WO2007006289A1 - Verfahren zum abführen eines gases aus einer wärmepumpe und wärmepumpe - Google Patents

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WO2007006289A1
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Stefan Petersen
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Technische Universität Berlin
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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
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/04—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases
    • F25B43/046—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases for sorption type systems

Definitions

  • the invention relates to a method for removing a gas from a heat pump and a heat pump.
  • a heat pump is used to exchange heat between a working area and a buffer medium.
  • heat pumps include room air conditioners and absorption chillers where heat from the utility area, such as a living space or a refrigerator, is transferred to a buffer medium.
  • Such heat pumps generally comprise a refrigerant which undergoes different states of aggregation and temperature ranges in a circulatory process and exchanges energy in the form of heat due to an alternating proximity to a working medium and a buffer medium with these media, for example using heat exchangers.
  • an absorption heat pump usually also comprises an absorption medium in which the heat pumping medium can be released in a section of the heat pump designated as an absorber. Subsequently, heat is exchanged between the working medium and the working area.
  • An auxiliary absorber can be used which operates on the same principle as the absorber, but at a relatively lower temperature level, and thus produces a suction pressure. This so created relative negative pressure is used to suck in a gas and thus dissipate from the heat pump. The backflow of the gas into the heat pump is prevented by means of a stationary liquid column in a connecting tube.
  • the auxiliary absorber works parallel to the absorber of the heat pump. However, in this case the suction is below what can be achieved by an external vacuum pump. Furthermore, the operation of the auxiliary absorber requires a certain amount of energy, which leads to a reduction in the efficiency and an increase in the irreversibilities of the heat pump.
  • Jet pumps are used for sucking a gas from a heat pump.
  • Jet pumps use a propulsion jet from a liquid and generate according to the Bernoulli principle by means of a flow change in a suction chamber, a local negative pressure.
  • a flow change is generally achieved by flowing through a pipe constriction.
  • the minimum suction pressure achievable with jet pumps is the vapor pressure of the propellant jet.
  • a mechanical vacuum pump may be provided, which is used for suction.
  • Pure jet pump systems for extracting the gas have not yet been realized. Since the propulsion jet for generating the local negative pressure in the jet pump must have a reasonable pressure, in this case a few hundred millibar (mbar), here the use of a pump is required to pump the propulsion jet with the required pumping power through the jet pump. However, such additional pumps increase the energy requirements and the price of the device.
  • the object of the invention is to provide a method for removing a gas from a heat pump and a heat pump, with which a gas can be removed from a heat pump in an efficient and cost-effective manner.
  • the object is achieved by a method according to independent claim 1 and a heat pump according to independent claim 10.
  • a method of removing a gas from a heat pump wherein in a piping system there are formed an inflow section, an outflow section angled thereto, and a suction section communicating with the inflow section and the outflow section, wherein in the method a solvent is formed Contraction vortices is passed from the inflow section in the outflow section, the gas to be discharged is absorbed by the solvent as a result of the contraction vortex and discharged from the pipeline system after the outflow through the outflow section.
  • the invention Compared to known methods for discharging a gas from a heat pump, the invention has the advantage that no device parts moves and thus wear phenomena are avoided.
  • the contraction vortices cause the gas to be taken up in the solvent.
  • the gas may dissolve in the solvent or it may form bubbles in the solvent.
  • a negative pressure forms in the intake section, whereby further gas from the piping system is sucked into the intake section.
  • the solvent in the outflow section which is present there as a gas / solvent mixed stream, is moved by gravity.
  • This has the advantage that no additional pumping power must be expended for the suction of the solvent. There is thus no, associated with the use of an additional pump, additional cost and material costs.
  • the solvent is moved into the inflow section by means of gravity.
  • the solvent is pumped out of the discharge section.
  • a flow rate is controlled in the inflow section and thereby controlled a discharge rate for the discharge of the gas from the heat pump.
  • the discharge can also take place at intervals, for example.
  • water is used as the solvent. This leads to the use of an environmentally harmless solvent, the disposal of which can be easily carried out in an environmentally friendly manner.
  • the solvent is removed together with the gas to be discharged from the piping system.
  • This has the advantage that the gas can be removed without detour from the heat pump. Thus, no additional process steps are required to remove, for example, the gas absorbed in the solvent from the solvent.
  • the solvent used in one embodiment of the invention is a working fluid of the heat pump.
  • a part of the flowing in the piping system of the heat pump working fluid can be diverted by means of a branch element and fed to the inflow section. It eliminates the need to provide additional heat to the heat pump. Thus, eliminates many requirements for storage and disposal of these additional fluids.
  • the gas absorbed by the solvent is removed in an advantageous embodiment of the invention by means of a separator from the solvent.
  • This has the advantage that the solvent is then substantially in pure form and can be reused.
  • the gas removed from the solvent is collected in a collecting container. This gives the opportunity to dispose of the gas at an environmentally friendly later stage.
  • Fig. 1 is designed as an absorption chiller heat pump
  • Fig. 2 is a vapor pressure diagram for water-lithium bromide solutions
  • 3 shows a suction device with a suction section, an inflow section and a discharge section
  • 4 shows a section of a heat pump with an absorber, a suction device and a separator
  • FIG. 5 shows a section of a further heat pump with an absorber, a suction device and a separator
  • FIG. 6 shows a section of another heat pump with a condenser and a suction device
  • Fig. 7 is a diagram illustrating the effect of a method for discharging a gas from a heat pump.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a heat pump 1, which is referred to as absorption chiller.
  • the heat pump 1 comprises the following components: an evaporator 10, an absorber 11, an expeller 12, which is also often referred to as a generator or desorber, and a condenser 13.
  • a heat pumping medium 2 for example water, is evaporated at a low pressure.
  • the pressure in the evaporator 10 corresponds in this case to the vapor pressure of the heat pumping medium 2 at a temperature of about 5 ° C to 15 0 C.
  • the heat pumping medium 2 withdraws a Nutz Schemesmedium 20, such as water, energy in the form of heat.
  • a Nutz Schemesmedium 20 such as water
  • the evaporator 10 comprises a heat exchanger and that water of a Klimakaltwasser- cycle of a building flows through the heat exchanger and is cooled there.
  • the vaporized heat pump medium 2 is then passed into the absorber 11, which is illustrated in Fig. 1 with an arrow A.
  • the vaporized heat pumping medium 2 is absorbed by an absorbent, for example, a concentrated lithium bromide solution (LiBr solution) in an absorption process.
  • the absorber 11 comprises a heat exchanger, which is traversed by a buffer medium 21 which is at a medium temperature level.
  • the heat pumping medium 2 is dissolved in the absorbent in a rich solution 22 before.
  • the absorber 11 there is a pressure level which is substantially equal to a pressure level in the evaporator 10.
  • the rich solution 22 is pumped by means of a pump 15 to a higher pressure level in an expeller 12.
  • the expeller 12 comprises a further heat exchanger, which is flowed through, for example, by hot water or steam.
  • the heat pumping medium 2 is evaporated from the rich solution 22 and absorbs energy.
  • a poor solution 23 remains.
  • the poor solution 23 has a lower concentration of dissolved heat pump medium 2 than the rich solution 22.
  • the poor solution 23, which thus has a higher concentration of lithium bromide, is then available again for the absorption process.
  • the vaporized heat pump medium 2 is conducted into a condenser 13, which is illustrated in FIG. 1 by an arrow B.
  • the vaporized heat pumping medium 2 is liquefied and then brought by means of the throttle means 16 to a lower pressure level and passed into the evaporator 10.
  • the throttle means 16, 17 gas breakdowns in the heat pump 1 are prevented by bringing flowing fluids from a high to a lower pressure level.
  • the condenser 13 comprises a heat exchanger, which is traversed by the buffer medium 21 at a medium temperature level, for example at ambient temperature.
  • the pressure level in the condenser 13 and the expeller 12 is determined by the equilibrium pressure of the heat pumping medium 2 during the condensation. Temperatures between about 25 ° C and about 40 0 C prevail there usually.
