DE953378C - Method and device for operating a heat pump - Google Patents
Method and device for operating a heat pumpInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Wärmepumpe Das Prinzip der Wärmepumpe, bei der ein Kompressor dazu dient, Dämpfe bei tieferem Druck, die unter Zuführung von Wärme mittlerer Temperatur (z. B. Grundwasserwärme) aus einer Flüssigkeit entwickelt werden, anzusaugen und unter Aufwendung mechanischer Energie auf einen höheren Druck zu bringen, bei dem sie unter Abführung von Wärme höherer Temperatur wieder verflüssigt werden, :ist bekannt. Es hat für die Erzeugung von Heizwärme den Nachteil, daß bei starker Außenkälte nicht nur die für die Heizung erforderliche Wärmemenge, sondern auch infolge der zu Vorlauftemperatur des Heizwassers das Druckverhältnis wächst. Die Folge ist ein stark schwankender und an kalten Tagen extrem hoher Leistungsbedarf des Kompressors, so daß die Wärmepumpe bisher in den meisten Fällen .nur an weniger kalten Taben zur Übergangsheizung angewandt wurde.Method and device for operating a heat pump The principle the heat pump, in which a compressor is used to release vapors at lower pressure, the with the supply of medium-temperature heat (e.g. groundwater heat) from a Liquid are developed to be sucked in and using mechanical energy to bring them to a higher pressure, at which they dissipate higher heat Temperature to be liquefied again: is known. It has to be used for generating Heating has the disadvantage that when it is very cold outside, not only for heating required amount of heat, but also as a result of the flow temperature of the heating water the pressure ratio increases. The consequence is a strongly fluctuating and on cold days extremely high power requirement of the compressor, so that the heat pump so far in the In most cases, it was only used for transitional heating on less cold areas.
Der Temperaturunterschied zwischen dem Grundwasser und starker Außenkälte ermöglicht aber die Erschließung einer erheblichen Energiequelle, deren Ausnutzung zur Verringerung des Aufwandes an mechanischer Energie für das Heben der Wärme eine Aufgabe von großer preiktischer Bedeutung ist.The temperature difference between the groundwater and strong outside cold but enables the development of a considerable energy source, its utilization to reduce the expenditure of mechanical energy for lifting the heat a Task is of great practical importance.
Dieses Ziel läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß der Energieaufwand zum Heben der Wärme mindestens zum Teäl durch Ausnutzung des Temperaturgefälles zwischen der Temperatur des Wärmereservoirs und der Temperatur eines kälteren Mittels (z. B: der Außenluft) mittels eines qm Sinne des Flüssigkeitsumlezfes gegenläufigen, mit höherem Verdampfer-Absorber-Druck als dem Entgaser-Kondensator-Druck arbeitenden Absorpfiionsmaschinensystems gedeckt wird, dessen Entgaser und Verdampfer Wärme aus dem Reservoir mittlerer Temperatur aufnehmen, während die ResorptionswärTne an das Heizungssystem, die Kondensationswärme aber an ein kälteres Mittei abgeführt wird. Dies kann entweder unmittelbar unter Kühlung- des Kondensators durch die kältere Außenluft geschehen oder mittelbar, z. B. durch Kühlung des Kondensators durch den Verdampfer einer besonderen Kompressionsmaschine, deren Kondensator an der kälteren Außenduft gekühlt wird.This goal can be achieved according to the invention that the energy consumption to raise the heat at least partially by utilizing the temperature gradient between the temperature of the heat reservoir and the temperature of a colder medium (e.g .: the outside air) by means of a square meter sense of the liquid flow counter-rotating, with a higher evaporator-absorber pressure than that Degasser Condenser Pressure working Absorpfiionsmaschinensystems is covered, its degasser and evaporator Absorb heat from the medium-temperature reservoir during the heat of absorption to the heating system, but the condensation heat is dissipated to a colder center will. This can either be done immediately with cooling of the condenser by the colder Outside air happen or indirectly, z. B. by cooling the capacitor through the Evaporator of a special compression machine, the condenser of which is on the colder one Outside fragrance is cooled.
Das neue Verfahren eignet sich auch gut zur Ausnutzung der Abwärme der den Kompressor antreibenden Wärmekraftmaschine und zur Erzeugung höherer Temperaturen mit geringem Druckverhäftnis durch eine mehrstufige Arbeitsweise.The new process is also well suited to utilizing waste heat the heat engine driving the compressor and for generating higher temperatures with a low pressure ratio thanks to a multi-stage working method.
Die Abbildungen zeigen einige Ausführungsbeispiele des gekennzeichneten Erfindungsgedankens, und zwar behandeln die Abb. i und 2 die Herabsetzung des Entgaserdruckes durch den Kompressor, gemäß Abb. i mittelbar und gemäß Abb. 2 unmittelbar, die Abb. 3 .und 4 die Heraufsetzung des Resorberdruckes durcl-, den Kompressor, gemäß Abb. 3 mittelbar und gemäß Abb. 4 unmittelbar, die Abb. 5 die Erhöhung der Entgasertemperatur durch den Kompressor, die Abb.6 die Erhöhung der durch den Resonber gelieferten Heizwärmetemperatur durch den Kompressor, die Abb. 7 die Abwärmeausnutzung und schließlich die Abb. 8 ein Beispiel für eine mehrstufige Arbeitsweise.The figures show some exemplary embodiments of the marked Idea of the invention, namely Figs. I and 2 deal with the reduction of the degasser pressure by the compressor, indirectly according to Fig. i and directly according to Fig. 2, Fig. 3. And 4 the increase of the resorber pressure by the compressor, according to Fig. 3 indirectly and directly according to Fig. 4, Fig. 5 shows the increase in the degassing temperature by the compressor, the Fig.6 increasing the amount delivered by the resonber Heating temperature by the compressor, Fig. 7 the waste heat utilization and finally Fig. 8 shows an example of a multistage mode of operation.
