DE8107911U1 - Sorptionswaermepumpe - Google Patents

Description

Joh. Vaillant GmbH u. Co

GM 338

17. Mai 1982

Sorptionswärmepumpe

Die folgende Erfindung bezieht sich auf eine Sorptionswärmepumpe gemäß dem überbegriff des Hauptanspruchs.

Es sind bereits eine Vielzahl von Sorptionswärmepumpen bekanntgeworden, die einen von einem mit einem fluiden Brennstoff gefeuerten Brenner beheizten Austreiber aufweisen, in den eine Speiseleitung für eine Lösungsmittel-/Kältemittellösung mündet und von dem Kältemittel in dampfförmiger Form abgezogen werden kann, um zu einem Kondensator geführt zu werden« Weiterhin ist eine Austrittsleitung für arme Lösung vorgesehen.

Bei solchen Konstruktionen beziehungsweise Anlagen muß also der gesamte Kältemitteldampf in den Kondensator geführt wer-

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den, beziehungsweise er wird vom Kondensator nach Verflüssigung über das Expansionsventil in den Verdampfer gefördert. Nun kann es aber vorkommen, beispielsweise aufgrund geringer Temperaturen der den Verdampfer speisenden UmweltenergiequeHe, wie Umgebungsluft oder Oberflächenwasser, daß der Verdampfer nicht imstande ist, das gesamte ihm über da3 Expansionsventil zugeführte flüssige Kältemittel zu verdampfen. Die Folge davon ist ein Vollaufen dee Verdampfers mit flüssigem Kiiltemittül, so daß das gekühlte, flüssige Kältemittel schlußendlich in den Absorber gelangt. Damit ist ein. Wärmepumpenbetrieb unmöglich geworden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Zusammenspiel der Bauteile Austreiber und Kondensator zu optimieren, so daß einerseits ein möglichst optimaler Betrieb, andererseits möglichst geringe Gestehungskosten bei der Errichtung dieser beiden Bauteile auftreten.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs«

Der sich hieraus ergebende technische Vorteil ist im wesentlichen darin zu sehen, daß im gesamten Bereich Austreiber/Kondensator der gleiche Druck herrscht, so daß bei atatisch höherer Anordnung des Kondensators gegenüber dem Austreiber ein Rückfluß nicht benötigten K'-iltemittelkondensats in den Austreiber möglich ist, ohne daß hierzu eigene Antriebsenergie, beispielsweise durch Beaufschlagen einer Pumpe, notwendig ist.

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Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Baueinheit zwischen Austreiber und Kondensator in einer schematischen Querschnittsdarstellung.

Die Kombination eines Austreibers oder Kochers 1 und eines Kondensators 2 ist in einem gemeinsamen Gehäuse 5 untergebracht, wobei der Kondensator oberhalb des Austreibers vorgesehen ist, der von einem von einer Brennstoffzuführleitung 4 gespeisten Ölbrenner 5 beheizt ist, und aus dem eine Leitung für arme Lösung 6 herausführt. Innerhalb des Austreibers 1 stellt sich bis zu einem Pegelstand 7 arme Lösung im unteren Bereich 8 ein. Oberhalb des Austreibers 1 erstreckt sich

in einem Bereich 9, zwischen Austreiber und Kondensator ge- §

legen, ein Rektifikationsbereich, der im wesentlichen aus f

einzelnen Überlaufboden 10 besteht. Diese Überlaufboden 10 I

weisen zentrale Öffnungen 11 auf, die von einem Deckel 12 j

I unter Freilassung von Ringspalten 13 abgedeckt sind. Die f

Deckel 12 weisen herabgezogene Ränder 14 auf, die Ränder der § zentralen öffnungen 11 sind mit hochgestellten Randbereichen ί 15 versehen. Die Abmessungen sind dabei so gehalten, daß der | Randbereich 15 um einen Abstand 16 höher reicht als der Rand 14« In einem seitlichen Bereich jedes Überlaufbodens 10 ist

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ein. Überlaufrohr 17 vorgesehen, das in einem Abstand 18 oberhalb des Überlaufbodens beginnt, durch den Überlaufboden hindurch führt und in einem Abstand 19 oberhalb des tieferen Überlaufbodiens endet. Der Abstand 19 ist hierbei so gehalten, daß er kleiner ist als die Höhe des Randbereichs 15, er ist aber kleiner gehalten als der Bereich, der unterhalb des Randes 14 bis zum tieferen Boden herrscht. Somit verbinden die einzelnen Überlaufrohre 17 jeweils die Oberseiten zweier unmittelbar Ubereinanderliegender Überlaufboden.

