EP0093344A2 - Method of operating an absorption heat pump, and absorption heat pump for carrying out the method - Google Patents
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- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/04—Heat pumps of the sorption type
Definitions
- the present invention relates to a method for operating a sorption heat pump or to the sorption heat pump for performing the method according to the preamble of the main claims.
- a sorption heat pump has become known in which the evaporator is connected to the absorber via a cold changer. Two heat exchangers are provided along the line for rich solution to preheat the rich solution before entering the expeller. The first stage of heating is done with poor solution, with a corresponding heat exchanger being inserted into the poor solution line behind the expansion valve, and in the two stage with the refrigerant vapor from the expeller.
- the temperature level which the rich solution has before entering the expeller it is hardly possible in this embodiment to use the energy still present in the flue gases of the heat source to further raise the temperature level of the rich solution.
- the present invention is based on the object, on the one hand, of utilizing the energy inherent in the flue gases of the heat source as far as possible, and on the other hand largely avoiding damage caused by condensate in the line guides.
- the figure shows a basic illustration of the line routing of an absorption heat pump.
- An absorption heat pump has an expeller 1, which is heated by a heat source 2, for example in the form of a gas burner, which is equipped with a fuel burner til 3 provided fuel supply line 4 is powered.
- the lower area of the expeller 1 projects into a combustion chamber 5, on the underside 6 of which fresh air is drawn in as combustion air from the installation space of the expeller 1.
- An exhaust gas duct 7 leads to a flue gas heat exchanger 8, from which an exhaust gas line 9 continues to a drying heat exchanger 10, which is arranged within an air duct 11.
- the expeller 1 has a rectifier 12 approximately in its central region and a dephlegmator 13 in its upper region.
- a line 14 for poor solution leads from the expeller 1 to a temperature changer 15, which the poor solution leaves via a line 16, which leads to an expansion valve 17 and then to an absorber 18.
- a refrigerant vapor line 19 leads to the top of the expeller 1 and leads to a condenser 20.
- the condenser is connected via a line 21 to a heat exchanger 22 arranged in the air duct 11, from which a line 23 leads to an expansion valve 24, which is followed by a line 25 which is followed by the evaporator 26 which is likewise arranged in the air duct 11 and which is connected via a steam line 27 the absorber 18 is connected.
- a heat exchanger tube coil 29 is provided, the one facing away from the evaporator 26 End up to a medium height 30 in the interior of the absorber 18 and ends there.
- a line 31 for rich solution which is provided with a solvent pump 32 and leads to the flue gas heat exchanger 8, leaves the absorber at the lower end in the sump 28. Behind the flue gas heat exchanger 8, the rich solution is guided in a line 33 which is connected to the temperature changer 15. The temperature changer 15 is connected to the rectifier 12 via a line 34 for rich solution.
- a consumer 35 in the form of an underfloor heating system, a radiator heating system or a domestic hot water tank or of several of these elements is provided with a flow line 36 and a return line 38 provided with a circulation pump 37, which leads to a heat exchanger tube coil which is arranged inside the condenser 20.
- a heat exchanger tube coil 40 is also arranged in the absorber 18 and is connected to the tube coil 39 via a line 41.
- the pipe coil 40 is connected to a pipe coil which forms the dephlegmator 13 and is arranged in the dome of the expeller 1.
- the consumer supply line 36 is connected to the dephlegmator. Accordingly, the heating fluid supplying the consumer circulates through the condenser, the absorber and the dephlegmator of the heat pump, the consumer fluid being heated in three stages in series, while being cooled in the consumer 35, with heat being given off.
- the air duct 11 sucks air from the atmosphere via its inflow-side end 42 and acts on this heat in the heat exchanger 22. Downstream of the heat exchanger 22 is the evaporator 26, to which the flue gas heat exchanger 10 is connected. At the outflow end 43 of the air duct 11, a suction blower 44 driven by a motor, not shown, is arranged.
- the drying heat exchanger 10 is provided at its lowest point with a float valve 45 which controls a condensate outflow line 46.
- a flue gas line 47 which is provided with a closure flap 48, leads from the drying heat exchanger 10 to the air duct 11, the outlet opening 49 of the flue gas line 47 lies between the heat exchanger 22 and the evaporator 26.
- the sorption heat pump just described has the following functions: by supplying fuel via the fuel valve 3 and the fuel line 4, the heat source 2 is supplied with energy and the expeller 1 is heated. This leads to poor solution being expelled via line 14 and refrigerant vapor after rectification and dephlegmation via line 19 from the solution which accumulates at the bottom of the expeller.
- the .Refrigerant vapor enters the condenser 20 and condenses here under the influence of the cooling consumer fluid. Condensed refrigerant reaches the heat exposed to the air flow via the line Meleyer 22 and is supercooled here, with the condensed refrigerant giving off heat to the air flow in the duct 11.
