EP0322596B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten - Google Patents

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EP0322596B1
EP0322596B1 EP88120195A EP88120195A EP0322596B1 EP 0322596 B1 EP0322596 B1 EP 0322596B1 EP 88120195 A EP88120195 A EP 88120195A EP 88120195 A EP88120195 A EP 88120195A EP 0322596 B1 EP0322596 B1 EP 0322596B1
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EP
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container
liquid
heat
pressure
displacement member
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Dirk Ohrt
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Rendamax BV
Original Assignee
Rendamax BV
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/20—Other positive-displacement pumps
    • F04B19/24—Pumping by heat expansion of pumped fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/02—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped using both positively and negatively pressurised fluid medium, e.g. alternating
    • F04F1/04—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped using both positively and negatively pressurised fluid medium, e.g. alternating generated by vaporising and condensing

Definitions

  • the invention relates to a device for conveying boiling liquids, with a lockable inflow and outflow container, the inner surface of which has a lower temperature in the lower region than in the upper region, and can be moved up and down in the displacer such that the liquid-vapor interface is moved to zones of different temperatures.
  • the solution pump of a sorption plant presents considerable structural difficulties, although the performance for this component is comparatively low.
  • the pressure difference to be bridged depends on the pair of materials used, consisting of refrigerant and solvent.
  • a frequently used pair of substances is NH3 / H2O, at which pressure differences of 20 bar and more can occur.
  • the problems that arise, which are similar for many other substance pairs, are poor efficiency and cavitation problems, as well as the leakage of refrigerant, which is often environmentally harmful or toxic.
  • the costs for this component in particular in the case of large cooling or heating capacities, can also be disproportionately high compared to the costs of the entire system.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device of the type mentioned, in which no highly stressed wear parts, in particular no membranes, are required, and in which a faster and more economical method of operation than in known devices of this type can be achieved.
  • GB-A-2 019 486 describes a device for conveying boiling liquids, with a container provided with a lockable inflow and outflow, the inner surface of which has a lower temperature in the lower region than in the upper region, and in which a displacement body of this type can be moved up and down periodically that the liquid-vapor interface is moved to zones of different temperatures.
  • a pump is provided with a chamber which is partially filled with a liquid, and there is a vapor / liquid interface between two areas of different temperatures.
  • a floating body which makes an upward and downward movement and moves the interface between the two areas back and forth, so that the vapor pressure on the liquid changes.
  • the upward and downward movement of the float causes liquid to move against a force.
  • the floating body can move freely in the chamber in the upward and downward direction.
  • the upward and downward movement of the floating body is not primarily caused by changes in temperature and pressure, but either by an interplay between the buoyancy and gravity of the floating body or by utilizing the flow forces of the conveying liquid when flowing in or out onto a resistance body attached to the bottom of the floating body.
  • the term "load” is understood to mean the pressure of a fluid, which can be a gas or a liquid or a mixture of a gas and a liquid.
  • the displacer is movable by external drive and the container wall is divided into zones of increasing temperatures, the zones between the lowest (coldest) and the top (hottest) zone being designed as a regenerative heat exchanger.
  • the device can advantageously be installed in a sorption system (absorption chiller, heat pump or heat transformer and resorption chiller, heat pump or heat transformer) to convey the solvent and / or means of transport.
  • a sorption system absorption chiller, heat pump or heat transformer and resorption chiller, heat pump or heat transformer
  • a hydraulic displacement unit for moving the displacement body by the pressure energy of the liquid transport or solvent and / or an electromagnetic drive for periodic up and down movement of the displacement body.
  • Figures 1-4 of the drawing show an embodiment of a device in four different operating states.
  • the device consists of a container 1, which encloses a working space 2, into which a displacer 3 is fitted such that a narrow cylinder gap 4 remains between the wall of the container 1 and the displacer 3.
  • the displacer 3 experiences an oscillating translational movement within the working space 2 via a drive 5.
  • the walls 6 as well as the bottom 7 and cover 8 of the container are designed in a suitable manner, for example double-walled and divided, in such a way that they can take over the function of separate heat exchangers, in case of media of appropriate temperature be flowed through.
  • the wall temperature of the container 1 increases in the axial direction towards the head.
  • the walls are, for example, divided several times and fluids of different temperatures flow through them, so that a "cold zone” forms in the lower part of the container 1 and a “hot zone” in the head of the container 1.
