NO830235L - Arbeidsmedium for absorbsjonsvarmepumper. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et arbeidsmedium som inneholder difluorklormetan og i en varmepumpe av absorbsjonstypen kan anvendes til frembringelse av kulde eller varme.

Anvendelsen av varmepumper for kjøle- og varmeformål har vært kjent lenge. Mens til å begynne med elektrisk drevne kompre-sjonsmaskiner til fremstilling av kulde sto i forgrunnen finner i den senere tid varmevarmepumper interesse som er i stand til å innspare energi. Derved kan det prinsippielt kanvendes såvel kompresjons- som også sorbsjonsvarmepumper. Sorbsjonsvarmepumper har imidlertid i forhold til elektrisk drevne kompresjons-varmepumper noen fordeler, i det vesentlige lydfattighet,

mindre slitasje, da det knapt er til stede mekanisk drevne deler, mindre ettersynsbehov, mindre anleggsomkostninger, fremfor alt imidlertid et mindre primær-energiforbruk. Ved en elektrisk drevet kompresjons-varmepumpe er f.eks. å ta hensyn til at inntil strømfrembringelse er gått tapt ca. 2/3

av primærenergien.

Stoffpar for sorbsjons-varmepumper, bestående av et oppløsnings-middel og et flyktig oppløsbart stoff er allerede kjent. Slike stoffpar ble i første rekke utviklet for anvendelse i stor-tekniske kuldemaskiner (vann/ammoniakk) litiumbromid/vann).

For privathusholdning er riktignok anvendelsen av ammoniakk begrenset av toksikologiske og sikkerhetstekniske grunner. Kombinasjoner med litiumbromid krever et stort arbeide med hensyn til tetthet, da anleggene arbeider i høyt vakuum.

Dessuten er krystallisasjonsgrensen ved lave temperaturer

av varmekilden å ta hensyn til.

For anvendelse i mind re systemer, s pesielt i private hushold-ninger er det blitt.foreslått systemer som inneholder et fluorklor-hydrokarbon som flyktig fase da denne stoffgruppe ikke er brennbar og samt forholdsvis lite toksisk og lite korrosiv.

Arbeidsstoffpar for sorbsjons-varmepumper hvori oppløsnings-middelet er et fosforsyreamid med alkyl- eller fenylgrupper og den flyktige fase er et fluorkloralkan er gjenstand for DE-OS 29 44 189. Som den tids gunstigste system av et fluor-klorhydrokarbon med et oppløsningsmiddel anses i faglitteraturen kombinasjonen av FKW 22 (difluorklormetan) med tetraetylenglykol-dimetyleter (B. Eisemann, Absorption refrigeration, ASHRAE Journal, Dec. 1959, side 45-50, S.Mastrangelo, Chlor-fluorhydrocarbons in tetraethylene glyco dimethyl ether, ASHRAE Journal, Oet. 1959, side 64-67, K. Stephan, D. Seher, Arbeitsgemische fur Sorptions-Warmepumpen, Klima-Kalte-Heizung 1/1980 side 874, 875).

Tegningens figur 1 viser sterk forenkling av en absorbsjons-varmepumpe-kretsprosess. Varmestrømmen inn i systemet og ut av systemet betegnes med Q og angis ved pilretningen.

Funksjonsmåten er som følger:'

I fordamperen 6 fordampes ved varmeopptak ved lav temperatur (f.eks. 0°C) kuldemiddelet (f..eks. F KW 22). Kuldemiddeldampen kommer over ledning 7 inn i absorbereren 8 og oppløser seg der i oppløsningsmiddelet. Derved frigjøres varme som f.eks. kan avgis til et vannkretsløp som skal oppvarmes.

Det med kjølemiddel anrikede oppløsningsmiddel (rik oppløsning) pumpes over ledningene 10 og 11 med en pumpe 12 inn i utdriveren 1. Utdriveren 1 oppvarmes (f.eks. ved 130°C) hvorved kuldemiddel desorberes fra oppløsningen og kommer over ledning 2 inn i flytendegjøreren 3. I flytendegjøreren 3 flytendegjøres kuldemiddeldampen ved høyere temperatur, f.eks. 5 0°C. Den derved frigjorte fordampningsvarme kan f.eks. avgis til et vann-kretsløp som skal oppvarmes. Hensiktmessig drives varmepumpen således at flytendegjørerens og absorbererens varmeavgivning foregår ved samme temperatur (f.eks. 50°C).