  • Absorption refrigeration systems can be operated with different substance pairs. Depending on the thermodynamic properties of these pairs of substances, the absorption refrigeration systems are operated in overpressure, for example in the case of the substance pair ammonia-water, or under reduced pressure, for example in the case of the substance pair water-lithium bromide.
  • overpressure for example in the case of the substance pair ammonia-water
  • reduced pressure for example in the case of the substance pair water-lithium bromide.
  • heat pumps 1 where as Heat pumping medium 2 water and lithium bromide as absorption agent are of outstanding importance.
  • Fig. 2 shows a vapor pressure diagram for the substance pair of water-lithium bromide.
  • Curves 31 are shown in the vapor pressure diagram, which in each case represent the pressure as a function of the temperature for a specific mixing ratio of a water-lithium bromide solution.
  • water that is, a water-lithium bromide solution having a mixing ratio of 1.0
  • the condensation in the condenser 13 can then take place, for example, at 36 ° C., and thus at a pressure of 59 mbar.
  • a process of a heat pump 1 of FIG. 1 is shown schematically by means of a so-called plant characteristic 32.
  • Hiebei thermodynamic states in which the water-lithium bromide solution in the evaporator 10, in the absorber 11, in the expeller 12 or in the condenser 13 is indicated by letters V, A, G, K in the system characteristic 32. Connecting lines between the states represent state changes occurring in the heat pump 1.
  • the pressure in the evaporator 10 has a value at which the heat pumping medium 2 already evaporates at a temperature of, for example, -15 ° C.
  • the vaporized heat pumping medium 2 is dissolved in the absorber 11 in the absorbent, wherein a heat arising in this case is removed with the buffer medium 21.
  • the rich solution 22 resulting from the dissolution of the heat pumping medium 2 in the absorbent is conveyed by means of a pump 15 to a higher pressure level.
  • the vaporized heat pumping medium 2 is expelled again in the expeller 12 from the rich solution 22 so that the expander is now in the expeller 12 as a poor solution 23.
  • the expelled vaporized heat pumping medium 2 is passed to the condenser 13 and brought there by means of the buffer medium 21 to a temperature of about 30-40 ° C, which leads to a liquefaction of the heat pumping medium 2. After the throttling of the heat pumping medium 2, this is then ready again to be vaporized in the evaporator 10.
  • the resulting in the expeller 12 poor solution 23 is then passed through the solution heat exchanger 18 and finally fed to the absorber 11.
  • rich solution 22 is preheated by means of coming from the expeller 12, a higher temperature, poor solution 23.
  • the fact that the heat pumping medium 2 has pressure-dependent boiling and melting points is utilized, as in the case of a compression refrigeration plant.
  • an electrically operated compressor is used to increase the pressure of a refrigerant vapor to the pressure level of a condenser.
  • a second absorption medium circuit is used for this, with the refrigerant vapor being liquefied. Since the refrigerant vapor is then in solution, and thus has a smaller specific volume, it can be brought to a higher pressure with significantly lower electrical energy consumption.
  • the evaporator 10, absorber 11, expeller 12, and condenser 13 components included in the heat pump 1 each include heat exchangers which transfer heat between external media flowing outside of each component and internal media flowing within each component, respectively.
  • oxygen is a constituent of the foreign gases, this can lead to corrosion in the heat pump 1 in conjunction with the solution of the heat pumping medium 2 in the absorbent, for example in conjunction with the water-lithium bromide solution, which leads to damage to the thermodynamic process, but also to the Plant life can lead.
  • FIG. 3 shows a suction device 3 with a suction section 5, a discharge section 6 and an inflow section 9.
  • Arrows 8, 8 ', 8 "in FIG. 3 indicate flow directions
  • the suction section 5 serves to supply a gas to be discharged from the heat pump into the suction device 3.
  • a solvent 8 is conducted through the inlet section 9 into a region 7 of the suction device 3.
  • contraction vortices form which cause the gas in the region 7 to be absorbed in the solvent 8.
  • the gas can form bubbles in the solvent 8.
  • the gas could also be dissolved, at least partially, in the solvent 8.
  • the contraction vortices are formed, for example example, in that the solvent 8 falls freely in the drain section 6.
  • the vortex formation supporting measures may be the provision of baffles or lateral inflows.
  • the inflow section 9 is arranged at right angles to the outflow section 6. This promotes the formation of contraction vortices.
  • the suction section 9 can also form another angle with the outflow section 6.
  • the suction device 3 may be Y-shaped.
  • the suction section 5 may comprise a pipe section (not shown) projecting into the suction device 3.
  • the suction section 5, the inflow section 9 and the outflow section 6 have the same and uniform cross sections.
  • the cross sections may be different for each section.
  • a cross-sectional constriction may be provided in region 7 in order to promote the formation of contraction vortices.
  • the Aubflußabites 6 forms a liquid column from the solvent 8 due to the flowing from the inflow section 9 there solvent 8, which is limited by a liquid level in the discharge section 6 upwards.
  • the discharge section 6 acts as a downpipe.
  • the strength of the suction at the suction section 5 depends on the length of the liquid column extending below the liquid level in the discharge section 6.
  • the length of the liquid column can be determined by selecting the length of the discharge section 6 and the installation height of the suction device 3.
  • the suction in the suction section 5 is based on a suction pressure which is at least as great as the vapor pressure of the solvent 8.
  • the vapor pressure of the solvent 8 is in any case lower than the pressure prevailing in the absorber 11 or in the condenser 12. The reason for this is the hypothermia that occurs during the condensation and the absorption of the heat pump medium 2.
  • the method can be applied without applying a pre-pressure only by means of the pressure, which is due to a height difference between an inflow point of Solvent 8 and the liquid level in the discharge section 6 forms, are performed.
  • the gas located in the absorber 11 is discharged.
  • This embodiment is advantageous because the absolute pressure level in the absorber 11 is lower than in the condenser 12 and thus the gas preferably accumulates in the absorber 11.
  • the illustrated section comprises the absorber 11, the suction device 3, the pump 15, a separator 40, a collecting container 41 and a connecting pipe 42 to the solution heat exchanger 18.
  • the solvent 8, in this case the poor solution 23 from the absorber 11, instead According to Fig. 1 by means of the pump 15 to be led to the solution heat exchanger 18, conveyed to the inflow port 9 of the suction device 3.
  • the suction section 5 of the suction device 3 is connected to the absorber 11 in order to remove a gas located in the absorber 11.
  • the solvent 8 absorbs the gas and is passed via the outflow section 6 to a separator 40.
  • the gas is removed from the solvent 8 and the thus purified solvent 8 is supplied as an absorbent via the solution heat exchanger 18 to the generator 12.
  • the discharged gas is collected in a collecting container 41, unless it is allowed to be supplied to the environment, for example because it is toxic or explosive.
  • P G prevailing in the absorber 11 Pressure
  • p expeller prevailing in the expeller 12 Pressure ⁇ pR
  • ⁇ pR eliminates a pressure drop due to pipe losses, ⁇ pL, a pressure needed to drive the absorbent through the solution heat exchanger 18, and ⁇ p hydrostat due to a hydrostatic head, which is the height between the exhaust 3 and the inlet to the generator 12 corresponds to adjusting pressure due to the liquid column.
  • the suction means 3 must be installed high enough so that the liquid column in the discharge section 6 can generate a sufficiently high hydrostatic pressure to move the absorbent through the solution heat exchanger 18, through pipe joints, against the To promote hydrostatic inlet height in the expeller 12 and against the pressure prevailing in the expeller 11.
  • This is depending on the design of the heat pump 1 without difficulty feasible.
  • only a partial flow may be diverted from the poor solution 22 flowing to the expeller 12 and supplied as a solvent 8 to the inflow section 9.
  • the solvent 8 is for this purpose after the removal of the gas, freed in the separator 40 of the gas and passed through a further connecting pipe 43 back to the absorber. This has the advantage that the back pressure is kept low.
