EP0152931A2 - Method of running a generator-absorption heat pump heating installation for room heating, hot water heating and the like and a generator-absorption heat pump heating installation - Google Patents

Method of running a generator-absorption heat pump heating installation for room heating, hot water heating and the like and a generator-absorption heat pump heating installation Download PDF

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EP0152931A2
EP0152931A2 EP85101699A EP85101699A EP0152931A2 EP 0152931 A2 EP0152931 A2 EP 0152931A2 EP 85101699 A EP85101699 A EP 85101699A EP 85101699 A EP85101699 A EP 85101699A EP 0152931 A2 EP0152931 A2 EP 0152931A2
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EP
European Patent Office
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absorber
generator
heating
heat
temperature
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EP85101699A
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EP0152931A3 (en
EP0152931B1 (en
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Karl Friedrich Dr.-Ing. Prof. Knoche
Dieter Stehmeier
Heinz-Bernd Grabenhenrich
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Knoche Karl-Friedrich Prof Dr-Ing
Original Assignee
Knoche Karl-Friedrich Prof Dr-Ing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters
    • 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
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/006—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the sorption type system

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a generator absorption heat pump heating system and such a heating system for space heating, water heating, and. Like. Up to a heating power of about 20 kW according to the preamble of claims 1 and 3.
  • the object of the invention is to reduce the number of apparatuses and, if possible without the need for vulnerable, maintenance-consuming and energy-consuming components or units.
  • the invention provides the method for operating a generator absorption heat pump heating system characterized in claim 1 and the generator absorption heat pump heating system characterized in claim 4.
  • Embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention enables heating energy to be provided with a minimal number of apparatuses and without a solution pump.
  • the disadvantage of periodically operating absorption systems which is that large parts of the system and the working solution consisting of solvent (s) and refrigerant (s) must be heated and cooled intermittently, thereby avoiding expulsion and absorption on the one hand and evaporation and condensation on the other hand, in separate apparatus run so that the greater part of the overall system remains constantly in the range of the useful temperature level and thus the heat losses through insulation can be kept well low.
  • the apparatus volumes and heat exchange surfaces are comparatively small, operation takes place at widely differing pressure levels due to a periodic change in the operating phase expulsion and absorption. In contrast to continuously operating absorption heat pumps, the operating phases expulsion with condensation and evaporation with absorption take place at different times.
  • the heating system according to the invention benefits during the total operating time, because either useful heat is given off as condensation heat in the condenser or useful heat is given off as absorption heat in the absorber to the heating water to be heated.
  • the condenser, a container below the condenser or the evaporator can be designed as a refrigerant store, so that all part-load operating points are then possible at sliding working temperatures with optimal heat coupling from the environment (low-temperature heat).
  • the heating output of the system is adjusted to the heat demand via the ratio generator (burner) operating time to evaporator (absorber) operating time, whereby it is advisable to adhere to certain minimum runtimes.
  • the exemplary embodiment describes a generator absorption heat pump for the heating supply of buildings with direct heating of the expeller or generator with high temperature heat, which is generated by a burner, and the evaporator with the surroundings of extracted low temperature heat, e.g. is brought up with a fan.
  • a generator 1 (expeller) which is bi-heated directly by means of a burner, the exhaust gas cooler 2 integrated with this, a hot water-cooled condenser 3, a hot water-cooled absorber 4 and an evaporator 5 with direct heat coupling from a low-temperature heat source, namely, for example the outside air.
  • Generator 1 and absorber 4 form a communicatively connected system which is filled with a suitable working fluid solution (refrigerant and solvent, eg CH 3 0HlH 2 0-LiBr), the majority of the working fluid solution being accommodated in the absorber 4.
  • a suitable working fluid solution eg CH 3 0HlH 2 0-LiBr
  • the generator 1 is equipped with a burner, e.g. B. an oil or gas burner, heated directly. Its heat exchanger, through which the working fluid flows from bottom to top, has a small volume, which is why the evaporation of the more volatile component (s) (refrigerant) starts after a very short time, for example after half a minute.
  • the communicating connection of the heat exchanger of the generator 1 with the absorber 4 takes place via a low-lying connection line 10 for the incoming rich solution and an elevated connection line 11 for the outflowing poor solution.
  • the formation of vapor bubbles in the vertical boiler tubes of the heat exchanger of the generator 1, which is thus designed as a thermosiphon, sets in motion a natural circulation of the refrigerant-rich solution between the generator 1 and the absorber 4, which ensures a sufficiently high heat and material exchange in the generator 1.
  • the refrigerant vapor itself is deposited in the higher-lying condenser 3 and stored or throttled into the evaporator 5 for later evaporation.
  • the upper end of the heat exchanger of the generator 1 is connected to the vapor space of the condenser 3 by a connecting line 12.
  • the condensation heat released when the refrigerant vapor is precipitated is given off as useful heat to a heating water flow that is to be heated and returned by a heating system, which is then passed through passes through the exhaust gas cooler 2.
  • the exhaust gas cooler which is arranged in the upper part of the generator, uses the remaining exhaust gas heat that has not been transferred to the heat exchanger of the generator 1 up to almost the useful temperature.
  • the liquefied refrigerant is first stored in the lower part of the condenser 3, in a refrigerant store or directly in the evaporator 5 for later evaporation.
  • the condenser 3 is connected to the heat exchanger of the evaporator 5 through a condensate line 13 with a built-in shut-off valve 14.
  • the vapor space of the heat exchanger of the evaporator 5 is connected to a connecting line 15 with a built-in one-way valve 16 with an overhead steam connection of the absorber 4.
  • the one-way valve 16 can be a non-return valve, which only allows the steam to pass from the evaporator 5 to the absorber 4 and also prevents the working agent solution from overflowing from the absorber 4 into the evaporator 5.
  • the absorber 4 is connected to the lower part of the condenser 3 by means of a connecting line 17 in order to allow condensate to pass directly from the condenser 3 into the absorber 4 in direct or continuous heating mode, that is to say when the condensate store or evaporator is completely full.
  • the return water flowing back from a heating system can be conveyed with the usual heating water pump 20 via a line 21 to the heat exchanger of the condenser 3 and via a line 22 to the heat exchanger of the absorber 4.
  • the heating water emerging from the condenser 3 passes via a line 23 to the exhaust gas cooler 2 and a line 24 to a changeover valve 25 and, in the position shown in FIG. 1, into the heating water supply line 26
  • Absorber operation FIG. 2
  • the heating water now emerging from the absorber 4 passes via a line 27 directly to the changeover valve 25 and, in the position shown in FIG. 2, into the flow line 26.
  • the one-way valve 14 in the line 13 between the condenser 3 and the evaporator 5, which can be designed as a float valve, ensures that the refrigerant reservoir of the condenser is filled to the maximum permissible level 3 or the evaporator that the condensate still accumulating in the condenser 3 runs back directly into the absorber 4.
  • the working fluid solution serves as a pure heat transfer fluid and continuous heating operation (boiler operation), as shown in FIG. 3, with the maximum nominal heating output is possible.
  • the generator-absorption heat pump heating system which could also be called a boiler with a periodically acting absorber part, is therefore a monovaltent heating system, which covers the maximum heating requirements of the building without any additional heating device.
  • the generator operation is stopped, which means that the burner is switched off when the rising flow or return temperature of the heating system signals that there is no further heat requirement. This can be done with a simple heating water thermostat or with a temperature sensor in the solution.
  • the generator operation automatically switches to the continuous heating mode according to FIG. 3, which can be continued for as long as desired. If heat demand is signaled again after the burner has been switched off, the absorber operation is initiated automatically by reversing the changeover valve 25, because the solution temperature now drops due to the heat being withdrawn by the heating water and the solution thus becomes absorbable and the absorption process can thus begin.
  • the absorber operation is as shown in FIG. 2 and in which the System can pass after the burner is switched off, characterized by low pressure.
  • the changeover valve 25 By switching the changeover valve 25, the heating water flow from the condenser 3 and exhaust gas cooler 2 is directed to the heat exchanger of the absorber 4 and thereby the vapor pressure of the solvent is reduced by heat extraction and associated cooling below the vapor pressure of the refrigerant (mixture) in the evaporator, so that evaporation the same is made possible at low temperatures.
  • a device for example a fan, for transporting the low-temperature heat carrier, that is to say the air, is put into operation.
  • the fan can be switched on via a temperature difference sensor.
  • the cold steam from the evaporator 5 passes through the one-way valve 16 in the form of a non-return flap in the connecting line 15 to the absorber 4 and is absorbed in it above the useful temperature level, see FIG. 2.
  • Outside air, exhaust air, groundwater, running water, absorber roof, etc. come as a low-temperature heat source. in question.
  • the heat of absorption generated during absorption is now fed to the heating system via the heat exchanger of the absorber 4, through which the heating water now flows.
  • Numerous measures can be provided in the absorber 4 itself in order to optimally design the heat and mass exchange and to utilize the solvent until its initial concentration is reached.
  • the minimum required temperature increase in absorber or heat pump operation can be set by the refrigerant concentration of the filled solution within the limits specified by the material system. But beyond that, the Abspei - insurance a certain amount of refrigerant evaporation at sliding, thus dependent on the necessary temperature elevation, absorber temperature can be achieved. In this way there is any difference between the outside temperature and the heating water temperature maximum utilization of the degassing range of the working material system and thus maximum use of low temperature heat possible.
  • refrigerant mixtures e.g. water and methanol
  • the lower-boiling component remains partially stored at low outside temperatures, e.g. 0 ° C, while at higher outside temperatures, e.g. 12 ° C, their advantageous thermodynamic properties come into play.
  • the continuous heating operation of the heating system with nominal heating output described with reference to Fig. 3 is possible if the condensate accumulated during the expulsion is returned directly to the absorber 4 .
  • the working fluid solution which serves as heat transfer fluid in this operating phase, gives off the heating energy via the condenser 3 to the heating water.
  • This periodically acting absorption heat pump thus represents a full-fledged heating system, which can provide both the base load and the peak load of the heating demand.
  • the thermostat switches the burner out of operation again.
  • the heating water flow is then switched over by means of the switching valve 25 to the heat exchanger of the absorber 4, when a renewed heat requirement is reported by falling below the predetermined heating water temperature.
  • the absorption phase can be continued until the temperature of the heating water is no longer sufficient and the heating water temperature drops below a predetermined low heating water temperature, triggering the burner to start again.
  • the heating capacity of the system is a function of the heat requirement thus on the ratio of the burner running time (generator - operation time) to the absorber operating time adjusted continuously. In contrast to continuous systems, this results in particularly good heat conditions in part-load operation, because with increasing outside temperatures, the possible absorption of refrigerant vapor in the working fluid solution increases.
  • the centerpiece of the directly heated generator 1 is a vertically arranged, cross-finned finned tube bundle, the finned tubes of which end in the lower part in an inlet distributor which is located in the immediate vicinity of the heating device (gas burner, oil burner or the like).
  • the pipes open into a vapor-liquid separator, which has the task of separating the boiled-out solution from the refrigerant that is drawn off.
  • a special, asymmetrical arrangement of baffles between the finned tubes ensures that the hot fuel gases are evenly applied to the tubes up to their upper end that the exhaust gas has largely cooled down and leaves the generator or expeller.
  • the head of the generator is additionally designed as an exhaust gas cooler 2, so that the fuel can be used up to the calorific value.
  • the vertical arrangement of the pipes with the horizontal guidance of the fuel gases along the fins, together with the solution delivery in the pipes caused by the vapor bubbles, ensures highly efficient heat or material exchange.
  • the tubes are roughened on the inside to promote the formation of vapor bubbles.
  • the absorber 4 is designed as a bubble absorber, i.e. the refrigerant vapor is introduced into the absorptive solution in such a way that thorough mixing thereof is achieved and concentration differences in this apparatus remain small during the absorption phase.
  • Other measures to improve heat and material exchange include the use of e.g. by milling profiled tube bundle heat exchanger to achieve an increase in surface area, weight saving and the generation of turbulence in the solution, the installation of a circulation device, with the aid of which spray solution is collected and fed again at the bottom of the container, so that a natural circulation of the absorber operation Solution is guaranteed.
  • This arrangement prevents mixing of the solution in the generator phase, so that a largely constant degassing width can be achieved on the generator 1 during the entire expulsion time.
  • Another advantage is that only a small amount of solution has to be heated for a short operation of the generator 1.
  • the condenser 3 is designed as a spiral tube condenser, a drainage channel for the condensate being provided at the bottom of the cylindrical jacket.
  • the apparatus itself is installed in such a way that the condensate drainage is made possible by gravity.
  • the outside air evaporator 5 can be a flooded finned tube bundle (refrigerant in the tubes), in which a special distributor device ensures that the condensate is applied evenly over all tubes. This is achieved with the help of a distributor trough with overflow hole attached to the side of each finned tube row, which doses the amount of refrigerant per row.
  • the container wall, on which the steam outlet openings of the pipes converge, is also inclined towards the vertical so that refrigerant from the upper rows, which splashes over during evaporation, flows back to the lower rows.
  • the evaporator can also be operated as a dry evaporator if the supply line between a condensate store 3 and evaporator 5 is equipped with a distribution device for the finned tubes and an automatic control element for metering the required amount of refrigerant.
  • the connecting line 15 between the evaporator 5 and the absorber 4 is equipped with an independently acting non-return valve 16, which has the task of preventing the condensation of refrigerant vapor in the evaporator during generator operation and also of avoiding an overflow of solution into the evaporator.
  • the steam line 12 between the generator (expeller) 1 and the condenser 2 is kinked several times in order to avoid over-splashing of solution into the condenser 3 when the generator is operating violently.

