EP0085994B1 - Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältemaschine - Google Patents

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EP0085994B1
EP0085994B1 EP83101481A EP83101481A EP0085994B1 EP 0085994 B1 EP0085994 B1 EP 0085994B1 EP 83101481 A EP83101481 A EP 83101481A EP 83101481 A EP83101481 A EP 83101481A EP 0085994 B1 EP0085994 B1 EP 0085994B1
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heat
liquid
compressor
vapour
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Géza Dipl.-Ing. Hivessy
Péter Dipl.-Ing. Pecz
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Energiagazdalkodasi Intezet
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/006—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant containing more than one component
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/02—Compression-sorption machines, plants, or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a heat pump or refrigeration machine with a working medium from two different boiling point working materials, which are subjected together as a vapor mixture to a compression process, according to which the working medium is separated into a vapor phase and a liquid phase in a phase separation process Sub-flows are subjected to heat exchange processes, the partial flow withdrawn as a vapor phase from the phase separation process being condensed by heat removal and, after it has been released, subjected to an evaporation process by supplying heat, after which it is recombined with the other partial flow withdrawn from the phase separation process as a liquid phase and relaxed with the latter Compression process is supplied.
  • the invention further relates to a heat pump or refrigerator for carrying out the method.
  • the possible uses of heat pumps and the increase in their effectiveness are being investigated with increased intensity all over the world due to the energy crisis.
  • the heat pump is actually a reversed chiller that transfers the energy from the environment into a functionally closed space.
  • a method of the type mentioned at the outset (DE-B-241 468) is designed as a compression method in which a mixture of two refrigerants with different boiling points is used, the higher-boiling component being liquefied by partial condensation from the compressed refrigerant / vapor mixture the lower-boiling vaporous component is separated and expanded and evaporated to liquefy the lower-boiling component, whereas the liquefied lower-boiling component is expanded and evaporated and mixed with the relaxed higher-boiling component before evaporation, after which the vaporous higher-boiling component and the vaporous lower-boiling component mixed with it are evaporated be compacted together again.
  • a refrigerant such as a halogenated hydrocarbon, which can be condensed in the operating range of the method and a solvent compatible with it, such as an 01, is used as the working medium, and the method is performed such that only part of the refrigerant, for example half or less is dissolved in the solvent during the absorption process.
  • the remaining refrigerant portion is separated from the refrigerant-enriched solution after exiting the absorber and brought into heat exchange with the rich solution in a degasser and thereby partially condensed so that the refrigerant is expelled from the solution by the evaporation heat released.
  • the compressor compressing the refrigerant vapor is additionally used to suck the working medium through the degasser and to pump the liquid solvent to the high-pressure side of the absorber, so that an additional solvent pump can be dispensed with. Since an 81 is also used as the solvent, this is also passed through the compressor, e.g. a screw compressor is used in addition to its lubrication. However, since an excess of refrigerant is used in this process, the compression work is high.
  • the invention achieves the object of designing the method of the type mentioned at the outset as a compression-absorption method in such a way as to provide a refrigeration machine or heat pump for carrying out the method in such a way that an energetically high degree of efficiency can be achieved.
  • this is achieved in the method in that a working medium pair consisting of a solvent and a refrigerant soluble therein is used as the working medium, the vapor mixture of which is compressed in the compression process with the simultaneous presence of its solution and is fed from the compression process to the phase separation process, and that the partial stream withdrawn as a vapor phase from the phase separation process after its condensation is after-cooled by the other partial stream withdrawn as a liquid phase from the phase separation process after its expansion.
  • phase separator which on the steam side is connected to a condenser which is connected to the input of the compressor via a first expansion valve and an evaporator, and which is connected on the liquid side to the input of the compressor via a second expansion valve
  • the phase separator is connected to the input of the compressor on the liquid side via an internal heat exchanger, between the two heat exchange sides of which the second expansion valve and a downstream aftercooler of the condenser are switched on.
  • the vapor phase and the liquid phase of the working medium are present simultaneously and together during the compression, the mixing of the vapor phase and the liquid phase and the dissolving of the vaporous refrigerant in the liquid solvent run in parallel with the pressure increase during the compression. This results in a recooling process during compression and during the dissolving of the refrigerant vapor, the mass fraction of the vapor phase decreases, so that less steam has to be compressed. At the same time, the final temperature of the compression also decreases, so that the compression ratio can be increased.