  • the suction section 5 with the absorber 11 and a connection to the condenser 12 may be provided so that gases discharged from both components simultaneously by means of a suction section 3 can be.
  • the embodiment according to FIG. 6 is selected.
  • the rich solution 23 from the condenser 12 is used as the solvent 8 for discharging the gas by means of the suction device 3.
  • a separator 40 and a collecting container 41 are also provided here.
  • suction devices 3 can then be operated with solvent 8 from a single source or from several different sources.
  • FIG. 7 graphically illustrates the effect that the discharge of the gas has on the performance achieved by the heat pump 1.
  • the rich solution 22 flowing from the absorber 11 to the solution heat exchanger 18 was used as the solvent 8.
  • the rich solution 22 emerging from the absorber 11 is in the thermodynamic equilibrium at the pressure prevailing in the absorber 11 or is slightly undercooled.
  • a hermetic pump serves as a pump 15 for conveying the rich solution 22 into the expeller 12. In the present case, the power of a freshly evacuated heat pump 1 can be achieved.
  • Fig. 7 four heat exchanger performance of an absorption refrigeration system are shown, and the efficiency, referred to here as COP.
  • COP efficiency
  • For two volume flows of the solvent through the suction device 3 is shown as after the deliberate feeding of foreign gases into the absorption refrigeration system, at 14:40 clock and 16:54 clock, reduce the system performance and efficiency, and after successful evacuation by the suction device 3 back to its optimal Return level.
  • the diagram of the 70 underlying embodiment of the heat pump 1 has a free fall height of 20cm. That is, the solvent 8 can in the discharge section 6 a distance of 20cm free fallend, so only guided by gravity cover. A drop of at least 5cm has proven to be advantageous. Furthermore, the solvent 8 in the inflow section 9 has a volumetric flow of between 260 and 330 liters per hour (l / h). Such a volume flow corresponds to volume flows for which conventional heat pumps 1 are designed.
  • the suction device 3 has a pipe diameter of 16 mm. In preliminary investigations, it has been found that at flow rates of 20 to 40 cm / s, using water as the solvent 8, effective removal of gases can be achieved. This is also the case when using a water-lithium bromide solution.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfuhren eines Gases aus einer Wärmepumpe (1), wobei in einem Rohrleitungssystem ein Zuflußabschnitt (9), ein hierzu abgewinkelter Abflußabschnitt (6) und ein Ansaugabschnitt (5) gebildet sind, welcher mit dem Zuflußabschnitt (9) und dem Abflußabschnitt (6) in Verbindung steht, wobei bei dem Verfahren ein Lösungsmittel (8) unter Bildung von Kontraktionswirbeln aus dem Zuflußabschnitt (9) in den Abflußabschnitt (6) geführt wird, das abzuführende Gas infolge der Kontraktionswirbel vom Lösungsmittel (8) aufgenommen und nach dem Abfließen durch den Abflußabschnitt (6) aus dem Rohrleitungssystem abgeführt wird, sowie eine Wärmepumpe (1).

Description

Verfahren zum Abführen eines Gases aus einer Wärmepumpe und Wärmepumpe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abführen eines Gases aus einer Wärmepumpe und eine Wärmepumpe.
Stand der Technik
Eine Wärmepumpe dient dem Austausch von Wärme zwischen einem Nutzbereich und einem Puffermedium. Beispiele für Wärmepumpen umfassen Raumklimaanlagen und Absorptions- kältemaschinen, bei denen Wärme vom Nutzbereich, beispielsweise einem Wohnraum oder einem Kühlschrank, auf ein Puffermedium übertragen wird.
Derartige Wärmepumpen umfassen in der Regel ein Kältemittel, welches in einem Kreislaufprozeß unterschiedliche Aggregatzustände und Temperaturbereiche durchläuft und aufgrund einer abwechselnden Nähe zu einem Nutzbereichsmedium und einem Puffermedium mit diesen Medien Energie in Form von Wärme austauscht, beispielsweise unter Verwendung von Wärmetauschern. Neben dem Wärmepumpmedium umfaßt eine Absorptionswärmepumpe in der Regel auch ein Absorptionsmittel, in welchem das Wärmepumpmedium in einem als Absorber bezeichneten Abschnitt der Wärmepumpe gelöst werden kann. Anschließend wird Wärme zwischen dem Nutzbereichsmedium und dem Nutzbereich ausgetauscht.
Aus unterschiedlichen Gründen, beispielsweise wegen Korrosionen oder Leckagen, können in der Wärmepumpe unerwünschte Gase, sogenannte Fremdgase, auftauchen. Diese Gase wirken sich im allgemeinen negativ auf die thermodynamischen Eigenschaften des Wärme- pumpprozesses aus und führen letztendlich zu einer Verminderung des Wirkungsgrades der Wärmepumpe. Darüber hinaus können die Gase aufgrund chemischer Reaktionen mit dem Wärmepumpmedium und / oder mit anderen Teilen der Wärmepumpe und / oder aufgrund eines Druckaufbaus zu einer Schädigung der Wärmepumpe führen. Es ist daher von großer Bedeutung, diese Gase, möglichst kontinuierlich und vollständig, aus der Wärmepumpe abzu- führen.
Für das Abführen von Gasen aus Wärmepumpen wurden bereits unterschiedliche Verfahren vorgeschlagen. In bekannten Vorrichtungen wird hierzu eine externe Vakuumpumpe verwen- det, welche in festgesetzten Intervallen in Betrieb genommen wird, um die Gase aus den verschiedenen Abschnitten der Wärmepumpe abzusaugen. Diese Pumpen sind jedoch sehr kostenintensiv und zudem feuchtigkeitsempfindlich.
Es kann ein Hilfsabsorber verwendet werden, welcher nach dem gleichen Prinzip wie der Absorber, jedoch auf einem relativ niedrigeren Temperaturniveau, arbeitet, und somit einen Saugdruck erzeugt. Dieser so geschaffene relative Unterdruck wird verwendet, um ein Gas anzusaugen und so aus der Wärmepumpe abzuführen. Die Rückströmung des Gases in die Wärmepumpe wird mittels einer stehenden Flüssigkeitssäule in einem Verbindungsrohr ver- hindert. Der Hilfsabsorber arbeitet parallel zum Absorber der Wärmepumpe. Die Saugwirkung liegt jedoch in diesem Fall unterhalb dessen, was durch eine externe Vakuumpumpe erreichbar ist. Des weiteren erfordert das Betreiben des Hilfsabsorbers eine gewisse Energie, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades und einer Erhöhung der Irreversibilitäten der Wärmepumpe führt.
Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, bei denen Strahlpumpen zum Absaugen eines Gases aus einer Wärmepumpe verwendet werden. Strahlpumpen nutzen einen Treibstrahl aus einer Flüssigkeit und erzeugen nach dem Bernoulli-Prinzip mittels einer Strömungsveränderung in einem Saugraum einen lokalen Unterdruck. Eine Strömungsveränderung wird im allgemeinen mittels Durchströmen einer Rohrverengung erreicht. Der mit Strahlpumpen erreichbare minimale Saugdruck ist der Dampfdruck der Treibstrahlflüssigkeit.
In dem Dokument US 3,367,134 ist ein Absorptionskühlsystem beschrieben, bei dem Gas dadurch abgeführt wird, daß eine gepumpte Flüssigkeit als Strahl aus einem Rohrabschnitt durch eine Kammer in einen gegenüberliegenden Rohrabschnitt gelangt, so daß in der Kammer ein Sog erzeugt wird, um über einen seitlichen Rohrabschnitt Gas anzusaugen.