  • the wall part 9 between the cover 8 and the bottom 7 is designed on the one hand in a suitable manner as a regenerative heat exchanger, so that a temperature gradient is established in the cylinder axis direction, and on the other hand the cavity of the wall part 9 is flowed through by the liquid conveyed to high pressure after a completed working cycle for a subsequent heat exchange .
  • In the lower part of the container 1 there are an inlet opening 10 to the low-pressure part of a sorption system (not shown) and an outlet opening 11 to the high-pressure part of the sorption system, both openings being provided with a check valve 12 and 13, respectively.
  • a liquid level forms within the cylinder gap 4 between the wall of the container 1 and the displacer 3, which can be regarded as the phase boundary between the vapor space located above and the liquid space located underneath, as follows will be described - always a residual mass of liquid and vapor phase remains in the system. Due to the temperature stratification in the container wall, with each change in the liquid level in the narrow cylinder gap 4 between the container 1 and the displacer 3, a heat supply or removal, thus a temperature change at the phase separation layer, is produced. The temperature of this separation layer, at which ideally there is a constant phase equilibrium, is the sole determinant of the pressure in the entire container 1, a certain container pressure being approximately assigned to a discrete water level. So if the level of the phase boundary is shifted by a movement of the displacer 3, the tank pressure is changed in the same way.
  • the device has the task of conveying the refrigerant-enriched solution emerging from the absorber from the low absorber pressure (e.g. 4 bar) to the generator at high pressure (e.g. 20 bar).
  • the pressure of the liquid, but not its temperature, should be increased in order to keep the energy consumption as low as possible.
  • the mixture of steam and liquid remaining in the system is subcooled in the cold zone compared to the entry temperature of this solution by cooling the container bottom 7 with e.g. is branched off in front of the absorber and is therefore colder than the solution considered here, is flowed through, so that a relative negative pressure (e.g. 3.8 bar) to the absorber is established in container 1, whereby the check valve 12 in the inlet opening 10 opens.
  • a relative negative pressure e.g. 3.8 bar
  • a relative overpressure to the generator must be created in the container 1 (e.g. 20.2 bar) so that the check valve 13 in the outlet opening 11 opens. This is done by internal heat exchange by flowing a liquid through the hot lid 8 of the container 1, the temperature of which is higher than the equilibrium temperature of the refrigerant at this pressure, for example the degassed solution after the generator exits.
  • the changes in the state of the cycle for the system under consideration are explained below with reference to FIGS. 1 to 4.
  • Fig. 1 according to state (1), the displacer 3 is shown in the bottom dead center.
  • the volume of steam in the head of the container 1 represents the control volume, which is as follows goes through a cycle.
  • the phase separation mirror is in the hot zone; thus there is a relative overpressure in the container 1, the lid 8 of which is heated with an in-process liquid of a suitable temperature, in comparison with the generator of the sorption system, so that the check valve 13 in the outlet channel 11 is open.
  • the displacer 3 is now moved upwards, the phase separation layer moves between the liquid remaining in the working space and the associated vapor phase in the direction of lower temperatures. Since both check valves 11, 12 are closed when the state changes from (1) to (2), this runs isochorically.
  • a part of the control volume, which was vaporous in state (1), is liquefied during this change of state and gives off the amount of heat q 1 to the container wall, which is stored by it.
  • the check valve 13 in the outlet opening 11 opens, and the solution is displaced from the lower part of the container 1 into the generator by a further downward movement of the displacer 3 while maintaining the high pressure.
  • the heat q41 must be supplied in the hot lid 8 from the solution flowing through the hot head, whereby further condensate can evaporate again from the control volume.
  • the energy expenditure for operating the device described with ideal process control consists of the supply of the specific amount of heat q41 and the comparatively small volume change work P23, which the liquid flowing into the container 1 at the control volume.
  • the process provides the volume change work P41 on the displaced liquid and the heat q23, which is given as useful heat to the consumer-side heat transfer medium in the example discussed here, as well as the difference in heat flows q12 - q31.
  • the volume change work P Nutz can be generated. Furthermore, the heat is q23 at the useful temperature level.
  • a hydraulic displacement unit 20 can also be used for the movement of the displacement body 3, which uses the pressure energy of the liquid transport or solvent.