In der Abb. i umschreiben die Bezugszeichen i bis 12 ein geschlossenes Absorptionssystem, mit z. B. wäßri:ger Ammoniaklösung, und die Bezugszeichen 16 bis 22 ein geschlossenes Kompressionssystem mit z. B. Freon 12 als Arbeitsmittel. i ist der Kondensator des Absorptionssystems, der durch den Verdampfer 16 des Kompressorsystems auf eine tiefe Temperatur abgekühlt wird. 2 ist der Verdampfer des Absorptionssystems, dem das Kondensat aus denn Kondensator i durch Pumpe 3 und Leitung 4 zugeführt wird. 5 isst der Entgaser und 6 der Resorber, dem die arme Lösung .durch Pumpe 7 .und Leitung 8 zugeführt wird, während die reiche Lösung durch Leitung g und Regulierventil io in den Entgaser 5 zurückkehrt. Durch Leitung i i gelangt der Dampf aus lern Entgaser 5 .in den Kondensator i und durch Leitung 12 aus dem Verdampfer 2 in den Resorber 6. Der Verdampfer 2 nimmt Wärme mittlerer Temperatur durch die Grundwasserleitung 13, der Entgaser 5 durch die Grundwasserleitung 14 auf. 15 ist die Heizwasserleitung, die die Heizwärme aus dem Resorber 6 den Heizräumen zuführt.In Fig. I, the reference symbols i to 12 describe a closed one Absorption system, with z. B. aqueous ammonia solution, and the reference number 16 to 22 a closed compression system with z. B. Freon 12 as a working medium. i is the condenser of the absorption system through the evaporator 16 of the compressor system is cooled to a low temperature. 2 is the evaporator of the absorption system, to which the condensate from the condenser i is fed through pump 3 and line 4. 5 eats the degasser and 6 the resorber, to which the poor solution .by pump 7 .and Line 8 is fed while the rich solution is fed through line g and control valve io returns to degasser 5. The steam comes out of the degasser through line i i 5 .in the condenser i and through line 12 from the evaporator 2 into the resorber 6. The evaporator 2 takes medium temperature heat through the aqueduct 13, the degasser 5 through the aquifer 14. 15 is the heating water pipe, which supplies the heat from the resorber 6 to the boiler rooms.
Aus dem Verdaanpfer 16, der die Verflüssigungswärme bei tiefer Temperatur aus dem Kondensator i abführt, gelangt der Dampf durch diie Saugleitung 17 in den Kompressor 18 und aus diesem durch die Druckleitung ig in den Kondensator 20, aus dem das Kondensat du-roh Leitung 21 und Regulierventil 22 in den Verdampfer 16 zurückkehrt. D:er Kondensator 2o gibt die Verflüssigungswärme v «tte,ls des Wärmeübertragungssystems 23 errin an die Außenkälte ab.From the evaporator 16, which removes the heat of condensation from the condenser i at a low temperature, the steam passes through the suction line 17 into the compressor 18 and from there through the pressure line ig into the condenser 20, from which the condensate du-raw line 21 and Regulating valve 22 returns to the evaporator 16. The condenser 2o gives off the heat of condensation from the heat transfer system 23 to the outside cold.
Das Absorptionssystem ist eine »gegenläufige« Absorptionsmaschine. Die Verflüssigung erfolgt bei geringem Druck und tiefer Temperatur, die Verdampfung bei hohem Druck und Grundwassertemperatur. Die Entgasung (Austreibung) erfolgt bei geringem Druck und Grundwassertemperatur, die Resorption bei hohem Druck und hoher Temperatur. Wird dem System im Kondensator i Wärme bei tiefer Temperatur entzogen, so entsteht im Resorber 6 Wärme höherer Temperatur. Diese, abgesehen von :der Grundwasserbeschaffung, fast betriebskostenlose Wärmeerzeugung versagt, wenn die Außentemperatur nicht wesentlich kälter als die Grundwassertemperatur ist, und daher ist die Kombin:ation mit dem Kompressorsystem, der Wärmepumpe, z. B. für mitteleuropäische Klimaverhältnisse ein wirksamer Ausweg, um so mehr, als dadurch die Heizwärme auch bei mäßigen Kältegraden der Außenluft bequem auf höhere Temperaturen gebracht werden kann.The absorption system is a "counter-rotating" absorption machine. Liquefaction takes place at low pressure and temperature, evaporation at high pressure and groundwater temperature. The degassing (expulsion) takes place at low pressure and groundwater temperature, resorption at high pressure and high Temperature. If heat is withdrawn from the system in the condenser i at a low temperature, this creates heat at a higher temperature in the resorber 6. These, apart from: the procurement of groundwater, almost free of charge heat generation fails if the outside temperature is not significant is colder than the groundwater temperature, and therefore the combination with the Compressor system, the heat pump, e.g. B. for Central European climates an effective way out, all the more so as it increases the heating even at moderate degrees of cold the outside air can easily be brought to higher temperatures.