  • the cooling potential of the liquid phase withdrawn from the phase separation process after its relaxation is used to after-cool the condensate precipitated from the vapor phase by means of heat removal before it is expanded and fed to the evaporation process.
  • the illustrated embodiment is particularly expedient in such cases when, when exchanging heat with the surroundings, the use of a heat exchanger of constant or almost constant temperature is more advantageous than a heat exchanger in which there are continuously changing temperatures along the heat exchange surface, be it at the low-pressure or on the high pressure side or even at both pressures.
  • This latter case which is also shown in the figure, can actually be regarded as a further development of the conventional refrigerator.
  • the two-phase, high-pressure working medium emerging from the compressor 8 passes into a phase separator 16, where the path of the liquid and the vapor are separated from one another.
  • the steam is fed from here into a condenser 9 known per se, where it gives off its heat of vaporization q ko , and then passes via an aftercooler 10 and a pressure-reducing expansion valve 14 into an evaporator 15, in which heat q is obtained from the environment at an almost constant temperature e is withdrawn, so that the working medium evaporates in connection therewith.
  • the liquid flows out of the phase separator 16 into a liquid cooler 13, in which it is freed from its heat content which can still be used or which can still be physically extracted in the operation of the refrigerator.
  • the liquid then flows through one side of an internal heat exchanger 12 and a through-reducing expansion valve 11 into the other side of the aftercooler 10, in which the liquid refrigerant cools further. From here the liquid passes through the other side of the internal heat exchanger 12 to the suction side of the compressor 8, where it mixes with the steam coming from the evaporator 15.
  • This mixture is then passed on through the compressor 8, in which the vapor phase is compressed to the higher pressure level of the condenser 9 by the use of mechanical work q k , into the phase separator 16.
  • a rectifier (not shown) can optionally be installed upstream of the condenser 9, by means of which the refrigerant concentration of the vapor phase is increased.
  • the damping phase and the liquid phase of the working medium come together and at the same time into the working space of the compressor 8, where, in addition to the compression, those determined by the thermodynamics of the solutions play physical processes.
  • the liquid can even be present in two different forms.
  • the liquid phase can occur in its specifically liquid form.
  • it can also be present in the form of aerosol in the steam.
  • a suitable pump and an atomizer are of course also required for the latter embodiment.
  • a very big advantage of this 'wet' compression is that during the compression the mixing of the vapor phase and the liquid phase of the working medium and the dissolving of the steam take place in parallel with the pressure increase, the vapor phase and the liquid phase being sought, as a function of time and to achieve an equilibrium in accordance with the laws of thermodynamics of the solutions, but the temperature values associated with these equilibrium states are always significantly lower than the temperature values associated with a given pressure in the case of adiabatic compression.
  • the final temperature of the compression also decreases, which is of crucial importance with regard to the design features of the compressor and the materials that can be used.
  • the pressure ratio of the single-stage compression can be increased significantly, whereby the goal can be achieved with simpler and cheaper means.
  • the embodiment shown thus combines the advantages that the heat exchanger has a constant temperature profile and the "wet" compression, i.e. offer the thermodynamics of the solutions. It can primarily be used advantageously for such cooling tasks where a large pressure difference is necessary (e.g. freezing, heating with a heat pump); but it can also be used in an energetically effective manner in conventional cooling conditions.
  • Another advantage of the system according to the invention is that it can be adapted very flexibly to the task to be solved, depending on the concentration ratios of the solution used, and in this way its operating characteristics can be optimized.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältemaschine mit einem Arbeitsmedium aus zwei unterschiedliche Siedepunkte aufweisenden Arbeitsstoffen, die gemeinsam als Dampfgemisch einnem Verdichtungsvorgang unterworfen werden, nach welchem das Arbeitsmedium in einem Phasentrennvorgang in eine Dampfphase und in eine Flüssigkeitsphase getrennt wird, die als Teilströme Wärmeaustauschvorgängen unterworfen werden, wobei der als Dampfphase aus dem Phasentrennvorgang abgezogene eine Teilstrom durch Wärmeentzug kondensiert und nach seinem Entspannen einem Verdampfungsvorgang durch Wärmezufuhr unterworfen wird, wonach er mit dem als Flüssigkeitsphase aus dem Phasentrennvorgang abgezogenen anderen Teilstrom nach dessen Entspannen wieder zusammengeführt und mit diesem dem Verdichtungsvorgang zugeführt wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Wärmepumpe oder Kältemaschine zur Durchführung des Verfahrens.