- the refrigerant condensate reaches the expansion valve 24 via line 23, is expanded here and reaches the evaporator 26.
- the expanded refrigerant partially evaporates while absorbing heat from the air flow in the duct 11.
- the evaporated refrigerant which still has low liquid constituents, arrives via line 27 into the sump 28 of the absorber 18th
- the poor solution leaving the expeller 1 reaches the temperature changer 15 via the line 14 and gives off heat to the rich solution flowing back via the lines 33 and 34.
- the cooled, poor solution reaches the expansion valve 17 via line 16, is relaxed here and reaches the absorber 18.
- the refrigerant and poor solution mix and give off heat via the pipe coil 40 to the consumer fluid. Since the solvent pump 32 draws rich solution via line 31 from the sump 28 of the absorber 18, the rich solution passes the coil 29 when it leaves the absorber.
- the refrigerant liquid is re-evaporated and the evaporated refrigerant overheats while absorbing heat from the rich solution, which cools accordingly.
- the subcooling is dimensioned such that the solvent pump 32 operates without cavitation.
- the smoke gas heat exchanger 8 fed. Due to this low temperature level, it is possible to extract a large part of the heat that is still inherent in the flue gases.
- the heated rich solution reaches the temperature changer 15 via line 33 and is preheated here in a second stage by the poor solution leaving the expeller 1.
- the rich solution entering the expeller 1 cools the expelled refrigerant vapor in the region of the rectifier before it leaves the expeller 1 via line 19.
- the flue gases of the heat source 2 thus first heat the expeller 1 and then the flue gas heat exchanger 8.
- the flue gases are then fed to the drying heat exchanger 10 via line 9.
- the flue gases in the area of the air duct 11 are exposed to the coldest point of this air duct, which is located downstream of the evaporator 26. This brings the flue gases to a temperature level that is lower than the temperature level of the ambient air.
- Flue gas condensate is produced here in large quantities, which is removed via the float valve 45 and the condensate line 46.
- the flue gas then reaches the end 49 of the line via the line 47 provided with the throttle valve 48 and is mixed here with the air flow feeding the evaporator.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Sorptionswärmepumpe beziehungsweise auf die Sorptionswärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der Hauptansprüche.The present invention relates to a method for operating a sorption heat pump or to the sorption heat pump for performing the method according to the preamble of the main claims.
Aus der DE OS 2736436 ist eine Sorptionswärmepumpe bekanntgeworden, bei der der Verdampfer über einen Kältewechsler mit dem Absorber verbunden ist. Im Zuge der Leitung für reiche Lösung sind zwei Wärmetauscher vorgesehen, um die reiche Lösung vor Eintritt in den Austreiber vorzuheizen. Die erste Stufe der Aufheizung geschieht mit armer Lösung, wobei ein entsprechender Wärmetauscher in die Leitung für arme Lösung hinter dem Expansionsventil eingefügt wird, und in der zweiten Stufe mit dem Kältemitteldampf aus dem Austreiber. Infolge des Temperaturniveaus, das die reiche Lösung vor Eintritt in den Austreiber aufweist, ist es kaum möglich, bei dieser Ausführung die in den Rauchgasen der Wärmequelle noch steckende Energie zu einem weiteren Anheben des Temperaturniveaus der reichen Lösung auszunutzen.From DE OS 2736436 a sorption heat pump has become known in which the evaporator is connected to the absorber via a cold changer. Two heat exchangers are provided along the line for rich solution to preheat the rich solution before entering the expeller. The first stage of heating is done with poor solution, with a corresponding heat exchanger being inserted into the poor solution line behind the expansion valve, and in the two stage with the refrigerant vapor from the expeller. As a result of the temperature level which the rich solution has before entering the expeller, it is hardly possible in this embodiment to use the energy still present in the flue gases of the heat source to further raise the temperature level of the rich solution.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits die den Rauchgasen der Wärmequelle innewohnende Energie soweit als möglich auszunutzen, andererseits Schäden durch Kondensat in den Leitungsführungen weitestgehend zu vermeiden.The present invention is based on the object, on the one hand, of utilizing the energy inherent in the flue gases of the heat source as far as possible, and on the other hand largely avoiding damage caused by condensate in the line guides.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die in den kennzeichnenden Teilen der Hauptansprüche angegebenen Merkmale.This object is achieved by the features specified in the characterizing parts of the main claims.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.Further refinements and particularly advantageous developments of the invention are the subject of the subclaims or emerge from the following description, which explains an exemplary embodiment of the invention with reference to the figure of the drawing.
In der Figur ist eine Prinzipdarstellung der Leitungsführung einer Absorptionswärmepumpe dargestellt.The figure shows a basic illustration of the line routing of an absorption heat pump.