Fra flytendegjøreren 3 kommer det flytende kuldemiddel over ledning 4 og ekspansjonsventil 5 igjen inn i fordamperen 6.

Den i utdriveren 1 ved desorbsjon av kuldemiddel på kuldemiddel utarmet oppløsning (fattig oppløsning) kommer over ledning 9

og strupeventil 13 tilbake i absorbereren 8 og kan der igjen oppløse kuldemiddeldamp fra fordamperen 6.

Varmepumpe-kretsprosessen foregår mellom to trykknivåer.

Trykket på lavtrykksiden (etter ekspansjonsventil, fordamper, absorberer til oppløsningspumpe) fremkommer av metningsdamptrykk av kuldemiddelet ved fordampningstemperaturen. F.eks. FKW 22 har ved 0°C et metningsdamptrykk på 5 bar. Trykket av høytrykks-siden (fra oppløsningspumpe-uttreden, utdriver, flytendegjører til ekspansjonsventil) fremkommer av metningsdamptrykket av kuldemiddelet ved flytendegjøringstemperaturen. F.eks. FKW 22 har ved 50OC et metningsdamptrykk på 19 bar.

Det ligger for hånden at pr. kilo oppløsningsmiddel kan det transporteres desto mer varme i anlegget, jo større differansen mellom oppløseligheten av kuldemiddelet i absorbereren og utdriveren er. Den oppløselighetsdifferanse i kilo kuldemiddel pr. kilo oppløsningsmiddel betegnes som avgasningsbredde. Multipliserer man avgasningsbredde med fordampningsvarmen av kuldemiddelet (FKW 22 har ved 50°C en fordampningsvarme på 154 KJ pr. kilo) så får man den pr. kilo oppløsningsmiddel transporterte varmemengde.

For det i litteraturen omtalte system FKW 22/tetraetylenglykol-dimetyleter utgjør ifølge egne forsøk avgasningsbredden 0,19 kilo FKW 22 pr. kilo oppløsningsmiddel. Målingen ble foretatt under følgende betingelser: Fordamper/absorbererdel : 5 bar damptrykk av FKW 22 og 50°C oppløsningstemperatur. Utdriver-/ kondensatordel : 19 bar damptrykk av FKW 22 og 130°C oppløs-nings temper atur_.__

Den transporterbare varmemengde utgjør følgelig 29,3 KJ/kilo oppløsningsmiddel.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å tilveiebringe

et arbeidsstoffpar som pr. vektenhet av oppløsningsmiddelet transporterer en betraktelig høyere varmemengde, men likeledes oppfyller de øvrige krav til et slikt system. Eksempelvis skal systemet i arbeidsområdet ha lav viskositet og ikke være korro-sivt. Det skal være mulig fra omgivelsen ved -20°C å fjerne varme. Den flyktige forbindelse skal kunne utdrives av opp-løsningsmiddelet ved temperaturer fra 90°C til 180°C.

Det ble nu funnet at stoffparet difluorklormetan (FKW 22)/ trietylenglykol-dimetyleter (TEG) oppfyller disse krav. Dette system's avgasningsbredde er rundt 50% større enn ved systemet FKW 22/tetraetylenglykol-dimetyleter. Den varmemengde som

kan transporteres pr. kilo oppløsningsmiddel utgjør derfor i foreliggende tilfelle ca. 46,2 KJ/kilo oppløsningsmiddel. Det er videre fordelaktig at oppløsningsmiddelet TEG ved 20°C har en viskositet på bare 3,0 mPa-s, mens tetraetylenglykol-dimetyleter har en viskositet på 5,1 mPa-s. De med stoffpar ifølge oppfinnelsen fyllte sorbsjons-varmepumper kan drives såvel som kuldemaskin som også oppvarmingsvarmepumpe.

