öffnet.
Absorptionskühl/-heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner eine Ablassleitung (1c) zum Hindurchlassen eines Teils des Kühlmittels von dem Verdampfer zu dem Rektifizierer aufweist.
Absorptionskühl/-heizgerät nach Anspruch 5, das ferner ein Mittel (V5) zum fast vollständigen Öffnen der Ablassleitung im Heizbetrieb mit direkter Flamme aufweist, um das Kühlmittel von dem Verdampfer zu dem Regenerator zuzuführen, um in dem Regenerator die Konzentration des Absorptionsmittels in der Lösung auf ein niedrigeres Niveau als das bei einem thermodynamischen Heizbetrieb abzusenken.
Absorptionskühl/-heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das abgekühlte Wasser und das Kühlwasser zueinander identische Wasserlösungen sind.