WO1992014977A1 - Hochtemperatur-wärmepumpentransformator - Google Patents

Hochtemperatur-wärmepumpentransformator Download PDF

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WO1992014977A1
WO1992014977A1 PCT/EP1991/002019 EP9102019W WO9214977A1 WO 1992014977 A1 WO1992014977 A1 WO 1992014977A1 EP 9102019 W EP9102019 W EP 9102019W WO 9214977 A1 WO9214977 A1 WO 9214977A1
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WO
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pressure
line branch
heat
absorber
desorber
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PCT/EP1991/002019
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English (en)
French (fr)
Inventor
Vinko Mucic
Original Assignee
Tch Thermo-Consulting-Heidelberg Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/02—Compression-sorption machines, plants, or systems

Definitions

  • the invention relates to a high-temperature heat pump transformer with a solution circuit of a two-substance working medium, in particular an ammonia-water mixture with a flow line branch, in which a poor solution of the working medium is gradually raised from low to high pressure by pumps and brought by a heat supply from a lower to a higher temperature level, flows to a resorber which is supplied with a gaseous working medium component increased by a compressor to resorber pressure and is resorbed in the solution with release of heat of absorption, whereby rich solution of high pressure is produced, which in a return line branch of the
  • a two-substance heat pump (or refrigerator) of this type is known, the performance figure of which is increased compared to older known two-substance heat pumps by the fact that at an intermediate pressure between the absorber and desorber pressure by means of an additional degasser Transfer of thermal energy from the rich solution flowing in the return line branch to the poor solution flowing in the forward line branch additionally expelling gaseous working medium components and supplying them to the resorber under pressure increase by the compressor, the drive power of the compressor being used for the gaseous ones expelled in the additional degasifier Working agent component is lower according to the lower pressure difference between the additional degasifier and the resorber than in the case in which the degassing (as in the older known two-substance heat pumps) exclusively at the low pressure of the main deso rbers or degassers under supply from the environment, for example a watercourse or environmental heat.
  • the temperature level of the heat of absorption obtained in the resorber is still relatively low in the known heat pump, so that the heat of absorption obtained can usually only be used for heating purposes.
  • heat at a significantly higher temperature level for example than process heat, is required, waste heat from the process or from other heat sources being available at a lower temperature level but well above the environmental heat or the heat of running waters.
  • the use of heat transformers (DE-PS 33 44 599, FIGS. 3 and 4) in these temperature conditions is appropriate for obtaining the useful or process heat at an elevated temperature level.
  • the invention has for its object to develop the system of the known heat pump so that it can be used in the manner of a heat transformer at higher temperature levels and a compared to known
  • Heat transformers brings even improved heat ratio.
  • this object is achieved in that a throttle element for a further pressure reduction is switched on in the section of the flow line branch adjoining the outlet of the desorber, and the section then for the inlet of a section of the flow line branch on the outlet side connected absorber, which, for the purpose of pre-enriching the solution, is fed with the gaseous working fluid component expelled via the further degassing agents and is released at the lower temperature level, releasing heat of absorption, into which the gaseous working fluid component expelled in the further degassers is released
  • the connecting line (s) leading into the absorber at least one expansion machine which reduces the pressure in the gaseous working medium and converts it into mechanical energy is switched on, and that the outlet of the absorber in the subsequent subsection
  • the feed line branch is followed by a pump which increases the pressure of the poor solution pre-enriched in the absorber, at least to the desorber pressure.
  • the system part corresponding to the construction of the known heat pump can then - in accordance with the known heat transformers - operate on the desorber and resorber side at higher temperature levels, with the absorption of the gaseous working fluid components expelled in the additional degassers into an absorber operated at ambient temperature sufficient temperature and pressure gradient is obtained in order to obtain additional mechanical energy in the expansion machine which
  • REPLACEMENT LEAF can either be used to generate electrical energy in a generator coupled to the expansion machine or - in the case of direct coupling to the compressor - can also be used to reduce the drive power of the drive motor for the compressor of the system.
  • the pump immediately downstream of the absorber and increasing the pressure to the desorber pressure in the subsequent section of the flow line branch is followed by at least two pumps which successively increase the pressure to the absorber pressure, one of the further degassers in the one located at the desorber pressure Area of the flow line branch between the first and the second pump and another further degasifier in the area of the flow line branch between the second and the third pump which is at an intermediate pressure between the desorber and resorber pressure is switched on, and the other degasers, on the other hand, are switched on in a section of the return line branch which is under resorber pressure.
  • outlets for the gaseous working medium component of the further degassing units can each be connected to the inlet of a separate expansion machine, the outlets of which are connected to the connection of the absorber for the gaseous working medium component.
  • outlets for the gaseous working medium component of the further degassers can be connected to two inlets assigned to different pressure stages of a common expansion machine, which is then expediently designed as a multi-stage turbine, the outlet of which is connected to the inlet of the absorber for the gaseous working medium component.