  • an electromagnetic drive 30 is shown for the periodic up and down movement of the displacer 3, which can be arranged within the displacer 3, whereby the particular advantage is achieved that the working space 2 is completely closed, so that an undesirable leakage of Liquid is prevented even more safely.
  • the invention offers the advantage of an operationally reliable mode of operation since highly stressed wear parts, in particular no membranes, are required.
  • the device according to the invention also has the advantage of particularly fast and economical operation.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten, mit einem mit abschließbarem Zu- und Abfluß versehenen Behälter, dessen Innenfläche im unteren Bereich eine niedrigere Temperatur aufweist als im oberen Bereich, und in dem Verdrängerkörper derart auf- und abbewegbar ist, daß die Grenzschicht Flüssigkeit-Dampf in Zonen unterschiedlicher Temperatur versetzt wird.
  • Die Lösungspumpe einer Sorptionsanlage bereitet konstruktiv erhebliche Schwierigkeiten, obwohl der Leistungsaufwand für diese Komponente vergleichsweise gering ist. Die zu überbrückende Druckdifferenz ist abhängig vom verwendeten Stoffpaar aus Kälte- und Lösungsmittel. Ein häufig verwendetes Stoffpaar ist NH₃/H₂O, bei welchem Druckdifferenzen von 20 bar und mehr auftreten können. Die dabei auftretenden, bei vielen anderen Stoffpaaren ähnlichen Probleme sind schlechte Wirkungsgrade und Kavitationsprobleme ebenso wie das Ausdringen von häufig umweltschädlichem bzw. giftigem Kältemittel. Auch können die Kosten für dieses Bauteil, insbesondere bei großen Kälte- bzw. Wärmeleistungen, gemessen an den Kosten der gesamten Anlage, unverhältnismäßig hoch sein.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der keine hochbeanspruchten Verschleißteile, insbesondere keine Membranen, erforderlich sind, und bei der eine schnellere und wirtschaftlichere Arbeitsweise als bei bekannten Einrichtungen dieser Art erreichbar ist.
  • In der GB-A-2 019 486 ist eine Vorrichtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten beschrieben, mit einem mit abschließbarem Zu- und Abfluß versehenen Behälter, dessen Innenfläche im unteren Bereich eine niedrigere Temperatur aufweist als im oberen Bereich, und in dem ein Verdrängerkörper derart periodisch auf- und abbewegbar ist, daß die Grenzschicht Flüssigkeit-Dampf in Zonen unterschiedlicher Temperatur versetzt wird.
  • Dabei ist eine Pumpe mit einer Kammer vorgesehen, welche teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, und es besteht eine Dampf/Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen zwei Gebieten verschiedener Temperatur. In der Flüssigkeit befindet sich ein Schwimmkörper, welcher eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung ausführt und die Grenzfläche zwischen den beiden Gebieten hin- und herbewegt, so daß der Dampfdruck auf der Flüssigkeit sich ändert. Die Auf- und Abwärtsbewegung des Schwimmkörpers bewirkt, daß Flüssigkeit gegen eine Kraft eine Ortsveränderung ausführt. Der Schwimmkörper ist in der Kammer in Aufwärts- und Abwärtsrichtung frei beweglich. An seiner Unterseite befindet sich eine Stange mit einem Gewicht, um den Schwimmkörper in vertikaler Position zu halten.
  • Die Auf- und Abwärtsbewegung des Schwimmkörpers wird dabei nicht primär durch Temperatur- und Druckänderungen bewirkt, sondern entweder durch ein Wechselspiel zwischen Auftrieb und Schwerkraft des Schwimmkörpers oder durch Ausnutzung der Strömungskräfte der Förderflüssigkeit beim Ein- bzw. Ausströmen auf einen unten am Schwimmkörper angebrachten Widerstandskörper.
  • Die Andeutung am Ende der Beschreibung, es könne statt der Belastung (load) durch ein Fluid ein hin- und hergehendes Pumpsystem oder eine Einrichtung dafür mit einer mechanischen Anlenkung gekoppelt werden, um einen hin- und hergehenden mechanischen Ausgang zu erhalten, ist unklar und gibt keine eindeutige technische Lehre; auch ist eine Abbildung nicht vorhanden, und irgendwelche Funktionshinweise, Vorteile oder Ausführungsarten sind nicht angegeben. Wie der Einleitung der Schrift zu entnehmen ist, wird unter der Bezeichnung "load" der Druck eines Fluids verstanden, das ein Gas oder eine Flüssigkeit oder eine Mischung von einem Gas und einer Flüssigkeit sein kann.