Es können eine Vielzahl von Überlaufboden vorhanden sein, je nachdem„ welcher Reinheitsgrad einerseits an armer Lösung, andererseits an Kaltemitteldampf gewünscht wird. Wesentlich ist, daß an einem mittleren Bereich eine Zufuhrleitung für reiche Lösung 20 vorgesehen ist, so daß dem Innenraum 21 des Gehäuses 3 reiche Lösung, beispielsweise mittels einer Lösungsmittelpumpe, zugeführt wird. Das Höhenniveau des Anschlusses der Leitung 20 kann hierbei variiert werden, indem beipielsweise oberhalb mehrerer Überlaufboden 10 Anschlußmöglichkeiv"; ten für die Leitung 20 vorgesehen sind, die jeweils durch |

Ventile absperrbar sind.. Hierbei kann dann das eine oder an- | dere Ventil ausgewählt werden. Die Auswahl des Ventils, an dem die Zufuhr reicher Lösung vorgenommen wird, ist dabei abhängig von dem jeweiligen Konzentrationsgrad der reichen Lösung. Je ärmer die reiche Lösung an Kältemitteldampf ist, je geringer also der Konzentrationsgrad ist, um so tiefer wird das Niveau des Einlaufs gewählt. Es wäre daher möglich, auf jedem Überlaufboden einen Konzentrationsmes3er zur Pest-

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stellung des Konzentrationsgehaltes der reichen Lösung an Kältemitteldampf vorzusehen und die Zufuhrleitung 20 jeweils auf dem Niveau desjenigen Überlaufbodens durch Öffnen des zugehörigen Ventils münden zu lassen, das dem tatsächlichen Konzentrationsgrad am meisten entspricht.

Oberhalb des oberstsn Überlaufbodens ist eine Kondensatauffangvorrichtung 22 vorgesehen, die unmittelbar unterhalb einer Wärmetauscherrohrschlange 23 vorgesehen ist, die den Bereich des Kondensators 2 innerhalb deo Gehäuses 3 markiert. Die Wärmetauscherrohrschlange ist an eine Zufuhrleitung 24 und an eine Abfuhrleitung 25 angeschlosseii, durch die ein aufzuheizendes Medium geführt ist«, Dieses aufzuheizende Medium stellt vorzugsweise den Verbraucher der Sorptionswärmepumpe dar, beispielsweise eine Heizungsanlage. Aufgefangenes Kondensat der Auffangvorrichtung 22 kann mittels Gefälle über eine Kondensatleitung 26 zu einem Dreiwegeventil 27 abgeführt werden, das von einem Stellglied 28 beherrscht ist, dem kontinuierlich wirkende Stellsignale über eine Stelleitung 29 von einem nicht dargestellten Regler zugeführt werden können. Vom Dreiwegeventil geht eine Kondenaatleitung 30 zu eiziem Expansionsventil und zum Verdampfer der Wärmepumpe ab, während eine Kondensatrückführleitung 31 mit Gefälle zum Innenraum 21 des Gehäuses 3 zurückführt, und zwar auf ein Niveau oberhalb des obersten Überlaufbodens 10.