  • the pressure in the further degasifier arranged between the second and the third pump in the flow line branch is preferably at one, for example the root of the product of the Desorber pressure and the intermediate pressure corresponding to the absorber pressure are set, since this optimizes the heat ratio when viewed as a heat pump, or the heat ratio when viewed as a heat transformer.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a heat pump transformer designed in the manner according to the invention
  • FIG. 2 shows the changes in state of the heat pump transformer according to FIG.
  • FIG 3 shows a diagram in which, over the temperature available at the desorber of the heat pump transformer according to the invention, the ratio of the power figure achieved according to the invention or of the heat ratio achieved according to the invention to the corresponding Carnot power figure or to the corresponding one Carnot heat ratio is applied.
  • the two-substance heat pump transformer according to the invention illustrated in its entirety with 10 in FIG. 1, has a degasser or desorber 12, in which at a pressure p ⁇ . gaseous working medium component is expelled from a rich two-substance working medium solution by supplying thermal energy at a medium temperature level.
  • gaseous working medium component is expelled from a rich two-substance working medium solution by supplying thermal energy at a medium temperature level.
  • ammonia-water mixture is used as the working medium, ammonia is expelled in gaseous form from the solution in the desorber 12.
  • the thermal energy required to degas the rich solution may be available, for example, as waste heat at temperatures between 40 and 100 ° C - but in any case still well above the ambient heat.
  • the thereby poor entste ⁇ immediate solution is via a first conduit branch 14 first under depressurization to an absorber 16, whose function will be explained in detail later, and then multi-stage pressure increase to a pressure p 2 pumped to ei ⁇ nem resorber 18 while the gaseous working component is fed to the resorber via a line 20 with the compressor 22 switched on.
  • the heat of absorption occurring in the resorber 18 during the absorption of the gaseous working medium in the poor solution at a high temperature level can be used, for example, as process heat in working processes.
  • the solution, which is rich again due to absorption of the gaseous working medium is returned from the resorber 18 via a second line branch 24 to the pressure level p j of the desorber in a throttle element 26 and is degassed there again.
  • the poor solution emerging from the desorber is first fed to an absorber 16 in a first section of the line branch 14, with the pressure being reduced by a throttle element 27, in which the poor solution is brought to the temperature by dissipating heat to the ambient atmosphere or a flowing water ⁇ g is cooled.
  • a throttle element 27 in which the poor solution is brought to the temperature by dissipating heat to the ambient atmosphere or a flowing water ⁇ g is cooled.
  • the pressure is then gradually increased to the absorber pressure p 2 by means of a pump 32 downstream of the absorber 16 in the line branch 14 and further pumps 34 and 36, the pressure in the section lying between the first pump 32 and the following pump 34 of the line branch 14 may be approximately equal to the pressure P j _ prevailing in the desorber 12, while consequently in the partial section of the line branch 14 lying between the second and third pumps 34 and 36 there is a between the desorber pressure ⁇ and the resorber pressure p 2 lying pressure prevails.
  • Working fluid component comes from two further degassers 44 and 46, respectively, connected between the flow and the return line branches 14 and 24, in which degassing working fluid component is expelled and transferred by heat transfer from the rich solution to the poor solution
  • Lines 48 and 50 of the expansion machine 30 is supplied.
  • the pressure of the gaseous working medium component expelled in the further degasifier 44 from the poor solution corresponds approximately to the desorber pressure p ⁇ and the pressure of the gaseous working medium component expelled from the further degasifier 46 at a higher pressure - between the desorber and the resorber pressure p or p 2 -.
  • the gaseous working medium component expelled in the degassers 44, 46 is converted into echo energy under relaxation to the absorber pressure p 0 , which mechanical coupling with the compressor 22 and the drive motor 52 of the Compressor takes over part of the drive energy required for conveying and increasing the pressure of the gaseous working medium component expelled in the desorber 12 to the resorber.