  • Eins solche Einrichtung kann keine befriedigende Arbeitsweise ermöglichen, und sie wird - falls überhaupt realisierbar - auch keine brauchbaren Wirkungsgrade erreichen. Beispielsweise kann eine Druckabsenkung durch Kühlung mit der zu fördernden Flüssigkeit nicht in kurzer Zeit erfolgen. Gerade wenn, wie in der Schrift beschrieben wird, die Strömungskräfte beim Einströmen der Flüssigkeit in die Kammer noch für andere Zwecke ausgenutzt werden sollten, muß die Wärmeabfuhr an eine Flüssigkeit von deutlich niedrigerer Temperatur als die Temperatur der einströmenden Flüssigkeit erfolgen, da zu jedem Strömungsvorgang eine Druckdifferenz erforderlich ist.
  • Demgegenüber ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Verdrängerkörper durch äußeren Antrieb bewegbar ist und die Behälterwandung in Zonen steigender Temperaturen aufgeteilt ist, wobei die Zonen zwischen der untersten (kältesten) und der obersten (heißesten) Zone als regenerativer Wärmetauscher ausgebildet sind. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sowohl eine günstige Konstruktion als auch eine schnelle und besonders wirtschaftliche Arbeitsweise erreicht.
  • Die Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise zur Förderung des Lösungs- und/oder Transportmittels in eine Sorptionsanlage (Absorptionskältemaschine, -wärmepumpe oder -wärmetransformator sowie Resorptionskältemaschine, -wärmepumpe oder -wärmetransformator) eingebaut sein.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale sind eine hydraulische Verdrängereinheit zur Bewegung des Verdrängerkörpers durch die Druckenergie des flüssigen Transport- bzw. Lösungsmittels und/oder ein elektromagnetischer Antrieb zur periodischen Auf- und Abwärtsbewegung des Verdrängerkörpers.
  • Der Gegenstand der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
  • Die Figuren 1-4 der Zeichnung zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung in vier verschiedenen Betriebszuständen.
  • Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter 1, der einen Arbeitsraum 2 umschließt, in den ein Verdränger 3 derart eingepaßt ist, daß zwischen der Wand des Behälters 1 und des Verdrängers 3 ein schmaler Zylinderspalt 4 verbleibt. Der Verdränger 3 erfährt über einen Antrieb 5 eine oszillierende Translationsbewegung innerhalb des Arbeitsraumes 2. Die Wandungen 6 sowie Boden 7 und Deckel 8 des Behälters sind in geeigneter Weise, z.B. doppelwandig und unterteilt, so ausgebildet, daß sie die Funktion von getrennten Wärmetauschern übernehmen können, falls sie von Medien entsprechender Temperatur durchströmt werden. Dabei steigt die Wandtemperatur des Behälters 1 in axialer Richtung zum Kopf hin an. Zu diesem Zweck sind die Wandungen z.B. mehrfach unterteilt und von Fluiden unterschiedlicher Temperaturen durchströmt, so daß sich im unteren Teil des Behälters 1 eine "kalte Zone" und im Kopf des Behälters 1 eine "heiße Zone" ausbildet. Der Wandungsteil 9 zwischen Deckel 8 und Boden 7 ist einerseits in geeigneter Weise als regenerativer Wärmetauscher ausgebildet, so daß sich in Zylinderachsrichtung ein Temperaturgradient einstellt, und andererseits wird der Hohlraum des Wandungsteils 9 von der auf Hochdruck beförderten Flüssigkeit nach vollendetem Arbeitszyklus zu einem anschließenden Wärmeaustausch durchströmt. Im unteren Teil des Behälters 1 befinden sich eine Einlaßöffnung 10 zum Niederdruckteil einer (nicht dargestellten) Sorptionsanlage sowie eine Auslaßöffnung 11 zum Hochdruckteil der Sorptionsanlage, wobei beide Öffnungen jeweils mit einem Rückschlagventil 12 bzw. 13 versehen sind.