Zusätzlich kann eine mechanische Vakuumpumpe vorgesehen sein, die zur Absaugung eingesetzt wird. Reine Strahlpumpensysteme zum Absaugen des Gases konnten bisher noch nicht realisiert werden. Da der Treibstrahl für das Erzeugen des lokalen Unterdrucks in der Strahlpumpe einen angemessenen Druck, in diesem Fall einige hundert Millibar (mbar) aufweisen muß, ist hier der Einsatz einer Pumpe erforderlich, um den Treibstrahl mit der benötigten Pumpleistung durch die Strahlpumpe zu pumpen. Derartige zusätzliche Pumpen steigern jedoch den Energiebedarf und den Preis der Vorrichtung. Die Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abführen eines Gases aus einer Wärmepumpe und eine Wärmepumpe zur Verfügung zu stellen, mit denen auf effiziente und kosten- günstige Weise ein Gas aus einer Wärmepumpe abgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 1 und eine Wärmepumpe nach dem unabhängigen Anspruch 10 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Abführen eines Gases aus einer Wärmepumpe vorgesehen, wobei in einem Rohrleitungssystem ein Zuflußabschnitt, ein hierzu abgewinkelter Abflußabschnitt und ein Ansaugabschnitt gebildet sind, welcher mit dem Zuflußabschnitt und dem Abflußabschnitt in Verbindung steht, wobei bei dem Verfahren ein Lösungsmittel unter Bildung von Kontraktionswirbeln aus dem Zuflußabschnitt in den Abflußabschnitt geführt wird, das abzuführende Gas infolge der Kontraktionswirbel vom Lösungsmittel aufgenommen und nach dem Abfließen durch den Abflußabschnitt aus dem Rohrleitungssystem abgeführt wird.
Gegenüber bekannten Verfahren zum Abführen eines Gases aus einer Wärmepumpe hat die Erfindung den Vorteil, daß keine Vorrichtungsteile bewegt und somit Verschleißerscheinungen vermieden werden. Die Kontraktionswirbel fuhren dazu, daß das Gas im Lösungsmittel aufgenommen wird. Beispielsweise kann sich das Gas im Lösungsmittel auflösen oder es kann im Lösungsmittel Bläschen bilden. Durch das Abführen des Gases bildet sich ein Unterdruck im Ansaugabschnitt aus, wodurch weiteres Gas aus dem Rohrleitungssystem in den Ansaugabschnitt gesaugt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Lösungsmittel im Abflußabschnitt, welches dort als Gas- / Lösungsmittelmischstrom vorliegt, mittels Schwerkraft getrieben bewegt wird. Dies hat den Vorteil, daß keine zusätzliche Pumpleistung für das Absaugen des Lösungsmittels aufgewendet werden muß. Es fällt somit kein, mit dem Verwenden einer zusätzlichen Pumpe verbundener, zusätzlicher Kosten- und Materialaufwand an. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Lösungsmittel in den Zuflußabschnitt mittels Schwerkraft bewegt. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Lösungsmittel aus dem Abflußabschnitt abgepumpt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird eine Fließgeschwindigkeit im Zufluß- abschnitt geregelt und hierdurch eine Abführrate für das Abführen des Gases aus der Wärmepumpe gesteuert. Dies hat den Vorteil, daß die Abführrate den Betriebsbedingungen der Wärmepumpe angepaßt werden kann. Beispielsweise könnte das Abführen des Gases nur bei Vorhandensein einer Leckage vorgenommen werden. Das Abführen kann zum Beispiel auch in Intervallen erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Lösungsmittel Wasser verwendet. Dies führt zur Verwendung eines für die Umwelt unschädlichen Lösungsmittels, dessen Entsorgung auf einfache Weise umweltgerecht vorgenommen werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Lösungsmittel zusammen mit dem abzuführenden Gas aus dem Rohrleitungssystem abgeführt. Dies hat den Vorteil, daß das Gas ohne Umwege aus der Wärmepumpe abgeführt werden kann. Es werden somit keine zusätzlichen Verfahrensschritte benötigt, um beispielsweise das im Lösungsmittel aufgenommene Gas aus dem Lösungsmittel herauszunehmen.
Vorteilhafterweise wird als Lösungsmittel bei einer Ausführungsform der Erfindung ein Ar- beitsfluid der Wärmepumpe verwendet. Hierzu kann beispielsweise ein Teil des im Rohrleitungssystem der Wärmepumpe fließenden Arbeitsfluids mittels eines Abzweigelementes abgezweigt und dem Zuflußabschnitt zugeführt werden. Es entfällt die Notwendigkeit, der Wärmepumpe zusätzliche Flüssigkeiten zur Verfügung zu stellen. Somit entfallen zahlreiche Anforderungen bezüglich Speicherung und Entsorgung dieser zusätzlichen Flüssigkeiten.
Das vom Lösungsmittel aufgenommene Gas wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mittels eines Abscheiders aus dem Lösungsmittel entfernt. Das hat den Vorteil, daß das Lösungsmittel anschließend im wesentlichen in reiner Form vorliegt und wiederbenutzt werden kann.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das aus dem Lösungsmittel entfernte Gas in einem Sammelbehälter gesammelt. Hiermit ist die Möglichkeit gegeben, das Gas zu einem späteren Zeitpunkt umweltgerecht zu entsorgen. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen weisen die in Verbindung mit den zugehörigen Verfahrensansprüchen aufgeführten Vorteile entsprechend auf.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine als Absorptionskältemaschine ausgeführte Wärmepumpe; Fig. 2 einen Dampfdruck-Diagramm für Wasser-Lithiumbromid-Lösungen; Fig. 3 eine Absaugeinrichtung mit einem Ansaugabschnitt, einem Zuflußabschnitt und einem Abflußabschnitt; Fig. 4 einen Abschnitt einer Wärmepumpe mit einem Absorber, einer Absaugeinrichtung und einem Abscheider;
Fig. 5 einen Abschnitt einer weiteren Wärmepumpe mit einem Absorber, einer Absaugeinrichtung und einem Abscheider;
Fig. 6 einen Abschnitt einer anderen Wärmepumpe mit einem Kondensator und einer Ab- Saugeinrichtung; und
Fig. 7 einen Diagramm, welches die Wirkung eines Verfahrens zum Abführen eines Gases aus einer Wärmepumpe darstellt.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung einer Wärmepumpe 1, die als Absorptionskältemaschine be- zeichnet wird. Die Wärmepumpe 1 umfaßt folgende Komponenten: Einen Verdampfer 10, einen Absorber 11, einen Austreiber 12, der häufig auch als Generator oder Desorber bezeichnet wird, und einen Kondensator 13. In Fig. 1 sind darüber hinaus weitere Komponenten wie Pumpen 14, 15, ein Lösungswärmetauscher 18 und Drosselmittel 16, 17, beispielsweise U-Rohre, dargestellt. In dem Verdampfer 10 wird ein Wärmepumpmedium 2, beispielsweise Wasser, bei niedrigem Druck verdampft. Der Druck im Verdampfer 10 entspricht in diesem Fall dem Dampfdruck des Wärmepumpmediums 2 bei einer Temperatur von etwa 5°C bis 150C. Hierbei entzieht das Wärmepumpmedium 2 einem Nutzbereichsmedium 20, beispielsweise Wasser, Energie in Form von Wärme. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, daß der Verdampfer 10 einen Wärmetauscher umfaßt und daß Wasser eines Klimakaltwasser- Kreislaufs eines Gebäudes durch den Wärmetauscher fließt und dort abgekühlt wird. Das verdampfte Wärmepumpmedium 2 wird daraufhin in den Absorber 11 geleitet, was in Fig. 1 mit einem Pfeil A verdeutlicht ist. In dem Absorber 11 wird das verdampfte Wärmepumpmedium 2 von einem Absorptionsmittel, zum Beispiel einer konzentrierten Lithium- bromid-Lösung (LiBr-Lösung), bei einem Absorptionsprozeß absorbiert. Der Absorber 11 umfaßt einen Wärmetauscher, der von einem Puffermedium 21 durchflössen wird, welcher sich auf einem mittleren Temperaturniveau befindet. Hiernach liegt das Wärmepumpmedium 2 im Absorptionsmittel aufgelöst in einer reichen Lösung 22 vor. Im Absorber 11 herrscht ein Druckniveau, welches einem Druckniveau im Verdampfer 10 im wesentlichen gleicht. Die reiche Lösung 22 wird mit Hilfe einer Pumpe 15 auf ein höheres Druckniveau in einen Austreiber 12 gepumpt. Der Austreiber 12 umfaßt einen weiteren Wärmetauscher, der beispielsweise von heißem Wasser oder Wasserdampf durchflössen ist. In dem Austreiber 12 wird das Wärmepumpmedium 2 aus der reichen Lösung 22 verdampft und nimmt dabei Energie auf. Im Austreiber 12 bleibt eine arme Lösung 23 zurück. Die arme Lösung 23 weist eine niedri- gere Konzentration an gelöstem Wärmepumpmedium 2 auf, als die reiche Lösung 22. Die arme Lösung 23, welche somit eine höhere Konzentration an Lithiumbromid aufweist, steht dann wieder für den Absorptionsprozeß zur Verfügung.