  • the expansion machine 30 could also drive a generator for the production of electrical energy. Since the exaggerated in the further degasifiers 44, 46 made ⁇ gaseous working medium component under ⁇ different handy press, namely p- pressure ⁇ and lying between P and p 2 intermediate pressure p obtained 2, the lines 48 and 50 are separated under Kunststoff ⁇ accordingly Liche pressure levels assigned inlets of the (multi-stage) expansion machine 30 out. Alternatively, the use of separate expansion machines is conceivable, which process the different pressure levels between p ⁇ and p 0 or p z and p 0 . Calculations with differently assumed values for the level of the intermediate pressure p 2 have shown that an optimum is achieved if

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Abstract

Hochtemperatur-Wärmepumpentransformator (10) mit einem Vorlauf-Leitungszweig (14) und einem Rücklauf-Leitungszweig (24), welche über Pumpen (32; 34; 36) bzw. wenigstens ein Drosselorgan (26), einen Desorber (12) und einen auf demgegenüber höheren Druckniveau betriebenen Resorber (18) zu einem von einem Zweistoff-Arbeitsmittel durchströmten Lösungskreislauf verbunden sind, wobei im Desorber (12) unter Wärmezufuhr auf niedrigerem Temperaturniveau eine gasförmige Arbeitsmittelkomponente ausgetrieben und unter Druckerhöhung durch einen Kompressor (22) zum Resorber (18) geführt und dort unter Abfuhr von Wärme auf höherem Temperaturniveau resobiert wird. Im Lösungskreislauf sind weitere Entgaser (44; 46) vorgesehen, in welchen auf einem mittleren Druckniveau durch Wärmeübertragung von dem im Rücklauf-Leitungszweig (24) strömenden, auf das im Vorlauf strömende Zweistoff-Arbeitsmittel eine zusätzlich gasförmige Arbeitsmittelkomponente ausgetrieben und in den Lösungskreislauf zurückgeführt wird. Dem Auslaß des Desorbers (12) ist im Vorlauf-Leitungszweig (14) unter Zwischenschaltung eines weiteren Drosselorgans (27) ein Absorber (16) nachgeschaltet, in welchem bei weiter abgesenktem Druck unter Abfuhr von Wärmeenergie auf niedrigem Temperaturniveau die in den zusätzlichen Entgasern (44; 46) ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittelkomponente resorbiert wird, nachdem sie zuvor durch eine mechanische Energie erzeugende Expansionsmaschine (30) geführt und so ihr Druck auf das Druckniveau des Absorbers (16) abgesenkt wurde.

Description

Hochtemperatur-Wärmepumpentransformator
Die Erfindung betrifft einen Hochtemperatur-Wärmepumpen- transformator mit einem Lösungskreislauf eines Zweistoff- Arbeitsmittels, insbesondere eines Ammoniak-Wasser-Gemischs mit einem Vorlauf-Leitungszweig, in welchem eine arme Lö¬ sung des Arbeitsmittels durch Pumpen stufenweise von nied¬ rigem auf hohen Druck angehoben und durch Wärmezufuhr von einem niedrigeren auf ein höheres Temperaturniveau ge¬ bracht, einem Resorber zuströmt, welchem von einem Kompres¬ sor auf Resorberdruck erhöhte gasförmige Arbeitsmittelkom¬ ponente zugeführt und unter Abgabe von Resorptionswärme in der Lösung resorbiert wird, wodurch reiche Lösung hohen Drucks entsteht, die in einen Rücklauf-Leitungszweig des
Lösungskreislauf mit wenigstens einem eingeschalteten Dros¬ selorgan unter Druckabsenkung und Wärmeabfuhr einem Desor¬ ber zuströmt, in welchem unter Zufuhr von Wärmeenergie gas¬ förmige Arbeitsmittelkomponente ausgetrieben und dem Kom- pressor zugeführt wird, wobei im Lösungskreislauf weitere Entgaser vorgesehen sind, in welchen durch Wärmeübertragung von der im Rücklauf-Leitungszweig strömenden reichen Lösung auf die im Vorlauf-Leitungszweig strömende arme Lösung auε
ERSATZBLATT dieser zusätzlich gasförmige Arbeitsmittelkomponente ausge¬ trieben und in den Lösungskreislauf zurückgeführt wird.
Aus der DE-PS 37 16 642 ist eine Zweistoff-Wärmepumpe (oder Kältemaschine) dieser Art bekannt, deren Leistungsziffer gegenüber älteren bekannten Zweistoff-Wärmepumpen dadurch erhöht ist, daß bei einem zwischen Resorber- und Desorber- druck liegenden Zwischendruck mittels eines zusätzlichen Entgasers durch Übertragung von Wärmeenergie aus der im Rücklauf-Leitungszweig strömenden reichen Lösung auf die im Vorlauf-Leitungszweig strömende arme Lösung zusätzlich gas¬ förmige Arbeitsmittelkomponente ausgetrieben und unter Druckerhöhung durch den Kompressor dem Resorber zugeführt wird, wobei die Antriebsleistung des Kompressors für die im zusätzlichen Entgaser ausgetriebene gasförmige Arbeitsmit¬ telkomponente entsprechend dem geringeren Druckunterschied zwischen dem zusätzlichen Entgaser und dem Resorber gerin¬ ger ist, als in dem