  • Innerhalb des Zylinderspaltes 4 zwischen der Wandung des Behälters 1 und des Verdrängers 3 bildet sich in Abhängigkeit von der Position des Verdrängers 3 ein Flüssigkeitsspiegel aus, der als Phasengrenze zwischen dem oben befindlichen Dampfraum und dem darunter befindlichen Flüssigkeitsraum angesehen werden kann, da - wie nachfolgend noch beschrieben werden wird - immer eine Restmasse von flüssiger und dampfförmiger Phase im System verbleibt. Durch die Temperaturschichtung in der Behälterwand wird mit jeder Änderung des Flüssigkeitsstandes in dem schmalen Zylinderspalt 4 zwischen dem Behälter 1 und dem Verdränger 3 eine Wärmezu- bzw. -abfuhr, somit eine Temperaturänderung an der Phasentrennschicht, hergestellt. Die Temperatur dieser Trennschicht, an welcher im Idealfall ständig Phasengleichgewicht herrscht, ist allein bestimmend für den Druck im gesamten Behälter 1, wobei näherungsweise einem diskreten Pegelstand ein bestimmter Behälterdruck zugeordnet ist. Wird also durch eine Bewegung des Verdrängers 3 der Pegelstand der Phasengrenze verschoben, wird gleichermaßen der Behälterdruck geändert.
  • Der Fördervorgang sei der Einfachheit halber am Beispiel einer Absorptionswärmepume mit dem Stoffpaar NH₃/H₂O erklärt, obwohl das im folgenden beschriebene Verfahren nicht nur auf Zweistoffgemische anwendbar ist. Hierbei ist die Betriebsweise einer Absorptionswärmepumpe als hinreichend bekannt vorausgesetzt.
  • Die Vorrichtung hat die Aufgabe, die aus dem Absorber austretende, an Kältemittel angereicherte Lösung vom niedrigen Absorberdruck (z.B. 4 bar) zu dem sich auf Hochdruck (z.B. 20 bar) befindenden Generator zu befördern. Dabei soll der Druck der Flüssigkeit, nicht aber deren Temperatur, erhöht werden, um den Energieaufwand so gering wie möglich zu halten. Um ein Eintreten der Niederdrucklösung zu ermöglichen, wird das im System verbleibende Gemisch aus Dampf und Flüssigkeit in der kalten Zone im Vergleich zur Eintrittstemperatur dieser Lösung unterkühlt, indem der Behälterboden 7 mit Kühlwasser, welches z.B. vor dem Absorber abgezweigt wird und daher kälter als die hier betrachtete Lösung ist, durchströmt wird, so daß sich im Behälter 1 ein relativer Unterdruck (z.B. 3,8 bar) zum Absorber einstellt, wodurch das Rückschlagventil 12 in der Einlaßöffnung 10 öffnet. Um die auf Hochdruck beförderte Flüssigkeit aus dem Behälter 1 ausschieben zu können, muß im Behälter 1 ein relativer Überdruck zum Generator hergestellt werden (z.B. 20,2 bar), damit das Rückschlagventil 13 in der Auslaßöffnung 11 öffnet. Dies erfolgt durch anlageninternen Wärmetausch, indem der heiße Deckel 8 des Behälters 1 von einer Flüssigkeit durchströmt wird, deren Temperatur höher als die Gleichgewichtstemperatur des Kältemittels bei diesem Druck ist, beispielsweise der entgasten Lösung nach dem Generatoraustritt. Im folgenden werden die Zustandsänderungen des Kreisprozesses für das betrachtete System an Hand der Figuren 1 bis 4 erläutert.
  • In Fig. 1 entsprechend Zustand (1) ist der Verdränger 3 in unterer Totlage dargestellt. Das Dampfvolumen im Kopf des Behälters 1 stellt das Kontrollvolumen dar, welches im folgenden einen Kreisprozeß durchläuft. Der Phasentrennungsspiegel befindet sich in der heißen Zone; somit herrscht im Behälter 1, dessen Deckel 8 mit einer prozeßinternen Flüssigkeit geeigneter Temperatur beheizt wird, ein relativer Überdruck im Vergleich zum Generator der Sorptionsanlage, so daß das Rückschlagventil 13 im Auslaßkanal 11 geöffnet ist. Wird nun der Verdränger 3 nach oben bewegt, wandert die Phasentrennschicht zwischen der im Arbeitsraum verbleibenden Flüssigkeit und der zugehörigen Dampfphase in Richtung tieferer Temperaturen. Da bei der Zustandsänderung von (1) nach (2) beide Rückschlagventile 11, 12 geschlossen sind, verläuft diese isochor. Ein Teil des Kontrollvolumens, welcher beim Zustand (1) dampfförmig war, wird bei dieser Zusandsänderung verflüssigt und gibt dabei an die Behälterwand die Wärmemenge q₁₂ ab, welche von dieser gespeichert wird.
