EP0093344B1 - Verfahren zum Betreiben einer Absorptionswärmepumpe und Absorptionswärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer Absorptionswärmepumpe und Absorptionswärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens Download PDFInfo
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- EP0093344B1 EP0093344B1 EP19830103937 EP83103937A EP0093344B1 EP 0093344 B1 EP0093344 B1 EP 0093344B1 EP 19830103937 EP19830103937 EP 19830103937 EP 83103937 A EP83103937 A EP 83103937A EP 0093344 B1 EP0093344 B1 EP 0093344B1
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- heat pump
- heat exchanger
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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
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/04—Heat pumps of the sorption type
Definitions
- the present invention relates to a method for operating an absorption heat pump or to the absorption heat pump for carrying out the method according to the preamble of the main claims.
- 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.
- an absorption heat pump has become known in which the flue gases of a burner first heat the expeller and then a flue gas heating water heat exchanger. From there they reach a flue gas supply air heat exchanger, where they give off their heat, especially the heat of condensation, to the supply air before they are mixed with it and fed to the evaporator. The rich solution leaving the absorber is only brought into heat exchange with the poor solution.
- the figure shows a basic illustration of the line routing of an absorption heat pump.
- An absorption heat pump has an outlet 1 which is heated by a heat source 2, for example in the form of a gas burner, which is supplied with energy via a fuel feed line 4 provided with a fuel valve 3.
- the lower area of the outlet 1 projects into a combustion chamber 5, on the underside 6 of which fresh air is drawn in as combustion air from the installation room of the outlet 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 outlet 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 off, which 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, to which the evaporator 26, likewise arranged in the air duct 11, is connected via a line 25 and via a steam line 27 is connected to the absorber 18.
- a heat exchanger tube coil 29 is provided in the sump 28 of the absorber, the end of which, facing away from the evaporator 26, extends to a central 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 underfloor heating, radiator heating or one. Domestic water storage or from 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.
- the heating fluid supplying the consumer accordingly circulates through the condenser, the absorber and the dephlegmator of the heat pump, the consumer fluid being heated in three stages in series, while it releases heat in the ver need 35 is cooled.
- the air duct 11 sucks air from the atmosphere via its inflow-side end 42 and acts on the heat exchanger 22 with this air.
- the evaporator 26, to which the flue gas heat exchanger 10 is connected, is arranged downstream of the heat exchanger 22.
- 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 absorption 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. As a result, poor solution is expelled via line 14 and refrigerant vapor after rectification and dephlegmation via line 19 from the solution that accumulates at the bottom of the expeller.
- the refrigerant vapor enters the condenser 20 and condenses here under the action of the cooling consumer fluid. Condensed refrigerant reaches the heat exchanger 22 exposed to the air stream via the line and is supercooled here, the condensed refrigerant giving off heat to the air stream in the duct 11.
- the refrigerant condensate reaches the expansion valve 24 via line 23, is expanded here and arrives in 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 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 flue gas heat exchanger 8 is fed with the rich solution located at the lower temperature level. Due to this low temperature level, it is possible to extract a large part of the heat that is still inherent from 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.
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Absorptionswärmepumpe beziehungsweise auf die Absorptionswärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der Hauptansprüche.
- Aus der DE-A-2736436 ist eine Absorptionswärmepumpe 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.
- 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.
- Aus der DE-A-3 018 705 ist eine Absorptionswärmepumpe bekanntgeworden, bei der die Rauchgase eines Brenners zunächst den Austreiber und dann einen Rauchgasheizwasserwärmetauscher aufheizen. Von diesem gelangen sie zu einem Rauchgaszuluftwärmetauscher, an dem sie ihre Wärme und zwar vor allem die Kondensationswärme, an die Zuluft abgeben, bevor sie mit dieser gemischt werden und dem Verdampfer zugeführt werden. Die den Absorber verlassende reiche Lösung wird nur in Wärmetausch mit der armen Lösung gebracht.
- Aus der US-A-4 291 545 ist eine Absorptionswärmepumpe bekanntgeworden, bei der ein Rauchgaswärmetauscher vorgesehen ist, der zur Luftvorwärmung dient und mit dem die den Brenner des Austreibers speisende Luft vorgewärmt werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform wird die den Absorber verlassende reiche Lösung lediglich in Wärmekontakt mit der dem Absorber zuströmenden armen Lösung gebracht.
- Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die in den kennzeichnenden Teilen der Hauptansprüche angegebenen Merkmale.
- 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.
- In der Figur ist eine Prinzipdarstellung der Leitungsführung einer Absorptionswärmepumpe dargestellt.
- Eine Absorptionswärmepumpe weist einen Austriber 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 Austribers 1 ragt in einen Feuerungsraum 5, an dessen Unterseite 6 Frischluft als Verbrennungsluft aus dem Aufstellungsraum des Austreibers 1 angesaugt wird.
- 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.
- Der Austriber 1 weist etwa in seinem mittleren Bereich einen Rektifikator 12 und in seinem oberen Bereich einen Dephlegmator 13 auf.
- Vom Austriber 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 Luftkanai 11 angeordnete Verdampfer 26 nachge-' schaltet ist, derübereine Dampfleitung 27 mit dem Absorber 18verbunden ist. Hierbei ist im Sumpf28 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Die eben geschilderte Absorptionswärmepumpe weist folgende Funktionen auf: Durch Zufuhr von Brennstoff über das Brennstoffventil 3 und die Brennstoffleitung 4wird 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 Unterkühlrung 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.
- 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 innewohenenden 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.
- 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.
Claims (8)
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