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Abstract

A method of running a monovalent generator-absorption heat pump, up to a heating capacity of approximately 20 kW, and such a pump are described. In order to be able to produce the multi-stage periodically acting absorption heat pump with as small as possible a number of devices and as far as possible without fault-susceptible, maintenance- requiring and energy-consuming components or aggregates which require maintenance, in particular a solution pump, it is envisaged to operate with a periodic change of the operating phases generation with condensation and evaporation with absorption at different pressure levels, in the generation phase high-temperature heat being supplied via the generator to a working-substance solution circuit and available heat being imparted to heating water on the condensation of the vapour created on the condenser, and during the absorption phase low-temperature heat being supplied to the coolant in the evaporator and being imparted in the form of available heat in the absorber to heating water, and the high or low-temperature heat supply being alternately switched on when the heating water return run or forward run temperature falls below a predetermined lower limit temperature and switched off when the heating water return run or forward run temperature exceeds a predetermined upper limit temperature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage und eine solche Heizanlage für die Raumheizung, Warmwasserbereitung, u. dgl. bis zu einer Heizleistung von ca. 20 kW gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3.The invention relates to a method for operating a generator absorption heat pump heating system and such a heating system for space heating, water heating, and. Like. Up to a heating power of about 20 kW according to the preamble of claims 1 and 3.

Bekannte kontinuierlich betriebene Absorptionswärmepumpen-Heizanlagen, meist mit Ammoniak/Wasser als Arbeitsstofflösung, benötigen eine Lösungspumpe, um diese aus dem Absorber in den Austreiber, gegebenenfalls über einen Wärme- bzw. Temperaturwechsler, zu pumpen. Solche Lösungspumpen benötigen Antriebsenergie, sind wartungsbedürftig und teilweise störanfällig.Known continuously operated absorption heat pump heating systems, usually with ammonia / water as the working solution, require a solution pump in order to pump them out of the absorber into the expeller, possibly via a heat or temperature changer. Such solution pumps require drive energy, require maintenance and are sometimes prone to failure.

Bekannte Absorptionskühlvorrichtungen kleiner Leistung bedienen sich zur Vermeidung einer Lösungspumpe eines Hilfsgases, was zu schwachem Stoffaustausch und dadurch bedingten großen Apparaten-und Wärmetauschflächen führt (DE-PS 842 352). Absorptionsanlagen, die von E. Altenkirch (DE-PS 427 278) vorgeschlagen wurden, lassen sich wegen der erforderlichen hydrostatischen Höhen und der damit verbundenen Bauhöhe der Apparate nur in Verbindung mit dem Kältemittel Wasser und damit nur zu Klimatisierungszwecken verwenden.Known absorption cooling devices of low power use to avoid a solution pump of an auxiliary gas, which leads to poor mass transfer and the resulting large apparatus and heat exchange surfaces (DE-PS 842 352). Absorption systems that have been proposed by E. Altenkirch (DE-PS 427 278) can only be used in connection with the refrigerant water and therefore only for air conditioning purposes because of the required hydrostatic heights and the associated height of the apparatus.

Absorptions-Heizsysteme mit direkter Beheizung des Austreibers durch einen Hochtemperaturenergie aufnehmenden Generator ermöglichen eine Einsparung von Primärenergie bei der Heizwärmeversorgung von Gebäuden, weil ein Teil der benötigten Wärme der Umgebung entnommen werden kann. Der breiten Einführung solcher Heizanlagen stehen jedoch bisher zwei wesentliche Gesichtspunkte entgegen, die miteinander in Beziehung stehen. Zum einen besteht wie auch bei Kompressionswärmepumpen das Problem, daß der Heizwärmebedarf des Gebäudes und das Leistungsangebot der Wärmepumpe sich bei fallenden Außentemperaturen gegenläufig verhalten, so daß gegenüber Kältemaschinen die meist in einem eng begrenzten Betriebsbereich arbeiten, die Frage der Teillastregelung für die Brennstoffeinsparung von besonderer Bedeutung ist. Zum anderen ergibt sich hieraus, daß von kontinuierlich arbeitenden Absorptionswärmepumpen, die lediglich über das Verhältnis von Laufzeit zu Stillstandszeit geregelt werden, also mit einer konventionellen Ein-Aus-Regelungarbeiten, nur eine sehr geringe Primärenergie-Einsparung zu erwarten ist, da ein großer Teil der Jahresheizarbeit bei Temperaturen oberhalb 0° C zu erbringen ist, was hohe Stillstandsverluste bedingt.Absorption heating systems with direct heating of the expeller by means of a generator that absorbs high-temperature energy enable primary energy to be saved in the heating supply of buildings because part of the heat required can be taken from the environment. However, the widespread introduction of such heating systems has hitherto stood in the way of two essential aspects that are related to one another. On the one hand, as with compression heat pumps, there is the problem that the heating requirement of the building and the range of services of the heat pump behave in opposite directions when the outside temperature drops, so that the question of partial load control is particularly important for fuel savings compared to refrigeration machines, which usually work in a narrowly limited operating range is. On the other hand, this means that only a very small amount of primary energy savings can be expected from continuously working absorption heat pumps, which are only controlled by the ratio of runtime to downtime, i.e. with conventional on-off control work, since a large part of the Annual heating work must be performed at temperatures above 0 ° C, which causes high standstill losses.