  • Hat der Flüssigkeitsspiegel die kalte Zone erreicht (Zustand (2) in Fig. 2), welche mit Kühlwasser von niedrigerer Temperatur als der Lösungseintrittstemperatur gekühlt wird, so sinkt der Behälterdruck unter den Absorberdruck, wodurch das Rückschlagventil 12 in der Einlaßöffnung 10 geöffnet und ein weiteres Absinken des Flüssigkeitsspiegels, somit des Behälterdrucks, verhindert wird. Während der Verdränger 3 weiter nach oben bewegt wird, füllt sich der Behälter 1 mit Niederdrucklösung. Dabei bleibt die Lage des Flüssigkeitsspiegels unverändert (isobare, isotherme Verdichtung). Der Verdränger 3 bewegt sich nun weiter aufwärts bis in die obere Totlage (3) gemäß Fig. 3, und der dabei verdrängte Dampf aus dem Kontrollvolumen wird verflüssigt, wobei die Wärmemenge q₂₃ an das Kühlwasser, welches den Behälterboden 7 durchströmt, abzuführen ist.
  • Nun ist nahezu das gesamte Kontrollvolumen aus Zustand (1) verflüssigt worden. Bei der anschließenden Abwärtsbewegung des Verdrängers 3 schließt das Rückschlagventil 12 in der Einlaßöffnung 10, da die Phasentrennschicht in die heiße Zone verdrängt wird, so daß der Behälterdruck ansteigt. Bis zum Erreichen des Maximaldruckes (Zustand (4) entsprechend Fig. 4) verläuft diese Zustandsänderung isochor, wobei die im Zylinderspalt 4 aufsteigende Flüssigkeit die Wärme q₃₄ aufnimmt, so daß ein Teil des verflüssigten Kontrollvolumens wieder verdampft werden kann. Die Wärmemenge q₃₄ ist betragsmäßig wesentlich kleiner als die Wärmemenge q₁₂, die von der Behälterwand gespeichert wurde, so daß hier ein regenerativer Wärmetausch vorgenommen werden kann. Bei einem geringen Überdruck im Vergleich zum Generatordruck öffnet das Rückschlagventil 13 in der Auslaßöffnung 11, und die Lösung wird aus dem unteren Teil des Behälters 1 in den Generator durch eine weitere Abwärtsbewegung des Verdrängers 3 unter Aufrechterhaltung des Hochdruckes verdrängt. Dabei muß im heißen Deckel 8 die Wärme q₄₁ von der den heißen Kopf durchströmenden Lösung zugeführt werden, wodurch weiteres Kondensat aus dem Kontrollvolumen wieder verdampfen kann.
  • Hat der Verdränger 3 die untere Totlage erreicht, so ist die gesamte Lösung abzüglich der im Zylinderspalt 4 verbleibenden Totmenge, die zur Erhaltung des Hochdruckes erforderlich ist, in den Generator verdrängt worden. Somit ist der Ausgangszustand (1) wiederhergestellt. Die geförderte Menge oder ein Teilstrom davon kann während des Verdrängens in den Hochdruckteil durch den Hohlraum in der Behälterwandung geführt werden und dabei die Restwärme q₁₂ - q₃₄ aufnehmen.
  • Der Energieaufwand zum Betreiben der beschriebenen Einrichtung bei idealer Prozeßführung besteht aus der Zuführung der spezifischen Wärmemenge q₄₁ sowie aus der vergleichsweise geringfügigen Volumenänderungsarbeit P₂₃, welche die in den Behälter 1 einströmende Flüssigkeit am Kontrollvolumen leistet. Der Prozeß liefert die Volumenänderungsarbeit P₄₁ an der verdrängten Flüssigkeit sowie die Wärme q₂₃, die bei dem hier behandelten Beispiel einer Absorptionswärmepumpe als Nutzwärme an den verbraucherseitigen Wärmeträger abgegeben wird, sowie die Differenz der Wärmeströme q₁₂ - q₃₄. Der Mehraufwand an Hochtemperaturwärme, die im Generator einer Wärmepumpe zusätzlich mit Primärenergie erzeugt werden muß, beträgt:

    Q zu = q₄₁ - (|q₁₂|-|q₃₄|)
    Figure imgb0001
  • Mit diesem Aufwand kann die Volumenänderungsarbeit PNutz erzeugt werden. Weiterhin fällt die Wärme q₂₃ auf Nutztemperaturniveau an.