  • Die Anwendungsmöglichkeiten der Wärmepumpen und die Erhöhung ihrer Effektivität werden infolge der Energiekrise überall in der Welt mit erhöhter Intensität untersucht. Die Wärmepumpe ist eigentlich eine umgekehrt betriebene Kältemaschine, welche die Energie der Umgebung in einen funktionell geschlossenen Raum überführt.
  • Die zur Zeit bekannten Kompressions-Wärmepumpen werden meistens mit in der Kältetechnik allgemein verwendeten Kältemitteln betrieben. Der Trend der Forschungen weist ebenfalls in Richtung der Verfeinerung der in der Kältetechnik schon bewährten Methoden bzw. der Anwendung der Methoden für die Wärmepumpen. So ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art (DE-B- 241 468) als Kompressionsverfahren ausgestaltet, bei welchem mit einem Gemisch aus zwei Kältemitteln unterschiedlicher Siedepunkte gearbeitet wird, wobei aus dem verdichteten Kältemittel-Dampfgemisch durch partielle Kondensation die höhersiedende Komponente verflüssigt, von der tiefersiedenden dampfförmigen Komponente getrennt und zur Verflüssigung der tiefersiedenden Komponente entspannt und verdampft wird, wohingegen die verflüssigte tiefersiedende Komponente entspannt und verdampft und vor der Verdampfung der entspannten höhersiedenden Komponente wieder mit dieser gemischt wird, wonach die dampfförmige höhersiedende Komponente und die mit dieser gemischte dampfförmige tiefersiedende Komponente gemeinsam wieder verdichtet werden.
  • Darüberhinaus ist es jedoch auch bereits bekannt, das Absorptionsverfahren und das Kompressionsverfahren miteinander zu kombinieren. Bei einem derartigen bekannten Verfahren (DE-A-2 538 730) wird ein Kältemittel, wie ein halogenierter Kohlenwasserstoff, welches im Betriebsbereich des Verfahrens kondensiert werden kann, und ein damit verträgliches Lösungsmittel, wie ein 01, als Arbeitsmedium verwendet, und das Verfahren ist derart geführt, daß nur ein Teil des Kältemittels, z.B. die Hälfte oder weniger, während des Absorptionsvorganges in dem Lösungsmittel gelöst wird. Der restliche Kältemittelanteil wird nach dem Austritt aus dem Absorber von der mit Kältemittel angereicherten Lösung getrennt und in einem Entgaser in den Wärmeaustausch mit der reichen Lösung gebracht und dabei teilweise kondensiert, so daß durch die freiwerdende Verdampfungswärme das Kältemittel aus der Lösung ausgetrieben wird. Das ausgetriebene Kältemittel und das flüssige Lösungsmittel werden aus dem Entgaser in einen Verdichter gesaugt, in welchen auch derjenige Teil des Kältemittels, der im Entgaser zum Austreiben des in dem Lösungsmittel absorbierten Kältemittelanteils verwendet wurde, nach vollständiger Kondensierung und sich daran anschließender Verdampfung eingesaugt wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird daher der den Kältemitteldampf verdichtende Verdichter zusätzlich zum Hindurchsaugen des Arbeitsmediums durch den Entgaser und zum Pumpen des flüssigen Lösungsmittels zur Hochdruckseite des Absorbers ausgenutzt, so daß eine zusätzliche Lösungsmittelpumpe entfallen kann. Da außerdem als Lösungsmittel ein 81 verwendet wird, wird dieses durch das Hindurchführen auch durch den Verdichter, der z.B. ein Schraubenkompressor ist, zusätzlich zu dessen Schmierung ausgenutzt. Da jedoch bei diesem Verfahren mit Überschuß an Kältemittel gearbeitet wird, ist die Verdichtungsarbeit hoch.