Die Wirkungsweise ist folgende: Durch die Abkühlung des Kondensators i, die durch den Verdampfer i 6 bewi rkt wird,-entsteht eine Druckerniedrigung im Entgaser 5, die zu einer Konzentrationserniedrigung der Lösung führt, so daß diese im Resorber 6 bei der Absorption unter dem hohen Druck des Verdampfers 2 eine verhältnismäßig hohe Temperatur erzeugt, deren direkte Erzeugung durch den Kompressor bei dem hohen Druckverhältnis eine höhere mechanische Energie erfordert als der Betrieb des Kompressors für die Unterkühlung des Kondensators i unter die tiefe Außentemperatur. Der thermodynamische Grund für ,diese bei nicht zu hohen Heiztemperaturen und starker Außenkälte sehr beträchtliche Energieersparnis ist das Herabsinken eines Teils der Grundwasserwärme auf die niedrige Außentemperatur, das eine Ausnutzung des sonst ungenutzten Temperaturgefälles gewährt.The way it works is as follows: By cooling the capacitor i, which is caused by the vaporizer i 6, - there is a pressure decrease in the Degasser 5, which leads to a decrease in the concentration of the solution, so that this in the resorber 6 in the absorption under the high pressure of the evaporator 2 a relatively high temperature generated, its direct generation by the compressor at the high Pressure ratio requires a higher mechanical energy than the operation of the compressor for the subcooling of the condenser i below the low outside temperature. The thermodynamic Reason for this when the heating temperatures are not too high and the outside cold is very high Considerable energy saving is the lowering of part of the groundwater heat on the low outside temperature, which means that the otherwise unused temperature gradient is used granted.
Bei Verwendung von Ammoniak in dem Kompressionssystem sowohl wie in dem Absorptionssystem kann eine Vereinfachung gemäß Abb. 2, in der die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie in Abb. i haben, dadurch erzielt werden, daß der Kompressor i direkt aus dem Entgaser 5 ansaugt und in den nunmehr durch Außentemperatur gekühlten Kondensator i fördert. Die Wirkung ist dieselbe.When using ammonia in the compression system as in the absorption system can be a simplification according to Fig. 2, in which the reference numerals have the same meaning as in Fig. i, can be achieved by the compressor i sucks in directly from the degasser 5 and into the now cooled by outside temperature Condenser i promotes. The effect is the same.
In der Abb. 3 trägt das Absorptionssystem dieselben Bezugszeichen. Der Kompressor 18 saugt jedoch aus dein durch die Grundwasserleitung 13 geheizten Verdampfer 24 Dampf durch Leitung 25 an und fördert ihn durch Leitung 26 in den Kondensator 27, der den Verdampfer 2 auf eine höhere Temperatur bringt und aus dem das Kondensat durch Leitung 28 und Regulierventil 2g in den Verdampfer 24 zurückkehrt. Die Wirkung der erhöhten Temperatur in dem Verdampfer :2 ist eine entsprechende Drucksteigerung rund damit eine Erhöhung der Resorbertemperatur 6 und der Temperatur .des durch Leitung 15 zirkulierenden Heizwassers.In Fig. 3, the absorption system has the same reference numbers. However, the compressor 18 sucks from your heated by the groundwater pipe 13 Evaporator 24 to steam through line 25 and promotes it through line 26 in the Condenser 27, which brings the evaporator 2 to a higher temperature and from the the condensate returns to the evaporator 24 through line 28 and regulating valve 2g. the Effect of the increased temperature in the evaporator: 2 is a corresponding increase in pressure around thus an increase in the absorber temperature 6 and the temperature .des through Line 15 circulating heating water.
Die Wirkung ist also analog wie in Abb. i, der thermodynamische Grund für die Ersparnis an mechanischer Energie äst der gleiche.The effect is therefore analogous to that in Fig. I, the thermodynamic reason for the saving of mechanical energy eat the same.
Wieder läßt sich bei Verwendung desselben Arbeitsmittels in beiden Systemen eine erhebliche Vereinfachung erzielen, in-dem der Kompressor 18 Dampf direkt aus dem Verdampfer 2 ansaugt und in .den Resorber fördert, wie .in Abb. 4 gezeigt ist, in der die Behälter und Leitungen gleicher Funktion wieder die gleichen Bezugszeichen wie in den voraufgehenden Abbildungen halben, nur ist bei dem an Stelle des Kondensators beispielsweise ein Absorber und an Stelle des Verdampfers ein Austreisbergetreten, so daß die Leitung 3o für die arme Lösung und das Regulierventil 31 neu hinzutreten. Die Wirkung ist die gleiche wie bei Ab:b-3-In dem Aus£ührungsheispiel nach Abb. 5 ist das getrennte Kompressionssystem als Wärmepumpe mit Lösungskreislauf angedeutet, so daß eine Pumpe 3a für den Lösungsu.ml.auf und eine Leitung 33 für die arme Lösung neu hinzutreten. Der Resorber 27 des Kompressionssystems führt die in ihm entstehende Resorptionswärme dem Entgaser 5 zu, dessen Temperatur .dadurch ansteigt. Die hierdurch erzielte niedrigere Konzentration der armen Lösung veranlaßt wieder eine höhere Temperatur im Resorber 6. Die Wirkung ist also ähnlich wie bei den Abb. i und 2, doch wird die stärkere Entgasung in dem Entgaser 5 nicht durch Druckerniedrigung, sondern durch Temperaturerhöhung bewirkt. Würde man die gleiche Lösung in dem Lösungskreislauf der Wärmepumpe wählen, wie in dem Lösungskreislauf zwischen Entgaser und Resonber des Absorptionssystems, so kann wieder eine Zusammenlegung erfolgen, aus der Abb. 2 entstehen würde.Again, when using the same working medium in both Systems achieve a considerable simplification in-that the compressor 18 steam sucks in directly from the evaporator 2 and pumps it into the resorber, as shown in Fig. 4 is shown, in which the container and lines have the same function again the same Reference symbols as in the previous figures half, only with is in place the condenser, for example, an absorber and instead of the evaporator an emitter, so that the line 3o for the poor solution and the regulating valve 31 are newly added. The effect is the same as with Ab: b-3-In the embodiment according to Fig. 5 the separate compression system is indicated as a heat pump with a solution cycle, so that a pump 3a for the solution and a line 33 for the poor solution to join again. The resorber 27 of the compression system carries the resulting in it Heat of absorption to the degasser 5, the temperature of which rises as a result. The result A lower concentration of the poor solution achieved causes a higher one again Temperature in the resorber 6. The effect is therefore similar to that of Figs. I and 2, but the stronger degassing in the degasser 5 is not caused by lowering the pressure, but caused by an increase in temperature. One would get the same solution in the solution cycle of the heat pump, as in the solution cycle, choose between degasser and resonator of the absorption system, it can be combined again, from Fig. 2 would arise.