Eine Absorptionswärmepumpe weist einen Austreiber 1 auf, der von einer Wärmequelle 2, beispielsweise in Gestalt eines Gasbrenners beheizt ist, der über eine mit einem Brennstoffventil 3 versehene Brennstoffzuleitung 4 mit Energie gespeist ist. Der untere Bereich des Austreibers 1 ragt in einen Feuerungsraum 5, an dessen Unterseite 6 Frischluft als Verbrennungsluft aus dem Aufstellungsraum des Austreibers 1 angesaugt wird.An absorption heat pump has an
Ein Abgaszug 7 führt zu einem Rauchgaswärmetauscher 8, von dem sich eine Abgasleitung 9 zu einem Trocknungswärmetauscher 10 fortsetzt, der innerhalb eines Luftkanals 11 angeordnet ist.An
Der Austreiber 1 weist etwa in seinem mittleren Bereich einen Rektifikator 12 und in seinem oberen Bereich einen Dephlegmator 13 auf.The
Vom Austreiber 1 führt eine Leitung 14 für arme Lösung zu einem Temperaturwechsler 15, den die arme Lösung über eine Leitung 16 verläßt, die zu einem Expansionsventil 17 und anschließend zu einem Absorber 18 führt. Am Kopf des Austreibers 1 geht eine Kältemitteldampfleitung 19 ab, die zu einem Kondensator 20 führt. Der Kondensator ist über eine Leitung 21 mit einem im Luftkanal 11 angeordneten Wärmetauscher 22 verbunden, von dem eine Leitung 23 zu einem Expansionsventil 24 führt, dem über eine Leitung 25 der gleichfalls im Luftkanal 11 angeordnete Verdampfer 26 nachgeschaltet ist, der über eine Dampfleitung 27 mit dem Absorber 18 verbunden ist. Hierbei ist im Sumpf 28 des Absorbers eine Wärmetauscherrohrschlange 29 vorgesehen, deren dem Verdampfer 26 abgewandtes Ende bis zu einer mittleren Höhe 30 im Innenraum des Absorbers 18 reicht und dort endet.A
Den Absorber verläßt am unteren Ende im Sumpf 28 eine Leitung 31 für reiche Lösung, die mit einer Lösungsmittelpumpe 32 versehen ist und zum Rauchgaswärmetauscher 8 führt. Hinter dem Rauchgaswärmetauscher 8 wird die reiche Lösung in einer Leitung 33 geführt, die an den Temperaturwechsler 15 angeschlossen ist. Der Temperaturwechsler 15 ist mit dem Rektifikator 12 über eine Leitung 34 für reiche Lösung verbunden.A
Ein Verbraucher 35 in Gestalt einer Fußbodenheizung, einer Radiatorenheizung oder eines Brauchwasserspeichers oder aus mehreren dieser Elemente ist mit einer Vorlaufleitung 36 und einer mit einer Umwälzpumpe 37 versehenen Rücklaufleitung 38 versehen, die zu einer Wärmetauscherrohrschlange führt, die im Inneren des Kondensators 20 angeordnet ist. Auch im Absorber 18 ist eine Wärmetauscherrohrschlange 40 angeordnet, die über eine Leitung 41 mit der Rohrschlange 39 verbunden ist. Die Rohrschlange 40 ist mit einer Rohrschlange verbunden, die den Dephlegmator 13 bildet und im Dom des Austreibers 1 angeordnet ist. An den Dephlegmator ist die Verbrauchervorlaufleitung 36 angeschlossen. Das den Verbraucher speisende Heizungsfluid zirkuliert demgemäß durch den Kondensator, den Absorber und den Dephlegmator der Wärmepumpe, wobei das Verbraucherfluid dreistufig in Serie aufgeheizt wird, während es unter Wärmeabgabe im Verbraucher 35 gekühlt wird.A
Der Luftkanal 11 saugt über sein einströmseitiges Ende 42 Luft aus der Atmosphäre an und beaufschlagt mit dieser Luft den Wärmetauscher 22. Stromab des Wärmetauschers 22 ist der Verdampfer 26 angeordnet, an den sich der Rauchgaswärmetauscher 10 anschließt. Am ausströmseitigen Ende 43 des Luftkanals 11 ist ein von einem nicht weiter dargestellten Motor angetriebenes Sauggebläse 44 angeordnet.The
Der Trocknungswärmetauscher 10 ist an seiner tiefsten Stelle mit einem Schwimmerventil 45 versehen, das eine Kondensatabströmleitung 46 beherrscht. Vom Trocknungswärmetauscher 10 führt eine Rauchgasleitung 47, die mit einer Verschlußklappe 48 versehen ist, zum Luftkanal 11, die Austrittsöffnung 49 der Rauchgasleitung 47 liegt zwischen dem Wärmetauscher 22 und dem Verdampfer 26.The