Fall, in dem die Entgasung (wie bei den älteren bekannten Zweistoff-Wärmepumpen) ausschließlich auf dem niedrigen Druck des Haupt-Desorbers oder Entgasers un¬ ter Zufuhr von aus der Umgebung, z.B. einem Fließgewässer oder von Umweltwärme, erfolgen würde. Da die am Haupt- Desorber zur Entgasung der reichen Lösung zur Verfügung stehende Wärmeenergie aus der Umwelt bzw. einem Fließgewäs- ser relativ niedrige Temperatur hat , ist das Temperaturni¬ veau der im Resorber gewonnenen Resorptionswärme bei der bekannten Wärmepumpe immer noch relativ niedrig, so daß die gewonnene Resorptionswärme in der Regel nur für Heizzwecke verwendbar ist. In vielen Fällen ist jedoch Wärme auf einem deutlich höheren Temperaturniveau, beispielsweise als Pro¬ zeßwärme, erforderlich, wobei Abwärme aus dem Prozeß oder von anderen Wärmequellen auf niedrigerem, aber deutlich über der Umweltwärme oder der Wärme von Fließgewässern lie¬ genden Temperaturniveau zur Verfügung steht. Anstelle des Einsatzes einer Wärmepumpe bietet sich bei diesen Tempera¬ turbedingungen der Einsatz von Wärmetransformatoren (DE-PS 33 44 599, Fig. 3 und 4) zur Gewinnung der Nutz- bzw. Pro¬ zeßwärme auf erhöhtem Temperaturniveau an. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das System der bekannten Wärmepumpe so weiterzuentwickeln, daß sie nach Art eines Wärmetransformators bei höheren Temperaturniveaus einsetzbar ist und dabei ein im Vergleich zu bekannten
Wärmetransformatoren noch verbessertes Wärmeverhältnis er¬ bringt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in den an den Auslaß des Desorbers anschließenden Teilab¬ schnitt des Vorlauf-Leitungszweigs ein Drosselorgan für eine weitere Druckabsenkung eingeschaltet und der Teilab¬ schnitt dann zum Einlaß eines auslaßseitig an den anschlie¬ ßenden Teilabschnitt des Vorlauf-Leitungszweigs angeschlos- senen Absorbers geführt ist, dem außerdem zum Zwecke der Voranreicherung der Lösung die über die weiteren Entgaser ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittelkomponente zugeführt und unter Abgabe von Absorptionswärme auf einem unteren Temperaturniveau gelöst wird, daß in die die in den weite- ren Entgasern ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittelkompo¬ nente in den Absorber führende(n) Verbindungsleitung(en) wenigstens eine den Druck im gasförmigen Arbeitsmittel ab¬ senkende und in mechanische Energie umwandelnde Expansions¬ maschine eingeschaltet ist, und daß dem Auslaß des Absor- bers in dem anschließenden Teilabschnitt des Vorlauf-Lei¬ tungszweigs eine den Druck der im Absorber vorangereicher¬ ten armen Lösung wenigstens auf den Desorberdruck erhöhende Pumpe nachgeschaltet ist.
Der im Aufbau der bekannten Wärmepumpe entsprechende Systemteil kann dann - entsprechend den bekannten Wärmetransformatoren - desorber- und resorberseitig bei höheren Temperaturniveaus arbeiten, wobei durch die Absorp¬ tion der in den zusätzlichen Entgasern ausgetriebenen gas- förmigen Arbeitsmittelkomponenten in einen bei Umgebungs¬ temperatur betriebenen Absorber ein hinreichendes Tempera¬ tur- und Druckgefälle erhalten wird, um in der Expansions¬ maschine zusätzliche mechanische Energie zu gewinnen, die
ERSATZBLATT entweder zur Erzeugung elektrischer Energie in einem an der Expansionsmaschine angekoppelten Generator oder - bei direkter Ankoppelung am Kompressor - auch zur Verringerung der Antriebsleistung des Antriebsmotors für den Kompressor des Systems verwendbar ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind der dem Absorber unmittelbar nachgeschalteten, den Druck auf Desor- berdruck erhöhenden Pumpe im anschließenden Teilabschnitt des Vorlauf-Leitungszweigs wenigstens zwei, den Druck aufeinanderfolgend stufenweise auf Resorberdruck erhöhende Pumpen nachgeschaltet, wobei einer der weiteren Entgaser in dem auf Desorberdruck befindlichen Bereich des Vorlauf-Lei¬ tungszweigs zwischen der ersten und der zweiten Pumpe und ein anderer weiterer Entgaser in dem auf einem Zwischen¬ druck zwischen dem Desorber- und Resorberdruck befindlichen Bereich des Vorlauf-Leitungszweigs zwischen der zweiten und der dritten Pumpe eingeschaltet ist, und die weiteren Ent¬ gaser andererseits in einen auf Resorberdruck befindlichen Abschnitt des Rücklauf-Leitungszweigs eingeschaltet sind.
Die Auslässe für die gasförmig ausgetriebene Arbeitsmittel¬ komponente der weiteren Entgaser können jeweils mit dem Einlaß einer gesonderten Expansionsmaschine verbunden sein, deren Auslässe mit dem Anschluß des Absorbers für die gasförmige Arbeitsmittelkomponente verbunden sind.