Das verdampfte Wärmepumpmedium 2 wird in einen Kondensator 13 geleitet, was in Fig. 1 mit einem Pfeil B verdeutlicht ist. Im Kondensator 13 wird das verdampfte Wärmepumpmedium 2 verflüssigt und anschließend mit Hilfe des Drosselmittels 16 auf ein niedrigeres Druckniveau gebracht und in den Verdampfer 10 geleitet. Mit dem Drosselmittel 16, 17 werden Gasdurchschläge in der Wärmepumpe 1 verhindert, indem fließende Fluide von einem hohen auf ein niedrigeres Druckniveau gebracht werden. Der Kondensator 13 umfaßt einen Wärmetauscher, der vom Puffermedium 21 auf einem mittleren Temperaturniveau, beispielsweise bei Umgebungstemperatur durchflössen wird. Das Druckniveau im Kondensator 13 und im Austreiber 12 wird vom Gleichgewichtsdruck des Wärmepumpmediums 2 bei der Kondensation vorgegeben. Dort herrschen in der Regel Temperaturen zwischen etwa 25°C und etwa 400C.
Absorptionskälteanlagen können mit unterschiedlichen Stoffpaaren betrieben werden. In Abhängigkeit von den thermodynamischen Eigenschaften dieser Stoffpaare werden die Absorptionskälteanlagen im Überdruck, beispielsweise beim Stoffpaar Ammoniak- Wasser, oder im Unterdruck betrieben, beispielsweise beim Stoffpaar Wasser-Lithiumbromid. Im Forschungs- bereich der Kühlung und Gebäudeklimatisierung spielen Wärmepumpen 1, bei denen als Wärmepumpmedium 2 Wasser und als Absorptionsniittel Lithiumbromid eingesetzt werden eine herausragende Rolle.
Fig. 2 zeigt ein Dampfdruck-Diagramm für das Stoffpaar Wasser-Lithiumbromid. Im Dampf- druck-Diagramm sind Kurven 31 gezeigt, welche jeweils den Druck in Abhängigkeit von der Temperatur für ein bestimmtes Mischverhältnis einer Wasser-Lithiumbromid-Lösung darstellen. Aus dem Dampfdruck-Diagramm ist beispielsweise zu entnehmen, daß Wasser, das heißt, eine Wasser-Lithiumbromid-Lösung mit einem Mischungsverhältnis von 1,0, im Verdampfer 11 bei einer Temperatur von etwa 10°C und einem Druck von 12mbar verdampften kann. Die Kondensation im Kondensator 13 kann dann beispielsweise bei 36°C, und somit bei einem Druck von 59mbar, stattfinden. 12mbar und 59mbar sind dann die absoluten Druckniveaus im Betrieb einer solchen Wärmepumpe 1. In dem Dampfdruck-Diagramm 30 ist ein Prozeß einer Wärmepumpe 1 nach Fig. 1 schematisch mittels einer so genannten Anlagenkennlinie 32 dargestellt. Hiebei sind thermodynamische Zustände, in denen sich die Wasser-Lithiumbromid- Lösung im Verdampfer 10, im Absorber 11, im Austreiber 12 oder im Kondensator 13 befindet, mittels Buchstaben V, A, G, K in der Anlagenkennlinie 32 gekennzeichnet. Verbindungslinien zwischen den Zuständen stellen in der Wärmepumpe 1 auftretende Zustandsänderungen dar.
Der Druck im Verdampfer 10 hat einen Wert, bei dem das Wärmepumpmedium 2 bereits bei einer Temperatur von zum Beispiel -15°C verdampft. Das verdampfte Wärmepumpmedium 2 wird im Absorber 11 im Absorptionsmittel gelöst, wobei eine hierbei entstehende Wärme mit dem Puffermedium 21 abgeführt wird. Die aufgrund des Lösens des Wärmepumpmediums 2 im Absorptionsmittel entstehende reiche Lösung 22 wird mittels einer Pumpe 15 auf ein hö- heres Druckniveau gefördert wird. Mittels Zuführen von Antriebswärme mit einer Temperatur von zum Beispiel 110°C wird das verdampfte Wärmepumpmedium 2 im Austreiber 12 wieder aus der reichen Lösung 22 ausgetrieben, so daß im Austreiber 12 das Absorptionsmittel nun als arme Lösung 23 vorliegt. Das ausgetriebene verdampfte Wärmepumpmedium 2 wird zum Kondensator 13 geleitete und dort mit Hilfe des Puffermediums 21 auf eine Temperatur von etwa 30-40°C gebracht, was zu einer Verflüssigung des Wärmepumpmediums 2 fuhrt. Nach der Drosselung des Wärmepumpmediums 2 steht dieses dann erneut bereit, um im Verdampfer 10 verdampft zu werden. Die im Austreiber 12 entstandene arme Lösung 23 wird anschließend über den Lösungswärmetauscher 18 geleitet und schließlich dem Absorber 11 zugeführt. Im Lösungswärmetauscher 18 wird die aus dem Absorber 11 kommende reiche Lösung 22 mittels der vom Austreiber 12 kommenden, eine höhere Temperatur aufweisenden, armen Lösung 23 vorgewärmt.
Bei einer Absorptionskälteanlage wird wie bei einer Kompressionskälteanlage die Tatsache ausgenutzt, daß das Wärmepumpmedium 2 druckabhängige Siede- und Schmelzpunkte besitzt. Im Falle einer Kompressionskälteanlage wird zur Druckerhöhung eines Kältemitteldampfes auf das Druckniveau eines Kondensators ein elektrisch betriebener Verdichter eingesetzt. Im Unterschied dazu wird bei einer Sorptionskälteanlage hierfür ein zweiter Absorpti- onsmittelkreislauf genutzt, wobei der Kältemitteldampf verflüssigt wird. Da der Kältemitteldampf dann in Lösung vorliegt, und somit ein kleineres spezifisches Volumen aufweist, kann er unter bedeutend geringerem elektrischen Energieaufwand auf einen höheren Druck gebracht werden.
Die von der Wärmepumpe 1 umfaßten Komponenten Verdampfer 10, Absorber 11, Austreiber 12 und Kondensator 13 umfassen jeweils Wärmetauscher, welche Wärme zwischen externen, das heißt außerhalb einer jeweiligen Komponente fließenden, und internen, das heißt innerhalb einer jeweiligen Komponente fließenden, Medien transportieren. Der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung wird, bei gewünschten Kondensations- und Absorptionsprozessen, wie sie im Kondensator 13 und Absorber 11 stattfinden, durch Anwesenheit unerwünschter Gase, auch Fremdgase genannt, herabgesetzt. Leistungseinbußen von 50% sind schon bei einem Fremdgasanteil von 3-5 Vol. % zu erwarten. Ist außerdem Sauerstoff Bestandteil der Fremdgase, so kann dieser in Verbindung mit der Lösung des Wärmepumpmediums 2 im Absorptionsmittel, beispielsweise in Verbindung mit der Wasser-Lithiumbromid-Lösung, zu Korrosionen in der Wärmepumpe 1 führen, was zur Schädigung des thermodynamischen Prozesses, aber auch der Anlagenlebensdauer führen kann.