Es sind deshalb eine große Zahl von Vorschlägen gemacht worden, die "klassische" Absorptionswärmepumpe so zu erweitern, daß mit einem Gerät sowohl die maximale Heizleistung bei der tiefsten Außentemperatur als auch der geringere Wärmebedarf im Teillastbereich bereitgestellt werden kann (DE-OS 31 40 003, DE-OS 31 49 005).A large number of proposals have therefore been made to expand the "classic" absorption heat pump so that both the maximum heating power at the lowest outside temperature and the lower heat requirement in the part-load range can be provided with one device (DE-OS 31 40 003, DE-OS 31 49 005).

Es sind jedoch gemäß diesen Vorschlägen verhältnismäßig komplizierte Anlagen erforderlich, welche eine Vielzahl von Apparaten und anderen Bauteilen, wie Wärmetauschern, Magnetventilen, Verbindungsleitungen und Steuerungsorganen, aufweisen, so daß die zusätzlichen Anlagenkosten durch die Verbesserung der Jahresheizzahl noch nicht ohne weiteres kompensiert werden können. Außerdem benötigen alle bekannten kontinuierlich arbeitenden Absorptionswärmepumpen-Heizsysteme eine Lösungspumpe, die ein anfälliges und nicht unerheblich Betriebsstrom verbrauchendes Aggregat darstellt.However, according to these proposals, relatively complex systems are required which have a large number of apparatuses and other components, such as heat exchangers, solenoid valves, connecting lines and control elements, so that the additional system costs cannot yet be easily compensated for by the improvement in the annual heating factor. In addition, all known continuously operating absorption heat pump heating systems require a solution pump, which is a vulnerable and not insignificant operating current consuming unit.

Aufbauend auf einem anderen bekannten Vorschlag, DE-OS 29 38 203, der sich insbesondere in Verbindung mit Wärmeträgerkreisläufen als vielstufig periodisch wirkende Absorptionswärmepumpe zur Wärmerückgewinnung und für Lüftungsanlagen vorteilhaft verwirklichen läßt, stellt sich der Erfindung die Aufgabe, die Anzahl der Apparate zu verringern und möglichst ohne anfällige, wartungsbedürftige und energieverzehrende Bauteile oder Aggregate auszukommen.Building on another known proposal, DE-OS 29 38 203, which can be advantageously implemented in connection with heat transfer circuits as a multi-stage, periodically acting absorption heat pump for heat recovery and for ventilation systems, the object of the invention is to reduce the number of apparatuses and, if possible without the need for vulnerable, maintenance-consuming and energy-consuming components or units.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage und die in Patentanspruch 4 gekennzeichnete Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage vor. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.To achieve this object, the invention provides the method for operating a generator absorption heat pump heating system characterized in claim 1 and the generator absorption heat pump heating system characterized in claim 4. Embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung der Heizenergie mit einer minimalen Anzahl von Apparaten und ohne Lösungspumpe. Es wird der Nachteil periodisch arbeitender Absorptionsanlagen, der darin besteht, daß große Teile der Anlage und der Arbeitsstofflösung bestehend aus Lösungsmittel(n) und Kältemittel(n) intermittierend aufgeheizt und abgekühlt werden müssen, dadurch vermieden, daß Austreibung und Absorption einerseits sowie Verdampfung und Kondensation andererseits in getrennten Apparaten ablaufen, so daß der größere Teil der Gesamtanlage ständig im Bereich des Nutztemperaturniveaus verbleibt und somit die Wärmeverluste durch Isolation gut niedrig gehalten werden können. Die Apparatevolumina und Wärmetauschflächen sind vergleichsweise klein, der Betrieb erfolgt bei stark unterschiedlichen Druckniveaus durch einen periodischen Wechsel der Betriebsphasen-Austreibung und Absorption. Im Gegensatz zu kontinuierlich arbeitenden Absorptionswärmepumpen laufen die Betriebsphasen Austreiben mit Kondensation und Verdampfung mit Absorption zeitlich voneinander getrennt ab.The invention enables heating energy to be provided with a minimal number of apparatuses and without a solution pump. The disadvantage of periodically operating absorption systems, which is that large parts of the system and the working solution consisting of solvent (s) and refrigerant (s) must be heated and cooled intermittently, thereby avoiding expulsion and absorption on the one hand and evaporation and condensation on the other hand, in separate apparatus run so that the greater part of the overall system remains constantly in the range of the useful temperature level and thus the heat losses through insulation can be kept well low. The apparatus volumes and heat exchange surfaces are comparatively small, operation takes place at widely differing pressure levels due to a periodic change in the operating phase expulsion and absorption. In contrast to continuously operating absorption heat pumps, the operating phases expulsion with condensation and evaporation with absorption take place at different times.

Mit der im Generator erzeugten Hochtemperaturwärme wird Heißdampf erzeugt, der im Kondensator durch das Heizwasser niedergeschlagen wird und so seine Nutzwärme, z.B. bei 50°C, an das Heizwasser abgibt. Die zu einem anderen Zeitpunkt dem Verdampfer zugeführte Niedertemperaturwärme führt zur Erzeugung von Kaltdampf, der im Absorber niedergeschlagen wird und dabei seine Nutzwärme ebenfalls bei etwa 50°C an das nun durch den Absorber geleitete Heizwasser abgibt, nachdem zuvor das Umschaltventil umgestellt worden ist.With the high-temperature heat generated in the generator, superheated steam is generated, which is deposited in the condenser by the heating water and thus its useful heat, e.g. at 50 ° C to the heating water. The low-temperature heat supplied to the evaporator at another time leads to the generation of cold steam, which is precipitated in the absorber and also releases its useful heat at about 50 ° C. to the heating water now passed through the absorber after the changeover valve has been changed over beforehand.

Gegenüber periodisch wirkenden Absorptionskältemaschinen, welche nur während der Verdampfungsphase Kälteleistung bereitstellen, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Heizanlage Nutzen während der Gesamtbetriebszeit, denn entweder wird Nutzwärme als Kondensationswärme im Kondensator oder es wird Nutzwärme als Absorptionswärme im Absorber an das zu erwärmende Heizwasser abgegeben.Compared to periodically acting absorption chillers, which only provide cooling capacity during the evaporation phase, the heating system according to the invention benefits during the total operating time, because either useful heat is given off as condensation heat in the condenser or useful heat is given off as absorption heat in the absorber to the heating water to be heated.

Wegen der zeitlichen Trennung von Austreibung und Absorption läßt sich ein ausreichender Stoffaustausch ohne die sonst übliche Lösungspumpe realisieren, da das Druckniveau in der gesamten Anlage angehoben bzw. abgesenkt wird (bewegungsloser Apparat). Der entscheidende Vorteil einer solchen Heizanlage liegt also darin, daß die periodisch wirkende Absorptionswärmepumpe selbst ohne jegliche Hilfsenergie betrieben werden kann und damit nahezu geräuschlos und wartungsfrei arbeitet.Due to the temporal separation of expulsion and absorption, a sufficient mass exchange can be achieved without the otherwise usual solution pump, since the pressure level in the entire system is raised or lowered (motionless apparatus). The decisive advantage of such a heating system is that the periodically acting absorption heat pump itself can be operated without any auxiliary energy and is therefore almost silent and maintenance-free.