  • Bei anderen bekannten hybriden Kompressions-Absorptionsverfahren (DE-C- 84 084, DE-A- 2 617 351) wird als Arbeitsmedium z.B. Ammoniak und Wasser verwendet. Das in einem Entgasungsvorgang durch Wärmezufuhr aus den flüssigen Lösungsmittel ausgetriebene dampfförmige Kältemittel wird von dem Lösungsmittel getrennt, die aus dem abgetrennten Kältemittel bestehende Dampfphase wird nach ihrer Verdichtung in einen Absorber geführt, während die aus der abgetrennten, an Kältemittel armen Lösung bestehende Flüssigkeitsphase mittels einer Pumpe über einen inneren Wärmetauscher, in welchem die Flüssigkeitsphase im Gegenstrom zu der aus dem Entgaser, der auch als Verdampfer verstanden werden kann, abgezogenen, an absorbierten Kältemittel reichen Lösung vor deren Entspannung von dieser erwärmt wird, ebenfalls in den Absorber geführt und dort mit dem verdichteten Kältemitteldampf wieder zusammengebracht wird. Durch Wärmeentzug kondensiert der Kältemitteldampf in dem Absorber und wird in dem Lösungsmittel gelöst.
  • Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, das als Kompressionsverfahren bekannte Verfahren der eingangs erwähnten Art als kombiniertes Kompressions-Absorptionsverfahren derart zu gestalten sowie eine derartige Kältemaschine oder Wärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, daß ein energetisch hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.
  • Dies wird gemäß der Erfindung bei dem Verfahren dadurch erreicht, daß als Arbeitsmedium ein Arbeitsstoffpaar aus einem Lösungsmittel und einem darin löslichen Kältemittel verwendet wird, deren Dampfgemisch bei gleichzeitiger Anwesenheit ihrer Lösung in dem Verdichtungsvorgang verdichtet wird und mit dieser aus dem Verdichtungsvorgang dem Phasentrennvorgang zugeführt wird, und daß der als Dampfphase aus dem Phasentrennvorgang abgezogene eine Teilstrom nach seinem Kondensieren von dem als Flüssigkeitsphase aus dem Phasentrennvorgang abgezogenen anderen Teilstrom nach dessen Entspannen nachgekühlt wird.
  • Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird bei einer Wärmepumpe oder Kältemaschine, die einen mechanischen Verdichter aufweist, dem ein Phasentrenner nachgeschaltet ist, welcher dampfseitig an einen Kondensator, der über ein erstes Expansionsventil und einen Verdampfer an den Eingang des Verdichters angeschlossen ist, und welcher flüssigkeitseitig über ein zweites Expansionsventil an den Eingang des Verdichters angeschlossen ist, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Phasentrenner an den Eingang des Verdichters flüssigkeitsseitig über einen inneren Wärmetauscher angeschlossen ist, zwischen dessen beide Wärmeaustauschseiten das zweite Expansionsventil und ein diesem nachgeschalteter Nachkühler des Kondensators eingeschaltet sind.
  • Da gemäß der Erfindung bei der Verdichtung die Dampfphase und die Flüssigkeitsphase des Arbeitsmediums gleichzeitig und gemeinsam vorhanden sind, laufen während der Verdichtung die Vermischung der Dampfphase und der Flüssigkeitsphase und das Inlösunggehen des dampfförmigen Kältemittels in dem flüssigen Lösungsmittel parallel mit der Druckerhöhung ab. Dadurch kommt es bei der Verdichtung zu einem Rückkühlungsvorgang und während des Inlösunggehens des Kältemitteldampfes nimmt der Massenanteil der Dampfphase ab, so daß weniger Dampf verdichtet werden muß. Gleichzeitig nimmt auch die Endtemperatur der Verdichtung ab, so daß das Verdichtungsverhältnis erhöht werden kann.
  • Ferner wird gemäß der Erfindung das Kühlungspotential der aus dem Phasentrennvorgang abgezogenen Flüssigkeitsphase nach deren Entspannung zum Nachkühlen des aus der Dampfphase durch Wärmeentzug niedergeschlagenen Kondensates ausgenutzt, bevor dieses entspannt und dem Verdampfungsvorgang zugeführt wird.
  • Die Erfindung wird ausführlicher anhand der Zeichnung erläutert, in welcher ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen hybriden Kältemaschine bzw. Wärmepumpe dargestellt ist, die für Tiefkühlung besonders geeignet ist.
  • Die dargestellte Ausführungsform ist in solchen Fällen besonders zweckmäßig, wenn beim Wärmeaustausch mit der Umgebung die Anwendung eines Wärmetauschers konstanter oder nahezu konstanter Temperatur gegenüber einem Wärmetauscher, bei welchem entlang der Wärmeaustauschfläche sich kontinuierlich verändernde Temperaturen vorliegen, vorteilhafter ist, sei es an der Niederdruck- oder an der Hochdruckseite oder sogar bei allen beiden Drücken. Dieser letztere Fall, der auch in der Figur dargestellt ist, kann eigentlich als eine Weiterentwicklung der herkömmlichen Kältemaschine betrachtet werden.