In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 6 ist der En gaser 24 des Kompressorsystems in wärmeleitender Verbindung mit dem Resorber 6 des Absorptionssystems, die in diesem entstehende Absorptionswärme wird also dem Entgaser des Kompnessors.y stems zugeführt und bei höherer Temperatur im Resorber 27 des Kompressorsystems an die Heizwasserleitung 15 abgegeben. Die Wirkung ist also ähnlich wie beiden Abb. 3 .und 4. Verwendet man gleiche Lösungen in den Systemen, so entsteht aus der Zusammenlegung die A'bib. 4.In the embodiment of Fig. 6, the gasifier 24 is the compressor system in thermally conductive connection with the resorber 6 of the absorption system, which in this The resulting absorption heat is fed to the degasser of the Kompnessors.y stems and at a higher temperature in the resorber 27 of the compressor system to the heating water line 15 submitted. The effect is therefore similar to both Fig. 3 and 4. If you use the same solutions in the systems, the A'bib arises from the amalgamation. 4th
Es bleiben also als einfachste Anordnungen die Ausführungsbeispiele nach den Abb. 2 und 4 bestehen. Die Ausführungsbeispiele nach den übrigen Abbildungen gewähren jedoch durch die getrennten Kreisläufe und damit die Verwendungsmöglichkeit verschiedener Arbeitsflüssigkeiten eine unbeschränkte Anpassungsfähigkeit, durch die unter anderem auch der Einsatz von Turbokompressoren erleichtert wird. Die Schaltung nach Abb. 6 bietet z. i3. .dort :besondere Vorteile, wo aus Gründen der Betriebssicherheit und Gefahrlosigkeit zur Erwärmung des Heizwassers ein ungefährliches und ungiftiges Anbeibsmittel, wie z. B. Freon, verwendet werden soll, während für die vorgeschaltete gegenläufige Absorptionsmaschine das - bequemere urid billigere Ammoniak verwendet werden kann.The exemplary embodiments remain as the simplest arrangements according to Figs. 2 and 4 exist. The embodiments according to the other figures However, due to the separate circuits and thus the possibility of use different working fluids an unlimited adaptability which among other things also facilitates the use of turbo compressors. The circuit according to Fig. 6 z. i3. . there: special advantages where for reasons of operational safety and safety for heating the heating water a harmless and non-toxic Adhesives, such as. B. Freon, should be used while for the upstream counter-rotating absorption machine that uses ammonia - more convenient urid cheaper can be.
Der Einsatz von Turbokompressoren wird dadurch besonders erleichtert, .daß die Druckbereiche, in denen die Kompressoren arbeiten, weitgehend beliebig gewählt werden können. Man wird daher schon mit Rücksicht auf die Gefa'hrlosigkeit gern niedrige Druckbereiche wählen. Da zudem auch die Druckverhältnisse, unter denen die Kompressoren arbeiten, meist sehr niedrig sind, kommen hicer für dieVerddchtung derArbeits#mitteddärnpfe Rotationskompressoren und für große Leistungen Turbokompressoren in Betracht. Bei den Turbokompressoren ist ein besonderer Vorteil der, daß bei ihnen kein Schmiermittel (Schmieröl) mit dem Arbeitsmittel in Berührung kommt, so daß auch nicht die Apparateflächen der Anlagen durch das Schmiermittel verunreinigt werden.This makes the use of turbo compressors particularly easier, .that the pressure ranges in which the compressors work are largely arbitrary can be chosen. One is therefore already considering the safety like to choose low pressure ranges. Since also the pressure conditions under which the compressors work, are usually very low, come here for the evaporation derWork # mitteddärnpfe rotary compressors and for high performance turbo compressors into consideration. A particular advantage of the turbo compressors is that with them no lubricant (lubricating oil) comes into contact with the working fluid, so that also not contaminate the apparatus surfaces of the systems with the lubricant will.
Auch die mit den Kompressoren unmittelbar gekoppelten Absorptionssysteme sind verwickelteren Aufgaben durchaus gewachsen, wenn mehrere Kompressoren zur Anwendung gelangen. So zeigt Abb.7 eine Anlage mit ,drei Kompressoren, bei der eine vorhandene tiefere Temperatur zu einem beliebigen Anteil zur Verringerung des Aufwandes gn mechanischer Energie herangezogen werden Scann, unter restlos er Ausnutzung der Abwärme des die Kompressoren (undPumpen) antreibendenDieselmators.Also the absorption systems directly coupled with the compressors are able to cope with more complex tasks when several compressors are used reach. Figure 7 shows a system with three compressors, with one existing lower temperature in any proportion to reduce the effort gn mechanical energy can be used, while fully utilizing the Waste heat from the diesel engine driving the compressors (and pumps).