Fig. 3 zeigt eine Absaugeinrichtung 3 mit einem Ansaugabschnitt 5, einem Abflußabschnitt 6 und einem Zuflußabschnitt 9. Pfeile 8, 8', 8" in Fig. 3 geben Fließrichtungen an. Der An- saugabschnitt 5 dient dazu, ein aus der Wärmepumpe abzuführendes Gas in die Absaugeinrichtung 3 zu führen. Durch den Zuflußabschnitt 9 wird ein Lösungsmittel 8 in einen Bereich 7 der Absaugeinrichtung 3 geführt. In dem Bereich 7 bilden sich Kontraktionswirbel, welche dazu führen, daß das sich im Bereich 7 befindende Gas im Lösungsmittel 8 aufgenommen wird. Hierbei kann das Gas Bläschen im Lösungsmittel 8 bilden. Das Gas könnte sich auch, zumindest teilweise, im Lösungsmittel 8 lösen. Die Kontraktionswirbel bilden sich beispiels- weise dadurch, daß das Lösungsmittel 8 frei in den Ablaufabschnitt 6 fallt. Die Wirbelbildung unterstützende Maßnahmen können das Vorsehen von Prallblechen oder seitlichen Einströmungen sein.
Gemäß Fig. 3 ist der Zuflußabschnitt 9 im rechten Winkel zum Abflußabschnitt 6 angeordnet. Hierdurch wird die Bildung von Kontraktionswirbel begünstigt. Der Zuflußabschnitt 9 kann jedoch auch mit dem Abflußabschnitt 6 einen anderen Winkel bilden. Beispielsweise kann die Absaugeinrichtung 3 Y-förmig gebildet sein. Außerdem kann der Ansaugabschnitt 5 einen in die Absaugeinrichtung 3 hineinragenden Rohrabschnitt (nicht dargestellt) umfassen. In der Fig. 3 weisen der Ansaugabschnitt 5, der Zuflußabschnitt 9 und der Abflußabschnitt 6 gleiche und gleichförmige Querschnitte auf. Die Querschnitte können jedoch für die einzelnen Abschnitte unterschiedlich sein. Außerdem kann vorgesehen sein, daß sich der Querschnitt entlang eines Abschnittes ändert. Insbesondere kann eine Querschnittsverengung im Bereich 7 vorgesehen sein, um die Bildung von Kontraktionswirbeln zu begünstigen.
Nach dem Durchlaufen des Bereich 7 fließt das Lösungsmittel 8 durch den Abflußabschnitt 6 ab, wobei es das im Bereich 7 aufgenommene Gas mitnimmt. In dem so geleerten Bereich 7 entsteht deshalb gegenüber dem Absaugabschnitt 5 ein Unterdruck, welcher für eine Saugwirkung vom Absaugabschnitt 5 zum Bereich 7 verantwortlich ist. Aufgrund dieser Saugwir- kung strömt weiteres Gas vom Absaugabschnitt 5 in den Bereich 7.
In dem Aubflußabschnitt 6 bildet sich aufgrund des aus dem Zuflußabschnitt 9 dorthin fließenden Lösungsmittels 8 eine Flüssigkeitssäule aus dem Lösungsmittel 8 aus, welche durch einen Flüssigkeitsstand im Abflußabschnitt 6 nach oben begrenzt wird. Der Abflußabschnitt 6 wirkt als Fallrohr. In diesem Fall hängt die Stärke der Saugwirkung am Ansaugabschnitt 5 von der Länge der sich unterhalb des Flüssigkeitsstandes im Abflußabschnitt 6 erstreckenden Flüssigkeitssäule ab. Die Länge der Flüssigkeitssäule läßt sich mittels Auswahl der Länge des Abflußabschnitt 6 und der Einbauhöhe der Absaugeinrichtung 3 bestimmen.
Die Saugwirkung im Ansaugabschnitt 5 beruht auf einem Saugdruck, welcher mindestens so groß ist, wie der Dampfdruck des Lösungsmittels 8. Der Dampfdruck des Lösungsmittels 8 ist jedoch in jedem Fall geringer als der im Absorber 11 oder im Kondensator 12 herrschende Druck. Grund hierfür ist die Unterkühlung, die bei der Kondensation und der Absorption des Wärmepumpmediums 2 auftritt. Das Verfahren kann ohne Anlegen eines Vordrucks nur mit- tels des Drucks, welcher sich aufgrund einer Höhendifferenz zwischen einem Zuflußpunkt des Lösungsmittels 8 und dem Flüssigkeitsstand im Abflußabschnitt 6 ausbildet, durchgeführt werden.
In Fig. 4 ist ein Abschnitt der Wärmepumpe 1 in einer Ausführungsform dargestellt. In dieser Ausführungsform wird das sich im Absorber 11 befindende Gas abgeführt. Diese Ausfuh- rungsform ist vorteilhaft, weil das absolute Druckniveau im Absorber 11 niedriger ist als im Kondensator 12 und sich somit das Gas bevorzugt im Absorber 11 sammelt. Der dargestellte Abschnitt umfaßt den Absorber 11, die Absaugeinrichtung 3, die Pumpe 15, einen Abscheider 40, einen Sammelbehälter 41 sowie ein Verbindungsrohr 42 zum Lösungswärmetauscher 18. Das Lösungsmittel 8, in diesem Fall die arme Lösung 23 aus dem Absorber 11, wird, anstatt gemäß Fig. 1 mittels der Pumpe 15 zum Lösungswärmetauscher 18 geleitet zu werden, zum Zuflußanschluß 9 der Absaugeinrichtung 3 befördert. Der Ansaugabschnitt 5 der Absaugeinrichtung 3 ist mit dem Absorber 11 verbunden, um ein sich im Absorber 11 befindendes Gas abzuführen. Das Lösungsmittel 8 nimmt das Gas auf und wird über den Abflußabschnitt 6 zu einem Abscheider 40 geleitet. Im Abscheider 40 wird das Gas aus dem Lösungsmittel 8 entnommen und das so gereinigte Lösungsmittel 8 wird als Absorptionsmittel über den Lösungswärmetauscher 18 dem Generator 12 zugeführt. Das abgeführte Gas wird in einem Sammelbehälter 41 gesammelt, sofern es nicht der Umwelt zugeführt werden darf, beispielsweise weil es giftig oder explosiv ist.
In dieser Ausführungsform stellt sich im Abflußabschnitt 6 ein Gegendruck ein, welcher durch die folgende Formel beschrieben wird: pG=ΔpROhrveriust+ΔpLwu+Δphydrostat+PAustreiber- Hierbei ist PG der im Absorber 11 herrschende Druck, p Austreiber der im Austreiber 12 herrschende Druck, ΔpRohrveriust ein Druckabfall aufgrund von Rohrverlusten, ΔpLwü ein Druck, der benötigt wird, um das Absorptionsmittel durch den Lösungswärmeübertrager 18 zu treiben und Δphydrostat ein aufgrund einer hydrostatische Einlaufhöhe, welche der Höhe zwischen der Absaugeinrichtung 3 und dem Einlauf in den Generator 12 entspricht, sich einstellender Druck aufgrund der Flüssigkeitssäule.