Die Funktion der eben beschriebenen Baueinheit Austreiber/Kondensator ist folgende:

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Im Betrieb der zugehörigen Wärmepumperianlage ist der Brenner 5 durch über die Brennstoff-Zufuhrleitung 4 zugeführtes 01 geprüft. Damit wird die Unterseite des Gehäuses 3 beheizt, so daß die hierin vorhandene Lösung 8 gekocht wird. Hierbei bildet eich oberhalb des Flüssigkeitspegels 7 ein Gemisch aus Kältemitteldampf und dampfförmigem Lösungsmittel. Bevorzugt findet als Kältemittel NH3 Verwendung, als Lösungsmittel wird Wasser benutzt. Hierbei hat NH3 einen erheblich niedrigeren Siedepunkt als V/asser. Beim Kochen der Lösung 8 wird

also bevorzugt Kältemitteldampf frei, der aber dampfförmiges Lösungsmittel mitreißt. Das Gemisch beider Dämpfe gelangt durch die unterste zentrale Öffnung 11 auf ein Niveau oberhalb des untersten Überlaufbodens 10. Da der Randbere.ich 15 in Richtung der Symmetrieachse 32 des zylinderförmigen Gehäuses 3 in Richtung dieser Achse höher liegt als der Rand 14, muß im Bereich des Ringspaltes 13 das Dampfgemisch durch die dort anstehende Lösung hindurchtreten. Diese Lösung steht deswegen oberhalb eines jeden Überlaufbodens 10, da reiche Lösung

'j (? über die Leitung 20 zugeführt wird. Gleichermaßen wird über

ι die nicht dargestellte Lösungsmittelpumpe im unteren Bereich

jj unterhalb des Pegels 7 arme Lösung über die Leitung 6 abgeführt. Da durch den Kochvorgang laufend mehr Kältemitteldampf aus der Lösung 8 ausgetrieben wird als Wasser, yerarmt die Lösung, so daß man gegenüber der aus der Leitung 20 zugeführten Lösung von armer Lösung sprechen kann. Beim Durchperlen des Dampfes durch die jeweiligen Niveaus an Flüssigkeit ober-

halb eines jeden überlaufbodens 10 wird aufgrund der nach

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oben innerhalb des Gehäuses 3 von Überlaufboden zu Überlaufboden fallenden Temperatur durch die dort anstehende Lösung bevorzugt dampfförmiges Lösungsmittel niedergeschlagen, während aufgrund der herrschenden fallenden Temperaturen Kältemitteldampf bevorzugt nicht kondensiert wird. Daraus folgt, daß von Stufe zu Stufe beziehungsweise von Überlaufboden zu Überlaufboden mit wachsender Entfernung vom Pegel 7 der Konzentrationsgrad der an der Oberseite der überlaufboden 10 anstehenden Flüssigkeiten an Kältemitteldampf steigt. Während zum Beipiel das Verhältnis von Kältemitteldampf zu Lösungsmittel nach Verlassen des Pegels 7 etwa 65 i> zu 35 %> beträgt, lautet dieses Verhältnis nach Passieren des ersten Überlaufbodens 80 fo zu 20 J5. Oberhalb des letzten Bodens ist ein Konzentrationsgrad von nahezu 97 # zu gunsten des Kältemitteldampfes erreichbar. Hieraus folgt, daß sich der Kältemitteldampf vom Pegel 7 weg nach oben durch die einzelnen Überlaufböden bewegt und hierbei an Reinheit zunimmt. Treibende Kraft für das Bewegen nach oben ist das nachdrückende ausgetriebene Dampfgemisch«

Wie beschrieben, kondensiert auf den einzelnen Böden vorzugsweise Lösungsmittel aus, so daß das Niveau an Flüssigkeit auf den einzelnen Böden steigt, bis der Abstand 18 jeweils überschritten ist. Nach überschreiten des Ab3tandes 18 fließt Lösungsmittel vom oberen Boden jeweils zum unteren Boden. Im stationären Betrieb findet also ein stetiger Aufwärt33trom von Kältemitteldampf statt, dem ein stetig abwärts sich bewegender Strom von Lösung entgegengerichtet ist. Während der

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Reinheitsgrad des Kältemitteldampfes vom Austreiber weg zunimmt, nimmt der Reinheitsgrad an Lösungsmittel in Richtung auf den Austreiber zu.