  • Zur Bewegung des Verdrängers 3 ist im Idealfall kein Energieaufwand erforderlich, da dieses Teil keine Arbeit leistet. In der Praxis sind hier jedoch Reibungskräfte sowie Massenkräfte zu überwinden, deren Größe abhängig von der technischen Ausführung des Antriebs 5 und der beschriebenen Vorrichtung ist. Dieser Antrieb könnte jedoch ebenfalls anlagenintern betätigt werden, da die potentielle Energie der reichen, sich auf Hochdruck befindenden Lösung aus dem Generator, welche vor dem Eintritt in den Absorber auf Niederdruck in einer Drossel in Verlustwärme umgewandelt wird, hierzu statt dessen ausgenutzt werden kann.
  • Die Ausbildung des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Antriebes 5 ist lediglich ein Ausführungsbeispiel. Wie Fig. 3 zeigt, kann auch eine hydraulische Verdrängereinheit 20 für die Bewegung des Verdrängerkörpers 3 verwendet werden, die die Druckenergie des flüssigen Transport- bzw. Lösungsmittels ausnutzt.
  • In Fig. 4 ist ein elektromagnetischer Antrieb 30 zur periodischen Auf- und Abwärtsbewegung des Verdrängerkörpers 3 dargestellt, welcher innerhalb des Verdrängerkörpers 3 angeordnet sein kann, wodurch der besondere Vorteil erreicht wird, daß der Arbeitsraum 2 vollständig abgeschlossen ist, so daß ein unerwünschtes Austreten von Flüssigkeit noch sicherer verhindert ist.
  • Die Erfindung bietet den Vorteil einer betriebssicheren Arbeitsweise, da hochbeanspruchte Verschleißteile, insbesondere keine Membranen, erforderlich sind. Auch hat die Vorrichtung gemäß der Erfindung den Vorteil einer besonders schnellen und wirtschaftlichen Arbeitsweise.

Claims (4)

  1. Vorrichtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten, mit einem mit abschließbarem Zu- und Abfluß versehenen Behälter (1), dessen Innenfläche im unteren Bereich eine niedrigere Temperatur aufweist als im oberen Bereich, und in dem ein Verdrängerkörper (3) derart periodisch auf- und abbewegbar ist, daß die Grenzschicht Flüssigkeit-Dampf in Zonen unterschiedlicher Temperatur versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (3) durch äußeren Antrieb (5, 20; 30) bewegbar ist und die Behälterwandung in Zonen steigender Temperaturen aufgeteilt ist, wobei die Zonen zwischen der untersten (kältesten) und der obersten (heißesten) Zone als regenerativer Wärmetauscher ausgebildet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Förderung des Lösungs- und/oder Transportmittels in eine Sorptionsanlage (Absorptionskältemaschine, -wärmepumpe oder -wärmetransformator sowie Resorptionskältemaschine, -wärmepumpe oder -wärmetransformator) eingebaut ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine hydraulische Verdrängereinheit (20) zur Bewegung des Verdrängerkörpers (3) durch die Druckenergie des flüssigen Transport- bzw. Lösungsmittels.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen elektromagnetischen Antrieb (30) zur periodischen Auf- und Abwärtsbewegung des Verdrängerkörpers (3).
EP88120195A 1987-12-30 1988-12-03 Verfahren und Vorrichtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten Expired - Lifetime EP0322596B1 (de)

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DE19873744487 DE3744487A1 (de) 1987-12-30 1987-12-30 Verfahren und vorrichtung zur foerderung von siedefaehigen fluessigkeiten

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EP0322596A1 EP0322596A1 (de) 1989-07-05
EP0322596B1 true EP0322596B1 (de) 1992-04-08

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EP88120195A Expired - Lifetime EP0322596B1 (de) 1987-12-30 1988-12-03 Verfahren und Vorrichtung zur Förderung von siedefähigen Flüssigkeiten

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4954048A (de)
EP (1) EP0322596B1 (de)
JP (1) JPH01262376A (de)
DE (2) DE3744487A1 (de)
NO (1) NO168726C (de)

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