Der am Ansaugabschnitt 5 anliegende Druck entspricht dem im Absorber 11. Somit muß die Absaugeinrichtung 3 genügend hoch eingebaut werden, so daß die Flüssigkeitssäule im Abflußabschnitt 6 einen ausreichend hohen hydrostatischen Druck erzeugen kann, um das Absorptionsmittel durch den Lösungswärmeübertrager 18, durch Rohrverbindungen, gegen die hydrostatische Einlaufhöhe im Austreiber 12 und gegen dem im Austreiber 11 herrschenden Druck zu fördern. Dies ist je nach Bauart der Wärmepumpe 1 ohne Schwierigkeiten machbar. Als Alternative kann, wie in Fig. 5 veranschaulicht, in einer weiteren Austuhrungsform lediglich ein Teilstrom aus der zum Austreiber 12 fließenden armen Lösung 22 abgezweigt und als Lösungsmittel 8 dem Zuflußabschnitt 9 zugeführt werden. Das Lösungsmittel 8 wird hierzu nach dem Abfuhren des Gases, im Abscheider 40 von dem Gas befreit und über ein weiteres Verbindungsrohr 43 zurück zum Absorber geleitet. Dies hat den Vorteil, daß der Gegendruck gering gehalten wird. Der Gegendruck unterhalb des Zwischenabschnitts 7 ergibt sich aus der folgenden Formel: pG=ΔpROhrveriust+Δphydrostat+PAustreiber. Dieser Gegendruck ist wesentlich geringer als der bei der Ausführungsform nach Fig. 4. Gegebenenfalls kann neben einer Verbin- düng des Ansaugabschnitts 5 mit dem Absorber 11 auch eine Verbindung mit dem Kondensator 12 vorgesehen sein, damit Gase aus beiden Komponenten gleichzeitig mittels eines Ansaugabschnitts 3 abgeführt werden können.
Sollen die Gase aus dem Kondensator 12 abgeführt werden, so wird die Ausführungsform nach Fig. 6 gewählt. Hierbei wird die reiche Lösung 23 aus dem Kondensator 12 als Lösungsmittel 8 zum Abführen des Gases mittels der Absaugeinrichtung 3 verwendet. Ähnlich wie in den Ausführungsformen der Fig. 4 und 5 sind auch hier ein Abscheider 40 und ein Sammelbehälter 41 vorgesehen.
Es ist auch möglich, zur Effizienzsteigerung mehrere Absaugeinrichtungen 3 an unterschiedlichen Abschnitten der Wärmepumpe 1 vorzusehen. Diese Absaugeinrichtungen 3 können dann mit Lösungsmittel 8 aus einer einzigen Quelle oder aus mehreren unterschiedlichen Quellen betrieben werden.
Fig. 7 veranschaulicht grafisch die Wirkung, die das Abführen des Gases auf die von der Wärmepumpe 1 erzielte Leistung hat. In diesem Fall wurde die vom Absorber 11 zum Lösungswärmetauscher 18 fließende reiche Lösung 22 als Lösungsmittel 8 verwendet. Die aus dem Absorber 11 austretende reiche Lösung 22 befindet sich bei dem im Absorber 11 herrschenden Druck im thermodynamischen Gleichgewicht oder ist leicht unterkühlt. Eine herme- tische Pumpe dient als Pumpe 15 zur Förderung der reichen Lösung 22 in den Austreiber 12. Im vorliegenden Fall kann die Leistung einer frisch evakuierten Wärmepumpe 1 erreicht werden.
In Fig. 7 sind vier Wärmetauscherleistungen einer Absorptionskälteanlage gezeigt, sowie der Wirkungsgrad, hier als COP bezeichnet. Für zwei Volumenströme des Lösungsmittels durch die Absaugeinrichtung 3 wird gezeigt, wie nach dem bewußten Zuführen von Fremdgasen in die Absorptionskälteanlage, jeweils um 14:40 Uhr und um 16:54 Uhr, die Anlagenleistung und der Wirkungsgrad sich verringern, und nach erfolgreicher Evakuierung mittels der Absaugeinrichtung 3 wieder auf ihr optimales Leistungsniveau zurückkommen.
Die dem Diagramm 70 zugrunde liegende Ausführungsform der Wärmepumpe 1 weist eine freie Fallhöhe von 20cm auf. Das heißt, das Lösungsmittel 8 kann im Abflußabschnitt 6 eine Strecke von 20cm freifallend, also nur mittels der Schwerkraft geführt, zurücklegen. Eine Fallhöhe von mindestens 5cm hat sich als vorteilhaft erwiesen. Ferner weist das Lösungsmit- tel 8 im Zuflußabschnitt 9 ein Volumenstrom zwischen 260 und 330 Liter pro Stunde (l/h) auf. Ein derartiger Volumenstrom entspricht Volumenströmen, für welche übliche Wärmepumpen 1 ausgelegt sind. Die Absaugeinrichtung 3 weist einen Rohrdurchmesser von 16 mm auf. Bei Voruntersuchungen wurde herausgefunden, daß bei Strömungsgeschwindigkeiten von 20 bis 40cm/s, bei Verwendung von Wasser als Lösungsmittel 8, ein effektives Abführen von Gasen erzielt werden kann. Dies ist auch bei Verwendung einer Wasser-Lithiumbromid- Lösung der Fall.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Abfuhren eines Gases aus einer Wärmepumpe (1), wobei in einem Rohrleitungssystem ein Zuflußabschnitt (9), ein hierzu abgewinkelter Abflußabschnitt (6) und ein Ansaugabschnitt (5) gebildet sind, welcher mit dem Zuflußabschnitt (9) und dem Abflußabschnitt (6) in Verbindung steht, wobei bei dem Verfahren ein Lösungsmittel (8) unter Bildung von Kontraktionswirbeln aus dem Zuflußabschnitt (9) in den Abflußabschnitt (6) geführt wird, das abzuführende Gas infolge der Kontraktionswirbel vom Lösungsmittel (8) aufgenommen und nach dem Abfließen durch den Abfluß- abschnitt (6) aus dem Rohrleitungssystem abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel (8) im Abflußabschnitt (6) mittels Schwerkraft getrieben bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel (8) aus dem Abflußabschnitt (6) abgepumpt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fließgeschwindigkeit im Zuflußabschnitt (9) geregelt und hierdurch eine Abführra- te für das Abführen des Gases aus der Wärmepumpe (1) gesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel (8) Wasser verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel (8) zusammen mit dem abzuführenden Gas aus dem Rohrleitungssystem abgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lö- sungsmittel (8) ein Arbeitsfluid der Wärmepumpe (1) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Lösungsmittel (8) aufgenommene Gas mittels eines Abscheiders (40) aus dem Lösungsmittel (8) entfernt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Lösungsmittel entfernte Gas in einem Sammelbehälter (41) gesammelt wird.
10. Wärmepumpe (1) mit einem Rohrleitungssystem, bei der eine Absaugeinrichtung (3) zum Abfuhren eines Gases gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugein- richtung (3) einen Zuflußabschnitt (9), einen hierzu abgewinkelten Abflußabschnitt (6) und einen Ansaugabschnitt (5) aufweist, welcher mit dem Zuflußabschnitt (9) und dem Abflußabschnitt (6) in Verbindung steht, so daß ein Lösungsmittel (8) unter Bildung von Kontraktionswirbeln aus dem Zuflußabschnitt (9) in den Abflußabschnitt (6) überfuhrbar ist, mit denen das abzuführende Gas vom Lösungsmittel (8) aufgenommen und durch den Abflußabschnitt (6) abgeführt werden kann.
11. Wärmepumpe (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß- abschnitt (9) im wesentlichen rechtwinklig zum Abflußabschnitt (6) angeordnet ist.
12. Wärmepumpe (1) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine mit dem Abflußabschnitt verbundene Pumpe zum Abpumpen des Lösungsmittels (8).
13. Wärmepumpe (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch ein mit dem Zuflußabschnitt (9) verbundenes Verbindungsstück, wodurch als Lösungsmittel (8) ein Arbeitsfluid der Wärmepumpe (1) nutzbar ist.
14. Wärmepumpe (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch einen Abscheider (40) zum Abscheiden des Gases aus dem Lösungsmittel (8).
15. Wärmepumpe (1) nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Verbindungsrohr (42, 43) zum Zurückführen eines als Lösungsmittel (8) verwendeten Arbeitsfluids der Wärmepumpe (1).