Alternativ können die Auslässe für die gasförmige Arbeitsmittelkomponente der weiteren Entgaser mit zwei unterschiedlichen Druckstufen zugeordneten Einlassen einer gemeinsamen - dann zweckmäßig als mehrstufige Turbine aus¬ gebildeten - Expansionsmaschine verbunden sein, deren Aus¬ laß mit dem Einlaß des Absorbers für die gasförmige Arbeitsmittelkomponente verbunden ist.
Der Druck in dem zwischen der zweiten und der dritten Pumpe im Vorlauf-Leitungszweig angeordneten weiteren Entgaser ist vorzugsweise auf einen, etwa der Wurzel aus dem Produkt des Desorberdrucks und des Resorberdrucks entsprechenden Zwi¬ schendruck eingestellt, da hierdurch - bei Betrachtung als Wärmepumpe - die Leistungsziffer bzw. - bei Betrachtung als Wärmetransformator - das Wärmeverhältnis opitimiert wird.
Da in der Expansionsmaschine mechanische Energie gewonnen wird und andererseits zum Antrieb des Kompressors entspre¬ chende mechanische Energie von einem Antriebsmotor zur Verfügung gestellt werden muß, ist es sinnvoll, den Kom- pressor und den ihn antreibenden Antriebsmotor mechanisch mit der Expansionsmaschine zu koppeln. Die Antriebsleistung des den Kompressor antreibenden Motors kann dann um die von der Expansionsmaschine zur Verfügung gestellte Abtriebs¬ leistung niedriger bemessen werden.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schaltplan eines in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Wärmepumpentransformators;
Fig. 2 die im Wärmepumpentransformator gemäß Figur 1 ablaufenden Zustandsänderungen des
Arbeitsmittels schematisch in einem p,ξ - Diagramm; und
Fig. 3 ein Diagramm, in welchem über der am Desor- ber des erfindungsgemäßen Wärmepumpentrans¬ formators zur Verfügung stehenden Tempera¬ tur das Verhältnis der erfindungsgemäß er¬ reichten Leistungsziffer bzw. des erfin¬ dungsgemäß erreichten Wärmeverhältnisses zur entsprechenden Carnot-Leistungsziffer bzw. zum entsprechenden Carnot-Wärmever¬ hältnis aufgetragen ist.
ERSATZBLATT Der in Figur 1 veranschaulichte, in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Zweistoff-Wärmepumpentrans¬ formator weist einen Entgaser oder Desorber 12 auf, in wel¬ chem bei einem Druck p^. durch Zufuhr von Wärmeenergie auf einem mittleren Temperaturniveau aus einer reichen Zwei¬ stoff-Arbeitsmittellösung gasförmige Arbeitsmittelkompo¬ nente ausgetrieben wird. Bei Verwendung des bevorzugten Ammoniak-Wasser-Gemischs als Arbeitsmittel wird im Desorber 12 also Ammonaik gasförmig aus der Lösung ausgetrieben. Die zur Entgasung der reichen Lösung erforderliche Wärmeenergie möge beispielsweise als Abwärme mit Temperaturen zwischen 40 und 100°C - in jedem Falle aber noch deutlich über der Umgebungswärme - zur Verfügung stehen. Die dabei entste¬ hende arme Lösung wird über einen ersten Leitungszweig 14 zunächst unter Druckabsenkung zu einem Absorber 16, dessen Funktion später noch im einzelnen erläutert wird, und dann unter mehrstufiger Druckerhöhung auf einen Druck p2 zu ei¬ nem Resorber 18 gepumpt, während die gasförmige Arbeitsmit¬ telkomponente dem Resorber über eine Leitung 20 mit einge- schaltetem Kompressor 22 zugeführt wird. Die im Resorber 18 bei der Resorption des gasförmigen Arbeitsmittels in der armen Lösung auf hohem Temperaturniveau anfallende Resorp¬ tionswärme kann beispielsweise als Prozeßwärme in Arbeits¬ prozessen Verwendung finden. Die durch Resorption des gas- förmigen Arbeitsmittels wieder reiche Lösung wird aus dem Resorber 18 über einen zweiten Leitungszweig 24 unter Druckabsenkung auf das Druckniveau pj des Desorbers in ei¬ nem Drosselorgan 26 wieder in den Desorber 12 zurückgeführt und dort wieder entgast.