In dieser Abbildung haben die Bezugszeichen i bis 15, 17, 19, 23, 25, 26, 30 und 31 dieselbe Bedeutung wie in den voraufgehenden Abbildungen. 34, 35 und 36 sind Kompressoren, deren Drehzahl unabhängig voneinander geregelt werden kann und die durch Öffnen der Absperrventile 37, 38 und 39 ganz ausgeschaltet wenden können. 40 und 41 sowie 48 und 49 sind weitere Ab sp.errventide, 42 und 43 Leitungen, die den Kompressor 35 mit den Leitrungen i9 und 25 verbinden. 44 ist der Dieselmotor mit dem Kühlwassermantel 45, ferner ist 46 der Abhirzeverwerter, 47 durch Reibungskopplung gesteuerte Getriebe zur Drehzahlregelung und schtießl.ich 5o die Förderpumpe für das Grundwasser.In this figure, the reference symbols i to 15, 17, 19, 23, 25, 26, 30 and 31 have the same meaning as in the previous figures. 34, 35 and 36 are compressors whose speed can be controlled independently of one another and which can be turned off completely by opening the shut-off valves 37, 38 and 39. 40 and 41 as well as 48 and 49 are further Ab sp.errventide, 42 and 43 lines that connect the compressor 35 with the stanchions i9 and 25. 44 is the diesel engine with the cooling water jacket 45, furthermore 46 is the Abhirzeverwerter, 47 is a friction-controlled gearbox for speed control and finally 5o is the feed pump for the groundwater.
Unterschreitet die Temperatur der Außenkälte dh'e Temperatur des durch den Abbitzevrerwerter erwärmten Grundwassers nicht genügend, um eine Ausnutzung :mit Rücksicht auf -den hierzu erforderlichen Arbeitsaufwand für die Gruxndwasserförderung lohnend erscheinen zu lassen, so werden die Absperrventile 37, 38, 39, 40, 41 Und 49 sowie das RegulderventiJ 31 geschlossen und die Pumpe 3 ,stillgesetzt. Die Anlage arbeitet dann als reine Wärmepumpe mit Lösungskreislauf: Der unter Wärmeaufnahnne aus dem mit Pumpe 5o über Ventil 48 durch Leitung 14 geförderten Grundwasser in dem Entgaser 5 ausgetriebene Dampf wird über Leitung 17, Kompressor 34, Leitung 42, Kompressor 35, Leitung 43, Kompressor 36 und Leitung 26 denn Resorber 6 zugeführt. Die Lösung wird durch Pu.mpe7, Leitung 8 und 9 und ReguldeT-ventil io zwischen dem Entgaser 5 und dem Resorber io umgewälzt. Die im Resorber entstehende Absorptionswärme wird durch den Rücklauf der Heizleitung 15 aufgenommen, die über den Kühlwassermantel 45 dies Dieselmotors 44 zum oberen Teil des Abhitzeverwerters 46 führt und als Vorlauf diesen verläßt. Die drei Kompressoren 34, 35 und 36 sind hierbei etwa gleichmäßig belastet, was .durch die Drehzahregelung so gesteuert wird, äraß das Druckverhältnis in den drei Kompressoren etwa gleich groß ist. Der Aufwand an mechanischer Energie ist hierbei geringer als bei einer Wärmepumpe ohne Lösungskreislauf, da diese den Temperaturunterschied zwischen der Vorlauftemperatur (hinter dem Resorber) und der Grundwasserablauftemperatur 2u Überbrücken hätte, während für die Wärmepumpe mit Lösungskreislauf nur der Temperaturunterschied zwischen der mittleren Heizwassertemperatur und der mittleren Grundwassertemperatur zu überbrücken bleibt. Bei verhältnismäßig niedriger Heizwassertemperatixr kann auch der eine oder andere Kompressor durch Öffnen der Ventile 37, 38 oder 39 ausgeschaltet und stillgesetzt werden.If the temperature of the outside cold falls below the temperature of the through the recovery of heated groundwater is not sufficient to be exploited : with regard to the workload required for this purpose for pumping green water To make it appear worthwhile, the shut-off valves 37, 38, 39, 40, 41 and 49 and the regulating valve 31 are closed and the pump 3 is stopped. The attachment then works as a pure heat pump with a solution cycle: the one under heat absorption from the groundwater conveyed with pump 5o via valve 48 through line 14 in the degasser 5 expelled steam is via line 17, compressor 34, line 42, compressor 35, line 43, compressor 36 and line 26 are supplied to the resorber 6. The solution is through Pu.mpe7, line 8 and 9 and ReguldeT valve ok circulated between the degasser 5 and the resorber io. The arising in the resorber Heat of absorption is absorbed by the return of the heating line 15, which over the cooling water jacket 45 of this diesel engine 44 to the upper part of the heat recovery unit 46 leads and leaves it as a forerunner. The three compressors 34, 35 and 36 are this is about evenly loaded, which is controlled by the speed control, when the pressure ratio in the three compressors is about the same. The effort mechanical energy is less than with a heat pump without a solution cycle, as this determines the temperature difference between the flow temperature (behind the resorber) and the groundwater outlet temperature would have bridged 2u while for the heat pump with the solution cycle only the temperature difference between the mean heating water temperature and the mean groundwater temperature remains to be bridged. With relatively One or the other compressor can also cause a lower heating water temperature Opening the valves 37, 38 or 39 can be switched off and shut down.
Ist dieTempenatur derAußenkälte niedrig genug, um ihre Ausnutzung lohnend erscheinen zu lassen, so werden die Absperrventile 40, 41 und 49 sowie das Regulierventil 31 geöffnet und die. Pumpe 3 und damit der Lösungsumlauf durch den Absorber i und den Austreiber 2 in Gang gesetzt. Ein Teil des im Entgaser 5 entwickelten und durch den Kompressor 34 verdichteten Dampfes witd dann im Absorber i absorbiert und im Austreiber 2 bei höherem Druck wieder ausgetrieben. Die Absorptionswärme wird durch die Wärmeübertragungsvorrichtung 23 abgeführt, die Austreibungswärme wird @durch die Grundwasserleitung 13 geliefert, die in ,dem Abhitzeverwerter 46 den durch Leitung 15 nicht mehr verwertbaren Teil der Abwärme aufgenommen hat.Is the temperature of the outside cold low enough to take advantage of it To make it seem worthwhile, the shut-off valves 40, 41 and 49 as well as the Regulating valve 31 is open and the. Pump 3 and thus the solution circulation through the Absorber i and expeller 2 started. Part of that developed in degasser 5 and vapor compressed by the compressor 34 is then absorbed in the absorber i and expelled again in the expeller 2 at higher pressure. The heat of absorption is dissipated through the heat transfer device 23, the expulsion heat @ is supplied by the groundwater pipe 13, which is in, the waste heat recycler 46 has absorbed the part of the waste heat that can no longer be used through line 15.