Der Kondensator, ein Behälter unterhalb des Kondensators oder der Verdampfer können als Kältemittelspeicher ausgebildet sein, so daß dann alle Teillastbetriebspunkte bei gleitenden Arbeitstemperaturen unter optimaler Wärmeeinkopplung aus der Umgebung (Niedertemperaturwärme) ermöglicht werden. In Abhängigkeit von den erforderlichen Heizwassertemperaturen wird weiterhin die Heizleistung der Anlage über das Verhältnis Generator-(Brenner-)-Betriebszeit zu Verdampfer-(Absorber-)Betriebszeit gleitend dem Wärmebedarf angepaßt, wobei es zweckmäßig ist, jeweils bestimmte Mindestlaufzeiten einzuhalten. Dies bedeutet, daß wenig unterhalb der Heizgrenze (z.B. 15° C) die maximale Entgasungsbreite des verwendeten Arbeitsstoffssystems voll ausgenützt wird, während am tiefsten Auslegungspunkt (z.B. -10° C) die Anlage in einen reinen Generatordauerbetrieb (Kesselbetrieb) übergehen kann (Anspruch 3), in dem die Arbeitastofflösung un nur als Wärmeträger dient.The condenser, a container below the condenser or the evaporator can be designed as a refrigerant store, so that all part-load operating points are then possible at sliding working temperatures with optimal heat coupling from the environment (low-temperature heat). Depending on the required heating water temperatures, the heating output of the system is adjusted to the heat demand via the ratio generator (burner) operating time to evaporator (absorber) operating time, whereby it is advisable to adhere to certain minimum runtimes. This means that just below the heating limit (e.g. 15 ° C), the maximum degassing width of the working material system used is fully utilized, while at the lowest design point (e.g. -10 ° C) the system can switch to continuous generator operation (boiler operation) (claim 3) , in which the working fluid solution serves only as a heat transfer medium.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

  • Fig. 1 ein Schaltschema der periodisch arbeitenden Generator-Absorptionswärmepumpe, in der Betriebsphase Generatorbetrieb,
  • Fig. 2 das Schaltschema nach Fig. 1, jedoch in der Betriebsphase Absorberbetrieb und
  • Fig. 3 das Schaltschema nach Fig. 1 in der Betriebsphase Dauerheizbetrieb oder Kesselbetrieb.
An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing, in which:
  • 1 is a circuit diagram of the periodically operating generator absorption heat pump, in the operating phase generator operation,
  • Fig. 2 shows the circuit diagram of Fig. 1, but in the operating phase absorber operation and
  • Fig. 3 shows the circuit diagram of Fig. 1 in the operating phase continuous heating or boiler operation.

Das Ausführungsbeispiel beschreibt eine Generator-Absorptionswärmepumpe für die Heizwärmeversorgung von Gebäuden mit direkter Beheizung des Austreibers bzw. Generators mit Hochtemperaturwärme, die durch einen Brenner erzeugt wird, und des Verdampfers mit der Umgebung entzogener Niedertemperaturwärme, die z.B. mit einem Ventilator herangeführt wird.The exemplary embodiment describes a generator absorption heat pump for the heating supply of buildings with direct heating of the expeller or generator with high temperature heat, which is generated by a burner, and the evaporator with the surroundings of extracted low temperature heat, e.g. is brought up with a fan.

Die Heizanlage nach Fig. 1 besteht aus fünf Hauptapparaten, nämlich einem direkt mittels Brenner biheizten Generator 1 (Austreiber), dem mit diesem integrierten Abgaskühler 2, einem heizwassergekühlten Kondensator 3, einem heizwassergekühlten Absorber 4 und einem Verdampfer 5 mit direkter Wärmeeinkopplung aus einer Niedertemperaturwärmequelle, nämlich z.B. der Außenluft.1 consists of five main apparatuses, namely a generator 1 (expeller) which is bi-heated directly by means of a burner, the exhaust gas cooler 2 integrated with this, a hot water-cooled condenser 3, a hot water-cooled absorber 4 and an evaporator 5 with direct heat coupling from a low-temperature heat source, namely, for example the outside air.

Generator 1 und Absorber 4 bilden ein kommunizierend miteinander verbundenes System, welches mit einer geeigneten Arbeitsstofflösung (Kältemittel und Lösungsmittel, z.B. CH30HlH20-LiBr) gefüllt ist, wobei die überwiegende Menge der Arbeitsstofflösung im Absorber 4 untergebracht ist. Der Generator 1 wird mit einem Brenner, z. B. einem Öl- oder Gasbrenner, direkt beheizt. Sein Wärmetauscher, der von der Arbeitsstofflösung von unten nach oben durchströmt wird, hat ein geringes Volumen, weshalb die Verdampfung der leichter flüchtigen Komponente(n) (Kältemittel) bereits nach sehr kurzer Zeit einsetzt, beispielsweise bereits nach einer halben Minute. Die kommunizierende Verbindung des Wärmetauschers des Generators 1 mit dem Absorber 4 erfolgt über eine tiefliegende Verbindungsleitung 10 für die zulaufende reiche Lösung sowie eine hochliegende Verbindungsleitung 11 für die ablaufende arme Lösung. Die Dampfblasenbildung in den senkrechten Siederohren des Wärmetauschers des Generators 1, der also als Thermosyphon ausgebildet ist, setzt einen Naturumlauf der kältemittelreichen Lösung zwischen Generator 1 und Absorber 4 in Gang, der für einen ausreichend hohen Wärme- und Stoffaustausch im Generator 1 sorgt. Der Kältemitteldampf selbst wird im höher gelegenen Kondensator 3 niedergeschlagen und für die spätere Verdampfung bevorratet oder gedrosselt in den Verdampfer 5 geleitet. Das obere Ende des Wärmetauschers des Generators 1 ist dazu mit einer Verbindungsleitung 12 mit dem Dampfraum des Kondensators 3 verbunden. Die beim Niederschlagen des Kältemitteldampfes freiwerdende Kondensationswärme wird als Nutzwärme an einen von einem Heizungssystem zurücklaufenden, zu erwärmenden Heizwasserstrom abgegeben, der anschließend durch den Abgaskühler 2 hindurchtritt. Der Abgaskühler, der im oberen Teil des Generators angeordnet ist, nutzt die auf den Wärmetauscher des Generators 1 nicht übertragene restliche Abgaswärme bis nahezu auf Nutztemperatur.Generator 1 and absorber 4 form a communicatively connected system which is filled with a suitable working fluid solution (refrigerant and solvent, eg CH 3 0HlH 2 0-LiBr), the majority of the working fluid solution being accommodated in the absorber 4. The generator 1 is equipped with a burner, e.g. B. an oil or gas burner, heated directly. Its heat exchanger, through which the working fluid flows from bottom to top, has a small volume, which is why the evaporation of the more volatile component (s) (refrigerant) starts after a very short time, for example after half a minute. The communicating connection of the heat exchanger of the generator 1 with the absorber 4 takes place via a low-lying connection line 10 for the incoming rich solution and an elevated connection line 11 for the outflowing poor solution. The formation of vapor bubbles in the vertical boiler tubes of the heat exchanger of the generator 1, which is thus designed as a thermosiphon, sets in motion a natural circulation of the refrigerant-rich solution between the generator 1 and the absorber 4, which ensures a sufficiently high heat and material exchange in the generator 1. The refrigerant vapor itself is deposited in the higher-lying condenser 3 and stored or throttled into the evaporator 5 for later evaporation. For this purpose, the upper end of the heat exchanger of the generator 1 is connected to the vapor space of the condenser 3 by a connecting line 12. The condensation heat released when the refrigerant vapor is precipitated is given off as useful heat to a heating water flow that is to be heated and returned by a heating system, which is then passed through passes through the exhaust gas cooler 2. The exhaust gas cooler, which is arranged in the upper part of the generator, uses the remaining exhaust gas heat that has not been transferred to the heat exchanger of the generator 1 up to almost the useful temperature.

Das verflüssigte Kältemittel wird zunächst im unteren Teil des Kondensators 3, in einem Kältemittelspeicher oder direkt im Verdampfer 5 für eine spätere Verdampfung gespeichert.The liquefied refrigerant is first stored in the lower part of the condenser 3, in a refrigerant store or directly in the evaporator 5 for later evaporation.

Der Kondensator 3 ist mit dem Wärmetauscher des Verdampfers 5 durch eine Kondensatleitung 13 mit eingebautem Absperrventil 14 verbunden. Der Dampfraum des Wärmetauschers des Verdampfers 5 ist mit einer Verbindungsleitung 15 mit eingebautem Einwegeventil 16 mit einem hochliegenden Dampfanschluß des Absorbers 4 - verbunden. Das Einwegeventil 16 kann ein Rückschlagventil sein, das lediglich den Dampfübertritt vom Verdampfer 5 zum Absorber 4 ermöglicht und außerdem das Überlaufen von Arbeitsstofflösung aus dem Absorber 4 in den Verdampfer 5 verhindert. Schließlich ist der Absorber 4 mit dem unteren Teil des Kondensators 3 mittels einer Verbindungsleitung 17 verbunden, um Kondensat im Direkt- oder Dauerheizbetrieb, also bei vollständig gefülltem Kondensatspeicher bzw. Verdampfer unmittelbar aus dem Kondensator 3 in den Absorber 4 übertreten lassen zu können.The condenser 3 is connected to the heat exchanger of the evaporator 5 through a condensate line 13 with a built-in shut-off valve 14. The vapor space of the heat exchanger of the evaporator 5 is connected to a connecting line 15 with a built-in one-way valve 16 with an overhead steam connection of the absorber 4. The one-way valve 16 can be a non-return valve, which only allows the steam to pass from the evaporator 5 to the absorber 4 and also prevents the working agent solution from overflowing from the absorber 4 into the evaporator 5. Finally, the absorber 4 is connected to the lower part of the condenser 3 by means of a connecting line 17 in order to allow condensate to pass directly from the condenser 3 into the absorber 4 in direct or continuous heating mode, that is to say when the condensate store or evaporator is completely full.