  • Das aus dem Verdichter 8 austretende zweiphasige Arbeitsmedium hohen Druckes gelangt in einen Phasentrenner 16, wo der Weg der Flüssigkeit und des Dampfes voneinander getrennt werden.
  • Der Dampf wird von hier in einen an sich bekannten Kondensator 9 geführt, wo er seine Verdampfungswärme qko abgibt, und gelangt dann über einen Nachkühler 10 und ein druckreduzierendes Expansionsventil 14 in einen Verdampfer 15, in welchem aus der Umgebung bei beinahe konstanter Temperatur Wärme qe entzogen wird, so daß damit im Zusammenhang das Arbeitsmedium verdampft.
  • Die Flüssigkeit strömt aus dem Phasentrenner 16 in einen Flüssigkeitskühler 13, in welchem sie von ihrem noch nutzbaren oder im Kältemaschinenbetrieb physikalisch noch entziehbaren Wärmeinhalt befreit wird. Danach strömt die Flüssigkeit über die eine Seite eines inneren Wärmeaustauschers 12 und ein durchreduzierendes Expansionsventil 11 in die andere Seite des Nachkühlers 10, in welchem sich das flüssige Kältemittel weiter abkühlt. Von hier gelangt die Flüssigkeit über die andere Seite des inneren Wärmeaustauschers 12 zur Saugseite des Verdichters 8, wo sie sich mit dem aus dem Verdampfer 15 kommenden Dampf vermischt.
  • Danach wird dieses Gemisch durch den Verdichter 8, in dem die Dampfphase durch den Einsatz von mechanischer Arbeit qk auf das höhere Druckniveau des Kondensators 9 komprimiert wird, wieder in den Phasentrenner 16 weitergeleitet. In die vom Phasentrenner 16 abführende Dampfphasenleitung kann vor dem Kondensator 9 gegebenenfalls ein Rektifikator (nicht gezeigt) eingebaut sein, durch welchen die Kältemittelkonzentration der Dampfphase erhöht wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anlage gelangen daher die Dämpfphase und die Flüssigkeitsphase des Arbeitsmediums zusammen und gleichzeitig in den Arbeitsraum des Verdichters 8, wo sich neben der Verdichtung auch die durch die Thermodynamik der Lösungen bestimmten physikalischen Vorgänge abspielen.
  • Neben der Dampfphase kann die Flüssigkeit hier sogar in zwei voneinander verschiedenen Formen anwesend sein. Einerseits kann nach dem einen Lösungsweg die Flüssigkeitsphase in ihrer spezifisch flüssigen Form vorkommen. Andererseits kann sie jedoch auch in Form von Aerosol im Dampf anwesend sein. Zur letzteren Ausführungsform sind natürlich auch eine geeignete Pumpe sowie auch ein Zerstäuber erforderlich..
  • Ein sehr großer Vorteil dieser 'nassen" Verdichtung liegt darin, daß während der Verdichtung die Vermischung der Dampfphase und der Flüssigkeitsphase des Arbeitsmediums und das Inlösunggehen des Dampfes parallel mit der Druckerhöhung abläuft, wobei die Dampfphase sowie die Flüssigkeitsphase bestrebt sind, in Funktion der Zeit und der Reaktionsgeschwindigkeiten - entsprechend den Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik der Lösungen - ein Gleichgewicht zu erreichen. Die zu diesen Gleichgewichtszuständen gehörenden Temperaturwerte sind aber immer wesentlich niedriger, als die zu einem gegebenen Druck gehörenden Temperaturwerte im Falle einer adiabaten Verdichtung.
  • Hinsichtlich der Dampfphase kann diese Situation also so bewertet werden, als ob sich parallel mit der Verdichtung auch ein gleichmäßiger und kontinuierlicher Rückkühlungsvorgang abspielen würde. Die energetische Bedeutung dieser Erscheinung ist für einen Fachmann wohlbekannt. Eine weitere, die Verdichtungsarbeit vermindernde Wirkung entsteht dadurch, daß während des Inlösunggehens auch der Massenanteil der Dampfphase abnimmt, und in dieser Weise weniger Dampf verdichtet werden muß.