Der durch den Albsorber i und Austrenber 2 geleitete Teil des im Entgaser 5 entwickelten und im Resorber 6 absorbierten Dampfes erfordert keine Kompressionsarbeit in der Druckstufe des Kompnessors 35, wie das ohne Einschaltung des Ab- sorbers i und Austreiibers 2 der Fall sein würde. Reichem die durch Rohr 13 geleiteten Grundwassermengen und die Wärmedurchgangslächen im Ab-sorber i und Austreiber 2 aus, so kann der Kompressor 35 stillgesetzt wenden. Absperrventil 38 wird dann geöffnet.The current conducted by the Albsorber i and Austrenber 2 part of the developed in the degasifier 5 and 6 in the resorber absorbed vapor requires no compression work in the pressure stage of Kompnessors 35, as it would be without the intervention of the ex sorber i and Austreiibers 2 of the case. If the amounts of groundwater conducted through pipe 13 and the heat transfer areas in the A b absorber i and expeller 2 are sufficient, then the compressor 35 can turn shut down. Stop valve 38 is then opened.
Bei stärkerer Außenkälte kann auch Absperrventil) 37 geöffnet und der Kompressor 34 aibgesdhaltet werden. Es wird dann der gesamte im Entgaser entwickelte Dampf über den Absorber i und Austreiiber 2 auf einen höheeen Druck gebracht .und darauf durch Kompressor 36 weiter verdichtet und dem Resorber 6 zugeleitet, wo die Resorberwärme an .das Heizwasser abgeführt wird. Man erhält dann die Schaltung nach Abb. 4. Bei sehr starker Außenkälte und nicht zu 'hoher Vorlauftemperatur kann schließlich auch das Absperrventil 39 geöffnet und damit Kompressor 36 abgeschaltet wenden. Die Heizanilage arbeitet dann als reine gegenläufige A#bsorptionsmaschnne ohne Kompressor und braucht Antriebsenergie nur noch für die Grundwasserförderung durch Pumpe 5o und für die Lösungspumpen 3 und 7. Die Ersparnis -an mechani'sc'her Energie ist dann sehr groß.When the outside temperature is very cold, the shut-off valve 37 can also be opened and the compressor 34 can be stopped. It is then all developed in the degasser Steam is brought to a higher pressure via absorber i and expeller 2. And then further compressed by compressor 36 and fed to the resorber 6, where the Resorber heat to. The heating water is discharged. You then get the circuit according to Fig. 4. If the outside cold is very strong and the flow temperature is not too high, it can finally the shut-off valve 39 is also opened and thus the compressor 36 is switched off. The heating system then works as a pure counter-rotating absorption machine without a compressor and only needs drive energy for the groundwater pumping by pump 5o and for the solution pumps 3 and 7. The saving of mechanical energy is then very big.
Im allgemeinen wird jedoch eine höhere Vorlauftemperatur verdangt, als sie sich bei Abschaltung der Kompressoren erreichen läßt.In general, however, a higher flow temperature is required, than it can be reached when the compressors are switched off.
Es ist jedoch möglich, die Anlage auch so anzuordnen, daß bei starker Außenkälte ausreichend hohe Vorlauftemperaturen erzielt werden, ohne daß die Kompressoren stärker mitarbeiten, und daß das Druckverhältnis der Kompression stets niedrig bleibt. Dies gedingt, wenn auch auf Kosten eines größeren Grundwasserverbrauchs und vermehrter Wärmedurchgangsflächen, durch mehrstufige Anordnungen.However, it is possible to arrange the system in such a way that with strong Outside cold sufficiently high flow temperatures can be achieved without the compressors cooperate more, and that the pressure ratio of the compression always remains low. This is possible, albeit at the expense of a greater and increased use of groundwater Heat transfer surfaces, through multi-level arrangements.
Eine solche zweistufige Anlage ist alls Ausführiungsbeisp.iel in Abib.8 dargestellt. In dieser Abbildung .bedeutet 51 einen Kompressor, 52 einen Resorber, der mit dem Entgaser 54 in wärmeleitender Verbindung steht, 53 einen zweiten Resorber und 55 einen Absorber. 56 ist ein Behälter, der gleichzeitig als Entgaser - in Verbindung qnit dein Resorber 52 - und als Austreiber - in Verbindung mit dien Absorber 55 - dient. 57, 58 und 59 sind Pumpen, 6o, 61 und 62 Regulierventile. Die Leitungen für die zirkulierenden Lösungen sind mit 63 Und 64 sowie 65 und 66 bzw. 67 und 68 beeeichnet, die Dampfleitungen mit 69, 70, 71 und 72. Die Leitung 77 mit denn Absperrventil 73 ermöglicht eine direkte Verbindung des Kompressors 51 mit dem Entgaser 54. 74 ist die Grundwasserleitung, 75 die Heizwasserleitung und 76 die Leitung für die Übertragung der Absorptionswärme an die Außenkälte.Such a two-stage system is shown in the implementation example in Fig. 8 shown. In this figure, 51 means a compressor, 52 a resorber, which is in a thermally conductive connection with the degasser 54, 53 a second resorber and 55 an absorber. 56 is a container that doubles as a degasser - in conjunction qnit your resorber 52 - and as an expeller - in connection with dien absorber 55 - serves. 57, 58 and 59 are pumps, 6o, 61 and 62 regulating valves. The lines for the circulating solutions are with 63 and 64 as well as 65 and 66 or 67 and 68 calibrated, the steam lines with 69, 70, 71 and 72. The line 77 with the shut-off valve 73 enables a direct connection of the compressor 51 to the degasser 54.74 is the groundwater pipe, 75 is the heating water pipe and 76 is the pipe for the Transfer of the heat of absorption to the outside cold.