Das aus einem Heizsystem zurückfließende Rücklaufwasser kann mit der üblichen Heizwasserpumpe 20 über eine Leitung 21 zum Wärmetauscher des Kondensators 3 und über eine Leitung 22 zum Wärmetauscher des Absorbers 4 gefördert werden. Im Generator-und im Dauerheizbetrieb gelangt das aus dem Kondensator 3 austretende Heizwasser über eine Leitung 23 zum Abgaskühler 2 und eine Leitung 24 zu einem Umschaltventil 25 und bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung in die Heizwasser-Vorlaufleitung 26. Im in zeitlichem Abstand folgenden Absorberbetrieb (Fig. 2) gelangt nach Umschaltung des Umschlatventils 25 das nun aus dem Absorber 4 austretende Heizwasser über eine Leitung 27 unmittelbar zum Umschaltventil 25 und in der in Fig. 2 dargestellten Stellung in die Vorlaufleitung 26.The return water flowing back from a heating system can be conveyed with the usual heating water pump 20 via a line 21 to the heat exchanger of the condenser 3 and via a line 22 to the heat exchanger of the absorber 4. In generator and continuous heating mode, the heating water emerging from the condenser 3 passes via a line 23 to the exhaust gas cooler 2 and a line 24 to a changeover valve 25 and, in the position shown in FIG. 1, into the heating water supply line 26 Absorber operation (FIG. 2), after switching over the changeover valve 25, the heating water now emerging from the absorber 4 passes via a line 27 directly to the changeover valve 25 and, in the position shown in FIG. 2, into the flow line 26.

Wird beim in Fig. 1 dargestellten Generatorbetrieb die Grenze der möglichen Entgasung der Kältemittelkomponente(n) erreicht, sorgt das Einwegeventil 14 in der Leitung 13 zwischen Kondensator 3 und Verdampfer 5, das als Schwimmerventil ausgebildet sein kann, bei maximal zulässiger Befüllung des Kältemittelspeichers des Kondensators 3 oder des Verdampfers dafür, daß das weiterhin im Kondensator 3 anfallende Kondensat direkt in den Absorber 4 zurückläuft. Dann aber dient die Arbeitsstofflösung als reines Wärmeträgerfluid und es wird ein Dauerheizbetrieb (Kesselbetrieb), wie er in Fig. 3 dargestellt ist, mit maximaler Nennheizleistung möglich. Die Generator-Absorptionswärmepumpe-Heizanlage, die man auch als Heizkessel mit periodisch wirkendem Absorberteil bezeichnen könnte, stellt demnach eine monovaltente Heizanlage dar, welches den maximalen Heizwärmebedarf des Gebäudes ohne weitere Beheizungseinrichtung abdeckt.If the limit of the possible degassing of the refrigerant component (s) is reached in the generator operation shown in FIG. 1, the one-way valve 14 in the line 13 between the condenser 3 and the evaporator 5, which can be designed as a float valve, ensures that the refrigerant reservoir of the condenser is filled to the maximum permissible level 3 or the evaporator that the condensate still accumulating in the condenser 3 runs back directly into the absorber 4. Then, however, the working fluid solution serves as a pure heat transfer fluid and continuous heating operation (boiler operation), as shown in FIG. 3, with the maximum nominal heating output is possible. The generator-absorption heat pump heating system, which could also be called a boiler with a periodically acting absorber part, is therefore a monovaltent heating system, which covers the maximum heating requirements of the building without any additional heating device.

Der Generatorbetrieb wird eingestellt, daß heißt, der Brenner wird abgeschaltet, wenn die steigende Vor- oder Rücklauftemperatur des Heizungssystems signalisiert, daß kein weiterer Wärmebedarf mehr vorhanden ist. Dies kann über einen einfachen Heizwasserthermostaten oder über einen Temperaturfühler in der Lösung geschehen. Bei vollständiger Befüllung des Kondensatspeichers (Verdampfer) und weiterem Wärmebedarf geht der Generatorbetreib selbsttätig in den Dauerheizbetrieb nach Fig. 3 über, welcher beliebig lange fortgesetzt weden kann. Wird nach Abschaltung des Brenners erneut Wärmebedarf signalisiert, wird durch Umsteuerung des Umschaltventils 25 selbsttätig der Absorberbetrieb eingeleitet, weil nun durch den Wärmeentzug durch das Heizwasser die Lösungstemperatur absinkt und somit die Lösung absoprtionsfähig wird und damit der Absorptionsvorgang einsetzen kann.The generator operation is stopped, which means that the burner is switched off when the rising flow or return temperature of the heating system signals that there is no further heat requirement. This can be done with a simple heating water thermostat or with a temperature sensor in the solution. When the condensate store (evaporator) is completely filled and further heat is required, the generator operation automatically switches to the continuous heating mode according to FIG. 3, which can be continued for as long as desired. If heat demand is signaled again after the burner has been switched off, the absorber operation is initiated automatically by reversing the changeover valve 25, because the solution temperature now drops due to the heat being withdrawn by the heating water and the solution thus becomes absorbable and the absorption process can thus begin.

Während beim Generator- und beim Dauerheizbetrieb ein hohes Druckniveau der Arbeitsstofflösung vorliegt, ist der Absorberbetrieb, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, und in den die Anlage nach Abschalten des Brenners übergehen kann, durch niedrigen Druck gekennzeichnet. Durch Umschaltung des Umschaltventils 25 wird der Heizwasserstrom vom Kondensator 3 und Abgaskühler 2 auf den Wärmetauscher des Absorbers 4 gelenkt und dadurch der Dampfdruck des Lösungsmittels durch Wärmeentzug und damit verbundene Abkühlung unter den Dampfdruck des Kältemittels (-gemisches) im Verdampfer abgesenkt, so daß eine Verdampfung desselben bei tiefen Temperaturen ermöglicht wird. Erreicht die Temperatur des siedenden Kältemittels im Verdampfer 5 das Niveau der Niedertemperaturwärmequelle, z.B. der Außenluft, so daß sie Niedertemperaturwärme an den Verdampfer abgeben kann, wird eine Einrichtung, z.B. ein Ventilator, zum Transport des Niedertemperaturwärmeträgers, also der Luft, in Betrieb gesetzt. Der Ventilator kann über einen-Temperaturdifferenzfühler eingeschaltet werden. Der Kaltdampf aus dem Verdampfer 5 passiert das Einwegeventil 16 in Form einer Rückschlagklappe in der Verbindungsleitung 15 zum Absorber 4 und wird in diesem oberhalb des Nutztemperaturniveaus absorbiert, siehe Fig. 2. Als Niedertemperaturwärmequelle kommen Außenluft, Abluft, Grundwasser, Laufwasser, Absorberdach, etc. infrage. Die bei der Absorption entstehende Absorptionswärme wird dem Heizungssystem nun über den Wärmetauscher des Absorbers 4 zugeführt, der nun vom Heizwasser durchströmt wird. Im Absorber 4 selbst können zahlreiche Maßnahmen vorgesehen sein, um den Wärme- und Stoffaustausch optimal zu gestalten und das Lösungsmittel bis zum Erreichen seiner Anfangskonzentration auszunutzen.While there is a high pressure level of the working fluid solution in generator and continuous heating operation, the absorber operation is as shown in FIG. 2 and in which the System can pass after the burner is switched off, characterized by low pressure. By switching the changeover valve 25, the heating water flow from the condenser 3 and exhaust gas cooler 2 is directed to the heat exchanger of the absorber 4 and thereby the vapor pressure of the solvent is reduced by heat extraction and associated cooling below the vapor pressure of the refrigerant (mixture) in the evaporator, so that evaporation the same is made possible at low temperatures. If the temperature of the boiling refrigerant in the evaporator 5 reaches the level of the low-temperature heat source, for example the outside air, so that it can give off low-temperature heat to the evaporator, a device, for example a fan, for transporting the low-temperature heat carrier, that is to say the air, is put into operation. The fan can be switched on via a temperature difference sensor. The cold steam from the evaporator 5 passes through the one-way valve 16 in the form of a non-return flap in the connecting line 15 to the absorber 4 and is absorbed in it above the useful temperature level, see FIG. 2. Outside air, exhaust air, groundwater, running water, absorber roof, etc. come as a low-temperature heat source. in question. The heat of absorption generated during absorption is now fed to the heating system via the heat exchanger of the absorber 4, through which the heating water now flows. Numerous measures can be provided in the absorber 4 itself in order to optimally design the heat and mass exchange and to utilize the solvent until its initial concentration is reached.