  • Über die beschriebenen Erscheinungen hinaus nimmt auch die Endtemperatur der Verdichtung ab, was hinsichtlich der konstruktiven Merkmale des Verdichters sowie der verwendbaren Werkstoffe von entscheidender Bedeutung ist. Das Druckverhältnis der einstufigen Verdichtung kann wesentlich erhöht werden, wodurch das gestellte Ziel mit einfacheren und billigeren Mitteln erreicht werden kann.
  • Die dargestellte Ausführungsform vereinigt also die Vorteile, die die Wärmetauscher konstanten Temperaturverlaufs und die "nasse" Verdichtung, d.h. die Thermodynamik der Lösungen, anbieten. Sie kann in erster Linie bei solchen Kühlungsaufgaben vorteilhaft verwendet werden, wo ein großer Druckunterschied notwendig ist (z.B. Tiefkühlung, Heizung mit Wärmepumpe); aber sie ist auch bei herkömmlichen Kühlungsverhältnissen energetisch wirkungsvoll einsetzbar.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, daß sie in Abhängigkeit von den Konzentrationsverhältnissen der verwendeten Lösung an die zu lösende Aufgabe sehr elastisch angepaßt werden kann und in dieser Weise ihre Betriebskennwerte optimiert werden können.

Claims (4)

1. Verfahren für das Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältemaschine mit einem Arbeitsmedium aus zwei unterschiedliche Siedepunkte aufweisenden Arbeitsstoffen, die gemeinsam als Dampfgemisch einem Verdichtungsvorgang unterworfen werden, nach welchem das Arbeitsmedium in einem Phasentrennvorgang in eine Dampfphase und in eine Flüssigkeitsphase getrennt wird, die als Teilströme Wärmeaustauschvorgängen unterworfen werden, wobei der als Dampfphase aus dem Phasentrennvorgang abgezogene eine Teilstrom durch Wärmeentzug kondensiert und nach seinem Entspannen einem Verdampfungsvorgang durch Wärmezufuhr unterworfen wird, wonach er mit dem als Flüssigkeitsphase aus dem Phasentrennvorgang abgezogenen anderen Teilstrom nach dessen Entspannen wieder zusammengeführt und mit diesem dem Verdichtungsvorgang zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmedium ein Arbeitsstoffpaar aus einem Lösungsmittel und einem darin löslichen Kältemittel verwendet wird, deren Dampfgemisch bei gleichzeitiger Anwesenheit ihrer Lösung in dem Verdichtungsvorgang verdichtet wird und mit dieser aus dem Verdichtungsvorgang dem Phasentrennvorgang zugeführt wird, und daß der als Dampfphase aus dem Phasentrennvorgang abgezogene eine Teilstrom nach seinem Kondensieren von dem at: Flüssigkeitsphase aus dem Phasentrennvorgang abgezogenen anderen Teilstrom nach dessen Entspannen nachgekühlt wird.
2. Wärmepumpe oder Kältemaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem mechanischen Verdichter (8), dem ein Phasentrenner (16) nachgeschaltet ist, welcher dampfseitig an einen Kondensator (9), der über ein erstes Expansionsventil (14) und einen Verdampfer (15) an den Eingang des Verdichters (8) angeschlossen ist, und flüssigkeitsseitig über ein zweites Expansionsventil (11) an den Eingang des Verdichters (8) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasentrenner (16) an den Eingang des Verdichters (8) flüssigkeitsseitic, über einen inneren Wärmetauscher (12) angeschlossen ist, zwischen dessen beide Wärmeaustauschseiten das zweite Expansionsventil (11) und ein diesem nachgeschalteter Nachkühler (10) des Kondensators (9) eingeschaltet sind.
3. Wärmepumpe oder Kältemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Dampfweg zwischen dem Phasentrenner (16) un dem Kondensator (9) ein Rektifikator eingeschaltet ist.
4. Wärmepumpe oder Kältemaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, das in den Flüssigkeitsweg zwischen dem Phasentrenner (16) und der dem zweiten Expansionsventil (11) vorgeschalteten Wärmeaustauschseite des inneren Wärmetauschers (12) ein Flüssigkeitskühler (13) eingeschaltet ist.
EP83101481A 1979-06-08 1980-06-09 Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältemaschine Expired EP0085994B1 (de)

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