Die Anlage arbeitet folgendermaßen.: Der Kompressor 51 saugt - bei geschlossenem Albsperrventil 73 - aus dem Entgaseraustreiber 56 durch Leitung 69 Dampf °an, der durch Zufuhr von Wärme mittlerer Temperatur (Grundwasserleitung 74) aus der Lösung, die durch 56 zirkuliert, entwickelt wird. Der komprimierte Dampf geht,du.rch Leitung 70 in den Resorber 52 und wird .hier zum Teil von der durch diesen Resorber zirkulierenden Lösung absorbiert. Der Rest geht durch Leitung 71 in den Resorber 53 und wird hier von der armen Lösung aufgenommen, die aus ,dem Entgaser 54 durch Pumpe 57 und Leitung 63 dem Resoriber 53 zugeführt wird. Die hierbei entstehende Absorptionswärme hoher Temperatur wird durch die Heizwaisserleitung 75 aufgenommen. Die angereicherte Lösung kehrt durch Leitung 64 und Regulierventil 6o in den Entgäser 54 zurück. Die Wärmezufuhr für die Dampfentwicklung in diesem Entgaser wird dadurch bedeckt, daß die irr Resorber 52 zirkulierende Lösung im Gegenstromwärmeaustausch zu der diesem Resorber umgebenden Lösung des Entgasers 54 geführt wird. Der in diesem Entgaser entwickelte Dampf wird durch Leitung 72 von dem Absorbier 55 angesaugt, der mittels der Leitung 76 durch die Außenkälte gekühlt wind. Aus dem Absorber 55 wird die angereicherte Lösung mittels der Pumpe 58 und der Leitung 66 2n sden Austreiber-Entgaser 56 gefördert, aus dem sie als arme Lösung durch Leitung 65 und Regulierventil 61 in den Absorber 55 zurückkehrt. Aus dem Austreiber Entgaser 56 wird gleichzeitig arme Lösung durch die Pumpe:5o. und Leitung 67 in den Resorber 52 gefördert; aus dem sie als,reiche-Lösung durch Leitung 68 und Regulierventil 62 in den Austreiber-Entgaser 56 eurückkehrt. Bei unglenügender Außenkälte -wird die Pumpe 58 stillgesetzt .und &-mit das Absorbersystem abgeschaltet, während das A,bsperrventil73 geöffnet wird. Reicht die Außenkälte für die 'Einschaltung des Absorbersystems aus, läßt aber etwas nach, so nimmt der Druck .im Absorber 55 und damit der Druck im Entgaser 54 zu, die Konzentration der Lösung im Entgaser 54 steigt an, und damit sinkt die Temperatur im Resorb:er 53 und die Vorlauftemperatur des Heizwassers. Sinkt die Außentemperatur, so steigt die Vorlauftemperatur. Die Temperaturanpassung des Heizwassers wir, also automatisch durch 'die Außentemperartur bedingt. Der größere Wärmebedarf bei starkerAußenkälte ist durch eine längere Laufzeitdes Kompressors zudecken. Während aber die Wärmepumpe dhne Ausnutzung der Außenkälte eine längere Laufzeit bei erhöhtem Druckverhältnis der Kompression haben würde, braucht bei der Kombination mit der Ausnutzung der Außenkälte das Druckverhältnis nicht anzusteigen, es kann sogar abnehmen, so daß erheblich an Arbeit gespart wird.The system works as follows: The compressor 51 sucks - with the Alb shut-off valve 73 closed - from the degasser expeller 56 through line 69, steam, which is developed from the solution circulating through 56 by supplying medium-temperature heat (groundwater line 74). The compressed steam goes through line 70 into the resorber 52 and is partially absorbed here by the solution circulating through this resorber. The remainder goes through line 71 into the resorber 53 and is taken up here by the poor solution, which is fed from the degasser 54 through the pump 57 and line 63 to the resorber 53. The resulting high temperature absorption heat is absorbed by the Heizwaisserleitung 75. The enriched solution returns to the degasser 54 through line 64 and control valve 6o. The supply of heat for the development of steam in this degasser is covered by the fact that the solution circulating in the resorber 52 is conducted in countercurrent heat exchange to the solution of the degasser 54 surrounding this resorber. The vapor developed in this degasser is sucked in through line 72 by the absorbent 55, which is cooled by the external cold by means of line 76. The enriched solution is conveyed from the absorber 55 by means of the pump 58 and the line 66 2n to the expeller degasser 56, from which it returns to the absorber 55 as a poor solution through line 65 and regulating valve 61. At the same time, the expeller degasser 56 is turned into poor solution by the pump: 5o. and line 67 promoted into resorber 52; from which it returns as a rich solution through line 68 and regulating valve 62 into the expeller degasser 56. If the outside cold is insufficient, the pump 58 is stopped and the absorber system is switched off while the shut-off valve 73 is opened. If the outside cold is sufficient to switch on the absorber system, but if it slackens somewhat, the pressure in the absorber 55 and thus the pressure in the degasser 54 increases, the concentration of the solution in the degasser 54 rises and the temperature in the resorb decreases : he 53 and the flow temperature of the heating water. If the outside temperature falls, the flow temperature increases. The temperature adjustment of the heating water is determined automatically by the outside temperature. The greater heat demand when it is very cold outside must be covered by a longer running time of the compressor. However, while the heat pump would have a longer running time with an increased pressure ratio of the compression without utilizing the external cold, the pressure ratio does not need to increase in the combination with the utilization of the external cold, it can even decrease, so that considerable work is saved.