Wie bereits erwähnt, wird die aus dem Desorber austretende arme Lösung zunächst in einem ersten Teilabschnitt des Lei¬ tungszweigs 14 unter Druckabsenkung durch ein Drosselorgan 27 einem Absorber 16 zugeführt, in welchem die arme Lösung durch Wärmeabfuhr an die Umgebungsatmosphäre bzw. ein Fließgewässer auf die Temperatur ^g abgekühlt wird. Dadurch ist es möglich, eine gewisse Menge von über eine Leitung 28 von einer - beispielsweise als Turbine 30 ausge- bildeten - Expansionsmaschine zugeführten gasförmigen Arbeitsmittelkomponente in der armen Lösung im Absorber 16 zu absorbieren, so daß die Lösung gegenüber der vom Desor¬ ber 12 zuströmenden Lösung bereits etwas angereichert ist. Über eine dem Absorber 16 im Leitungszweig 14 nachgeschal¬ tete Pumpe 32 und weitere Pumpen 34 und 36 wird dann der Druck stufenweise auf den Resorberdruck p2 erhöht, wobei der Druck in dem zwischen der ersten Pumpe 32 und der fol¬ genden Pumpe 34 liegenden Teilabschnitt des Leitungszweigs 14 etwa gleich dem im Desorber 12 herrschenden Druck Pj_ sein möge, während dann folgerichtig in dem zwischen der zweiten und dritten Pumpe 34 bzw. 36 liegenden Teilab¬ schnitt des Leitungszweigs 14 ein zwischen dem Desor- berdruck ± und dem Resorberdruck p2 liegender Druck herrscht.
Wie auch beim Stande der Technik üblich, sind zwischen den auf Resorberdruck p2 befindlichen Abschnitt des reiche Lösung führenden Leitungszweigs 24, d.h. den Rücklauf-Lei- tungszweig und den Vorlauf-Leitungszweig 14 Temperatur¬ wechsler 38 und 40 eingeschaltet, in denen durch Wärmeüber¬ tragung von der reichen auf die arme Lösung im Bereich des Zwischendrucks bzw. des Resorberdrucks p2 des Vorlauf-Lei¬ tungszweigs 14 die reiche Lösung abgekühlt wird. Ein ent- sprechender Temperaturwechsler 42 ist außerdem noch zwi¬ schen den den Desorber 12 mit dem Absorber 16 und dem zwi¬ schen der ersten und der zweiten Pumpe 32 bzw. 34 liegenden Teilabschnitt des Vorlauf-Leitungszweigs 14 geschaltet. Die dem Absorber 16 - wie oben erwähnt - von der Expansionsma- schine 30 über die Leitung 28 zugeführte gasförmige
Arbeitsmittelkomponente stammt von zwei weiteren, zwischen den Vorlauf- und den Rücklauf-Leitungszweig 14 bzw. 24 ge¬ schalteten Entgasern 44 bzw. 46, in welchen durch Wärme¬ übertragung von der reichen Lösung auf die arme Lösung gas- för ige Arbeitsmittelkomponente ausgetrieben und über
Leitungen 48 bzw. 50 der Expansionsmaschine 30 zugeführt wird.
ERSATZBLATT Es ist ersichtlich, daß der Druck der im weiteren Entgaser 44 aus der armen Lösung ausgetriebenen gasförmigen Arbeits¬ mittelkomponente etwa dem Desorberdruck p-^ entspricht und der Druck der aus dem weiteren Entgaser 46 ausgetriebenen gasförmigen Arbeitsmittelkomponente bei einem höheren Druck - zwischen dem Desorber- und dem Resorberdruck p bzw. p2 - liegt. In der Expansionsmaschine 30 wird die in den Ent¬ gasern 44, 46 ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittelkompo¬ nente unter Entspannung auf den Absorber-Druck p0 in echa- nische Energie umgewandelt, welche durch mechanische Koppe¬ lung mit dem Kompressor 22 und dem Antriebsmotor 52 des Kompressors einen Teil der für die Förderung und Druckerhö¬ hung der im Desorber 12 ausgetriebenen gasförmigen Arbeits¬ mittelkomponente zum Resorber erforderlichen Antriebsener- gie übernimmt. Alternativ könnte die Expansionsmaschine 30 auch einen Generator zur Gewinnung von elektrischer Energie antreiben. Da die in den weiteren Entgasern 44, 46 ausge¬ triebene gasförmige Arbeitsmittelkomponente mit unter¬ schiedlichen Drücken, nämlich dem Druck p-^ und dem zwischen P und p2 liegende Zwischendruck p2 anfällt, werden die Leitungen 48 und 50 getrennt an entsprechend unterschied¬ lichen Druckstufen zugeordnete Einlasse der (mehrstufigen) Expansionsmaschine 30 geführt. Alternativ ist die Verwen¬ dung gesonderter Expansionsmaschinen denkbar, welche die unterschiedlichen Druckniveaus zwischen p-^ und p0 bzw. pz und p0 verarbeiten. Berechnungen mit unterschiedlich ange¬ nommenen Werten für die Höhe des Zwisσhendrucks p2 haben ergeben, daß ein Optimum erreicht wird, wenn
pz = 7p1-p2
In dem in Figur 2 gezeigten Diagramm sind die Änderungen der Zustandsgrößen des Arbeitsmittels im vorstehend be¬ schriebenen Wärmepumpentransformator 10 schematisch in einem p,ζ -Diagramm veranschaulicht.