16. Wärmepumpe (1) nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Sammelbehälter (41) zum Sammeln des aus dem Lösungsmittel (8) abgeschiedenen Gases.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009013684A1 (de) 2009-03-20 2010-10-07 Technische Universität Berlin Wärmetauschereinheit und wärmetechnische Anlage
CN105972880A (zh) * 2016-05-18 2016-09-28 天津大学 一种用于非共沸工质组分调节的撞击式t形管组分调节器

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007039657A1 (de) * 2007-08-22 2009-02-26 Behr Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Heizen und/oder Klimatisieren und Anordnung einer Vorrichtung zum Heizen und/oder Klimatisieren in einem Kraftfahrzeug
DE102008005060B3 (de) * 2008-01-18 2009-08-06 Efficient Energy Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Entfernen eines Gases aus einem System, System zum Verdampfen und Wärmepumpe
EP2242964A2 (de) * 2008-01-18 2010-10-27 Efficient Energy GmbH Vorrichtung und verfahren zum entfernen eines gases aus einem system, system zum verdampfen und wärmepumpe
EP2307824B1 (de) 2008-06-23 2016-04-06 Efficient Energy GmbH Vorrichtung und verfahren zum effizienten kondensieren
BR112013012803A2 (pt) * 2010-11-23 2019-09-24 Invensor Gmbh contentor de vácuo para uma máquina de refrigeração por adsorção, máquina de refrigeração por adsorção, método de remover um gás estranho de uma máquina de refrigeração e uso do contentor de vácuo
KR20150054798A (ko) * 2012-09-11 2015-05-20 인벤소르 게엠베하 수착 장치 내에 작동 매체를 회수하기 위한 수집 저장조 및 방법
DE102017101058A1 (de) * 2017-01-20 2018-07-26 Coolar UG (haftungsbeschränkt) Sorptionskältevorrichtung
DE102020107579A1 (de) 2020-03-19 2021-09-23 Vaillant Gmbh Trennphase

Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1892869A (en) * 1927-06-14 1933-01-03 Stator Refrigeration Inc Heat exchange method and apparatus
US1924895A (en) * 1931-01-30 1933-08-29 Comstock & Wescott Heat exchange system control
US2494972A (en) * 1944-10-25 1950-01-17 Servel Inc Absorption refrigeration system, including a purge arrangement
US3146602A (en) * 1961-12-05 1964-09-01 Electronic Specialty Co Process and apparatus for eliminating fixed gas from an absorption refrigeration system
DE1275551B (de) * 1962-03-28 1968-08-22 Carrier Corp Ausscheidungsvorrichtung fuer nicht kondensierbare Gase einer Absorptions-Kaelteanlage
GB1176729A (en) * 1967-09-25 1970-01-07 Carrier Corp Purge Arrangement for Absorption Refrigeration Systems.
JPS527053A (en) * 1975-07-08 1977-01-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Bleeding device for absorption system refrigerator
JPS54108047A (en) * 1978-02-13 1979-08-24 Hitachi Ltd Solution concentrating apparatus of liquid flow purge unit
JPS5563365A (en) * 1978-11-06 1980-05-13 Kawasaki Heavy Ind Ltd Bleeder for absorption refrigerator
JPS61259066A (ja) * 1985-05-13 1986-11-17 ダイキン工業株式会社 吸収式冷凍機の抽気装置
JPS62108974A (ja) * 1985-11-08 1987-05-20 三洋電機株式会社 吸収冷凍機
JPH01151171A (ja) * 1987-12-07 1989-06-13 Nec Corp 表面実装用プリント板コネクタ
JPH02287068A (ja) * 1989-04-27 1990-11-27 Hitachi Ltd 抽気装置
US5060487A (en) * 1991-04-18 1991-10-29 Gas Research Institute Absorption refrigeration system purge pump apparatus
US5081851A (en) * 1991-04-18 1992-01-21 Gas Research Institute Absorption refrigeration system purge subsystem
JPH0436573A (ja) * 1990-05-31 1992-02-06 Sanyo Electric Co Ltd 低温庫
JPH0712434A (ja) * 1993-06-21 1995-01-17 Tokyo Gas Co Ltd 吸収式冷凍機
JPH10213362A (ja) * 1997-01-28 1998-08-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 吸収式冷凍機
JPH11257299A (ja) * 1998-03-13 1999-09-21 Daikin Ind Ltd 抽気用エジェクタ
JP2000111212A (ja) * 1998-10-09 2000-04-18 Sanyo Electric Co Ltd 吸収冷凍機界面活性剤循環回路
US6336343B1 (en) * 2000-09-08 2002-01-08 Hitachi, Ltd. Two-stage absorption refrigerating apparatus

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3367134A (en) * 1966-08-30 1968-02-06 Carrier Corp Purge arrangement for absorption refrigeration systems
US4665707A (en) * 1985-08-26 1987-05-19 Hamilton A C Protection system for electronic apparatus

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1892869A (en) * 1927-06-14 1933-01-03 Stator Refrigeration Inc Heat exchange method and apparatus
US1924895A (en) * 1931-01-30 1933-08-29 Comstock & Wescott Heat exchange system control
US2494972A (en) * 1944-10-25 1950-01-17 Servel Inc Absorption refrigeration system, including a purge arrangement
US3146602A (en) * 1961-12-05 1964-09-01 Electronic Specialty Co Process and apparatus for eliminating fixed gas from an absorption refrigeration system
DE1275551B (de) * 1962-03-28 1968-08-22 Carrier Corp Ausscheidungsvorrichtung fuer nicht kondensierbare Gase einer Absorptions-Kaelteanlage
GB1176729A (en) * 1967-09-25 1970-01-07 Carrier Corp Purge Arrangement for Absorption Refrigeration Systems.
JPS527053A (en) * 1975-07-08 1977-01-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Bleeding device for absorption system refrigerator
JPS54108047A (en) * 1978-02-13 1979-08-24 Hitachi Ltd Solution concentrating apparatus of liquid flow purge unit
JPS5563365A (en) * 1978-11-06 1980-05-13 Kawasaki Heavy Ind Ltd Bleeder for absorption refrigerator
JPS61259066A (ja) * 1985-05-13 1986-11-17 ダイキン工業株式会社 吸収式冷凍機の抽気装置
JPS62108974A (ja) * 1985-11-08 1987-05-20 三洋電機株式会社 吸収冷凍機
JPH01151171A (ja) * 1987-12-07 1989-06-13 Nec Corp 表面実装用プリント板コネクタ
JPH02287068A (ja) * 1989-04-27 1990-11-27 Hitachi Ltd 抽気装置
JPH0436573A (ja) * 1990-05-31 1992-02-06 Sanyo Electric Co Ltd 低温庫
US5060487A (en) * 1991-04-18 1991-10-29 Gas Research Institute Absorption refrigeration system purge pump apparatus
US5081851A (en) * 1991-04-18 1992-01-21 Gas Research Institute Absorption refrigeration system purge subsystem
JPH0712434A (ja) * 1993-06-21 1995-01-17 Tokyo Gas Co Ltd 吸収式冷凍機
JPH10213362A (ja) * 1997-01-28 1998-08-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 吸収式冷凍機
JPH11257299A (ja) * 1998-03-13 1999-09-21 Daikin Ind Ltd 抽気用エジェクタ
JP2000111212A (ja) * 1998-10-09 2000-04-18 Sanyo Electric Co Ltd 吸収冷凍機界面活性剤循環回路
US6336343B1 (en) * 2000-09-08 2002-01-08 Hitachi, Ltd. Two-stage absorption refrigerating apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009013684A1 (de) 2009-03-20 2010-10-07 Technische Universität Berlin Wärmetauschereinheit und wärmetechnische Anlage
US10801782B2 (en) 2009-03-20 2020-10-13 Technische Universität Berlin Heat exchanger unit and thermotechnical system
CN105972880A (zh) * 2016-05-18 2016-09-28 天津大学 一种用于非共沸工质组分调节的撞击式t形管组分调节器
US10835841B2 (en) 2016-05-18 2020-11-17 Tianjin University Impacting T-junction component regulator for regulating components of non-azeotropic working medium

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