Bei extremen Kältegraden kann der Kompressor 51 sogar stillgesetzt werden, wenn für eine -unmittelbare Verbindung zwischen den Leitungen 69 und 70 gesorgt ist.In the case of extreme degrees of cold, the compressor 51 can even be shut down if for a direct connection between lines 69 and 70 is taken care of.
Die Abb. 8 zeigt, daß auch bei mehrstufigen Anlangen die Ausnutzung der Außenkälte zur Verringerung des Bedarfs an mechanisdher Energie mit verhältnismäßig einfachen Anlagen durchführbar ist.Fig. 8 shows that even with multi-level systems, the utilization the outside cold to reduce the need for mechanical energy with relatively simple systems is feasible.
Das Absorptionssystem mit zwei wärmeaufnehmenden -und zwei wänmeabgehenden Behältern kann auch durch eine periodische Absorptionsmaschine verwirklicht sein, die in jeder ihrer Halbperioden allerdings nur zwei Behälter, einen wärmeaufnehmenden und einen wärmeabgebenden, besitzt, in ihrer vollen Periode aber durch die Änderung der Funktion der Behälter beim Wechsel der Halbp:eriode insgesamt vier funktionell verschiedene Behälter nacheinander in Erscheinung treten läßt. Werden zwei periodische Absorptionsmaschinen mit versetzter Halbperiode verwendet, so kann die Wärmelieferung bei höherer Temperatur und die Wärmeabgabe bei der vorhandenen tieferen Temperatur auch gleichzeitig erfolgen. Es bleibt jedoch ein Vorteil der periodischen Maschinen, daß man die Hailbperiaden in beliebigen Zeitabständen auheinanderfolgen lassen kann, so daß es z. B. auch ohne Kältespeicherung anderer Art möglich ist, die kältere Temperatur in der Nacht zur Verringerung des Aufwandes an mechanischer Energie für die Heizung am Tage auszunutzen, indem z. B. die Auflädung der periodischen Maschine nachts-unter Zuhilfenahme des Kompresssionssysterns erfolgt, dessen Kondens@afpr. durch die Außenkälte gekühlt ,sein kann und dessen Verdampfer die Verflüssigungstemperatur in der Absorptionsmaschine erniedrigt, oder dessen Verdampfer die Grunidwassezwärme zur Erhöhung der Au streibertemperatur :hebt. Die Entladung ohne Wärmelieferung am Tage kann dann gegebenenfalls unter Zuhilfenahme des Kompressors erfolgen unter Erwärmung des Verdampfers durch Grundwasser.The absorption system with two heat-absorbing and two heat-outgoing ones Containers can also be realized by a periodic absorption machine, in each of their half-periods, however, only two containers, one that absorbs heat and an exothermic one, possesses, in its full period but through the change the function of the container when changing the half-period, a total of four functional different containers appear one after the other. Become two periodic Absorption machines with staggered half-periods are used, so the heat supply at a higher temperature and the heat dissipation at the existing lower temperature also take place at the same time. However, there remains an advantage of the periodic machines, that one can let the Hailbperiads follow one another at any time, so that it z. B. is also possible without other types of cold storage, the colder Temperature at night to reduce the expenditure of mechanical energy for to use the heating during the day by z. B. the charging of the periodic machine at night with the help of the compression system, whose condensate @ afpr. Can be cooled by the outside cold and its evaporator the condensing temperature decreased in the absorption machine, or its evaporator the Grunidwassezwärme to increase the driver temperature: lifts. The discharge without heat delivery during the day can then be done with the aid of the compressor if necessary Heating of the evaporator by groundwater.
Kann der Kompressor am Tage eingesetzt werden, so führt die Aufladung der periodischen Absorptionsmaschine durch die nächtliche Außenkälte bei Austreiiberheizung :durch Grundwasser zu .dem gleichen Ergebnis der Verringerung des Aufwandes an mechanischer Energie für die Heizung, wenn z. B. der Kondensator des Kompressionssystems mit dem, durch Grundwasser gekühlten Verdiainpfer die Verdampfungswärme für die periodische Absorptionsmaschine liefert.If the compressor can be used during the day, charging will continue the periodic absorption machine by the night outside cold with extractor heating : by groundwater to .the same result of reducing the expenditure on mechanical Energy for heating if z. B. the condenser of the compression system with the evaporation heat for the periodic evaporator, cooled by groundwater Absorption machine supplies.
Periodische Absorptionsmaschinen kommen insbesondere für kleinere Anlagen in Betracht. Ein ummittelbarer- Anschluß der Saug- und Druckleitung des Kompressors an die wärmeaufnehmenden und =abgebenden Behälter wird. daher weniger in Frage kommen, auch deshalb, weil# der Kompressor hierbei seine Anscblußrichtung vertauschen müßte, also die Umstellung von Ventilen erforder-. lieh machen würde.Periodic absorption machines come in particular for smaller ones Plants into consideration. A direct connection of the suction and pressure line of the Compressor to the heat-absorbing and = releasing container. therefore less come into question, also because # the compressor is connected in its direction would have to swap, so the conversion of valves required. would make borrowed.
Auch in diesen Fällen-aber führt die Ausnutzung -der Außenkälte nach denn geschilderten Verfahren zu etiner Ersparnis an mechanischer Arbeit bei der Erzeugung von Heizwärme.In these cases too, however, the utilization leads to the external cold because the described method to a saving of mechanical work in the Generation of heating.
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