Die minimal erforderliche Temperaturanhebung im Absorber- bzw. Wärmepumpenbetrieb kann durch die Kältemittelkonzentration der eingefüllten Lösung in den durch das Stoffsystem vorgegebenen Grenzen eingestellt werden. Darüberhinaus kann aber die Abspei- cherung einer bestimmten Kältemittelmenge eine Verdampfung bei gleitenden, also von der notwendigen Temperaturanhebung abhängigen, Absorbertemperatur erreicht werden. Auf diese Weise sind für jede Differenz zwischen Außentemperatur und Heizwassertemperatur eine maximale Ausnutzung der Entgasungsbreite des Arbeitsstoffsystems und damit eine maximale Niedertemperaturwärmenutzung möglich.The minimum required temperature increase in absorber or heat pump operation can be set by the refrigerant concentration of the filled solution within the limits specified by the material system. But beyond that, the Abspei - insurance a certain amount of refrigerant evaporation at sliding, thus dependent on the necessary temperature elevation, absorber temperature can be achieved. In this way there is any difference between the outside temperature and the heating water temperature maximum utilization of the degassing range of the working material system and thus maximum use of low temperature heat possible.

Weiterhin ist die Verwendung von Kältemittelgemischen (z.B. Wasser und Methanol) denkbar, bei denen die niedrigersiedende Komponente bei tiefen Außentemperaturen, z.B: 0° C, teilweise abgespeichert bleibt, während bei höheren Außentemperaturen, z.B. 12° C, ihre vorteilhaften thermodynamischen Eigenschaften zur Geltung kommen.Furthermore, the use of refrigerant mixtures (e.g. water and methanol) is conceivable, in which the lower-boiling component remains partially stored at low outside temperatures, e.g. 0 ° C, while at higher outside temperatures, e.g. 12 ° C, their advantageous thermodynamic properties come into play.

Scheint ein Verdampfer-Absorberbetrieb wegen zu tiefer Außentemperatur nicht mehr sinnvoll (z.B. bei Verwendung der Außenluft als Niedertemperaturwärmequelle) ist der anhand von Fig. 3 beschriebene Dauerheizbetrieb der Heizanlage mit Nennheizleistung möglich, wenn das bei der Austreibung anfallende Kondensat direkt in den Absorber 4 zurückgeleitet wird. Die Arbeitsstofflösung, die in dieser Betriebsphase als Wärmetransportfluid dient, gibt die Heizwärme über den Kondensator 3 an das Heizwasser ab.If an evaporator-absorber operation no longer makes sense due to the outside temperature being too low (e.g. when using the outside air as a low-temperature heat source), the continuous heating operation of the heating system with nominal heating output described with reference to Fig. 3 is possible if the condensate accumulated during the expulsion is returned directly to the absorber 4 . The working fluid solution, which serves as heat transfer fluid in this operating phase, gives off the heating energy via the condenser 3 to the heating water.

Diese periodisch wirkende Absorptionswärmepumpe stellt damit eine vollwertige Heizanlage dar, welche sowohl die Grundlast als auch die Spitzenlast des Heizwärmebedarfs erbringen kann.This periodically acting absorption heat pump thus represents a full-fledged heating system, which can provide both the base load and the peak load of the heating demand.

Sinkt im Verlauf des Dauerheizbetriebs der Wärmebedarf wieder, signalisiert durch eine ausreichende Heizwassertemperatur bzw. das Überschreiten einer vorgegebenen Heizwassertemperatur, setzt der Thermostat den Brenner wieder außer Betrieb. Es erfolgt anschließend eine Umschaltung des Heizwasserstroms mittels des Umschaltventils 25 auf den Wärmetauscher des Absorbers 4, dann wenn erneuter Wärmebedarf durch Unterschreiten der vorgegebenen Heizwassertemperatur gemeldet wird. Durch zunehmende Auskühlung der Arbeitsstofflösung wird diese nun absorptionsfähig, so daß die Verdampfung bei tiefer Temperatur und die Absorption oberhalb des Nutztemperaturniveaus selbständig einsetzen. Die Absorptionsphase kann so lange fortgesetzt werden, bis die Temperaturanhebung des Heizwassers hierdurch nicht mehr ausreicht und die absinkende Heizwassertemperatur unter eine vorgegebene niedrige Heizwassertemperatur den erneuten Brennerstart auslöst.If the heating requirement drops again in the course of continuous heating operation, signaled by a sufficient heating water temperature or if a specified heating water temperature is exceeded, the thermostat switches the burner out of operation again. The heating water flow is then switched over by means of the switching valve 25 to the heat exchanger of the absorber 4, when a renewed heat requirement is reported by falling below the predetermined heating water temperature. With increasing cooling of the working fluid solution, it becomes absorbable, so that the evaporation at low temperature and the absorption above the useful temperature level are the same use constantly. The absorption phase can be continued until the temperature of the heating water is no longer sufficient and the heating water temperature drops below a predetermined low heating water temperature, triggering the burner to start again.

Die Heizleistung der Anlage wird in Abhängigkeit vom Wärmebedarf somit über das Verhältnis der Brennerlaufzeit (Generator- betriebszeit) zur Absorberbetriebszeit stufenlos geregelt. Dabei ergeben sich im Gegensatz zu kontinuierlichen Anlagen besonders gute Wärmeverhältnisse im Teillastbetrieb, weil mit steigenden Außentemperaturen die mögliche Aufnahme von Kältemitteldampf in der Arbeitsstofflösung immer größer wird.The heating capacity of the system is a function of the heat requirement thus on the ratio of the burner running time (generator - operation time) to the absorber operating time adjusted continuously. In contrast to continuous systems, this results in particularly good heat conditions in part-load operation, because with increasing outside temperatures, the possible absorption of refrigerant vapor in the working fluid solution increases.

Aufgrund des einfachen-Aufbaus der periodisch wirkenden Absorptionswärmepumpe, ihrer monovalenten Betriebsweise und ihrer einfachen Regelung wird die Fertigung aus wenigen Apparaten wenig aufwendig sein. Da die Anlage neben herkömmlichen Bauteilen keine beweglichen Teile enthält, sind eine lange Lebensdauer und ein entsprechend geringer Wartungsaufwand zu erwarten. Wartung und Installation können allein vom Heizungsbauer durchgeführt werden, wenn die Anlage bereits im Herstellerwerk hermetisch verschlossen wurde.Due to the simple - construction of periodically acting absorption heat pump, its monovalent operation and ease of control, the production will be inexpensive from a few devices. Since the system contains no moving parts in addition to conventional components, a long service life and a correspondingly low maintenance effort can be expected. Maintenance and installation can only be carried out by the heating engineer if the system has already been hermetically sealed in the manufacturing plant.

Im nachfolgenden seien vorteilhafte Ausführungsformen der einzelnen Apparate angegeben.Advantageous embodiments of the individual apparatuses are given below.

Das Kernstück des direkt beheizten Generators 1 ist ein senkrecht angeordnetes, querberipptes Rippenrohrbündel, dessen Rippenrohre im unteren Teil in einem Zulaufverteiler enden, der sich unmittelbar in der Nähe der Heizungseinrichtung (Gasbrenner, Ölbrenner oder dgl.) befindet. Am oberen Ende münden die Rohre in einem Dampf-Flüssigkeits-Seperator, welcher die Aufgabe hat, die ausgekochte Lösung vom abziehenden Kältemittel zu trennen. Eine spezielle, asymmetrische Anordnung von Leitflächen zwischen den Rippenrohren sorgt für die gleichmäßige Beaufschlagung der Rohre mit den heißen Brenngasen bis zu ihrem oberen Ende, so daß das Abgas schon weitgehend abgekühlt den Generator bzw. Austreiber verläßt. Der Kopf des Generators ist zusätzlich als Abgaskühler 2 ausgebildet, so daß eine Nutzung des Brennstoffs bis an den Brennwert heran möglich ist. Die senkrechte Anordnung der Rohre bei waagerechter Führung der Brenngase längs der Rippen gewährleistet zusammen mit der durch die Dampfblasen verursachten Lösungsförderung in den Rohren einen hocheffizienten Wärme- oder Stoffaustausch. Zusätzlich sind die Rohre innen aufgerauht, um die Dampfblasenbildung zu fördern.The centerpiece of the directly heated generator 1 is a vertically arranged, cross-finned finned tube bundle, the finned tubes of which end in the lower part in an inlet distributor which is located in the immediate vicinity of the heating device (gas burner, oil burner or the like). At the upper end, the pipes open into a vapor-liquid separator, which has the task of separating the boiled-out solution from the refrigerant that is drawn off. A special, asymmetrical arrangement of baffles between the finned tubes ensures that the hot fuel gases are evenly applied to the tubes up to their upper end that the exhaust gas has largely cooled down and leaves the generator or expeller. The head of the generator is additionally designed as an exhaust gas cooler 2, so that the fuel can be used up to the calorific value. The vertical arrangement of the pipes with the horizontal guidance of the fuel gases along the fins, together with the solution delivery in the pipes caused by the vapor bubbles, ensures highly efficient heat or material exchange. In addition, the tubes are roughened on the inside to promote the formation of vapor bubbles.