Nach Verlassen des obersten Überlaufbodens und Passieren des Ringspaltes zwischen Kondensatauffangvorrichtung 22 und dem Innenmantel des Gehäuses 3 gelangt das dampfförmige Kältemittel in den Bereich des Kondensators 2. Aufgrund der Kühlwirkung der Rohrschlange 23 kondensiert das Kältemittel und tropft in die Kondensatauffangvorrichtung 22, von der es aufgrund statischen Gefälles über die Kondensatleitung 26 abgeführt wird. Je nach der gerade gewählten, vom Status der Anlage, vom Verbraucherverhalten sowie von der Temperatur der Umweltquelle abhängigen Zwischenstellung des Stellgliedes 28 wird ein mehr oder weniger großer Teil des flüssigen Kondensats über die Leitung 31 auf den obersten Überlaufboden

zurückgeführt. Der andere Teil gelangt über die Leitung 30 j

über das Expansionsventil in den Verdampfer, wird dort verdampft, wird im Bereich des nicht dargestellten Absorbers | mit der aus der Leitung 6 abgeführten armen Lösung zusammengebracht, absorbiert und mittels der LösuriöSmittelpumpe über die Leitung 20 dem Innenraum 21 der Baueinheit wieder zugeführt .

Aus der vorstehenden Beschreibung ist somit ersichtlich, daß der gesamte Innenraum 21 vom Bereich des Auatreibers 1 bis zum obersten Bereich des Kondensators 2 unter dem gleichen Innendruck steht. Hierbei können je nach zugeführter Heiz-

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leistung über den Brenner 5 Drücke von 14 bis 25 "bar im Innenraum 21 auftreten. Die Temperaturen können im Bereich des Kochers 1 von 120 bis 180* variieren* während im Kondensatorbereich Temperaturen von 45 bis 60° möglich sind. Das in der leitung 50 abgeführte Kältemittel hat eine Temperatur von 40 bis etwa 50". Im Bereich des Rektifikator 9 können Temperaturen von minimal 70 bis maximal 120" über den Bereich von oben nach unten verteilt auftreten.

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Claims (2)

* a' »1 I t · · Joh. Vaillant GmbH u. Co GM 338 15. JuIi 1982 Ansprüche

1. ' Sorptionswärmepumpe mit einem Austreiber und einem Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreiber (1) und der Kondensator (2) gemeinsam eine s Kolonne (3) bilden.

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2. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß der Austreiber (1) und der Kondensator (2) in einem gemeinsamen Gehäuse (3) angeordnet sind.

3. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (2) als im Dom (32) des gemeinsamen Gehäuses (3) untergebrachter Rohrschlangenwärmetauscher (23) ausgebildet isto

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4· Sorptionswärmepumpe nach ,einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Kondensators (2) eine Kondensatauffangvorrichtung (22) vorgesehen ist.

5· Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Austreiber (1) und Kondensator (2) ein Rektifikator (9) vorgesehen ist.

6. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 pder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rektifikator aus einer Vielzahl übereinander angeordneter überlaufböden (10) besteht.

7. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Überlaufböden (10) mit Ausnehmungen (11) versehen sind, die von einem Deckel (12) unter Freilassung eine3 Spaltes (15) abgedeckt

' sind.

8. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufböden (10) im Bereich der Ausnehmungen (11) hochgestellte Randbereiche (15) aufweisen und daß die Deckel (12) den hoch-

gestellten Randbereichen (15) entgegengesetzt gerichtete Ränder (14) aufweisen.

9· Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des hochgestellten Randbereiches (15) größer ist als der Spalt, der zwischen dem Ende des Randes und dem zugehörigen Überlaufboden verbleibt.

10. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Überlaufboden (10) mit einem Überlaufrohr (17) versehen ist, das im Abstand (18) vom Überlaufboden (10) beginnt und im Abstand vom tiefer gelegenen "Überlaufboden (10) endet.

11. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (13) des Überlaufrohres (10) vom zugehörigen Überlaufboden größer gehalten ist als der Abstand zwischen dem Rand (I4) und dem zugehörigen Überlaufboden (10).

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12. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Rektifikators (9) eine Mündung einer Zufuhrleitung (20) für reiche Lösung vorgesehen ist.

13. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der überlaufboden je ein mit einem Absperrventil versehener Anschluß für die Leitung (20) vorgesehen ist.

lh. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatabführleitung (26) mit Gefälle geführt ist.

15. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis lH_} dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatleitung (3D vom Dreiwegeventil (27) mit Gefälle geführt ist.