In Figur 3 ist schließlich noch ein Diagramm gezeigt, in welchem das Verhältnis der Leistungsziffer e bzw. des Wärmeverhältnisses 'η zur entsprechenden Leistungsziffer ec bzw. dem Wärmeverhältnis c des Carnot-Prozesses Abhängig¬ keit von unterschiedlichen, am Desorber 12 zur Verfügung stehenden Temperaturen dargestellt ist, wenn für die Tempe- ratur tmo am Absorber 25°C, d.h. Umgebungstemperatur, und für die am Resorber - beispielsweise zur Erzeugung von Pro¬ zeßdampf - geforderte Temperatur 150°C angenommen wird. Es ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Wärmepumpentrans¬ formator 10 bei den angenommenen Temperaturen rechnerisch eine Verbesserung zwischen Mitteltemperaturen von tml = 30°c bis tml = 120°C erbringt, wobei das Optimum bei etwa 65 bis 70°c liegt.
Der Investitionsaufwand für den erfindungsgemäßen Wärmepum- pentransformator ist also durchaus lohnend, wenn Abwärme im günstigen Temperaturbereich, beispielsweise zwischen 50 und 90°C zur Verfügung steht.
ERSATZBLATT

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Hochtemperatur-Wärmepumpentransformator mit einem Lösungs¬ kreislauf eines Zweistoff-Arbeitsmittels, insbesondere ei¬ nes Ammoniak-Wasser-Gemischs mit einem Vorlauf-Leitungs¬ zweig (14), in welchem eine arme Lösung des Arbeitsmittels durch Pumpen stufenweise von niedrigem auf hohen Druck an- gehoben und durch Wärmezufuhr von einem niedrigeren auf ein höheres Temperaturniveau gebracht einem Resorber (18) zu¬ strömt, welchem von einem Kompressor auf Resorberdruck er¬ höhte gasförmige Arbeitsmittelkomponente zugeführt und dort (18) unter Abfuhr von Resorptionswärme in der Lösung resor- biert wird, wodurch reiche Lösung hohen Drucks entsteht, die in einen Rücklauf-Leitungszweig (24) des Lösungs¬ kreislaufs mit wenigstens einem eingeschalteten Drosselor¬ gan unter Druckabsenkung und Wärmeabfuhr einem Desorber (12) zuströmt, in welchem unter Zufuhr von Wärmeenergie gasförmige Arbeitsmittelkomponente ausgetrieben und dem Kompressor (22) zugeführt wird, wobei im Lösungskreislauf weitere Entgaser (44;46) vorgesehen sind, in welchen durch Wärmeübertragung von der im Rücklauf-Leitungszweig (24) strömenden reichen Lösung auf die im Vorlauf-Leitungszweig (14) strömende arme Lösung aus dieser zusätzlich gasförmige Arbeitsmittelkomponente ausgetrieben und in den Lösungs¬ kreislauf (28) zurückgeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in den an den Auslaß des Desorbers (12) anschließenden Teilabschnitt des Vorlauf-Leitungszweigs (14) ein Drossel¬ organ (27) für eine weitere Druckabsenkung eingeschaltet und der Teilabschnitt dann zum Einlaß eines auslaßseitig an den anschließenden Teilabschnitt des Vorlauf-Leitungszweigs (14) angeschlossenen Absorbers (16) geführt ist, dem außer- dem zum Zwecke der Voranreicherung der Lösung die über die weiteren Entgaser (44; 46) ausgetriebene gasförmige Ar¬ beitsmittelkomponente zugeführt und dort (16) unter Abgabe von Absorptionswärme auf einem unteren Temperaturniveau (tjjj,-,) in der armen Lösung gelöst wird, daß in die Verbindungsleitung (28), welche die in den wei¬ teren Entgasern (44; 46) ausgetriebene gasförmige Arbeits- mittelkomponente dem Absorber (16) zuführt, wenigstens eine den Druck im gasförmigen Arbeitsmittel absenkende und in mechanische Energie umwandelnde Expansionsmaschine (30) eingeschaltet ist, und daß dem Auslaß des Absorbers (16) in dem anschließenden Teilabschnitt des Vorlauf-Leitungszweigs (14) eine den
Druck der im Absorber (16) vorangereicherten armen Lösung wenigstens auf den Desorberdruck (pj) erhöhende Pumpe (32) nachgeschaltet ist.