Der Absorber 4 ist als Blasenabsorber ausgebildet, d.h. der Kältemitteldampf wird derart in die absorptionsfähige Lösung eingeleitet, daß eine gute Durchmischung derselben erreicht wird und Konzentrationsunterschiede in diesem Apparat während der Absorptionsphase klein bleiben. Weitere Maßnahmen zur Verbesserung des Wärme- und Stoffaustausches sind die Verwendung eines z.B. durch Fräsbearbeitung profilierten Rohrbündelwärmetauschers, um eine Oberflächenvergrößerung, Gewichtsersparnis und die Erzeugung von Turbulenzen in der Lösung zu erreichen, der Einbau einer Zirkulationsvorrichtung, mit deren Hilfe aufpritzende Lösung aufgefangen und am Boden des Behälters wieder zugespeist wird, so daß auch im Absorberbetrieb eine natürliche Zirkulation der Lösung gewährleistet ist.The absorber 4 is designed as a bubble absorber, i.e. the refrigerant vapor is introduced into the absorptive solution in such a way that thorough mixing thereof is achieved and concentration differences in this apparatus remain small during the absorption phase. Other measures to improve heat and material exchange include the use of e.g. by milling profiled tube bundle heat exchanger to achieve an increase in surface area, weight saving and the generation of turbulence in the solution, the installation of a circulation device, with the aid of which spray solution is collected and fed again at the bottom of the container, so that a natural circulation of the absorber operation Solution is guaranteed.

Die Verbindungsleitung zwischen Generator 1 und Absorber 4, in welcher die heiße kältemittelarme Lösung vom Generator zum Absorber fließt, endet zweckmäßigerweise diffusorsartig am entgegengesetzen Ende (unten gegenüber der Seite des Absorbers, auf der die Zulaufleitung 10 für die kältemittelreiche kühlere Lösung beginnt). Diese Anordnung verhindert eine Durchmischung der Lösung in der Generatorphase, so daß während der gesamten Austreiberzeit eine weitgehend konstante Entgasungsbreite am Generator 1 erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für einen Kurzbetrieb des Generators 1 nur eine geringe Lösungsmenge aufgeheizt werden muß.The connecting line between generator 1 and absorber 4, in which the hot low-refrigerant solution flows from the generator to the absorber, expediently ends at the opposite end in a diffuser-like manner (below, opposite the side of the absorber on which the inlet line 10 for the coolant-rich, cooler solution begins). This arrangement prevents mixing of the solution in the generator phase, so that a largely constant degassing width can be achieved on the generator 1 during the entire expulsion time. Another advantage is that only a small amount of solution has to be heated for a short operation of the generator 1.

Eine dritte Verbindungsleitung 18 zwischen Absorber 4 und Generator 1, welche die Dampfräume dieser beiden Apparate miteinander verbindet, verhindert ein Absinken der Lösung im Generator durch den höheren Dampfdruck bei der Entgasung (Druckausgleichsleitung).A third connecting line 18 between the absorber 4 and the generator 1, which connects the steam spaces of these two apparatuses to one another, prevents the solution in the generator from sinking due to the higher vapor pressure during degassing (pressure compensation line).

Der Kondensator 3 ist als Spiralrohrverflüssiger ausgebildet, wobei am Boden des zylindrischen Mantels eine Ablaufrinne für das Kondensat vorgesehen ist. Der Apparat selbst wird so eingebaut, daß der Kondensatabfluß durch Schwerkraft ermöglicht ist.The condenser 3 is designed as a spiral tube condenser, a drainage channel for the condensate being provided at the bottom of the cylindrical jacket. The apparatus itself is installed in such a way that the condensate drainage is made possible by gravity.

Der Außenluft-Verdampfer 5 kann ein geflutetes Rippenrohrbündel (Kältemittel in den Rohren) sein, bei-dem eine spezielle Verteilereinrichtung dafür sorgt, daß das anfallende Kondensat gleichmäßig über alle Rohre aufgebracht wird. Dies wird mit Hilfe eines seitlich an einer jeden Rippenrohrreihe angebrachten Verteilerrinne mit Überlaufbohrung erreicht, welche die Kältemittelmenge pro Reihe dosiert. Die Behälterwand, auf der die Dampfaustrittsöffnungen der Rohre zusammenlaufen, ist darüberhinaus mit einer Neigung gegen die Vertikale versehen, damit bei der Verdampfung überspritzendes Kältemittel der oberen Reihen den unteren Reihen wieder zufließt. Der Verdampfer kann auch als trockener Verdampfer betrieben werden, wenn die Zuleitung zwischen einem Kondensatspeicher 3 und Verdampfer 5 mit einer Verteileinrichtung für die Rippenrohre und einem selbsttätigen Regelorgan für die Dosierung der erforderlichen Kältemittelmenge ausgerüstet ist. Die Verbindungsleitung 15 zwischen Verdampfer 5 und Absorber 4 ist mit einer selbständig wirkenden Rückschlagklappe 16 ausgerüstet, welche die Aufgabe hat, die Kondensation von Kältemitteldampf im Verdampfer während des Generatorbetriebs zu verhindern und außerdem ein Uberlaufen von Lösung in den Verdampfer zu vermeiden.The outside air evaporator 5 can be a flooded finned tube bundle (refrigerant in the tubes), in which a special distributor device ensures that the condensate is applied evenly over all tubes. This is achieved with the help of a distributor trough with overflow hole attached to the side of each finned tube row, which doses the amount of refrigerant per row. The container wall, on which the steam outlet openings of the pipes converge, is also inclined towards the vertical so that refrigerant from the upper rows, which splashes over during evaporation, flows back to the lower rows. The evaporator can also be operated as a dry evaporator if the supply line between a condensate store 3 and evaporator 5 is equipped with a distribution device for the finned tubes and an automatic control element for metering the required amount of refrigerant. The connecting line 15 between the evaporator 5 and the absorber 4 is equipped with an independently acting non-return valve 16, which has the task of preventing the condensation of refrigerant vapor in the evaporator during generator operation and also of avoiding an overflow of solution into the evaporator.