Die eben geschilderte Sorptionswärmepumpe weist folgende Funktionen auf: Durch Zufuhr von Brennstoff über das Brennstoffventil 3 und die Brennstoffleitung 4 wird die Wärmequelle 2 mit Energie versorgt und der Austreiber 1 beheizt. Das führt dazu, daß aus der Lösung, die sich am Boden des Austreibers ansammelt, arme Lösung über die Leitung 14 und Kältemitteldampf nach Rektifikation und Dephlegmierung über die Leitung 19 ausgetrieben werden. Der .Kältemitteldampf gelangt in den Kondensator 20 und kondensiert hier unter der Einwirkung des kühlenden Verbraucherfluids. Kondensiertes Kältemittel gelangt über die Leitung in den dem Luftstrom ausgesetzten Wärmetauscher 22 und wird hier unterkühlt, wobei das kondensierte Kältemittel Wärme an den Luftstrom im Kanal 11 abgibt. Nach Unterkühlung gelangt das Kältemittelkondensat über die Leitung 23 zum Expansionsventil 24, wird hier entspannt und gelangt in den Verdampfer 26. Hier verdampft das entspannte Kältemittel teilweise unter Wärmeaufnahme aus dem Luftstrom des Kanals 11. Das verdampfte Kältemittel, das noch geringe flüssige Bestandteile aufweist, gelangt über die Leitung 27 in den Sumpf 28 des Absorbers 18.The sorption heat pump just described has the following functions: by supplying fuel via the fuel valve 3 and the
Die den Austreiber 1 verlassende arme Lösung gelangt über die Leitung 14 in den Temperaturwechsler 15 und gibt hier Wärme an die über die Leitungen 33 und 34 zurückfließende reiche Lösung ab. Die abgekühlte arme Lösung gelangt über die Leitung 16 zu dem Expansionsventil 17, wird hier entspannt und erreicht den Absorber 18. Im Absorber vermischen sich Kältemittel und arme Lösung und geben Wärme über die Rohrschlange 40 an das Verbraucherfluid ab. Da die Lösungsmittelpumpe 32 reiche Lösung über die Leitung 31 aus dem Sumpf 28 des Absorbers 18 abzieht, passiert die reiche Lösung die Rohrschlange 29 beim Verlassen des Absorbers. Dabei erfolgt eine Nachverdampfung von Kältemittelflüssigkeit und eine Überhitzung des verdampften Kältemittels unter Wärmeaufnahme aus der reichen Lösung, die sich entsprechend unterkühlt. Durch Steuerung der Kältemittelzufuhr zum Verdampfer wird die Unterkühlung so bemessen, daß die Lösungsmittelpumpe 32 kavitationsfrei arbeitet. Mit der auf dem niedrigeren Temperaturniveau, befindlichen reichen Lösung wird der Rauchgaswärmetauscher 8 gespeist. Aufgrund dieses niedrigen Temperaturniveaus ist es möglich, den Rauchgasen einen großen Teil der ihnen noch innewohnenden Wärme zu entziehen. Die aufgeheizte reiche Lösung gelangt über die Leitung 33 zum Temperaturwechsler 15 und wird hier in einer zweiten Stufe von der den Austreiber 1 verlassenden armen Lösung vorgeheizt. Die in den Austreiber 1 eintretende reiche Lösung kühlt im Bereich des Rektifikators den ausgetriebenen Kältemitteldampf, bevor dieser über die Leitung 19 den Austreiber 1 verläßt.The poor solution leaving the
Die Rauchgase der Wärmequelle 2 beheizen somit zunächst den Austreiber 1 und anschließend den Rauchgaswärmetauscher 8. Danach werden die Rauchgase über die Leitung 9 dem Trocknungswärmetauscher 10 zugeführt. Hier werden die Rauchgase im Bereich des Luftkanals 11 der kältesten Stelle dieses Luftkanals ausgesetzt, die sich stromab des Verdampfers 26 befindet. Damit werden die Rauchgase auf ein Temperaturniveau gebracht, das tiefer ist als das Temperaturniveau der Umgebungsluft. Hier fällt in größeren Mengen Rauchgaskondensat an, das über das Schwimmerventil 45 und die Kondensatleitung 46 entfernt wird. Das Rauchgas gelangt anschließend über die mit der Drosselklappe 48 versehene Leitung 47 zum Ende 49 der Leitung und wird hier dem den Verdampfer speisenden Luftstrom beigemischt. Da sich der Rauchgasanteil und der Luftstrom im Kanal 11 wie etwa 1 : 100 verhalten und die Temperatur der Umgebungsluft höher ist als die der vorher im Trocknungswärmetauscher heruntergekühlten Rauchgase, findet im Bereich des Luftkanals 11 eine weitere Kondensatbildung nicht mehr statt.The flue gases of the heat source 2 thus first heat the
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