2. Wärmepumpentransformator nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der dem Absorber (16) unmittelbar nach¬ geschalteten, den Druck auf Desorberdruck erhöhenden Pumpe (32) im anschließenden Teilabschnitt des Vorlauf-Lei¬ tungszweigs (14) wenigstens zwei, den Druck aufeinanderfol- gend stufenweise auf Resorberdruck (p2) erhöhende Pumpen
(34; 36) nachgeschaltet sind, daß einer der weiteren Entga¬ ser (44) in dem auf Desorberdruck ( p_ ) befindlichen Bereich des Vorlauf-Leitungszweigs (14) zwischen der ersten (32) und der zweiten Pumpe (34) und ein anderer weiterer Entga- ser (46) in dem auf einem Zwischendruck (pz) zwischen dem Desorber- und Resorberdruck (p^ bzw. p2) befindlichen Be¬ reich des Vorlauf-Leitungszweigs (14) zwischen der zweiten und der dritten Pumpe (34; 36) eingeschaltet ist, und daß die weiteren Entgaser (44; 46) andererseits in einen auf Resorberdruck (p2) befindlichen Abschnitt des Rücklauf-Lei¬ tungszweigs (24) eingeschaltet sind.
3. Wärmepumpentransformator nach Anspruch 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß Auslässe der weiteren Entgaser (44; 46) für die gasförmig ausgetriebene Arbeitsmittelkomponente je¬ weils mit dem Einlaß einer gesonderten Expansionsmaschine (30) verbunden sind, deren Auslässe mit dem Anschluß deε
ERSATZBLATT
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Absorbers (16) für die gasförmige Arbeitsmittelkomponente verbunden sind.
4. Wärmepumpentransformator nach .Anspruch 2, dadurch ge- 5 kennzeichnet, daß die Auslässe der weiteren Entgaser (44;
46) für die gasförmige Arbeitsmittelkomponente mit zwei un¬ terschiedlichen Druckstufen zugeordneten Einlassen einer gemeinsamen Expansionsmaschine (30) verbunden sind, deren Auslaß mit dem Einlaß des Absorbers (16) für die gasförmige 10 Arbeitsmittelkomponente verbunden ist.
5. Wärmepumpentransformator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem zwischen der zweiten und der dritten Pumpe (34; 36) im Vorlauf-Lei-
15 tungszweig (14) angeordneten weiteren Entgaser (46) auf einen etwa der Wurzel aus dem Produkt des Desorberdrucks (p^) und des Resorberdrucks (p2) entsprechenden Zwischen¬ druck (p2) eingestellt ist.
20 6. Wärmepumpentransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (22) und der ihn antreibende Antriebsmotor (52) mechanisch mit der Ex¬ pansionsmaschine (30) gekoppelt sind.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7735325B2 (en) * 2002-04-16 2010-06-15 Research Sciences, Llc Power generation methods and systems
EP3540332B1 (de) * 2018-03-15 2020-07-15 AGO AG Energie + Anlagen Sorptionswärmepumpe und sorptionskreisprozess

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2182098A (en) * 1934-09-29 1939-12-05 Mallory & Co Inc P R Duplex solution thermo-compression process
DE867122C (de) * 1950-08-29 1953-02-16 Edmund Dr-Ing E H Altenkirch Verfahren und Vorrichtung zum Heben der einem Waermetraeger entzogenen Waermemenge niedrigerer Temperatur auf eine hoehere Temperatur
DE3408192A1 (de) * 1984-03-06 1985-09-19 Markus 8085 Erding Rothmeyer Verfahren zum hochtransformieren der temperatur von waerme sowie waermetransformator
DE3716642A1 (de) * 1987-05-18 1988-12-08 Thermo Consulting Heidelberg Zweistoff-kompressions-waermepumpe bzw. expansionsmaschinen-anlage mit loesungskreislauf
WO1989008805A1 (fr) * 1988-03-12 1989-09-21 Tch Thermo-Consulting-Heidelberg Gmbh Pompe a chaleur ou machine frigorifique a compression et a deux composants

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3344599C1 (de) * 1983-12-09 1985-01-24 TCH Thermo-Consulting-Heidelberg GmbH, 6900 Heidelberg Resorptions-Wärmewandleranlage

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2182098A (en) * 1934-09-29 1939-12-05 Mallory & Co Inc P R Duplex solution thermo-compression process
DE867122C (de) * 1950-08-29 1953-02-16 Edmund Dr-Ing E H Altenkirch Verfahren und Vorrichtung zum Heben der einem Waermetraeger entzogenen Waermemenge niedrigerer Temperatur auf eine hoehere Temperatur
DE3408192A1 (de) * 1984-03-06 1985-09-19 Markus 8085 Erding Rothmeyer Verfahren zum hochtransformieren der temperatur von waerme sowie waermetransformator
DE3716642A1 (de) * 1987-05-18 1988-12-08 Thermo Consulting Heidelberg Zweistoff-kompressions-waermepumpe bzw. expansionsmaschinen-anlage mit loesungskreislauf
WO1989008805A1 (fr) * 1988-03-12 1989-09-21 Tch Thermo-Consulting-Heidelberg Gmbh Pompe a chaleur ou machine frigorifique a compression et a deux composants

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