Die Dampfleitung 12 zwischen dem Generator (Austreiber) 1 und dem Kondensator 2 ist mehrfach abgeknickt, um ein überspritzen von Lösung in den Kondensator 3 bei heftigem Generatorbetrieb zu vermeiden.The steam line 12 between the generator (expeller) 1 and the condenser 2 is kinked several times in order to avoid over-splashing of solution into the condenser 3 when the generator is operating violently.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage für die Raumheizung, Warmwasserbereitung u. dgl., bei der die dem vom Heizungssystem zurücklaufenden, zu erwärmenden Heizwasser zuzuführende Heizenergie sowohl durch vom direkt beheizten Generator aufgenommene Hochtemperaturwärme als auch durch von der Absorptionswärmepumpe aufgenommene Niedertemperaturwärme zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Absorptionswärmepumpe mit einem periodischen Wechsel der Betriebsphasen Austreibung mit Kondensation und Verdampfung mit Absorption bei unterschiedlichen Druckniveaus betrieben wird, wobei in der Austreibungsphase Hochtemperaturwärme über den Generator an einen Arbeitsstofflösungskreislauf zugeführt und Nutzwärme bei der Kondensation des entstandenen Dampfes am Kondensator an Heizwasser abgegeben wird und während der Absorptionsphase Niedertemperaturwärme an das Kältemittel im Verdampfer herangeführt und als Nutzwärme im Absorber an Heizwasser abgegeben wird und die Hoch- sowie die Niedertemperaturwärmezufuhr abwechselnd bei Unterschreiten der Heizwasser-Rücklauf- oder -Vorlauftemperatur unter eine vorbestimmte untere Grenztemperatur eingeschaltet und bei Überschreiten der Heizwasser-Rücklauf- oder -Vorlauftemperatur über eine vorbestimmte obere Grenztemperatur abgeschaltet wird.1. Method for operating a generator absorption heat pump heating system for space heating, water heating and. The like, in which the heating energy to be fed back from the heating system to be heated can be supplied both by high-temperature heat absorbed by the directly heated generator and by low-temperature heat absorbed by the absorption heat pump,
characterized ,
that the absorption heat pump is operated with a periodic change in the operating phases expulsion with condensation and evaporation with absorption at different pressure levels, with high temperature heat being supplied to a working fluid solution circuit via the generator in the expulsion phase and useful heat being given off to heating water in the condensation of the steam produced on the condenser and during the absorption phase, low-temperature heat is introduced to the refrigerant in the evaporator and is released to the heating water as useful heat in the absorber and the high and low-temperature heat supply alternately switched on when the heating water return or flow temperature falls below a predetermined lower limit temperature and when the heating water return flow is exceeded or flow temperature is switched off above a predetermined upper limit temperature. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die maximale oder nahezu maximale Heizleistung der Anlage bei tiefen Außentemperaturen durch Hochtemeraturwärmezufuhr an den Generator und von diesem an den Arbeitsstofflösungskreislauf der Absorptionswärmepumpe abgelenkt wird und das im Kondensator anfallende Kondensat nach vollständiger Befüllung eines Kältemittelspeichers in der Absorptionswärme- pumpe, insbesondere des Verdampfers, in den Absorber zurückgeleitet und die Arbeitsstofflösung dann als Wärmeträger zwischen Generator und hierbei vom Heizwasser durchströmtem Kondensator verwendet wird.2. The method according to claim 1,
characterized ,
that the maximum or almost maximum heating capacity of the system is deflected at low outside temperatures by supplying high-temperature heat to the generator and from there to the working fluid solution circuit of the absorption heat pump, and the condensate accumulating in the condenser after complete filling of a refrigerant reservoir in the absorption heat pump, in particular the evaporator, in the Absorber returned and the working fluid solution is then used as a heat transfer medium between the generator and the condenser through which the heating water flows. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, -
dadurch gekennzeichnet ,
daß zur Erzielung einer möglichst hohen Wärmeaufnahme am Verdampfer und Leistungszahlsteigerung der Generator- und der Absorberbetrieb der Heizanlage jeweils eine vorgebbare Mindestlaufzeit aufrechterhalten werden.3. The method according to claim 1 or 2, -
characterized ,
that in order to achieve the highest possible heat absorption on the evaporator and increase in the coefficient of performance, the generator and the absorber operation of the heating system are each maintained a predefinable minimum runtime. 4. Monovalente alternative Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage für die Raumheizung, Warmwasserbereitung u. dgl. bis zu einer Heizleistung von etwa 20 kW zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
deren Wärmepumpe einen von Außenwärme beheizbaren Verdampfer, dessen Wärmetauscher von Kältemittel durchströmt wird, einen an den Verdampfer kaltdampfseitig angeschlossenen Absorber, dessen Wärmetauscher von Heizwasser des Heizungssystems durchströmbar ist, einen kältemittelseitig zwischen Verdampfer und Absorber geschalteten Kondensator, dessen Wärmetauscher ebenfalls von Heizwasser durchströmbar ist, und einen mit Primärenergie (Gas, öl, Kohle) direkt beheizbaren Generator (Austreiber) umfaßt, dadurch gekennzeichnet ,
daß der, insb. als Thermosyphon ausgebildete, Wärmetauscher des Generators (1) an den Arbeitsstofflösungsraum des Absorbers (4) an einem tiefliegenden und einem hochliegenden Punkt, einen Naturumlauf ermöglichend, und an den Arbeitsstoffspeicherraum des höher gelegen angeordneten Kondensators (3) angeschlossen ist, daß in den Kältemitel-Verbindungsleitungen zwischen Verdampfer (5), Absorber (4) und Kondensator (3) jeweils ein Absperrventil (14, 16) vorgesehen ist, von denen das Absperrventil (16) zwischen Verdampfer (5) und Absorber (4) ein eine Dampfströmung nur zum Absorber zulassendes Einwegeventil ist, das Ventil (14) zwischen Kondensator (3) und Verdampfer (5) ein eine Flüssigkeitsströmung nur zum Verdampfer (5) zulassendes Einwegeventil ist, welches außerdem bei vollständiger Befüllung des Verdampfers (5) mit Kältemittel schließt und somit flüssiges Kältemittel mittels einer Leitung (17) in den Absorber zurücklaufen läßt, und das Heizwasser dabei während der Hochtemperaturwärmezufuhr durch den Wärmetauscher des Kondensators (3) und während der Niedertemperaturwärmezufuhr durch den Wärmetauscher des Absorbers (4) geleitet wierd kann und die Umschaltung des Heizwasserstroms durch ein Umschaltventil (25) bei Absinken der Heizwasser-Rücklauf- oder -Vorlauftemperatur unter einen vorgegebenen Wert abwechseln vornehmbar ist.4. Monovalent alternative generator absorption heat pump heating system for space heating, water heating and. Like. Up to a heating power of about 20 kW for performing the method according to claim 1,
whose heat pump has an evaporator that can be heated from outside heat, the heat exchanger of which is flowed through by refrigerant, an absorber connected to the evaporator on the cold steam side, the heat exchanger of which can be flowed through by heating water from the heating system, a condenser connected on the refrigerant side between the evaporator and the absorber, the heat exchanger of which can also be flowed through by heating water comprises a generator (expeller) which can be heated directly with primary energy (gas, oil, coal), characterized in that
that the heat exchanger of the generator (1), in particular a thermosiphon, is connected to the working fluid solution space of the absorber (4) at a low and a high point, enabling natural circulation, and to the working fluid storage space of the condenser (3) arranged higher up, that in the refrigerant connecting lines between the evaporator (5), the absorber (4) and the condenser (3), a shut-off valve (14, 16) is provided, of which the shut-off valve (16) between the evaporator (5) and the absorber (4) a vapor flow is only a one-way valve that allows the absorber, the valve (14) between the condenser (3) and the evaporator (5) is a one-way valve that only allows a liquid flow to the evaporator (5), which valve also closes when the evaporator (5) is completely filled with refrigerant and thus allows liquid refrigerant to flow back into the absorber by means of a line (17), and thereby the heating water during the high-temperature heat drove through the heat exchanger of the condenser (3) and during the low-temperature heat supply through the heat exchanger of the absorber (4) and alternate the switching of the heating water flow through a changeover valve (25) when the heating water return or flow temperature drops below a predetermined value is noticeable. 5. Anlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Generator (1) einen Abgaskühler (2) aufweist, der heizwasserseitig dem Kondensator nachgeschaltet ist.5. Plant according to claim 4,
characterized ,
that the generator (1) has an exhaust gas cooler (2) which is connected downstream of the condenser on the heating water side. 6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Generator (1) und der Absorber (4) voneinander getrennt und der Absorber (4) als Arbeitsstofflösungsspeicher ausgebildet ist.6. Plant according to claim 4 or 5,
characterized ,
that the generator (1) and the absorber (4) are separated from one another and the absorber (4) is designed as a working fluid solution store. 7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet ,
die Dampfräume vom Absorber (4) und Generator (1) durch eine Dampf-Druckausgleichsleitung (18) miteinander verbunden-sind.7. Plant according to one of claims 4 to 6,
characterized ,
the steam rooms of the absorber (4) and generator (1) are connected to one another by a steam pressure compensation line (18). 8. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 7,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der hochliegende Auslaß für die reiche Lösung und der teifliegende Auslaß für die arme Lösung derart angeordnet sind, daß die natürliche Konzentrationsschichtung bei der Austreibung der Lösung im Sinne einer möglichst geringen Rückabsorption ausnutzbar ist.8. Installation according to one of claims 4-7,
characterized ,
that the high-lying outlet for the rich solution and the low-lying outlet for the poor solution are arranged in such a way that the natural concentration stratification can be exploited in the sense of as little re-absorption as the solution is expelled. 9. Anlage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Absorber (4) eine Einrichtung aufweist, die bei der Absorption aufspritzende Lösung dem unteren Teil des Absorbers wieder zuführt und eine Zwangszirkulation bewirkt, die eine Konzentrationsschichtung unterbindet.9. Plant according to claim 8,
characterized ,
that the absorber (4) has a device which supplies the lower part of the absorber again during the spraying solution and causes a forced circulation which prevents concentration stratification. 10. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 9, dadurch gekennzeichnet ,
daß der Kondensator (3) unterhalb seines Unterteils einen Kältemittelspeicher hat oder der Verdampfer als kältemittelspeicher ausgebildet ist.10. Plant according to one of claims 4 - 9, characterized in
that the condenser (3) has a refrigerant store below its lower part or the evaporator is designed as a refrigerant store. 11. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 10,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung, insbesondere ein Schwimmerventil (14), die den Arbeitsstoffspeicher bei maximal zuläßiger Befüllung absperrt, einen Dampfstrom vom Verdampfer (5) zum Kondensator (3) nicht zuläßt und damit den Eintritt des Kältemittels in den Absorber (4) über die Leitung (17) bewirkt.11. Plant according to one of claims 4 - 10,
marked by
a device, in particular a float valve (14), which shuts off the working fluid reservoir at the maximum permissible filling, does not permit a steam flow from the evaporator (5) to the condenser (3) and thus prevents the refrigerant from entering the absorber (4) via the line (17 ) causes. 12. Anlage nach Anspruch 11,
gekennzeichnet durch
daß die Absperreinrichtung ein Einwege-Schwimmervertil ist.12. Plant according to claim 11,
marked by
that the shut-off device is a one-way float valve. 13. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 12,
dadurch gekennzeichnet ,
deine Arbeitsstofflösung mit mehreren Kältemittelkomponenten, deren niedrigersiedende Anteile bei sinkender Temperatur der Niedertemperaturwärme im Kältemittelspeicher verbleiben.13. Plant according to one of claims 4 - 12,
characterized ,
Your working fluid solution with several refrigerant components, the lower-boiling components of which remain in the refrigerant storage when the temperature of the low-temperature heat drops. 14. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 13,
dadurch gekennzeichnet ,
daß zwischen Absorber (4) und Generator (1) ein Temperaturwechsler eingeschaltet ist.14. Installation according to one of claims 4-13,
characterized ,
that a temperature changer is switched on between the absorber (4) and the generator (1).
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