Anvendelsen av stoffpar ifølge oppfinnelsen er mulig i visse temperaturområder. Temperaturområdene for forskjellige anlegg-deler oppføres nedenfor.

1. Fordamper:

Fordampningen kan foregå i området fra -20°C til +40oC, fortrinnsvis i området -10°C til +20°C, spesielt i området -5°C til +10°C.

2. Kodensasjon:

Kondensasjonen kan foregå i området fra 20oc til 80°C, fortrinnsvis mellom 35 og 65°C.

3. Absorberer:

Absorbsjonen kan foregå ved temperaturer mellom 20 og 80°C, fortrinnsvis mellom 35 og 65°C.

4. Utdriver:

Utdrivningen av FKW 2 2 fra oppløsningen kan foregå mellom

90 og 180°C, fortrinnsvis mellom 110 og 150°C.

Stillingen av midtpunktet av anleggdel 1 (utdriver), 3 (flyt-endegjører), 6 (fordamper) og 8 (absorberer) med hensyn til det egnede koordinatsystem på figuren anskueliggjør samtidig foretrukkede arbeidsbetingelser for en varmepumpe med arbeidsmedium ifølge oppfinnelsen.

Under de allerede nevnte betingelser i fordamper/absorberer-delen og utdriver/kondensator-delen har FKW 22 i TEG og sammen-ligningsmessig i tetraetylenglykol-dimetyleter følgende opp-løsligheter:

Det er overraskende at systemet ifølge oppfinnelsen inneholdende TEG har en fordel overfor det anloge system på basis av tetraetylenglykol-dimetyle-tex- Det—e-r—f-r-a—US--patent 20 40 901 kjent at begge etere er gode oppløsningsmidler for FKW 21. I det samme litteratursistat anføres imidlertid at fra oppløslighets-egenskapene av et bestemt halogenderivat av metan kan det ikke trekkes noen slutninger med hensyn til oppløslighetsegenskapene av et annet halogenderivat av metan. Jo lavere temperaturen i avsorbereren er dersto høyere er den oppnådde oppladning av TEG med FKW 22. Jo høyere temperaturen i utdriveren er desto mindre er restoppladningen. Blandingsforholdet TEG/FKW 22 avhenger altså fra arbeidsbetingelsene. I de fleste tilfeller utgjør vektdelen FKW 22 10 - 75%, fortrinnsvis 20 - 40%.

Claims (3)

1. Arbeidsmedium til anvendelse i sorbsjons-varmepumper og bestående av kuldemiddelet difluorklormetan (FKW 22) og et absorbsjonsmiddel, karakterisert ved at absorbsjonsmiddelet er trietylenglykol-dimetyleter.

2. Anvendelse av stoffpar ifølge krav 1 i en sorbsjons-varmepumpe som drives som kuldemaskin eller som oppvarmingsvarmepumpe.

3. Fremgangsmåte til varmetransport ved hjelp av en absorbsjons-varmepumpe som inneholder en fordamper, en absorberer, en utdriver og en flytendegjører, idet i fordamperen fordampes ved temperaturer fra -20 til +40°C flytende difluorklormetan under varmeopptak og den dannede damp føres i absorbereren og oppløses der ved 20 til 80°C i et organisk oppløsningsmiddel, den ved oppløsningsprosessen opptredende varme bortføres minst delvis fra absorbereren, den dannede difluorklormetan/oppløs-ningsmiddelblanding pumpes inn i utdriveren, oppvarmes der til 90 til 180°C således at difluorklormetan minst delvis utdrives fra oppløsningen, det utdrevne gassformedéifluor-klormetan føres inn i flytendegjøreren, flytendegjøres der som i absorbereren ved temperaturer fra 20 til 80°C, imidlertid ved en temperatur som ligger over temperaturen i fordamperen, den derved opptredende fordampningsvarme avgis, det flytende difluorklormetan tilbakeføres igjen i fordamperen, den i utdriveren ved utdrivning av difluorklormetan dannede på difluorklormetan utarmede oppløsning tilbakeføres igjen i absorbereren, karakterisert ved at det som organisk oppløsningsmiddel anvendes trietylenglykol-dimety leter.